JPS5965708A - 自動表面検査用のゾンデ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、表面を自動的に検査するだめのゾンデに関す
る。

本発明は、特許請求の範囲第１項の上意概念記載のゾン
デから出発する。被加工材表面、なかんずく精密機械加
工された被加工材の孔中内面を自動的に表面検査する公
知の装置および方法の場合、表面がガラス繊維ケーブル
を経て照射および観察される先導体装置が使用される。

この場合一般に、制限された検知能を有するにすぎない
明視野測定が行なわれた。

さらに、孔中へ導入される円錐形ミラー装置が公知であ
り、この装置の場合検査すべき表面がカメラを使用し環
状の７オトダイオー＋ｙ装置で観測される。

これに対し、特許請求の範囲第１項の特徴部記載の特徴
を有する本発明によるゾンデは、極めて小さい表面単位
が別々に検査されることのできる、自動化容易な無接触
検査用の装置がっくり出されるという利点を有する。照
射が、もはやガラス繊維束により行なわれるのではなく
、収束せるレーザ光束で行なわれ、このレーザ光束が検
査すべき面への入射に際し直径約０１醋に収束せしめら
れる。コヒーレント性および、収束により得られる良好
な位置解像力により、反射光が、場合による表面欠陥に
よシ極めて大きく散乱されかつ大きい信号／ノイズ比で
回折される。これに対し公知の装置の場合、ガラス繊維
束を経て照射せる際に位置解像力が極めて大きく劣化す
る、それというのも照射光束の開口角が光源開口率によ
り特定されず、個々の繊維のコアおよび被覆中の屈折率
により特定されるからである。この場合得られる開口角
が］−〇０　〜６０’　　である。

さらに、本発明によるゾンデを使用し、反射光束の明視
野および暗視野の同時測定を実施することが極めて簡単
な方法で可能であり、その場合必要に応じ暗視野測定値
が反射光束の角度により解析されることができる。この
ことは、表面のそれぞれの点における直接反射光束の強
度力細則定さ肛るたけでなく、伺加的に、側面方向へ散
乱し去るかないしは回折された光束の強度および方向分
布が測定されることを表わす。

以下に、本発明を図面実施例につき詳説する第１図にお
いて、１０ば、孔１１を有する被加工材を表わし、１２
ばこの孔の表面を表わす。この孔１１は、その終端部か
ら円錐形に角度α下に延びる。

孔１１中へ導入されたゾンデ１３は、表面１２を自動的
に検査するのに役立つ。このゾンデは、金属またはプラ
スチックより成る管１５内部の直線状の管状中心孔１４
より成る。管１５回りに同軸にガラス繊維リング１６が
配置され、このリングに、基鈑−またはプラスチック管
より成る光学的死領域１７の外側が接触する。

この管の回り眞、光導体１８がガラス繊維セクターの形
に配置されている。この装置全体の外側が保護管１９に
より被覆されている。さらに、保護管１９の内部に偏向
ミラー２０が配置され、このミラーが保護管１９ないし
は中心の入射レーザ光束２１とともに、レーザ光束２１
が被加工材１０の表面１２に対し直角に偏向されるよう
な角度βを包囲する。検査−または測定工程で、被加工
材１０が、ゾンデ１３の同時的移動如際しゾンデ１３回
りで旋回せしめらｎｌその結果表面１２の螺旋形走査が
行なわれる。

しかしながらまたその代りに、大型のまたは非回転対称
形の被加工＋Ａ’　１０の場合、ゾンデ１３を旋回させ
るか、または偏光ミラー２ｏを旋回可能にゾンデ１３内
部に配置することが可能である。

第１ｂ図は、第１ａ図のｂ−ｂ線による横断面図であり
、ゾンデ１３の内側端面の構造を示す。保護管１９の内
部にガラス繊維セクター１８の形の８つの°光導体、そ
の中に光学的死領域としての管１７、その中に光導体と
してのガラス繊組、リンダ１６およびその中に、内側に
孔１４を形成する管１５が配置されている 第１図による装置は、レーザ光束２１が、直線状に孔１
４を透過しかつ偏向ミラー２０で９０°　偏向されかつ
孔１１の表面２１の下側部分に直角に入射するように作
動する。表面状態に相応に、レーザ光束２１の表面１２
からの反射および散乱が行なわれ、その結果１部分の光
束、すなわち明視野が入射レーザ光束２１にほぼ平行に
反射される。この光束成分が、偏光ミラー２０から再び
レーザ光束２１にほぼ平行に偏向される。ガラス繊維リ
ング１６により、わず力・約５°　たけ側面方向へ偏向
せる光束が検出されかつ、図示せざる感光性検知素子を
有する測定装置へ導かれる。他の入射レーザ光束成分が
、表面状態に相応に表面１２がら散乱され、その場合ス
クラッチおよび溝のような表面損傷がレーザ光束の散乱
に際し殊に顕著になる。この反射光束成分の方向に依存
する返送が、ガラス繊維セクターの形の別々の光導体１
８を経て行なわれ、これらセクターには、ゾンデ１３の
外部で再び図示せざる感光性検知素子が配置されている
。光導体ケーブル１６および１８の２つの角度範囲内へ
反射せる明視野成分ないしは著るしく明視野中へ散乱せ
るレーザ光束を鮮明に分離するため、それらの間に光学
的な死領域１７が挿入される。こねにより、例えば光導
体装置１６が角度範囲４°　〜５°　、光導体装置１８
がゾンデ１３の外径に応じ角度範囲１５°　〜２０　ま
たはそれ以上を検知する。

