(57)【要約】【課題】検査精度を悪化させずに、検査ロッドを長くでき、かつ高速に回転させる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、被検査物１００の穴１００ａに挿入可能な検査ロッド２１と、検査ロッド２１に設けられた反射鏡２１９と、検査ロッド２１を支持する支持テーブル２２と、を備える。検査ロッド２１は、支持テーブル２２に取り付けられた基部２１１と、反射鏡２１９を保持しつつ軸線ＣＬ回りに回転可能な状態で基部２１１に取り付けられた回転ヘッド２１２とを有し、回転ヘッド２１２に設けられたインペラー２２１に空気を吹き付けることにより回転ヘッド２１２を回転させる。【選択図】図２
2007315805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴が形成された被検査物の前記穴に挿入可能な検査ロッドと、前記検査ロッドに設けられて、前記穴の内周面に検査光が投光されるように検査光の進行方向を変更するとともに、前記穴の内周面に投光された検査光の反射光の進行方向を変更する光路変更部材と、前記検査ロッドを支持する支持手段と、を備えた表面検査装置において、
前記検査ロッドは、前記支持手段に取り付けられた基部と、前記光路変更部材を保持しつつ前記検査ロッドの長手方向に延びる軸線回りに回転可能な状態で前記基部に取り付けられた部材保持部とを有し、
空気の流れを利用して前記部材保持部を前記軸線回りに回転させる回転駆動手段を更に備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記回転駆動手段は、吹き付けられた空気を利用して前記部材保持部を前記軸線回りに回転させる回転力を発生させる回転力発生手段と、前記回転力発生手段に対して空気を吹き付ける送風手段とを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】
前記回転力発生手段として、前記部材保持部に取り付けられたインペラーが設けられてい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】
前記検査ロッドの前記基部は中空状に構成されており、
前記送風手段は、空気を加圧する加圧手段と、前記基部の内部に設けられて前記加圧手段にて加圧された空気を前記回転力発生手段に導く送風通路と、を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記検査ロッドが前記被検査物に対して前記軸線方向に沿って相対移動するように前記被検査物又は前記支持手段を直線移動させる移動手段と、前記部材保持部の回転位置を検出する回転位置検出手段と、前記部材保持部の回転速度と前記被検査物に対する前記検査ロッドの相対速度との比が一定となるように、前記回転位置検出手段の検出結果に基づいて前記移動手段の動作を制御する移動制御手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１〜４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、穴が形成された被検査物の穴の内周面に存在する異物、傷等の欠陥を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
穴が形成された被検査物、例えば内燃機関のシリンダライナやシリンダボア等の内周面を検査する表面検査装置として、その内周面に検査光を投光し、かつ内周面からの反射光を受け入れるように構成した棒状の検査ロッドを穴に挿入し、その上で検査ロッドを長手方向に延びる軸線回りに回転させつつ被検査物に対して相対的に軸線方向に進退させることにより、穴の内周面を検査できるようにしたものがある（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】
このような検査装置では、検査ロッドの長さを長くすればするほど、より深い穴の内周面を検査することができる。しかし、検査ロッドの全体を回転させる場合、検査ロッドが長くなるほど回転が不安定になり検査精度が悪化する。検査ロッドの外径を太くして剛性を高めることにより回転を安定化できる。しかし、被検査物の穴径よりも検査ロッドが太くなってしまえば検査が不可能になるので、検査可能な検査対象が制限される。また、各部の加工精度を高めることで検査ロッドの回転を安定させることができるが、それだけ加工コストが嵩む。このような事情から、要求される検査精度を確保するには検査ロッドの回転速度を抑えざるを得ないため、検査時間が長引く結果を招いていた。特許文献１には、検査ロッドの先端に設けられた光路変更手段のみを回転させる構造にできる旨の記載があるが、その回転を実現する構造の明示はない。
