JPWO2019083009A1 - Inspection system and inspection method - Google Patents
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Abstract
検査システム(1)は、中心軸(11)に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッド(10)と、検査ヘッドを中心軸の周りに回転する回転ユニット(20)と、検査ヘッド(10)内を通じて、中心軸(11)に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸に沿って戻された被検査物(2)の表面(4)からの反射光を受光する光学システム(30)と、検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子(50)であって、検査用のレーザー光を被検査物に向けて出射するとともに反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、光学素子は、中心軸に対して、法線が角度θで傾くことが可能な反射面を含み、角度θが以下の条件を満たす。46度≦θ≦55度The inspection system (1) includes a hollow inspection head (10) extending in a rod shape along the central axis (11), a rotating unit (20) that rotates the inspection head around the central axis, and an inspection head (10). An optical system (30) that supplies laser light for inspection along the central axis (11) through the inside and receives reflected light from the surface (4) of the object (2) to be inspected returned along the central axis. ), And an optical element (50) arranged near or near the tip of the inspection head, which emits a laser beam for inspection toward the object to be inspected and guides the reflected light in the central axis direction. The optical element includes a reflective surface whose normal line can be tilted at an angle θ with respect to the central axis, and the angle θ satisfies the following conditions. 46 degrees ≤ θ ≤ 55 degrees
Description
本発明は、検査ヘッドから被検査物に検査用のレーザー光を照射して表面を検査する検査システムおよび方法に関するものである。 The present invention relates to an inspection system and method for inspecting a surface by irradiating an object to be inspected with a laser beam for inspection from an inspection head.
日本国特開平11−281583号公報には、被検査物が円筒状をなす場合、その内周面も容易に検査でき、被検査物の表面が平面である場合には、一回の移動で検査できる領域を広くとることができる表面検査装置が開示されている。この表面検査装置は、電動モータの電機子軸を中空筒形とし、その内部に投光ファイバー及び受光ファイバーを結束保持するファイバー保持筒を遊挿すると共に、電機子軸の先端部に回転円筒を一体に取付ける。この回転円筒の内部に、検査光と反射光をファイバー保持筒の軸心に対して、例えば直角に光路を変更する光路変更手段と、検査光を被検査物へ集光し、かつ、反射光を受光ファイバーへ集光する集光手段とを設置する。電動モータを作動して電機子軸と共に回転円筒を回転させると、その内部に設置された光路変更手段が回転し、検査光を照射して検査する領域を移動させることができる。 According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-281583, when the object to be inspected has a cylindrical shape, the inner peripheral surface thereof can be easily inspected, and when the surface of the object to be inspected is flat, one movement is required. A surface inspection device capable of taking a wide area that can be inspected is disclosed. In this surface inspection device, the armature shaft of the electric motor is a hollow cylinder, and a fiber holding cylinder that binds and holds the optical fiber and the light receiving fiber is loosely inserted inside the armature shaft, and a rotating cylinder is integrated with the tip of the armature shaft. Attach to. Inside the rotating cylinder, an optical path changing means for changing the optical path of the inspection light and the reflected light with respect to the axis of the fiber holding cylinder, for example, at a right angle, and a light path changing means for collecting the inspection light on the object to be inspected and reflected light A light collecting means for collecting light on the light receiving fiber is installed. When the electric motor is operated to rotate the rotating cylinder together with the armature shaft, the optical path changing means installed inside the electric motor rotates, and the area to be inspected by irradiating the inspection light can be moved.
回転円筒から軸に直交する方向に検査光を照射して表面を検査する検査装置により、被検査物の円筒状の内部の表面を検査することが可能である。しかしながら、回転円筒の先端に検査光の光路の角度を変更する手段、例えば、反射鏡を設置する必要がある。したがって、反射鏡の設置スペースが必要となるため、有底の円筒状の内部の表面を検査する場合は、円筒内面の底面に近い部分、さらには、円筒内面と底面との境界まで検査することは不可能であった。 It is possible to inspect the inner surface of the cylinder of the object to be inspected by an inspection device that inspects the surface by irradiating the inspection light from the rotating cylinder in the direction orthogonal to the axis. However, it is necessary to install a means for changing the angle of the optical path of the inspection light, for example, a reflector, at the tip of the rotating cylinder. Therefore, since a space for installing a reflector is required, when inspecting the inner surface of a bottomed cylinder, inspect the part near the bottom surface of the inner surface of the cylinder, and even the boundary between the inner surface of the cylinder and the bottom surface. Was impossible.
