表面検査装置
【課題】被検査物の内周面の表面状態を検査可能であるとともに、その外周面の表面状態も検査可能である表面検査装置を提供する。
【解決手段】同軸に配置された被検査物１００の内部に対して出没可能に設けられ、外周に設けられた透光窓１６ａから検査光が射出される検査ヘッド１６を有し、検査ヘッド１６がその軸線ＡＸの方向に移動して被検査物１００の内周面１００ａに向けて検査光を照射し、その反射光の光量に基づいて被検査物１００の表面を検査する表面検査装置１であって、被検査物１００から透光窓１６ａが突出する位置にて検査ヘッド１６から射出される検査光の光路を被検査物１００の外周面１００ｂよりも外側で検査ヘッド１６の軸線方向へと変更する第１外周面ミラー８と、第１外周面ミラー８にて変更された光路を被検査物１００の外周面１００ｂに向けて変更する第２外周面ミラー９と、を備えた。
【解決手段】同軸に配置された被検査物１００の内部に対して出没可能に設けられ、外周に設けられた透光窓１６ａから検査光が射出される検査ヘッド１６を有し、検査ヘッド１６がその軸線ＡＸの方向に移動して被検査物１００の内周面１００ａに向けて検査光を照射し、その反射光の光量に基づいて被検査物１００の表面を検査する表面検査装置１であって、被検査物１００から透光窓１６ａが突出する位置にて検査ヘッド１６から射出される検査光の光路を被検査物１００の外周面１００ｂよりも外側で検査ヘッド１６の軸線方向へと変更する第１外周面ミラー８と、第１外周面ミラー８にて変更された光路を被検査物１００の外周面１００ｂに向けて変更する第２外周面ミラー９と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の表面を検査光で走査してその表面からの反射光を受光し、その反射光の光量に基づいて表面状態を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検査物の内部に検査ヘッドを挿入して内周面を検査するとともに、被検査物の上方にミラーを配置して上端部の平坦面をも検査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２００５−２９１７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
被検査物の内周面だけではなく、近年はその外周面の表面状態の検査の要望も多い。外周面の検査に専用の装置を設けると装置設置のスペースや費用等のコストが発生するため、被検査物の内周面の表面状態を検査する装置を利用したい。
【０００４】
そこで、本発明は被検査物の内周面の表面状態を検査可能であるとともに、その外周面の表面状態も検査可能であ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】
【０００５】
本発明の表面検査装置は、同軸に配置された被検査物（１００）の内部に対して出没自在に設けられ、外周に設けられた開口部（１６ａ）から検査光が射出される検査ヘッド（１６）を有し、前記検査ヘッドがその軸線（ＡＸ）方向に移動して前記被検査物の内周面（１００ａ）に向けて検査光を照射し、その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）であって、前記被検査物から前記開口部が突出する位置にて前記検査ヘッドから射出される検査光の光路を前記被検査物の外周面（１００ｂ）よりも外側で前記検査ヘッドの軸線方向へと変更する第１光路変更部材（８）と、前記第１光路変更部材にて変更された光路を前記被検査物の外周面に向けて変更する第２光路変更部材（９）と、を備えたことにより上記課題を解決する。
【０００６】
本発明の表面検査装置によれば、検査ヘッドから射出される検査光の光路は、第１光路変更部材により検査ヘッドの軸線方向へと変更され、さらに第２光路変更部材により被検査物の外周面へと変更される。検査光は外周面で反射し、その反射光は検査光とは逆向きの光路をたどり、外周面の検査に供される。検査ヘッドを被検査物の内部に挿入すれば被検査物の内周面の検査も可能である。従って、被検査物の内周面及び外周面の検査を１台の検査ヘッドで行うことができる。
【０００７】
本発明の表面検査装置の一形態において、前記検査ヘッドはその軸線の回りに回転自在に設けられ、前記第１光路変更部材及び前記第２光路変更部材は、それぞれリング状の光路変更面（８ａ、９ａ）を有し、その光路変更面が前記被検査物の外周面を取り囲むようにして設けられていてもよい。この形態によれば、第１光路変更部材及び第２光路変更部材が被検査物の周囲を取り囲むようにして設けられているので、検査ヘッドを回転させることにより、外周面の周方向の走査が可能となる。
【０００８】
本発明の表面検査装置の一形態において、前記被検査物を前記軸線の回りに回転させる回転移動機構（７６）を備えてもよい。この形態によれば、被検査物をその軸線の回りに回転させることにより、外周面の周方向の走査が可能となる。
【０００９】
本発明の表面検査装置の一形態において、前記第１光路変更部材及び前記第２光路変更部材を保持する保持部材（１０）を備えてもよい。この形態によれば、第１光路変更部材及び第２光路変更部材を同一の保持部材に保持させることで操作性を向上することができる。
【００１０】
保持部材が設けられた形態において、前記保持部材には、前記第１光路変更部材と前記第２光路変更部材との間に、前記検査光及び前記反射光を集光する第１レンズ（７２）が設けられていてもよい。この形態によれば、第１光路変更部材及び第２光路変更部材間に第１レンズを設けたことにより、検査光及び反射光の収差が補正される。これにより、より高精度に外周面の検査をすることができる。
【００１１】
保持部材が設けられた形態において、前記保持部材には、前記第２光路変更部材と前記被検査物との間に、前記検査光及び前記反射光を集光する第２レンズ（７３）が設けられていてもよい。この形態によれば、第２光路変更部材及び被検査物の外周面のとの間に第２レンズを設けたことにより、検査光及び反射光の収差が補正される。これにより、より高精度に外周面の検査をすることができる。
【００１２】
