(57)【要約】【課題】検査光の被検査物から反射する反射光を、保護窓部材からの反射光から分離して検査装置に導くことが可能な保護窓部材を設けた表面検査ヘッド装置を提供する。【解決手段】外周に開口部３１が形成された外筒３０と、開口部３１に設けられた保護窓部材３３と、外筒３０の内部に設けられ、外筒３０の軸線方向に進入した検査光の光路を保護窓部材３３に向けて変更し、かつ被検査物４の表面における検査光の反射光の光路を外筒３０の軸線方向に沿って検査光と逆向きに変更するミラー３２とを備えたヘッド装置３において、保護窓部材３３の表面３３ａ及び裏面３３ｂの少なくとも一方の法線方向が、保護窓部材への検査光の入射方向に対して傾いている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に開口部が形成されたヘッド筒と、前記開口部に設けられた保護窓部材と、前記ヘッド筒の内部に設けられ、前記ヘッド筒の軸線方向に進入した検査光の光路を前記保護窓部材に向けて変更し、かつ被検査物の表面における前記検査光の反射光の光路を前記ヘッド筒の前記軸線方向に沿って前記検査光と逆向きに変更する光路変更手段と、を備えた表面検査ヘッド装置において、
前記保護窓部材の表面及び裏面の少なくとも一方の法線方向が、前記保護窓部材への前記検査光の入射方向に対して傾いていることを特徴とする表面検査ヘッド装置。
【請求項２】
前記保護窓部材を前記ヘッド部の先端部位に設置し、前記保護窓部材の表面及び裏面の少なくとも一方の法線方向が、前記ヘッド筒の半径方向外側に向かって先端側へ傾いていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査ヘッド装置。
【請求項３】
前記保護窓部材の表面及び裏面のそれぞれの法線方向が、前記保護窓部材への前記検査光の入射方向に対して互いに等しい角度で傾いていることを特徴とする請求項２に記載の表面検査ヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の表面を検査する表面検査ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形状の被検査物の内周面を検査する表面検査装置に組み込まれるヘッド装置として、外周に検査光を通過させるための開口部が形成されたヘッド筒の内部に、ミラー、プリズム等の光路変更部材を設けたヘッド装置が知られている。このヘッド装置では、検査光の光路を光路変更部材によりヘッド筒の開口部へ向けて変更し、その開口部から射出されて被検査物の表面へ入射する光の反射光を開口部からヘッド筒内に入射させ、その反射光の光路を光路変更部材により検査光と逆向きに変更することで、被検査物の表面の傷や異物等を検査するための光をヘッド筒から表面検査装置の受光部へと導いている。ヘッド筒を回転させることにより、円筒形状の被検査物の内周面を周方向の全周にわたって検査光で走査することが可能となる（例えば、特許文献１参照）。ヘッド筒の内部を汚れから保護するために、ヘッド筒の開口部には検査光の光路と保護窓部材の表面及び裏面とが直交するように保護窓部材が設けられている。
【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】
上述したヘッド装置において、保護窓部材を開口部に設けると、検査光が保護窓部材を通過してヘッド筒の外側へ射出する際に、保護窓部材の表面及び裏面で検査光が反射する。この反射光は、光路変更部材によって検査光と逆向きの方向に戻されるため、表面検査装置が検出する光には、被検査物からの反射光に加えて保護窓部材からの反射光も上乗せされ、感度向上を妨げる要因となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、検査光の被検査物から反射する反射光を、保護窓部材からの反射光から分離して検査装置に導くことが可能な表面検査ヘッド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】
