(57)【要約】【課題】欠陥の種類等に応じて様々な感度特性を作り出すことができる表面検査装置を提供する。【解決手段】表面検査装置１は、レーザダイオード１１から投光ファイバ１３を介して被検査物１００の内周面１００ａに検査光を照射し、その検査光の反射光の強度を検出する検出ユニット５を有する。検出ユニットは、投光ファイバ１３の周囲に配置された第１受光ファイバ群１４Ａと、それよりも外側に配置された第２受光ファイバ群１４Ｂと、これらのファイバ群のそれぞれに接続されたフォトディテクタ１２Ａ、１２Ｂとを備える。【選択図】図１
2007315825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から投光ファイバを介して被検査物の表面に検査光を照射し、その検査光の反射光の強度を検出する検出手段を有し、前記検出手段の検出結果に基づいて前記被検査物の表面を検査する表面検査装置において、
前記検出手段は、前記投光ファイバの周囲に配置されて前記反射光を導くことができる複数の受光ファイバからなる第１の受光ファイバ群と、前記投光ファイバから見て前記第１の受光ファイバ群よりも外側に配置されて前記反射光を導くことができる複数の受光ファイバからなる第２の受光ファイバ群と、前記第１の受光ファイバ群にて導かれた反射光の強度に対応した信号を出力する第１の光電変換手段と、前記第２の受光ファイバ群にて導かれた反射光の強度に対応した信号を出力する第２の光電変換手段と、を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記第１の光電変換手段から出力された第１の信号と前記第２の光電変換手段から出力された第２の信号とを所定の演算則に基づいて組み合わせる合成処理手段と、前記検出手段の感度が所定の感度特性となるように前記所定の演算則を設定する演算則設定手段と、を更に備え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】
前記演算則設定手段は、前記被検査物の表面からの反射光の角度変化に関する前記検出手段の感度が所定範囲内の角度変化に対して略平坦な感度特性となるように前記所定の演算則を設定することを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記演算則設定手段は、前記所定の演算則として、前記第２の信号に所定値を乗じたものを前記第１の信号に加算する演算則を設定することを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記演算則設定手段は、前記被検査物の反射位置までの距離変化に関する前記検出手段の感度が所定の距離だけ反射位置が近くなった場合に負のピークを持つ感度特性となるように前記所定の演算則を設定することを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記演算則設定手段は、前記所定の演算則として、前記第１の信号から前記第２の信号を減算する演算則を設定することを特徴とする請求項５に記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記被検査物の前記表面として円筒状の内周面が設けられ、
前記検出手段は、軸状に延びる検査ヘッドの外周から前記円筒体の内周面に向かって検査光を照射するとともに、前記検査ヘッドを軸線方向に移動させる直線駆動手段と、前記検査ヘッドをその軸線の回りに回転させる回転駆動手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項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、被検査物の表面に照射した検査光の反射光の強度を検出し、検出された反射光の強度に基づいて被検査物の表面を検査する表面検査装置装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状の被検査物の内周面を検査する装置として、軸状の検査ヘッドをその軸線の回りに回転させつつ軸線方向に送り出して被検査物の内部に検査ヘッドを挿入し、その検査ヘッドの外周から検査光を被検査物に照射してその被検査物の内周面をその軸線方向の一旦から他端まで逐次走査し、その走査に対応した被検査物からの反射光を検査ヘッドを介して受光し、その受光した反射光の強度に基づいて被検査物の状態、例えば欠陥等の有無を判別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）。
