表面検査装置及び表面検査方法
【課題】回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる表面検査装置及び表面検査方法を提供する。
【解決手段】ボア２の内部を検査するセンサー１１と、センサー１１を支持し、このセンサー１１をボア２内に入れた状態でセンサー１１とともに回転駆動される回転ヘッド２１と、回転中のセンサー１１とボア２の内部表面との間の距離変動を抑えるべくボア２の内部表面に向かって気体を噴出するエアノズル５５とを備えるようにした。
【解決手段】ボア２の内部を検査するセンサー１１と、センサー１１を支持し、このセンサー１１をボア２内に入れた状態でセンサー１１とともに回転駆動される回転ヘッド２１と、回転中のセンサー１１とボア２の内部表面との間の距離変動を抑えるべくボア２の内部表面に向かって気体を噴出するエアノズル５５とを備えるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴の内部を検査する表面検査装置及び表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両用エンジンは、シリンダーブロックのボアの内側表面がピストン摺動面となるため、摺動抵抗を抑えてエンジンに所望の性能を発揮させるべく、該摺動面を適切な表面粗さ及び面性状に維持する必要がある。このため、エンジンの製造工程では、シリンダーブロックのボア加工後にボアの表面検査が行われる。
この表面検査を行う表面検査装置には、被検査物の穴に挿入される回転可能な検査ヘッド（以下、回転ヘッドと言う）を備え、この回転ヘッドからボアの内側表面にレーザー光を照射し、その反射光を検出するレーザー変位センサーを用いて表面検査を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１５８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の装置の回転ヘッドに渦電流センサー（ＥＴセンサーとも言う）を支持し、渦電流センサーを用いてボアの表面検査を行う構成にした場合、渦電流センサーは、ボア内側表面に接近しなければボア表面に生じる渦電流を検知できないので、回転ヘッドの中心位置に配置することができない。
このため、回転ヘッドの重心位置が回転ヘッドの中心軸から偏心し、回転ヘッド回転時に回転モーメントが発生してしまう。この場合、回転ヘッドを高速回転すると、回転中心のずれや、このずれに伴う表面検査精度の低下が生じてしまい、高速回転化が難しかった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる表面検査装置及び表面検査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】
上記目的を達成するために、本発明は、被検査体が有する穴の内部を検査する表面検査装置において、前記穴の内部を検査するセンサーと、前記センサーを支持し、このセンサーを前記穴内に入れた状態でセンサーとともに回転駆動される回転ヘッドと、回転中の前記センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材とを備えることを特徴とする。この構成によれば、回転中の前記センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材を備えるので、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる。
【０００７】
また、本発明は、被検査体が有する穴の内部表面に近接配置されて内部表面に発生する渦電流を検知する渦電流センサーを備え、この渦電流センサーにより穴の内部を検査する表面検査装置において、前記渦電流センサーを支持し、このセンサーを前記穴内に入れた状態で回転駆動される回転ヘッドと、回転中の前記渦電流センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材とを備えることを特徴とする。この構成によれば、渦電流センサーで検査する構成において、回転中の前記渦電流センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材とを備えるので、渦電流センサーを用いるために回転ヘッドの重心位置が偏心する構成であっても、回転ヘッドを高速回転して精度良く検査できる。
【０００８】
上記構成において、前記気体噴出部材は、前記回転ヘッドと共に回転しつつ、前記気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、前記回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを備えるようにしてもよい。この構成によれば、上記カバーの交換で保持力を適切に調整でき、径の異なるボアの検査に容易に対応することができる。
また、上記構成において、前記気体噴出部材は、前記気体の噴出により前記回転ヘッドを回転支持する静圧流体軸受を形成するようにしてもよい。この構成によれば、静圧流体軸受の機能で回転ヘッドを高精度に回転支持できる。
【０００９】
また、本発明は、上記の表面検査装置を使用して、複数種類の穴の内部を検査する表面検査方法において、前記回転ヘッドと共に回転しつつ、前記気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、前記回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを、前記穴の内径に応じたカバーに交換すること、及び、前記気体噴出孔から噴出する気体の圧力を、前記孔の内径に応じた圧力に変更すること、の少なくともいずれかを行うようにしてもよい。この構成によれば、上記カバーの交換、及び、上記気体の圧力変更で、複数種類の穴の内部を検査する際に、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、被検査体が有する穴の内部を検査する表面検査装置において、回転中のセンサーと穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材を備えるので、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる。
また、被検査体が有する穴の内部表面に近接配置される渦電流センサーを備え、この渦電流センサーにより穴の内部を検査する表面検査装置において、回転中の渦電流センサーと穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材を備えるので、渦電流センサーを用いるために回転ヘッドの重心位置が偏心する構成であっても、回転ヘッドを高速回転して精度良く検査できる。
【００１１】
また、気体噴出部材は、回転ヘッドと共に回転しつつ、気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを備えるようにすれば、上記カバーの交換で保持力を適切に調整でき、径の異なるボアの検査に容易に対応することができる。
また、気体噴出部材は、気体の噴出により回転ヘッドを回転支持する静圧流体軸受を形成するようにすれば、静圧流体軸受の機能で回転ヘッドを高精度に回転支持できる。
また、回転ヘッドと共に回転しつつ、気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを、穴の内径に応じたカバーに交換すること、及び、気体噴出孔から噴出する気体の圧力を、孔の内径に応じた圧力に変更すること、の少なくともいずれかを行うようにすれば、複数種類の穴の内部を検査する際に、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面検査装置を示す図である。
【図２】表面検査装置の主要部を電気的構成と共に示す図である。
【図３】回転ヘッドの斜視図である。
【図４】ヘッドカバーの斜視図である。
【図５】（Ａ）はヘッドカバーの下面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】（Ａ）はボア径が大の場合のヘッドカバーを装着した回転ヘッドの構造を示し、（Ｂ）は、ボア径が小の場合のヘッドカバーを装着した回転ヘッドの構造を示す図である。