本発明は、以下の装置により上述した課題を解決する。なお、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するが、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。
【０００６】
本発明の表面検査ヘッド装置は、外周に開口部（３１）が形成されたヘッド筒（３０）と、前記開口部（３１）に設けられた保護窓部材（３３）と、前記ヘッド筒（３０）の内部に設けられ、前記ヘッド筒（３０）の軸線方向に進入した検査光の光路を前記保護窓部材（３３）に向けて変更し、かつ被検査物（４）の表面における前記検査光の反射光の光路を前記ヘッド筒（３０）の前記軸線方向に沿って前記検査光と逆向きに変更する光路変更手段（３２）と、を備えた表面検査ヘッド装置（３）において、前記保護窓部材（３３）の表面（３３ａ）及び裏面（３３ｂ）の少なくとも一方の法線方向が、前記保護窓部材（３３）への前記検査光の入射方向に対して傾いていることにより上記課題を解決する。
【０００７】
保護窓部材の表面及び裏面の少なくとも一方の法線方向が検査光の入射方向に対して傾いているため、感度向上を妨げる要因となる保護窓部材の表面又は裏面からの反射光は、入射光に対し角度を持って反射する。このため、保護窓部材からの反射光の向きが被検査物の表面からの反射光の向きとずれ、それに伴って、光路変更手段から射出される、被検査物の表面からの反射光の方向と保護窓部材からの反射光との方向にもずれが生じる。これにより、被検査物の表面からの反射光を、保護窓部材からの反射光から分離して検査装置に導くことが可能となり、よって、高感度な検出が可能となる。
【０００８】
本発明の表面検査ヘッド装置の一形態において、前記保護窓部材（３３）を前記ヘッド筒（３０）の先端部位に設置し、前記保護窓部材（３３）の表面（３３ａ）及び裏面（３３ｂ）の少なくとも一方の法線方向が、前記ヘッド筒（３０）の半径方向外側に向かって先端側へ傾いていてもよい。この形態によれば、検査光が保護窓部材の表面及び裏面の少なくとも一方でヘッド筒の先端側へ屈折するため、被検査物への検査光の入射位置が、保護窓部材を設けない場合と比べて、ヘッド筒の先端側へ偏る。従って、被検査物が袋穴形状である場合、ヘッド筒を被検査物に挿入すると、ヘッド筒が被検査物の先端で突き当たり、検査光が先端まで届かなくなるために死角ができるが、この形態によれば、より先端側での検査が可能となる。
【０００９】
上記の表面検査ヘッド装置の一形態では、前記保護窓部材（３３）の表面（３３ａ）及び裏面（３３ｂ）のそれぞれの法線方向が、前記保護窓部材（３３）への前記検査光の入射方向に対して互いに等しい角度で傾いていてもよい。この場合、保護窓部材の表面及び裏面が平行であるため、形成が容易な平板を用いることができ、コストダウンとなる。
【発明の効果】
【００１０】
以上に説明したように、本発明の表面検査ヘッド装置によると、保護窓部材を設けた場合においても、高感度な検出が可能となる。従って、例えば自動車部品等の検査基準の厳しい製造ラインに組み込んで、微細欠陥の検出に使用することが可能となり、検査精度の向上を図ることができる。
【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ヘッド装置が組み込まれた表面検査装置の一例を示す。表面検査装置１は、本体部２と、その本体部２から突出するように設けられたヘッド装置３とを備えている。本体部２は、検査光の光源としてのレーザダイオード（以下、ＬＤと表記する）２０と、被検査物４に照射された検査光に対する反射光を検出するフォトディテクタ（以下、ＰＤと表記する）２１と、ＬＤ２０から射出される検査光Ｌをヘッド装置３の突出方向に導き、かつヘッド装置３から戻される被検査物４からの反射光をＰＤ２１へ導く導光ユニット２２と、ヘッド装置３をその突出方向に延びる回転軸線Ｃの周りに回転させる回転機構２３と、ヘッド装置３を回転軸線Ｃの方向に沿って進退させる直線移動機構２４と、導光ユニット２２を回転軸線Ｃの方向に進退させて検査光の焦点調整を行う焦点調整機構２５とを備えている。被検査物４は円筒形状である。
【００１２】