【０００３】
【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】
【０００４】
特許文献１の表面検査装置は、検査光を投光する投光ファイバの回りに反射光を受光する複数の受光ファイバを隣接させてこれらの光ファイバをファイバ保持筒で保持するようにした検出手段を有している。この検出手段は投光ファイバと受光ファイバとの距離等の位置関係が固定されているので、反射光の方向や強さ等の反射光の性状変化に対する検出手段の感度特性も固定される。反射光の性状は被検査物に存在する欠陥の種類に応じて特徴付けられるので、従来の表面検査装置では、被検査物から発見すべき欠陥を検知できる感度特性を検出手段が持つように受光ファイバの位置等が設定される。
【０００５】
このように、従来の表面検査装置では検出手段の感度特性が発見すべき欠陥を検知できる感度特性に固定されているので、例えば、発見すべき欠陥の種類が変わった場合にその欠陥を十分に検知できないことや、欠陥と区別すべき箇所が新たに設定された場合にその箇所を欠陥として誤検出する等の問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、欠陥の種類等に応じて様々な感度特性を作り出す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】
【０００７】
本発明の表面検査装置（１）は、光源（１１）から投光ファイバ（１３）を介して被検査物（１００）の表面（１００ａ）に検査光を照射し、その検査光の反射光の強度を検出する検出手段（５）を有し、前記検出手段の検出結果に基づいて前記被検査物の表面を検査する表面検査装置において、前記検出手段は、前記投光ファイバの周囲に配置されて前記反射光を導くことができる複数の受光ファイバ（１４）からなる第１の受光ファイバ群（１４Ａ）と、前記投光ファイバから見て前記第１の受光ファイバ群よりも外側に配置されて前記反射光を導くことができる複数の受光ファイバ（１４）からなる第２の受光ファイバ群（１４Ｂ）と、前記第１の受光ファイバ群にて導かれた反射光の強度に対応した信号を出力する第１の光電変換手段（１２Ａ）と、前記第２の受光ファイバ群にて導かれた反射光の強度に対応した信号を出力する第２の光電変換手段（１２Ｂ）と、を備えることにより上述した課題を解決する。
【０００８】
この検査装置によれば、第１の受光ファイバ群の外側に第２の受光ファイバ群が配置されており、これらのファイバ群は投光ファイバとの位置関係が互いに相違する。そのため、一つの検出手段が互いに相違する複数の感度特性を有することになる。従って、検知すべき欠陥の種類に応じて第１の光電変換手段の信号と第２の光電変換手段の信号とを使い分けたり、あるいはこれらの信号を組合わせることにより、様々な感度特性を作り出すことが可能となる。
【０００９】
本発明の検査装置の一態様においては、前記第１の光電変換手段から出力された第１の信号（Ｐｓ１）と前記第２の光電変換手段から出力された第２の信号（Ｐｓ２）とを所定の演算則に基づいて組み合わせる合成処理手段（６０１）と、前記検出手段の感度が所定の感度特性となるように前記所定の演算則を設定する演算則設定手段（６０２）と、を更に備えてもよい。演算則設定手段が設定する演算則に制限はない。また演算則設定手段が複数種類の演算則を予め保持しておきそれらの中から適当な演算則を選択して設定してもよい。例えば、第１の信号と第２の信号とを単純に加算する演算則を設定することにより、それぞれのファイバ群の受光面積を合計した受光面積を持つ受光ファイバ群を設けた場合、つまり受光ファイバの径を拡大した場合と略同等な感度特性を得ることができる。
【００１０】
ところで、被検査物が鋳造品でかつ検査する表面が切削加工されている場合には、鋳造品の表面に現れる鋳巣を欠陥として検知すると同時に、切削加工によって表面に形成されるわずかな窪みを欠陥たる鋳巣と区別することが要請される。表面に鋳巣が存在する場合には、鋳巣に検査光を照射しても殆ど反射しないため反射光の強度は下がる。一方、表面に形成される窪みは反射光の方向を変化させる。そのため反射光の角度変化に関する検出手段の感度が敏感であると、つまり反射光の角度範囲に対して許容範囲が狭い感度特性であると、検出手段は表面の窪みで反射した反射光を受光できない場合がある。これにより、受光する反射光の強度が下がり鋳巣と窪みとの区別が付きにくくなる。
【００１１】