【図７】（Ａ）はボア径が大の場合のヘッドカバーを装着した場合のセンサー位置の説明に供する図であり、（Ａ）はボア径が小の場合のヘッドカバーを装着した場合のセンサー位置の説明に供する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置１０を示す図であり、図２は、表面検査装置１０の主要部を電気的構成と共に示す図である。
この表面検査装置１０は、被検査体であるシリンダーブロック１（図２参照）のボア２の内部を検査する表面検査装置である。すなわち、自動車用エンジンの製造工程には、金型鋳造されたシリンダーブロック１のボア（シリンダーボアとも言う）２にボーリング加工やボア内壁面２Ａを研磨するホーニング加工を行った後、ボア内壁面２Ａに傷や巣がないか否かを検査するボア検査工程があり、このボア検査工程で本表面検査装置１０が使用される。
【００１４】
シリンダーブロック１は、自動車用４サイクルエンジンのシリンダーブロックであり、ボア２となる断面円形の貫通孔を備えた筒状のワーク（筒ワーク）である。このシリンダーブロック１は、アルミニウム合金や鋳鉄などの金属材で形成され、エンジンの気筒数や配列に応じて複数のボア２が間隔を空けて形成される。
シリンダーブロック１のボア２は、エンジンのピストン（不図示）が摺動するピストン摺動面となるため、適切なボア径、表面粗さ及び面性状を得るべくボーリング加工及びホーニング加工が施される。
このボーリング加工では、回転軸に設けたボーリングヘッドに切削バイトを径方向に突設し、該ボーリングヘッドを回転させながら筒ワークとしてのシリンダーブロック１に対して進退させてボア径を予め設定された目標ボア径まで切削する。このボーリング加工により、ボア内壁面２Ａには、方向性を有する螺旋状の切削痕ができる。その後、ボア内壁面２Ａに対して、螺旋状の切削痕をエンジンオイルの通り道（オイルピット）として利用可能な程度だけ残しつつ、エンジンの所望の性能を発揮可能な表面粗さ及び面性状を得るべく、ホーニング用砥石を配設した加工ヘッドを用いてホーニング加工が施される。
【００１５】
シリンダーブロック１は、仕上げ工程であるホーニング加工を経た後に図示せぬ搬送機構により搬送され、ボア検査工程のエリアへと運ばれる。この場合、シリンダーブロック１は、車両搭載時と略同じ姿勢、つまり、ボア開口を上方に向けた姿勢でボア検査工程へ搬送され、この状態でボア２の内在物を除去する内在物除去処理を行った後にボア２の表面検査が行われる。以下に示す上下方向などの各方向は、図１に示す方向に従うものとする。
【００１６】
表面検査装置１０は、非接触式の検査用センサーとして単一の渦電流センサー（ＥＴセンサーとも言う）１１を備え、この渦電流センサー１１でボア内壁面２Ａを走査することによってボア２の表面形状を非接触で検査可能に構成されている。すなわち、ボア内壁面２Ａを渦電流センサー１１で走査しながら渦電流センサー１１が備える励磁コイルに高周波電流を供給し、導電体からなるシリンダーブロック１の表層部に電磁誘導作用によって渦電流を発生させ、傷や巣などの形状変化がある部分での渦電流の乱れを、渦電流センサー１１が備える検出コイルで検出することにより、欠陥の有無などを非接触で検出することができる。
この表面検査装置１０は、大別すると、渦電流センサー１１を支持し、シリンダーブロック１のボア２内を進退自在でボア２内で回転する回転ヘッド２１と、この回転ヘッド２１が着脱自在に装着される装置本体３１と、表面検査装置１０の各部を制御する制御装置１０１とを備えている。
【００１７】
装置本体３１は、回転ヘッド２１を着脱自在なヘッド装着部３２（図１、図２参照）と、回転ヘッド２１を駆動する駆動機構３３（図２参照）とを備えている。この駆動機構３３は、回転ヘッドを回転駆動する回転駆動機構３４と、回転ヘッド２１を上下方向及び左右方向に移動駆動する移動駆動機構３５とを備えている。
図１に示すように、装置本体３１は、先端（下端）にヘッド装着部３２が連結されて上方向に直線的に延びる主軸３６と、移動駆動機構３５によって上下方向及び左右方向に移動駆動される矩形状の移動台３７とを備えている。この移動台３７には、主軸３６を回転自在に支持する軸受を収容する軸受ハウジング（軸受箱とも言う）３８と、この主軸３６に回転伝達機構（本実施形態ではギア伝達機構）３９を介して連結される回転駆動モータ４０とが固定されている。
【００１８】
移動駆動機構３５は、上下駆動用の送りねじ機構と左右駆動用の送りねじ機構とで構成されており、上記移動台３７を上下方向及び左右方向に移動することによって、主軸３６、軸受ハウジング３８及び回転駆動モータ４０を上下左右に移動する。この主軸３６の上下移動により回転ヘッド２１がボア２内を進退し、主軸３６の左右移動により回転ヘッド２１の左右位置が調整され、或いは、回転ヘッド２１が隣のボア２側へと移動される。なお、移動駆動機構３５は送りねじ機構に限らず、公知の他の機構を用いてもよい。
また、上記回転駆動モータ４０及び回転伝達機構３９は、回転駆動機構３４を構成し、回転駆動モータ４０を駆動することにより主軸３６が回転駆動されて回転ヘッド２１が回転する。なお、回転伝達機構３９はギア伝達機構以外を用いてもよい。これらの回転駆動機構３４及び移動駆動機構３５は、制御装置１０１の位置制御部１０２によって制御される。
【００１９】
上記主軸３６の後端（上端）には、主軸３６と同軸で上方向に直線的に延びるサブ軸４２が連結されており、このサブ軸４２は、移動台３７において、主軸用の軸受ハウジング３８の上方向に間隔を空けて設けられた軸受ハウジング（軸受箱とも言う）４３内に収容された軸受に回転自在に支持される。
この軸受ハウジング４３には、エアカプラ４４が設けられており、このエアカプラ４４は、サブ軸４２内を通って主軸３６に向かって延びるエア通路（以下、サブ軸側エア通路と言う）５１に連通する。
上記エアカプラ４４には、不図示のエアホースが接続され、このエアホースから高圧のエアが供給されることによって、高圧のエアがエアカプラ４４を介してサブ軸側エア通路５１に供給されるように構成されている。
【００２０】
上記主軸３６には、上記サブ軸側エア通路５１に連通するエア通路（以下、主軸側エア通路と言う）５２が設けられており、この主軸側エア通路５２の出口５２Ａは、ヘッド装着部３２の下方に開口する。これによって、本構成では、回転体である主軸３６内にエアが通される。
ここで、このエアカプラ４４にエアを供給するか否かは、制御装置１０１内のエア制御部１０３が制御する。このエア制御部１０３は、不図示の開閉弁の開閉制御を行うことによって、エアカプラ４４へのエア供給／エア供給停止を切り替える。
【００２１】
制御装置１０１の情報処理部１０４は、位置制御部１０２の制御の下、駆動機構３３によって渦電流センサー１１をボア内壁面２Ａの検査範囲全体（例えば、ピストン摺動範囲）に渡って走査する間、渦電流センサー１１を駆動させて渦電流センサー１１の検出信号を入力し、この検出信号に基づいてボア内壁面２Ａに傷や巣などの欠陥がないか否かを判定し、判定結果を出力する。この判定結果を得るための処理は公知の方法を適用すればよく、この判定結果は、例えば表示装置、印刷装置又は外部端末などの出力先の装置に出力され、作業者に通知される。
【００２２】
図３は回転ヘッド２１の斜視図である。図３中、符号１１Ａは、渦電流センサー１１のセンサーヘッドである。
回転ヘッド２１は、渦電流センサー１１を横向きで支持してセンサーヘッド１１Ａをボア内壁面２Ａに向けて支持する略筒状のヘッド本体２２と、ヘッド本体２２の上部に設けられた凸条の係合部２３とを一体に備えている。この回転ヘッド２１は、上記係合部２３をヘッド装着部３２（図２参照）に設けられた凹溝３２Ａ（図２参照）に挿入した状態でヘッド装着部３２に装着され、これによって、ヘッド装着部３２に位置決め固定される。ここで、図３中、符号５３は、主軸側エア通路５２の出口５２Ａに連通するエア通路（ヘッド側エア通路）であり、符号２３Ａは、回転ヘッド２１をヘッド装着部３２に固定するための不図示の固定用部材を挿通するヘッド固定用孔である。
また、このヘッド本体２２の周壁部２２Ａには、渦電流センサー１１が入る切り欠き部２２Ｂが設けられており、この渦電流センサー１１は、切り欠き部２２Ｂに嵌るように支持され、ヘッド本体２２に設けられたスライド機構２５を介して回転ヘッド２１の径方向に移動自在に支持される。
【００２３】