検査すべき表面の照射が、直径約０１　ｍｍを廟する収
束せるレーザ光束２１ｆ：使用し行なわれる。ゾンデ１
３の中心部で、レーザ光束２１が内径約１　ｍｍを有す
る管状孔１４を直線的に透過する。孔１４から射出され
た後、レーザ光束２１は、その傾斜角βが孔の面傾斜角
αに適合いしは散乱された光束の返送が光導体ケーブル
１６および１８を経て行なわれ、その場合光導体１８の
端面がセクター形に円形リング中に配置されている。評
価回路として、図示せざる受光装置が光導体ケーブル１
６および１８に後接されている。管１５に密接する内側
ガラス繊維リング１６が、反射方向が極めてわずかに変
動せる光束を検知するために使用される。この分量が、
検査すべき表面の粗さと逆比例する。ガラス繊維リング
１６の外側に接触するリング状の光学的死領域１７に、
外側の光導体リングをｎ個の部分的範囲に分割するｎ個
のセクターを有する光導体１８が・引続く。外側のリン
グ１８全体へ赦乱せる光束の分量は表面粗さに比例する
。散乱せる光束の方向分布は、表面曲率および、とくに
検査される表面を加工せる際の指向構造に依存する。

孔１１の検査すべき内面↓２が、例えばゾンデ１３を孔
１１中へ装入しかつこの場合被加工材１０が孔軸回りで
旋回されることにより、点状に円−ないしは螺旋軌道で
走査される。炉らにこのため、ゾンデ１３またはゾンデ
の部材、とくに偏向ミラー２０にも旋回させることがで
きる。

以下の測定が、検査すべき表面１２の完全な特性表示を
可能眞する： 第１の測定が、ガラス繊維リング１６に受光された光強
度対レーザ光束２１による第１の照射光強度の比を測定
するために使用される。これら２つの価から得られた比
が、表面１２の暗位置を表わしかつ、表面上の残渣、空
洞、亀裂および類似の欠陥への帰納を許容する。

第２の測定において、ガラス繊維リングＩＣに受光され
た光強度対ガラス繊維セクター１８中の光強度の比が得
られ、その場合それぞれの光導体１８中の測定値に関す
る積分値が得られる。これから得られる光強度比が、研
磨品位への帰納を生じ、従ってラッピング−またはホー
ニング欠陥、溝、斑点、スクラッチ等の識別を許容する
。

