(57)【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の内周面に向かって検査光を照射するとともに、該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し、該反射光の光量に対応した信号を出力する検出手段と、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、を備え、前記検査ヘッドが、先端から前記軸線方向に検査光を照射し、その照射に対して前記軸線方向に戻る反射光を受光できるように構成された表面検査装置において、
前記検査ヘッドを前記被検査物に対して前記軸線方向とそれぞれ直交する第１の軸方向及び第２の軸方向に相対的に移動させるヘッド位置調整手段と、
前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向のそれぞれに関して、前記検査ヘッドの先端から軸線方向に射出される検査光により前記被検査物が前記内周面の輪郭上の二点を含む範囲にて走査されるように前記ヘッド位置調整手段の動作を制御する走査制御手段と、
前記第１及び第２軸方向の走査時に前記検出手段からそれぞれ出力される信号に基づいて、前記被検査物の前記内周面の半径方向に関する中心位置を演算する演算手段と、
前記演算された中心位置に前記検査ヘッドの軸線が一致するように前記ヘッド位置調整手段の動作を制御する位置決め制御手段と、
を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記第１の軸方向に関する走査に対応した前記検出手段の出力信号に基づいて当該第１の軸方向における前記内周面の輪郭上の二点の座標を判別する第１の座標判別手段と、前記第２の軸方向に関する走査に対応した前記検出手段の出力信号に基づいて当該第２の軸方向における前記内周面の輪郭上の二点の座標を判別する第２の座標判別手段と、前記第１の座標判別手段が判別した二点の座標の中間点の前記第１の軸方向における座標及び前記第２の座標判別手段が判別した二点の座標の中間点の前記第２の軸方向における座標を前記中心位置の座標として演算する中心座標演算手段と、を備えてい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】
前記第１及び第２の軸方向のうち、少なくともいずれか一方の方向に関する走査時に、前記検出手段から所定光量以上の反射光に対応した信号が出力されない場合、前記検査ヘッドの軸線と前記被検査物の内周面の軸線とが非平行な状態にあることを示すエラー信号を出力するエラー処理手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記検出手段、前記直線駆動手段及び前記回転駆動手段が共通のベース上に配置され、前記ヘッド位置調整手段は、前記ベースを、前記第１及び第２の軸方向のうち少なくともいずれか一方の方向に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項５】
軸状に延びる検査ヘッドの外周から被検査物の内周面に向かって検査光を照射するとともに、該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し、該反射光の光量に対応した信号を出力する検出手段と、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、を備え、前記検査ヘッドが、先端から前記軸線方向に検査光を照射し、その照射に対して前記軸線方向に戻る反射光を受光できるように構成された表面検査装置において、前記検査ヘッドの軸線を前記被検査物の前記内周面の半径方向に関する中心位置と一致させるための検査ヘッドの芯出し調整方法であって、
前記検査ヘッドから前記軸線方向に検査光を射出させた状態で、該検査ヘッドを前記被検査物に対して前記軸線方向と直交する第１の軸方向に相対的に移動させることにより、前記内周面の輪郭上の二点を含む範囲にて前記被検査物を前記検査光により走査する第１の走査工程と、
前記検査ヘッドから前記軸線方向に検査光を射出させた状態で、該検査ヘッドを前記被検査物に対して前記軸線方向と直交しかつ前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に相対的に移動させることにより、前記内周面の輪郭上の二点を含む範囲にて前記被検査物を前記検査光により走査する第２の走査工程と、
前記第１及び第２の走査工程で前記検出手段からそれぞれ出力される信号に基づいて、前記被検査物の前記内周面の半径方向に関する中心位置を演算する演算工程と、
前記演算された中心位置に前記検査ヘッドの軸線が一致するように前記検査ヘッドと前記被検査物とを相対移動させる位置決め工程と、
を備えたことを特徴とする検査ヘッドの芯出し調整方法。
【請求項６】
