(57)【要約】【課題】検査ヘッドの部品の交換作業を迅速に実施でき、かつ検査ヘッドを組み立てる際の芯出し作業の負担を軽減し、又は解消することが可能な表面検査装置用検査ヘッドを提供する。【解決手段】軸線ＡＸ回りに回転可能に支持されるヘッド本体１６Ａと、ヘッド本体１６Ａの先端に着脱可能に設けられ、かつヘッド本体１６Ａに同軸になるように装着される走査部１６Ｂとを備えた検査ヘッド１６において、ヘッド本体１６Ａの先端には、走査部１６Ｂが挿入される挿入孔８１ｂが中心に形成され、挿入された検査部１６Ｂを把持する縮小状態と検査部１６Ｂを解放する拡大状態との間で半径方向に拡縮可能であり、かつ挿入孔８１ｂがヘッド本体１６Ａと同軸になるように配置される第２拘束部材８１と、第２拘束部材８１をヘッド本体１６Ａの先端側に付勢して縮小状態に変形させる第１拘束部材８０及びスプリング８２とが設けられる。【選択図】図２
2009128156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線の回りに回転可能に支持される中空筒状の回転筒部と、前記回転筒部の先端に着脱可能に設けられるとともに内部に光路変更手段が組み込まれ、かつ前記回転筒部の先端に前記回転筒部と同軸になるように装着される筒状の検査部と、を備えた検査ヘッドを回転駆動手段により前記軸線の回りに回転させつつ直線駆動手段により前記軸線に沿って移動させるとともに、前記検査ヘッド内に前記軸線に沿って入射した検査光の光路を前記光路変更手段により変更し、該光路が変更された検査光を被検査物に照射し、前記被検査物から前記検査ヘッドに返される反射光を受光し、該反射光の光量に基づいて前記被検査物の表面を検査する表面検査装置に適用される検査ヘッドにおいて、
前記回転筒部の先端には、前記検査部が挿入される挿入孔が中心に形成され、前記挿入孔に挿入された検査部を把持する縮小状態と前記挿入孔に挿入された検査部を解放する拡大状態との間で半径方向に拡縮可能であり、かつ前記挿入孔が前記回転筒部と同軸になるように配置されるチャック部材と、前記チャック部材を前記縮小状態に変形させる締付手段と、が設けられていることを特徴とする検査ヘッド。
【請求項２】
前記チャック部材は、周方向に等間隔に設けられて前記挿入孔の少なくとも一部を形成する複数の爪にて前記検査部を把持するコレットチャックであることを特徴とする請求項１に記載の検査ヘッド。
【請求項３】
前記チャック部材が前記回転筒部内に前記軸線方向に移動可能に配置されるとともに、前記チャック部材の外周には前記回転筒部の先端側に向かうに従って外径が漸次減少するテーパ面が設けられ、
前記締付手段として、前記チャック部材よりも前記回転筒部の先端側、かつ前記チャック部材の外側に配置され、内周に前記チャック部材のテーパ面と同一方向に傾斜して前記チャック部材のテーパ面と面接触するテーパ面を有するとともに前記回転筒部と一体回転可能な締付部材と、前記チャック部材を前記縮小状態に変形させるべく前記チャック部材を前記回転筒部の先端側に付勢する付勢手段と、が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査ヘッド。
【請求項４】
前記チャック部材は、前記回転筒部の先端側に配置される前記チャック部材の先端側端部が前記締付部材の先端側端部よりも先端側に突出した状態において前記縮小状態に変形し、前記チャック部材の先端側端部が前記締付部材の先端側端部と揃う位置まで移動することにより前記拡大状態に変形するように形成され、
前記付勢手段は、前記チャック部材の先端側端部が前記締付部材の先端側端部よりも先端側に突出するように前記チャック部材を前記回転筒部の先端側に付勢することを特徴とする請求項３に記載の検査ヘッド。
【請求項５】
前記締付部材として、外周が前記回転筒部の内周と接触して前記回転筒部と一体に回転する拡大状態と前記外周が前記回転筒部の内周と離間する縮小状態との間で半径方向に拡縮可能なコレットチャックが設けられることを特徴とする請求項３又は４に記載の検査ヘッド。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一項に記載の検査ヘッドの組み立て方法であって、
