表面検査装置
【課題】被検査体の検査効率を低下させることなく異なる角度の走査画像を取得し、欠陥判定の精度を高める表面検査装置を提供する。
【解決手段】表面検査装置は、被検査体の軸に沿って導かれたレーザ光を反射するミラー手段と、ミラー手段によって反射され、被検査体の内側表面に印加されて反射されたレーザ光を受光する受光手段と、ミラー手段を被検査体の軸と同軸で回転させて周方向走査を行う周方向走査手段と、ミラー手段を被検査体の軸に沿って移動して軸方向走査を行う軸方向走査手段と、ミラー手段の被検査体の軸に対する反射角度を変更する反射角度変更手段とを備えている。
【解決手段】表面検査装置は、被検査体の軸に沿って導かれたレーザ光を反射するミラー手段と、ミラー手段によって反射され、被検査体の内側表面に印加されて反射されたレーザ光を受光する受光手段と、ミラー手段を被検査体の軸と同軸で回転させて周方向走査を行う周方向走査手段と、ミラー手段を被検査体の軸に沿って移動して軸方向走査を行う軸方向走査手段と、ミラー手段の被検査体の軸に対する反射角度を変更する反射角度変更手段とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体の内側表面を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属体を穿孔して得られる被検査体の内側表面にキズや打痕、バリ等の欠陥の有無を検査する装置として、レーザ光を穿孔内から被検査体の内側表面に照射し、反射した反射レーザ光の強度を検出し、内側表面全体を走査しながらこの検出を行うことによって画像を形成し、得られた画像から欠陥の有無を判断する技術がよく知られている。
【０００３】
しかしながら、穿孔時に使用した切削油を被検査体から洗い落とすための洗浄液が、乾燥後に被検査体の内側表面に付着物（洗浄痕）として残留する場合があり、本来欠陥品として判断されるべきではない被検査体であるにもかかわらず、表面検査時においては、キズ等が存在すると誤認して欠陥品と判断される問題が生じていた。
【０００４】
このような欠陥判定の精度を高める手法として、例えば特許文献１には、同一箇所を最低でも２回以上撮影し、二次元座標比較手段と三次元座標比較手段とから出力される二次元座標比較結果情報及び三次元座標比較結果情報に基づき、欠陥候補が検査対象物である円筒内面の欠陥であるかどうかを判定する欠陥検査装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ボアの内側表面に対するセンサヘッドの走査方向と切削加工の方向との交差角度に応じて、傷と判定する判定用閾値を変更することで、傷の検出精度を高めようとする表面検査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７６５４３号公報
【特許文献２】特開２００８−２４１６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている欠陥検査装置では、同一角度で複数回の撮影を行っているため、撮影される画像も必然的に酷似した画像となり、欠陥候補が真欠陥か偽欠陥であるかの判定は難しいものであった。また、同一箇所に対して複数回の撮影を行っているので、検査時間が長くなり、検査効率は低下する。
【０００８】
一方、特許文献２に開示されている表面検査装置では、検査対象の表面形状に応じた欠陥判定方法を用いているが、単一画像による判定方法であるため、欠陥の判定には限界があった。
【０００９】
そこで本発明は、被検査体の検査効率を低下させることなく異なる角度の走査画像を取得し、欠陥判定の精度を高めることができる表面検査装置を提供することを目的とする。特に走査画像における欠陥と洗浄痕との差を明確にすることで、欠陥判定の精度を高めるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、表面検査装置は、被検査体の軸に沿って導かれたレーザ光を反射するミラー手段と、ミラー手段によって反射され、被検査体の内側表面に印加されて反射されたレーザ光を受光する受光手段と、ミラー手段を被検査体の軸と同軸で回転させて周方向走査を行う周方向走査手段と、ミラー手段を被検査体の軸に沿って移動して軸方向走査を行う軸方向走査手段と、ミラー手段の被検査体の軸に対する反射角度を変更する反射角度変更手段とを備えている。
【００１１】
反射角度変更手段は、軸方向走査によりミラー手段があらかじめ定められた第１の位置に下降した際に、反射角度を基準角度からこの基準角度とは異なる所定角度に切り換えるように構成されていることが好ましい。この場合、反射角度変更手段は、側部に第１の係合部を有すると共に底部に回動支点を有しておりミラー手段が固着されている回動部材と、回動部材の第１の係合部に係合可能な第２の係合部を有しており非回動位置に設けられた第１の弾性部材とを備えており、回動部材は、軸方向走査により回動支点が固定面に押し当てられた際に回動し第１の弾性部材を弾性変形させて第１の係合部と第２の係合部との係合位置を切り換えるように構成されていることがより好ましい。さらに、この場合、第１の係合部が複数の溝部であり、第２の係合部が複数の溝部のうちの１つに係合される突出部であることも好ましい。
【００１２】
反射角度の基準角度が約９０°であり、反射角度の所定角度が約１０２°以上かつ約１１３°未満の角度であることがより好ましい。
【００１３】
反射角度変更手段は、軸方向走査によりミラー手段が第２の位置に上昇した際に、反射角度を切り換えられた所定角度から基準角度へ戻すように構成されていることも好ましい。この場合、反射角度変更手段は、軸方向走査によりミラー手段が第２の位置に上昇した際に、回動部材を回動と逆方向に押圧し、第１の係合部と第２の係合部との切り換えられた係合位置を元に戻す押圧ロッド手段を備えていることがより好ましい。さらに、この場合、反射角度変更手段は、通常時は、押圧ロッド手段と回動部材とを離間させ、軸方向走査によりその上端が押圧された際に弾性変形し、押圧ロッド手段を回動部材に当接させて回動と逆方向に押圧させる第２の弾性部材を備えていることがさらに好ましい。
【００１４】
受光手段によって受光された反射レーザ光を電気信号に変換する光電変換手段と、光電変化手段によって変換された電気信号を処理して走査画像を作成する処理手段と、処理手段によって形成された走査画像を表示する表示手段とをさらに備えていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、１回の検査で異なる２つの走査画像を取得するため、検査効率を落とすことはなく、欠陥判定の精度を高めることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、ミラー手段が検査によって回動した場合においても、自動的に復帰するため、検査効率を落とすことなく、異なる２つの走査画像を得ることができる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、被検査体とミラー手段との距離を６００ｍｍとした場合、レーザ光の反射角度を約１０２°以上かつ約１１３°未満の角度に設定すると、洗浄痕が表れず欠陥のみ表れる走査画像を得ることができるので、良品を欠陥品と判定することはなくなり、常に高い精度の欠陥判定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における表面検査装置全体の構成を示す概略図である。
【図２】図１の表面検査装置における走査プローブの拡大断面図である。
【図３】図２の走査プローブにおける回動筒体の先端部降下時の拡大断面図である。
【図４】図２の走査プローブにおける回動筒体の先端部上昇時の拡大断面図である。
【図５】図３に示す回動筒体の先端部降下時の種々の形態を示す拡大断面図である。
【図６】図３に示す回動筒体の先端部上昇時の種々の形態を示す拡大断面図である。
【図７】図１の表面検査装置における回動部材を９０°から種々の角度に回動させた際の走査画像を示す図である。
【図８】図１の表面検査装置において各反射角度に対する基準位置（反射角度９０°）からのずれを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態における表面検査装置１は、例えば金属体を穿孔してなる被検査体Ｐのその孔の内側表面を検査するための装置である。