ところで、検査を短時間で行うには回転ヘッド２１を高速回転することが臨まれる。しかし、回転ヘッド２１を高速回転するほど、回転ヘッド２１の重心位置と回転中心とのずれの影響が大きくなり、大きな回転モーメントの発生により回転中心がずれてしまう。
特に、渦電流センサー１１の場合、ボア内壁面２Ａに近接して配置する必要があるため、センサー１１を装着した回転ヘッド２１の重心位置が軸中心から偏心しており、回転ヘッド２１の偏心回転時には渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの距離変動により検出信号に変動が生じ、回転ヘッド２１の高速化が難しい。
そこで、本実施形態では、図３に示すように、エアをボア内壁面２Ａに向けて噴出する気体噴出部材として機能するヘッドカバー７１を設けている。
【００２４】
図４はヘッドカバー７１の斜視図である。また、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はヘッドカバー７１を示す図であり、具体的には、図５（Ａ）はヘッドカバー７１の下面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。また、このヘッドカバー７１は、ボア内壁面２Ａとの間の距離Ｍ（図２参照）が予め定めた距離となる外径に形成され、つまり、シリンダーブロック１のボア径に応じて交換される交換部品である。
ここで、図６（Ａ）は、ボア径Ｄ１が大の場合に対応する大型のヘッドカバー７１を装着した回転ヘッド２１の構造を示し、図６（Ｂ）は、ボア径Ｄ２が小の場合に対応する小型のヘッドカバー７１を装着した回転ヘッド２１の構造を示している（Ｄ１＞Ｄ２）。なお、図６中、符号Ｒは、回転ヘッド２１の回転方向を示している。また、符号６１は、渦電流センサー１１を回転ヘッド２１に取り付けるためのボルト（締結部材）である。
【００２５】
図３及び図４に示すように、このヘッドカバー７１は、回転ヘッド２１の周囲を覆う円筒形状の覆い部７２と、この覆い部７２の下縁から内周側に延在する環状板部７３とを一体に備え、全体が金属材で形成されている。なお、金属材に限らず、樹脂材などの金属材以外の剛性を有する剛性材で形成してもよい。
このヘッドカバー７１の覆い部７２には、渦電流センサー１１のセンサーヘッド１１Ａを露出させる円形の窓部７４Ａが形成されると共に、この窓部７４に対しヘッドカバー７１の軸対称位置にも同形状の窓部７４Ｂが形成される。これによって、ヘッドカバー７１の左右バランスが揃うと共に、いずれの窓部７４Ａ、７４Ｂからもセンサーヘッド１１Ａを露出させることができ、渦電流センサー１１の取付自由度が向上する。
【００２６】
ヘッドカバー７１の環状板部７３は、図４及び図５（Ａ）に示すように、回転ヘッド２１のヘッド本体２２の下方を覆うように環状に延びている。このため、環状板部７３は中央に貫通穴を有し、ヘッドカバー７１が軽量化される。
この環状板部７３には、周方向に間隔を空けて、ヘッド本体２２の下面にボルト締結するための第１貫通孔７５と、渦電流センサー１１を位置決めするための位置決めピン８１（図２、図６（Ａ）（Ｂ）参照）を通す第２貫通孔７６と、ヘッド本体２２とヘッドカバー７１とを位置決めするための位置決めピン（不図示）を通す第３貫通孔７７とが形成される。
【００２７】
これら第１〜第３貫通孔７５〜７７の位置は、ボア径に応じて外径が異なるヘッドカバー７１で全て共通に形成される。このため、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、ヘッドカバー７１の第１貫通孔７５に下方からボルト８２を挿通し、このボルト８２をヘッド本体２２に締結することによって、いずれのヘッドカバー７１も同一の回転ヘッド２１に固定することができる。
また、環状板部７３と覆い部７２とが連結される連結部分８０は、環状板部７３よりも肉厚に形成されて上方に環状に出っ張り、ヘッド本体２２の先端部が嵌って位置決めする位置決め穴としても機能する。これによって、連結強度が十分に確保されると共に、ヘッド本体２２の先端部にヘッドカバー７１を位置決めできる。
【００２８】
また、回転ヘッド２１へ固定する際、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、スライド機構２５によって渦電流センサー１１の位置を調整しておき、第２貫通孔７６に通した位置決めピン８１を渦電流センサー１１に設けられた穴部に挿入する構成を具備するので、ヘッドカバー７１毎に渦電流センサー１１を一意の位置に位置決めできる。
このように、シリンダーブロック１のボア径Ｄ１、Ｄ２に応じて交換されるヘッドカバー７１毎に、渦電流センサー１１の位置を簡易に位置決めできるので、ボア内壁面２Ａとセンサーヘッド１１Ａとの距離Ｍ（図２参照）をボア内壁面２Ａに近接した一定距離に調整することができる。
【００２９】
ヘッドカバー７１には、図５（Ａ）（Ｃ）に示すように、回転ヘッド２１に設けられたヘッド側エア通路５３（図６（Ａ）（Ｂ））に連通するエア通路（以下、ヘッドカバー側エア通路と言う）５４が形成されている。
ここで、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、ヘッド側エア通路５３は、単一のエア入口（ヘッド側エア入り口）５３Ａから分岐して周方向に間隔を空けて複数に分岐している。
まず、ヘッド側エア通路５３について詳述すると、ヘッド側エア通路５３は、回転ヘッド２１の係合部２３内を上下に延びてヘッド本体２２内へ延びる単一のヘッド側エア入口５３Ａと、このエア入口５３Ａの下端から分岐し、ヘッド本体２２内を周方向に間隔（本例では９０度間隔）を空けて略水平に外周側に延びる複数（本例では４本）のヘッド側分岐エア通路５３Ｂと、ヘッド側分岐エア通路５３Ｂの外周側端部からヘッド本体２２内を下方に延びて下端が開口する複数本（４本）のヘッド側エア出口５３Ｃとを備えている。なお、図６（Ａ）（Ｂ）中、符号８５は、ヘッド側エア通路５３及びヘッドカバー側エア通路５４の途中からエアが漏れないようにするための埋め材である。
【００３０】
次にヘッドカバー側エア通路５４について詳述する。ヘッドカバー側エア通路５４は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上記複数のヘッド側エア出口５３Ｃに各々連通するように等角度間隔（９０度間隔）で環状板部７３に形成されたエア入口（ヘッドカバー側エア入口）５４Ａと、各々のエア入口５４Ａから２つに分岐して略水平に外周側に各々延びるカバー側第１エア通路５４Ｂと、各カバー側第１エア通路５４Ｂの外周側端部から上方に延出するようにヘッドカバー７１の覆い部７２内に形成されたカバー側第２エア通路５４Ｃとを備えている。
【００３１】
また、ヘッドカバー７１の覆い部７２には、この覆い部７２内に設けられた複数のカバー側第２エア通路５４Ｃ内のエアを、ボア内壁面２Ａに向けて噴出させる上下一対のエアノズル（気体噴出孔）５５が設けられている。
ボア径に応じて異なるヘッドカバー７１は、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、ヘッドカバー７１外径の変化に応じて覆い部７２の径とヘッドカバー側エア通路５４の上記カバー側第１エア通路５４Ｂの長さとが変更される点を除いて、同形状に形成されるようになっている。
【００３２】
上記エアノズル５５は、他のエア通路５４Ａ〜５４Ｃなどに比して小径に形成され、このエアノズル５５に供給されるエアの流速を高めてエアを高速噴射する。ここで、図６（Ａ）（Ｂ）には、エアノズル５５からのエアの流れを矢印で示している。
このようにして、ヘッドカバー７１には、上下一対のエアノズル５５が周方向に間隔（９０度間隔）を空けて形成され、全体として１６個のエアノズル５５が設けられる。本構成では、回転ヘッド２１側からボア内壁面２Ａに向かってエアを噴出するエアノズル５５が設けられるので、エアノズル５５から噴出された高圧のエアが、ヘッドカバー７１とボア内壁面２Ａとの間の隙間に強制的に供給され、ヘッドカバー７１を介して回転ヘッド２１の回転中心のずれを抑える保持力が生じるようになっている。
【００３３】
