JPH07333160A - 被検査物の表面性状観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価かつ省スペースであって被検査物の像に
歪が生じることがなく簡単に被検査物の表面性状を観察
することができるようにした。 【構成】 ライトガイド９からの線状光源は、集光レン
ズ１０、ハーフミラー１２、平面鏡７を経て被検査面で
ある被検査物１１の外周面１５に至る。そして外周面１
５から反射した光は平面鏡７、ハーフミラー１２を経
て、レンズ１３に集光され、一次元イメージセンサ１４
で結像される。また、撮像部５（撮像レンズ１３、一次
元イメージセンサ１４）、照明部６（ライトガイド９、
集光レンズ１０、ハーフミラー１２）及び平面鏡７を収
納するホルダ８が一体となって三次元空間を移動する。
さらに、平面鏡７は回動軸１５を介して矢印Ｒ方向に回
動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被検査物の表面性状観察
装置に関し、より詳しくは円筒形状に形成された被検査
物の外周面、内周面及び平面部（端面又はフランジ面）
の表面性状を観察する被検査物の表面性状観察装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、円筒形状に形成された被検査物の
表面性状は、その外周面、内周面、及び平面部（端面又
はフランジ面）に対して夫々別個の照明撮像系を配置し
て検査していた。すなわち、外周面の性状を検査する場
合は、図９（ａ）に示すように、円筒形状の被検査物５
１を矢印Ｘ方向に回転させると共に線状光源５２を前記
被検査物５１の外周面に照射させて該照射光を一次元イ
メージセンサ・カメラ５３で撮像することによりその表
面性状を検査し、また、内周面の性状を検査する場合
は、図９（ｂ）に示すように、円筒形状の被検査物５４
を矢印Ｙ方向に回転させると共に線状光源５５を前記被
検査物５４の内周面に照射させて該照射光を一次元イメ
ージセンサ・カメラ５６で撮像することによりその表面
性状を検査していた。（以下、「第１の従来例」）。

【０００３】上記第１の従来例は、線状光源５２、５５
を被検査物５１、５４の外周面又は内周面に照射させる
と共に回転している被検査物５１、５４の軸方向に一次
元イメージセンサ・カメラ５３、５６を走査させ、被検
査物５１、５４の外周面及び内周面全域に亙ってその表
面性状を検査している。

【０００４】また、端面やフランジ面のような平面部の
表面性状を検査する場合は、被検査物を回転させること
なく上方より二次元イメージセンサ・カメラで撮像しそ
の表面性状を検査することも可能であるが、被検査面全
域に亙って所望の検出分解能を確保するために、回転し
ている被検査物の半径方向に一次元イメージセンサ・カ
メラを走査させて撮像し、その表面性状を検査すること
が多い。

【０００５】また、軸方向に長い円筒形状の被検査物の
内周面を検査する場合は、図１０に示すように、先端が
円錐状に形成されたコーンミラー５７を被検査物５８の
内周面に挿入し、その内周面に対応する同芯円状の鏡像
を得て、該鏡像を二次元イメージセンサ・カメラ５９で
撮像する方法が知られている（以下、「第２の従来例」
という）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来例においては、上述したように、被検査物５
１，５４の外周面、内周面及び平面部（端面、フランジ
面）等の夫々の被検査面に応じて照明装置５２、５５や
一次元イメージセンサ・カメラ５３、５６等の照明撮像
系を配置しなければならず、またこれら照明装置５２、
５５や一次元イメージセンサ・カメラ５３、５６におけ
る配置上の干渉を避けるため複数の検査位置が必要にな
るという問題点があった。すなわち、図９（ａ）に示す
ように、被検査物５１の外周面を検査する場合は、線状
光源５２から被検査物５１への投射光を一次元イメージ
センサ・カメラ５３で結像させる必要があるため、これ
ら照明撮像系の位置を調整しなければならず、また図９
（ｂ）示すように、被検査物５４の内周面を検査する場
合においても被検査物５４の口径に応じて照明撮像系の
位置を調整しなければならないという問題点があった。
さらに、上記第１の従来例においては、被検査物５１、
５４の形状が複雑になって被検査面が多くなると、該被
検査面の増加に応じて検査位置を増加さなければならな
ず、装置の複雑化・煩雑化を招来して装置が高価なもの
となり、また設置箇所に対しても大きなスペースが必要
となり、メンテナンスも容易には行うことができないと
いう問題点かあった。