前記演算工程は、前記第１の軸方向に関する走査に対応した前記検出手段の出力信号に基づいて当該第１の軸方向における前記内周面の輪郭上の二点の座標を判別する第１の座標判別工程と、前記第２の軸方向に関する走査に対応した前記検出手段の出力信号に基づいて当該第２の軸方向における前記内周面の輪郭上の二点の座標を判別する第２の座標判別工程と、前記第１の座標判別工程で判別した二点の座標の中間点の前記第１の軸方向における座標及び前記第２の座標判別工程で判別した二点の座標の中間点の前記第２の軸方向における座標を前記中心位置の座標として演算する中心座標演算工程と、を備えていることを特徴とする請求項５に記載の芯出し調整方法。
【請求項７】
前記第１及び第２の軸方向のうち、少なくともいずれか一方の方向に関する走査時に、前記検出手段から所定光量以上の反射光に対応した信号が出力されない場合、前記検査ヘッドの軸線と前記被検査物の内周面の軸線とが非平行な状態にあることを示すエラー信号を出力するエラー処理工程をさらに備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載の芯出し調整方法。
【請求項８】
前記第１の走査工程、前記第２の走査工程、及び前記位置決め工程のそれぞれでは、前記検出手段、前記直線駆動手段及び前記回転駆動手段を前記第１及び第２の軸方向のうち、少なくともいずれか一方の方向に一体的に移動させることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の芯出し調整方法。
【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してその被検査物の内周面をその軸線方向一端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光量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（例えば特許文献１参照）。
【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】
上述した従来の装置では、被検査物、あるいはその被検査物の検査対象箇所が変わる毎に、検査対象の内周面の中心位置と検査ヘッドの軸線とを一致させる芯出し調整を行う必要がある。その作業を例えばダイヤルゲージ等の手作業に委ねた場合には作業の負担が大きい。治具を用いて作業の効率化を図るにしても、被検査物毎に治具が必要となり、設備負担が大きい。
【０００４】
そこで、本発明は、検査ヘッドの芯出し調整に要する負担を軽減することが可能な表面検査装置及び芯出し調整方法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】
本発明の表面検査装置（１）は、軸状に延びる検査ヘッド（１６）の外周から被検査物（１００）の内周面（１００ａ）に向かって検査光を照射するとともに、該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し、該反射光の光量に対応した信号を出力する検出手段（５）と、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（ＡＸ）の回りに回転させる回転駆動手段（４０）とを備え、前記検査ヘッドが、先端から前記軸線方向に検査光を照射し、その照射に対して前記軸線方向に戻る反射光を受光できるように構成された表面検査装置において、前記検査ヘッドを前記被検査物に対して前記軸線方向とそれぞれ直交する第１の軸方向（Ｘ軸方向）及び第２の軸方向（Ｙ軸方向）に相対的に移動させるヘッド位置調整手段（７）と、前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向のそれぞれに関して、前記検査ヘッドの先端から軸線方向に射出される検査光により前記被検査物が前記内周面の輪郭上の二点を含む範囲にて走査されるように前記ヘッド位置調整手段の動作を制御する走査制御手段（６０、Ｓ１、Ｓ４）と、前記第１及び第２軸方向の走査時に前記検出手段からそれぞれ出力される信号に基づいて、前記被検査物の前記内周面の半径方向に関する中心位置（Ｃ）を演算する演算手段（６０、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６）と、前記演算された中心位置に前記検査ヘッドの軸線が一致するように前記ヘッド位置調整手段の動作を制御する位置決め制御手段（６０、Ｓ７）とを備えることにより、上述した課題を解決する。
【０００６】