前記チャック部材が前記拡大状態になるように前記チャック部材を前記付勢手段に抗して前記回転筒部内に押し込む治具を前記回転筒部の先端に装着する治具装着工程と、前記拡大状態に変形されたチャック部材の前記挿入孔に前記検査部を挿入する検査部挿入工程と、前記挿入孔に前記検査部が挿入された前記回転筒部から前記治具を取り外し、前記付勢手段にて前記チャック部材を前記縮小状態に変形させることにより前記チャック部材にて前記検査部を把持させる検査部固定工程と、を備えることを特徴とする検査ヘッドの組み立て方法。
【請求項７】
前記治具として、前記チャック部材の先端側端部と当接して前記チャック部を前記回転筒部内に押し込むとともに、内部に前記検査部を前記挿入孔に案内するガイド通路が形成される円筒状の第１治具と、前記回転筒部の先端に取り付けられて前記第１治具と前記回転筒部とが同軸になるように前記第１治具を案内する第２治具と、が使用されることを特徴とする請求項６に記載の検査ヘッドの組み立て方法。
【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表面検査装置用検査ヘッド、及びその検査ヘッドの組み立て方法に関する。
【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、中空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）。
【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】
上述した表面検査装置においては、検査ヘッドに着脱可能に装着され、ミラーなどの光学系が設けられた部品を保守点検等の目的で交換したりすることがある。この交換作業に手間取ると検査効率が低下するため、迅速さが要求される。また、この部品の取り付け時に芯ずれが生じると芯出し作業が必要となるため、これによっても検査効率が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、検査ヘッドの部品の交換作業を迅速に実施でき、かつ検査ヘッドを組み立てる際の芯出し作業の負担を軽減し、又は解消することが可能な表面検査装置用検査ヘッド、及びその検査ヘッドの組み立て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】
【０００６】
本発明の表面検査装置用検査ヘッド（１６）は、軸線（ＡＸ）の回りに回転可能に支持される中空筒状の回転筒部（１６Ａ）と、前記回転筒部の先端に着脱可能に設けられるとともに内部に光路変更手段（１８）が組み込まれ、かつ前記回転筒部の先端に前記回転筒部と同軸になるように装着される筒状の検査部（１６Ｂ）と、を備えた検査ヘッドを回転駆動手段（４０）により前記軸線の回りに回転させつつ直線駆動手段（３０）により前記軸線に沿って移動させるとともに、前記検査ヘッド内に前記軸線に沿って入射した検査光の光路を前記光路変更手段により変更し、該光路が変更された検査光を被検査物（１００）に照射し、前記被検査物から前記検査ヘッドに返される反射光を受光し、該反射光の光量に基づいて前記被検査物の表面を検査する表面検査装置（１）に適用される検査ヘッドにおいて、前記回転筒部の先端には、前記検査部が挿入される挿入孔（８１ｂ）が中心に形成され、前記挿入孔に挿入された検査部を把持する縮小状態と前記挿入孔に挿入された検査部を解放する拡大状態との間で半径方向に拡縮可能であり、かつ前記挿入孔が前記回転筒部と同軸になるように配置されるチャック部材（８１）と、前記チャック部材を前記縮小状態に変形させる締付手段（８０、８２）と、が設けられていることにより、上述した課題を解決する。
【０００７】
本発明の検査ヘッドによれば、チャック部材の拡縮操作のみで検査部を回転筒部に装着したり、検査部を回転筒部から取り外すことができるので、検査ヘッドの部品の交換作業を迅速に実施することができる。チャック部材は挿入孔が回転部材と同軸になるように配置され、検査部はこの挿入孔に挿入されるので、検査部を回転筒部に容易に同軸に装着することができる。また、チャック部材を半径方向に拡縮させて挿入孔に挿入された検査部を把持させることにより、検査部の外周に全周から半径方向中心側への力を略均等に掛けることができる。そして、このように検査部に対して力を作用させることにより、挿入孔の中心と検査部の中心とが略同じになる位置に検査部を移動させることができる。そのため、検査ヘッドを組み立てる際の芯出し作業の負担を軽減、又は解消することができる。