そこで、本発明の検査装置の一態様においては、前記演算則設定手段は、前記被検査物の表面からの反射光の角度変化に関する前記検出手段の感度が所定範囲内の角度変化に対して略平坦な感度特性となるように前記所定の演算則を設定してもよい。この場合、窪みからの反射光の角度変化幅に対応して所定範囲を設定すれば、その範囲内の感度特性が略平坦であるので、窪みからの反射光を窪みのない表面からの反射光と同等の強度で受光できるようになる。従って、鋳巣と窪みとの区別が明確になり検査精度が向上する。
【００１２】
第１及び第２の受光ファイバ群のそれぞれの反射光の角度変化に関する感度特性は、これらの光ファイバ群の間隔、各ファイバ群と投光ファイバとの距離、これらのファイバ群を構成する受光ファイバの径の大きさ等の物理的構成に依存する。従って、このような平坦な感度特性を得るための演算則は、反射光の角度変化に関する第１の受光ファイバ群の感度特性と第２の受光ファイバ群の感度特性とを考慮して適宜に設定される。例えば、前記演算則設定手段は、前記所定の演算則として、前記第２の信号に所定値を乗じたものを前記第１の信号に加算する演算則を設定してもよい。このような演算則によっても略平坦な感度特性を得ることができる。
【００１３】
ところで、被検査物の表面が切削加工されたものである場合、その切削加工による切粉が表面に付着することがあり、その切粉の存在を欠陥として検知する要請がある。切粉に照射された検査光が殆ど反射しない場合や反射光の方向が大きく外れる場合などには、受光される反射光の強度が低下するので切粉の検出が可能である。しかし、切粉は一様な形状でないので、切粉に照射された検査光が正常な表面と同様に反射する場合には、切粉の存在を見過ごすおそれがある。
【００１４】
そこで、本発明の検査装置の一態様においては、前記演算則設定手段は、前記被検査物の反射位置までの距離変化に関する前記検出手段の感度が所定の距離だけ反射位置が近くなった場合に負のピークを持つ感度特性となるように前記所定の演算則を設定してもよい。これによれば、例えば所定の距離を切粉の平均的寸法に設定することにより、切粉の存在により受光される反射光の強度が負の値となって切粉の検知が可能となるので、切粉の存在を見過ごす危険性が減じられる。このような感度特性を得るための演算則は、上述のように検出手段の物理的構成に依存するので、被検査物の反射位置までの距離変化に関する第１の受光ファイバ群による感度特性と第２の受光ファイバ群の感度特性とを考慮して適宜に設定される。例えば、前記演算則設定手段は、前記所定の演算則として、前記第１の信号から前記第２の信号を減算する演算則を設定してもよい。このような演算則によっても所定の距離だけ反射位置が近くなった場合に負のピークを持つ感度特性を得ることができる。
【００１５】
本発明の検査装置は、被検査物の平面状の表面を検査する装置として構成してもよいし、非平面状の表面を検査する装置として構成してもよい。例えば、前記被検査物の前記表面として円筒状の内周面（１００ａ）が設けられ、前記検出手段は、軸状に延びる検査ヘッド（１６）の外周から前記円筒体の内周面に向かって検査光を照射するとともに、前記検査ヘッドを軸線方向に移動させる直線駆動手段（３０）と、前記検査ヘッドをその軸線の回りに回転させる回転駆動手段（４０）とを更に備えてもよい。
【００１６】
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】
【００１７】
以上に説明したように、本発明によれば、第１の受光ファイバ群の外側に第２の受光ファイバ群が配置されており、これらのファイバ群は投光ファイバとの位置関係が互いに相違するため、一つの検出手段が互いに相違する複数の感度特性を有することになる。従って、検知すべき欠陥の種類に応じて第１の光電変換手段の信号と第２の光電変換手段の信号とを使い分けたり、あるいはこれらの信号を組合わせることにより、様々な感度特性を作り出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。表面検査装置１は、被検査物１００の円筒体の内周面１００ａの検査に適した装置である。表面検査装置１は、そのような検査を実行して被検査物１００の内周面１００ａに関する情報を出力する検査機構２と、検査機構２の各部の動作を制御するとともに、検査機構２が出力した情報を処理する制御部３とを備えている。更に、検査機構２は被検査物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ための検出ユニット５と、その検出ユニット５に所定の動作を与えるための駆動ユニット６とを備えている。