【０００５】
そこで、本発明は、検査精度を悪化させずに、検査ロッドを長くでき、かつ高速に回転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】
【０００６】
本発明の表面検査装置（１）は、穴（１００ａ）が形成された被検査物（１００）の前記穴に挿入可能な検査ロッド（２１）と、前記検査ロッドに設けられて、前記穴の内周面に検査光が投光されるように検査光の進行方向を変更するとともに、前記穴の内周面に投光された検査光の反射光の進行方向を変更する光路変更部材（２１９）と、前記検査ロッドを支持する支持手段（２２）と、を備え、前記検査ロッドは、前記支持手段に取り付けられた基部（２１１）と、前記光路変更部材を保持しつつ前記検査ロッドの長手方向に延びる軸線（ＣＬ）回りに回転可能な状態で前記基部に取り付けられた部材保持部（２１２）とを有し、空気の流れを利用して前記部材保持部を前記軸線回りに回転させる回転駆動手段（２２１、２２２、２２３）を更に備えることにより、上述した課題を解決する。
【０００７】
この検査装置によれば、空気の流れを利用することで、検査ロッドの基部を回転させないで部材保持部のみを回転させることができる。基部の長さを長くすることで検査ロッドの全体が長くなった場合でも、その寸法の増加が部材保持部の回転に影響しない。従って、部材保持部の回転速度を高速化しても検査精度を悪化させることはない。特に、被検査物の穴径との関係で、穴の内周面と検査ロッドとの間のクリアランスが小さくなってしまう場合がある。このような場合でも部材保持部の振れが少なくて済むため、検査ロッドが内周面に接触する危険性は低下する。従って安全性が向上する。また、部材保持部は空気の流れによって回転駆動されるので、その空気の流れを利用して被検査対象の内周面に付着した異物などを検査開始前に吹き飛ばすことも容易に実現できる。そのため検査面に付着した異物を欠陥として誤検出することを防止できる。また、検査ロッドの全体を回転させる態様と比較して回転部分が相対的に小さくなるので、オペレータ等が誤って回転部分にアクセスする機会が減る。従って、そのような誤ったアクセスを防止する安全対策に要するコストを削減できる。
【０００８】
本発明に係る回転駆動手段はどのような態様でもよいが、その一態様としては、前記回転駆動手段は、吹き付けられた空気を利用して前記部材保持部を前記軸線回りに回転させる回転力を発生させる回転力発生手段（２２１）と、前記回転力発生手段に対して空気を吹き付ける送風手段（２２２、２２３）とを備えてもよい。光路変更手段に空気が吹き付けられることで部材保持部を一方向に回転させる回転軸線に関する回転力を生じるように、光路変更手段が構成されている場合には、そのような光路変更手段を回転力発生手段として機能させてもよい。また、回転力発生手段として、前記部材保持部に取り付けられたインペラー（２２１）が設けられていてもよい。この場合には、インペラーの形状を適宜設計することで、回転力の効率を自由に調整することが可能である。
【０００９】
本発明に係る送風手段もどのような態様で実現してもよいが、その一態様としては、前記検査ロッドの前記基部は中空状に構成されており、前記送風手段は、空気を加圧する加圧手段（２２３）と、前記基部の内部に設けられて前記加圧手段にて加圧された空気を前記回転力発生手段に導く送風通路（２２２）と、を備えてもよい。この場合、加圧された空気を導く送風通路が基部の内部に設けられるので、送風通路を検査ロッドの周囲に配置する態様と比べて、構成がコンパクトになり送風通路が検査の妨げにならないという利点がある。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記検査ロッドが前記被検査物に対して前記軸線方向に沿って相対移動するように前記被検査物又は前記支持手段を直線移動させる移動手段（２５）と、前記部材保持部の回転位置を検出する回転位置検出手段（３１）と、前記部材保持部の回転速度と前記被検査物に対する前記検査ロッドの相対速度との比が一定となるように、前記回転位置検出手段の検出結果に基づいて前記移動手段の動作を制御する移動制御手段（３）と、を更に備えてもよい。