【０００８】
チャック部材は、拡縮することにより挿入孔に挿入された検査部を把持したり、解放したりすることが可能なものであればよい。例えば、前記チャック部材は、周方向に等間隔に設けられて前記挿入孔の少なくとも一部を形成する複数の爪にて前記検査部を把持するコレットチャックであってもよい。
【０００９】
本発明の検査ヘッドの一形態においては、前記チャック部材が前記回転筒部内に前記軸線方向に移動可能に配置されるとともに、前記チャック部材の外周には前記回転筒部の先端側に向かうに従って外径が漸次減少するテーパ面（８１ａ）が設けられ、前記締付手段として、前記チャック部材よりも前記回転筒部の先端側、かつ前記チャック部材の外側に配置され、内周に前記チャック部材のテーパ面と同一方向に傾斜して前記チャック部材のテーパ面と面接触するテーパ面（８０ａ）を有するとともに前記回転筒部と一体回転可能な締付部材（８０）と、前記チャック部材を前記縮小状態に変形させるべく前記チャック部材を前記回転筒部の先端側に付勢する付勢手段（８２）と、が設けられていてもよい。この場合、チャック手段を付勢手段に抗して回転筒部内に押し込むとチャック手段が拡大状態に変形し、付勢手段によりチャック手段を回転筒部の先端側に付勢させることによりチャック手段が縮小状態に変形する。このように、チャック手段を軸線方向に移動させる操作のみでチャック手段を縮小状態及び拡大状態に変形させることができる。そのため、より迅速に部品の交換作業を実施することができる。
【００１０】
この形態において、前記チャック部材は、前記回転筒部の先端側に配置される前記チャック部材の先端側端部（８１ｃ）が前記締付部材の先端側端部（８０ｂ）よりも先端側に突出した状態において前記縮小状態に変形し、前記チャック部材の先端側端部（８１ｃ）が前記締付部材の先端側端部（８０ｂ）と揃う位置まで移動することにより前記拡大状態に変形するように形成され、前記付勢手段は、前記チャック部材の先端側端部が前記締付部材の先端側端部よりも先端側に突出するように前記チャック部材を前記回転筒部の先端側に付勢してもよい。この場合、チャック部材の先端側端部を回転筒部内に押し込むことによりチャック部材を拡大状態に変形させることができ、チャック部材の押し込みを解除することによりチャック部材を縮小状態に変形させることができる。すなわち、回転筒部の先端側から見えるチャック部材の先端側端部を操作することにより、チャック部材を縮小状態及び拡大状態に変形させることができる。そのため、チャック部材の状態を変化させるための操作を簡略化できる。従って、部品の交換作業をさらに迅速に実施することができる。
【００１１】
また、前記締付部材として、外周が前記回転筒部の内周と接触して前記回転筒部と一体に回転する拡大状態と前記外周が前記回転筒部の内周と離間する縮小状態との間で半径方向に拡縮可能なコレットチャックが設けられてもよい。この場合、チャック部材が付勢手段により回転筒部の先端側に付勢されると締付部材が拡大状態に変形して回転筒部と一体に回転する。また、この際に締付部材のコレットチャックの各爪はチャック部材と回転筒部とが同軸になるようにチャック部材の位置を調整するので、回転筒部、チャック部材、及び検査部のそれぞれをほぼ同軸にすることができる。そのため、芯出し作業の負担をさらに軽減し、又は解消することができる。
【００１２】
本発明の検査ヘッドの組み立て方法は、上述した付勢手段及び締付部材を備えた形態の検査ヘッドの組み立て方法であって、前記チャック部材が前記拡大状態になるように前記チャック部材を前記付勢手段に抗して前記回転筒部内に押し込む治具を前記回転筒部の先端に装着する治具装着工程（Ｓ１）と、前記拡大状態に変形されたチャック部材の前記挿入孔に前記検査部を挿入する検査部挿入工程（Ｓ２）と、前記挿入孔に前記検査部が挿入された前記回転筒部から前記治具を取り外し、前記付勢手段にて前記チャック部材を前記縮小状態に変形させることにより前記チャック部材にて前記検査部を把持させる検査部固定工程（Ｓ３）と、を備えることにより、上述した課題を解決する。
【００１３】