この保持力は、エアノズル５５の径、形状、個数、エア圧及びヘッドカバー７１とボア内壁面２Ａとの間の距離などによって変動するが、本構成では、エアノズル５５の径、形状及び個数を予め設定しておくことで、回転中の渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離Ｍの変動量を予め設定した許容範囲内に抑える保持力に調整されている。
なお、エアノズル５５の長さはヘッドカバー７１の外径が変化しても同一になるように形成されており、これにより、エアノズル特性（エア噴出速度やエア噴出位置など）が揃うように構成されている。また、上記エアノズル５５の長さが同じになるようにヘッドカバー７１の覆い部７２の肉厚も一定値に揃えられている。
【００３４】
これにより、ヘッドカバー７１が、回転ヘッド２１を覆って保護する保護カバーとして機能するだけでなく、回転中の渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離変動を抑える保持力を得る保持力形成体として機能し、言い換えれば、回転ヘッド２１を回転支持する静圧流体軸受を形成する機能部材として機能する。このため、静圧流体軸受の機能を具備し、例えば、軸と軸受の間に形成される潤滑流体膜が比較的厚く，軸と軸受面の形状誤差の影響を緩和して滑らかな運動を実現し、運動精度，回転精度に関して優れた特性を有するなどの効果を得ることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、回転中の渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離変動を抑えるべくボア内壁面２Ａに向かってエアを噴出するエアノズル５５を設けたので、渦電流センサー１１を用いるために回転ヘッド２１の重心位置が回転ヘッド２１の中心軸Ｌ１から偏心する構成であっても、高速回転時の回転ヘッド２１の振れを抑えて渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離Ｍを略一定にできる。このため、高速回転しても高精度かつ迅速に表面の検査をすることができる。
しかも、本構成では、エアノズル５５が、周方向に間隔を空けて複数形成されるので、ボア内壁面２Ａの全周に渡ってエアを効率よく送ることができ、回転ヘッド２１の回転時の保持力を適切に確保できる。さらに、エアノズル５５は、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、渦電流センサー１１のセンサーヘッド１１Ａを通る水平面Ｌ２に対して上下の位置であって、上側が水平面Ｌ２近傍、下側が回転ヘッド２１先端部に配置されるので、センサーヘッド１１Ａ部分の振れを効率よく抑えることができる。
【００３６】
また、本構成では、回転体である主軸３６、回転ヘッド２１及びヘッドカバー７１の中にエアを通して回転体を回転支持する保持力を得るので、回転体の周囲に配置される周囲部品からエアなどの流体を出して回転体を回転支持する一般的な静圧軸受とは構成が異なる。この構成の違いにより、回転体の周囲部品にエアなどの流体を吹き出す構成が不要となり、回転体の周囲部品を簡素化でき、全体としてスリム化できる。このため、シリンダーブロック１の小径のボア２内の検査に好適な表面検査装置１０を構成することが可能になる。また、回転体の回転モーメントを、高強度のシリンダーブロック１のボア内壁面２Ａで受けるので、回転体を安定支持する支持力を適切に得ることができ、高精度かつ迅速に表面の検査を行うことができる。
【００３７】
また、本構成では、回転ヘッド２１と共に回転しつつ、エアノズル５５を備え、かつ、回転ヘッド２１を着脱自在に覆うヘッドカバー７１を備えるので、ヘッドカバー７１を交換してヘッドカバー７１とボア２との隙間を変更することで、複数種類のボア径に対する保持力を各々調整できる。このため、このヘッドカバー７１の交換で保持力を適切に調整でき、径の異なるボア２の検査にヘッドカバー７１の交換だけで対応できるので、検査前の準備作業も簡易である。また、回転ヘッド２１を高速回転させるための機能部材（気体噴出部材）に回転ヘッド２１を保護する保護機能を持たせることができ、別々に設ける場合に比して、部品点数の増加も回避できる。
【００３８】
さらに、本構成では、ヘッドカバー７１をシリンダーブロック１のボア径に応じて交換して複数種類のボアの検査に対応する場合を説明したが、これに代えて、或いは、これに加えて、エアノズル５５から噴出するエアの圧力を、ボア径に応じた圧力に変更することによって十分な保持力を得るようにし、複数種類のボアの検査に対応するようにしてもよい。この場合、ボア径が大きくなるほど供給エアの圧力を高め、ボア径が小さくなるほど供給エアの圧力を弱めればよい。このようにすれば、ヘッドカバー７１の種類を低減することが可能になる。
【００３９】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。例えば、上述の実施形態では、エアノズル５５を有する気体噴出部材を、ヘッドカバー７１で構成する場合を説明したが、これに限らない。要は、回転中の渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離変動を抑える位置にエアノズル５５を配置すればよく、気体噴出部材をエアノズル５５だけで構成してもよい。
また、上述の実施形態では、エアを吹き出す構成を説明したが、エア以外の気体（流体）を吹き出す構成にしてもよい。また、上述の実施形態では、自動車用エンジンのシリンダーブロックのボアを検査する表面検査装置に本発明を適用する場合について説明したが、これに限らず、自動二輪車用エンジンなどのレシプロエンジンのボアを検査する検査装置や、シリンダーブロック以外の被検査体が有する穴を検査する検査装置に本発明を適用することができる。また、この検査装置が備えるセンサーも渦電流センサーに限らず、他のセンサーでも本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ シリンダーブロック（被検査体）
２ ボア（穴）
２Ａ ボア内壁面
１０ 表面検査装置
１１ 渦電流センサー
２１ 回転ヘッド
３３ 駆動機構
３４ 回転駆動機構
３５ 移動駆動機構
４４ エアカプラ
５２ 主軸側エア通路
５３ ヘッド側エア通路
５４ ヘッドカバー側エア通路
５５ エアノズル
７１ ヘッドカバー（気体噴出部材）
１０１ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴の内部を検査する表面検査装置及び表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両用エンジンは、シリンダーブロックのボアの内側表面がピストン摺動面となるため、摺動抵抗を抑えてエンジンに所望の性能を発揮させるべく、該摺動面を適切な表面粗さ及び面性状に維持する必要がある。このため、エンジンの製造工程では、シリンダーブロックのボア加工後にボアの表面検査が行われる。
この表面検査を行う表面検査装置には、被検査物の穴に挿入される回転可能な検査ヘッド（以下、回転ヘッドと言う）を備え、この回転ヘッドからボアの内側表面にレーザー光を照射し、その反射光を検出するレーザー変位センサーを用いて表面検査を行う装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１５８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の装置の回転ヘッドに渦電流センサー（ＥＴセンサーとも言う）を支持し、渦電流センサーを用いてボアの表面検査を行う構成にした場合、渦電流センサーは、ボア内側表面に接近しなければボア表面に生じる渦電流を検知できないので、回転ヘッドの中心位置に配置することができない。
このため、回転ヘッドの重心位置が回転ヘッドの中心軸から偏心し、回転ヘッド回転時に回転モーメントが発生してしまう。この場合、回転ヘッドを高速回転すると、回転中心のずれや、このずれに伴う表面検査精度の低下が生じてしまい、高速回転化が難しかった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる表面検査装置及び表面検査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】
