(57)【要約】【課題】検査ヘッドや焦点距離が変更された場合でも、その変更に対応して自己の動作状態を診断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、検査ヘッド１０から照射された検査光を反射面８１によって検査ヘッド１０に向けて反射できる反射鏡８０と、検査ヘッド１０の移動経路上に配置され、検査ヘッド１０が通過可能な貫通孔６１が形成されたカバー部材６０と、貫通孔６０を開閉できるシャッター部材７１と、を備え、反射鏡８０がシャッター部材７１に設けられており、シャッター駆動機構７２によって反射鏡８０の反射面８１から軸線Ａｘまでの距離を調整する。【選択図】図１
2012093226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状に延びる検査ヘッドの外周から被検査物に向かって検査光を照射するとともに、前記検査光の照射に対する前記被検査物からの反射光を前記検査ヘッドを介して受光する検出手段を備え、前記検査ヘッドを軸線方向に移動させつつ軸線の回りに回転させながら前記被検査物の表面を前記検出手段が受光した前記反射光に基づいて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方向に関する移動経路を横切る方向に反射面を向けて配置され、前記検査ヘッドから照射された前記検査光を前記反射面によって前記検査ヘッドに向けて反射できる反射部材と、
前記反射部材の前記反射面から前記軸線までの距離を調整できるように、前記反射部材の位置を変更可能な反射部材駆動手段と、
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記移動経路上に配置され、前記検査ヘッドが通過可能な貫通孔が形成されたカバー部材と、前記カバー部材の前記貫通孔を開閉できるシャッター部材と、を更に備え、
前記反射部材が前記シャッター部材に設けられるとともに、前記反射部材駆動手段が前記貫通孔を開閉するように前記シャッター部材を駆動する手段として兼用されている請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記検出手段が受光した前記反射部材からの反射光の光量不足を検出した場合に動作状態の異常と診断する自己診断手段を更に備える請求項１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、検査ヘッドから被検査物に検査光を照射してその被検査物の表面を検査する表面検査装置に関する。
【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としてのレーザ光を被検査物に照射するとともに、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に基づいて被検査物の内周面の状態、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（特許文献１）。また、検査ヘッドの移動経路上にサンプルピースを設置し、そのサンプルピースに対してレーザ光を照射し、その反射光を受光するようにして自己の動作状態を診断する機能を持つ表面検査装置も知られている（特許文献２）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０９６９６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１５８２３号公報
【特許文献３】特開２００７−３１５８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
表面検査装置は被検査物の寸法や対象を変えて使用される場合がある。その場合には、被検査物の変更に伴って検査ヘッドが異径の物へ変更されたり、レーザ光の焦点距離が変更されることが多い。特許文献２の検査装置はサンプルピースの位置が固定されているため、被検査物の変更に伴って検査ヘッドや焦点距離が変更された場合には変更前のサンプルピースによる自己の動作状態の診断が不可能になる。従って、複数種類のサンプルピースを予め準備しておき、検査ヘッドの変更や焦点距離の変更に伴って変更後に対応したサンプルピースに付け替える作業が必要となる。
【０００５】
そこで、本発明は、検査ヘッドや焦点距離が変更された場合でも、その変更に対応して自己の動作状態を診断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は、軸状に延びる検査ヘッド（１０）の外周から被検査物に向かって検査光を照射するとともに、前記検査光の照射に対する前記被検査物からの反射光を前記検査ヘッドを介して受光する検出手段（５）を備え、前記検査ヘッドを軸線（Ａｘ）方向に移動させつつ軸線の回りに回転させながら前記被検査物の表面を前記検出手段が受光した前記反射光に基づいて検査する表面検査装置（１）において、前記検査ヘッドの前記軸線方向に関する移動経路を横切る方向に反射面を向けて配置され、前記検査ヘッドから照射された前記検査光を前記反射面によって前記検査ヘッドに向けて反射できる反射部材（８０）と、前記反射部材の前記反射面から前記軸線までの距離を調整できるように、前記反射部材の位置を変更可能な反射部材駆動手段（７２）と、を備えるものである。
【０００７】