本発明の一態様は、中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、中心軸の周りに回転される検査ヘッドと、検査ヘッド内を通じて、中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面(表面)からの反射光を受光する光学システムと、検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子とを有する検査システムである。光学素子は、検査用のレーザー光を被検査物に向けて出射するとともに反射光を中心軸方向に導く光学素子であり、中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で検査用のレーザー光を出射可能な反射面を含み、角度θが以下の条件(1)を満たす。
46度 ≦ θ ≦ 55度 ・・・(1)One aspect of the present invention is a hollow inspection head extending in a rod shape along the central axis, and an inspection head rotated around the central axis and a laser for inspection along the central axis through the inspection head. It has an optical system that supplies light and receives reflected light from the surface to be inspected (surface) of the object to be inspected that has been returned along the central axis, and an optical element that is located near or at the tip of the inspection head. It is an inspection system. An optical element is an optical element that emits laser light for inspection toward an object to be inspected and guides reflected light in the direction of the central axis, and is used for inspection with the normal line tilted at an angle θ with respect to the central axis. The angle θ satisfies the following condition (1), including a reflecting surface capable of emitting the laser light of.
46 degrees ≤ θ ≤ 55 degrees ... (1)
この検査システムは、中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドと、検査ヘッドを中心軸の周りに回転する回転ユニットと、検査ヘッド内を通じて、中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面からの反射光を受光する光学システムと、検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子とを有し、光学素子が、中心軸に対して、検査用のレーザー光を、角度φで被検査面に向けて出射するとともに反射光を中心軸方向に導いてもよい。角度φは以下の条件(2)を満たす。
92度 ≦ φ ≦ 110度 ・・・(2)This inspection system has a hollow inspection head extending in a rod shape along the central axis, a rotating unit that rotates the inspection head around the central axis, and a laser beam for inspection along the central axis through the inside of the inspection head. The optical element has an optical system that receives the reflected light from the surface to be inspected of the object to be inspected that has been supplied and returned along the central axis, and an optical element arranged near or near the tip of the inspection head. , The laser beam for inspection may be emitted toward the surface to be inspected at an angle φ with respect to the central axis, and the reflected light may be guided in the direction of the central axis. The angle φ satisfies the following condition (2).
92 degrees ≤ φ ≤ 110 degrees ・ ・ ・ (2)
本願の発明者は、この検査システムにおいて、光学素子により検査用のレーザー光を非直角方向に出射して、被検査物の表面に対して非直角に照射しても、被検査物の表面からの反射光を、強度は低下するが、表面の状態を解析するためには十分な強度で捉えることができることを見出した。したがって、検査システムは、光学素子により、中心軸に対し平行な被検査面に向けて検査用のレーザー光を、非直角に出射して、非検査面の状態を検出できる。条件(1)の範囲では、角度θが45度、すなわち、角度φが90度の場合と比較し、反射光の強度は1/10程度まで低下する可能性があるが、表面の状態の解析に最小限必要な情報を含む反射光を得ることができる。 In this inspection system, the inventor of the present application emits a laser beam for inspection in a non-right angle direction by an optical element and irradiates the surface of the object to be inspected at a non-right angle from the surface of the inspected object. Although the intensity of the reflected light is reduced, it was found that the reflected light can be captured with sufficient intensity to analyze the surface condition. Therefore, the inspection system can detect the state of the non-inspected surface by emitting the laser beam for inspection at a non-right angle toward the surface to be inspected parallel to the central axis by the optical element. In the range of condition (1), the intensity of the reflected light may be reduced to about 1/10 as compared with the case where the angle θ is 45 degrees, that is, the angle φ is 90 degrees, but the surface condition is analyzed. It is possible to obtain reflected light containing the minimum necessary information.
条件(1)の上限は、反射光の強度を確保できることから、53.5度であってもよく、52度であってもよい。同様に、条件(2)の上限は、107度であってもよく、104度であってもよい。条件(1)の下限は、検査可能な側面の境界を底面に近づけられることから、48度であってもよく、50度であってもよい。同様に、条件(2)の下限は、96度であってもよく、100度であってもよい。 The upper limit of the condition (1) may be 53.5 degrees or 52 degrees because the intensity of the reflected light can be secured. Similarly, the upper limit of the condition (2) may be 107 degrees or 104 degrees. The lower limit of the condition (1) may be 48 degrees or 50 degrees because the boundary of the inspectable side surface can be brought closer to the bottom surface. Similarly, the lower limit of the condition (2) may be 96 degrees or 100 degrees.