第３の測定工程において、それぞれのガラス繊維セクタ
ー１８にそれぞれ受光された光強度間の比が得られる。

この比が、指向構造の変動に関する解を生じ、従って研
磨欠陥、スクラッチ等を表わす。

第２ａ図および第２ｂ図による装置は、原則として第１
図による装置と同じであり、従って同じ部材が第１図に
おけると同じ記号で表わされている。前述の装置に対し
第２図による装置の大きい相違は、中心管１５が約２　
ｍｍの大きい内径を有し、かつ中心ガラス繊維リング１
６カ：ないことである。この実施例の場合、表面１２か
ら散乱されたレーザ光束の明視野中での返送が、空気を
介し、レーザ光束２１が表面へ導力・れる中心孔１４を
経て行なわれる。第２図による装置においても、中心孔
１４が、それを包囲する、光導体ケーブル１８の端面と
ともに１つの平面に終る。ゾンデ１３の入口に、種々の
光束を分離するため部分的に透過性のミラー２２が配置
され、このミラーにより、反射された光束が明視野田の
測定装置２３へ偏向される。第２図によるゾンデの場合
、反射方向が極めてわずかに変更された反射光束が、従
って光ファイバを経ずに大口径の管１５を経て返送され
かつ部分的に透過性のミラー２２を経て測定装置２３の
受光素子へ分離される。この装置が有する利点は、とく
に、直接に被加工拐表面から光束中へ反射された光束が
検出され、それによりすでに暗視野成分が一緒に記Ｑさ
れることであるが、第１図による装置によれば、この反
射光束から開口角４°　〜５°　の外側環状部が検出さ
れたにすぎない。従って、第２図による装置を使用し、
明−および暗反射間の明確な分離が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明による装置の１実施例を略示する縦断
面図、第１ｂ図は第１ａ図のｂ−ｂ線による横断面図、
第２ａ図は本発明による装置の他の１実施例を略示する
縦断面図、および第２ｂ図は第２ａ図のｂ−ｂ線による
横断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　線状または面状に被加工材表面を経て導かれるコヒ
   ーレントレーザ光束を使用し、その場合この表面から反
   射された光束を表面状態の判定基準として評価し表面を
   検査するため、反射された光束を、１方で明視野中の感
   光性検知素子へ入射させ、かつ他方で同し平面中眞前記
   第１の検知素子口りに配置された多数の検知素子へ入射
   させ、この多数の検知素子が、暗視野中に被加工材表面
   から散乱反射せるノ升り総角度分布を計測技術的に検出
   する方法を実施するだめのゾンデにおいて、入射するレ
   ーザ光束を透過させるための直線状の中心孔（１４）、
   および、検査すべき表面（１２）から暗視野中へ敗乱せ
   る光束を返送するための、光学的死領域（１７〕の許容
   下に中心孔（１４）回りに配置された多数の先導体ケー
   ブル（１８）を特徴とする自動表面検査用のゾンデ。 ２　中心孔（１４）が、円環状断ｍ１ｌｃより管状に形
   成さｔていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の自動表面検査用のゾンデ。 ３　中心孔（１４）が、１つの平面中で、それを包囲す
   る光導体ケーブル（１６，１８）の終端面とともに終る
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１または第２項のい
   ずれかに記載の自動表面検査用のゾンデ。 ４、光導体ケーブル（１８）が、端面の範囲内で、セク
   ター数ｎを有する円板セクター形断面を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記
   載の自動表面検査用のゾンデ。 ５、検査すべき表面（１２）から反射された明視野の光
   束、ないしは明視野の狭い角度範囲回りに反射された光
   束が、光束（２１）導入用の中心孔（１４）回り（（同
   軸に配置された光導体ケーブル（１６）を経て返送され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１〜第４項のいず
   れかに記載の自動表面検査用のゾ、ンデ。 ６　中心孔（１４）の内径が約１献であることをｑ′吉
   徴とする、４？Ｉ’　３’ｌ請求の範囲第５項記載の自
   動表面検査用のゾンデ。 ７　検査すべき表面（１２）から反射された明視野の光
   束が、入射するレーザ光束（２１）が導入されたと同じ
   孔（１４）ｋ経て返送され、その場合光路中に部分的に
   透過性のミラー（２２）が配置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜第４項のいずれかに記載の自
   動表面検査用のゾンデ。 ８　表面照射に使用される入射レーザ光束成分（２１）
   が部分的に透過性のミラー（２２）を直線状に透過し、
   かつ測定に使用される明視野の反射光束成分が部分的に
   透過性のミラー（２２）により測定装置（２３）へ偏向
   可能であることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
   の自動表面検査用のゾンデ。 ９　中心孔（１４）の内径が約２　ｍｍであることを特
   徴とする特許請求の範囲第７−１．たけ第８項のいずれ
   かに記載の自動表面検査用のゾンデ。 １０　　入射レーーリ５光東（２１）および破加工拐表
   面（１２）から反射された光束が、偏向ミラー（２０）
   を経て、被加工拐表面（１２）に対し、ないしは中心孔
   （１４）およびそれを包囲する光導体ケーブル（１６，
   １８）の端面に対し大体（でおいて直角に偏向されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１〜第９項のいずれか
   に記載の自動表面検査用のゾンデ１１　　偏向ミラー（
   ２０）の反射角（β）が検査すべき表面（１２）に相応
   に変更可能であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   Ｏ項記載の自動表面検査用のゾンデ。 １２、偏向ミラー（２０）が入射レーザ光束（２１）の
   軸回シで旋回可能であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１０または第１１項のいずれかに記載の自動表面検
   査用のゾンデ１３、中心の管状孔（１４）、それを包囲
   する光導体ケーブル（１６，１８）および偏向ミラー（
   ２０）が保護管（１９）中に配置されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１〜第１２項のいずれかに記載
   の自動表面検査用のゾンデ。