この表面検査装置によれば、検査ヘッドからの検査光を検査ヘッドへ向けて反射できる反射部材の反射面から検査ヘッドの軸線までの距離を調整できる。そのため、被検査物の変更に伴って検査ヘッドや焦点距離が変更された場合でも、反射部材を取り替えたりせずに反射部材駆動手段にて反射部材の位置を変更して反射面から軸線までの距離を調整することにより反射部材からの反射光に基づいて自己の動作状態を診断できる。
【０００８】
本発明の表面検査装置の一態様において、前記移動経路上に配置され、前記検査ヘッドが通過可能な貫通孔（６１）が形成されたカバー部材（６０）と、前記カバー部材の前記貫通孔を開閉できるシャッター部材（７１）と、を更に備え、前記反射部材が前記シャッター部材に設けられるとともに、前記反射部材駆動手段が前記貫通孔を開閉するように前記シャッター部材を駆動する手段として兼用されてもよい。この態様によれば、反射部材を位置決めする反射部材駆動手段がカバー部材に形成された貫通孔を開閉するシャッター部材を駆動する手段として兼用されるため、反射部材駆動手段とシャッター部材を駆動する手段とを別々に設ける場合に比べて、部品点数の削減及び小型化に寄与できる。
【０００９】
本発明の表面検査装置の一態様において、前記検出手段が受光した前記反射部材からの反射光の光量不足を検出した場合に動作状態の異常と診断する自己診断手段（３）を更に備えてもよい。反射部材からの反射光の光量不足が生じた場合には、光源の劣化や光路上への異物の付着等の光量不足の原因となる不具合が発生していると推定できる。従って、この反射光の光量不足を基準とすることによって上述した不具合を検出できる。
【００１０】
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】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の表面検査装置によれば、検査ヘッドからの検査光を検査ヘッドへ向けて反射できる反射部材を有し、その反射部材の反射面から検査ヘッドの軸線までの距離を調整できるため、被検査物の変更に伴って検査ヘッドや焦点距離が変更された場合でも、反射部材を取り替えたりせずに反射部材駆動手段にて反射部材の位置を変更して反射面から軸線までの距離を調整することにより反射部材からの反射光に基づいて自己の動作状態を診断できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一形態に係る表面検査装置の全体構成を示す図。
【図２】検出ユニットの内部構造を模式的に示した説明図。
【図３】図１のIII-III線に関する断面図。
【図４】図１の表面検査装置が自己診断を行っている状態を示した図。
【図５】図４のV-V線に関する断面図。
【図６】自己診断ルーチンの一例を示したフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示すように、表面検査装置１は不図示の被検査物に設けられた円筒形の内周面の検査に適した装置であり、検査を実行するための検査機構２と、その検査機構２の動作制御、検査機構２による測定結果の処理等を実行するための制御部３とを備えている。さらに、検査機構２は、被検査物に対して検査光を投光し、かつ被検査物からの反射光を受光するための検出手段としての検出ユニット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。
【００１４】
検出ユニット５は、検査光の光源及び反射光を受光する受光装置が設けられた光学装置９と、光学装置９に接続されて軸線Ａｘの方向（以下、軸線方向という。）に延びる検査ヘッド１０とを備えている。
【００１５】
図２に示したように、光学装置９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、被検査物からの反射光を受光し、その反射光の単位時間当りの光量（反射光強度）に応じた電流又は電圧の信号を出力するフォトディテクタ（以下、ＰＤと呼ぶ。）１２と、ＬＤ１１から射出される検査光を被検査物に向かって導く投光ファイバ１３と、被検査物からの反射光を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とを備えている。
【００１６】
検査ヘッド１０は、中空状に形成されていて保持筒１５の外側に同軸的に設けられている。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１０の軸線方向に沿ってビーム状に射出させ、かつ検査ヘッド１０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。図１に示したように、検査ヘッド１０の先端部には、ミラー１８が固定され、検査ヘッド１０の外周にはそのミラー１８と対向するようにして透光窓１０ａが設けられている。透光窓１０ａは透明の保護ガラスで形成されている。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１０ａに向けて変更し、かつ、透光窓１０ａから検査ヘッド１０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。
【００１７】