保持部材が設けられた形態において、前記検査ヘッドの軸線方向の移動に伴って、前記保持部材を同期して移動させる第１移動機構（７１）を備えてもよい。この形態によれば、第１移動機構により、第１光路変更部材及び第２光路変更部材が検査ヘッドの移動に伴って被検査物に対して相対的に移動することになる。これにより、被検査物の外周面に対して軸線方向の走査が可能となる。
【００１３】
保持部材が設けられた形態において、前記保持部材に対して前記第２光路変更部材を前記軸線方向に移動させる第２移動機構（７４）を備えてもよい。この形態によれば、第２移動機構により、第２光路変更部材が被検査物の外周面に対して相対的に移動することになる。検査ヘッド及び第１光路変更部材を軸線方向に移動させなくても、第２光路変更部材を軸線方向に移動させることにより、外周面の軸線方向の走査が可能となる。
【００１４】
本発明の表面検査装置の一形態において、前記被検査物を前記軸線方向に移動させる被検査物移動機構（７５）を備えてもよい。この形態によれば、検査ヘッド、第１光路変更部材及び第２光路変更部材を軸線方向に移動させなくても、被検査物を軸線方向に移動させることにより、被検査物の外周面の軸線方向の走査が可能となる。
【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、説明したように、本発明の表面検査装置においては、検査ヘッドから射出される検査光の光路は、第１光路変更部材により検査ヘッドの軸線方向へと変更され、さらに第２光路変更部材により被検査物の外周面へと変更される。検査光は外周面で反射し、その反射光は検査光とは逆向きの光路をたどり、外周面の検査に供される。検査ヘッドを被検査物の内部に挿入すれば被検査物の内周面の検査も可能である。従って、被検査物の内周面及び外周面の検査を１台の検査ヘッドで行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に、本発明の一形態に係る表面検査装置の概略構成を示す。表面検査装置１は被検査物１００に設けられた円筒形の内周面１００ａの検査とともに外周面１００ｂの検査にも適した装置であり、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１００に対して検査光を投光し、かつ被検査物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、被検査物１００の外周面１００ｂを検査するための外周面検査ユニット７とを備えている。まず、被検査物１００の内周面１００ａの検査のための構成を中心に説明する。
【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、被検査物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被検査物１００に向かって導く投光ファイバ１３と、被検査物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。検査ヘッド１６は保持筒１５のさらに外側にて回転自在に支持されている。
【００１９】
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、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開口部としての透光窓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、被検査物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を通過して被検査物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、被検査物１００の内周面１００ａに対する検査光の照射位置を被検査物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、被検査物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、検査光が被検査物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、検査光が被検査物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。なお、外周面検査ユニット７の説明については、後述する。
【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】
被検査物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、被検査物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に被検査物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被検査物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、例えば被検査物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に外周面検査ユニット７の概略図を示す。外周面検査ユニット７は、ミラー１８の対向に設けられ、ミラー１８により透光窓１６ａへ向けて変更された検査光の光路を軸線ＡＸの方向に向けて変更する第１光路変更部材としての第１外周面ミラー８と、第１外周面ミラー８の対向に設けられ、第１外周面ミラー８からの検査光を外周面１００ｂに向けて変更する第２光路変更部材としての第２外周面ミラー９と、各外周面ミラー８、９を保持する保持部材としての外筒１０と、外筒１０を軸線方向に移動させる第１移動機構７１とを備えている。検査ヘッド１６は、被検査物１００から透光窓１６ａが突出して位置し、その透光窓１６ａと第１外周面ミラー８とが対向するように配置される。
【００２９】