この検査システムは、角度θ、すなわち角度φを可変するユニットを備えていてもよい。検査ヘッドの先端近傍から先端に達するように設けられた開口を有していてもよい。さらに、この検査システムは、検査ヘッドを中心軸の周りに回転する回転ユニットを有していてもよい。検査システムは、検査ヘッドが挿入される中空部分または凹みを含む被検査物と検査ヘッドとを中心軸に沿って相対的に移動する移動ユニットをさらに有していてもよい。 This inspection system may include a unit that varies the angle θ, that is, the angle φ. It may have an opening provided so as to reach the tip from the vicinity of the tip of the inspection head. Further, the inspection system may have a rotating unit that rotates the inspection head around a central axis. The inspection system may further include a moving unit that moves the inspection head relative to the subject to be inspected, including a hollow portion or recess into which the inspection head is inserted, along a central axis.
本発明の他の態様の1つは、中心軸に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッドであって、中心軸の周りに回転される検査ヘッドを含む検査システムを用いて、被検査物の被検査面の状態を検査することを有する方法である。検査システムは、検査ヘッド内を通じて、中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸に沿って戻された被検査面からの反射光を受光する光学システムと、検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、検査用のレーザー光を被検査物に向けて出射するとともに反射光を中心軸方向に導く光学素子とをさらに有する。さらに、検査することは、光学素子の反射面を、中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で検査用のレーザー光を被検査面に向けて出射することを含み、角度θは上記の条件(1)を満たす。出射することは、角度θを変えることを含んでもよい。 One other aspect of the present invention is a hollow inspection head extending rod-shaped along a central axis, using an inspection system that includes an inspection head that is rotated around the central axis. It is a method having to inspect the condition of the surface to be inspected. The inspection system is an optical system that supplies laser light for inspection along the central axis through the inside of the inspection head and receives the reflected light from the surface to be inspected returned along the central axis, and the vicinity of the tip of the inspection head. Alternatively, it further includes an optical element arranged at the tip thereof, which emits a laser beam for inspection toward the object to be inspected and guides the reflected light in the central axis direction. Further, the inspection includes emitting a laser beam for inspection toward the surface to be inspected with the normal line tilted at an angle θ with respect to the central axis of the reflecting surface of the optical element, and the angle θ Satisfies the above condition (1). Emitting may include changing the angle θ.
本発明のさらに異なる他の態様の1つは、検査ヘッドを含む検査システムを用いて、被検査物の被検査面の状態を検査することを有する方法であって、検査することが、光学素子により、中心軸に対して、検査用のレーザー光を、角度φで被検査面に向けて出射することを含む、方法である。角度φは上記の条件(2)を満たす。 One of yet different other aspects of the present invention is a method comprising inspecting the condition of the surface to be inspected of an object to be inspected using an inspection system including an inspection head, wherein the inspection is an optical element. This is a method including emitting a laser beam for inspection toward the surface to be inspected at an angle φ with respect to the central axis. The angle φ satisfies the above condition (2).