【００１９】
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（以下、ＬＤと呼ぶ。）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二つのフォトディテクタ（以下、ＰＤと呼ぶ。）１２Ａ、１２Ｂと、ＬＤ１１から射出される検査光を被検査物１００に向かって導く投光ファイバ１３と、被検査物１００からの反射光をＰＤ１２Ａに導くための第１受光ファイバ群１４Ａと、被検査物１００からの反射光をＰＤ１２Ｂに導くための第２受光ファイバ群１４Ｂと、そららの投光ファイバ１３及び受光ファイバ群１４Ａ、１４Ｂ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。
【００２０】
図２は、保持筒１５にて保持された投光ファイバ１３及び受光ファイバ群１４Ａ、１４Ｂの先端部（図１において右端部）を示している。投光ファイバ１３は保持筒１５の中心線上に配置されており、第１受光ファイバ群１４Ａはその投光ファイバ１３の周囲に配置された６本の受光ファイバ１４からなる。また第２受光ファイバ群１４Ｂは投光ファイバ１３から見て第１受光ファイバ群１４Ａの外側に配置された１２本の受光ファイバ１４からなる。投光ファイバ１３と各受光ファイバ群１４Ａ、１４Ｂを構成する受光ファイバ１４とは、図示しない樹脂系接着剤等の接合手段で互いに固定されており、位置ずれが防止されている。なお、第１受光ファイバ群１４Ａ及び第２受光ファイバ群１４Ｂをそれぞれ構成する受光ファイバ１４の本数に制限はなく、適宜の本数を採用してよい。
【００２１】
図１に示すように、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が設けられている。検査ヘッド１６の先端部（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が固定され、検査ヘッド１６の外周にはそのミラー１８と対向するようにして透光窓１６ａが設けられている。ミラー１８は、レンズ１７から射出された検査光の光路を透光窓１６ａに向けて変更し、かつ透光窓１６ａから検査ヘッド１６内に入射した反射光の光路をレンズ１７に向かって進む方向に変更する。
【００２２】
駆動ユニット６は、直線駆動機構３０と、回転駆動機構４０と、焦点調整機構５０とを備えている。直線駆動機構３０は検査ヘッド１６をその軸線方向に移動させる移動手段として設けられている。このような機能を実現するため、直線駆動機構３０は、ベース３１と、そのベース３１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。即ち、ＬＤ１１及びＰＤ１２Ａ、１２Ｂ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。更に、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。従って、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の軸線方向に関して変化させることができる。
【００２３】
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４２とを備えている。伝達機構４２には、ベルト伝達装置、歯車列との公知の回転伝達機構を利用してよい。電動モータ４１の回転を伝達機構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がその内部に固定されたミラー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の軸線方向への移動と軸線ＡＸの回りの回転とを組合わせることにより、被検査物１００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。更に、回転駆動機構４０には、検査ヘッド１６の回転位置に応じたパルス信号を出力するロータリーエンコーダ４３が設けられている。ロータリーエンコーダ４３は、検査ヘッド１６に取り付けられて一体に回転し、かつ周方向に沿って所定間隔で並ぶ複数の検知孔（不図示）が形成された円板４３ａと、その円板４３ａの検知孔の位置に応じたパルスを生成するパルス生成部４３ｂとを備える。ロータリーエンコーダ４３からのパルス信号は制御部３にて利用される。