【００２０】
この表面検査装置１は、図１に示すように、装置の基盤となる台座２と、台座２に立設されている昇降軸３及び支軸４と、図示しない駆動機構により昇降軸３に沿って上下移動可能に構成されている昇降装置５と、昇降装置５から水平方向に延設されているアーム部６と、レーザ光Ｒを発生するレーザ光発生器７と、アーム部６によって支持固定されており、レーザ光発生器７から送られたレーザ光Ｒ（図３及び図４）を被検査体Ｐの内側表面に照射する走査プローブ１０と、被検査体Ｐの内側表面で反射された反射レーザ光Ｒ’（図３及び図４）を解析する判定処理部８と、昇降装置５及び判定処理部８を制御する制御手段９と、支軸４の所定高さ位置に横設されており、走査プローブ１０の回転筒体１３を回転自在に支持している当接支持部１８とを備えている。検査されるべき孔を有する被検査体Ｐは、台座２の載置面２ａ上の所定位置に載置される。台座２は被検査体Ｐの孔に対応する部分に凹部を有しており、この凹部における底面、即ち、載置面２ａより下方に位置しておりかつ載置面２ａと平行である底面が当接面２ｂとなっている。後述するように、回動部材３２の回動支点３２ａがこの当接面２ｂに当接する。このように当接面２ｂを載置面２ａより下方に設けることにより、被検査体Ｐの孔の下部までその内側表面全体を走査することが可能となる。
【００２１】
本実施形態の表面検査装置１によれば、昇降装置５の上下移動に伴い、走査プローブ１０も上下移動することにより、被検査体Ｐの内側表面が軸方向に走査され、検査が行われる。なお、回転方向（周方向）の走査は、回転筒体１３の回転によって行われる。
【００２２】
走査プローブ１０は、図１及び図２に示すように、レーザ光発生器７に光学的に接続されており、このレーザ光発生器７からのレーザ光Ｒを受け取る本体部１１と、アーム部６に支持固定されており、本体部１１に固着されている回転モータ部１２と、回転モータ部１２によってその軸を中心に回転するように構成されている回転筒体１３と、回転筒体１３の先端部に設けられている光路変換部１４と、光路変換部１４の上方に設けられている回動復帰部１５と、本体部１１内にその一端が取り付けられている受光ケーブル１６とを備えている。回転モータ部１２の位置及びそれより下方に設けられている回転筒体１３、光路変換部１４及び回動復帰部１５は、このモータの駆動によって回転筒体１３と共に回転するように構成されている。光路変換部１４は回転筒体１３に固着されているが、回動復帰部１５は回転筒体１３の軸方向に移動可能となっている。回転筒体１３及び受光ケーブル１６の各々の内側には光ファイバ１７が配置されている。
【００２３】
図３及び図４に示すように、この走査プローブ１０によれば、レーザ光発生器７から出射されたレーザ光Ｒは、本体部１１及び回転モータ部１２内の回動筒体１３内を通過し、光路変換部１４において照射方向が変更されて、被検査体Ｐの内側表面に照射される。被検査体Ｐの内側表面において反射された反射レーザ光Ｒ’は、回転筒体１３の先端の受光部１３ａで受光され、回転筒体１３及び受光ケーブル１６内の光ファイバ１７を介して判定処理部８へ送られる。なお、回転筒体１３が高速回転するため、回転筒体１３内の光ファイバ１７と受光ケーブル１６内の光ファイバ１７とは連続しておらず、図２に示すように、発光部１３ｂ及び受光部１６ａ間でレーザ光の授受が行われるように構成されている。
【００２４】
図１に示すように、判定処理部８は、送られてきた反射レーザ光Ｒ’を光電変換して光強度を表す電気信号を取り出す光電変換部２０と、光電変換部２０から得られる光強度信号及び走査位置から反射レーザ光強度の走査画像を形成する処理部２１と、処理部２１で形成された走査画像を表示する表示部２２とを備えている。この判定処理部８は、回転モータ部１２及び昇降装置５と共に制御手段９によって制御されている。判定処理部８の処理部２１によって形成される反射レーザ光強度の走査画像は、横軸が回転筒体１３の回転による周方向走査に基づく１回転の角度を表し、縦軸が走査プローブ１０の昇降による軸方向走査に基づく軸方向位置を表した場合の各点における反射レーザ光強度である。この走査画像例については、後述する図７に示されている。
【００２５】
光路変換部１４は、図３及び図４に示すように、回動筒体１３の先端部１３ａに取り付けられた回動部本体３１と、レーザ光発生器７から出射されたレーザ光Ｒを被検査体Ｐの内側表面に向けて反射させるミラー部３０と、回動部本体３１に回動軸３６において軸支されており、この回動軸３６に関してミラー部３０を回動可能に把持する回動部材３２と、回動部材３２を第１の回動位置又は第２の回動位置で係止するために回動部本体３１に取り付けられた第１の弾性部材３３とを備えている。ここで示す第１の弾性部材３３は、例えば板バネであるが、回動部材３２の回動位置を規定可能な他の弾性要素であってもよい。
【００２６】
回動部本体３１は、さらに、ミラー部３０で反射して被検査体Ｐの内側表面に印加されるレーザ光Ｒと、被検査体Ｐの内側表面から反射された反射レーザ光Ｒ’とが通過するための門形の導通口３４を備えている。本実施形態においては、導通口３４が門形の形状を有しているが、被検査体Ｐに印加されるレーザ光Ｒの光路と被検査体Ｐから反射される反射レーザ光Ｒ’の光路とを阻害しない形状であれば、この導通口３４はいかなる形状であってもよい。
【００２７】
ミラー部３０を固着把持するように形成されている回動部材３２は、その底部に回動支点３２ａが形成されている。この回動支点３２ａは、２つの底辺間の頂点で形成されており、回動部本体３１から下方に突出するように形成されている。この回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂに当接し、さらにこれを押圧することによって回動部材３２がその回動軸３６を中心にして回動する。
【００２８】
回動部材３２の側部には、複数の溝部（本実施形態では２つの溝部）３５ａ及び３５ｂが設けられている。回動部本体３１の内壁には、回動部材３２の２つの溝部３５ａ及び３５ｂに向かって突出する突出部３３ａを備えた第１の弾性部材３３が取り付けられている。この第１の弾性部材３３の折り曲げられて形成された突出部３３ａが１つの溝部（図３では溝部３５ａ、図４では溝部３５ｂ）に係合し、回動部材３２を第１の回動位置又は第２の回動位置で係止している。
【００２９】
回動復帰部１５は、当接支持部１８と光路変換部１４との間に設けられている。即ち、この光路変換部１４における回動部本体３１の上方に設けられている。回動復帰部１５は、復帰部本体４０と、この復帰部本体４０の下端から下方に延設されており、回動部本体３１の上面を貫通して回動部材３２の上面を押圧することができる押圧ロッド部４１と、復帰部本体４０の内側に設けられた第２の弾性部材４２とを備えている。第２の弾性部材４２は、リング状のスプリングであって、その上端が復帰部本体４０の内面頂部に当接しており、下端が光路変換部１４における回動部本体３１の上面に当接している。この第２の弾性部材４２は、軸方向走査により、回動復帰部１５が当接支持部１８によって押圧されない限りは回動復帰部１５と光路変換部１４との距離を一定に保ち、回動復帰部１５が当接支持部１８によって押圧された場合は弾性変形して回動復帰部１５と光路変換部１４との距離を減少させるものである。後者の場合に、回動復帰部１５の押圧ロッド部４１が回動部材３２の上面を押圧することとなり、これによって回動部材３２が逆方向に回動し、第１の弾性部材３３が弾性変形することから、突出部３３ａと溝部３５ａ及び３５ｂとの係合の切換が行われる、即ち、突出部３３ａが溝部３５ｂから外れて溝部３５ａに係合するようになる。なお、本実施形態においては、回動部材３２に２つの溝部３５ａ及び３５ｂが設けられているが、３つ以上の溝部を設けることにより、回動位置が３つ以上となるように構成しても良いことは明らかである。さらに、第１の弾性部材３３に複数の溝部を設け、回動部材３２にこれら溝部のうちの１つに係合する突出部を設けるようにしても良い。
【００３０】