駆動ユニット６は、検査ヘッド１０をその軸線方向に移動させる直線駆動機構３０と、は検査ヘッド１０を軸線ＡＸの回りに回転させる回転駆動機構４０とを備えている。直線駆動機構３０は、検出ユニット５を軸線方向に移動可能な状態で支持する不図示のレールと、そのレールと平行に延びる送りねじ３１と、送りねじ３１にねじ込まれた状態で検出ユニット５に固定された固定ナット３２と、送りねじ３１を回転駆動する電動モータ３３とを備えている。送りねじ３１の回転によって固定ナット３２が軸線方向に移動するので、レールに支持された検出ユニット５は軸線方向に移動できる。図２に示したように、回転駆動機構４０は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１０に伝達する伝達機構４２とを備えている。電動モータ４１の回転を伝達機構４２を介して検査ヘッド１０に伝達することにより、検査ヘッド１０がその内部に固定されたミラー１８（図１）とともに軸線ＡＸの回りに回転する。直線駆動機構３０及び回転駆動機構４０による検査ヘッド１０の軸線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、被検査物の内周面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、図２に示したように、検出ユニット５には保持筒１５を軸線方向に駆動する焦点調整機構５０が設けられており、この焦点調整機構５０によって検査光が被検査物の検査面にて焦点を結ぶように光路長を調整できる。
【００１８】
図１及び図３に示すように、表面検査装置１にはゴミ等の異物の侵入を抑制するためのカバー部材６０が設けられている。カバー部材６０には検査ヘッド１０の移動経路上に配置されて検査ヘッド１０が通過可能な貫通孔６１が形成されている。検査ヘッド１０は検査実行時にはカバー部材６０の内部から貫通孔６１を介して外部へと繰り出されるとともに、待機時には繰り出された検査ヘッド１０はカバー部材６０の内部に収容される。
【００１９】
表面検査装置１には貫通孔６１を開閉するシャッター機構７０が設けられている。シャッター機構７０は上述した検査ヘッド１０の移動に連動して動作する。つまり、検査ヘッド１０をカバー部材６０の外部へ繰り出す場合は貫通孔６１が開かれ、検査ヘッド１０をカバー部材６０の内部へ収容する場合は貫通孔６１が閉じられるようにシャッター機構７０は動作する。こうした機能を実現するため、シャッター機構７０は貫通孔６１を開閉できるシャッター部材７１と、貫通孔６１を開閉するようにシャッター部材７１を駆動するシャッター駆動機構７２とを備えている。
【００２０】
シャッター部材７１は貫通孔６１を塞ぐことができる面積を持った板状部材として構成されている。シャッター駆動機構７２は、軸線Ａｘと直交する方向にシャッター部材７１を駆動するため、シャッター部材７１が取り付けられたスライダ７３と、そのスライダ７３を軸線Ａｘと直交する方向に移動可能な状態で支持するレール７４と、駆動源である電動モータ７５と、電動モータ７５の回転運動を直線運動に変換してスライダ７３に伝達する伝達機構７６とを備えている。
【００２１】
電動モータ７５としては、回転角を調整可能、つまり任意の回転位置で停止可能な電動モータ（例えばパルスモータ等）が使用されている。伝達機構７６は電動モータ７５の回転軸に固定された駆動プーリ７６ａと、駆動プーリ７６ａから所定距離だけ離れて設けられた被駆動プーリ７６ｂと、これらプーリ７６ａ、７６ｂに掛け渡されたベルト７６ｃと、スライダ７３とベルト７６ｃとを連結する連結部材７６ｄとを備えている。電動モータ７５は任意の回転位置で停止できるので、シャッター部材７１の開き具合を調整できる。つまり、シャッター駆動機構７２はシャッター部材７１を全閉位置から全開位置までの動作範囲内の任意の位置に位置決めできる。
【００２２】
シャッター部材７１には、表面検査装置１の動作状態の診断に利用される反射部材としての反射鏡８０が設けられている。反射鏡８０は検査ヘッド１０の軸線方向に関する移動経路を横切る方向、図示の形態では軸線Ａｘと直交する方向に向いた平面状の反射面８１を有している。反射鏡８０はシャッター部材７１と一体に移動するため、シャッター駆動機構７２を操作して反射鏡８０の位置を変更することで反射鏡８０の反射面８１から軸線Ａｘまでの距離Ｘ（図５参照）を調整することができる。つまり、シャッター部材７１を駆動するシャッター駆動機構７２は、反射鏡８０の反射面８１から軸線Ａｘまでの距離Ｘを調整できるように反射鏡８０の位置を変更可能な駆動手段として兼用されている。従って、シャッター駆動機構７２は本発明に係る反射部材駆動手段として機能する。
【００２３】
図１に示した制御部３は、予め保持された各種プログラムを実行する不図示のコンピュータに接続されることによって、検出ユニット５、駆動ユニット６及びシャッター機構７０等を含む表面検査装置１の各部の動作を制御できる制御装置として機能する。もっとも、制御部３に対してマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を組み込むことによって、制御部３を単独で上記各部の動作を制御できる制御装置として機能させることも可能である。
【００２４】
制御部３を利用することにより、検査実行時における検査ヘッド１０の動作制御及びその動作に連動させたシャッター機構７０の動作制御を行うことができる他に、反射鏡８０を利用した自己診断処理を行うこともできる。検査実行時における検査ヘッド１０及びシャッター機構７０の動作制御は公知の方法と同様であるのでその詳細な説明を省略する。反射鏡８０を利用した自己診断処理は、図６の自己診断ルーチンに基づいて行われる。図６のルーチンのプログラムは制御部３に接続されるコンピュータに記憶されており、適時に読み出されて所定の周期で繰り返し実行される。図６のルーチンを制御部３に接続されたコンピュータが実行することにより、そのコンピュータ及び制御部３は本発明に係る自己診断手段として機能する。
