JPH05133730A - 表面検査装置 - Google Patents
表面検査装置Info
- Publication number
- JPH05133730A JPH05133730A JP29445891A JP29445891A JPH05133730A JP H05133730 A JPH05133730 A JP H05133730A JP 29445891 A JP29445891 A JP 29445891A JP 29445891 A JP29445891 A JP 29445891A JP H05133730 A JPH05133730 A JP H05133730A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械的走査を行わずに表面検査を行うことに
より、精度確保及び高速化を実現する。 【構成】 互いに異なる周波数のパルスで変調された光
ビームを検査対象物に向け照射する。ＰＳＤ２８が検査
対象物による反射光を受光し電流出力する。その信号か
ら各変調周波数に対応する直流成分が分離され、測長演
算が行われる。 【効果】 走査を行わずにある区域を同時に測長でき、
機械的走査排除による精度確保及び同時測長による高速
化が実現される。
より、精度確保及び高速化を実現する。 【構成】 互いに異なる周波数のパルスで変調された光
ビームを検査対象物に向け照射する。ＰＳＤ２８が検査
対象物による反射光を受光し電流出力する。その信号か
ら各変調周波数に対応する直流成分が分離され、測長演
算が行われる。 【効果】 走査を行わずにある区域を同時に測長でき、
機械的走査排除による精度確保及び同時測長による高速
化が実現される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳物等の検査対象物の
表面を光ビームにより検査する表面検査装置に関する。
表面を光ビームにより検査する表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋳物の表面欠陥をセンシングする技術と
しては、特開平２−１２４４１２号に記載された技術が
あげられる。この技術は、図７に示されるように、光源
１０から発射された光ビームをポリゴンミラー１２によ
り反射させ、検査対象物の表面１４による反射光を一次
元位置検出部１６により受光し、一次元位置検出部１６
の出力を信号処理部１８により処理して測長する技術で
ある。また、ポリゴンミラー１２はモータ２０により回
転し、これにより光ビームが検査対象物の表面１４を走
査するとともに、信号処理部１８は光方向検出部２２に
より検出されるビーム方向に応じて前記処理を実行す
る。
しては、特開平２−１２４４１２号に記載された技術が
あげられる。この技術は、図７に示されるように、光源
１０から発射された光ビームをポリゴンミラー１２によ
り反射させ、検査対象物の表面１４による反射光を一次
元位置検出部１６により受光し、一次元位置検出部１６
の出力を信号処理部１８により処理して測長する技術で
ある。また、ポリゴンミラー１２はモータ２０により回
転し、これにより光ビームが検査対象物の表面１４を走
査するとともに、信号処理部１８は光方向検出部２２に
より検出されるビーム方向に応じて前記処理を実行す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
では、機械的走査を伴うためガタツキ等により精度向上
に限界があり、さらに走査にある程度の時間も必要であ
る。
では、機械的走査を伴うためガタツキ等により精度向上
に限界があり、さらに走査にある程度の時間も必要であ
る。
【０００４】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、機械的走査を行わ
ずに表面検査を行うことにより、精度確保及び高速化を
実現することを目的とする。
とを課題としてなされたものであり、機械的走査を行わ
ずに表面検査を行うことにより、精度確保及び高速化を
実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、鋳物等の検査対象物の表面に光ビ
ームを照射し、反射光に基づき測長演算を行い検査対象
物の表面状態を検査する表面検査装置において、互いに
異なる周波数のパルスで変調された光ビームを検査対象
物に向け照射する複数の発光部と、検査対象物による反
射光を受光し電流出力する受光部と、受光部の出力電流
に基づき各変調周波数の光ビームの集光位置を表す直流
成分を生成出力する周波数分離部と、この直流成分に基
づき各変調周波数毎に測長演算を行う処理部と、を備え
ることを特徴とする。
るために、本発明は、鋳物等の検査対象物の表面に光ビ
ームを照射し、反射光に基づき測長演算を行い検査対象