図３に示すように、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが溝部３５ａに係合することにより、回動部材３２は第１の回動位置に静止し、そのときのミラー部３０の反射角度（回動筒体１３の軸に対する角度）は例えば約９０°である基準角度となる。一方、図４に示すように、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが溝部３５ａに係合することにより、回動部材３２は第２の回動位置に静止し、そのときのミラー部３０の反射角度は例えば約１０３°である所定角度となる。
【００３１】
図５は昇降装置５が降下している状態図であって、（Ａ）は回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂと当接する前の状態を示しており、（Ｂ）は昇降装置５が降下して、回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂと当接した状態を示しており、（Ｃ）は昇降装置５がさらに降下して、回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂを押圧している状態を示しており、（Ｄ）は昇降装置５がさらに降下して、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが他方の溝部３５ｂと係合した状態をそれぞれ示している。図６は昇降装置５が上昇している状態図であって、（Ａ）は第１の弾性部材３３の突出部３３ａが他方の溝部３５ｂと係合している状態を示しており、（Ｂ）は昇降装置５が上昇して、当接支持部１８と回動復帰部１５とが当接した状態を示しており、（Ｃ）は昇降装置５がさらに上昇して、押圧ロッド部４１が回動部材３２を押圧している状態を示しており、（Ｄ）は昇降装置５がさらに上昇して、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが元の溝部３５ａと係合した状態をそれぞれ示している。
【００３２】
以下、これらの図５（Ａ）〜（Ｄ）、及び図６（Ａ）〜（Ｄ）を用いて、本実施形態における光路変換部１４及び回動復帰部１５の動作を説明する。
【００３３】
光路変換部１４の回動部材３２は、図５（Ａ）に示すように、初期の状態及び昇降装置５が降下してもその回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂに当接していない状態では、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが溝部３５ａに係合した状態のままとなり、回動しない（第１の回動位置にある）。従って、ミラー部３０は、レーザ光Ｒを光路の軸方向に対して基準角度である約９０°の角度で反射させる。ただし、ミラー部３０で反射したレーザ光Ｒは、昇降装置５が降下する途中で、被検査体Ｐの内側表面の下端より下に照射されるため、後述するように、その領域の検出光は検査には利用されない。
【００３４】
昇降装置５が降下すると、まず、図５（Ｂ）に示すように、回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂと当接する。昇降装置５がさらに降下すると、図５（Ｃ）に示すように、回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂを押圧することにより、回動部材３２が回動軸３６を支点とした反時計回りに回動し始める。これにより、溝部３５ａと係合していた第１の弾性部材３３の突出部３３ａが弾性変形してこの溝部３５ａから外れ、回動部材３２の係止が解除される。
【００３５】
昇降装置５がさらに降下すると、図５（Ｄ）に示すように、弾性変形した第１の弾性部材３３の突出部３３ａが他方の溝部３５ｂと係合し、回動部材３２の回動が静止する（第２の回動位置にある）。回動部材３２のこの回動と共にミラー部３０も回動し、第２の回動位置で静止する。これにより、ミラー部３０はレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して例えば約１０２°の角度で反射させる。なお、図５（Ｄ)に示した状態においても、ミラー部３０で反射したレーザ光Ｒが、被検査体Ｐの内側表面の下端より下に照射されるため、後述するように、その領域の検出光は検査には利用されない。
【００３６】
昇降装置５が上昇すると、図６（Ａ）に示すように、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが溝部３５ｂと係合している（第２の回動位置にある）状態、即ち、ミラー部３０で、光路の軸方向に対して例えば約１０２°の角度で反射したレーザ光Ｒが、被検査体Ｐの内側表面に印加され、検査が行われる。
【００３７】
昇降装置５がさらに上昇すると、図６（Ｂ)に示すように、回動復帰部１５における復帰部本体４０の上面４０ａが当接支持部１８の下面１８ａに当接する。なお、この状態では、ミラー部３０で反射したレーザ光Ｒは、被検査体Ｐの内側表面の上端より上に照射されるため、その領域の検出光は検査には利用されない。
【００３８】
昇降装置５がまたさらに上昇すると、図６（Ｃ)に示すように、回動復帰部１５における復帰部本体４０の上面４０ａが当接支持部１８の下面１８ａに押圧されて第２の弾性部材４２が弾性変形し、回動復帰部１５と光路変換部１４との距離が短くなる。これにより、回動復帰部１５の押圧ロッド部４１の先端により押圧された回動部材３２の上面は、回動軸３６を支点とした時計回りの力が印加されるため、第１の弾性部材３３が弾性変形して、その突出部３３ａが溝部３５ｂから外れた状態となる。
【００３９】
昇降装置５がさらに上昇すると、図６（Ｄ)に示すように、突出部３３ａが溝部３５ａに係合し、回動部材３２は元の回動位置（第１の回動位置）に戻る。その結果、ミラー部３０は、レーザ光Ｒを光路の軸方向に対して約９０°の角度で反射させるように、反射角度を初期状態に戻す。
【００４０】
以上述べたように本実施形態において、ミラー部３０は、初期の状態及び昇降装置５が降下しても回動部材３２の回動支点３２ａが台座２に当接していない状態では、回動しておらず（第１の回動位置にあり）、レーザ光Ｒを光路の軸方向に対して約９０°の角度（基準角度）で反射させるように設定されているが、この反射角度（基準角度）は９０°以外の角度であっても良い。例えば、回動前及び復帰後（第１の回動位置）は約８５°で反射させ、回動後（第２の回動位置）は約１０２°で反射させるように構成しても良い。しかしながら、反射角度９０°における反射レーザ光Ｒ’の受光量に基づいて形成された走査画像を基本画像としていることから、回動前及び回動後の反射角度の一方は９０°となるように構成することが望ましい。
【００４１】
次に、回動部材３２（ミラー部３０）の回動角と表面検査装置によって得られる走査画像との関係について図７を用いて説明する。図７は回動部材３２を従ってミラー部３０を反射角度９０°から種々の角度に回動させた際の走査画像について、実際に行った実験結果を表している。なお、いずれの場合も、走査プローブ１０の下降時には、回動部材３２を回動させず、レーザ光Ｒを光路の軸方向に対して９０°の角度で反射させた状態としている。