【００２４】
焦点調節機構５０は、検査光が被検査物１００の内周面１００ａにて焦点を結び、かつ内周面１００ａからの反射光が第１受光ファイバ群１４Ａ又は第２受光ファイバ群１４のいずれか一方で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節手段として設けられている。その機能を実現するため、焦点調節機構５０は保持筒５０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上で焦点を結び、かつ内周面１００ａからの反射光が第１受光ファイバ群１４Ａ又は第２受光ファイバ群１４Ｂのいずれか一方で焦点を結ぶようにレンズ１７からミラー１８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。
【００２５】
次に制御部３について説明する。制御部３は、表面検査装置１による検査工程の管理、測定結果の処理等を実行するコンピュータユニットとしての演算処理部６０と、その演算処理部６０の指示に従って検査機構２の各部の動作を制御する動作制御部６１と、ＰＤ１２Ａの出力信号に対して所定の処理を実行する信号処理部６２Ａと、ＰＤ１２Ａの出力信号に対して所定の処理を実行する信号処理部６２Ｂと、演算処理部６０に対してユーザが指示を入力するための入力部６３と、演算処理部６０における測定結果等をユーザに提示するための出力部６４と、演算処理部６０にて実行すべきコンピュータプログラム、及び測定されたデータ等を記憶する記憶部６５とを備えている。演算処理部６０、入力部６３、出力部６４及び記憶部６５はパーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータ機器を利用してこれらを構成することができる。この場合、入力部６３にはキーボード、マウス等の入力機器が設けられ、出力部６４にはモニタ装置が設けられる。プリンタ等の出力機器が出力部６４に追加されてもよい。記憶部６５には、ハードディスク記憶装置、あるいは記憶保持が可能な半導体記憶素子等の記憶装置が用いられる。動作制御部６１及び信号処理部６２Ａ、６２Ｂはハードウエア制御回路によって実現されてもよいし、コンピュータユニットによって実現されてもよい。
【００２６】
以下では、内周面１００ａが切削加工された鋳造品を被検査物１００とした場合に好適な形態を例示する。表面検査装置１が実行できる検査モードには、被検査物１００の表面としての内周面１００ａに現れた鋳巣等の表面自体の欠陥を検出する表面欠陥検査モードと、被検査物１００の表面に付着した切粉等の異物を欠陥として検出する付着異物検査モードとがそれぞれ設定されており、ユーザによる入力部６３からの指示に応じて各検査モードを選択できるように構成されている。なお、これらの検査モードに応じて演算処理部６０及び動作制御部６１の動作がそれぞれ異なるが、まずは各モードに共通する動作を説明する。
【００２７】
被検査物１００の内周面１００ａの表面を検査する場合、被検査物１００は検査ヘッド１６と同軸上に配置される。検査の開始にあたって、演算処理部６０は入力部６３からの指示に従って動作制御部６１に被検査物１００の内周面１００ａを検査するために必要な動作の開始を指示する。その指示を受けた動作制御部６１は、ＬＤ１１を所定の強度で発光させるとともに、検査ヘッド１６が軸線方向に移動し、かつ軸線ＡＸの回りに一定速度で回転するようにモータ３５及びモータ４１の動作を制御する。そして、ユーザの指示により表面欠陥検査モードが選択された場合には、動作制御部６１は検査光が内周面１００ａ上で焦点を結び、かつ内周面１００ａからの反射光が第２受光ファイバ群１４Ｂに焦点を結ぶようにモータ５４の動作を制御する。一方、表面欠陥検査モードが選択された場合には、動作制御部６１は検査光が内周面１００ａ上で焦点を結び、かつ内周面１００ａからの反射光が第１受光ファイバ群１４Ａに焦点を結ぶようにモータ５４の動作を制御する。このような動作制御により、内周面１００ａがその一端から他端まで検査光によって走査される。
【００２８】
その走査に連係して信号処理部６２ＡにはＰＤ１２Ａの出力信号が、信号処理部６２ＢにはＰＤ１２Ｂの出力信号がそれぞれ順次導かれる。信号処理部６２Ａは、ＰＤ１２Ａの出力信号を演算処理部６０にて処理するために必要なアナログ信号処理を実施し、更にその処理後のアナログ信号を所定のビット数でＡ／Ｄ変換し、得られたデジタル信号を反射光信号として演算処理部６０に出力する。信号処理部６２Ａが行うＡ／Ｄ変換は、ロータリーエンコーダ４３から出力されるパルス列をサンプリングクロック信号として利用して行われる。これにより、検査ヘッド１６が所定角度回転する間のＰＤ１２の受光量（強度）に相関した階調のデジタル信号が生成されて信号処理部６２Ａから出力される。ＰＤ１２Ｂの出力信号が入力される信号処理部６２Ｂも上記と同様に機能する。