導光ユニット２２は、ヘッド装置３の回転軸線Ｃと同軸に配置された保持筒５０と、その保持筒５０の先端に設けられたレンズ５３と、ＬＤ２０からレンズ５３へと検査光を導く投光ファイバ５１と、レンズ５３からＰＤ２１へ反射光を導く受光ファイバ５２とを備えている。なお、投光ファイバ５１は回転軸線Ｃと同軸に配置され、その投光ファイバ５１の外周を取り囲むように複数の受光ファイバ５２が配置されてもよい。
【００１３】
図２に詳しく示すように、ヘッド装置３には、回転軸線Ｃと同軸上にて回転自在に設けられ、かつ外周に開口部３１が形成されたヘッド筒としての外筒３０と、開口部３１に設けられた保護窓部材３３とを備えている。外筒３０の内部には、導光ユニット２２からの検査光及び被検査物４からの反射光の光路を変更する光路変更手段としてのミラー３２が設けられている。ミラー３２は、外筒３０と一体に回転する。保護窓部材３３の表裏面については、外筒３０に対して内側の面を表面３３ａとし、外筒３０に対して外側の面を裏面３３ｂとする。ミラー３２は、導光ユニット２２から射出された検査光Ｌの光路を保護窓部材３３に向けて変更し、保護窓部材３３を介して被検査物４の表面に検査光Ｌを入射させるとともに、被検査物４の表面で反射し、保護窓部材３３を介して外筒３０の内部に進入した反射光の光路を導光ユニット２２へ向けて変更する。
【００１４】
外筒３０の開口部３１に設けられる保護窓部材３３の表面３３ａと裏面３３ｂは平行であり、表面３３ａ及び裏面３３ｂのそれぞれの法線方向が、保護窓部材３３への検査光の入射方向に対して等しく傾くように設置されている。保護窓部材３３の傾斜の向きは、保護窓部材３３の表面３３ａ及び裏面３３ｂの法線Ｎが、ヘッド筒の半径方向外側に向かうにつれてヘッド筒の先端側へ傾く向きである。
【００１５】
図１に戻り、回転機構２３と、直線移動機構２４と、焦点調整機構２５とを以下に説明する。これら３つの機構は、回転機構２３と、焦点調整機構２５とを可動ベース５５にて支持しつつ、直線移動機構２４によりその可動ベース５５を本体部２の固定ベース６５に対して外筒３０の回転軸線Ｃに沿った方向に進退移動させる関係を有している。
【００１６】
回転機構２３は、可動ベース５５上に回転自在に支持されたヘッド筒３０の基端部を挟むように配置された一対のプーリ５４ａ、５４ｂと、それらのプーリ５４ａ、５４ｂの間に巻き掛けられたベルト５４ｃと、いずれか一方のプーリ５４ａ又は５４ｂを回転駆動するモータ（不図示）とを備えている。ベルト５４ｃはヘッド筒３０の基端部に接触、又は噛み合うように設けられている。従って、モータにてプーリ５４ａ又は５４ｂを回転させてベルト５４ｃを走行させることにより、ヘッド筒３０が回転軸線Ｃを中心として回転駆動される。
【００１７】
直線移動機構２４は、上述した可動ベース５５と、本体部２の固定ベース６５と可動ベース５５との間に設けられて可動ベース５５を回転軸線Ｃの方向に案内するガイド５６と、固定ベース６２に取り付けられた駆動源としてのモータ５８と、モータ５８の出力軸に同軸に連結された送りねじ５９とを備えている。送りねじ５９は可動ベース５５に固定されたナット６０にねじ込まれている。従って、モータ５８にて送りねじ５９を回転駆動することにより、モータ５８の回転駆動が可動ベース５５の直線運動に変換されて可動ベース５５がガイド５６に案内されながら回転軸線Ｃの方向に移動する。
【００１８】
焦点調整機構２５は、可動ベース５５上に設けられ導光ユニット２２の基端部に取り付けられた導光ユニット保持部材６１と、可動ベース５５と導光ユニット保持部材６１との間に設けられて導光ユニット保持部材６１を回転軸線Ｃの方向に案内するガイド６２と、可動ベース５５に取り付けられた駆動源としてのモータ６３と、モータ６３の出力軸に同軸に連結された送りねじ６４とを備えている。送りねじ６４は導光ユニット保持部材６１にねじ込まれている。従って、モータ６３にて送りねじ６４を回転駆動することにより、モータ６３の回転駆動が導光ユニット保持部材６１の直線運動に変換されて導光ユニット保持部材６１がガイド６２に案内されながら回転軸線Ｃの方向に移動する。これにより、導光ユニット２２が回転軸線Ｃの方向に移動可能となり、位置を調整することによって、検査光及び反射光の焦点合わせを行う。