上記目的を達成するために、本発明は、被検査体が有する穴の内部を検査する表面検査装置において、前記穴の内部を検査するセンサーと、前記センサーを支持し、このセンサーを前記穴内に入れた状態でセンサーとともに回転駆動される回転ヘッドと、回転中の前記センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材とを備えることを特徴とする。この構成によれば、回転中の前記センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材を備えるので、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる。
【０００７】
また、本発明は、被検査体が有する穴の内部表面に近接配置されて内部表面に発生する渦電流を検知する渦電流センサーを備え、この渦電流センサーにより穴の内部を検査する表面検査装置において、前記渦電流センサーを支持し、このセンサーを前記穴内に入れた状態で回転駆動される回転ヘッドと、回転中の前記渦電流センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材とを備えることを特徴とする。この構成によれば、渦電流センサーで検査する構成において、回転中の前記渦電流センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材とを備えるので、渦電流センサーを用いるために回転ヘッドの重心位置が偏心する構成であっても、回転ヘッドを高速回転して精度良く検査できる。
【０００８】
上記構成において、前記気体噴出部材は、前記回転ヘッドと共に回転しつつ、前記気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、前記回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを備えるようにしてもよい。この構成によれば、上記カバーの交換で保持力を適切に調整でき、径の異なるボアの検査に容易に対応することができる。
また、上記構成において、前記気体噴出部材は、前記気体の噴出により前記回転ヘッドを回転支持する静圧流体軸受を形成するようにしてもよい。この構成によれば、静圧流体軸受の機能で回転ヘッドを高精度に回転支持できる。
【０００９】
また、本発明は、上記の表面検査装置を使用して、複数種類の穴の内部を検査する表面検査方法において、前記回転ヘッドと共に回転しつつ、前記気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、前記回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを、前記穴の内径に応じたカバーに交換すること、及び、前記気体噴出孔から噴出する気体の圧力を、前記孔の内径に応じた圧力に変更すること、の少なくともいずれかを行うようにしてもよい。この構成によれば、上記カバーの交換、及び、上記気体の圧力変更で、複数種類の穴の内部を検査する際に、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、被検査体が有する穴の内部を検査する表面検査装置において、回転中のセンサーと穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材を備えるので、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる。
また、被検査体が有する穴の内部表面に近接配置される渦電流センサーを備え、この渦電流センサーにより穴の内部を検査する表面検査装置において、回転中の渦電流センサーと穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材を備えるので、渦電流センサーを用いるために回転ヘッドの重心位置が偏心する構成であっても、回転ヘッドを高速回転して精度良く検査できる。
【００１１】
また、気体噴出部材は、回転ヘッドと共に回転しつつ、気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを備えるようにすれば、上記カバーの交換で保持力を適切に調整でき、径の異なるボアの検査に容易に対応することができる。
また、気体噴出部材は、気体の噴出により回転ヘッドを回転支持する静圧流体軸受を形成するようにすれば、静圧流体軸受の機能で回転ヘッドを高精度に回転支持できる。
また、回転ヘッドと共に回転しつつ、気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを、穴の内径に応じたカバーに交換すること、及び、気体噴出孔から噴出する気体の圧力を、孔の内径に応じた圧力に変更すること、の少なくともいずれかを行うようにすれば、複数種類の穴の内部を検査する際に、回転ヘッドを高速回転しても精度良く検査できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面検査装置を示す図である。
【図２】表面検査装置の主要部を電気的構成と共に示す図である。
【図３】回転ヘッドの斜視図である。
【図４】ヘッドカバーの斜視図である。
【図５】（Ａ）はヘッドカバーの下面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】（Ａ）はボア径が大の場合のヘッドカバーを装着した回転ヘッドの構造を示し、（Ｂ）は、ボア径が小の場合のヘッドカバーを装着した回転ヘッドの構造を示す図である。
【図７】（Ａ）はボア径が大の場合のヘッドカバーを装着した場合のセンサー位置の説明に供する図であり、（Ａ）はボア径が小の場合のヘッドカバーを装着した場合のセンサー位置の説明に供する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置１０を示す図であり、図２は、表面検査装置１０の主要部を電気的構成と共に示す図である。
この表面検査装置１０は、被検査体であるシリンダーブロック１（図２参照）のボア２の内部を検査する表面検査装置である。すなわち、自動車用エンジンの製造工程には、金型鋳造されたシリンダーブロック１のボア（シリンダーボアとも言う）２にボーリング加工やボア内壁面２Ａを研磨するホーニング加工を行った後、ボア内壁面２Ａに傷や巣がないか否かを検査するボア検査工程があり、このボア検査工程で本表面検査装置１０が使用される。
【００１４】
シリンダーブロック１は、自動車用４サイクルエンジンのシリンダーブロックであり、ボア２となる断面円形の貫通孔を備えた筒状のワーク（筒ワーク）である。このシリンダーブロック１は、アルミニウム合金や鋳鉄などの金属材で形成され、エンジンの気筒数や配列に応じて複数のボア２が間隔を空けて形成される。
シリンダーブロック１のボア２は、エンジンのピストン（不図示）が摺動するピストン摺動面となるため、適切なボア径、表面粗さ及び面性状を得るべくボーリング加工及びホーニング加工が施される。
このボーリング加工では、回転軸に設けたボーリングヘッドに切削バイトを径方向に突設し、該ボーリングヘッドを回転させながら筒ワークとしてのシリンダーブロック１に対して進退させてボア径を予め設定された目標ボア径まで切削する。このボーリング加工により、ボア内壁面２Ａには、方向性を有する螺旋状の切削痕ができる。その後、ボア内壁面２Ａに対して、螺旋状の切削痕をエンジンオイルの通り道（オイルピット）として利用可能な程度だけ残しつつ、エンジンの所望の性能を発揮可能な表面粗さ及び面性状を得るべく、ホーニング用砥石を配設した加工ヘッドを用いてホーニング加工が施される。
【００１５】
シリンダーブロック１は、仕上げ工程であるホーニング加工を経た後に図示せぬ搬送機構により搬送され、ボア検査工程のエリアへと運ばれる。この場合、シリンダーブロック１は、車両搭載時と略同じ姿勢、つまり、ボア開口を上方に向けた姿勢でボア検査工程へ搬送され、この状態でボア２の内在物を除去する内在物除去処理を行った後にボア２の表面検査が行われる。以下に示す上下方向などの各方向は、図１に示す方向に従うものとする。
【００１６】
表面検査装置１０は、非接触式の検査用センサーとして単一の渦電流センサー（ＥＴセンサーとも言う）１１を備え、この渦電流センサー１１でボア内壁面２Ａを走査することによってボア２の表面形状を非接触で検査可能に構成されている。すなわち、ボア内壁面２Ａを渦電流センサー１１で走査しながら渦電流センサー１１が備える励磁コイルに高周波電流を供給し、導電体からなるシリンダーブロック１の表層部に電磁誘導作用によって渦電流を発生させ、傷や巣などの形状変化がある部分での渦電流の乱れを、渦電流センサー１１が備える検出コイルで検出することにより、欠陥の有無などを非接触で検出することができる。