図７（Ａ）は走査プローブ１０の上昇時にも回動部材３２を回動させないで（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して９０°の角度で反射させたままで）取得した走査画像、図７（Ｂ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材３２を２°３０′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して９２°３０′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｃ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を７°３０′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して９７°３０′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｄ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を１２°回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１０２°の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｅ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を１３°４５′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１０３°４５′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｆ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を１６°１５′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１０６°１５′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｇ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を１８°４５′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１０８°４５′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｈ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を２０°１５′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１１０°１５′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｉ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を２３°回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１１３°の角度で反射させて）取得した走査画像である。これらの図において、走査画像５０の区間Ａは走査プローブ１０の下降区間、区間Ｂは走査プローブ１０の上昇区間、下降区間Ａと上昇区間Ｂの間に表示されている線５３は折返し位置をそれぞれ示している。折返し位置５３の前後の黒い部分は、ミラー部３０で反射したレーザ光Ｒが、被検査体Ｐの内側表面の下端より下に照射されるために、検査には利用されない領域である。
【００４２】
本実験は、洗浄した際に被検査体Ｐの内側表面に残った洗浄痕５１は付着物であることから、キズや打痕、バリ等の欠陥部より反射光量が減少していると推測し、走査プローブ１０の下降時におけるレーザ光Ｒの光路の軸方向に対する反射角度を９０°に固定し、走査プローブ１０の上昇時においてはこれから０°回動した直角（図７（Ａ））、２°３０′回動した鈍角（図７（Ｂ））、７°３０′回動した鈍角（図７（Ｃ））、１２°回動した鈍角（図７（Ｄ））、１３°４５′回動した鈍角（図７（Ｅ））、１６°１５′回動した鈍角（図７（Ｆ））、１８°４５′回動した鈍角（図７（Ｇ））、２０°１５′回動した鈍角（図７（Ｈ））、２３°回動した鈍角（図７（Ｉ））の計９つの走査画像５０を取得し、走査画像５０から被検査体Ｐを洗浄した際に残る洗浄痕５１が消失する角度を見出すことを目的とした。
【００４３】
表１は図７（Ａ）〜（Ｉ）の走査画像５０に洗浄痕５１と欠陥５２の有無を判定した結果であり、図８は本実験における各反射角度に対する基準位置（反射角度９０°）からのずれを示すグラフであって、被検査体Ｐの内側表面とミラー部３０の反射中心との距離は６００ｍｍである。表１より、レーザ光Ｒの反射角度を１０２°以上に設定することで、走査画像５０から洗浄痕５１がほぼ消失することを見出した。しかしながら、レーザ光Ｒの反射角度を１１３°に設定した場合、欠陥５２の確認が難しくなったことを踏まえると、本実施形態においてレーザ光Ｒの反射角度は１０２°以上かつ１１３°未満の範囲内に留めることが望ましい。なお、本実験においては、走査プローブ１０の下降時の反射角度を９０°に設定して上昇時の反射角度を変更しているが、走査プローブ１０の上昇時の反射角度を９０°に設定して、下降時の反射角度を変更してもよい。また、被検査体Ｐの内側表面とミラー部３０の反射中心との距離を６００ｍｍより長く設定した場合は反射角度の範囲が小さくなり、６００ｍｍより短く設定した場合は反射角度の範囲が大きくなる。
【００４４】
【表１】
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、昇降装置５によって上下に移動する走査プローブ１０の下降時に得られる走査画像５０と上昇時に得られる走査画像５０とが異なるため、異なる２つの走査画像５０に基づいた欠陥判定を行うことができると共に、検査効率を落とすことなく欠陥判定をすることができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、下降時に台座２との当接により回動部材３２が自動的に回動し、上昇時に当接支持部１８と当接して押圧された回動復帰部１５によって回動部材３２が回動前の状態に自動的に戻るため、検査効率を落とすことなく異なる２つの走査画像５０を自動的に得ることができる。
【００４７】
特に本実施形態によれば、被検査体Ｐの内側表面とミラー部３０の反射中心との距離を６００ｍｍとした場合に、レーザ光Ｒの反射角度を１０２°以上かつ１１３°未満の範囲内に設定することで、洗浄痕５１が表れず欠陥５２のみ表れる走査画像５０を得ることができるので、良品を欠陥５２と判定することはなくなり、高い精度の欠陥判定結果を常に得ることができる。
【００４８】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１ 表面検査装置
２ 台座
２ａ 載置面
２ｂ 当接面
３ 昇降軸
４ 支軸
５ 昇降装置
６ アーム部
７ レーザ光発生器
８ 判定処理部
９ 制御手段
１０ 走査プローブ
１１ 本体部
１２ 回転モータ部
１３ 回転筒体
１４ 光路変換部
１５ 回動復帰部
１６ 受光ケーブル
１７ 光ファイバ
１８ 当接支持部
１８ａ 下面
１９ 受光伝達部
２０ 光電変換部
２１ 処理部
２２ 表示部
３０ ミラー部
３１ 回動部本体
３２ 回動部材
３２ａ 回動支点
３３ 第１の弾性部材
３３ａ 突出部
３４ 導通口
３５ａ、３５ｂ 溝部
３６ 回動軸
４０ 復帰部本体
４０ａ 上面
４１ 押圧ロッド部
４２ 第２の弾性部材
５０ 走査画像
５１ 洗浄痕
５２ 欠陥
５３ 折返し線
Ｐ 被検査体
Ｒ レーザ光
Ｒ’ 反射レーザ光
Ａ 下降区間
Ｂ 上昇区間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体の内側表面を検査する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属体を穿孔して得られる被検査体の内側表面にキズや打痕、バリ等の欠陥の有無を検査する装置として、レーザ光を穿孔内から被検査体の内側表面に照射し、反射した反射レーザ光の強度を検出し、内側表面全体を走査しながらこの検出を行うことによって画像を形成し、得られた画像から欠陥の有無を判断する技術がよく知られている。
【０００３】
しかしながら、穿孔時に使用した切削油を被検査体から洗い落とすための洗浄液が、乾燥後に被検査体の内側表面に付着物（洗浄痕）として残留する場合があり、本来欠陥品として判断されるべきではない被検査体であるにもかかわらず、表面検査時においては、キズ等が存在すると誤認して欠陥品と判断される問題が生じていた。
【０００４】
