(57)【要約】【課題】安価で小型な低出力レーザー光源を用いて、球表面の傷を検出する際に、照射面積が大きいと照射エネルギー密度が低く、そのため傷による信号変化が小さく、特に大きな球における小さな傷の検知が難しいという課題があった。【解決手段】  レンズ部品４、７の最適組み合わせにより照射部３レーザー光断面形状を線状形態にする事により、従来方法に比べてパワー密度を10倍以上高くすることができた。これにより、傷による信号変化が大きくなり、より高感度に検出できる。さらにビームサイズが数十μm×数mmであることから、大きな被検査物に存在する数十μm程度の微小傷を高速で検知できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振器と、そのレーザー光を伝送する伝送光学部品と、伝送後のレーザー光を線状平行ビームとするコリメータと、線状平行ビームを集光し被検査物表面に照射する照射光学部品と、照射光とほぼ同一光路を逆進する被検査球体表面で反射されたレーザー光を線状に集光する円筒面レンズと、線状に集光された反射光を受光する受光素子と、受光素子からの信号を処理する電気回路と、を有する表面傷検査装置において、前記照射光学部品によってレーザー光の断面形状を線状（線状ビーム）にし、かつ被検査球体表面に垂直に照射することを特徴とする表面傷検査装置。
【請求項２】
前記照射光学部品として２枚の円筒面レンズを使用し、線状平行ビームの長軸方向と短軸方向を別々に集光することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置。
【請求項３】
前記受光素子としてフォトダイオードアレイセンサーを使用することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置。
【請求項４】
低周波数成分を傷信号判別用閾値波形とする前記電気回路を使用することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置。
【請求項５】
傷信号波形時間幅を傷信号判別用閾値とする前記電気回路を使用することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置。
【請求項６】
レーザー光の中心部のみを使用することで前記フォトダイオードアレイセンサーの1素子内の光強度分布を均一にし、1素子内各部位での信号差を小さくすることを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置。
【請求項７】
前記円筒面レンズ及び被検査球体を含めた球面収差を光学的に補正することで、前記フォトダイオードアレイセンサーの各素子に対応する被検査球体表面上のビーム長さを均一にすることを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置。
【請求項８】
前記フォトダイオードアレイセンサーの複数の素子に跨る高周波信号波形のみを加算することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、球体表面の傷の有無を光学的に検査する表面傷検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザー光を用いた光学的球体表面傷検査装置は、（図４），（図５）に示すように、被検査物表面でのレーザー光照射部３の断面形状は円形である。
【０００３】
反射光の干渉縞がセンサー内に入ることを避けるため、細長いスリット９や横長センサーを用いて干渉縞をカットしている。また判定は、一定電圧のしきい値を傷信号が越えた場合に傷とするようにしている。
【０００４】
また光の焦点を球のほぼ中心に合わせることで、異なるサイズの玉においても測定系を変更することなく、大きな玉では大きな傷、小さな玉では小さな傷を検知できるようにしている。
【特許文献１】特開平７−３３３１５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、以上の従来技術によれば、安価で小型な低出力レーザー光源を用いた場合、照射面積が大きいと照射エネルギー密度が低く、そのため傷による信号変化が小さく、特に大きな球における小さな傷の検知が難しい。
【０００６】
逆に照射面積が小さいと照射エネルギー密度は大きくなるが検査面積が小さいために検査時間が長くなってしまう。さらに反射光のスリット状の一部のみを受光するため光の利用効率が悪い。
【０００７】
そこで、この発明は、低出力レーザー光源を用いても球体表面の傷による信号変化が小さくならず、かつ高速検査が可能な光学的表面傷検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、請求項１の発明は、レーザー発振器１と、そのレーザー光を伝送する伝送光学部品８と、伝送後のレーザー光を線状平行ビームとするコリメータ４と、線状平行ビームを集光し被検査物表面２に照射する照射光学部品７と、照射光とほぼ同一光路を逆進する被検査球体表面２で反射されたレーザー光を線状に集光する円筒面レンズ５と、線状に集光された反射光を受光する受光素子６と、受光素子６からの信号を処理する電気回路と、を有する表面傷検査装置において、前記照射光学部品７によってレーザー光束の照射部３の垂直投影形状を最適化した線状形状で、かつ被検査物表面２に垂直に照射出来る様構成することを特徴とする表面傷検査装置である。