これらの検査方法において、出射することは、中心軸に対し平行な被検査面に向けて検査用のレーザー光を出射することを含んでもよい。また、出射することは、被検査物の中心軸に沿って延びた中空部分または凹みの中心軸に平行な被検査面(内面、表面)に向けて検査用のレーザー光を出射することを含んでもよい。 In these inspection methods, the emission may include emitting a laser beam for inspection toward a surface to be inspected parallel to the central axis. Emission also includes emitting laser light for inspection toward the surface to be inspected (inner surface, surface) parallel to the central axis of the hollow portion or recess extending along the central axis of the object to be inspected. It may be.
図1に、検査装置(検査システム)1の外観を示し、図2に、検査装置1の概略の構成を、断面を用いて示している。この検査装置(表面検査装置)1は、被検査物2に設けられた孔、凹みなどの中空部分3の内面(表面、被検査面)4の形状または状態を検査するために適している。中空部分3の一例は、円筒状の側面4aと、底面4bとを備えた有底の中空部分3である。
FIG. 1 shows the appearance of the inspection device (inspection system) 1, and FIG. 2 shows a schematic configuration of the
検査装置1は、中心軸11に沿って棒状に延びた中空の検査ヘッド(検査プローブ)10と、検査ヘッド10を中心軸11の周りに回転させる回転ユニット20と、検査ヘッド10内を通じて、中心軸11に沿って検査用のレーザー光を供給し、中心軸11に沿って戻された被検査物2の表面(被検査面)4からの反射光を受光する光学システム30と、検査ヘッド10の先端またはその近傍に配置された光学素子50と、検査ヘッド10および被検査物2の少なくとも一方を中心軸11に沿って相対的に移動する移動ユニット25と、回転ユニット20、光学システム30および移動ユニット25を内蔵するハウジング5とを含む。
The
この検査装置1は、検査ヘッド(検査プローブ)10と被検査物2とを相対的に移動する移動ユニット25としてハウジング5に収納された検査ヘッド10の移動ユニット25を含む。移動ユニット25は、検査ヘッド10、回転ユニット20および光学システム30を搭載したキャリッジ28と、キャリッジ28を前後(図2の左右)に動かすボールねじ26および移動用のモータ27の組み合わせとを含む。検査ヘッド10は、基端となる固定部19と、固定部19に対して回転するように装着された回転部18とを含み、固定部19がホルダー29を介してキャリッジ28に搭載されている。移動ユニット25の構成は一例であり、スライダー、移動テーブルなどであってもよい。移動ユニット25により、検査ヘッド10はハウジング5から前方に突き出た位置P1と、検査ヘッド10がハウジング5の内部に退避する位置P2とに移動する。検査ヘッド10の代わりに、あるいは検査ヘッド10とともに被検査物2を、ロボット等を用いて動かしてもよい。
The
光学システム30は、検査用のレーザー光を生成する半導体レーザー(レーザーダイオード、LD)31と、反射光を受光する受光素子(例えば、フォトダイオード、CCD、CMOSなど)32と、半導体レーザー31の駆動回路、受光素子32で受信した信号を処理する回路などを含む制御ユニット33とを含む。光学システム30で受信した信号は制御ユニット33を介して不図示のコンピュータ(パーソナルコンピュータ)に送られて、さらにデータ処理され、被検査物2の表面4の解析に用いられる。光学システム30は、さらに、検査プローブ10の内部に挿入された光ファイバー35と、光ファイバー35に対して入出力する光束を制御する調光レンズ36とを含む。これらについてはさらに以下で説明する。
The
回転ユニット20の一例は、キャリッジ28に搭載されたモータ21である。モータ21により駆動されるプーリ22が、検査ヘッド10の回転部18と駆動ベルト23で接続されており、モータ21が駆動ベルト23を介して検査ヘッド10の回転部18を中心軸11の周りに(中心軸11を回転の中心として)高速で回転する。
An example of the rotating
図3に検査ヘッド(検査プローブ)10を抜き出して示している。図4にプローブ10の概略構成を、断面を用いて示している。検査ヘッド10は、全体として回転軸11に沿って延びた中空の円筒体であり、基端の固定部19と、固定部19に対してベアリング17を介して回転するように同軸上に取り付けられ、先端方向(前方)16に向かって延びた回転部18とを含む。回転部18は、駆動ベルト23を介して回転力が伝達される、比較的太い駆動部15と、駆動部15から細く先端(前方)16に向かって延びた挿入部(ニードル)14とを含む。挿入部14の先端14aには、半径方向に向いた開口(切り欠き)13が設けられており、開口13を介して検査用のレーザー光(プローブ光)が検査ヘッド10から出射され、被検査物2の表面4からの反射光が検査ヘッド10に戻されるようになっている。
FIG. 3 shows the inspection head (inspection probe) 10 extracted. FIG. 4 shows a schematic configuration of the
図5に、被検査物2の検査対象である中空部分3の内面4を検査ヘッド10から照射される光により検査する様子を示している。検査ヘッド10の開口13から検査用のレーザー光(プローブ光)61が内面(検査対象面)4に向けて照射され、検査対象面4からの反射光62が開口13から検査ヘッド10の内部に戻される。
FIG. 5 shows a state in which the
検査ヘッド10の内部には、中心軸11に沿ってプローブ光61と反射光62とを導く光ファイバー35が挿入されている。光学システム30を構成する光ファイバー35は複数のファイバーのバンドルであり、LD31から射出されるプローブ光61を被検査物2に向かって導く投光ファイバー35aと、被検査物2からの反射光62を受光素子32へ導く受光ファイバー35bとを含む。さらに、光学システム30は、検査ヘッド10の内部に、光ファイバー35を束ねた状態で保持する保持筒34と、その保持筒34の先端に設けられた調光レンズ36とを含む。
An