このような欠陥判定の精度を高める手法として、例えば特許文献１には、同一箇所を最低でも２回以上撮影し、二次元座標比較手段と三次元座標比較手段とから出力される二次元座標比較結果情報及び三次元座標比較結果情報に基づき、欠陥候補が検査対象物である円筒内面の欠陥であるかどうかを判定する欠陥検査装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ボアの内側表面に対するセンサヘッドの走査方向と切削加工の方向との交差角度に応じて、傷と判定する判定用閾値を変更することで、傷の検出精度を高めようとする表面検査装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７６５４３号公報
【特許文献２】特開２００８−２４１６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されている欠陥検査装置では、同一角度で複数回の撮影を行っているため、撮影される画像も必然的に酷似した画像となり、欠陥候補が真欠陥か偽欠陥であるかの判定は難しいものであった。また、同一箇所に対して複数回の撮影を行っているので、検査時間が長くなり、検査効率は低下する。
【０００８】
一方、特許文献２に開示されている表面検査装置では、検査対象の表面形状に応じた欠陥判定方法を用いているが、単一画像による判定方法であるため、欠陥の判定には限界があった。
【０００９】
そこで本発明は、被検査体の検査効率を低下させることなく異なる角度の走査画像を取得し、欠陥判定の精度を高めることができる表面検査装置を提供することを目的とする。特に走査画像における欠陥と洗浄痕との差を明確にすることで、欠陥判定の精度を高めるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、表面検査装置は、被検査体の軸に沿って導かれたレーザ光を反射するミラー手段と、ミラー手段によって反射され、被検査体の内側表面に印加されて反射されたレーザ光を受光する受光手段と、ミラー手段を被検査体の軸と同軸で回転させて周方向走査を行う周方向走査手段と、ミラー手段を被検査体の軸に沿って移動して軸方向走査を行う軸方向走査手段と、ミラー手段の被検査体の軸に対する反射角度を変更する反射角度変更手段とを備えている。
【００１１】
反射角度変更手段は、軸方向走査によりミラー手段があらかじめ定められた第１の位置に下降した際に、反射角度を基準角度からこの基準角度とは異なる所定角度に切り換えるように構成されていることが好ましい。この場合、反射角度変更手段は、側部に第１の係合部を有すると共に底部に回動支点を有しておりミラー手段が固着されている回動部材と、回動部材の第１の係合部に係合可能な第２の係合部を有しており非回動位置に設けられた第１の弾性部材とを備えており、回動部材は、軸方向走査により回動支点が固定面に押し当てられた際に回動し第１の弾性部材を弾性変形させて第１の係合部と第２の係合部との係合位置を切り換えるように構成されていることがより好ましい。さらに、この場合、第１の係合部が複数の溝部であり、第２の係合部が複数の溝部のうちの１つに係合される突出部であることも好ましい。
【００１２】
反射角度の基準角度が約９０°であり、反射角度の所定角度が約１０２°以上かつ約１１３°未満の角度であることがより好ましい。
【００１３】
反射角度変更手段は、軸方向走査によりミラー手段が第２の位置に上昇した際に、反射角度を切り換えられた所定角度から基準角度へ戻すように構成されていることも好ましい。この場合、反射角度変更手段は、軸方向走査によりミラー手段が第２の位置に上昇した際に、回動部材を回動と逆方向に押圧し、第１の係合部と第２の係合部との切り換えられた係合位置を元に戻す押圧ロッド手段を備えていることがより好ましい。さらに、この場合、反射角度変更手段は、通常時は、押圧ロッド手段と回動部材とを離間させ、軸方向走査によりその上端が押圧された際に弾性変形し、押圧ロッド手段を回動部材に当接させて回動と逆方向に押圧させる第２の弾性部材を備えていることがさらに好ましい。
【００１４】
受光手段によって受光された反射レーザ光を電気信号に変換する光電変換手段と、光電変化手段によって変換された電気信号を処理して走査画像を作成する処理手段と、処理手段によって形成された走査画像を表示する表示手段とをさらに備えていることも好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、１回の検査で異なる２つの走査画像を取得するため、検査効率を落とすことはなく、欠陥判定の精度を高めることができる。
【００１６】
また、本発明によれば、ミラー手段が検査によって回動した場合においても、自動的に復帰するため、検査効率を落とすことなく、異なる２つの走査画像を得ることができる。
【００１７】
さらに、本発明によれば、被検査体とミラー手段との距離を６００ｍｍとした場合、レーザ光の反射角度を約１０２°以上かつ約１１３°未満の角度に設定すると、洗浄痕が表れず欠陥のみ表れる走査画像を得ることができるので、良品を欠陥品と判定することはなくなり、常に高い精度の欠陥判定結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における表面検査装置全体の構成を示す概略図である。
【図２】図１の表面検査装置における走査プローブの拡大断面図である。
【図３】図２の走査プローブにおける回動筒体の先端部降下時の拡大断面図である。
【図４】図２の走査プローブにおける回動筒体の先端部上昇時の拡大断面図である。
【図５】図３に示す回動筒体の先端部降下時の種々の形態を示す拡大断面図である。
【図６】図３に示す回動筒体の先端部上昇時の種々の形態を示す拡大断面図である。
【図７】図１の表面検査装置における回動部材を９０°から種々の角度に回動させた際の走査画像を示す図である。
【図８】図１の表面検査装置において各反射角度に対する基準位置（反射角度９０°）からのずれを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態における表面検査装置１は、例えば金属体を穿孔してなる被検査体Ｐのその孔の内側表面を検査するための装置である。
【００２０】
この表面検査装置１は、図１に示すように、装置の基盤となる台座２と、台座２に立設されている昇降軸３及び支軸４と、図示しない駆動機構により昇降軸３に沿って上下移動可能に構成されている昇降装置５と、昇降装置５から水平方向に延設されているアーム部６と、レーザ光Ｒを発生するレーザ光発生器７と、アーム部６によって支持固定されており、レーザ光発生器７から送られたレーザ光Ｒ（図３及び図４）を被検査体Ｐの内側表面に照射する走査プローブ１０と、被検査体Ｐの内側表面で反射された反射レーザ光Ｒ’（図３及び図４）を解析する判定処理部８と、昇降装置５及び判定処理部８を制御する制御手段９と、支軸４の所定高さ位置に横設されており、走査プローブ１０の回転筒体１３を回転自在に支持している当接支持部１８とを備えている。検査されるべき孔を有する被検査体Ｐは、台座２の載置面２ａ上の所定位置に載置される。台座２は被検査体Ｐの孔に対応する部分に凹部を有しており、この凹部における底面、即ち、載置面２ａより下方に位置しておりかつ載置面２ａと平行である底面が当接面２ｂとなっている。後述するように、回動部材３２の回動支点３２ａがこの当接面２ｂに当接する。このように当接面２ｂを載置面２ａより下方に設けることにより、被検査体Ｐの孔の下部までその内側表面全体を走査することが可能となる。
【００２１】
本実施形態の表面検査装置１によれば、昇降装置５の上下移動に伴い、走査プローブ１０も上下移動することにより、被検査体Ｐの内側表面が軸方向に走査され、検査が行われる。なお、回転方向（周方向）の走査は、回転筒体１３の回転によって行われる。
【００２２】
走査プローブ１０は、図１及び図２に示すように、レーザ光発生器７に光学的に接続されており、このレーザ光発生器７からのレーザ光Ｒを受け取る本体部１１と、アーム部６に支持固定されており、本体部１１に固着されている回転モータ部１２と、回転モータ部１２によってその軸を中心に回転するように構成されている回転筒体１３と、回転筒体１３の先端部に設けられている光路変換部１４と、光路変換部１４の上方に設けられている回動復帰部１５と、本体部１１内にその一端が取り付けられている受光ケーブル１６とを備えている。回転モータ部１２の位置及びそれより下方に設けられている回転筒体１３、光路変換部１４及び回動復帰部１５は、このモータの駆動によって回転筒体１３と共に回転するように構成されている。光路変換部１４は回転筒体１３に固着されているが、回動復帰部１５は回転筒体１３の軸方向に移動可能となっている。回転筒体１３及び受光ケーブル１６の各々の内側には光ファイバ１７が配置されている。