本発明の組み立て方法によれば、治具を取り付けてチャック部材を拡大状態に維持し、この状態で検査部の挿入を行うので、検査部を容易に挿入することができる。その後は、治具を取り外す作業のみでチャック部材に検査部を把持させることができる。そのため、検査ヘッドの部品の交換作業を迅速に実施することができる。また、上述したようにチャック部材にて検査部を把持させることにより、検査部をチャック部材の中心に移動させることができるので、検査ヘッドを組み立てる際の芯出し作業の負担を軽減し、又は解消することができる。
【００１４】
本発明の組み立て方法の一形態においては、前記治具として、前記チャック部材の先端側端部と当接して前記チャック部を前記回転筒部内に押し込むとともに、内部に前記検査部を前記挿入孔に案内するガイド通路が形成される円筒状の第１治具（９１）と、前記回転筒部の先端に取り付けられて前記第１治具と前記回転筒部とが同軸になるように前記第１治具を案内する第２治具（９２）と、が使用されてもよい。この場合、まず第２治具を回転筒部に装着し、その後回転筒部に装着した第２治具にて第１治具を案内することにより、第１治具と回転筒部とを容易に同軸に合わせることができる。そのため、検査部をスムーズに挿入孔に挿入することができる。
【００１５】
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】
【００１６】
以上に説明したように、本発明によれば、チャック部材の拡縮操作のみで検査部を回転筒部に装着したり、検査部を回転筒部から取り外すことができるので、検査ヘッドの部品の交換作業を迅速に実施することができる。また、チャック部材に検査部を把持させることにより検査部をチャック部材の中心に移動させることができるので、検査ヘッドを交換する際の芯出し作業の負担を軽減し、又は解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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に設けられた円筒形の内周面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。さらに、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。
【００１８】
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。図２に示すように検査ヘッド１６は保持筒１５の外側に設けられるヘッド保持筒７に回転自在に支持されている。検査ヘッド１６の詳細は後述する。
【００１９】
図１に戻って、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（以下、軸線方向と呼ぶ。）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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。その通し孔３１ｂにはサンプルピース３７が取り付けられている。サンプルピース３７は表面検査装置１の動作状態を判別するためのサンプルとして設けられるものであり、その中心線上には検査ヘッド１６と同軸の貫通孔３７ａが設けられている。貫通孔３７ａ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はその貫通孔３７ａを通過してワーク１００の内部へと繰り出される。
【００２２】
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、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が、この形態ではベルト伝達装置が利用される。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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は検査ヘッド１６と同軸上に配置される。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、例えばワーク１００の周方向をｘ軸方向、検査ヘッド１６の軸線方向をｙ軸方向とする直交２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。