【００２９】
各信号処理部６２Ａ、６２Ｂから反射光信号を受け取った演算処理部６０は、信号処理部６２Ａからの信号と、信号処理部６２Ｂからの信号とを互いに区別できる状態で記憶部６５に記憶する。更に、演算処理部６０は記憶部６５が記憶する反射光信号を利用して被検査物１００の内周面１００ａを平面的に展開した２次元画像を生成し、その２次元画像に基づいて欠陥の有無を判定し、その判定結果としての検査結果を出力部６４に出力する。
【００３０】
次に、演算処理部６０がこのような２次元画像を生成し、その２次元画像に基づいて検査結果を出力するプロセスについて図３を参照して説明する。図３は演算処理部６０の機能を説明するブロック図である。演算処理部６０は記憶部６５が記憶する所定のプログラムを実行することにより、図３に示した合成処理部６０１、演算則設定部６０２、画像生成部６０３及び判定部６０４としてそれぞれ機能する。まず、演算処理部６０は、記憶部６５が記憶するＰＤ１２Ａの出力信号を基礎とした反射光信号Ｐｓ１と、ＰＤ１２Ａの出力信号を基礎とした反射光信号Ｐｓ２とを合成処理部６０１にそれぞれ読み込む。次に、その合成処理部６０１は、これらの信号Ｐｓ１、Ｐｓ２を演算則設定部６０２が設定する演算則に従って組合わせ、その合成信号を画像生成部６０３に出力する。演算則設定部６０２は、上述した表面欠陥検査モードに対応する演算則と、表面異物検査モードに対応する演算則とをそれぞれ保持しており、入力部６３からの指示に基づいて選択された検査モードに対応する演算則を設定する。
【００３１】
演算則設定部６０２が保持する演算則は、被検査物１００の内周面１００ａの性状変化、換言すれば反射光の性状変化に対する各ＰＤ１２Ａ、１２Ｂの出力信号の特性（感度特性）を考慮して設定されている。まず、表面欠陥検査モードで設定される演算則について説明する。表面欠陥検査モードでは、被検査物１００の内周面１００ａに現れる鋳巣等の欠陥と、欠陥とすべきでない切削加工により形成される内周面１００ａの窪みとを区別できる感度特性が得られるように演算則が設定される。なお、この窪みは切削加工した場合に不可避なものであり、バイト等の工具を新品に取り替えた場合に表面に現れるいわゆるビビリに近い浅い窪みのことである。被検査物１００の内周面１００ａに形成される窪みは反射光の方向を変化させる。つまり窪みは検査光の照射方向（光軸）に対してある程度の角度を持った表面と考えられる。
【００３２】
図４は、反射光の角度変化に関する検出ユニット５の感度特性を示している。図４の一点鎖線Ｌ１は反射光の角度が変化した場合のＰＤ１２Ａの出力信号、つまり第１受光ファイバ群１４Ａの感度特性を示し、二点鎖線Ｌ２は、反射光の角度が変化した場合のＰＤ１２Ｂの出力信号、つまり第２受光ファイバ群１４Ｂの感度特性を示し、実線Ｌ３はＰＤ１２Ａの出力信号とＰＤ１２Ｂの出力信号とを合成した場合の感度特性を示している。図４の横軸は角度［ｄｅｇ］を、縦軸は反射光強度をそれぞれ示している。表面欠陥検査モードでは、上述のように第２受光ファイバ群１４Ｂに反射光の焦点を結ぶように検出ユニット５が調整される。このため、二点鎖線Ｌ２のように、第２受光ファイバ群１４Ｂの感度特性は反射光の方向にずれがない原点において最大値をとり、反射光のずれが大きくなるに従い強度が低下する感度特性となる。一方、第１受光ファイバ群１４Ａの感度特性は第２受光ファイバ群１４Ｂに焦点を合わせた関係で、±４ｄｅｇ付近で最大値をとり、原点において最小値となる中央が凹んだ形状の感度特性を示す。これらの感度特性は、光ファイバ群１４Ａ、１４Ｂの間隔、各ファイバ群１４Ａ、１４Ｂと投光ファイバ１３との距離、これらのファイバ群を構成する受光ファイバ１４の径の大きさ等の物理的構成に依存するので、検出ユニット５の形態に固有のものである。
【００３３】
内周面１００ａに形成される上記の窪みは、−６〜６ｄｅｇ程度の範囲で反射光を変化させる。従って、検出ユニット５がこの範囲内の角度変化に対して略平坦な感度特性を持つようにすれば、窪みに検査光が照射された場合でも検出ユニット５が受光する反射光の強度は低下せず、窪みと鋳巣とを明確に区別することができる。そこで、この形態の表面欠陥検査モードでは、図４の実線Ｌ３で示す如く−６〜６ｄｅｇ程度の範囲内の角度変化に対して略平坦な感度特性となるように、ＰＤ１２Ａの出力信号に所定値としての０．５を乗じたものをＰＤ１２Ｂの出力信号に加算する演算則を設定している。