物の表面状態を検査する表面検査装置において、互いに
異なる周波数のパルスで変調された光ビームを検査対象
物に向け照射する複数の発光部と、検査対象物による反
射光を受光し電流出力する受光部と、受光部の出力電流
に基づき各変調周波数の光ビームの集光位置を表す直流
成分を生成出力する周波数分離部と、この直流成分に基
づき各変調周波数毎に測長演算を行う処理部と、を備え
ることを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明においては、複数の発光部から検査対象
物に向け互いに異なる周波数のパルスで変調された光ビ
ームが照射される。検査対象物により反射された光は受
光部により受光され、さらに周波数分離部により変調周
波数毎に分離される。周波数分離部から出力される直流
成分は、各変調周波数の光ビームの集光位置を表してい
る。従って、この直流成分により各変調周波数毎に測長
演算を行うことが可能である。この結果、複数の発光部
により照射された光ビームにより測長を行っているた
め、走査を行わずにある区域を同時に測長でき、機械的
走査排除による精度確保及び同時測長による高速化が実
現される。また、光ビームはそれぞれ異なる周波数のパ
ルスで変調されており、複数の光ビームを同時照射する
ことによる不具合は特に生じない。
物に向け互いに異なる周波数のパルスで変調された光ビ
ームが照射される。検査対象物により反射された光は受
光部により受光され、さらに周波数分離部により変調周
波数毎に分離される。周波数分離部から出力される直流
成分は、各変調周波数の光ビームの集光位置を表してい
る。従って、この直流成分により各変調周波数毎に測長
演算を行うことが可能である。この結果、複数の発光部
により照射された光ビームにより測長を行っているた
め、走査を行わずにある区域を同時に測長でき、機械的
走査排除による精度確保及び同時測長による高速化が実
現される。また、光ビームはそれぞれ異なる周波数のパ
ルスで変調されており、複数の光ビームを同時照射する
ことによる不具合は特に生じない。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。
基づき説明する。
【０００８】図１には、本発明の一実施例に係る表面検
査装置の実体構成が（ａ）に正面図として、（ｂ）に側
面図として、示されている。この図に示されるように、
本実施例は光ファイバ発光体２４、レンズ２６及び一次
元位置検出素子（ＰＳＤ:Position Sensing Device）２
８を備えている。
査装置の実体構成が（ａ）に正面図として、（ｂ）に側
面図として、示されている。この図に示されるように、
本実施例は光ファイバ発光体２４、レンズ２６及び一次
元位置検出素子（ＰＳＤ:Position Sensing Device）２
８を備えている。
【０００９】光ファイバ発光体２４は、図２（ａ）及び
（ｂ）に示されるように、複数本の（図では１０本の）
光ファイバ３０をスリーブ３２を用いて配列させ、ファ
イバホルダ３４内でセルフォックマイクロレンズ（ＳＭ
Ｌ）３６に対置させた構成である。光ファイバ３０には
図示しないレーザダイオードからレーザ光が入射され、
このレーザ光はＳＭＬ３６によりビーム化される。この
光ビームは、検査対象物に照射される。なお、後述する
ように、レーザ光はそれぞれ異なる周波数のパルスで変
調されている。
（ｂ）に示されるように、複数本の（図では１０本の）
光ファイバ３０をスリーブ３２を用いて配列させ、ファ
イバホルダ３４内でセルフォックマイクロレンズ（ＳＭ
Ｌ）３６に対置させた構成である。光ファイバ３０には
図示しないレーザダイオードからレーザ光が入射され、
このレーザ光はＳＭＬ３６によりビーム化される。この
光ビームは、検査対象物に照射される。なお、後述する
ように、レーザ光はそれぞれ異なる周波数のパルスで変
調されている。
【００１０】ビーム径は、例えば１．５（ｄｅｇ）の照
射角度、５０（ｍｍ）の距離で２．０φとなるよう設定
する。光ファイバ３０は縦５、横２ずつ計１０個が２．
２（ｍｍ）ピッチで配置されている。このような配置と
すると、高密度で１０本の光束を検査対象物の表面に投
射できる。
射角度、５０（ｍｍ）の距離で２．０φとなるよう設定
する。光ファイバ３０は縦５、横２ずつ計１０個が２．
２（ｍｍ）ピッチで配置されている。このような配置と
すると、高密度で１０本の光束を検査対象物の表面に投
射できる。
【００１１】光ファイバ発光体２４、レンズ２６及び一
次元ＰＳＤ２８は、図３に示されるような位置関係で配
置されている。すなわち、光ファイバ発光体２４から出
射される光ビームは、検査対象物の表面３８の表面で反
射し、レンズ２６により一次元ＰＳＤ２８上の所定の集
光スポットにそれぞれ集光される。
次元ＰＳＤ２８は、図３に示されるような位置関係で配