【０００９】
請求項２の発明は、前記照射光学部品７として２枚の円筒面レンズを使用し、線状平行ビームの長軸方向と短軸方向を別々に集光することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、前記受光素子としてフォトダイオードアレイセンサー６を使用することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置である。
【００１１】
請求項４の発明は、低周波数成分を傷信号判別用閾値波形とする前記電気回路を使用することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置である。
【００１２】
請求項５の発明は、傷信号波形時間幅を傷信号判別用閾値とする前記電気回路を使用することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置である。
【００１３】
請求項６の発明は、レーザー光の中心部のみを使用することで前記フォトダイオードアレイセンサー６の1素子内の光強度分布を均一にし、1素子内各部位での信号差を小さくすることを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置である。
【００１４】
請求項７の発明は、前記円筒面レンズ７及び被検査球体２を含めた球面収差を光学的に補正することで、前記フォトダイオードアレイセンサー６の各素子に対応する被検査球体６の表面上のビーム長さ３を均一にすることを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置である。
【００１５】
請求項８の発明は、前記フォトダイオードアレイセンサー６の複数の素子に跨る高周波信号波形のみを加算することを特徴とする請求項１記載の表面傷検査装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低出力レーザー光源を用いても球体表面の傷による信号変化が小さくならず、かつ信頼性の高い高速検査が可能な光学的表面傷検査装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明の一実施形態を、（図１）、（図２）に示す。（図２）は（図１）を側面から見た図である。
【００１８】
レーザー発振器１はHe-Neレーザーや半導体レーザー等の低出力レーザーである。レーザー発振器１から出力されたレーザー光はシングルモードファイバー８によりコリメータ４まで伝送される。
【００１９】
伝送されたレーザー光はコリメータ４により線状平行ビームにされる。線状平行ビームは２枚の円筒面レンズ７により長軸と短軸が別々に集光され、被検査球体２の表面に対して垂直にかつ照射幅が数十〜数百μmで照射される。
【００２０】
（図２）では１枚目の円筒面レンズ７により短軸方向のみが球表面に焦点が来るよう集光される。（図１）では２枚目の円筒面レンズ７により長軸方向のみが球中心に焦点が来るよう集光される。
【００２１】
これにより球表面で照射部３は短軸が数十μm、長軸が数mmの線状ビームとなる。
【００２２】
被検査物表面で反射したレーザー光は照射光とほぼ同一光路を逆進する。光路途中に設置されたハーフミラー１０及び円筒面レンズ５により反射光はフォトダイオードアレイセンサー６に入射される。
【００２３】
被検査物表面に傷があった場合、傷部分に対応する一つもしくは複数のセンサー信号が低下（正反射光）もしくは増加（散乱光）する。この信号変化により傷の有無を検知する。
【実施例１】
【００２４】
（図１）〜（図２）に示す実施例では、照射部３レーザー光断面形状が線状であることから従来の円形に比べてパワー密度を10倍以上高くすることができた。
【００２５】
これの効果により、傷による信号変化が大きくなり、より高感度に検出できる。さらにビームサイズが数十μm×数mmであることから、大きな被検査物に存在する数十μm程度の微小傷を高速で検知できた。
【００２６】
（図１）〜（図２）の実施例では、１枚目の円筒面レンズにより短軸方向のみが球表面に焦点が来るよう集光され、球表面上に数十μmの長さで投光される。同じ円筒面レンズを球体に近づけるか、もしくはより焦点距離の長い円筒面レンズを用いて、（図３）に示すように焦点を球中心にすることができる。
【００２７】
この場合、球表面でのビーム幅は数百μmとなり、やや大きめの傷を検出できた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の一実施形態を示す平面図である。
【図２】（図１）の側面図である。
【図３】この発明の一実施形態を示す平面図である。
【図４】従来技術を示す平面図である。
【図５】従来技術を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１．レーザー発振器
２．被検査対象物
３．レーザー照射部
４．コリメータ
５．円筒面レンズ
６．フォトダイオードアレイ
７．円筒面レンズ
８．光ファイバー
９．スリット
１０．ハーフミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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