この場合、部材保持部の回転速度が変動しても、その変動に応じて、被検査物に対する検査ロッドの相対速度（送り速度）が制御されるので部材保持部の回転速度と送り速度との比が一定に保たれる。そのため、部材保持部が加速中又は減速中であっても要求された検査精度で表面検査を実施することができる。そのため、部材保持部の回転速度の変動が許容範囲内に収まるまで検査ロッドの移動を止めておく必要がないので、その分だけ一つの被検査物の検査に要する検査時間を短縮できる。
【００１１】
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】
【００１２】
以上に説明したように、本発明によれば、部材保持部のみを回転させることができるので、部材保持部の回転速度を高速化しても検査精度を悪化させることはない。しかも、部材保持部は空気の流れによって回転駆動されるので、その空気の流れを利用して被検査対象の内周面に付着した異物などを検査開始前に吹き飛ばすことも容易にできるので、異物を欠陥として誤検出することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、内燃機関のシリンダライナやシリンダボア等の被検査物１００の穴１００ａの内周面の表面検査に適した装置であり、そのような検査を実行する検査機構２と、その検査機構２の動作を制御する制御部３と、検査機構２が得た情報を処理する情報処理部４とを備える。検査機構２は制御部３からの指令に基づいて静止した被検査物１００の穴１００ａの内周面に検査光を投光し、その反射光の受光量（強度）を検査領域相当分取得する。検査機構２が取得した反射光の強度は情報処理部４に送られ、情報処理部４はその強度に基づいた二次元画像を所定の処理により生成し、その二次元画像に基づいて鋳巣等の欠陥の有無を判定して検査結果を出力する。情報処理部４が行う判定は欠陥に対応する暗部が二次元画像に存在するか否かを判定することにより行われるが、その処理の詳細は本発明の要旨と関連性が薄いので説明を省略する。
【００１４】
検査機構２は、被検査物１００の穴１００ａに挿入されて、その穴１００ａの内周面に関する情報を取得する検査ロッド２１と、この検査ロッド２１を支持する支持テーブル２２とを有している。支持テーブル２２は検査ロッド２１の長手方向に沿って延びる一対の案内部２３に案内されながら直線移動できる状態でベース２４に取り付けられており、そのベース２４には支持テーブル２２とともに検査ロッド２１を直線移動させる直線移動機構２５が設けられている。
【００１５】
直線移動機構２５は、電動機２６の回転運動を直線運動に変換する変換機構２７を備えており、支持テーブル２２はその変換機構２７を介して電動機２６にて駆動される。変換機構２７は、電動機２６の回転軸２８に設けられたボールねじ２８ａと、支持テーブル２２に連結されたアーム２９に設けられたナット２９ａとが、図示しないボールを介在させて組合わされて構成される。これにより、直線移動機構２５の電動機２６の動作を制御することで、検査ロッド２１をその長手方向に延びる軸線ＣＬに沿って任意に進退させることができる。なお、直線移動機構２５として電動機２６と変換機構２７とを設ける代りにリニアモータ等で直線移動機構２５を実施してもよい。
【００１６】
検査ロッド２１は、図２にも示したように、支持テーブル２２に取り付けられた中空円筒状の基部２１１と、その基部２１１の一方の開口部を塞ぐようにして検査ロッド２１の先端部に位置するキャップ状の回転ヘッド２１２とが組合わされて構成される。基部２１１の内部空間には検査光の投光とその反射光の受光とを行う投受光装置２１３が設けられている。投受光装置２１３は、中央に位置する投光ファイバ２１４ａとその投光ファイバ２１４ａの周囲に配置された複数の受光ファイバ２１４ｂとが束ねられた光ファイバ群２１４を有している。その光ファイバ群２１４は基部２１１の内部空間に挿入されたファイバ保持筒２１５にて保持される。投光ファイバ２１４ａと受光ファイバ２１４ｂとは、それらの一方の端面が軸線ＣＬ方向に向くようにして揃えられている。図１に示すように、投光ファイバ２１４ａの他方の端部には検査光の光源としてのレーザダイオード２１５が、受光ファイバ２１４ｂの他方の端部には、受光量に対応した信号を出力するフォトディテクタ２１６がそれぞれ接続される。フォトディテクタ２１６の信号は情報処理部４へ送られる。