また、本発明の検査ヘッドの芯出し調整方法は、軸状に延びる検査ヘッド（１６）の外周から被検査物（１００）の内周面（１００ａ）に向かって検査光を照射するとともに、該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し、該反射光の光量に対応した信号を出力する検出手段（５）と、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（ＡＸ）の回りに回転させる回転駆動手段（４０）とを備え、前記検査ヘッドが、先端から前記軸線方向に検査光を照射し、その照射に対して前記軸線方向に戻る反射光を受光できるように構成された表面検査装置において、前記検査ヘッドの軸線を前記被検査物の前記内周面の半径方向に関する中心位置（Ｃ）と一致させるための検査ヘッドの芯出し調整方法であって、前記検査ヘッドから前記軸線方向に検査光を射出させた状態で、該検査ヘッドを前記被検査物に対して前記軸線方向と直交する第１の軸方向（Ｘ軸方向）に相対的に移動させることにより、前記内周面の輪郭上の二点を含む範囲にて前記被検査物を前記検査光により走査する第１の走査工程（Ｓ１）と、前記検査ヘッドから前記軸線方向に検査光を射出させた状態で、該検査ヘッドを前記被検査物に対して前記軸線方向と直交しかつ前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向（Ｙ軸方向）に相対的に移動させることにより、前記内周面の輪郭上の二点を含む範囲にて前記被検査物を前記検査光により走査する第２の走査工程（Ｓ４）と、前記第１及び第２の走査工程で前記検出手段からそれぞれ出力される信号に基づいて、前記被検査物の前記内周面の半径方向に関する中心位置を演算する演算工程（Ｓ３、Ｓ５、Ｓ６）と、前記演算された中心位置に前記検査ヘッドの軸線が一致するように前記検査ヘッドと前記被検査物とを相対移動させる位置決め工程（Ｓ７）とを備えることにより、上述した課題を解決する。
【０００７】
検査ヘッドを第１の軸方向及び第２の軸方向に相対移動させて被検査物を検査光で走査した場合、検査光が被検査物の穴を通過している状態であれば反射光が返ってこないか、又は返ってきてもその光量は僅かである。これに対して、検査光が被検査物の端面に入射している状態では反射光が十分な光量で検査ヘッドに返ってくる。よって、走査中の検出手段の出力信号を参照すれば、検査光が内周面の輪郭上の二点をそれぞれ通過した位置を判別することができる。内周面の中心位置は、第１の軸方向における内周面の輪郭上の二点を結ぶ線分（弦）の垂直二等分線と、第２の軸方向における内周面の輪郭上の二点を結ぶ線分（弦）の垂直二等分線との交点にあり、その位置は、第１の軸方向及び第２の軸方向のそれぞれの走査によって判別された内周面の輪郭上の二点（合計４点）の位置から幾何学的関係を利用して演算することができる。そして、演算された中心位置に検査ヘッドが一致するように検査ヘッドを被検査物に対して相対移動させることにより、検査ヘッドの軸線を被検査物の中心位置に一致させることができる。
【０００８】
本発明の表面検査装置によれば、走査制御手段によりヘッド位置調整手段の動作を制御して第１及び第２の軸方向に被検査物を走査し、それらの走査中の検出手段の出力信号を演算手段に取り込んでいるので、上述した幾何学的関係に従って被検査物の内周面の中心位置を演算することができる。そして、位置決め制御手段により、検査ヘッドの軸線が中心位置に一致するようにヘッド位置調整手段の動作を制御することにより、芯出し調整を完了することができる。また、本発明の芯出し調整方法によれば、第１及び第２の走査工程にて第１及び第２の軸方向に被検査物を走査しているので、演算工程では、それらの走査中の検出手段の出力信号に基づいて被検査物の内周面の中心位置を演算することができる。そして、位置決め工程にて、検査ヘッドの軸線が中心位置に一致するように検査ヘッドと被検査物とを相対移動させることにより、芯出し調整を完了することができる。
【０００９】
本発明の表面検査装置の一形態において、前記演算手段（６０）は、前記第１の軸方向に関する走査に対応した前記検出手段の出力信号に基づいて当該第１の軸方向における前記内周面の輪郭上の二点の座標（Ｘａ、Ｘｂ）を判別する第１の座標判別手段（Ｓ３）と、前記第２の軸方向に関する走査に対応した前記検出手段の出力信号に基づいて当該第２の軸方向における前記内周面の輪郭上の二点の座標（Ｙａ、Ｙｂ）を判別する第２の座標判別手段（Ｓ５）と、前記第１の座標判別手段が判別した二点の座標の中間点の前記第１の軸方向における座標（Ｘｃ）及び前記第２の座標判別手段が判別した二点の座標の中間点の前記第２の軸方向における座標（Ｙｃ）を前記中心位置の座標として演算する中心座標演算手段（Ｓ６）とを備えていてもよい。この形態によれば、第１の軸方向に関して判別した二点の座標の中間点の同方向における座標と、第２の軸方向に関して判別した二点の座標の中間点の同方向における座標とによって中心位置の第１及び第２の軸方向に関する座標を求めることができる。
【００１０】