この表面検査装置１０は、大別すると、渦電流センサー１１を支持し、シリンダーブロック１のボア２内を進退自在でボア２内で回転する回転ヘッド２１と、この回転ヘッド２１が着脱自在に装着される装置本体３１と、表面検査装置１０の各部を制御する制御装置１０１とを備えている。
【００１７】
装置本体３１は、回転ヘッド２１を着脱自在なヘッド装着部３２（図１、図２参照）と、回転ヘッド２１を駆動する駆動機構３３（図２参照）とを備えている。この駆動機構３３は、回転ヘッドを回転駆動する回転駆動機構３４と、回転ヘッド２１を上下方向及び左右方向に移動駆動する移動駆動機構３５とを備えている。
図１に示すように、装置本体３１は、先端（下端）にヘッド装着部３２が連結されて上方向に直線的に延びる主軸３６と、移動駆動機構３５によって上下方向及び左右方向に移動駆動される矩形状の移動台３７とを備えている。この移動台３７には、主軸３６を回転自在に支持する軸受を収容する軸受ハウジング（軸受箱とも言う）３８と、この主軸３６に回転伝達機構（本実施形態ではギア伝達機構）３９を介して連結される回転駆動モータ４０とが固定されている。
【００１８】
移動駆動機構３５は、上下駆動用の送りねじ機構と左右駆動用の送りねじ機構とで構成されており、上記移動台３７を上下方向及び左右方向に移動することによって、主軸３６、軸受ハウジング３８及び回転駆動モータ４０を上下左右に移動する。この主軸３６の上下移動により回転ヘッド２１がボア２内を進退し、主軸３６の左右移動により回転ヘッド２１の左右位置が調整され、或いは、回転ヘッド２１が隣のボア２側へと移動される。なお、移動駆動機構３５は送りねじ機構に限らず、公知の他の機構を用いてもよい。
また、上記回転駆動モータ４０及び回転伝達機構３９は、回転駆動機構３４を構成し、回転駆動モータ４０を駆動することにより主軸３６が回転駆動されて回転ヘッド２１が回転する。なお、回転伝達機構３９はギア伝達機構以外を用いてもよい。これらの回転駆動機構３４及び移動駆動機構３５は、制御装置１０１の位置制御部１０２によって制御される。
【００１９】
上記主軸３６の後端（上端）には、主軸３６と同軸で上方向に直線的に延びるサブ軸４２が連結されており、このサブ軸４２は、移動台３７において、主軸用の軸受ハウジング３８の上方向に間隔を空けて設けられた軸受ハウジング（軸受箱とも言う）４３内に収容された軸受に回転自在に支持される。
この軸受ハウジング４３には、エアカプラ４４が設けられており、このエアカプラ４４は、サブ軸４２内を通って主軸３６に向かって延びるエア通路（以下、サブ軸側エア通路と言う）５１に連通する。
上記エアカプラ４４には、不図示のエアホースが接続され、このエアホースから高圧のエアが供給されることによって、高圧のエアがエアカプラ４４を介してサブ軸側エア通路５１に供給されるように構成されている。
【００２０】
上記主軸３６には、上記サブ軸側エア通路５１に連通するエア通路（以下、主軸側エア通路と言う）５２が設けられており、この主軸側エア通路５２の出口５２Ａは、ヘッド装着部３２の下方に開口する。これによって、本構成では、回転体である主軸３６内にエアが通される。
ここで、このエアカプラ４４にエアを供給するか否かは、制御装置１０１内のエア制御部１０３が制御する。このエア制御部１０３は、不図示の開閉弁の開閉制御を行うことによって、エアカプラ４４へのエア供給／エア供給停止を切り替える。
【００２１】
制御装置１０１の情報処理部１０４は、位置制御部１０２の制御の下、駆動機構３３によって渦電流センサー１１をボア内壁面２Ａの検査範囲全体（例えば、ピストン摺動範囲）に渡って走査する間、渦電流センサー１１を駆動させて渦電流センサー１１の検出信号を入力し、この検出信号に基づいてボア内壁面２Ａに傷や巣などの欠陥がないか否かを判定し、判定結果を出力する。この判定結果を得るための処理は公知の方法を適用すればよく、この判定結果は、例えば表示装置、印刷装置又は外部端末などの出力先の装置に出力され、作業者に通知される。
【００２２】
図３は回転ヘッド２１の斜視図である。図３中、符号１１Ａは、渦電流センサー１１のセンサーヘッドである。
回転ヘッド２１は、渦電流センサー１１を横向きで支持してセンサーヘッド１１Ａをボア内壁面２Ａに向けて支持する略筒状のヘッド本体２２と、ヘッド本体２２の上部に設けられた凸条の係合部２３とを一体に備えている。この回転ヘッド２１は、上記係合部２３をヘッド装着部３２（図２参照）に設けられた凹溝３２Ａ（図２参照）に挿入した状態でヘッド装着部３２に装着され、これによって、ヘッド装着部３２に位置決め固定される。ここで、図３中、符号５３は、主軸側エア通路５２の出口５２Ａに連通するエア通路（ヘッド側エア通路）であり、符号２３Ａは、回転ヘッド２１をヘッド装着部３２に固定するための不図示の固定用部材を挿通するヘッド固定用孔である。
また、このヘッド本体２２の周壁部２２Ａには、渦電流センサー１１が入る切り欠き部２２Ｂが設けられており、この渦電流センサー１１は、切り欠き部２２Ｂに嵌るように支持され、ヘッド本体２２に設けられたスライド機構２５を介して回転ヘッド２１の径方向に移動自在に支持される。
【００２３】
ところで、検査を短時間で行うには回転ヘッド２１を高速回転することが臨まれる。しかし、回転ヘッド２１を高速回転するほど、回転ヘッド２１の重心位置と回転中心とのずれの影響が大きくなり、大きな回転モーメントの発生により回転中心がずれてしまう。
特に、渦電流センサー１１の場合、ボア内壁面２Ａに近接して配置する必要があるため、センサー１１を装着した回転ヘッド２１の重心位置が軸中心から偏心しており、回転ヘッド２１の偏心回転時には渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの距離変動により検出信号に変動が生じ、回転ヘッド２１の高速化が難しい。
そこで、本実施形態では、図３に示すように、エアをボア内壁面２Ａに向けて噴出する気体噴出部材として機能するヘッドカバー７１を設けている。
【００２４】
図４はヘッドカバー７１の斜視図である。また、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はヘッドカバー７１を示す図であり、具体的には、図５（Ａ）はヘッドカバー７１の下面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。また、このヘッドカバー７１は、ボア内壁面２Ａとの間の距離Ｍ（図２参照）が予め定めた距離となる外径に形成され、つまり、シリンダーブロック１のボア径に応じて交換される交換部品である。
ここで、図６（Ａ）は、ボア径Ｄ１が大の場合に対応する大型のヘッドカバー７１を装着した回転ヘッド２１の構造を示し、図６（Ｂ）は、ボア径Ｄ２が小の場合に対応する小型のヘッドカバー７１を装着した回転ヘッド２１の構造を示している（Ｄ１＞Ｄ２）。なお、図６中、符号Ｒは、回転ヘッド２１の回転方向を示している。また、符号６１は、渦電流センサー１１を回転ヘッド２１に取り付けるためのボルト（締結部材）である。
【００２５】
図３及び図４に示すように、このヘッドカバー７１は、回転ヘッド２１の周囲を覆う円筒形状の覆い部７２と、この覆い部７２の下縁から内周側に延在する環状板部７３とを一体に備え、全体が金属材で形成されている。なお、金属材に限らず、樹脂材などの金属材以外の剛性を有する剛性材で形成してもよい。
このヘッドカバー７１の覆い部７２には、渦電流センサー１１のセンサーヘッド１１Ａを露出させる円形の窓部７４Ａが形成されると共に、この窓部７４に対しヘッドカバー７１の軸対称位置にも同形状の窓部７４Ｂが形成される。これによって、ヘッドカバー７１の左右バランスが揃うと共に、いずれの窓部７４Ａ、７４Ｂからもセンサーヘッド１１Ａを露出させることができ、渦電流センサー１１の取付自由度が向上する。
【００２６】
ヘッドカバー７１の環状板部７３は、図４及び図５（Ａ）に示すように、回転ヘッド２１のヘッド本体２２の下方を覆うように環状に延びている。このため、環状板部７３は中央に貫通穴を有し、ヘッドカバー７１が軽量化される。