置されている。すなわち、光ファイバ発光体２４から出
射される光ビームは、検査対象物の表面３８の表面で反
射し、レンズ２６により一次元ＰＳＤ２８上の所定の集
光スポットにそれぞれ集光される。
【００１２】ｊ［ｋＨｚ］で変調された光ビームの集光
スポットの位置Ｘjは、有効感度帯が６で与えられた場
合、出力電流ｉ1j及びｉ2jを用いて次のように決定され
る。
スポットの位置Ｘjは、有効感度帯が６で与えられた場
合、出力電流ｉ1j及びｉ2jを用いて次のように決定され
る。
【００１３】 Ｘj ／６＝（ｉ2j−ｉ1j）／（ｉ2j＋ｉ1j） この演算は、出力電流による正規化と呼ばれる。また、
図に示すＤ，Ｗ，Ｓj が定まれば、測長変位ｄj は、 ｄj ＝ＤＳj ／（Ｗ−Ｘj ） と定まる。
図に示すＤ，Ｗ，Ｓj が定まれば、測長変位ｄj は、 ｄj ＝ＤＳj ／（Ｗ−Ｘj ） と定まる。
【００１４】図４には、本実施例の回路構成が示されて
いる。この図に示されるように、本実施例は同期検波法
による周波数分離を実行している。
いる。この図に示されるように、本実施例は同期検波法
による周波数分離を実行している。
【００１５】この実施例においては、レーザ光は異なる
パルス周波数で変調されている。すなわち、それぞれ５
ｋＨｚ，６ｋＨｚ，７ｋＨｚ，…の周波数のパルス発振
器４０と、これらの発振出力によりレーザダイオード
（ＬＤ）４２を駆動する駆動回路４４と、を備えてい
る。ＬＤ４２の駆動により発生したレーザ光は、図１乃
至図３により説明した通り、レーザ光はＰＳＤ２８によ
り受光される。
パルス周波数で変調されている。すなわち、それぞれ５
ｋＨｚ，６ｋＨｚ，７ｋＨｚ，…の周波数のパルス発振
器４０と、これらの発振出力によりレーザダイオード
（ＬＤ）４２を駆動する駆動回路４４と、を備えてい
る。ＬＤ４２の駆動により発生したレーザ光は、図１乃
至図３により説明した通り、レーザ光はＰＳＤ２８によ
り受光される。
【００１６】ＰＳＤ２８上に反射光が集光されると、当
該ＰＳＤ２８は電流ｉ1j及びｉ2jを出力する。本実施例
では、各周波数毎の電流合計値Σｉ1 ＝ｉ15＋ｉ16＋ｉ
17＋…＋高調波、Σｉ2 ＝ｉ25＋ｉ26＋ｉ27＋…＋高調
波から、各変調周波数５ｋＨｚ，６ｋＨｚ，７ｋＨｚ，
…の成分を分離する。
該ＰＳＤ２８は電流ｉ1j及びｉ2jを出力する。本実施例
では、各周波数毎の電流合計値Σｉ1 ＝ｉ15＋ｉ16＋ｉ
17＋…＋高調波、Σｉ2 ＝ｉ25＋ｉ26＋ｉ27＋…＋高調
波から、各変調周波数５ｋＨｚ，６ｋＨｚ，７ｋＨｚ，
…の成分を分離する。
【００１７】この動作を、電流ｉ15及びｉ25の抽出によ
る５ｋＨｚで変調された光ビームのよる集光位置Ｘ5 の
算出を例として説明する。まず、５ｋＨｚのパルス発振
器４０の出力を、バンドパスフィルタ４６により瀘波す
ると、 Ｂ・ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ） の基本波成分が得られる。ただし、Ｂは当該バンドパス
フィルタ４６のゲイン、ｆは５ｋＨｚ、φは当該バンド
パスフィルタ４６による位相変化である。これを、乗算
器４８によりΣｉ1 に乗ずると、その乗算結果の直流成
分は Ｂ・Ｉ15・ｃｏｓφ／２ となる。ただし、Ｉ15はｉ15の振幅を表す（以下同
様）。変調周波数の差の最小値が１ｋＨｚであるので、
交流成分はすべて１ｋＨｚ以上の成分である。従って、
乗算器４８の出力をローパスフィルタ５０により瀘波
し、直流成分のみを取り出すことができる。これをゲイ
ンＧの増幅器５２により増幅すると、次のような直流信
号が得られる。
る５ｋＨｚで変調された光ビームのよる集光位置Ｘ5 の
算出を例として説明する。まず、５ｋＨｚのパルス発振
器４０の出力を、バンドパスフィルタ４６により瀘波す
ると、 Ｂ・ｓｉｎ（２πｆｔ＋φ） の基本波成分が得られる。ただし、Ｂは当該バンドパス
フィルタ４６のゲイン、ｆは５ｋＨｚ、φは当該バンド
パスフィルタ４６による位相変化である。これを、乗算
器４８によりΣｉ1 に乗ずると、その乗算結果の直流成
分は Ｂ・Ｉ15・ｃｏｓφ／２ となる。ただし、Ｉ15はｉ15の振幅を表す（以下同
様）。変調周波数の差の最小値が１ｋＨｚであるので、
交流成分はすべて１ｋＨｚ以上の成分である。従って、
乗算器４８の出力をローパスフィルタ５０により瀘波
し、直流成分のみを取り出すことができる。これをゲイ
ンＧの増幅器５２により増幅すると、次のような直流信
号が得られる。
【００１８】Ｋ1 ＝Ｇ・Ｂ・Ｉ15・ｃｏｓφ／２ 一方、乗算器５４によりＰＳＤ２８の出力電流の合計値
Σｉ2 をバンドパスフィルタ４６の出力に乗じ、ローパ
スフィルタ５６により瀘波し、増幅器５８により増幅す
ると、次のような直流信号が得られる。ただし、ローパ
スフィルタ５６及び増幅器５８の特性は、ローパスフィ