【００２８】
図２を参照して検査ヘッド１６の詳細について説明する。図２は、検査ヘッド１６を拡大して示した図である。図２において検査ヘッド１６の右端部がその先端部、左端部がその基端部にそれぞれ対応する。図２に示したように検査ヘッド１６の先端側については、断面を示す。検査ヘッド１６は、保持筒１５と検査ヘッド１６との間に配置されるヘッド保持筒７にて軸線回りに回転可能に支持される。ヘッド保持筒７はスライダ３３に支持されており、その内部に保持筒１５が軸線方向に沿って移動自在に挿入される。検査ヘッド１６は、回転筒部としてのヘッド本体１６Ａと、そのヘッド本体１６Ａの先端（図２において右端）に着脱可能に装着される検査部としての走査部１６Ｂとを組み合わせた構成を有している。
【００２９】
ヘッド本体１６Ａの先端からは保持筒１５に装着されるレンズパイプ１５ａが突出しており、図２に示したように走査部１６Ｂはこのレンズパイプ１５ａに被せるようにヘッド本体１６Ａに装着される。そのため、走査部１６Ｂは、ヘッド本体１６Ａから先端側に延びるように装着される。走査部１６Ｂは、ヘッド本体１６Ａに支持される支持部７０と、ミラー１８及び透光窓１６ａが設けられる光路変更部７１とを備えている。支持部７０と光路変更部７１はそれぞれ筒状であり、かつ同軸に設けられる。走査部１６Ｂの内部は、保持筒１５が挿入可能なように保持筒１５の外径よりも若干大きい径で形成されている。支持部７０には、ヘッド本体１６Ａに挿入される側（図２の右側）から順に所定の外径で形成される挿入部７２と、その挿入部７２よりも外径が大きい大径部７３とが設けられている。挿入部７２はヘッド本体１６Ａの第２拘束部材２８にて把持される部分である。この挿入部７２の長さが短いと検査ヘッド１６が回転したときの走査部１６Ｂの振れが大きくなる。そこで、挿入部７２の長さには、検査ヘッド１６の回転時に走査部１６Ｂの振れが許容範囲内に収まる値が設定される。
【００３０】
ヘッド本体１６Ａ内には、基端側（図２の左端側）から順に中空筒状のベアリングハウス１６ｂと、走査部１６Ｂを保持する保持部１６ｃとが設けられている。ヘッド保持筒７の外周と検査ヘッド１６のベアリングハウス１６ｂの内周との間には複数（例えば２個）の軸受２０が配置されている。軸受２０としては、例えば周知のボールベアリングが使用される。このように軸受２０を設けることにより、ヘッド保持筒７にヘッド本体１６Ａが回転可能に支持される。ヘッド保持筒７の先端側には、軸受２０が検査ヘッド１６の軸線方向に関してヘッド保持筒７上の一定位置に拘束されるようにカラー２１を介してロックナット２２がねじ込まれている。また、ベアリングハウス１６ｂの基端側（図２において左端側）にも、軸受２０を検査ヘッド１６の軸線方向基端側から拘束すべくエンドキャップ２３が設けられている。エンドキャップ２３はベアリングハウス１６ｂの内周にねじ込まれている。これらにより、ベアリングハウス１６ｂ内に設けられている軸受２０のそれぞれが検査ヘッド１６の軸線方向に関してヘッド保持筒７上の一定位置に拘束される。なお、エンドキャップ２３には、ロータリエンコーダ４３の回転円盤４３ａが取り付けられる。
【００３１】
ヘッド本体１６Ａの保持部１６ｃには、締付部材としての第１拘束部材８０と、第１拘束部材８０の内部に設けられるチャック部材としての第２拘束部材８１と、第２拘束部材８１をヘッド本体１６Ａの先端側（図２において右側）に付勢する付勢手段としてのスプリング８２が設けられている。第１拘束部材８０は、ヘッド本体１６Ａと同軸に設けられる。第２拘束部材８１は、ヘッド本体１６Ａ及び第１拘束部材８０とそれぞれ同軸、かつ軸線方向に移動可能に設けられる。第１拘束部材８０及び第２拘束部材８１としては、コレットチャックが設けられる。保持部１６ｃの先端側の内周には溝１６ｅが設けられており、この溝１６ｅには各拘束部材８０、８１がスプリング８２の付勢力によって保持部１６ｃから飛び出ることを防止するための押さえ部材８３が嵌め込まれている。押さえ部材８３としては、例えばスナップリングが使用される。スプリング８２は、第２拘束部材８１を先端側（図２において右側）に付勢するようにある程度縮められた状態であり、かつ第２拘束部材８１が基端側（図２において左側）に押し込まれた際に縮むことが可能なように所定分の縮み代が設けられた状態で取り付けられる。スプリング８２としては、例えばコイルバネ又は皿バネなどが使用される。第２拘束部材８１は、第１拘束部材８０の内部に配置されるチャック部８４と、チャック部８４が軸線ＡＸに沿って保持部１６ｃ内を移動するようにチャック部８４に組み付けられて支持するとともにスプリング８２と当接する支持部８５とを備えている。
