(57)【要約】      （修正有）【課題】円筒部が回転できなくても、また、円筒部が非常に長いか連続体であっても、なおかつ表面が光沢性あるいは鏡面であっても表面形状だけでなく傷や汚れの検査が可能な光沢円筒面形状検査装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ１、コリメーションレンズ２、楔形回転プリズム３または斜め回転ミラーを備える円弧状走査光源と、集光レンズ６、門型ミラー７を備えた照明系と、門型ミラー９、結像レンズ１０、２次元ＰＳＤ１３を備えた検出系を設け、集光レンズ６及び結像レンズ１０の光軸と測定対象円筒面８の中心軸が門型ミラー７，９を介して同一となるよう門型ミラー７，９を配置することを特徴とする。【選択図】図１
2016205972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ、コリメーションレンズ、楔形回転プリズムまたは斜め回転ミラーを備える円弧状走査光源、集光レンズ、門型ミラーを備えた照明系と、門型ミラー、結像レンズ、２次元ＰＳＤを備えた検出系を設け、集光レンズ及び結像レンズの光軸と測定対象円筒面の中心軸が門型ミラーを介して同一となるよう門型ミラーを配置することを特徴とする走査型光沢円筒面形状検査装置。
【請求項２】
受光側結像レンズの後ろ側に走査側と同期して回転する楔形回転プリズムまたは斜め回転ミラーを備えることを特徴とする請求項１の光沢円筒面形状検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外側に光沢面あるいは鏡面をもつ円筒状物体の形状を検査する光沢円筒面形状検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日では、金属、プラスチック、ガラス等から構成される表面が光沢性の円筒状の物体、例えば紙やフィルムを搬送するロール、あるいはコピー等に使われる感光ロール等が存在し、これらの表面形状は、円筒面の軸方向に走査あるいは線像を作って切断面を測定する方法、たとえば特許文献１、あるいは円筒面の軸方向に円錐状ミラー等を動かして測定する方法、たとえば特許文献２等の方法、あるいは円筒面に円弧上の光線をあて測定する方法、たとえば特許文献３の方法で表面形状検査がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３４２９９６６
【特許文献２】特許３０９９４６２
【特許文献３】特許５２９４０８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
円筒面の軸方向に走査あるいは線像を作って切断面を測定する方法では円筒面を回転することが前提となっているので、回転できない物体、たとえば連続成型品の表面等は検査できなかった。同様に回転対称でない物体、たとえば板上のものの端部が円筒状になっているようなものの円筒面部は測ることができなかった。また、円筒面の軸方向に円錐状ミラー等を動かして測定する方法では、円筒面の軸方向に非常に長いかあるいは連続した物体、たとえば連続成型樹脂パイプなどを測定することができなかった。また、円弧上の光線を当てる方法では細かい傷等が測定できなかった。そこで、本発明は円筒部が回転できなくても、また、円筒部が非常に長いか連続体であっても、なおかつ表面が光沢性あるいは鏡面であっても表面形状だけでなく傷や汚れの検査が可能な光沢円筒面形状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】
上記課題を解決するため、光源、コリメータレンズ、回転光走査機、集光レンズ、門型ミラーを備えた走査系と、門型ミラー、結像レンズ、回転光走査機、集光レンズ、２次元ＰＳＤを備えた検出系を設け、集光レンズ及び結像レンズの光軸と測定対象円筒面の中心軸が門型ミラーを介してほぼ同一となるよう門型ミラーを配置することを特徴とする走査型光沢円筒面形状検査装置とした。
【０００６】
また、２次元ＰＳＤの信号について光走査機の回転方向に数値化する信号処理を行い、その数値に基づき良不良判定を行うことを特徴とする走査型光沢円筒面形状検査装置とした。
【０００７】
