(57)【要約】【課題】現合作業を行うことなく、検査ヘッドの軸線を被検査物に表面に対する所定の方向に正確に一致させることができる表面検査装置を提供する。【解決手段】ワーク台２に取り付けられるベース３と、ベース３に対して軸線に沿って移動する検査ヘッドとを有し、検査ヘッドを軸線ＡＸに沿って移動させつつ回転させ、被検査物１００の表面に検査光を照射し、その反射光を受光して被検査物１００の表面状態を検査する表面検査装置１において、検査ヘッドの軸線ＡＸに沿ってベース３に設けられ、保持装置２に対して軸線ＡＸを位置決めする第１のピン穴６２と、検査ヘッドの軸線ＡＸに沿って第１のピン穴６２から距離をおいてベース３に設けられ、保持装置２に対して軸線ＡＸを位置決めする第２のピン穴６３と、第２のピン穴６３の位置を軸線ＡＸと交差する方向に移動可能な位置決め手段として開口部、挿入部材及びねじを備える。【選択図】図２
2007315819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物を保持する保持装置に取り付けられるベースと、該ベースに対して軸線に沿って動作可能な状態で該ベース上に支持される検査ヘッドとを有し、前記検査ヘッドを前記軸線に沿って動作させつつ前記検査ヘッドより前記被検査物の表面に検査光を照射し、その反射光を受光することによって被検査物の表面状態を検査する表面検査装置において、
前記検査ヘッドの前記軸線に沿って前記ベースに設けられ、前記保持装置に対して前記軸線を位置決めする第１の位置決め手段と、
前記検査ヘッドの前記軸線に沿って前記第１の位置決め手段から距離をおいて前記ベースに設けられ、前記保持装置に対して前記軸線を位置決めする第２の位置決め手段と、
前記第２の位置決め手段の位置を、前記軸線と交差する方向に移動可能な位置調整手段と、を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記第２の位置決め手段が、前記第１の位置決め手段よりも前記検査ヘッドの先端から離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記第１の位置決め手段及び前記第２の位置決め手段が、ピン又はピン穴であることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の表面状態を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検査物の表面状態として、例えば円筒形の内周面を検査する表面検査装置として、被検査物を保持するワーク台に取り付けられるベースと、当該ベースに対して軸線に沿って動作可能な状態で支持される検査ヘッドとを有し、検査ヘッドを軸線に沿って移動させつつ回転させ、検査ヘッドより被検査物の内面に光を投光し、その反射光を受光し、受光した反射光の強度に基づき内面状態を二次元画像として表示して検査する表面検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この表面検査装置において被検査物の内面状態を正確に把握するには、検査ヘッドの軸線を被検査物の穴の中心軸線に一致させる必要がある。このため、位置決めピン等の位置決め手段を利用して、ワーク台と表面検査装置のベースとを位置決めしている。
【特許文献１】特開平１１−２８１５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、位置決め手段を設ける場合、その大きさや位置等に、ある程度の製造上の誤差が生じる。このため、予め検査ヘッドの軸線が被検査物の表面に対して所定の方向を向くように位置決め手段を設けても、その位置決め手段によって位置決めしてベースを保持装置に上に配置した場合、検査ヘッドの軸線が予定した方向からずれる場合がある。このような場合、現合にて位置決め手段の位置を変更する作業等が必要となるが、作業スペースが狭い等の現場の状況によりこれらの作業が困難なことがある。また、現場にてこのような作業を行うと、装置の設置作業時間が増大する。さらに、表面検査装置を別の表面検査装置と交換する場合にも、再度現合により位置決め手段を設ける作業が必要となる。