本発明の表面検査装置の一形態においては、前記第１及び第２の軸方向のうち、少なくともいずれか一方の方向に関する走査時に、前記検出手段から所定光量以上の反射光に対応した信号が出力されない場合、前記検査ヘッドの軸線と前記被検査物の内周面の軸線とが非平行な状態にあることを示すエラー信号を出力するエラー処理手段（６０、Ｓ２、Ｓ８）をさらに備えてもよい。検査ヘッドの軸線と被検査物の内周面の軸線とが平行でない場合、被検査物を走査しても所定光量未満の反射光しか検出できず、あるいは反射光が検出できない。そこで、このような場合にエラー信号を出力すれば、平行状態の確認を促し、あるいは修正を図るといった対応が可能となる。
【００１１】
本発明の表面検査装置の一形態においては、前記検出手段、前記直線駆動手段及び前記回転駆動手段が共通のベース（３１）上に配置され、前記ヘッド位置調整手段は、前記ベースを、前記第１及び第２の軸方向のうち少なくともいずれか一方の方向に移動させてもよい。この場合、ベース上の検出手段、直線駆動手段及び回転駆動手段を一体的に移動させることができるので、検査ヘッドの軸線に対するこれらの直線駆動手段及び回転駆動手段の位置関係を変化させることなく、検査ヘッドを被検査物に対して少なくとも一軸方向に移動させて位置調整を行うことができる。
【００１２】
本発明の芯出し調整方法においても、上述した表面検査装置の形態と同様の形態を採用してよい。すなわち、本発明の芯出し調整方法において、前記演算工程は、前記第１の軸方向に関する走査に対応した前記検出手段の出力信号に基づいて当該第１の軸方向における前記内周面の輪郭上の二点の座標（Ｘａ、Ｘｂ）を判別する第１の座標判別工程（Ｓ３）と、前記第２の軸方向に関する走査に対応した前記検出手段の出力信号に基づいて当該第２の軸方向における前記内周面の輪郭上の二点の座標（Ｙａ、Ｙｂ）を判別する第２の座標判別工程（Ｓ５）と、前記第１の座標判別工程で判別した二点の座標の中間点の前記第１の軸方向における座標（Ｘｃ）及び前記第２の座標判別工程で判別した二点の座標の中間点の前記第２の軸方向における座標（Ｙｃ）を前記中心位置の座標として演算する中心座標演算工程（Ｓ６）とを備えてもよい。また、前記第１及び第２の軸方向のうち、少なくともいずれか一方の方向に関する走査時に、前記検出手段から所定光量以上の反射光に対応した信号が出力されない場合、前記検査ヘッドの軸線と前記被検査物の内周面の軸線とが非平行な状態にあることを示すエラー信号を出力するエラー処理工程（Ｓ２、Ｓ８）をさらに備えてもよい。前記第１の走査工程、前記第２の走査工程、及び前記位置決め工程のそれぞれでは、前記検出手段、前記直線駆動手段及び前記回転駆動手段を前記第１及び第２の軸方向のうち、少なくともいずれか一方の方向に一体的に移動させてもよい。
【００１３】
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】
【００１４】
以上に説明したように、本発明の表面検査装置及び芯出し調整方法によれば、検査ヘッドの先端から軸線方向に照射される検査光にて被検査物を第１の軸方向及び第２の軸方向に走査し、それらの走査に伴って検出手段から出力される反射光量に対応した信号に基づいて被検査物の内周面の中心位置を演算し、その演算された中心位置に検査ヘッドの軸線が一致するように検査ヘッドを被検査物に対して相対移動させるようにしたので、検査ヘッドの芯出し調整に要する負担を軽減して検査作業の効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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は被検査物としてのワーク１００に設けられた内周面１００ａ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。ワーク１００は内径及び外径が一定の円筒形状であり、一例として内燃機関のシリンダブロックに嵌め込まれるシリンダライナーである。ワーク１００は、不図示のワーク支持装置により表面検査装置１と対向する位置にセットされる。検査機構２は、ワーク１００に対して検査光を投光し、かつワーク１００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。
【００１６】
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、ワーク１００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ワーク１００に向かって導く投光ファイバ１３と、ワーク１００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、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。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（図１のＺ軸方向に相当し、以下、これを軸線方向と呼ぶことがある。）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。
【００１７】