この環状板部７３には、周方向に間隔を空けて、ヘッド本体２２の下面にボルト締結するための第１貫通孔７５と、渦電流センサー１１を位置決めするための位置決めピン８１（図２、図６（Ａ）（Ｂ）参照）を通す第２貫通孔７６と、ヘッド本体２２とヘッドカバー７１とを位置決めするための位置決めピン（不図示）を通す第３貫通孔７７とが形成される。
【００２７】
これら第１〜第３貫通孔７５〜７７の位置は、ボア径に応じて外径が異なるヘッドカバー７１で全て共通に形成される。このため、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、ヘッドカバー７１の第１貫通孔７５に下方からボルト８２を挿通し、このボルト８２をヘッド本体２２に締結することによって、いずれのヘッドカバー７１も同一の回転ヘッド２１に固定することができる。
また、環状板部７３と覆い部７２とが連結される連結部分８０は、環状板部７３よりも肉厚に形成されて上方に環状に出っ張り、ヘッド本体２２の先端部が嵌って位置決めする位置決め穴としても機能する。これによって、連結強度が十分に確保されると共に、ヘッド本体２２の先端部にヘッドカバー７１を位置決めできる。
【００２８】
また、回転ヘッド２１へ固定する際、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、スライド機構２５によって渦電流センサー１１の位置を調整しておき、第２貫通孔７６に通した位置決めピン８１を渦電流センサー１１に設けられた穴部に挿入する構成を具備するので、ヘッドカバー７１毎に渦電流センサー１１を一意の位置に位置決めできる。
このように、シリンダーブロック１のボア径Ｄ１、Ｄ２に応じて交換されるヘッドカバー７１毎に、渦電流センサー１１の位置を簡易に位置決めできるので、ボア内壁面２Ａとセンサーヘッド１１Ａとの距離Ｍ（図２参照）をボア内壁面２Ａに近接した一定距離に調整することができる。
【００２９】
ヘッドカバー７１には、図５（Ａ）（Ｃ）に示すように、回転ヘッド２１に設けられたヘッド側エア通路５３（図６（Ａ）（Ｂ））に連通するエア通路（以下、ヘッドカバー側エア通路と言う）５４が形成されている。
ここで、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、ヘッド側エア通路５３は、単一のエア入口（ヘッド側エア入り口）５３Ａから分岐して周方向に間隔を空けて複数に分岐している。
まず、ヘッド側エア通路５３について詳述すると、ヘッド側エア通路５３は、回転ヘッド２１の係合部２３内を上下に延びてヘッド本体２２内へ延びる単一のヘッド側エア入口５３Ａと、このエア入口５３Ａの下端から分岐し、ヘッド本体２２内を周方向に間隔（本例では９０度間隔）を空けて略水平に外周側に延びる複数（本例では４本）のヘッド側分岐エア通路５３Ｂと、ヘッド側分岐エア通路５３Ｂの外周側端部からヘッド本体２２内を下方に延びて下端が開口する複数本（４本）のヘッド側エア出口５３Ｃとを備えている。なお、図６（Ａ）（Ｂ）中、符号８５は、ヘッド側エア通路５３及びヘッドカバー側エア通路５４の途中からエアが漏れないようにするための埋め材である。
【００３０】
次にヘッドカバー側エア通路５４について詳述する。ヘッドカバー側エア通路５４は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上記複数のヘッド側エア出口５３Ｃに各々連通するように等角度間隔（９０度間隔）で環状板部７３に形成されたエア入口（ヘッドカバー側エア入口）５４Ａと、各々のエア入口５４Ａから２つに分岐して略水平に外周側に各々延びるカバー側第１エア通路５４Ｂと、各カバー側第１エア通路５４Ｂの外周側端部から上方に延出するようにヘッドカバー７１の覆い部７２内に形成されたカバー側第２エア通路５４Ｃとを備えている。
【００３１】
また、ヘッドカバー７１の覆い部７２には、この覆い部７２内に設けられた複数のカバー側第２エア通路５４Ｃ内のエアを、ボア内壁面２Ａに向けて噴出させる上下一対のエアノズル（気体噴出孔）５５が設けられている。
ボア径に応じて異なるヘッドカバー７１は、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、ヘッドカバー７１外径の変化に応じて覆い部７２の径とヘッドカバー側エア通路５４の上記カバー側第１エア通路５４Ｂの長さとが変更される点を除いて、同形状に形成されるようになっている。
【００３２】
上記エアノズル５５は、他のエア通路５４Ａ〜５４Ｃなどに比して小径に形成され、このエアノズル５５に供給されるエアの流速を高めてエアを高速噴射する。ここで、図６（Ａ）（Ｂ）には、エアノズル５５からのエアの流れを矢印で示している。
このようにして、ヘッドカバー７１には、上下一対のエアノズル５５が周方向に間隔（９０度間隔）を空けて形成され、全体として１６個のエアノズル５５が設けられる。本構成では、回転ヘッド２１側からボア内壁面２Ａに向かってエアを噴出するエアノズル５５が設けられるので、エアノズル５５から噴出された高圧のエアが、ヘッドカバー７１とボア内壁面２Ａとの間の隙間に強制的に供給され、ヘッドカバー７１を介して回転ヘッド２１の回転中心のずれを抑える保持力が生じるようになっている。
【００３３】
この保持力は、エアノズル５５の径、形状、個数、エア圧及びヘッドカバー７１とボア内壁面２Ａとの間の距離などによって変動するが、本構成では、エアノズル５５の径、形状及び個数を予め設定しておくことで、回転中の渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離Ｍの変動量を予め設定した許容範囲内に抑える保持力に調整されている。
なお、エアノズル５５の長さはヘッドカバー７１の外径が変化しても同一になるように形成されており、これにより、エアノズル特性（エア噴出速度やエア噴出位置など）が揃うように構成されている。また、上記エアノズル５５の長さが同じになるようにヘッドカバー７１の覆い部７２の肉厚も一定値に揃えられている。
【００３４】
これにより、ヘッドカバー７１が、回転ヘッド２１を覆って保護する保護カバーとして機能するだけでなく、回転中の渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離変動を抑える保持力を得る保持力形成体として機能し、言い換えれば、回転ヘッド２１を回転支持する静圧流体軸受を形成する機能部材として機能する。このため、静圧流体軸受の機能を具備し、例えば、軸と軸受の間に形成される潤滑流体膜が比較的厚く，軸と軸受面の形状誤差の影響を緩和して滑らかな運動を実現し、運動精度，回転精度に関して優れた特性を有するなどの効果を得ることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、回転中の渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離変動を抑えるべくボア内壁面２Ａに向かってエアを噴出するエアノズル５５を設けたので、渦電流センサー１１を用いるために回転ヘッド２１の重心位置が回転ヘッド２１の中心軸Ｌ１から偏心する構成であっても、高速回転時の回転ヘッド２１の振れを抑えて渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離Ｍを略一定にできる。このため、高速回転しても高精度かつ迅速に表面の検査をすることができる。
しかも、本構成では、エアノズル５５が、周方向に間隔を空けて複数形成されるので、ボア内壁面２Ａの全周に渡ってエアを効率よく送ることができ、回転ヘッド２１の回転時の保持力を適切に確保できる。さらに、エアノズル５５は、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、渦電流センサー１１のセンサーヘッド１１Ａを通る水平面Ｌ２に対して上下の位置であって、上側が水平面Ｌ２近傍、下側が回転ヘッド２１先端部に配置されるので、センサーヘッド１１Ａ部分の振れを効率よく抑えることができる。
【００３６】