【０００４】
そこで本発明は、現合作業を行うことなく、検査ヘッドの軸線を被検査物に表面に対する所定の方向に正確に一致させることができる表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の表面検査装置は、被検査物（１００）を保持する保持装置（２）に取り付けられるベース（３）と、該ベース（３）に対して軸線に沿って動作可能な状態で該ベース（３）上に支持される検査ヘッド（１６）とを有し、前記検査ヘッド（１６）を軸線（ＡＸ）に沿って動作させつつ前記検査ヘッド（１６）より前記被検査物（１００）の表面（１００ａ）に検査光を照射し、その反射光を受光することによって被検査物（１００）の表面状態を検査する表面検査装置（１）において、前記検査ヘッド（１６）の前記軸線（ＡＸ）に沿って前記ベース（３）に設けられ、前記保持装置（２）に対して前記軸線（ＡＸ）を位置決めする第１の位置決め手段（６２）と、前記検査ヘッド（１６）の前記軸線（ＡＸ）に沿って前記第１の位置決め手段（６２）から距離をおいて前記ベース（３）に設けられ、前記保持装置（２）に対して前記軸線（ＡＸ）を位置決めする第２の位置決め手段（６３）と、前記第２の位置決め手段（６３）の位置を、前記軸線（ＡＸ）と交差する方向に移動可能な位置調整手段（７０，７１，７７）と、を備えたことにより上記課題を解決する。
【０００６】
本発明の表面検査装置によれば、第１の位置決め手段及び第２の位置決め手段により表面検査装置を保持装置に仮に位置決めした後、位置調整手段によって第２の位置決め手段を、検査ヘッドの軸線と交差する方向に移動させることができる。これにより検査ヘッドの軸線を被検査物に表面に対する所定の方向に正確に一致させることができる。
【０００７】
また、本発明の一形態によれば、前記第２の位置決め手段（６３）を、前記第１の位置決め手段（６２）よりも前記検査ヘッド（１６）の先端から離れた位置に設けてもよい。これによると、第１の位置決め手段を挟んで、第２の位置決め手段と検査ヘッドとが軸線に沿って両側に配置される。故に、第２の位置決め手段を位置調整手段により軸線と交差する方向に移動させると、第１の位置決め手段を中心として検査ヘッドが移動し、検査ヘッドの軸線を微調整することができる。
【０００８】
さらに、本発明の一形態によれば、前記第１の位置決め手段（６２）及び前記第２の位置決め手段（６３）は、ピン又はピン穴であってもよく、これによれば、位置決め手段を簡単な構造で製造することができる。
【０００９】
なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によると、検査ヘッドの軸線を被検査物に表面に対する所定の方向に、現合作業を行うことなく正確に一致させることができるため、設置作業が容易となり、現場での設置時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一形態に係る表面検査装置の概略構成を示している。当該表面検査装置１は、被検査物１００である円筒形の内周面１００ａの状態を検査するのに適した装置であり、被検査物１００が所定位置に保持された、保持装置であるワーク台２上に取り付けられている。表面検査装置１は、ワーク台２に取り付けられるベース３と、被検査物１００に対して検査光を投光し、かつ被検査物１００からの反射光を受光する検出ユニット５とその検出ユニット５に所定の動作を与える駆動ユニット６とを備える。
【００１２】