【００３２】
第１拘束部材８０の内周には、基端側（図２において左側）に向かうに従って内径が漸次増大するテーパ面８０ａが形成されている。第２拘束部材８１のチャック部８４の外周には、第１拘束部材８０のテーパ面８０ａと同一方向に傾斜してそのテーパ面８０ａと面接触するテーパ面８１ａが形成されている。また、第２拘束部材８１の中心には、走査部１６Ｂが挿入される挿入孔８１ｂが貫通している。第２拘束部材８１はヘッド本体１６Ａと同軸に設けられるので、その中央に設けられた挿入孔８１ｂはヘッド本体１６Ａと同軸になる。挿入孔８１ｂの内径としては、例えば走査部１６Ｂの挿入部７２の外径より若干大きく、かつ大径部７３の外径より小さい値が設定される。なお、挿入孔８１ｂの内径には、走査部１６Ｂの挿入部７２の外径とほぼ同じ値が設定されてもよい。
【００３３】
第２拘束部材８１のチャック部８４には先端側端部８１ｃから複数のすり割り（不図示）が軸線方向に設けられている。そのため、第２拘束部材８１がスプリング８２によって第１拘束部材８０の内部に押し込まれると楔作用によって軸線方向への運動が各テーパ面８０ａ、８１ａによって半径方向中心側の運動に変換され、挿入孔８１ｂの内径が小さくなる。なお、第２拘束部材８１に設けられるすり割りの大きさは、スプリング８２によって第２拘束部材８１が第１拘束部材８０の内部に押し込まれたときに第２拘束部材８１の先端側端部８１ｃが第１拘束部材８０の先端側端部８０ｂよりも先端側に突出し、挿入孔８１ｂの内径が挿入部７２の外径よりも小さくなるように設定される。そのため、このように挿入孔８１ｂの内径が縮められた際に挿入孔８１ｂに走査部１６Ｂが挿入されていれば、この走査部１６Ｂを第２拘束部材８１で掴んで拘束することができる。以降、このように挿入孔８１ｂの径が挿入部７２の外径よりも小さい状態を縮小状態と称することがある。このように第２拘束部材８１を縮小状態に変化させることにより、第１拘束部材８０及びスプリング８２が本発明の締付手段として機能する。一方、第２拘束部材８１の先端側端部８１ｃと第１拘束部材８０の先端側端部８０ｂとが揃う位置、又はその位置よりも基端側（図２における左側）に第２拘束部材８１を移動させると、第２拘束部材８１に作用していた半径方向中心側への力が無くなるので、挿入孔８１ｂの内径が元の大きさ、すなわち走査部１６Ｂの挿入部７２の外径より若干大きい径に戻る。そのため、走査部１６Ｂを容易に取り外したり、挿入したりすることができる。なお、以降、この状態を拡大状態と称することがある。
【００３４】
第１拘束部材８０にも、基端側端部から複数のすり割り（不図示）が軸線方向に設けられている。そのため、スプリング８２によって第２拘束部材８１が第１拘束部材８０の内部に押し込まれると第１拘束部材８０の外径が拡がる。これにより、第１拘束部材８０の外周と保持部１６ｃの内周とを密着させることができるので、第２拘束部材８１に把持された走査部１６Ｂをヘッド本体１６Ａとともに回転させることができる。以降、この状態を拡大状態と称することがある。一方、第２拘束部材８１がヘッド本体１６Ａ内に押し込まれると第１拘束部材８１に作用していた半径方向外周側への力が無くなるため、第１拘束部材８０の外周が保持部１６ｃの内周から離間する。以降、このように第１拘束部材８０が縮小した状態を縮小状態と称することがある。
【００３５】
図３〜図５を参照してヘッド本体１６Ａに走査部１６Ｂを装着する際の組み立て方法について説明する。ヘッド本体１６Ａへの走査部１６Ｂの装着は、図３に示した第１着脱治具９１及び第２着脱治具９２を使用して行われる。なお、図３はヘッド本体１６Ａに第１着脱治具９１及び第２着脱治具９２を装着する治具装着工程Ｓ１を、図４は各着脱治具９１、９２が装着されたヘッド本体１６Ａに走査部１６Ｂを挿入する検査部挿入工程Ｓ２をそれぞれ示している。また、図５は、走査部１６Ｂが挿入されたヘッド本体１６Ａから各着脱治具９１、９２を取り外して走査部１６Ｂを第２拘束部材８１に把持させる検査部固定工程Ｓ３を示している。