また、回転光走査機は楔形回転プリズムとすることを特徴とする走査型光沢円筒面形状検査装置とした。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成することにより、回転が不可能でも、またどんなに長い円筒物体であっても、また表面が完全な光沢面や鏡面であっても、表面の形状計測および傷、汚れの検査が可能な走査型光沢円筒面形状検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１における走査型光沢円筒面形状検査装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１における走査型光沢円筒面形状検査装置のミラー折り返しを省略した光学系の断面図である。
【図３】本発明の実施例１における結像画像および処理を説明した図である。
【図４】本発明の実施例２における走査型光沢円筒面形状検査装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１０】
図１に、本発明の実施例１における走査型光沢円筒面形状検査装置の構成図を示す。１は半導体レーザ、２はコリメータレンズ、３は楔形状の回転プリズム、５は遮光板、６は集光レンズ、７は門型ミラー、８は測定対象円筒面、９は門型ミラー、１０は結像レンズ１、１１は楔形状の回転プリズム、１２は結像レンズ２、１３は２次元ＰＳＤである。
【００１１】
半導体レーザ１からでた光はコリメータレンズ２でほぼ平行な光に変換され、楔形回転プリズム３に入射する。楔形回転プリズム３から出射した光は楔の厚い方に曲げられる。楔形回転プリズム３は回転しているので出射した光は円弧状に走査される。
【００１２】
円弧状に走査された光は集光レンズ６で集光される。ここで遮光板５により、門型ミラー７で反射できない部分の光を遮光する。集光途中で門型ミラー７により折り返され、測定対象円筒面８の表面上に円弧状に集光される。門型ミラーは通常のミラーであるが、測定対象物と機械的に干渉する部分を切り欠いたものである。
【００１３】
ここで集光レンズの光軸は門型ミラー７で折り返されたとき、測定対象円筒面８の円筒軸と一致するよう構成される。光軸に垂直な面で切った断面上で考えると、集光レンズを出た光は光軸方向に集光するため同じ軸をもつ円筒面に対しては軸を含む面内で入射および反射をすることになる。
【００１４】
測定対象円筒面を反射した光は門型ミラー９で折り返され、結像レンズ１０により楔形回転プリズム１１に入射する。ここで楔型回転プリズム１１は楔形回転プリズム３と同期し、逆回転に回転している。その結果楔型回転プリズム１１を出射した光は光軸と概略並行方向に変換され、集光レンズ１２により２次元ＰＳＤ１３に入射する。ここでも門型ミラー９で折り返されたとき、結像レンズ１０、集光レンズ１２の光軸が測定対象円筒面８の円筒軸と一致するよう構成される。２次元ＰＳＤ１３は測定対象円筒面８の反射点と結像レンズ１０、集光レンズ１２に対し共役な位置に置かれるので２次元ＰＳＤ上には測定対象円筒面８上の反射点と共役な点像があらわれることになる。
【００１５】
図２に本発明の実施例における光沢円筒面形状検査装置のミラー折り返しを省略した光学系の図を示す。ここでは折り返しミラーを省き、光学系の光軸と測定対象円筒面の軸を実際に一致させて図示している。各部品の機能は図１で説明したとおりであり、門型ミラーで反射できない部分以外は光軸を含むどの断面でも本図のとおり光が進むことになる。
【００１６】
ここで測定対象円筒面が８ａのように変動した場合、その反射光は破線のように進み、２次元ＰＳＤ上で１３ａの部分に到達することになり、変動を検知することができる。光軸を含むどの断面の変動でもこのように検知できるので光沢円筒面の形状を測定することができる。
【００１７】
図３は本発明の実施例における結像画像および処理を説明する図である。１３は２次元ＰＳＤであり、その面に測定対象円筒面８の反射点と共役な結像光Ｉが投影されている。図２で説明したように、本光学系は光軸に対して回転対称であるので、円筒面が完全であれば２次元ＰＳＤ１３上では中心座標Ｏに結像点が形成される。
【００１８】