検出ユニット５は、検査光の光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）１１と、被検査物１００からの反射光を受光し、その反射光の単位時間当たりの光量（反射光強度）に応じた電流又は電圧の電気信号を出力するフォトディテクタ（以下、ＰＤと呼ぶ）１２と、ＬＤ１１から照射される検査光を被検査物１００に向って導く投光ファイバ１３と、被検査物１００からの反射光をＰＤ１２に導くための受光ファイバ１４と、それらのファイバ１３、１４を束ねた状態で保持する保持筒１５と、その保持筒１５の外側に同軸的に設けられる中空軸状の検査ヘッド１６とを備えている。保持筒１５の先端には投光ファイバ１３を介して導かれた検査光を検査ヘッド１６の軸線ＡＸの方向（以下、軸線ＡＸ方向と呼ぶ）に沿ってビーム状に射出させ、かつ検査ヘッド１６の軸線ＡＸ方向に沿って検査光とは逆向きに進む反射光を受光ファイバ１４に集光するレンズ１７が設けられ、検査ヘッド１６の先端には（図１において右端部）には、光路変更手段としてのミラー１８が設けられている。
【００１３】
駆動ユニット６は、直線駆動機構３０と、回転駆動機構４０と、焦点調節手段５０とを備えている。直線駆動機構３０は、検査ヘッド１６をその軸線ＡＸ方向に移動させるための直線駆動手段として設けられている。そのような機能を実現するために、直線駆動機構３０はベース３に固定された一対のレール３２と、レール３２に沿って検査ヘッド１６の軸線ＡＸ方向に移動可能なスライダ３３と、そのスライダ３３の側方に検査ヘッド１６の軸線ＡＸと平行に配置された送りねじ３４と、その送りねじ３４を回転駆動する電動モータ３５とを備えている。スライダ３３は検出ユニット５の全体を支持する手段として機能する。すなわち、ＬＤ１１及びＰＤ１２はスライダ３３に固定され、検査ヘッド１６は回転駆動機構４０を介してスライダ３３に取り付けられ、保持筒１５は焦点調節機構５０を介してスライダ３３に取り付けられている。さらに、送りねじ３４はスライダ３３に固定されたナット３６にねじ込まれている。したがって、電動モータ３５にて送りねじ３４を回転駆動することにより、スライダ３３がレール３２に沿って検査ヘッド１６の軸線ＡＸ方向に移動し、それに伴ってスライダ３３に支持された検出ユニット５の全体が検査ヘッド１６の軸線ＡＸ方向に移動する。直線駆動機構３０を用いた検出ユニット５の駆動により被検査物１００の内周面１００ａに対する検査光の照射位置を検査ヘッド１６の軸線ＡＸ方向に関して変化させることができる。
【００１４】
回転駆動機構４０は、検査ヘッド１６を軸線ＡＸの回りに回転させる回転駆動手段として設けられている。そのような機能を実現するため、回転駆動機構４０は、検査ヘッド１６を軸線ＡＸの回りに回転自在に支持する軸受（不図示）と、回転駆動源としての電動モータ４１と、その電動モータ４１の回転を検査ヘッド１６に伝達する伝達機構としてのベルト４２を備える。電動モータ４１の回転をベルト４２を介して検査ヘッド１６に伝達することにより、検査ヘッド１６がミラー１８を伴って軸線ＡＸの回りに回転する。回転駆動機構４０を用いた検査ヘッド１６の回転により、被検査物１００の内周面１００ａに対する検査光の照射位置を被検査物１００の周方向に関して変化させることができる。そして検査ヘッド１６の軸方向への移動と軸線ＡＸの回りの回転とを組み合わせることにより、検査物の内周面１００ａをその全面に亘って検査光で走査することが可能となる。なお、検査ヘッド１６の回転時において、保持筒１５は回転しない。
【００１５】
焦点調節機構５０は、検査光が被検査物１００の内周面１００ａにて焦点を結ぶように保持筒１５を軸線ＡＸの方向に駆動する焦点調整手段として設けられている。その機能を実現するために、焦点調節機構５０は、保持筒１５の基端部に固定された支持板５１と、直線駆動機構３０のスライダ３３と支持板５１との間に配置されて支持板５１を検査ヘッド１６の軸線ＡＸ方向に案内するレール５２と、検査ヘッド１６の軸線ＡＸと平行に配置されて支持板５１にねじ込まれた送りねじ５３と、その送りねじ５３を回転駆動する電動モータ５４とを備えている。電動モータ５４にて送りねじ５３を回転駆動することにより、支持板５１がレール５２に沿って移動して保持筒１５が検査ヘッド１６の軸線ＡＸ方向に移動する。これにより、検査光が被検査物１００の内周面１００ａ上で、焦点を結ぶようにレンズ１７からミラーを経て内周面１００ａに至る光路の長さを調節することができる。
【００１６】