【００２３】
図３及び図４に示すように、この走査プローブ１０によれば、レーザ光発生器７から出射されたレーザ光Ｒは、本体部１１及び回転モータ部１２内の回動筒体１３内を通過し、光路変換部１４において照射方向が変更されて、被検査体Ｐの内側表面に照射される。被検査体Ｐの内側表面において反射された反射レーザ光Ｒ’は、回転筒体１３の先端の受光部１３ａで受光され、回転筒体１３及び受光ケーブル１６内の光ファイバ１７を介して判定処理部８へ送られる。なお、回転筒体１３が高速回転するため、回転筒体１３内の光ファイバ１７と受光ケーブル１６内の光ファイバ１７とは連続しておらず、図２に示すように、発光部１３ｂ及び受光部１６ａ間でレーザ光の授受が行われるように構成されている。
【００２４】
図１に示すように、判定処理部８は、送られてきた反射レーザ光Ｒ’を光電変換して光強度を表す電気信号を取り出す光電変換部２０と、光電変換部２０から得られる光強度信号及び走査位置から反射レーザ光強度の走査画像を形成する処理部２１と、処理部２１で形成された走査画像を表示する表示部２２とを備えている。この判定処理部８は、回転モータ部１２及び昇降装置５と共に制御手段９によって制御されている。判定処理部８の処理部２１によって形成される反射レーザ光強度の走査画像は、横軸が回転筒体１３の回転による周方向走査に基づく１回転の角度を表し、縦軸が走査プローブ１０の昇降による軸方向走査に基づく軸方向位置を表した場合の各点における反射レーザ光強度である。この走査画像例については、後述する図７に示されている。
【００２５】
光路変換部１４は、図３及び図４に示すように、回動筒体１３の先端部１３ａに取り付けられた回動部本体３１と、レーザ光発生器７から出射されたレーザ光Ｒを被検査体Ｐの内側表面に向けて反射させるミラー部３０と、回動部本体３１に回動軸３６において軸支されており、この回動軸３６に関してミラー部３０を回動可能に把持する回動部材３２と、回動部材３２を第１の回動位置又は第２の回動位置で係止するために回動部本体３１に取り付けられた第１の弾性部材３３とを備えている。ここで示す第１の弾性部材３３は、例えば板バネであるが、回動部材３２の回動位置を規定可能な他の弾性要素であってもよい。
【００２６】
回動部本体３１は、さらに、ミラー部３０で反射して被検査体Ｐの内側表面に印加されるレーザ光Ｒと、被検査体Ｐの内側表面から反射された反射レーザ光Ｒ’とが通過するための門形の導通口３４を備えている。本実施形態においては、導通口３４が門形の形状を有しているが、被検査体Ｐに印加されるレーザ光Ｒの光路と被検査体Ｐから反射される反射レーザ光Ｒ’の光路とを阻害しない形状であれば、この導通口３４はいかなる形状であってもよい。
【００２７】
ミラー部３０を固着把持するように形成されている回動部材３２は、その底部に回動支点３２ａが形成されている。この回動支点３２ａは、２つの底辺間の頂点で形成されており、回動部本体３１から下方に突出するように形成されている。この回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂに当接し、さらにこれを押圧することによって回動部材３２がその回動軸３６を中心にして回動する。
【００２８】
回動部材３２の側部には、複数の溝部（本実施形態では２つの溝部）３５ａ及び３５ｂが設けられている。回動部本体３１の内壁には、回動部材３２の２つの溝部３５ａ及び３５ｂに向かって突出する突出部３３ａを備えた第１の弾性部材３３が取り付けられている。この第１の弾性部材３３の折り曲げられて形成された突出部３３ａが１つの溝部（図３では溝部３５ａ、図４では溝部３５ｂ）に係合し、回動部材３２を第１の回動位置又は第２の回動位置で係止している。
【００２９】
回動復帰部１５は、当接支持部１８と光路変換部１４との間に設けられている。即ち、この光路変換部１４における回動部本体３１の上方に設けられている。回動復帰部１５は、復帰部本体４０と、この復帰部本体４０の下端から下方に延設されており、回動部本体３１の上面を貫通して回動部材３２の上面を押圧することができる押圧ロッド部４１と、復帰部本体４０の内側に設けられた第２の弾性部材４２とを備えている。第２の弾性部材４２は、リング状のスプリングであって、その上端が復帰部本体４０の内面頂部に当接しており、下端が光路変換部１４における回動部本体３１の上面に当接している。この第２の弾性部材４２は、軸方向走査により、回動復帰部１５が当接支持部１８によって押圧されない限りは回動復帰部１５と光路変換部１４との距離を一定に保ち、回動復帰部１５が当接支持部１８によって押圧された場合は弾性変形して回動復帰部１５と光路変換部１４との距離を減少させるものである。後者の場合に、回動復帰部１５の押圧ロッド部４１が回動部材３２の上面を押圧することとなり、これによって回動部材３２が逆方向に回動し、第１の弾性部材３３が弾性変形することから、突出部３３ａと溝部３５ａ及び３５ｂとの係合の切換が行われる、即ち、突出部３３ａが溝部３５ｂから外れて溝部３５ａに係合するようになる。なお、本実施形態においては、回動部材３２に２つの溝部３５ａ及び３５ｂが設けられているが、３つ以上の溝部を設けることにより、回動位置が３つ以上となるように構成しても良いことは明らかである。さらに、第１の弾性部材３３に複数の溝部を設け、回動部材３２にこれら溝部のうちの１つに係合する突出部を設けるようにしても良い。
【００３０】
図３に示すように、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが溝部３５ａに係合することにより、回動部材３２は第１の回動位置に静止し、そのときのミラー部３０の反射角度（回動筒体１３の軸に対する角度）は例えば約９０°である基準角度となる。一方、図４に示すように、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが溝部３５ａに係合することにより、回動部材３２は第２の回動位置に静止し、そのときのミラー部３０の反射角度は例えば約１０３°である所定角度となる。
【００３１】
図５は昇降装置５が降下している状態図であって、（Ａ）は回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂと当接する前の状態を示しており、（Ｂ）は昇降装置５が降下して、回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂと当接した状態を示しており、（Ｃ）は昇降装置５がさらに降下して、回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂを押圧している状態を示しており、（Ｄ）は昇降装置５がさらに降下して、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが他方の溝部３５ｂと係合した状態をそれぞれ示している。図６は昇降装置５が上昇している状態図であって、（Ａ）は第１の弾性部材３３の突出部３３ａが他方の溝部３５ｂと係合している状態を示しており、（Ｂ）は昇降装置５が上昇して、当接支持部１８と回動復帰部１５とが当接した状態を示しており、（Ｃ）は昇降装置５がさらに上昇して、押圧ロッド部４１が回動部材３２を押圧している状態を示しており、（Ｄ）は昇降装置５がさらに上昇して、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが元の溝部３５ａと係合した状態をそれぞれ示している。
【００３２】
以下、これらの図５（Ａ）〜（Ｄ）、及び図６（Ａ）〜（Ｄ）を用いて、本実施形態における光路変換部１４及び回動復帰部１５の動作を説明する。
【００３３】