【００２５】
図６に示したように、ステップＳ１では、診断処理の実行条件の成否を判定する。この実行条件は適宜に設定してよい。例えば、ユーザによって診断処理の実行指令が入力されたことを実行条件としてもよい。また、表面検査装置１を使用した検査を行う場合、その検査を開始する過程で、検査ヘッド１０は貫通孔６１がシャッター部材７１にて開かれた状態で反射鏡８０の横を必ず通り過ぎる。従って、検査開始に至るまでの過程で診断処理を実行すると効率がよい。そのため、表面検査装置１による検査を行うことを実行条件として設定し、検査開始の度に自己診断処理を行うようにすることもできる。また、被検査物を交換したときや検査ヘッド１０を交換したとき等のように、被検査物の表面に対する検査光の焦点距離が変わる場合を実行条件が成立した場合として扱うこともできる。ステップＳ１で実行条件が成立した場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。
【００２６】
ステップＳ２では、軸線Ａｘから反射面８１までの距離Ｘ（図５参照）を設定する。この距離Ｘの設定値はユーザによって任意に入力できるようにしてもよいし、被検査物毎に予め対応付けられた値を選択するようにしてもよい。次に、ステップＳ３では、ステップＳ２の設定結果に基づいて反射鏡８１が位置決めされるようにシャッター駆動機構７２を制御する。
【００２７】
ステップＳ４では検査ヘッド１０が軸線Ａｘの回りに回転駆動されるように回転駆動機構４０を制御する。続いて、ステップＳ５では、図４及び図５に示すように検査ヘッド１０の透光窓１０ａが反射部材８０の反射面８１と対面する位置に検査ヘッド１０が移動するように直線駆動機構３０を制御する。
【００２８】
ステップＳ６では、反射面８１からの反射光の光量を測定する。即ち、ＬＤ１１を駆動して検査光を検査ヘッド１０の外周から反射面８１へ照射させる。そして、反射面８１からの反射光をＰＤ１２で受光させ、ＰＤ１２が検出する反射光の光量を取得する。この光量は、例えば所定間隔で取得した複数のサンプルの平均値であってもよいし、測定期間内に検出された最大値であってもよい。表面検査装置１はその稼働時間の経過とともに、検査ヘッド１０の透光窓１０ａにオイルミストや粉塵等の汚れが付着して透光窓１０ａの透過率が低下する場合がある。そのような汚れが透光窓１０ａに付着したままで検査を行うと検査性能が悪化して検査に支障を来たす。また、光源であるＬＤ１１が経年劣化して必要な光量の検査光を射出できない場合も検査性能が悪化して検査に支障を来たす。
【００２９】
そこで、ステップＳ７では、こうした検査に支障を来たす不具合が生じる限界を定める閾値と、ステップＳ６の測定結果とを比較して、測定結果が閾値に満たない光量不足であるか否かを判定する。光量不足の場合は上記のような動作状態の異常があると診断できるので、ステップＳ８に進んで所定の警告表示を行う。一方、光量不足でない場合は動作状態が正常であると診断できるので、ステップＳ８をスキップして今回のルーチンを終了する。
【００３０】
以上に説明したように、本形態の表面検査装置１によれば、シャッター駆動機構７２によって反射鏡８０の反射面８１から検査ヘッド１０の軸線Ａｘまでの距離Ｘを調整できるため、被検査物の変更に伴って検査ヘッド１０や焦点距離が変更された場合でも、反射鏡８０を取り替えたりすることなく自己の動作状態を診断できる。また、シャッター駆動機構７２が反射鏡８０の位置を変更可能な駆動手段として兼用されているので、これらの駆動手段を別々に設ける場合に比べて、部品点数の削減及び小型化に寄与できる。
【００３１】
但し、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。反射部材は検査光を反射できる反射面を持つものであれば十分であり、上記形態のように反射部材として反射鏡８０を用いることは一例にすぎない。例えば、被検査物に類似したサンプルピースを反射部材として用いることもできる。なお、反射面が平面状であることは一例であり、反射面が曲面状であってもよい。
【００３２】
上記形態のように、シャッター部材の駆動手段を反射部材の駆動手段として兼用することは一例であり、シャッター部材の駆動手段と反射部材の駆動手段とを別々に設けて本発明を実施してもよい。また、シャッター機構を持たない表面検査装置として本発明を実施することもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１  表面検査装置
３  制御部（自己診断手段）
５  検出ユニット（検出手段）
１０  検査ヘッド
６０  カバー部材
６１  貫通孔
７１  シャッター部材
７２  シャッター駆動機構（反射部材駆動手段）
８０  反射鏡（反射部材）
８１  反射面
Ａｘ  検査ヘッドの軸線
Ｘ  反射面から軸線までの距離
【図１】
2012093226.tif 000003
【図２】
2012093226.tif 000004
【図３】
2012093226.tif 000005
【図４】
2012093226.tif 000006
【図５】
2012093226.tif 000007
【図６】
2012093226.tif 000008