第１外周面ミラー８は、リング状で光路変更面としての反射面８ａが所定の傾きを有し、検査ヘッド１６を３６０°の方向に取り囲むようにして設けられている。つまり、第１外周面ミラー８のリングの中心に検査ヘッド１６が位置し、回転する検査ヘッド１６のミラー１８に対して、常に一定の間隔を有し、検査光の向きを軸線方向と平行な方向へ変更する。第２外周面ミラー９も、第１外周面ミラー８と同様のリング状で光路変更面としての反射面９ａが所定の傾きを有し、被検査物１００の外周を３６０°の方向に取り囲むようにして設けられている。ただし、第２外周面ミラー９の反射面９ａは、第１外周面ミラー８からの検査光を被検査物１００の外周面１００ｂに垂直に入射する向きに変更するようにして設けられている。一例として、ミラー１８が軸線方向に対して４５°の角度で設置されている場合、回転するミラー１８の反射面と向かい合う第１外周面ミラー８の反射面８ａとが平行になるように第１外周面ミラー８が設けられる。第１外周面ミラー８にて軸線方向と平行な方向に検査光の光路が変更される。第２外周面ミラー９の反射面９ａが第１外周面ミラー８の反射面８ａと垂直となるようにして第２外周面ミラー９が設けられる。この場合、第２外周面ミラー９により検査光は外周面１００ｂに対して垂直に入射する。
【００３０】
外筒１０は、被検査物１００の周囲を覆うようにして設けられ、外筒１０の軸線は検査ヘッド１６の軸線ＡＸと一致している。外筒１０は、第１外周面ミラー８及び第２外周面ミラー９がその内周面１０ａに固定される筒部１０ｂと、筒部１０ｂの上端に設けられた蓋部１０ｃとを有する。蓋部１０ｃの中心には、検査ヘッド１６が挿入される挿入孔１０ｄが設けられている。挿入孔１０ｄに検査ヘッド１６が挿入され、第１外周面ミラー８にミラー１８が対向することにより被検査物１００の外周面１００ｂが検査される。なお、筒部１０ｂと蓋部１０ｃとは、一体に形成されていてもよいし、筒部１０ｂと蓋部１０ｃとが着脱可能に設けられていてもよい。筒部１０ｂの下端にも蓋部が設けられていてもよいし、蓋部１０ｃが設けられていなくともよい。外筒１０は、検査ヘッド１６に対して着脱可能に設けられている。
【００３１】
第１移動機構７１は、検査ヘッド１６の軸線方向の移動に対して外筒１０を同期して軸線方向へ移動させる。このとき、検査ヘッド１６の透光窓１６ａ、つまり、ミラー１８の反射面と、第１外周面ミラー８の反射面８ａとの対向を保つようにして外筒１０が移動する。第１移動機構７１の構成は、モータやレールを組み合わせる等、周知の駆動技術を利用してよい。第１移動機構７１を動作制御部６１にて制御してもよい。
【００３２】
外周面検査ユニット７による、被検査物１００の外周面の検査について説明する。検査ヘッド１６のミラー１８と第１外周面ミラー８とが対向するように検査ヘッド１６に外周面検査ユニット７を取り付ける。検査ユニット１６の軸線方向の移動と外周面検査ユニット７の軸線方向の移動とが同期するように動作制御部６１にて第１移動機構７１の動作が制御される。被検査物１００は所定の位置に固定される。検査ヘッド１６と外周面検査ユニット７とが同期して移動するので、外周面１００ｂの軸線方向への走査が可能となる。また、各外周面ミラー８、９が被検査物１００を取り囲むようにして設けられているので、検査ヘッド１６が回転することにより外周面１００ｂの周方向への走査も可能となる。これにより、外周面１００ｂの全面の検査ができる。
【００３３】
ＬＤ１１から射出された検査光は投光ファイバ１３を介して導かれ、レンズ１７にて集光されつつミラー１８にて第１外周面ミラー８の方向へと光路が変更される。さらに、検査光は第１外周面ミラー８にて第２外周面ミラー９の方向へと光路が変更され、第２外周面ミラー９にて被検査物１００の外周面１００ｂに入射するように光路が変更される。外周面１００ｂで検査光は反射し、その反射光は逆向きの光路をたどり、レンズ１７にて受光ファイバ１４へと集光される。そして、受光ファイバ１４を介して反射光はＰＤ１２へと導かれる。外周面１００ｂの走査に関する制御部３での処理は、上述した内周面１００ａの走査に関する処理と同様なので説明を省略する。
【００３４】
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。例えば、本形態の外周面検査ユニット７の各外周面ミラー８、９間に第１レンズとしてのレンズ７２を設けてもよいし、第２外周面ミラー９の被検査物１００の外周面１００ｂとの間に第２レンズとしてのレンズ７３を設けてもよい。図３は、レンズ７２、７３が設けられた外周面検査ユニット７での光路を示す図である。なお、図３において、外周面検査ユニット７の外筒１０は省略されている。各レンズ７２、７３により検査光及び反射光の収差が補正される。各レンズ７２、７３は、各外周面ミラー８、９と同様、外筒１０に固定され、被検査物１００を取り囲むようにして３６０°の方向に設けられている。これにより、周方向の走査に対応することができ、高精度の検査ができる。各レンズ７２、７３はいずれか一方のみを設けてもよいし、あるいは、ミラー１８と第１外周面ミラー８との間にレンズを設けてもよい。被検査物１００の性質、形状等や、求められる精度に応じた構成を採用してもよい。各外周面ミラー８、９や各レンズ７２、７３は、外筒１０に全てが設けられていなくともよく、個別に配置されて各自が独立して駆動するように構成してもよい。
【００３５】
本形態では、被検査物１００を固定して、検査ヘッド１６及び外筒１０を相対移動させることにより被検査物１００の外周面１００ｂを走査したが、これに限られず、外筒１０に対して第２外周面ミラー９を軸線方向に移動させてもよい。この形態においては、図４にも示すように、第１移動機構７１に代えて、第２外周面ミラー９を外筒１０に対して軸線方向に移動させる第２移動機構７４が外周面検査ユニット７に設けられている。第２移動機構７４の構成については、第１移動機構７１と同様、周知の駆動技術を利用してよい。検査ヘッド１６は、軸線方向へは移動せず、軸線ＡＸの回りに回転する回転移動のみ動作し、外周面検査ユニット７の外筒１０及び被検査物１００はともに固定される。外周面１００ｂの軸線方向の走査は第２外周面ミラー９の移動により行われ、周方向の走査は検査ヘッド１６の回転移動により行われる。第２移動機構７４を動作制御部６１にて制御してもよい。