図２及び図３に示したように、検査ヘッド１６は、筒状のヘッド本体２０と、その本体２０の先端に装着されるミラー保持筒２１とを備えている。ミラー保持筒２１は本体２０の先端の雄ねじ部２０ａにねじ込まれ、それによりミラー保持筒２１は本体２０に対して着脱可能である。上述した透光窓１６ａはミラー保持筒２１の外周に設けられ、ミラー１８はミラー保持筒２１の内部に着脱可能に取り付けられている。ミラー保持筒２１の先端面には、検査ヘッド１６から検査光Ｂ１を軸線方向に射出させ、軸線方向からの反射光Ｂ２を検査ヘッド１６に入射させるための抜き孔２１ａが設けられている。なお、抜き孔２１ａから検査光Ｂ１を射出させる場合、ミラー保持筒２１はミラー１８を取り外した状態でヘッド本体２０に装着される。
【００１８】
図１に戻って説明を続ける。駆動ユニット６は、直線駆動機構３０と、回転駆動機構４０と、焦点調節機構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直線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、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。すなわち、ＬＤ１１及びＰＤ１２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。さらに、スライダ３３にはナット３６が固定され、そのナット３６には送りねじ３４がねじ込まれている。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、ワーク１００の内周面１００ａに対する検査光の照射位置（走査位置）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。ベース３１の前端（図１において右端）には壁部３１ａが設けられ、その壁部３１ａには検査ヘッド１６と同軸の通し孔３１ｂが設けられている。通し孔３１ｂは検査ヘッド１６が通過可能な内径を有しており、検査ヘッド１６はその通し孔３１ｂを通過してワーク１００の内部へと繰り出される。
【００１９】
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、歯車列等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、ワーク１００の内周面１００ａに対する検査光の照射位置をワーク１００の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み合わせることにより、ワーク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。さらに、回転駆動機構４０には、検査ヘッド１６が所定の単位角度回転する毎にパルス信号を出力するロータリエンコーダ４３が設けられている。ロータリエンコーダ４３から出力されるパルス信号の個数は検査ヘッド１６の回転量（回転角度）に相関し、そのパルス信号の周期は検査ヘッド１６の回転速度に相関する。
【００２０】
焦点調節機構５０は、検査光がワーク１００の内周面１００ａにて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整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１５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、検査光がワーク１００の内周面１００ａ上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。
【００２１】
さらに、表面検査装置１には、ヘッド位置調整手段として、ヘッド位置調整機構７が設けられている。ヘッド位置調整機構７は、検査機構２の全体を検査ヘッド１６の軸線方向（Ｚ軸方向）と直交する第１の軸方向としてのＸ軸方向（図１の紙面と直交する方向）及びそのＺ軸方向及びＸ軸方向の双方と直交する第２の軸方向としてのＹ軸方向に駆動する。ヘッド位置調整機構７は、例えば、ステージを直交二軸方向に位置決め駆動する市販のＸ−Ｙステージ装置を、そのステージの移動方向がＸ軸方向及びＹ軸方向と一致するようにベース３１と接続することによって、これを実現することができる。なお、ベース３１が水平面に置かれる場合には、その水平面内の一軸方向にステージを駆動するＸテーブルと、鉛直方向にステージを駆動するＺテーブルとを組み合わせたいわゆるＸ−Ｚステージ装置をヘッド位置調整機構７として利用すればよい。
【００２２】