もし測定対象円筒面に変動があれば、その変動は図２で説明したように結像光の変動１３ａに変換される。その変動は２次元ＰＳＤ１３上では中心座標Ｏを含む直線上で変動することになるが、その方向は楔形回転プリズム１１の回転により回転している。よって本ＰＳＤの信号から測定対象円筒面８の凹凸を読み取る場合には中心座標Ｏから楔形回転プリズム１１の回転角θ方向の結像光１３ａまでの中心座標Ｏからの距離Ｒを求めることになる。そして算出された、Ｒが予定した範囲Ｓに入らない場合は形状不良と判定することになる。なお、ＰＳＤは光量も測定できるので反射光量が一定以下であれば不良と判定することもできる。
【実施例２】
【００１９】
図４に、本発明の実施例２における光沢円筒面形状検査装置の構成図を示す。３ｂは斜め回転ミラー、４は折り返しミラー、他は実施例１と同様である。
【００２０】
半導体レーザ１からでた光はコリメータレンズ２でほぼ平行な光に変換され、折り返しミラー４に入射する。折り返しミラー４から出射した光は集光レンズ６の光軸と同じ光軸上を上方に進み、斜め回転ミラー３ｂに入射する。斜め回転ミラー３ｂは光を光軸から傾けて反射し、また、回転しているので反射した光は円弧状に走査される。
【００２１】
円弧状の光は集光レンズ６で集光される。その後遮光板５により、門型ミラー７で反射できない部分の光を遮光する。遮光する側は光が通らないので上記折り返しミラー４を支える機構も遮光版５と同じ向きに設置するのが望ましい。遮光されなかった光は門型ミラー７により折り返され、測定対象円筒面８の表面上に集光される。以降結像レンズ１０までの機能は実施例１と同様である。
【００２２】
結像レンズ１０を出射した光は実施例１とは違ってそのまま集光レンズ１２に入射し、２次元ＰＳＤ１３に入射する。実施例１では異常のない光は２次元ＰＳＤ１３の中央に入射したが、本実施例では異常のない光は２次元ＰＳＤ１３上で弧を描く。そのため、微小な凹凸を測定するには向かないが、測定すべき凹凸が比較的大きいか、反射光量の測定がメインであったりする場合にはこの方法でも使用可能である。また、そのような場合には１次元ＰＳＤでも使用可能である。なお、集光レンズ１２は省略し、結像レンズ１０のみで当該機能を実現することもできる。もちろん実施例１と同様に走査側と同期しながら逆回転する斜め回転ミラーを設ければ微小な凹凸を測定することも可能である。
【００２３】
以上説明したようにいずれの実施例においても、円筒面が完全な鏡面反射面であっても、また、円筒面を回転することができなくても、また、円筒面が連続物体であってもその表面形状を測定することができる。また、単一ビームの走査による測定なので部分的な反射率の違いを高感度で検知することができる。いずれの実施例においてもこれを２セット用いれば、３６０度範囲の円筒物体の検査も可能になる。また、対象物は円筒面が最適であるがこれに限らず、球体や多角柱状の鏡面反射体の検査も本方法で可能である。なお遮光板５、５Ｂは省略して同様な機能を門型ミラーに持たすことも可能である。また、集光レンズ６、結像レンズ１０は同様な機能を持つ放物面鏡などに置き換えることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上説明したように本実施例によれば円筒面が完全な鏡面反射面であっても、また、円筒面を回転することができなくても、また、円筒面が連続物体であってもその表面形状を測定することができ、さらには部分的な反射率の違いを高感度で検知することができるるため、これまで検査が難しかった表面が鏡面反射性の連続円筒体の凹凸および傷、クラック、汚れ等の検査が可能となり、ライン上での測定に利用できる。また、平面の端部等回転検査が不可能な物体にも適用できる。このようにこれまで困難であった光沢面の円筒体の検査が可能となるので産業上非常に有用である。
【符号の説明】
【００２５】
１  半導体レーザ
２  コリメータレンズ
３  楔形回転プリズム
３ｂ  斜め回転ミラー
４  折り返しミラー
５  遮光板
６  集光レンズ
７  門型ミラー
８  測定対象円筒面
９  門型ミラー
１０  結像レンズ
１１  楔形回転プリズム
１２  集光レンズ
１３  ２次元ＰＳＤ
２３  コリメーションレンズ
Ｏ  ２次元ＰＳＤ中心座標
１３ａ  結像光像
Ｓ  許容範囲
【図１】
2016205972.tif 000003
【図２】
2016205972.tif 000004
【図３】
2016205972.tif 000005
【図４】
2016205972.tif 000006