検査ヘッド10の先端の挿入部14は、同軸状に保持筒34および調光レンズ36を覆うように延び、調光レンズ36の前方16の挿入部14の先端(先端近傍)14aにプローブ光61の出射方向を制御する光学素子50が配置されている。光学素子50の一例は平面鏡であり、プリズムなどの他の光の出射方向および入射方向を制御できる反射面を有する光学素子であってもよい。本例の検査装置1においては、鏡面(反射面)51の角度θ、具体的には、反射面51に直交する法線55が中心軸11となす角度(夾角、鋭角側の角度)θを46度以上に設定可能としている。これにより、中心軸11に沿って延びた光ファイバー35から中心軸11を光軸として出射されるプローブ光61を、中心軸(光軸)11に対して前方16、すなわち、中心軸11に対して直交する方向よりも大きな角度φで前方16に向けて出射するようにしている。反射面51の角度θは固定されていてもよく、マイクロモーター、ピエゾ素子などの小型で角度制御が可能な適当なアクチュエータ59を用いて45度あるいは45度未満から45度以上まで可変であってもよい。
The
反射面51の角度θが46度以上に傾いた光学素子50は、前方16に向けて出射されたプローブ光61により照射された前方の検査対象面4の反射光62を中心軸11の方向に反射し、光ファイバー35に導く機能を含む。調光レンズ36は、光ファイバー35の先端35cから出力されたプローブ光61を、反射面51を介して検査対象面4に集光するために適した焦点距離を有する対物レンズである。調光レンズ36は、反射面51を介して検査ヘッド10に導入された反射光62を光ファイバー35の先端35cに集光する機能も含む。検査ヘッド10の中心軸11に沿ってプローブ光61を出射し、反射光62を検出する光学システム30は、光ファイバー35を使用したものに限定されず、ダイクロイックプリズムなどを備えた、光ピックアップなどとして公知の他の光学系であってもよい。検査対象の中空部分3の径が数cm以下あるいは数mm以下のような場合は、光ファイバー35を用いた光学システム30が好適である。
The
図6に、検査ヘッド10の前方16の挿入部14の先端14aに設けられた開口(切り欠き)13の幾つかの例を示している。図6(a)に示す検査ヘッド10の、挿入部14の先端(先端近傍)14aに設けられた開口13は、挿入部14の先端(最先端)のエッジ14eの方向が開いたコ字型である。図6(b)に断面で示すように、開口13は、反射面51が中心軸(光軸)11と交差する点(中央)51cを少なくとも含み、前方16に向けてエッジ14eに達する開口となっている。このため、反射面51により前方16に反射されるプローブ光61および前方16からの反射光62が、挿入部14の壁面(ハウジング、シース)と干渉せずに検査ヘッド10の内部に対して入出力される。
FIG. 6 shows some examples of the opening (notch) 13 provided at the
図6(c)に示す検査ヘッド10の、挿入部14の先端14aに設けられた開口13は、挿入部14のエッジ14eの方向が開いたU字型であり、図6(d)に示すように、反射面51と中心軸11との交点51cを含めて挿入部14のエッジ14eに達する開口となっている。開口13の形状はこれらに限定されず、挿入部14の先端から前方16に突き出るようにミラーなどの光学素子50が装着された構成であってもよい。検査ヘッド10においては、プローブ光61を円周状に、円筒状の検査対象面4に連続して照射するために、光学素子50を高速で中心軸11を中心として、中心軸11の周りに、安定した状態で回転する必要がある。したがって、光学素子50を円筒状の挿入部14の先端14aに挿入した状態で固定し、先端14aの一部を開口(切り欠き)13としてプローブ光61および反射光62をハンドリングする構成は検査ヘッド10として好適な構成の1つである。
The
検査装置1に用いられている検査ヘッド10においては、先端または先端近傍14aに光学素子50を配置してプローブ光61の出射方向を中心軸11の方向から半径方向に変換する必要がある。したがって、図5に示すような、底面4bを有する中空部分3を検査対象とする場合は、検査ヘッド10と被検査対象物2との干渉を避けるためのクリアランスに加えて、光学素子50の設置のために必要なスペースがデッドスペースDSとなる。このため、従来の検査ヘッド10のように、反射面51を中心軸11に対して45度に配置し、プローブ光61を中心軸11に対して90度方向に出射するタイプでは、検査対象の周面4aのうち、底面4bに近いデッドスペースDSの部分の面は検査できないという問題がある。
In the
これに対し、検査ヘッド10においては、図5に拡大して示すように、反射面51の角度θを46度以上に設定(配置)し、プローブ光61の中心軸11に対する照射角φを92度以上とし、前方16に向けて照射することにより、周面4aのうち、検査ができないデッドスペースDSを縮小し、または、なくすようにしている。
On the other hand, in the
本願の発明者は、プローブ光61を中心軸11に対して直交する方向ではなく、前方16に照射しても、中心軸11に対し平行な検査対象面(被検査面)4a、例えば、中心軸11を中心とする円筒状の内面4aからの反射光62が得られることを見出した。さらに、反射光62の強度が十分であれば、検査対象面4aの凹凸を含めた状態を検査できることを見出した。さらに、反射光62の平均濃度値が、最も強度が高いプローブ光61が中心軸11に対して直交するように出射されたときの約1/10未満になると、画像処理のためのデータ量が不足し、表面検査に必要な情報が得られにくいことを見出した。
The inventor of the present application has an inspection target surface (inspection surface) 4a parallel to the
図7に、反射面51の角度θを変化させたときの反射光62の平均濃度値の比(平均濃度比)の変化を示している。この測定においては、検査ヘッド10に装着されている反射面51の角度θを直に変える代わりに、検査対象(測定対象)である面4の角度(傾斜角度)βを変えて、取得できる反射光62の平均濃度値を測定し、傾斜角度βが0の値を100として%で示している。測定に使用したレーザー出力は300μW、スポット径は約50μmである。
FIG. 7 shows a change in the ratio (average density ratio) of the average density values of the reflected light 62 when the angle θ of the reflecting
反射面51の角度θ、プローブ光61の照射角度φおよび傾斜角度βとの関係は以下の式(3)および(4)で表される。