光路変換部１４の回動部材３２は、図５（Ａ）に示すように、初期の状態及び昇降装置５が降下してもその回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂに当接していない状態では、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが溝部３５ａに係合した状態のままとなり、回動しない（第１の回動位置にある）。従って、ミラー部３０は、レーザ光Ｒを光路の軸方向に対して基準角度である約９０°の角度で反射させる。ただし、ミラー部３０で反射したレーザ光Ｒは、昇降装置５が降下する途中で、被検査体Ｐの内側表面の下端より下に照射されるため、後述するように、その領域の検出光は検査には利用されない。
【００３４】
昇降装置５が降下すると、まず、図５（Ｂ）に示すように、回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂと当接する。昇降装置５がさらに降下すると、図５（Ｃ）に示すように、回動部材３２の回動支点３２ａが台座２の当接面２ｂを押圧することにより、回動部材３２が回動軸３６を支点とした反時計回りに回動し始める。これにより、溝部３５ａと係合していた第１の弾性部材３３の突出部３３ａが弾性変形してこの溝部３５ａから外れ、回動部材３２の係止が解除される。
【００３５】
昇降装置５がさらに降下すると、図５（Ｄ）に示すように、弾性変形した第１の弾性部材３３の突出部３３ａが他方の溝部３５ｂと係合し、回動部材３２の回動が静止する（第２の回動位置にある）。回動部材３２のこの回動と共にミラー部３０も回動し、第２の回動位置で静止する。これにより、ミラー部３０はレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して例えば約１０２°の角度で反射させる。なお、図５（Ｄ)に示した状態においても、ミラー部３０で反射したレーザ光Ｒが、被検査体Ｐの内側表面の下端より下に照射されるため、後述するように、その領域の検出光は検査には利用されない。
【００３６】
昇降装置５が上昇すると、図６（Ａ）に示すように、第１の弾性部材３３の突出部３３ａが溝部３５ｂと係合している（第２の回動位置にある）状態、即ち、ミラー部３０で、光路の軸方向に対して例えば約１０２°の角度で反射したレーザ光Ｒが、被検査体Ｐの内側表面に印加され、検査が行われる。
【００３７】
昇降装置５がさらに上昇すると、図６（Ｂ)に示すように、回動復帰部１５における復帰部本体４０の上面４０ａが当接支持部１８の下面１８ａに当接する。なお、この状態では、ミラー部３０で反射したレーザ光Ｒは、被検査体Ｐの内側表面の上端より上に照射されるため、その領域の検出光は検査には利用されない。
【００３８】
昇降装置５がまたさらに上昇すると、図６（Ｃ)に示すように、回動復帰部１５における復帰部本体４０の上面４０ａが当接支持部１８の下面１８ａに押圧されて第２の弾性部材４２が弾性変形し、回動復帰部１５と光路変換部１４との距離が短くなる。これにより、回動復帰部１５の押圧ロッド部４１の先端により押圧された回動部材３２の上面は、回動軸３６を支点とした時計回りの力が印加されるため、第１の弾性部材３３が弾性変形して、その突出部３３ａが溝部３５ｂから外れた状態となる。
【００３９】
昇降装置５がさらに上昇すると、図６（Ｄ)に示すように、突出部３３ａが溝部３５ａに係合し、回動部材３２は元の回動位置（第１の回動位置）に戻る。その結果、ミラー部３０は、レーザ光Ｒを光路の軸方向に対して約９０°の角度で反射させるように、反射角度を初期状態に戻す。
【００４０】
以上述べたように本実施形態において、ミラー部３０は、初期の状態及び昇降装置５が降下しても回動部材３２の回動支点３２ａが台座２に当接していない状態では、回動しておらず（第１の回動位置にあり）、レーザ光Ｒを光路の軸方向に対して約９０°の角度（基準角度）で反射させるように設定されているが、この反射角度（基準角度）は９０°以外の角度であっても良い。例えば、回動前及び復帰後（第１の回動位置）は約８５°で反射させ、回動後（第２の回動位置）は約１０２°で反射させるように構成しても良い。しかしながら、反射角度９０°における反射レーザ光Ｒ’の受光量に基づいて形成された走査画像を基本画像としていることから、回動前及び回動後の反射角度の一方は９０°となるように構成することが望ましい。
【００４１】
次に、回動部材３２（ミラー部３０）の回動角と表面検査装置によって得られる走査画像との関係について図７を用いて説明する。図７は回動部材３２を従ってミラー部３０を反射角度９０°から種々の角度に回動させた際の走査画像について、実際に行った実験結果を表している。なお、いずれの場合も、走査プローブ１０の下降時には、回動部材３２を回動させず、レーザ光Ｒを光路の軸方向に対して９０°の角度で反射させた状態としている。図７（Ａ）は走査プローブ１０の上昇時にも回動部材３２を回動させないで（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して９０°の角度で反射させたままで）取得した走査画像、図７（Ｂ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材３２を２°３０′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して９２°３０′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｃ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を７°３０′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して９７°３０′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｄ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を１２°回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１０２°の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｅ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を１３°４５′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１０３°４５′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｆ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を１６°１５′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１０６°１５′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｇ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を１８°４５′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１０８°４５′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｈ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を２０°１５′回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１１０°１５′の角度で反射させて）取得した走査画像、図７（Ｉ）は走査プローブ１０の上昇時に回動部材を２３°回動して（従ってレーザ光Ｒを光路の軸方向に対して１１３°の角度で反射させて）取得した走査画像である。これらの図において、走査画像５０の区間Ａは走査プローブ１０の下降区間、区間Ｂは走査プローブ１０の上昇区間、下降区間Ａと上昇区間Ｂの間に表示されている線５３は折返し位置をそれぞれ示している。折返し位置５３の前後の黒い部分は、ミラー部３０で反射したレーザ光Ｒが、被検査体Ｐの内側表面の下端より下に照射されるために、検査には利用されない領域である。
【００４２】