【００３６】
あるいは、第１移動機構７１又は第２移動機構７４に代えて、図５に示すように、被検査物１００を軸線方向に移動させる被検査物移動機構７５を外周面検査ユニット７に設けてもよい。この形態においては、外周面検査ユニット７を固定（第２外周面ミラー９も固定される。）して、被検査物１００が軸線方向に移動される。被検査物移動機構７５の構成についても第１移動機構と同様、周知の駆動技術を利用してもよい。検査ヘッド１６は、軸線方向へは移動せず、軸線ＡＸの回りに回転する回転移動のみ動作する。外周面１００ｂの軸線方向の走査は被検査物１００の軸線方向の移動により行われ、周方向の操作は検査ヘッド１６の回転移動により行われる。
【００３７】
また、検査ヘッド１６が回転される形態に限られず、検査ヘッド１６を回転させずに被検査物１００を回転させることにより、表面状態を検査してもよい。例えば、図６に示すように外周面検査ユニット７に被検査物１００を軸線ＡＸの回りに回転させる回転移動機構７６を設けてもよい。この形態においては、検査ヘッド１６と外筒１０とが同期して軸線方向に移動し、回転移動機構７６により検査ヘッド１６の軸線方向と同軸に設置された被検査物１００が軸線ＡＸの回りに回転する。外周面１００ｂの軸線方向の走査は検査ヘッド１６及び外筒１０の軸線方向の移動により行われ、周方向の走査は、被検査物１００の軸線ＡＸの回りの回転移動により行われる。外筒１０の軸線方向の移動には、上述した第１移動機構７１を利用することができる。回転移動機構７６の構成については、モータ等を組み合わせる等、周知の駆動技術を利用してよい。回転移動機構７６を動作制御部６１にて制御してもよい。
【００３８】
あるいは、軸線方向の走査を第２外周面ミラー９の軸線方向の移動により行ってもよい。この場合においては、検査ヘッド１６及び外筒１０は周方向及び軸線方向のいずれにも移動せず、第２外周面ミラー９の軸線方向の移動により、外周面１００ｂの軸線方向の走査が行われる。周方向の走査については、被検査物１００の回転により行われる。第２外周面ミラー９の移動には、上述した第２移動機構７４を利用することができる。あるいは、第２外周面ミラー９を含む外筒１０及び検査ヘッド１６を固定して、被検査物１００を軸線方向に移動させ、かつ軸線ＡＸの回りに回転移動させることにより、外周面１００ｂの軸線方向及び周方向の走査を行ってもよい。被検査物１００の軸線方向の移動及び回転移動には、上述した被検査物移動機構７５及び回転移動機構７６を利用することができる。なお、検査ヘッド１６が回転せずに被検査物１００が回転される形態においては、各外周面ミラー８、９及び各レンズ７２、７３（設置している場合）は、被検査物１００の周囲を取り囲むように設ける必要はなく、検査光及び反射光の光路に応じて設ければよい。検査ヘッド１６が回転しないので、光路も被検査物１００の回りを回転しないからである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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】外周面検査ユニットの概略図。
【図３】レンズが設けられた外周面検査ユニットでの光路を示す図。
【図４】外周面検査ユニットに第２移動機構を設けた形態を説明する図。
【図５】外周面検査ユニットに被検査物移動機構を設けた形態を説明する図。
【図６】外周面検査ユニットに回転移動機構を設けた形態を説明する図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 表面検査装置
８ 第１外周面ミラー（第１光路変更部材）
９ 第２外周面ミラー（第２光路変更部材）
１６ 検査ヘッド
１００ 被検査物
１００ａ 内周面
１００ｂ 外周面
ＡＸ 軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の表面を検査光で走査してその表面からの反射光を受光し、その反射光の光量に基づいて表面状態を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検査物の内部に検査ヘッドを挿入して内周面を検査するとともに、被検査物の上方にミラーを配置して上端部の平坦面をも検査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２００５−２９１７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
被検査物の内周面だけではなく、近年はその外周面の表面状態の検査の要望も多い。外周面の検査に専用の装置を設けると装置設置のスペースや費用等のコストが発生するため、被検査物の内周面の表面状態を検査する装置を利用したい。
【０００４】
そこで、本発明は被検査物の内周面の表面状態を検査可能であるとともに、その外周面の表面状態も検査可能であ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】
【０００５】
本発明の表面検査装置は、同軸に配置された被検査物（１００）の内部に対して出没自在に設けられ、外周に設けられた開口部（１６ａ）から検査光が射出される検査ヘッド（１６）を有し、前記検査ヘッドがその軸線（ＡＸ）方向に移動して前記被検査物の内周面（１００ａ）に向けて検査光を照射し、その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）であって、前記被検査物から前記開口部が突出する位置にて前記検査ヘッドから射出される検査光の光路を前記被検査物の外周面（１００ｂ）よりも外側で前記検査ヘッドの軸線方向へと変更する第１光路変更部材（８）と、前記第１光路変更部材にて変更された光路を前記被検査物の外周面に向けて変更する第２光路変更部材（９）と、を備えたことにより上記課題を解決する。
【０００６】