【００３６】
第１着脱治具９１は第２拘束部材８１を基端側（図３における左側）に移動させて挿入孔８１ｂを拡げさせるためのものであり、第２着脱治具９２は、ヘッド本体１６Ａと第１着脱治具９１とが同軸になるように第１着脱治具９１の位置を合わせるためのものである。第１着脱治具９１は、円筒状の本体９１ａと、本体９１ａと同軸かつ本体９１ａから図３の左側に突出するように設けられて第２着脱治具９２の案内孔９２ｂに挿入される操作筒９１ｂと、第２着脱治具９２の案内孔９２ｂに操作筒９１ｂが挿入されるように第２着脱治具９２の外側に被さって第１着脱治具９１の位置を合わせるガイド部９１ｃとを備えている。本体９１ａの内径は、本体９１ａの内部を走査部１６Ｂが通過可能なように走査部１６Ｂの大径部７３の外径より若干大きく設定される。操作筒９１ｂの外径には、第２拘束部材８１の先端側端部８１ｃの外径と略同じ、又は若干小さい値が設定される。操作筒９１ｂの内径は本体９１ａの内径と同じである。操作筒９１ｂの長さは、図４に示したようにヘッド本体１６Ａに第１着脱治具９１及び第２着脱治具９２が装着された場合に第２拘束部材８１が第２拘束部材８１の先端側端部８１ｃと第１拘束部材８０の先端側端部８０ｂとが揃う位置に移動するように設定される。
【００３７】
第２着脱治具９２は、第２着脱治具９２とヘッド本体１６Ａとを密着させるべくヘッド本体１６Ａの先端側外周に設けられた溝１６ｆに嵌める爪９２ａと、ヘッド本体１６Ａと第１着脱治具９１とが同軸になるように第１着脱治具９１を案内する案内孔９２ｂとを備えている。第２着脱治具９２の案内孔９２ｂの内径には、案内孔９２ｂ内に操作筒９１ｂが挿入可能なように操作筒９１ｂの外径より若干大きい値が設定される。
【００３８】
図３に示したようにヘッド本体１６Ａに走査部１６Ｂを取り付ける場合、まずヘッド本体１６Ａに第１着脱治具９１及び第２着脱治具９２を装着する。これらは、図４に示したようにまず第２着脱治具９２をヘッド本体１６Ａに装着し、次に装着した第２着脱治具９２に第１着脱治具９１を装着する。ヘッド本体１６Ａへの第２着脱治具９２の装着は、第２着脱治具９２の爪９２ａをヘッド本体１６Ａの先端側外周の溝１６ｆに嵌めることにより行われる。これにより、ヘッド本体１６Ａと第２着脱治具９２とを密着させるとともに、第２着脱治具９２の案内孔９２ｂとヘッド本体１６Ａとを同軸にすることができる。次に第１着脱治具９１のガイド部９１ｃが第２着脱治具９２の外側に被さり、かつ第１着脱治具９１の操作筒９１ｂが第２着脱治具９２の案内孔９２ｂに挿入されるように第１着脱治具９１を第２着脱治具９２に装着する。これにより、図４に示したように第２拘束部材８１の先端側端部８１ｃと第１拘束部材８０の先端側端部８０ｂとが揃う位置まで操作筒９１ｂによって第２拘束部材８１を基端側（図４における左側）に押し込むことができる。そのため、第２拘束部材８１を拡大状態にして第２拘束部材８１の挿入孔８１ｂの内径を拡げることができる。
【００３９】
そして、この状態のヘッド本体１６Ａに走査部１６Ｂが挿入される。走査部１６Ｂは、図４に示したように挿入部７２側から第１着脱治具９１の本体９１ａ内を介してヘッド本体１６Ａに挿入される。上述したように挿入孔８１ｂの内径は、走査部１６Ｂの挿入部７２の外径より若干大きく、大径部７３の外径より小さい。そのため、挿入部７２と大径部７３との段差が第２拘束部材８１の先端側端部８１ｃに当たるまで走査部１６Ｂを挿入することにより、挿入部７２を挿入孔８１ｂ内に確実に挿入することができる。
【００４０】
その後、図５に矢印で示したようにヘッド本体１６Ａから各着脱治具９１、９２を取り外す。この場合、まず第１着脱治具９１がヘッド本体１６Ａから取り外される。これにより、第２拘束部材８１がスプリング８２にて先端側（図５における右側）に駆動され、挿入孔８１ｂの内径が縮められる。そのため、走査部１６Ｂを第２拘束部材８１にて掴み、把持することができる。また、第１拘束部材８０の外周が拡がるので、第１拘束部材８０が拡大状態となる。その後、第２着脱治具９２が取り外される。