【００１７】
図２に示すように、回転ヘッド２１２は軸線ＣＬ回りに回転可能な状態でベアリング２１７を介して基部２１１に取り付けられている。回転ヘッド２１２の側壁には検査光Ｒ１を被検査物１００の穴１００ａの内周面に投光し、かつその内周面で反射した検査光の反射光を受け入れることができる検査窓２１２ａが設けられている。回転ヘッド２１２の内部空間には、軸線ＣＬに対して略４５°の角度をなすようにして保持部材２１８を介在させて回転ヘッド２１２にて保持された反射鏡２１９が設けられている。反射鏡２１９は投光ファイバ２１４ａからの検査光Ｒ１を検査窓２１２ａに導くことができるようにその進行方向を変更し、かつ検査窓２１２ａを介して受け入れられた反射光Ｒ２を受光ファイバ２１４ｂ導くことができるようにその進行方向を変更することができる。受光ファイバ２１４ｂと反射鏡２１９との間には、反射光Ｒ２を集光する集光レンズ２２０が設けられている。
【００１８】
検査機構２は、図３にも示すように回転ヘッド２１２を軸線ＣＬ回りに回転させる回転力を発生させるインペラー２２１を備えている。インペラー２２１は反射鏡２１９の周囲を取り囲むように回転ヘッド２１２の天井部に取り付けられている。回転ヘッド２１２の側壁には、外部に開口する複数の空気噴出口２１２ｂがインペラー２２１の周方向に沿って設けられている。基部２１１の内周面とファイバ保持筒２１５の外周面との間にはインペラー２２１に向かって開口する送風通路２２２が形成されている。図１にも示すように、その送風通路２２２にはエアポンプ２２３で加圧された空気を導入するための供給通路２２４が接続されている。エアポンプ２２３にはエアフィルタ２２５で濾過された空気が供給される。エアポンプ２２３が作動すると、図２の矢印で示すようにインペラー２２１に対して送風通路２２２を介して空気が吹き付けられ、その空気は空気噴出口２１２ｂから排出される。これにより、回転ヘッド２１２は軸線ＣＬ回りに回転駆動される。
【００１９】
図２に示すように、検査機構２は回転ヘッド２１２の回転位置に応じたパルス信号を出力するエンコーダ３１を備えている。エンコーダ３１は、回転ヘッド２１２の下面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３１ａと、その円板３１の検知孔の位置に応じたパルスを生成するピックアップ３１ｂとを備える。エンコーダ３１からのパルス信号は制御部３に送られる。制御部３は所定の検査開始信号を受信すると、エアポンプ２２３を作動させて回転ヘッド２１２を回転させる。そして、エアポンプ２２３を作動させた状態で、エンコーダ３１からのパルス信号に基づいて電動機２６の動作を制御している。
【００２０】
回転ヘッド２１２の回転速度と、直線移動機構２５による検査ロッド２１の軸線方向ＣＬへの移動速度（送り速度）とを別々に制御する形態の場合、回転ヘッド２１２の回転速度の変動が許容範囲内に収まった状態で検査ロッド２１を移動させなければ、要求された検査精度を確保することができない。また、この場合には、回転速度の変動が許容範囲内に収まった状態で検査ロッド２１を所定の送り速度で移動させても、厳密に言えばその変動が検査結果に反映される。
【００２１】
これに対し、表面検査装置１の場合には、回転ヘッド２１２の回転速度が変動しても、その変動に応じて送り速度が制御されるので回転速度と送り速度との比が一定に保たれる。そのため、例えば回転ヘッド２１２が加速中又は減速中であっても要求された検査精度で表面検査を実施することができる。つまり、回転速度の変動が許容範囲内に収まるまで検査ロッド２１の移動を止めておく必要がないので、その分だけ一つの被検査物１００の検査に要する検査時間を短縮できる。また、回転ヘッド２１２の回転速度の変動が許容範囲内に収まっている場合でも、その変動が検査結果に影響しないので検査結果の精度が向上する。表面検査装置１は回転ヘッド２１２を空気の流れを利用して回転駆動するため、空気の流量を操作して回転速度を正確に制御することが不可能ではないが比較的困難である。しかし、このような制御を実行することにより、回転ヘッド２１２の回転速度を正確に制御しなくても、つまり回転ヘッド２１２が回転してさえいれば検査を実行することができ、しかも要求された検査精度を十分に確保することができる。従って、制御部３が実行する制御は表面検査装置１に適している。