φ=2×θ ・・・(3)
β=2×θ−90 ・・・(4)The relationship between the angle θ of the reflecting
φ = 2 × θ ・ ・ ・ (3)
β = 2 × θ-90 ・ ・ ・ (4)
さらに、反射面51の中心軸11との交点51cとプローブ光61により照射可能な点の中心軸方向の距離Lcと、中心軸11からの半径方向との距離Lrとは以下の式(6)で表される。
Lc/Lr=tan(2×θ−90)・・・(5)Further, the distance Lc in the central axis direction of the
Lc / Lr = tan (2 × θ-90) ・ ・ ・ (5)
図7の測定結果より、傾斜角βが20度を超えると平均濃度比は約9%を下回ることが分かる。したがって、反射面51の角度θは55度以下(照射角度φは110度以下)であることが望ましい。特に、傾斜角βが20度を超えると平均濃度比の減衰率が大きくなる。さらに、デッドスペースDSを削減するという観点から角度θは46度以上であることが望ましい。したがって、反射面51の角度θは、式(1)で示したように、46度以上、55度以下であることが望ましい。また、プローブ光61の照射角度φは、式(2)で示したように、92度以上、110度以下であることが望ましい。この条件で、Lc/Lrは0.36であり、検査対象の中空部3の内径が30mm、検査ヘッド10の径が14mm程度、デッドスペースDSが5mmであれば、検査対象の中空部3の周面4aを底面4bの境界4cに至るまで検査することができる。
From the measurement results of FIG. 7, it can be seen that when the inclination angle β exceeds 20 degrees, the average concentration ratio falls below about 9%. Therefore, it is desirable that the angle θ of the reflecting
図7の測定結果に示すように、反射面51の角度θが53.5度以下であれば、照射角度φは107度以下となり、平均濃度比は33%を超え、反射光62の強度として最大強度の1/3以上を確保できる。このため、検査範囲が広く、かつ、反射光62の強度も高い、表面検査にさらに適した検査ヘッド10および検査ヘッド10を提供できる。このときのLc/Lrは0.31であり、上記条件であれば、十分に周面4aを底面4bの境界に至るまで検査できる。
As shown in the measurement result of FIG. 7, when the angle θ of the reflecting
さらに、反射面51の角度θが52度以下であれば、照射角度φは104度以下となり、平均濃度比は50%を超え、反射光62の強度として最大強度の1/2以上を確保できる。このため、検査範囲が広く、反射光62の強度がさらに高い、表面検査にさらに適した検査ヘッド10および検査ヘッド10を提供できる。このときのLc/Lrは0.25であり、上記条件であれば、十分に周面4aを底面4bの境界4cに至るまで検査できる。
Further, when the angle θ of the reflecting
さらに、反射面51の角度θが50度以下であれば、照射角度φは100度以下となり、平均濃度比は65%を超える。このため、強度のさらに高い反射光62を得ることができ、表面検査にさらに適した検査ヘッド10および検査ヘッド10を提供できる。このときのLc/Lrは0.18であり、上記条件であれば、十分に周面4aを底面4bの境界4cに至るまで検査できる。
Further, when the angle θ of the reflecting
反射面51の角度θの下限は、非90度(非直角)でプローブ光61を照射できればよく、角度θは45度を超えていればよく、照射角度φも90度を超えていればよい。しかしながら、デッドスペースDSを削減することを考えると、角度θは46度(照射角度φは92度)以上であることが望ましく、角度θは48度(照射角度φは96度)以上であることが望ましい。さらに、上記のような中空部3の周面4aの全域を検査することを考慮すると、角度θは49度(照射角度φは98度)以上であることが好ましく、角度θは50度(照射角度φは100度)以上であることがさらに好ましい。
The lower limit of the angle θ of the reflecting
また、この検査装置1および検査ヘッド10、およびそれらを用いた検査方法においては、検査対象の面4に対しプローブ光61を非直角に照射することにより、検査対象面が中心軸に平行に底面まで続いていても、検査可能な範囲を拡大することができる。検査対象の面4とプローブ光61との成す角(傾斜角)βは、上述したように、20度以下であることが好ましく、17度以下であることがさらに好ましく、14度以下であることがいっそう好ましい。また、検査範囲を拡張することを考えると、傾斜角βは、2度以上であることが好ましく、6度以上であることがさらに好ましく、10度以上であることも有効である。
Further, in the
図8に、検査装置1を用いて検査対象物(被検査物)の表面(被検査面)を検査する方法の一例を示している。被検査面(検査対象面)4の一例は、有底で中空の円筒状の面、例えば、シリンダーの内面(側面)である。ステップ111において、反射面51の角度θを45度にセットし、プローブ光61の照射角φを90度に設定する。反射面51の角度θは45度でなくてもよいが、通常の検査では平均濃度比の高い角度θを採用することが好ましい。ステップ112において、検査ヘッド10を検査対象の中空部に挿入して、中空部3の側面(内面、被検査面)4aの検査を開始する。ステップ113において、検査ヘッド10が最深部、すなわち、中空部3の底面4bに対して所定のクリアランスが確保できる位置に到達すると、ステップ114において、アクチュエータ59を用いて反射面51の角度θを46度以上に、連続的にまたは断続的に変更し、プローブ光61の照射角φを92度以上に変更して、中空部3の側面4aの検査を継続する。ステップ115において、側面4aと底面4bとの境界4cを検出すると検査を終了する。
FIG. 8 shows an example of a method of inspecting the surface (inspected surface) of the inspection object (inspection object) using the