【０００７】また、第２の従来例のように、コーンミラ
ー５７を使用して被検査物５８の内周面を検査する場合
は、被検査物５８を回転させる必要はなく、また照明撮
像系の簡略化も可能であるが、コーンミラー５８と二次
元イメージセンサ・カメラ５９とを被検査物５８の内周
面に対向状に挿入しているため、被検査物５８の中心と
光軸とが一致しない場合は撮像されるべき同芯円像が歪
む虞があり、所望の高精度な表面性状の検査を行うため
にはその調整が容易ではないという問題点があった。さ
らに、上記第２の従来例においては、コーンミラー５８
による鏡像が同芯円状となり、例えばコーンミラー５８
の先端程小さい面に絞られるため、コーンミラー５８に
映し出される鏡像の位置によって倍率の歪が生じる。す
なわち、コーンミラー５８を使用しているため、検査の
対象となり得る有効内周面の幅が狭く、したがって被検
査物５８と光学系とを軸方向に相対移動させながら、同
一の被検査物に対し多数回の撮像を行って検査しなけれ
ばならないという問題点があった。

【０００８】本発明はこのような事情にかんがみなされ
たものであって、安価かつ省スペースであって被検査物
の像に歪が生じることがなく簡単に被検査物の表面性状
を観察することができる被検査物の表面性状観察装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回転する被検査物の表面に照明光を投射す
る照明装置と、該照明装置からの投射光を受光して前記
被検査物の表面性状を撮像する撮像装置とを備えた被検
査物の表面性状観察装置において、前記照明装置からの
照明光を反射させて前記照明光を被検査物に投射する回
動可能な反射鏡を有すると共に、前記反射鏡と前記照明
装置と前記撮像装置とを同一光軸上に配して三次元空間
を移動自在とする複合移動機構を備えていることを特徴
としている。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、照明装置からの照明光は反
射鏡を経て被検査物に照射され、該被検査物に照射され
た光は反射光となって撮像装置に受光され結像される。
また、前記反射鏡が回動可能とされ、さらに前記反射鏡
と前記照明装置と前記撮像装置とを同一光軸上に配して
三次元空間を移動自在とする複合移動機構を備えている
ので、単一の照明撮像系により被検査物の外周面、内周
面及び平面部の表面性状を観察することが可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳説す
る。

【００１２】図１は本発明に係る被検査物の表面性状観
察装置の斜視図であって、該表面性状観察装置は、Ｚ軸
ステージ１と、該Ｚ軸ステージ１の上部に固定されたＹ
軸ステージ２及びＸ軸ステージ（図示せず）とを有し、
これら各ステージに設けられたサーボモータ３、４（Ｘ
軸ステージについては図示せず）を駆動させることによ
り、Ｚ軸方向（上下方向）、Ｙ軸方向（左右方向）、Ｘ
軸方向（前後方向）に三次元的に移動自在とされてい
る。そして、Ｚ軸ステージ１には被検査物を撮像する撮
像部５と、該撮像部５の下方に配設されて被検査物に照
明光を供給する照明部６と、照明部６からの照明光を案
内するホルダ８とが固着されている。該ホルダ８は、下
方に開口部を有し、該開口部に平面鏡７が収納されてい
る。

【００１３】また、平面鏡７は４５°の反射面７ａを有
する直角三角形に形成され、その鉛直面７ｂは回動軸１
５に固着されている。そして、回動軸１５は図示しない
ロータリーソレノイドに電気的に接続され、平面鏡７
は、図２に示すように、回動軸１５を介して矢印Ｒ方向
に回動可能とされている。

【００１４】照明部６は、図２〜図４に示すように、光
源（図示せず）からの射出光を細長い線状光源に整形す
るライトガイド９と、ライトガイド９からの線状光源を
集光する集光レンズ１０と、該集光レンズ１０に集光さ
れた線状光源を下方に落射させるハーフミラー１２とを
備えている。また、撮像部５は、Ｚ軸ステージ１の下方
に配置された被検査物１１からの反射光を集光する撮像
撮像レンズ１３と、該撮像撮像レンズ１３に集光された
被検査物１１を撮像して電気信号を出力する一次元イメ
ージセンサ１４とを備えている。

【００１５】図５は上記表面性状観察装置の制御系を示
すブロック図である。

【００１６】すなわち、Ｘ軸ステージ駆動用サーボモー
タ１６、Ｙ軸ステージ駆動用サーボモータ４及びＺ軸ス
テージ駆動用スーボモータ３が夫々のコントローラ１７
〜１９を介して制御コンピュータ（ＣＰＵ）２３に接続
されている。また、夫々のサーボモータ１６、４、３に
はこれらの回転変位を検出するエンコーダ（Ｅ）２０〜
２２が接続されている。該エンコーダ（Ｅ）２０〜２２
は夫々のコントローラ１７〜１９と接続されている。そ
して、エンコーダ（Ｅ）２０〜２２からの信号がコント
ローラ１７〜１９に供給され、該信号に基づき速度制御
および位置制御が行われる。また、ＣＰＵ２３には座標
入力装置２９が接続されている。そして、本表面性状観
察装置は、所定のプログラムによって、前記サーボモー
タ１６、４、３を数値制御し検査位置に置かれた被検査
物１１の各面の位置に対して上述した照明・撮像系の位
置決めを行う。なお、これらの位置決め及び移動順序等
は予め教示しておく。