【００４１】
本発明の検査ヘッド１６によれば、スプリング８２によって第２拘束部材８１を第１拘束部材８０の内部に押し込むことにより、挿入孔８１ｂの内径を縮めてこの挿入孔８１ｂに挿入された走査部１６Ｂを容易に拘束することができる。一方、着脱治具９１、９２を使用して第２拘束部材８１を基端側に移動させることにより、挿入孔８１ｂの内径を元の大きさに戻すことができる。この状態では、挿入孔８１ｂの内径が走査部１６Ｂの挿入部７２の外径よりも大きいため、走査部１６Ｂを容易に挿入孔８１ｂに挿入することができる。そのため、この検査ヘッド１６によれば、迅速に走査部１６Ｂの交換作業を実施することができる。
【００４２】
第２拘束部材８１はヘッド本体１６Ａと同軸に設けられるので、その挿入孔８１ｂもヘッド本体１６Ａと同軸になる。そのため、この挿入孔８１ｂに走査部１６Ｂを挿入し、走査部１６Ｂを第２拘束部材８１のチャック部８４にて把持させることにより、走査部１６Ｂをヘッド本体１６Ａに容易に同軸に装着できる。また、第２拘束部材８１のチャック部８４には複数のすり割りが周方向に等間隔で設けられるので、第２拘束部材８１が第１拘束部材８０の内部に押し込まれるとすり割りによって分割されたチャック部８４が爪として走査部１６Ｂを周囲から略均等に保持する。そのため、走査部１６Ｂは、第２拘束部材８１の略中心に移動する。また、第１拘束部材８０もコレットチャックであるため、スプリング８２によって第２拘束部材８１が第１拘束部材８０内に押し込まれ、これにより第１拘束部材８０が拡大状態に変形すると、第１拘束部材８０の不図示の爪が第２拘束部材８１と第１拘束部材８０とが同軸になるように第２拘束部材８１の位置を調整する。従って、ヘッド本体１６Ａと走査部１６Ｂとの芯出し精度を向上させ、芯出し作業の負担を軽減し、又は解消することができる。
【００４３】
本発明の検査ヘッド１６では、第２拘束部材２８を軸線方向に移動させる操作のみで走査部１６Ｂの取り付け及び取り外しを行うことができるので、走査部１６Ｂの組み立て作業及び交換作業の自動化を比較的簡素な構成で行うことができる。
【００４４】
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してよい。例えば、第１拘束部材はヘッド本体と一体に設けられていてもよい。第２拘束部材を基端側に移動させるための治具として上述した形態で使用した着脱治具を予め組み合わせた形状の治具を使用してもよい。拘束部材はコレットチャックに限定されない。軸線方向の運動を半径方向中心側の運動に変換でき、その半径方向中心側への力によって中心に設けられた挿入孔の内径を縮める事が可能なものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一形態に係る検査ヘッドが組み込まれる表面検査装置の概略構成を示す図。
【図２】図１の検査ヘッドの内部を拡大して示す図。
【図３】走査部が取り付けられていない検査ヘッドを示す図。
【図４】第１着脱治具及び第２着脱治具が装着された検査ヘッドを示す図。
【図５】第１着脱治具及び第２着脱治具が装着され、かつ走査部が挿入された状態の検査ヘッドを示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１  表面検査装置
１６  検査ヘッド
１６Ａ  ヘッド本体（回転筒部）
１６Ｂ  走査部（検査部）
１８  ミラー（光路変更手段）
３０  直線駆動機構（直線駆動手段）
４０  回転駆動機構（回転駆動手段）
８０  第１拘束部材（締付部材、締付手段）
８０ａ  テーパ面
８０ｂ  先端側端部
８１  第２拘束部材（チャック部材）
８１ａ  テーパ面
８１ｂ  挿入孔
８１ｃ  先端側端部
８２  スプリング（付勢手段、締付手段）
９１  第１着脱治具
９２  第２着脱治具
１００  ワーク（被検査物）
Ｓ１  治具装着工程
Ｓ２  検査部挿入工程
Ｓ３  検査部固定工程
ＡＸ  軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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