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、検出ユニット５の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の指示に従って検出ユニット５の各部の動作を制御する動作制御部６１と、ＰＤ１２の出力信号に対して所定の処理を実行する信号処理部６２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が処理した検査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６２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。
【００２３】
ワーク１００の内周面１００ａの表面を検査する場合、演算処理部６０、動作制御部６１及び信号処理部６２のそれぞれは次の通り動作する。なお、この場合、ワーク１００の内周面１００ａの軸線は検査ヘッド１６の軸線ＡＸと同軸上に配置される。ワーク１００と検査ヘッド１６との芯出し調整については後述する。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にワーク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４１の動作を制御する。さらに、動作制御部６１は、検査光が被検査面としての内周面１００ａ上で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。なお、検査ヘッド１６の軸線方向の駆動に関しては、一定速度の送り動作としてもよいし、検査ヘッド１６が一回転する毎に所定ピッチずつ移動する間欠的な送り動作としてもよい。
【００２４】
上述した内周面１００ａの走査に連係して信号処理部６２にはＰＤ１２の出力信号が順次導かれる。信号処理部６２は、ＰＤ１２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、さらに、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。演算処理部６０にて実行する信号処理としては、ＰＤ１２が検出した反射光の明暗差を拡大するようにその出力信号を非線形に増幅する処理、出力信号からノイズ成分を除去する処理といった各種の処理を適宜に用いてよい。高速フーリエ変換処理、逆フーリエ変換処理等を適宜に組み合わせることも可能である。また、信号処理部６２によるＡ／Ｄ変換は、ロータリエンコーダ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６２から出力される。
【００２５】
信号処理部６２から反射光信号を受け取った演算処理部６０は、その取り込んだ信号を記憶部６５に記憶する。さらに、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ワーク１００の内周面１００ａを平面的に展開した２次元画像を生成する。その２次元画像は、ワーク１００の周方向をＹ軸方向、検査ヘッド１６の軸線方向をＺ軸方向とする直交二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。なお、演算処理部６０における２次元画像の生成時には、反射光信号から得られる原画像に対して、エッジ処理、二値化処理等を施すことにより、検出すべき欠陥等を強調した２次元画像を生成してもよい。そして、演算処理部６０は、得られた画像を所定のアルゴリズムで処理することにより、内周面１００ａに許容限度を超える欠陥等が存在するか否か等を判定し、その判定結果を出力部６４に出力する。
【００２６】
次に、検査ヘッド１６とワーク１００との芯出し調整について説明する。この芯出し調整は、上述した表面検査に先行して実施される。なお、表面検査装置１において、検査機構２及びヘッド位置調整機構７は、検査ヘッド１６の軸線ＡＸがワーク支持装置にて支持されたワーク１００の軸線と平行となるように位置調整された上で設置されている。本形態の芯出し調整では、検査ヘッド１６の軸線ＡＸとワーク１００の軸線とが平行であることを前提とし、それらの軸線間に図１のＸ−Ｙ平面内におけるずれがないように検査ヘッド１６が図１のＸ軸方向及びＹ軸方向に位置調整される。
【００２７】
図２に示したように、検査ヘッド１６からミラー１８が取り外された状態では、検査光Ｂ１が検査ヘッド１６の先端から概略軸線方向に射出される。その検査光Ｂ１がワーク１００の孔を通過する場合には検査ヘッド１６に反射光が戻らない。一方、図３に示したように、検査光Ｂ１がワーク１００の端面１００ｂに入射した場合には検査ヘッド１６に反射光Ｂ２が戻る。よって、図４Ａに示したように、ワーク１００を検査光Ｂ１にてＸ軸方向に走査した場合には、ＰＤ１２の出力信号に基づいて、検査光Ｂ１が内周面１００ａの輪郭を横切った二点のＸ軸座標Ｘａ、Ｘｂを特定することができる。また、図４Ｂに示したように、ワーク１００を検査光Ｂ１にてＹ軸方向に走査した場合には、ＰＤ１２の出力信号に基づいて、検査光Ｂ１が内周面１００ａの輪郭を横切った二点のＹ軸座標Ｙａ、Ｙｂを特定することができる。これらの走査はいずれもヘッド位置調整機構７により検査機構２の全体を駆動することにより実現することができる。図４Ｃに示したように、内周面１００ａの半径方向に関する中心Ｃは、Ｘ座標Ｘａ、Ｘｂを結ぶ弦Ｃｄ１の垂直二等分線Ｌｘと、Ｙ座標Ｙａ、Ｙｂを結ぶ弦Ｃｄ２の垂直二等分線Ｌｙとの交点であり、その座標値Ｘｃ、Ｙｃは下式にて与えられる。