【００１７】また、ＣＰＵ２３には平面鏡７を回動させ
る前記ロータリーソレノイド３０が接続され、さらに、
被検査物１１を回転させる被検査物回転用モータ３２が
コントローラ３１を介してＣＰＵ２３に接続されてい
る。

【００１８】さらに、一次元イメージセンサ１４は増幅
器３３及び比較器３４を介してＣＰＵ２３に接続されて
いる。そして、一次元イメージセンサ１４の出力電圧は
比較器３４で所定基準値ＴＨと比較され、該出力電圧が
所定基準値ＴＨより小さいときに被検査物１１の表面に
は傷等の欠陥があると判断される。

【００１９】このように構成された表面性状観察装置に
おいては、図２に示すように、ライトガイド９からの線
状光源は、集光レンズ１０、ハーフミラー１２、平面鏡
７の反射面７ａを経て被検査面である被検査物１１の外
周面３５に至る。そして外周面３５から反射した光は平
面鏡７の反射面７ａ、ハーフミラー１２を経て、撮像レ
ンズ１３に集光され、一次元イメージセンサ１４で結像
される。これにより、鉛直な被検査物１１の外周面３５
が平面鏡７を介して水平面の鏡像に１：１で変換される
ので、被検査物１１は一次元イメージセンサ１４により
歪なく撮像されることになる。そして、被検査物１１を
矢印Ａ方向に回転させながらその外周面３５を一次元イ
メージセンサ１４での走査をくり返すことによって、外
周面３５の全域に亙ってその表面性状を検査することが
できる。

【００２０】また、被検査物１１の内周面３６を検査す
る場合は、まず図１におけるＺ軸ステージ駆動用のサー
ボモータ３を駆動させて該Ｚ軸ステージ１を被検査物１
１の円筒部の高さに略相当する寸法だけ矢印Ｂ方向（上
方）に移動させる。次いで、Ｙ軸ステージ駆動用のサー
ボモータ４を駆動させて該Ｙ軸ステージ２を矢印Ｃ方向
（右方向）に移動させ、平面鏡７の下端が被検査物１１
の円筒部１８に対して所定の離間距離を有するようにＹ
軸ステージ２の位置決めを行い、その後Ｚ軸ステージ駆
動用のサーボモータ４を駆動させてＺ軸ステージ１を下
方に移動させることにより、平面鏡７を被検査物１１の
内周面３６に挿入し、Ｚ軸ステージ１を所定位置に固定
する。そして、被検査物１１を回転させながらその内周
面３６を撮像し、内周面全域に亙ってその表面性状を観
察する。

【００２１】また、被検査物１１の平面部３７（フラン
ジ部）を観察する場合は、ロータリーソレノイド３０を
駆動させて平面鏡７を矢印Ｒ方向に回動させることによ
り、平面鏡７を一次元イメージセンサ１４の視野外に配
置し、照明部６からの照明光を被検査物１１の平面部３
７に直接投射させて該投射光を一次元イメージセンサ１
４で撮像し走査して検査する。

【００２２】このように上記表面性状観察装置において
は、被検査物１１の外周面３５及び内周面３６の表面形
状を検査するときは平面鏡７が一次元イメージセンサ１
４の直下に位置し、被検査物１１の平面部３７の表面形
状を検査するときは照明光を被検査物１１の平面部３７
に直接投射するように構成されているので、単一の照明
撮像光学系により回転する円筒状被検査物の各面を順次
照明し、撮像して、その表面性状を検査することができ
る。

【００２３】図６は上記表面形状観察装置を使用して被
検査物としての軸受４０における外輪４１の平面部４２
及び外周面４３、並びに外輪４１及び内輪４４の夫々の
内周面４５、４６の表面性状を検査する状況を模式的に
示したものである。図中、、、…、は被検査面の
検査順序を示している。

【００２４】平面鏡７を一次元イメージセンサ１４の
視野外に配置し、軸受４０のフランジ面４２の表面性状
を検査する（図中、破線の直角三角形は平面鏡７が一次
元イメージセンサ１４の視野外にあることを示す）。