【００１９】
次に、表面検査装置１の動作を説明する。本形態の表面検査装置１においては、回転機構２３によりヘッド装置３の全体が回転軸線Ｃの周りに回転駆動されるとともに、直線移動機構２４によりヘッド装置３が回転軸線Ｃの方向に駆動されてヘッド装置３が被検査物４の内部へと挿入される。ヘッド装置３の回転及び直線運動に同期して、ＬＤ２０からは検査光Ｌが射出され、その検査光Ｌは導光ユニット２２を介してミラー３２に入射し、そのミラー３２にてヘッド筒３０の半径方向に向けられる。その検査光Ｌが保護窓部材３３を介して被検査物４の表面に照射される。これらの動作により、被検査物４の内面がそのほぼ全面にわたって検査光Ｌにより走査される。そして、被検査物４の表面における検査光Ｌの反射光は保護窓部材３３を通過してミラー３２に達し、そのミラー３２にて導光ユニット２２に向かって光路が変更され、さらにその導光ユニット２２を介してＰＤ２１に入射する。そのＰＤ２１にて検出される反射光の強度に基づいて、被検査物４の表面の欠陥等が検出される。
【００２０】
上記のように検査が行われる際のヘッド装置３内の検査光等の光路を図３に示す。本形態のヘッド装置３においては、保護窓部材３３へ入射する光Ｌ１の光路と、保護窓部材３３の表面３３ａ及び裏面３３ｂの法線Ｎとは等しく傾いている。光Ｌ１が保護窓部材３３の表面３３ａに入射角θで入射すると、屈折する光Ｌ２と反射する光Ｌ１ａが発生する。光Ｌ１ａは、反射角θで表面３３ａを反射しているので、入射した光Ｌ１の方向とずれが生じ、光Ｌ１の方向へは戻らない。さらに、保護窓部材３３の内部へ屈折して入射した光Ｌ２が保護窓部材３３の裏面３３ｂに達すると、被検査物４に向けて屈折して射出する光Ｌ３と、裏面３３ｂで反射する光Ｌ２ａに分離する。光Ｌ２ａもまた入射した光Ｌ２の方向とずれが生じ、光Ｌ２の方向へは戻らない。
【００２１】
保護窓部材３３に入射した光Ｌ１は、上述の保護窓部材３３によりその光路を変更されて、光Ｌ３の光路で被検査物４へ投光される。その結果、光Ｌ１と光Ｌ３はヘッド筒の先端側に距離Ｄだけ平行移動することとなり、光Ｌ１の光路の延長線上にあり被検査物４の表面と交わる位置Ｒａに対して、検査光の被検査物４への入射位置Ｒｂはヘッド筒の先端側へと移動する。
【００２２】
図４は、検査光が投光する被検査物４の側から見たヘッド装置３と被検査物４の関係を示す図である。図４において被検査物４は袋穴形状である。保護窓部材３３へ入射する光に対して、保護窓部材３３の表面３３ａ及び３３ｂのそれぞれの法線方向が一致している時の光の射出位置をＬａ、保護窓部材３３の表面３３ａ及び裏面３３ｂの法線方向がそれぞれ等しく傾いている時の光の射出位置をＬｂとする。従来の射出位置Ｌａに対して、射出位置Ｌｂは、ヘッド筒３０の先端側へ距離Ｄだけ移動している。なお、射出位置Ｌａ及びＬｂは、図３の被検査物４の位置Ｒａ及び入射位置Ｒｂにそれぞれ対応している。
【００２３】
被検査物４が袋穴形状であると、従来では射出位置Ｌａの光で検査可能な領域よりヘッド筒３０の先端側の領域Ｗでは、検査光が届かないため検査が不可能だったが、射出位置がＬｂとなることにより、その分だけ死角がなくなり、幅Ｄの分だけ検査領域が広がる。
【００２４】
なお、本発明の好適な形態について説明したが、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することができる。例えば、本形態では、円筒形状又は袋穴形状の被検査物の内面を検査する表面検査ヘッド装置について説明したが、これに限定されず、平面状の被検査物の表面を検査するものであってもよい。
【００２５】
図５に本発明の一形態に係るヘッド装置の変形例を示す。なお、図５において図２と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。変形例におけるヘッド装置３ａは、外筒３０と、開口部３１に設けられた保護窓部材３３とを備え、外筒３０の内部には、導光ユニット２２からの検査光及び被検査物４からの反射光の光路を変更する光路変更手段としてのミラー３２ａとプリズム３２ｂが設けられている。
【００２６】