【００２８】
【数１】
0004887517.tif 000002
【００２９】
得られた中心Ｃに検査ヘッド１６の軸線ＡＸが一致するように、ヘッド位置調整機構７にて検査機構２の全体をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置調整することにより、検査ヘッド１６の軸線ＡＸをワーク１００の内周面１００ａに対して芯出しすることができる。
【００３０】
図５は、上述した芯出し調整のために演算処理部６０が実行する芯出し調整ルーチンを示している。なお、本ルーチンに先立って、検査ヘッド１６は、その軸線方向に射出する検査光Ｂ１がＸ軸方向及びＹ軸方向にワーク１００を横断できる位置に粗く位置決めされる。芯出し調整ルーチンを開始すると、演算処理部６０はまずステップＳ１で、検査ヘッド１６から検査光Ｂ１を軸線方向に射出させるとともに、ヘッド位置調整機構７により検査ヘッド１６をＸ軸方向に駆動してワーク１００を検査光Ｂ１にてＸ軸方向に走査する。この場合、ワーク１００がその内周面１００ａの輪郭の二点を含む範囲で検査光Ｂ１にてＸ軸方向に走査されるように検査ヘッド１６の移動範囲が設定される。例えば、予めワーク１００のワーク１００の内径を入力して移動範囲を設定すればよい。検査ヘッド１６の回転は不要である。
【００３１】
次のステップＳ２において、演算処理部６０はステップＳ１の走査時に反射光Ｂ２が一定以上の光量で検出されたか否か判断する。ワーク１００の端面１００ｂが存在すべき領域を走査しても反射光Ｂ２が検出されない場合、あるいは検出されてもその反射光の光量が不足する場合には、検査ヘッド１６の軸線ＡＸとワーク１００の軸線とが平行でない可能性がある。よって、ステップＳ２で反射光が検出されない場合、演算処理部６０はステップＳ３〜７をスキップしてステップＳ８に進み、所定のエラー処理を実施してルーチンを終える。エラー処理は、検査ヘッド１６の軸線ＡＸとワーク１００の軸線とが非平衡状態であることを示すエラー信号を出力する処理を含む。そのエラー信号に基づいて、装置のオペレータに軸線の平行状態の確認を促すメッセージを通知してもよい。表面検査装置１が軸線の平行状態を修正する機能を備えている場合には、エラー信号に基づいて平行状態を修正してもよい。エラー処理を実施することにより、検査ヘッド１６の軸線ＡＸとワーク１００の軸線とが非平行状態にある場合の検査精度の劣化、あるいは検査ヘッド１６とワーク１００との接触といった不都合を未然に回避することが可能となる。
【００３２】
一方、ステップＳ２で一定光量以上の反射光が検出されたと判別した場合、演算処理部６０はステップＳ３に進む。ステップＳ３において、演算処理部６０は、Ｘ軸方向の走査に対応して信号処理部６２から出力された反射光信号を参照して、Ｘ軸座標Ｘａ、Ｘｂを取得する。反射光信号の強度が明確に立ち上がったときのＸ軸座標が座標Ｘａ、Ｘｂである。続くステップ４において、演算処理部６０は、ヘッド位置調整機構７により検査ヘッド１６をＹ軸方向に駆動してワーク１００を検査光Ｂ１にてＹ軸方向に走査する。この場合も、ワーク１００がその内周面１００ａの輪郭の二点を含む範囲で検査光Ｂ１にてＹ軸方向に走査されるように検査ヘッド１６の移動範囲が設定される。そして、次のステップＳ５において、演算処理部６０はＹ軸方向の走査に対応して信号処理部６２から出力される反射光信号を参照して、Ｙ軸座標Ｙａ、Ｙｂを取得する。反射光信号の強度が明確に立ち上がったときのＹ軸座標が座標Ｙａ、Ｙｂである。
【００３３】
続くステップＳ６において、演算処理部６０は、得られたＸ軸座標Ｘａ、Ｘｂ及びＹ軸座標Ｙａ、Ｙｂから、ワーク１００の中心Ｃの座標Ｘｃ、Ｙｃを演算する。その演算式は上記の通りである。この後、演算処理部６０はステップＳ７に進み、検査ヘッド１６の軸線ＡＸのＸ軸座標及びＹ軸座標がワーク１００の中心座標Ｘｃ、Ｙｃに一致するようにヘッド位置調整機構７を駆動する。これにより、検査ヘッド１６の軸線ＡＸがワーク１００の中心Ｃに位置決めされる。ステップＳ７にて位置決めを完了した後、演算処理部６２は今回のルーチンを終了する。
【００３４】
以上の手順で検査ヘッド１６がワーク１００に対して位置決めされた後、ミラー保持筒２１が一旦取り外され、その内部にミラー１８が装着されてミラー保持筒２１が再度取り付けられる。その後、ＬＤ１１から検査光を射出させつつ、直線駆動機構３０及び回転駆動機構４０にて検査ヘッド１６を軸線方向及び周方向に駆動することにより、検査ヘッド１６の軸線ＡＸをワーク１００の中心と一致させた状態で内周面１００ａを検査することができる。検査過程ではヘッド位置調整機構７は駆動されず、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して検査ヘッド１６は定位置に保持される。