【００２５】撮像照明系をフランジ面４２の外周面４
８に位置決めすると同時に平面鏡７を一次元イメージセ
ンンサ１４の直下に移動設定し、前記外周面４８を走査
する。

【００２６】撮像照明系を外輪４１の外周面４３に位
置決めして走査する。

【００２７】平面鏡７が外輪４１の内周面４５の内部
に位置するように撮像照明系を調整して位置決めし、内
周面４５を走査する。

【００２８】平面鏡７が内輪４４の内周面４６の内部
に位置するように撮像照明系を調整して位置決めし、内
輪４４の内周面４６を走査する。

【００２９】このようにして水平面であるフランジ面４
２、鉛直面であるフランジ面４２の外周面４８や外輪４
１の外周面４３更には外輪４１及び内輪４４の内周面４
５、４６が、単一の照明撮像系を移動させて走査するこ
とにより、被検査物１１の全表面に亙って簡単に検査す
ることができる。

【００３０】また、被検査物１１の下部の各面を検査す
るときは、図７に示すように、被検査物である軸受４０
を反転させた後、、、の順序で移動走査してその
表面形状を検査する。すなわち、 平面鏡７を一次元イメージセンンサ１４の視野外に配
置し、軸受４０のフランジ面４２の表面性状を検査する
（図中、破線の直角三角形は、図６と同様、平面鏡７が
一次元イメージセンサ１４の視野外にあることを示
す）。

【００３１】撮像照明系を外輪４１の外周面４３に位
置決めして走査する。

【００３２】平面鏡７が内輪４４の内周面４６の内部
に位置するように照明撮像系を調整して位置決めし、内
周面４６を走査する。

【００３３】このように被検査物１１を反転させるだけ
で上述したように簡単に被検査物１１の全表面に対して
その表面性状を検査することができる。

【００３４】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、図８に示すように、円錐形状の被検
査物４７に対してその表面形状を検査したい場合におい
ては、Ｘ軸ステージ（前後方向に移動する）に平行な軸
を設け、且つ円錐面の角度θに対して（θ／２）の勾配
を有するように平面鏡７を当該軸を中心に回転させる回
転機構を設けることにより所望の表面性状を検査するこ
とが可能となる。そして、これにより、円筒状及び円錐
状、或いはこれらの複合的回転体を容易に照明撮像して
その表面形状を検査することができ、さらに照明撮像系
を高度な多自由度を有するロボットマニピュレータに把
持させることにより、安価かつ扱い易いシステムを得る
ことができる。また、上記実施例ではライトガイド９に
より線状光源を生成しているが、線状ランプを使用して
線状光源を得るようにしてもよい。また、照明部６には
集光レンズ１０が設けられているが、被検査物１１が小
さい場合は該集光レンズ１０を省略することも可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、単
一の照明撮像光学系でもって、回転している被検査物の
外周面、内周面及び平面部を同一検査位置で順次照明
し、撮像して検査することができる。したがって、多数
の照明撮像系や多数の検査位置を必要とする従来の方法
に比べて、低廉且つ省スペースの表面性状観察装置を得
ることができる。

【００３６】また、従来のコーンミラーを用いる内周面
の撮像のように、場所による像倍率の変動や、光軸と内
径中心との「ずれ」に伴って生じる像の歪みもなく、高
精度な表面性状の検査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る被検査物の表面性状観察装置の一
実施例を示す斜視図である。

【図２】Ｚ軸ステージと被検査物との相対関係を示す斜
視図である。

【図３】Ｚ軸ステージと被検査物との相対関係を示す正
面図である。

【図４】Ｚ軸ステージと被検査物との相対関係を示す側
面図である。

【図５】上記表面性状観察装置の制御系を示すブロック
図である。

【図６】軸受の各表面（被検査面）の検査手順を説明す
るための図（１／２）である。

【図７】軸受の各表面（被検査面）の検査手順を説明す
るための図（２／２）である。

【図８】本発明の他の実施例を示す図である。

【図９】第１の従来例を示す図である。

【図１０】第２の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ Ｚ軸ステージ（複合移動機構） ２ Ｙ軸ステージ（複合移動機構） ５ 撮像装置 ６ 照明装置 ７ 平面鏡（反射鏡） １１ 被検査物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する被検査物の表面に照明光を投射
   する照明装置と、該照明装置からの投射光を受光して前
   記被検査物の表面性状を撮像する撮像装置とを備えた被
   検査物の表面性状観察装置において、 前記照明装置からの照明光を反射させて前記照明光を被
   検査物に投射する回動可能な反射鏡を有すると共に、前
   記反射鏡と前記照明装置と前記撮像装置とを同一光軸上
   に配して三次元空間を移動自在とする複合移動機構を備
   えていることを特徴とする被検査物の表面性状観察装
   置。