ルタ５０及び増幅器５２と一致しているものとする。
Σｉ2 をバンドパスフィルタ４６の出力に乗じ、ローパ
スフィルタ５６により瀘波し、増幅器５８により増幅す
ると、次のような直流信号が得られる。ただし、ローパ
スフィルタ５６及び増幅器５８の特性は、ローパスフィ
ルタ５０及び増幅器５２と一致しているものとする。
【００１９】Ｋ2 ＝Ｇ・Ｂ・Ｉ25・ｃｏｓφ／２ このようにして得られた２個の直流成分は、それぞれＩ
15又はＩ25に比例している。これらは共に８ビットのＡ
／Ｄ変換器６０に入力され、正規化が行われる。すなわ
ち、 （Ｋ1 −Ｋ2 ）／（Ｋ1 ＋Ｋ2 ） が演算される。Ｇ・Ｂ・ｃｏｓφ／２が回路設定により
定まる定数であるから、この値の演算は（Ｉ25−Ｉ15）
／（Ｉ25＋Ｉ15）の演算に等しい。これは、Ｘ5 ／６で
あり、集光位置Ｘ5 が求められることになる。また、６
ｋＨｚ，７ｋＨｚ，…で変調された光ビームについて
も、同様の構成により分離及び正規化を行えば、集光位
置Ｘ6 ，Ｘ7 ，…が求められる。
15又はＩ25に比例している。これらは共に８ビットのＡ
／Ｄ変換器６０に入力され、正規化が行われる。すなわ
ち、 （Ｋ1 −Ｋ2 ）／（Ｋ1 ＋Ｋ2 ） が演算される。Ｇ・Ｂ・ｃｏｓφ／２が回路設定により
定まる定数であるから、この値の演算は（Ｉ25−Ｉ15）
／（Ｉ25＋Ｉ15）の演算に等しい。これは、Ｘ5 ／６で
あり、集光位置Ｘ5 が求められることになる。また、６
ｋＨｚ，７ｋＨｚ，…で変調された光ビームについて
も、同様の構成により分離及び正規化を行えば、集光位
置Ｘ6 ，Ｘ7 ，…が求められる。
【００２０】なお、この実施例では、５ｋＨｚ，６ｋＨ
ｚ，７ｋＨｚ，…でレーザを変調していたが、例えば、
変調周波数を最低５ｋＨｚから０．５ｋＨｚピッチで
９．５ｋＨｚまでの範囲に設定すれば、ＰＳＤ２８の
スルーレートで十分対応可能な周波数で、高調波が変
調周波数の帯域に含まれず、誤差が少ない位置検出を行
うことができる。さらに、ローパスフィルタ５０、５
６のカットオフが比較的緩やかでよい。
ｚ，７ｋＨｚ，…でレーザを変調していたが、例えば、
変調周波数を最低５ｋＨｚから０．５ｋＨｚピッチで
９．５ｋＨｚまでの範囲に設定すれば、ＰＳＤ２８の
スルーレートで十分対応可能な周波数で、高調波が変
調周波数の帯域に含まれず、誤差が少ない位置検出を行
うことができる。さらに、ローパスフィルタ５０、５
６のカットオフが比較的緩やかでよい。
【００２１】図５及び図６には、本発明の効果を実験し
た結果が示されている。この実験は、７ｋＨｚ，８ｋＨ
ｚ，９ｋＨｚの３周波数でレーザを変調し、３個の発光
素子を用いた装置による実験である。まず、図５は３種
類の周波数のうち７ｋＨｚのみを用いた場合の７ｋＨｚ
に係るＰＳＤ正規化出力を示しており、図６は３種類の
周波数をすべて用いた場合の７ｋＨｚ，９ｋＨｚに係る
ＰＳＤ正規化出力を示している。これらの図の横軸は、
発光部から５０ｍｍの点を０とした照射位置である。
た結果が示されている。この実験は、７ｋＨｚ，８ｋＨ
ｚ，９ｋＨｚの３周波数でレーザを変調し、３個の発光
素子を用いた装置による実験である。まず、図５は３種
類の周波数のうち７ｋＨｚのみを用いた場合の７ｋＨｚ
に係るＰＳＤ正規化出力を示しており、図６は３種類の
周波数をすべて用いた場合の７ｋＨｚ，９ｋＨｚに係る
ＰＳＤ正規化出力を示している。これらの図の横軸は、
発光部から５０ｍｍの点を０とした照射位置である。
【００２２】これらの図により、ほぼ理論と一致する結
果が得られ、又、複数の光ビームを用いても単一の光ビ
ームとほぼ同じ結果が得られることが明らかである。
果が得られ、又、複数の光ビームを用いても単一の光ビ
ームとほぼ同じ結果が得られることが明らかである。
【００２３】なお、本実施例の装置はバリ、鋳肌不良、
砂かみ、グイチ（段差）、欠け、割れ、巣、その他の検
出に適用でき、対象物の微小な面情報の入手に利用でき
る。
砂かみ、グイチ（段差）、欠け、割れ、巣、その他の検
出に適用でき、対象物の微小な面情報の入手に利用でき
る。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の光ビームを異なる変調周波数とし、受光された反
射光に係る信号を変調周波数毎に分離して測長を行うよ
うにしたため、機械的走査が不要となり、ガタツキ等に
よる精度低下が防止され、また瞬時同時測長による高速
化が可能になる。
複数の光ビームを異なる変調周波数とし、受光された反
射光に係る信号を変調周波数毎に分離して測長を行うよ
うにしたため、機械的走査が不要となり、ガタツキ等に
よる精度低下が防止され、また瞬時同時測長による高速
化が可能になる。
【図１】本発明の一実施例に係る表面検査装置の構成を