検査装置1を用いた検査方法は、反射面51の角度θを可変にする代わりに、ステップ111において、最深部において境界4cが検出できる角度に反射面51の角度θを予め設定し、プローブ光61の照射角を92度以上に予めセットしてから、検査ヘッド10を徐々に中空部3に挿入しながら側面4aの検査を行い、境界4cを検出したら検査を終了するという方法であってもよい。このような方法により、底面4bとの境界4cまで中心軸11に平行な側面4aが続くような中空部3であっても、側面4aを境界4cに至るまでプローブ光61を照射して、側面4aの状態を検査することができる。
In the inspection method using the
以上に説明したように、本発明に係る検査装置(検査システム)1は、検査ヘッド(検査プローブ)10の先端14aより、検査用の光(プローブ光)61を非90度方向に前方16へ向けて照射することができる。このため、検査ヘッド10のデッドスペースをなくす、あるいは小さくすることが可能である。したがって、検査システム1により、底面4bを備えた中空の空間3の周面4aを検査することにより、底面4bまで、あるいは底面4bにさらに近い部分まで周面4aを検査し、その表面の状態を評価することができる。
As described above, in the inspection device (inspection system) 1 according to the present invention, the inspection light (probe light) 61 is directed forward 16 in the non-90 degree direction from the
Claims (15)
前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面からの反射光を受光する光学システムと、
前記検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、前記検査用のレーザー光を前記被検査物に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、
前記光学素子は、前記中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で前記検査用のレーザー光を前記被検査面に向けて出射可能な反射面を含み、前記角度θが以下の条件を満たす、検査システム。
46度≦θ≦55度A hollow inspection head extending in a rod shape along the central axis and rotating around the central axis.
An optical system that supplies laser light for inspection along the central axis through the inspection head and receives reflected light from the surface to be inspected of the object to be inspected returned along the central axis.
An optical element arranged near or near the tip of the inspection head, which emits the laser light for inspection toward the object to be inspected and guides the reflected light in the central axis direction. And
The optical element includes a reflective surface capable of emitting a laser beam for inspection toward the surface to be inspected in a state where the normal line is tilted at an angle θ with respect to the central axis, and the angle θ is as follows. An inspection system that meets the conditions.
46 degrees ≤ θ ≤ 55 degrees
前記角度θが以下の条件を満たす、検査システム。
48度≦θ≦53.5度In claim 1,
An inspection system in which the angle θ satisfies the following conditions.
48 degrees ≤ θ ≤ 53.5 degrees
前記角度θが以下の条件を満たす、検査システム。
50度≦θ≦52度In claim 2,
An inspection system in which the angle θ satisfies the following conditions.
50 degrees ≤ θ ≤ 52 degrees
前記角度θを可変するユニットを有する、検査システム。In any of claims 1 to 3,
An inspection system having a unit that changes the angle θ.
前記検査ヘッドを前記中心軸の周りに回転する回転ユニットと、
前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された被検査物の被検査面からの反射光を受光する光学システムと、
前記検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、前記中心軸に対して、前記検査用のレーザー光を、角度φで前記被検査面に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、前記角度φが以下の条件を満たす、検査システム。
92度≦φ≦110度A hollow inspection head extending in a rod shape along the central axis,
A rotating unit that rotates the inspection head around the central axis,
An optical system that supplies laser light for inspection along the central axis through the inspection head and receives reflected light from the surface to be inspected of the object to be inspected returned along the central axis.