本発明の表面検査装置によれば、検査ヘッドから射出される検査光の光路は、第１光路変更部材により検査ヘッドの軸線方向へと変更され、さらに第２光路変更部材により被検査物の外周面へと変更される。検査光は外周面で反射し、その反射光は検査光とは逆向きの光路をたどり、外周面の検査に供される。検査ヘッドを被検査物の内部に挿入すれば被検査物の内周面の検査も可能である。従って、被検査物の内周面及び外周面の検査を１台の検査ヘッドで行うことができる。
【０００７】
本発明の表面検査装置の一形態において、前記検査ヘッドはその軸線の回りに回転自在に設けられ、前記第１光路変更部材及び前記第２光路変更部材は、それぞれリング状の光路変更面（８ａ、９ａ）を有し、その光路変更面が前記被検査物の外周面を取り囲むようにして設けられていてもよい。この形態によれば、第１光路変更部材及び第２光路変更部材が被検査物の周囲を取り囲むようにして設けられているので、検査ヘッドを回転させることにより、外周面の周方向の走査が可能となる。
【０００８】
本発明の表面検査装置の一形態において、前記被検査物を前記軸線の回りに回転させる回転移動機構（７６）を備えてもよい。この形態によれば、被検査物をその軸線の回りに回転させることにより、外周面の周方向の走査が可能となる。
【０００９】
本発明の表面検査装置の一形態において、前記第１光路変更部材及び前記第２光路変更部材を保持する保持部材（１０）を備えてもよい。この形態によれば、第１光路変更部材及び第２光路変更部材を同一の保持部材に保持させることで操作性を向上することができる。
【００１０】
保持部材が設けられた形態において、前記保持部材には、前記第１光路変更部材と前記第２光路変更部材との間に、前記検査光及び前記反射光を集光する第１レンズ（７２）が設けられていてもよい。この形態によれば、第１光路変更部材及び第２光路変更部材間に第１レンズを設けたことにより、検査光及び反射光の収差が補正される。これにより、より高精度に外周面の検査をすることができる。
【００１１】
保持部材が設けられた形態において、前記保持部材には、前記第２光路変更部材と前記被検査物との間に、前記検査光及び前記反射光を集光する第２レンズ（７３）が設けられていてもよい。この形態によれば、第２光路変更部材及び被検査物の外周面のとの間に第２レンズを設けたことにより、検査光及び反射光の収差が補正される。これにより、より高精度に外周面の検査をすることができる。
【００１２】
保持部材が設けられた形態において、前記検査ヘッドの軸線方向の移動に伴って、前記保持部材を同期して移動させる第１移動機構（７１）を備えてもよい。この形態によれば、第１移動機構により、第１光路変更部材及び第２光路変更部材が検査ヘッドの移動に伴って被検査物に対して相対的に移動することになる。これにより、被検査物の外周面に対して軸線方向の走査が可能となる。
【００１３】
保持部材が設けられた形態において、前記保持部材に対して前記第２光路変更部材を前記軸線方向に移動させる第２移動機構（７４）を備えてもよい。この形態によれば、第２移動機構により、第２光路変更部材が被検査物の外周面に対して相対的に移動することになる。検査ヘッド及び第１光路変更部材を軸線方向に移動させなくても、第２光路変更部材を軸線方向に移動させることにより、外周面の軸線方向の走査が可能となる。
【００１４】
本発明の表面検査装置の一形態において、前記被検査物を前記軸線方向に移動させる被検査物移動機構（７５）を備えてもよい。この形態によれば、検査ヘッド、第１光路変更部材及び第２光路変更部材を軸線方向に移動させなくても、被検査物を軸線方向に移動させることにより、被検査物の外周面の軸線方向の走査が可能となる。
【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、説明したように、本発明の表面検査装置においては、検査ヘッドから射出される検査光の光路は、第１光路変更部材により検査ヘッドの軸線方向へと変更され、さらに第２光路変更部材により被検査物の外周面へと変更される。検査光は外周面で反射し、その反射光は検査光とは逆向きの光路をたどり、外周面の検査に供される。検査ヘッドを被検査物の内部に挿入すれば被検査物の内周面の検査も可能である。従って、被検査物の内周面及び外周面の検査を１台の検査ヘッドで行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に、本発明の一形態に係る表面検査装置の概略構成を示す。表面検査装置１は被検査物１００に設けられた円筒形の内周面１００ａの検査とともに外周面１００ｂの検査にも適した装置であり、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１００に対して検査光を投光し、かつ被検査物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、被検査物１００の外周面１００ｂを検査するための外周面検査ユニット７とを備えている。まず、被検査物１００の内周面１００ａの検査のための構成を中心に説明する。
【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、被検査物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被検査物１００に向かって導く投光ファイバ１３と、被検査物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。検査ヘッド１６は保持筒１５のさらに外側にて回転自在に支持されている。
【００１９】
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、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開口部としての透光窓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、被検査物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を通過して被検査物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、被検査物１００の内周面１００ａに対する検査光の照射位置を被検査物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、被検査物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、検査光が被検査物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、検査光が被検査物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。なお、外周面検査ユニット７の説明については、後述する。