図２は、被検査物１００が載置されたワーク台２と表面検査装置１とを分離した状態を示した図である。なお、図２で表面検査装置１は便宜のためベース３のみ示す。図示したように、ワーク台２表面の被検査物１００側には第１のピン６０が設けられ、第１のピン６０よりも被検査物１００から離れた位置には第２のピン６１が設けられている。そして被検査物１００は、その中心軸線Ｃ１が、これらの第１のピン６０及び第２のピン６１とを結ぶ直線Ｌに沿うように配置されている。
【００１７】
一方、表面検査装置１のベース３の、図２において被検査物１００側には、第１の位置決め手段である第１のピン穴６２が設けられている。また、被検査物１００の反対側となる、第１のピン穴６２よりも検査ヘッド１６（図２において不図示）の先端から離れた位置には、第２の位置決め手段である第２のピン穴６３が設けられている。そしてこれらの第１のピン穴６２及び第２のピン穴６３は、図１で示した検査ヘッド１６の軸線ＡＸに概ね沿うように配置されている。
【００１８】
図３は、ワーク台２に表面検査装置１が載置され、ワーク台２の第２のピン６１に第２のピン穴６３が嵌合された状態を示した断面図である。図示したように、第２のピン穴６３は、ベース３に直接形成されておらず、ベース３に設けられた位置調整手段である開口部７０に挿入された、同じく位置調整手段である挿入部材７１に設けられている。
【００１９】
挿入部材７１は、水平断面が矩形の下部７１ａと、水平断面が当該下部７１ａよりも幅の広い矩形の上部７１ｂとからなる垂直断面Ｔ字形の部材である。そして、第２のピン穴６３は、挿入部材７１の中央部に下部７１ａ及び上部７１ｂを貫通して設けられている。また、挿入部材７１の上部７１ｂの、下部７１ａから張り出した両側の部分には、それぞれ貫通穴７２が設けられている。
【００２０】
一方、ベース３に設けられた開口部７０は、挿入部材７１と略同形の部材をくり貫いた形状をしているが、開口部７０の長手方向、すなわちベース３の短手方向の幅は、下部７０ａ及び上部７０ｂ共に、挿入部材７１の下部７１ａ及び上部７１ｂの幅よりも若干大きくなっている。また、開口部７０の下部７０ａから上部７０ｂへ続くステップ部７０ｃには、両側の対称となる位置にそれぞれ、上述した挿入部材７１に設けられた貫通穴７２より径の小さなねじ穴７３が設けられている。
【００２１】
そして挿入部材７１は開口部７０に挿入され、この状態で開口部７０の下部７０ａ側壁と挿入部材７１の下部７１ａ側壁との間、及び開口部７０の上部７０ｂ側壁と挿入部材７１の上部７１ｂ側壁との間に若干の隙間７５，７６が存在している。また、ベース３に設けられたねじ穴７３に嵌合する径のねじ部を有する、位置調整手段であるねじ７７が、挿入部材７１の上部よりそれぞれ挿入されてねじ穴７３に螺合されており、ねじ７７側壁と挿入部材７１の貫通穴７２の側壁との間にも若干の隙間７８が存在している。
【００２２】
次に作用について説明する。まず、図２で示したように、被検査物１００の中心軸線Ｃ１が、ワーク台２の２つのピンを結ぶ直線Ｌに沿うようにして被検査物１００をワーク台２上に配置する。次に、表面検査装置１のベース３の第１のピン穴６２をワーク台２の第１のピン６０に、第２のピン穴６３を第２のピン６１に嵌合させてワーク台２上に表面検査装置１を配置する。このように表面検査装置１をワーク台２に配置することによって、図１で示したように検査ヘッド１６の回転軸線Ｃ２と被検査物１００の中心軸線Ｃ１とは概ね一致するが、ピン６０，６１やピン穴６２，６３の製造誤差により若干のずれが生じている場合がある。
【００２３】