【００３４】
次に、表面異物検査モードで設定される演算則について説明する。表面異物検査モードでは、被検査物１００の内周面１００ａに付着した切粉等の異物に照射された検査光が異物のない正常な表面と同様に反射する場合であっても異物を検知できる感度特性が得られるように演算則が設定される。切粉等の異物が内周面１００ａに付着している場合と、そうでない場合とを比べると、異物が付着している場合はその異物が存在する分だけ検査光の反射位置が近くなる。言い換えれば、異物が付着している場合はそれがない場合に比べて、レンズ１７からミラー１８を経て内周面１００ａに至る光路の長さが短くなる。
【００３５】
図５は被検査物１００の反射位置までの距離変化に関する検出ユニット５の感度特性を示している。図５の一点鎖線Ｌ１は反射位置までの距離が変化した場合のＰＤ１２Ａの出力信号、つまり第１受光ファイバ群１４Ａの感度特性を示し、二点鎖線Ｌ２は、反射位置までの距離が変化した場合のＰＤ１２Ｂの出力信号、つまり第２受光ファイバ群１４Ｂの感度特性を示し、実線Ｌ３はＰＤ１２Ａの出力信号とＰＤ１２Ｂの出力信号とを合成した場合の感度特性を示している。図５の横軸は基準位置を原点とし、その基準位置と反射位置との位置ずれ［ｍｍ］を示している。負号は検出ユニット５側に近いことを意味する。図５の縦軸は反射光強度を示している。表面異物検査モードでは、上述のように第１受光ファイバ群１４Ａに反射光の焦点を結ぶように検出ユニット５が調整される。このため、一点鎖線Ｌ１のように、第１受光ファイバ群１４Ａの感度特性は位置ずれのない原点において最大値をとり、位置ずれが大きくなるに従い強度が低下する感度特性となる。一方、第２受光ファイバ群１４Ｂの感度特性は第１受光ファイバ群１４Ａに焦点を合わせた関係で、第１受光ファイバ群１４Ａの感度特性を−０．５ｍｍ付近までシフトしたものと同等な感度特性となる。これらの感度特性は、上述の通り検出ユニット５の物理的構成に依存するので、検出ユニット５の形態に固有のものである。
【００３６】
内周面１００ａに付着する切粉の平均的な寸法（例えば厚さ）は、０．５ｍｍ程度であるので、内周面１００ａに付着した切粉に検査光を照射した場合、切粉のない基準位置に比べて反射位置が０．５ｍｍ程度近づくことになる。従って、検出ユニット５がその程度の反射位置の近づきを検知できる負のピークを持つ感度特性を持つようにすれば、仮に切粉等の異物に照射された検査光が異物のない正常な表面と同様に反射する場合であっても異物を検知できるようになる。そこで、この形態の表面異物検査モードでは、図５の実線Ｌ３で示す如く−０．５ｍｍ程度で負のピークを持つ感度特性となるように、ＰＤ１２Ａの出力信号からＰＤ１２Ｂの出力信号を減算する演算則を設定している。
【００３７】
以上説明した各演算則は、検出ユニット５の物理的構成、具体的には光ファイバ群１４Ａ、１４Ｂの間隔、各ファイバ群１４Ａ、１４Ｂと投光ファイバ１３との距離、これらのファイバ群を構成する受光ファイバ１４の径の大きさ等に適した一例であり、所定の感度特性を得るために他の演算則を使用することもできる。
【００３８】
図３に示すように、画像生成部６０３は、各検査モードに対応した演算則に従って合成された合成信号Ｐｓ３を合成処理部６０１から受けとると、その合成信号Ｐｓ３を利用して被検査物１００の内周面１００ａを平面的に展開した２次元画像を生成し、その２次元画像を出力部６４及び判定部６０４にそれぞれ出力する。画像生成部６０３が生成する２次元画像は、例えば被検査物の周方向をｘ軸方向、検査ヘッド１６の軸線方向をｙ軸方向とする直交２軸座標系で定義される平面上に内周面１００ａを展開した画像に相当する。判定部６０４は、画像生成部６０３から得た２次元画像を、検査モード毎に用意された所定のアルゴリズムで処理することにより、許容限度を超える欠陥の有無を判定し、その判定結果を出力部６４に出力する。
【００３９】
以上説明したように、本形態の表面検査装置１によれば、ＰＤ１２Ａの出力信号を基礎とした反射光信号Ｐｓ１と、ＰＤ１２Ｂの出力信号を基礎とした反射光信号Ｐｓ２とが各検査モードに対応した演算則に従って組合わされることにより、各検査モードに適した検出ユニット５の感度特性を作り出すことができる。これにより、一つの検出ユニット５で互いに異なる複数の検査を実行することができ、なおかつ各検査モードでの検査精度が向上する。