【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】
被検査物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、被検査物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に被検査物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被検査物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、例えば被検査物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に外周面検査ユニット７の概略図を示す。外周面検査ユニット７は、ミラー１８の対向に設けられ、ミラー１８により透光窓１６ａへ向けて変更された検査光の光路を軸線ＡＸの方向に向けて変更する第１光路変更部材としての第１外周面ミラー８と、第１外周面ミラー８の対向に設けられ、第１外周面ミラー８からの検査光を外周面１００ｂに向けて変更する第２光路変更部材としての第２外周面ミラー９と、各外周面ミラー８、９を保持する保持部材としての外筒１０と、外筒１０を軸線方向に移動させる第１移動機構７１とを備えている。検査ヘッド１６は、被検査物１００から透光窓１６ａが突出して位置し、その透光窓１６ａと第１外周面ミラー８とが対向するように配置される。
【００２９】
第１外周面ミラー８は、リング状で光路変更面としての反射面８ａが所定の傾きを有し、検査ヘッド１６を３６０°の方向に取り囲むようにして設けられている。つまり、第１外周面ミラー８のリングの中心に検査ヘッド１６が位置し、回転する検査ヘッド１６のミラー１８に対して、常に一定の間隔を有し、検査光の向きを軸線方向と平行な方向へ変更する。第２外周面ミラー９も、第１外周面ミラー８と同様のリング状で光路変更面としての反射面９ａが所定の傾きを有し、被検査物１００の外周を３６０°の方向に取り囲むようにして設けられている。ただし、第２外周面ミラー９の反射面９ａは、第１外周面ミラー８からの検査光を被検査物１００の外周面１００ｂに垂直に入射する向きに変更するようにして設けられている。一例として、ミラー１８が軸線方向に対して４５°の角度で設置されている場合、回転するミラー１８の反射面と向かい合う第１外周面ミラー８の反射面８ａとが平行になるように第１外周面ミラー８が設けられる。第１外周面ミラー８にて軸線方向と平行な方向に検査光の光路が変更される。第２外周面ミラー９の反射面９ａが第１外周面ミラー８の反射面８ａと垂直となるようにして第２外周面ミラー９が設けられる。この場合、第２外周面ミラー９により検査光は外周面１００ｂに対して垂直に入射する。
【００３０】
外筒１０は、被検査物１００の周囲を覆うようにして設けられ、外筒１０の軸線は検査ヘッド１６の軸線ＡＸと一致している。外筒１０は、第１外周面ミラー８及び第２外周面ミラー９がその内周面１０ａに固定される筒部１０ｂと、筒部１０ｂの上端に設けられた蓋部１０ｃとを有する。蓋部１０ｃの中心には、検査ヘッド１６が挿入される挿入孔１０ｄが設けられている。挿入孔１０ｄに検査ヘッド１６が挿入され、第１外周面ミラー８にミラー１８が対向することにより被検査物１００の外周面１００ｂが検査される。なお、筒部１０ｂと蓋部１０ｃとは、一体に形成されていてもよいし、筒部１０ｂと蓋部１０ｃとが着脱可能に設けられていてもよい。筒部１０ｂの下端にも蓋部が設けられていてもよいし、蓋部１０ｃが設けられていなくともよい。外筒１０は、検査ヘッド１６に対して着脱可能に設けられている。
【００３１】
第１移動機構７１は、検査ヘッド１６の軸線方向の移動に対して外筒１０を同期して軸線方向へ移動させる。このとき、検査ヘッド１６の透光窓１６ａ、つまり、ミラー１８の反射面と、第１外周面ミラー８の反射面８ａとの対向を保つようにして外筒１０が移動する。第１移動機構７１の構成は、モータやレールを組み合わせる等、周知の駆動技術を利用してよい。第１移動機構７１を動作制御部６１にて制御してもよい。
【００３２】
外周面検査ユニット７による、被検査物１００の外周面の検査について説明する。検査ヘッド１６のミラー１８と第１外周面ミラー８とが対向するように検査ヘッド１６に外周面検査ユニット７を取り付ける。検査ユニット１６の軸線方向の移動と外周面検査ユニット７の軸線方向の移動とが同期するように動作制御部６１にて第１移動機構７１の動作が制御される。被検査物１００は所定の位置に固定される。検査ヘッド１６と外周面検査ユニット７とが同期して移動するので、外周面１００ｂの軸線方向への走査が可能となる。また、各外周面ミラー８、９が被検査物１００を取り囲むようにして設けられているので、検査ヘッド１６が回転することにより外周面１００ｂの周方向への走査も可能となる。これにより、外周面１００ｂの全面の検査ができる。
【００３３】
ＬＤ１１から射出された検査光は投光ファイバ１３を介して導かれ、レンズ１７にて集光されつつミラー１８にて第１外周面ミラー８の方向へと光路が変更される。さらに、検査光は第１外周面ミラー８にて第２外周面ミラー９の方向へと光路が変更され、第２外周面ミラー９にて被検査物１００の外周面１００ｂに入射するように光路が変更される。外周面１００ｂで検査光は反射し、その反射光は逆向きの光路をたどり、レンズ１７にて受光ファイバ１４へと集光される。そして、受光ファイバ１４を介して反射光はＰＤ１２へと導かれる。外周面１００ｂの走査に関する制御部３での処理は、上述した内周面１００ａの走査に関する処理と同様なので説明を省略する。