示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であ
る。
示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図であ
る。
【図２】光ファイバ発光体の構成を示す図であり、
（ａ）は発光面を、（ｂ）は側面を、それぞれ示す図で
ある。
（ａ）は発光面を、（ｂ）は側面を、それぞれ示す図で
ある。
【図３】この実施例における受光動作を示す図である。
【図４】この実施例の要部回路構成を示す図である。
【図５】この発明の効果を実験結果で示す図である。
【図６】この発明の効果を実験結果で示す図である。
【図７】一従来例に係る装置の構成を示す図である。
【符号の説明】 ２４ 光ファイバ発光体 ２８ 一次元位置検出素子（ＰＳＤ） ４６ バンドパスフィルタ ４８ 乗算器 ５０ ローパスフィルタ ６０ Ａ／Ｄ変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 孝二 愛知県名古屋市天白区久方二丁目12番地の １ 豊田工業大学内
Claims (1)
- 【請求項１】 鋳物等の検査対象物の表面に光ビームを
照射し、反射光に基づき測長演算を行い検査対象物の表
面状態を検査する表面検査装置において、 互いに異なる周波数のパルスで変調された光ビームを検
査対象物に向け照射する複数の発光部と、 検査対象物による反射光を受光し電流出力する受光部
と、 受光部の出力電流に基づき各変調周波数の光ビームの集
光位置を表す直流成分を生成出力する周波数分離部と、 この直流成分に基づき各変調周波数毎に測長演算を行う
処理部と、 を備えることを特徴とする表面検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3294458A JP3019552B2 (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 表面検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3294458A JP3019552B2 (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 表面検査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05133730A true JPH05133730A (ja) | 1993-05-28 |
| JP3019552B2 JP3019552B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=17808046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3294458A Expired - Fee Related JP3019552B2 (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 表面検査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3019552B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005279028A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Hamamatsu Univ School Of Medicine | 内視鏡 |
| CN116213686A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-06-06 | 溧阳市双盛机械制造有限公司 | 一种可震动铸件去砂的输送装置 |
-
1991
- 1991-11-11 JP JP3294458A patent/JP3019552B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005279028A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Hamamatsu Univ School Of Medicine | 内視鏡 |
| CN116213686A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-06-06 | 溧阳市双盛机械制造有限公司 | 一种可震动铸件去砂的输送装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3019552B2 (ja) | 2000-03-13 |
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