【００４０】
以上の形態において、ＬＤ１１が本発明に係る光源に、ＰＤ１２Ａが本発明に係る第１の光電変換手段に、ＰＤ１２Ｂが本発明に係る第２の光電変換手段に、第１受光ファイバ群１４Ａが本発明の第１の受光ファイバ群に、第２受光ファイバ群１４Ｂが本発明の第２の受光ファイバ群に、それぞれ相当する。
【００４１】
但し、本発明は以上の形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。上記の形態では、各ＰＤ１２Ａ、１２Ｂからの出力信号をＡ／Ｄ変換してから、これらのデジタル信号が所定の演算則に従って合成されるように演算処理部６０を機能させているが、各ＰＤからの出力信号をアナログ信号の状態で所定の演算則に従って合成されるように、図６３に示した合成処理部６０１及び演算則設定部６０２のそれぞれをハードウエア回路で実現してもよい。
【００４２】
上述の形態では、図２に示すように投光ファイバ１３に対する位置関係が互いに相違する二つの受光ファイバ群１４Ａ、１４Ｂが設けられているが、第２受光ファイバ群１４Ｂの外周に複数の受光ファイバを配置して、３つの受光ファイバ群を設けてもよい。３つの受光ファイバ群を設けた場合、最も外側の第３の受光ファイバ群から導かれた反射光を受光する第３の光電変換手段を設けてもよい。これにより、各光電変換手段の信号をそれぞれ組合わせるバリエーションが増えるので、より多様な感度特性を検出手段に与えることができるようになる。
【００４３】
演算則設定部６０２が設定する演算則は、種々のものが想定される。例えば、上述した表面異物検査モードでは、ＰＤ１２Ａの信号からＰＤ１２Ｂの信号を減算することとしたが、第２受光ファイバ群１２Ｂに反射光の焦点を合わせた上で、ＰＤ１２Ｂの信号からＰＤ１２Ａの信号を減算してもよい。こうすることにより、図５に示した実線Ｌ３を縦軸に関して反転させた感度特性を得ることができる。この場合には、基準位置よりも反射位置が所定距離だけ離れた状態を検知できる。これにより、被検査物の表面に形成された所定距離に相当する寸法の凹部を検出することができるようになる。
【００４４】
また、ＰＤ１２Ａの信号とＰＤ１２Ｂとの信号を単純に加算する演算則を設定することにより、それぞれのファイバ群の受光面積を合計した受光面積を持つ受光ファイバ群を設けた場合、つまり受光ファイバの径を拡大した場合と略同等な感度特性を得ることができる。なお、これらの信号を両方とも使用することは必須ではなく、必要に応じてこれらの信号を単独で使用することもできる。
【００４５】
上述した検査装置１は、円筒状の内周面の検査に適用したが、検査ヘッド１６の回転させずに軸線方向へ移動させつつ、軸線方向と直交する方向へのさせることにより平面状の表面を持つ被検査物の検査装置として用いることもできる。上述した表面異物検査モードでは、反射位置の変化に対して図５に示した感度特性を有しているので、表面検査装置１を所定の分解能で被検査物の真円率を求めることができる回転式距離計測装置として機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】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】保持筒にて保持された投光ファイバ及び受光ファイバ群の先端部を示した平面模式図。
【図３】演算処理部の機能を説明するブロック図。
【図４】反射光の角度変化に関する検出ユニットの感度特性を示した図。
【図５】被検査物の反射位置までの距離変化に関する検出ユニットの感度特性を示した図。
【符号の説明】
【００４７】
１  表面検査装置
５  検出ユニット（検出手段）
１１  ＬＤ（光源）
１２Ａ  ＰＤ（第１の光電変換手段）
１２Ｂ  ＰＤ（第２の光電変換手段）
１３  投光ファイバ
１４  受光ファイバ
１４Ａ  第１受光ファイバ群（第１の受光ファイバ群）
１４Ｂ  第２受光ファイバ群（第２の受光ファイバ群）
１６  検査ヘッド
３０  直線駆動機構（直線駆動手段）
４０  回転駆動機構（回転駆動手段）
１００  被検査物
１００ａ  内周面（表面）
６０１  合成処理部（合成処理手段）
６０２  演算則設定部（演算則設定手段）
ＡＸ  軸線
Ｐｓ１  第１の信号
Ｐｓ２  第２の信号
【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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