【００３４】
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。例えば、本形態の外周面検査ユニット７の各外周面ミラー８、９間に第１レンズとしてのレンズ７２を設けてもよいし、第２外周面ミラー９の被検査物１００の外周面１００ｂとの間に第２レンズとしてのレンズ７３を設けてもよい。図３は、レンズ７２、７３が設けられた外周面検査ユニット７での光路を示す図である。なお、図３において、外周面検査ユニット７の外筒１０は省略されている。各レンズ７２、７３により検査光及び反射光の収差が補正される。各レンズ７２、７３は、各外周面ミラー８、９と同様、外筒１０に固定され、被検査物１００を取り囲むようにして３６０°の方向に設けられている。これにより、周方向の走査に対応することができ、高精度の検査ができる。各レンズ７２、７３はいずれか一方のみを設けてもよいし、あるいは、ミラー１８と第１外周面ミラー８との間にレンズを設けてもよい。被検査物１００の性質、形状等や、求められる精度に応じた構成を採用してもよい。各外周面ミラー８、９や各レンズ７２、７３は、外筒１０に全てが設けられていなくともよく、個別に配置されて各自が独立して駆動するように構成してもよい。
【００３５】
本形態では、被検査物１００を固定して、検査ヘッド１６及び外筒１０を相対移動させることにより被検査物１００の外周面１００ｂを走査したが、これに限られず、外筒１０に対して第２外周面ミラー９を軸線方向に移動させてもよい。この形態においては、図４にも示すように、第１移動機構７１に代えて、第２外周面ミラー９を外筒１０に対して軸線方向に移動させる第２移動機構７４が外周面検査ユニット７に設けられている。第２移動機構７４の構成については、第１移動機構７１と同様、周知の駆動技術を利用してよい。検査ヘッド１６は、軸線方向へは移動せず、軸線ＡＸの回りに回転する回転移動のみ動作し、外周面検査ユニット７の外筒１０及び被検査物１００はともに固定される。外周面１００ｂの軸線方向の走査は第２外周面ミラー９の移動により行われ、周方向の走査は検査ヘッド１６の回転移動により行われる。第２移動機構７４を動作制御部６１にて制御してもよい。
【００３６】
あるいは、第１移動機構７１又は第２移動機構７４に代えて、図５に示すように、被検査物１００を軸線方向に移動させる被検査物移動機構７５を外周面検査ユニット７に設けてもよい。この形態においては、外周面検査ユニット７を固定（第２外周面ミラー９も固定される。）して、被検査物１００が軸線方向に移動される。被検査物移動機構７５の構成についても第１移動機構と同様、周知の駆動技術を利用してもよい。検査ヘッド１６は、軸線方向へは移動せず、軸線ＡＸの回りに回転する回転移動のみ動作する。外周面１００ｂの軸線方向の走査は被検査物１００の軸線方向の移動により行われ、周方向の操作は検査ヘッド１６の回転移動により行われる。
【００３７】
また、検査ヘッド１６が回転される形態に限られず、検査ヘッド１６を回転させずに被検査物１００を回転させることにより、表面状態を検査してもよい。例えば、図６に示すように外周面検査ユニット７に被検査物１００を軸線ＡＸの回りに回転させる回転移動機構７６を設けてもよい。この形態においては、検査ヘッド１６と外筒１０とが同期して軸線方向に移動し、回転移動機構７６により検査ヘッド１６の軸線方向と同軸に設置された被検査物１００が軸線ＡＸの回りに回転する。外周面１００ｂの軸線方向の走査は検査ヘッド１６及び外筒１０の軸線方向の移動により行われ、周方向の走査は、被検査物１００の軸線ＡＸの回りの回転移動により行われる。外筒１０の軸線方向の移動には、上述した第１移動機構７１を利用することができる。回転移動機構７６の構成については、モータ等を組み合わせる等、周知の駆動技術を利用してよい。回転移動機構７６を動作制御部６１にて制御してもよい。
【００３８】
あるいは、軸線方向の走査を第２外周面ミラー９の軸線方向の移動により行ってもよい。この場合においては、検査ヘッド１６及び外筒１０は周方向及び軸線方向のいずれにも移動せず、第２外周面ミラー９の軸線方向の移動により、外周面１００ｂの軸線方向の走査が行われる。周方向の走査については、被検査物１００の回転により行われる。第２外周面ミラー９の移動には、上述した第２移動機構７４を利用することができる。あるいは、第２外周面ミラー９を含む外筒１０及び検査ヘッド１６を固定して、被検査物１００を軸線方向に移動させ、かつ軸線ＡＸの回りに回転移動させることにより、外周面１００ｂの軸線方向及び周方向の走査を行ってもよい。被検査物１００の軸線方向の移動及び回転移動には、上述した被検査物移動機構７５及び回転移動機構７６を利用することができる。なお、検査ヘッド１６が回転せずに被検査物１００が回転される形態においては、各外周面ミラー８、９及び各レンズ７２、７３（設置している場合）は、被検査物１００の周囲を取り囲むように設ける必要はなく、検査光及び反射光の光路に応じて設ければよい。検査ヘッド１６が回転しないので、光路も被検査物１００の回りを回転しないからである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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】外周面検査ユニットの概略図。
【図３】レンズが設けられた外周面検査ユニットでの光路を示す図。
【図４】外周面検査ユニットに第２移動機構を設けた形態を説明する図。
【図５】外周面検査ユニットに被検査物移動機構を設けた形態を説明する図。
【図６】外周面検査ユニットに回転移動機構を設けた形態を説明する図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 表面検査装置
８ 第１外周面ミラー（第１光路変更部材）
９ 第２外周面ミラー（第２光路変更部材）
１６ 検査ヘッド
１００ 被検査物
１００ａ 内周面
１００ｂ 外周面