図１を参照し、この若干のずれが生じている状態で、駆動ユニット６により検出ユニット５を動かし、検査ヘッド１６を被検査物１００の内部へと移動させる。そして検査ヘッド１６の軸線ＡＸが被検査物１００の中心軸線Ｃ１と完全に一致しているかを、目視により、あるいは実際に検査ヘッド１６により被検査物１００の内面の画像を取得してこの画像より判断する。軸線ＡＸが被検査物１００の中心軸線Ｃ１と完全に一致していない場合、図３で示した挿入部材７１に挿入されている２つのねじ７７を緩める。このようにねじ７７を緩めると、挿入部材７１と開口部７０との間及びねじ７７と貫通穴７２との間には若干の隙間７５、７６、７８があるため、第２のピン６１が第２のピン穴６３に係合された状態で、ベース３をワーク台２に対して動かすことができる。換言すると、ベース３上における第２の位置決め手段である第２のピン穴６３の位置を、軸線ＡＸと交差する方向に僅かに移動することができる。そして、ベース３をワーク台２に対して移動させ、検査ヘッド１６の軸線ＡＸと被検査物１００の中心軸線Ｃ１とが完全に一致させた後、再度ねじ７７を締めてワーク台２に対してベース３を固定する。
【００２４】
そしてこの状態で表面検査装置１を作動させると、ＬＤ１１が所定強度で発光されて、モータ３５及び４１により検査ヘッド１６が軸線ＡＸ方向に一定速度で移動され、かつ軸線ＡＸの回りに一定速度で回転される。さら検査光が被検査面として内周面１００ａ上で焦点を結ぶようにモータ５４が動作される。このような動作により、検査光は、ＬＤ１１から投光ファイバ１３を通ってレンズ１７を経た後、軸線ＡＸに沿って進み、ミラー１８によって光路が変更されて被検査物１００の内周面１００ａを一端から他端まで螺旋状に操作する。
【００２５】
そして、内周面１００ａに照射され、そこで反射された光は、ミラー１８で再度光路変更されて軸線ＡＸを逆に進み、レンズ１７を通って受光ファイバ１４に入射してＰＤ１２に導かれ、図示しない処理部によって処理されて二次元画像として表示され、被検査物１００の内面状態が把握される。
【００２６】
以上、本形態の表面検査装置１によれば、第１のピン穴６２を第１のピン６０に係合させ、第２のピン穴６３を第２のピン６１に係合させ、表面検査装置１を、被検査物１００が載置されたワーク台２に仮に位置決めした後、挿入部材７１に挿入されているねじ７７を緩めて第２のピン穴６３をベース３に対して検査ヘッド１６の軸線と交差する方向に移動させることにより、被検査物１００の中心軸線Ｃ１と、検査ヘッド１６の軸線ＡＸとを正確に一致させることができる。このため、現場でのピン穴の穴開けやピン打ち作業が不要であり、設置作業が容易となり、現場での設置時間を短縮することができる。
【００２７】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば本形態の表面検査装置１は、被検査物１００の内周面１００ａを検査する表面検査装置１として説明したが、これに限定されず、物品の外面を検査するものあってもよい。また、ワーク台にピン、表面検査装置のベースにピン穴を設けたがこれに限定されず、ワーク台にピン穴を設け、ベースにピン穴を設けてもよい。さらに、位置調整手段もこれに限定されず、ベースに対して第２の位置決め手段を軸線と交差する方向に移動させることができればいかなる形態であってもよい。また、挿入部材によりベースに対する位置が調整される第２の位置決め手段が、第１の位置決め手段よりも検査ヘッドの先端側にあってもよく、この場合検査ヘッドの軸線ＡＸと被検査物の中心軸線Ｃ１との調整をより大きな範囲で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ワーク台に固定された本発明の一形態に係る表面検査装置の概略構成を示した図。
【図２】被検査物が載置されたワーク台と表面検査装置とを分離した状態を示した図。
【図３】ワーク台の第２のピンと嵌合された状態の当該第２のピンと第２のピン穴との断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１  表面検査装置
２  保持装置（ワーク台）
３  ベース
１６  検査ヘッド  
６２  第１のピン穴（第１の位置決め手段）
６３  第２のピン穴（第２の位置決め手段）
７０  開口部（位置調整手段）
７１  挿入部材（位置調整手段）
７７  ねじ（位置調整手段）  
１００  被検査物
ＡＸ  軸線
【図１】
2007315819.tif 000003
【図２】
2007315819.tif 000004
【図３】
2007315819.tif 000005