また、本構成では、回転体である主軸３６、回転ヘッド２１及びヘッドカバー７１の中にエアを通して回転体を回転支持する保持力を得るので、回転体の周囲に配置される周囲部品からエアなどの流体を出して回転体を回転支持する一般的な静圧軸受とは構成が異なる。この構成の違いにより、回転体の周囲部品にエアなどの流体を吹き出す構成が不要となり、回転体の周囲部品を簡素化でき、全体としてスリム化できる。このため、シリンダーブロック１の小径のボア２内の検査に好適な表面検査装置１０を構成することが可能になる。また、回転体の回転モーメントを、高強度のシリンダーブロック１のボア内壁面２Ａで受けるので、回転体を安定支持する支持力を適切に得ることができ、高精度かつ迅速に表面の検査を行うことができる。
【００３７】
また、本構成では、回転ヘッド２１と共に回転しつつ、エアノズル５５を備え、かつ、回転ヘッド２１を着脱自在に覆うヘッドカバー７１を備えるので、ヘッドカバー７１を交換してヘッドカバー７１とボア２との隙間を変更することで、複数種類のボア径に対する保持力を各々調整できる。このため、このヘッドカバー７１の交換で保持力を適切に調整でき、径の異なるボア２の検査にヘッドカバー７１の交換だけで対応できるので、検査前の準備作業も簡易である。また、回転ヘッド２１を高速回転させるための機能部材（気体噴出部材）に回転ヘッド２１を保護する保護機能を持たせることができ、別々に設ける場合に比して、部品点数の増加も回避できる。
【００３８】
さらに、本構成では、ヘッドカバー７１をシリンダーブロック１のボア径に応じて交換して複数種類のボアの検査に対応する場合を説明したが、これに代えて、或いは、これに加えて、エアノズル５５から噴出するエアの圧力を、ボア径に応じた圧力に変更することによって十分な保持力を得るようにし、複数種類のボアの検査に対応するようにしてもよい。この場合、ボア径が大きくなるほど供給エアの圧力を高め、ボア径が小さくなるほど供給エアの圧力を弱めればよい。このようにすれば、ヘッドカバー７１の種類を低減することが可能になる。
【００３９】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。例えば、上述の実施形態では、エアノズル５５を有する気体噴出部材を、ヘッドカバー７１で構成する場合を説明したが、これに限らない。要は、回転中の渦電流センサー１１とボア内壁面２Ａとの間の距離変動を抑える位置にエアノズル５５を配置すればよく、気体噴出部材をエアノズル５５だけで構成してもよい。
また、上述の実施形態では、エアを吹き出す構成を説明したが、エア以外の気体（流体）を吹き出す構成にしてもよい。また、上述の実施形態では、自動車用エンジンのシリンダーブロックのボアを検査する表面検査装置に本発明を適用する場合について説明したが、これに限らず、自動二輪車用エンジンなどのレシプロエンジンのボアを検査する検査装置や、シリンダーブロック以外の被検査体が有する穴を検査する検査装置に本発明を適用することができる。また、この検査装置が備えるセンサーも渦電流センサーに限らず、他のセンサーでも本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ シリンダーブロック（被検査体）
２ ボア（穴）
２Ａ ボア内壁面
１０ 表面検査装置
１１ 渦電流センサー
２１ 回転ヘッド
３３ 駆動機構
３４ 回転駆動機構
３５ 移動駆動機構
４４ エアカプラ
５２ 主軸側エア通路
５３ ヘッド側エア通路
５４ ヘッドカバー側エア通路
５５ エアノズル
７１ ヘッドカバー（気体噴出部材）
１０１ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体が有する穴の内部を検査する表面検査装置において、
前記穴の内部を検査するセンサーと、
前記センサーを支持し、このセンサーを前記穴内に入れた状態でセンサーとともに回転駆動される回転ヘッドと、
回転中の前記センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材と
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
被検査体が有する穴の内部表面に近接配置されて内部表面に発生する渦電流を検知する渦電流センサーを備え、この渦電流センサーにより穴の内部を検査する表面検査装置において、
前記渦電流センサーを支持し、このセンサーを前記穴内に入れた状態で回転駆動される回転ヘッドと、
回転中の前記渦電流センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材と
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
前記気体噴出部材は、前記回転ヘッドと共に回転しつつ、前記気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、前記回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを備える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】
前記気体噴出部材は、前記気体の噴出により前記回転ヘッドを回転支持する静圧流体軸受を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面検査装置を使用して、複数種類の穴の内部を検査する表面検査方法において、
前記回転ヘッドと共に回転しつつ、前記気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、前記回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを、前記穴の内径に応じたカバーに交換すること、及び、前記気体噴出孔から噴出する気体の圧力を、前記孔の内径に応じた圧力に変更すること、の少なくともいずれかを行うことを特徴とする表面検査方法。
【請求項１】
被検査体が有する穴の内部を検査する表面検査装置において、
前記穴の内部を検査するセンサーと、
前記センサーを支持し、このセンサーを前記穴内に入れた状態でセンサーとともに回転駆動される回転ヘッドと、
回転中の前記センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材と
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
被検査体が有する穴の内部表面に近接配置されて内部表面に発生する渦電流を検知する渦電流センサーを備え、この渦電流センサーにより穴の内部を検査する表面検査装置において、
前記渦電流センサーを支持し、このセンサーを前記穴内に入れた状態で回転駆動される回転ヘッドと、
回転中の前記渦電流センサーと前記穴の内部表面との間の距離変動を抑えるべく前記穴の内部表面に向かって気体を噴出する気体噴出部材と
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
前記気体噴出部材は、前記回転ヘッドと共に回転しつつ、前記気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、前記回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを備える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】
前記気体噴出部材は、前記気体の噴出により前記回転ヘッドを回転支持する静圧流体軸受を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表面検査装置を使用して、複数種類の穴の内部を検査する表面検査方法において、
前記回転ヘッドと共に回転しつつ、前記気体を噴出する気体噴出孔を備え、かつ、前記回転ヘッドを着脱自在に覆うカバーを、前記穴の内径に応じたカバーに交換すること、及び、前記気体噴出孔から噴出する気体の圧力を、前記孔の内径に応じた圧力に変更すること、の少なくともいずれかを行うことを特徴とする表面検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−９５１００（Ｐ２０１１−９５１００Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４９３３６（Ｐ２００９−２４９３３６）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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