ＡＸ 軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸に配置された被検査物の内部に対して出没自在に設けられ、外周に設けられた開口部から検査光が射出される検査ヘッドを有し、前記検査ヘッドがその軸線方向に移動して前記被検査物の内周面に向けて検査光を照射し、その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であって、
前記被検査物から前記開口部が突出する位置にて前記検査ヘッドから射出される検査光の光路を前記被検査物の外周面よりも外側で前記検査ヘッドの軸線方向へと変更する第１光路変更部材と、
前記第１光路変更部材にて変更された光路を前記被検査物の外周面に向けて変更する第２光路変更部材と、
を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記検査ヘッドはその軸線の回りに回転自在に設けられ、前記第１光路変更部材及び前記第２光路変更部材は、それぞれリング状の光路変更面を有し、その光路変更面が前記被検査物の外周面を取り囲むようにして設けられ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】
前記被検査物を前記軸線の回りに回転させる回転移動機構を備えた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４】
前記第１光路変更部材及び前記第２光路変更部材を保持する保持部材を備えた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】
前記保持部材には、前記第１光路変更部材と前記第２光路変更部材との間に、前記検査光及び前記反射光を集光する第１レンズが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記保持部材には、前記第２光路変更部材と前記被検査物との間に、前記検査光及び前記反射光を集光する第２レンズが設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記検査ヘッドの軸線方向の移動に伴って、前記保持部材を同期して移動させる第１移動機構を備えたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記保持部材に対して前記第２光路変更部材を前記軸線方向に移動させる第２移動機構を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記被検査物を前記軸線方向に移動させる被検査物移動機構を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項１】
同軸に配置された被検査物の内部に対して出没自在に設けられ、外周に設けられた開口部から検査光が射出される検査ヘッドを有し、前記検査ヘッドがその軸線方向に移動して前記被検査物の内周面に向けて検査光を照射し、その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であって、
前記被検査物から前記開口部が突出する位置にて前記検査ヘッドから射出される検査光の光路を前記被検査物の外周面よりも外側で前記検査ヘッドの軸線方向へと変更する第１光路変更部材と、
前記第１光路変更部材にて変更された光路を前記被検査物の外周面に向けて変更する第２光路変更部材と、
を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記検査ヘッドはその軸線の回りに回転自在に設けられ、前記第１光路変更部材及び前記第２光路変更部材は、それぞれリング状の光路変更面を有し、その光路変更面が前記被検査物の外周面を取り囲むようにして設けられ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】
前記被検査物を前記軸線の回りに回転させる回転移動機構を備えた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４】
前記第１光路変更部材及び前記第２光路変更部材を保持する保持部材を備えた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】
前記保持部材には、前記第１光路変更部材と前記第２光路変更部材との間に、前記検査光及び前記反射光を集光する第１レンズが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記保持部材には、前記第２光路変更部材と前記被検査物との間に、前記検査光及び前記反射光を集光する第２レンズが設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記検査ヘッドの軸線方向の移動に伴って、前記保持部材を同期して移動させる第１移動機構を備えたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記保持部材に対して前記第２光路変更部材を前記軸線方向に移動させる第２移動機構を備えたことを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記被検査物を前記軸線方向に移動させる被検査物移動機構を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１３９４３２（Ｐ２０１０−１３９４３２Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１７２２９（Ｐ２００８−３１７２２９）
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（３９００１４６６１）キリンテクノシステム株式会社 (126)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１２日（２００８．１２．１２）
【出願人】（３９００１４６６１）キリンテクノシステム株式会社 (126)
【Ｆターム（参考）】
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