【００３５】
以上の形態によれば、ワーク１００を二軸方向に走査して反射光の光量を検出することによって、検査ヘッド１６の軸線ＡＸをワーク１００の中心位置Ｃに位置決めすることができるので、芯出し調整に要する負担を軽減し、その作業の効率化を図ることができる。ダイヤルゲージ等の計測器具、あるいは治具も必要とされない。なお、上述した芯出し調整ルーチンは、ワーク１００を検査する毎に実施されるものではなく、例えば形状及び寸法が等しい多数のワーク１００を１個ずつ順に検査する場合には、一定数のワーク１００が検査される毎に定期的に実施されてもよい。
【００３６】
以上の形態においては、演算処理部６０がステップＳ１及びＳ４を実行することにより走査制御手段として機能し、ステップＳ３、Ｓ５、Ｓ６を実行することにより演算手段として機能し、ステップＳ７を実行することにより位置決め制御手段として機能する。また、演算処理部６０は、ステップＳ３において第１の座標判別手段として機能し、ステップＳ５において第２の座標判別手段として機能し、ステップＳ６において中間点演算手段として機能する。さらに、演算処理部６０は、ステップＳ２及びＳ８を実行することによりエラー処理手段として機能する。また、ステップＳ１が第１の走査工程に、ステップＳ３が第２の走査工程に、ステップＳ３、Ｓ５及びＳ６が演算工程に、ステップＳ７が位置決め工程にそれぞれ相当し、さらには、ステップＳ３が第１の座標判別工程、ステップＳ５が第２の座標判別工程に、ステップＳ６が中間点座標演算工程にそれぞれ相当する。
【００３７】
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されてよい。例えば、検査光の照射及び反射光の受光のための検出手段の構成は上記の形態に限るものではなく、検査ヘッドの外周から検査光を被検査物に照射し、反射光を検査ヘッドを介して受光できるものであれば適宜に変更可能である。直線駆動手段、及び回転駆動手段の構成も図示の形態に限らず適宜に変更してよい。検査ヘッドは、ミラー保持筒からミラーを取り外すことによって軸線方向に検査光を照射できるものに限定されない。検査ヘッドは、ミラーを検査光の光路から退避させることにより、検査光を軸線方向に照射できる構成であってもよい。検査光の光路を外周側に変更する手段としては、ミラーに限らず、プリズム等の各種の光学部品を用いてよい。ヘッド位置調整手段は、検査ヘッドを被検査物に対して第１の軸方向及び第２の軸方向にそれぞれ移動させる構成に限らない。例えば、いずれか一方の軸方向又は両方向に関して被検査物を移動させるようにヘッド位置調整手段を構成してもよい。被検査物は円筒形状のワークに限定されず、例えば、自動車のオートマチックトランスミッションのバルブボディ、ブレーキマスタシリンダ等を被検査物としてもよい。すなわち、少なくとも一つの内周面を有する限りにおいて、各種の被検査物を本発明の表面検査装置の検査対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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す図。
【図２】検査ヘッドの先端部から照射された検査光がワークの穴を通過する様子を示す図。
【図３】検査ヘッドの先端部から照射された検査光がワークの端面で反射する様子を示す図。
【図４Ａ】ワークを検査光でＸ軸方向に走査したときに検出される内周面の輪郭上の二点を示す図。
【図４Ｂ】ワークを検査光でＹ軸方向に走査したときに検出される内周面の輪郭上の二点を示す図。
【図４Ｃ】Ｘ軸方向及びＹ軸方向で検出された内周面の輪郭上の点からワークの中心位置を幾何学的に求める方法を示す図。
【図５】演算処理部が実行する芯出し調整ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３９】
１  表面検査装置
２  検査機構
５  検出ユニット（検出手段）
６  駆動ユニット
７  ヘッド位置調整機構（ヘッド位置調整手段）
１１  レーザダイオード
１２  フォトディテクタ
１３  投光ファイバ
１４  受光ファイバ
１５  保持筒
１６  検査ヘッド
１８  ミラー
２０  ヘッド本体
２１  ミラー保持筒
３０  直線駆動機構（直線駆動手段）
３１  ベース
４０  回転駆動機構（回転駆動手段）
５０  焦点調節機構
６０  演算処理部（走査制御手段、演算手段、位置決め制御手段）
１００  ワーク（被検査物）
１００ａ  内周面
１００ｂ  端面
ＡＸ  検査ヘッドの軸線
Ｂ１  軸線方向に照射される検査光
Ｂ２  軸線方向に返される反射光
Ｃ  ワークの中心位置
【図１】
0004887517.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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