ミラー３２ａは、導光ユニット２２から射出された検査光Ｌの光路をプリズム３２ｂに向けて変更し、プリズム３２ｂは、ミラー３２ａからの検査光の光路を保護窓部材３２に向けて変更する。被検査物４の表面で検査光が反射した反射光については、プリズム３２ｂは、保護窓部材３３より入射した反射光の光路をミラー３２ａに向けて変更し、ミラー３２ａは、プリズム３２ｂからの反射光の光路を導光ユニット２２へ向けて変更する。
【００２７】
ミラー３２ａは、入射する光路をほぼ直角に変更する。そして、プリズム３２ｂは、ミラー３２ａからの光路を同一平面上にほぼ直角に２回変更することで、その光路をさらにヘッド筒３０の先端方向へ導き、保護窓部材３３へ向けて検査光を射出する。その際、プリズム３２ｂの法線Ｎ１は、プリズム３２ｂに向けて入射する検査光Ｌの入射方向に対して傾いているので、検査光Ｌの方向と検査光Ｌに対する反射光Ｌａの方向にずれが生じ、反射光Ｌａは検査光Ｌの方向へは戻らない。
【００２８】
本変形例での射出位置を射出位置Ｌｃとして図４に示す。本発明の実施の一形態に係るヘッド装置３での射出位置Ｌｂに比べ、本変形例での射出位置Ｌｃは、さらに幅Ｄ１だけヘッド筒の先端側へ移動する。
【００２９】
また、光路変更手段３２として、本形態では、ミラーやプリズムの例を挙げたが、ミラーとして平面鏡や凹面鏡等を用いてもよいし、プリズムとして直角プリズム等、設計に合わせて任意の形のプリズムを用いてもよい。ミラーとプリズムで説明した箇所は、ミラーとプリズムにそれぞれ限定する必要はなく、ミラーの代わりにプリズムを用いてもよいし、プリズムの代わりにミラーを用いてもよい。光路変更手段の取り付け角度についても、導光ユニット２２からの検査光Ｌの光路を保護窓部材３３へ向けて変更し、保護窓部材３３を通過した反射光の光路を導光ユニット２２へ向けて変更するものであればよく、限定されない。
【００３０】
保護窓部材３３としては、例えば、ガラス板やアクリル板、プラスチック板等の光透過性を有する板材を用いてもよい。
【００３１】
上記の形態では、保護窓部材３３の表面３３ａ及び裏面３３ｂが平行で、保護窓部材３３の法線方向が、保護窓部材３３への検査光の入射方向に対して、ヘッド筒３０の半径方向外側に向かって先端側へ傾いている場合について説明したが、表面３３ａと裏面３３ｂが非平行で表面３３ａ及び裏面３３ｂの各々の法線方向が、保護窓部材３３への検査光の入射方向に対して傾いていてもよい。あるいは、表面３３ａ又は裏面３３ｂの法線方向が、保護窓部材３３への検査光の入射方向に対して傾いていてもよい。表面３３ａと裏面３３ｂは平行であっても非平行であってもよく、いずれの場合にしても、表面３３ａ及び裏面３３ｂの少なくとも一方の法線方向は、必ずしも保護窓部材３３への検査光の入射方向に対してヘッド筒３０の半径方向外側に向かって先端側へ傾いている必要はない。本発明においては、表面３３ａ及び裏面３３ｂの少なくとも一方の反射光は、保護窓部材３３への検査光の入射方向に対してずれが生じるので、導光ユニット２２の方向へは戻らないため、不必要な光の成分が検出値に影響することなく高感度な検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一形態に係るヘッド装置が組み込まれた表面検査装置の概略図。
【図２】ヘッド装置の一形態の構成を示す概略図。
【図３】保護窓部材と検査光等の光路を示す図。
【図４】検査光が投光する被検査物の側から見たヘッド装置と被検査物の関係を示す図。
【図５】本発明の変形例におけるヘッド装置の概略図。
【符号の説明】
【００３３】
１  表面検査装置
２  本体部
３  表面検査ヘッド装置（ヘッド装置）
４  被検査物
３０  ヘッド筒（外筒）
３１  開口部
３２、３２ａ、３２ｂ  光路変更手段（ミラー、プリズム）
３３  保護窓部材
Ｃ  ヘッド筒の軸線（回転軸線）
Ｌ  光
Ｎ  法線
【図１】
2007309696.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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