An optical element arranged near or near the tip of the inspection head, which emits the laser light for inspection at an angle φ toward the surface to be inspected and emits the reflected light with respect to the central axis. An inspection system having an optical element that guides in the central axis direction, and the angle φ satisfies the following conditions.
92 degrees ≤ φ ≤ 110 degrees
前記角度φを可変するユニットを有する、検査システム。In claim 5,
An inspection system having a unit for varying the angle φ.
前記検査ヘッドの先端近傍から先端に達するように設けられた開口を有する、検査システム。In any of claims 1 to 6,
An inspection system having an opening provided so as to reach the tip from the vicinity of the tip of the inspection head.
前記検査ヘッドを前記中心軸の周りに回転する回転ユニットを有する検査システム。In any of claims 1 to 7, further
An inspection system having a rotating unit that rotates the inspection head around the central axis.
前記被検査物は、前記検査ヘッドが挿入される中空部分または凹みを含み、
前記検査ヘッドと前記被検査物とを前記中心軸に沿って相対的に移動する移動ユニットをさらに有する、検査システム。In any of claims 1 to 8,
The object to be inspected includes a hollow portion or a recess into which the inspection head is inserted.
An inspection system further comprising a moving unit that relatively moves the inspection head and the object to be inspected along the central axis.
前記光学素子は、前記中心軸に対し平行な前記被検査面に向けて前記検査用のレーザー光を出射する、検査システム。In any of claims 1 to 9,
An inspection system in which the optical element emits a laser beam for inspection toward the surface to be inspected parallel to the central axis.
前記検査システムは、前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された被検査面からの反射光を受光する光学システムと、前記検査ヘッドの先端近傍または先端に配置された光学素子であって、前記検査用のレーザー光を前記被検査物に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とをさらに有し、
前記検査することは、
前記光学素子の反射面を、前記中心軸に対して、法線が角度θで傾いた状態で前記検査用のレーザー光を前記被検査面に向けて出射することを含み、前記角度θが以下の条件を満たす、方法。
46度≦θ≦55度Inspecting the condition of the surface to be inspected by using an inspection system that is a hollow inspection head extending in a rod shape along the central axis and includes an inspection head that is rotated around the central axis. How to have
The inspection system includes an optical system that supplies laser light for inspection along the central axis through the inspection head and receives reflected light from the surface to be inspected returned along the central axis. An optical element arranged near or near the tip of the inspection head, which further includes an optical element that emits the laser light for inspection toward the object to be inspected and guides the reflected light in the central axis direction. And
The inspection is
The reflection surface of the optical element includes emitting laser light for inspection toward the surface to be inspected in a state where the normal line is tilted at an angle θ with respect to the central axis, and the angle θ is as follows. A method that meets the conditions of.
46 degrees ≤ θ ≤ 55 degrees
前記出射することは、前記角度θを変えることを含む、方法。11.
The exiting method comprises changing the angle θ.
前記検査システムは、前記検査ヘッド内を通じて、前記中心軸に沿って検査用のレーザー光を供給し、前記中心軸に沿って戻された前記被検査面からの反射光を受光する光学システムと、前記検査用のレーザー光を前記被検査物に向けて出射するとともに前記反射光を前記中心軸方向に導く光学素子とを有し、
前記検査することは、
前記光学素子により、前記中心軸に対して、前記検査用のレーザー光を、角度φで前記被検査面に向けて出射することを含み、前記角度φが以下の条件を満たす、方法。
92度≦φ≦110度Inspecting the condition of the surface to be inspected by using an inspection system that is a hollow inspection head extending in a rod shape along the central axis and includes an inspection head that is rotated around the central axis. How to have
The inspection system includes an optical system that supplies laser light for inspection along the central axis through the inspection head and receives reflected light from the surface to be inspected returned along the central axis. It has an optical element that emits the laser light for inspection toward the object to be inspected and guides the reflected light in the central axis direction.
The inspection is
A method in which the optical element emits a laser beam for inspection with respect to the central axis toward the surface to be inspected at an angle φ, and the angle φ satisfies the following conditions.
92 degrees ≤ φ ≤ 110 degrees
前記出射することは、前記中心軸に対し平行な前記被検査面に向けて前記検査用のレーザー光を出射することを含む、方法。In any of claims 11 to 13,
The method comprising emitting a laser beam for inspection toward the surface to be inspected parallel to the central axis.
前記出射することは、前記被検査物の前記中心軸に沿って延びた中空部分または凹みの前記中心軸に平行な前記被検査面に向けて前記検査用のレーザー光を出射することを含む、方法。In any of claims 11 to 13,
The emission includes emitting a laser beam for inspection toward the surface to be inspected parallel to the central axis of a hollow portion or a recess extending along the central axis of the object to be inspected. Method.
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