【００２２】
以上の形態においては、反射鏡２１９が本発明に係る光路変更部材に、支持テーブル２２が本発明に係る支持手段に、回転ヘッド２１２が本発明に係る部材保持部に、インペラー２２１が本発明に係る回転力発生手段に、エアポンプ２２３が本発明に係る加圧手段に、エンコーダ３１が本発明に係る回転位置検出手段に、制御部３が本発明に係る移動制御手段に、直線移動機構２５が本発明の移動手段にそれぞれ相当する。送風通路２２２、供給通路２２４及びエアポンプ２２３にて本発明に係る送風手段が構成され、これらとインペラー２２１とにより本発明に係る回転駆動手段が構成される。
【００２３】
但し、本発明は上述した形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上記の形態では、検査ロッド２１が取り付けられた支持テーブル２２を直線移動機構２５にて移動させて静止した被検査物１００の検査を実行しているが、これとは逆に検査ロッド２１を静止させて被検査物１００を移動させることにより、被検査物１００の検査を実行するようにしてもよい。被検査物１００を移動させる機構は、直線移動機構２５と同様の周知の移動手段を用いればよい。
【００２４】
上記の形態では、基部２１１の外側に回転ヘッド２１２が取り付けられることにより検査ロッド２１が構成されているが、基部２１１の内側に回転ヘッド２１２を取り付ける形態で検査ロッド２１を構成してもよい。もっとも、基部２１１の外径が同一であることを前提とした場合には、回転ヘッド２１２を基部２１１の外側に取り付けた方が反射鏡２１９を大きくすることができるので、受光範囲を広くすることができる利点がある。また、光路変更部材は、反射鏡２１９に限られずこれと同様の機能を発揮できる部材、例えばプリズム、凹面反射鏡等の周知の構成で実施することもできる。
【００２５】
回転力発生手段は、上述した形態に限定されず、例えば、図４に示すように、反射鏡２１９のエッジから斜め方向に延びるフラップ２１９ａを形成することにより反射鏡２１９を回転力発生手段として機能させてもよい。図４の場合、反射鏡２１９に空気Ａが吹き付けられることにより、軸線ＣＬに関する回転力が生じ、回転ヘッド２１１を一方向に回転させることができる。
【００２６】
また、上述の形態では、送風通路２２２を基部２１１の内部に設けるとともに、インペラー２２１を回転ヘッド２１２の内部に設けたが、本発明はこれに限定されず、インペラー２２１を回転ヘッド２１２の外部（例えば下端部や側部）に設けるとともに、そのインペラー２１２に空気が吹き付けられるように、送風通路２２２を基部２１１の外部に設けて実施してもよい。
【００２７】
制御部３が実行する制御は、上述の形態に限定されず、回転ヘッド２１２の回転速度を空気流量の調整で許容範囲内の変動に収まるように制御した上で、直線移動機構２５の動作を制御するようにしても構わない。この場合には、例えば、供給通路２２４に電磁駆動式の流量調整弁を設け、この調整弁の動作を制御することにより、エアポンプ２２３のみで流量を制御する形態よりも正確な制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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】図１の表面検査装置を部分的に拡大した拡大断面模式図。
【図３】図１の回転ヘッドの内部を軸線方向の図１の下側から上側に向かって示した模式図。
【図４】反射鏡を回転力発生手段として機能させる形態を示した模式図。
【符号の説明】
【００２９】
１  表面検査装置
３  制御部（移動制御手段）
２１  検査ロッド
２２  支持テーブル（支持手段）
３１  エンコーダ（回転位置検出手段）
１００  被検査物
１００ａ  穴
２１１  基部
２１２  回転ヘッド（部材保持部）
２１９  反射鏡（光路変更部材）
２２１  インペラー（回転力発生手段）
２２２  送風通路
２２３  エアポンプ（加圧手段）
ＣＬ  軸線
【図１】
2007315805.tif 000003
【図２】
2007315805.tif 000004
【図３】
2007315805.tif 000005
【図４】
2007315805.tif 000006