本実験は、洗浄した際に被検査体Ｐの内側表面に残った洗浄痕５１は付着物であることから、キズや打痕、バリ等の欠陥部より反射光量が減少していると推測し、走査プローブ１０の下降時におけるレーザ光Ｒの光路の軸方向に対する反射角度を９０°に固定し、走査プローブ１０の上昇時においてはこれから０°回動した直角（図７（Ａ））、２°３０′回動した鈍角（図７（Ｂ））、７°３０′回動した鈍角（図７（Ｃ））、１２°回動した鈍角（図７（Ｄ））、１３°４５′回動した鈍角（図７（Ｅ））、１６°１５′回動した鈍角（図７（Ｆ））、１８°４５′回動した鈍角（図７（Ｇ））、２０°１５′回動した鈍角（図７（Ｈ））、２３°回動した鈍角（図７（Ｉ））の計９つの走査画像５０を取得し、走査画像５０から被検査体Ｐを洗浄した際に残る洗浄痕５１が消失する角度を見出すことを目的とした。
【００４３】
表１は図７（Ａ）〜（Ｉ）の走査画像５０に洗浄痕５１と欠陥５２の有無を判定した結果であり、図８は本実験における各反射角度に対する基準位置（反射角度９０°）からのずれを示すグラフであって、被検査体Ｐの内側表面とミラー部３０の反射中心との距離は６００ｍｍである。表１より、レーザ光Ｒの反射角度を１０２°以上に設定することで、走査画像５０から洗浄痕５１がほぼ消失することを見出した。しかしながら、レーザ光Ｒの反射角度を１１３°に設定した場合、欠陥５２の確認が難しくなったことを踏まえると、本実施形態においてレーザ光Ｒの反射角度は１０２°以上かつ１１３°未満の範囲内に留めることが望ましい。なお、本実験においては、走査プローブ１０の下降時の反射角度を９０°に設定して上昇時の反射角度を変更しているが、走査プローブ１０の上昇時の反射角度を９０°に設定して、下降時の反射角度を変更してもよい。また、被検査体Ｐの内側表面とミラー部３０の反射中心との距離を６００ｍｍより長く設定した場合は反射角度の範囲が小さくなり、６００ｍｍより短く設定した場合は反射角度の範囲が大きくなる。
【００４４】
【表１】
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、昇降装置５によって上下に移動する走査プローブ１０の下降時に得られる走査画像５０と上昇時に得られる走査画像５０とが異なるため、異なる２つの走査画像５０に基づいた欠陥判定を行うことができると共に、検査効率を落とすことなく欠陥判定をすることができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、下降時に台座２との当接により回動部材３２が自動的に回動し、上昇時に当接支持部１８と当接して押圧された回動復帰部１５によって回動部材３２が回動前の状態に自動的に戻るため、検査効率を落とすことなく異なる２つの走査画像５０を自動的に得ることができる。
【００４７】
特に本実施形態によれば、被検査体Ｐの内側表面とミラー部３０の反射中心との距離を６００ｍｍとした場合に、レーザ光Ｒの反射角度を１０２°以上かつ１１３°未満の範囲内に設定することで、洗浄痕５１が表れず欠陥５２のみ表れる走査画像５０を得ることができるので、良品を欠陥５２と判定することはなくなり、高い精度の欠陥判定結果を常に得ることができる。
【００４８】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１ 表面検査装置
２ 台座
２ａ 載置面
２ｂ 当接面
３ 昇降軸
４ 支軸
５ 昇降装置
６ アーム部
７ レーザ光発生器
８ 判定処理部
９ 制御手段
１０ 走査プローブ
１１ 本体部
１２ 回転モータ部
１３ 回転筒体
１４ 光路変換部
１５ 回動復帰部
１６ 受光ケーブル
１７ 光ファイバ
１８ 当接支持部
１８ａ 下面
１９ 受光伝達部
２０ 光電変換部
２１ 処理部
２２ 表示部
３０ ミラー部
３１ 回動部本体
３２ 回動部材
３２ａ 回動支点
３３ 第１の弾性部材
３３ａ 突出部
３４ 導通口
３５ａ、３５ｂ 溝部
３６ 回動軸
４０ 復帰部本体
４０ａ 上面
４１ 押圧ロッド部
４２ 第２の弾性部材
５０ 走査画像
５１ 洗浄痕
５２ 欠陥
５３ 折返し線
Ｐ 被検査体
Ｒ レーザ光
Ｒ’ 反射レーザ光
Ａ 下降区間
Ｂ 上昇区間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体の軸に沿って導かれたレーザ光を反射するミラー手段と、該ミラー手段によって反射され、前記被検査体の内側表面に印加されて反射されたレーザ光を受光する受光手段と、前記ミラー手段を前記被検査体の前記軸と同軸で回転させて周方向走査を行う周方向走査手段と、前記ミラー手段を前記被検査体の前記軸に沿って移動して軸方向走査を行う軸方向走査手段と、前記ミラー手段の前記被検査体の前記軸に対する反射角度を変更する反射角度変更手段とを備えていることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記反射角度変更手段は、前記軸方向走査により前記ミラー手段が第１の位置に下降した際に、前記反射角度を基準角度から該基準角度とは異なる所定角度に切り換えるように構成さ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】
前記反射角度変更手段は、側部に第１の係合部を有すると共に底部に回動支点を有しており前記ミラー手段が固着されている回動部材と、該回動部材の前記第１の係合部に係合可能な第２の係合部を有しており非回動位置に設けられた第１の弾性部材とを備えており、前記回動部材は、前記軸方向走査により前記回動支点が固定面に押し当てられた際に回動し前記第１の弾性部材を弾性変形させて前記第１の係合部と前記第２の係合部との係合位置を切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記第１の係合部が複数の溝部であり、前記第２の係合部が前記複数の溝部のうちの１つに係合される突出部であることを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記反射角度の前記基準角度が約９０°であり、前記反射角度の前記所定角度が約１０２°以上かつ約１１３°未満の角度であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記反射角度変更手段は、前記軸方向走査により前記ミラー手段が第２の位置に上昇した際に、前記反射角度を前記切り換えられた所定角度から前記基準角度へ戻すように構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記反射角度変更手段は、前記軸方向走査により前記ミラー手段が前記第２の位置に上昇した際に、前記回動部材を前記回動と逆方向に押圧し、前記第１の係合部と前記第２の係合部との前記切り換えられた係合位置を元に戻す押圧ロッド手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記反射角度変更手段は、通常時は、前記押圧ロッド手段と前記回動部材とを離間させ、前記軸方向走査によりその上端が押圧された際に弾性変形し、前記押圧ロッド手段を前記回動部材に当接させて前記回動と逆方向に押圧させる第２の弾性部材を備えていることを特徴とする請求項７に記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記受光手段によって受光された反射レーザ光を電気信号に変換する光電変換手段と、該光電変化手段によって変換された電気信号を処理して走査画像を作成する処理手段と、該処理手段によって形成された走査画像を表示する表示手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項１】
被検査体の軸に沿って導かれたレーザ光を反射するミラー手段と、該ミラー手段によって反射され、前記被検査体の内側表面に印加されて反射されたレーザ光を受光する受光手段と、前記ミラー手段を前記被検査体の前記軸と同軸で回転させて周方向走査を行う周方向走査手段と、前記ミラー手段を前記被検査体の前記軸に沿って移動して軸方向走査を行う軸方向走査手段と、前記ミラー手段の前記被検査体の前記軸に対する反射角度を変更する反射角度変更手段とを備えていることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記反射角度変更手段は、前記軸方向走査により前記ミラー手段が第１の位置に下降した際に、前記反射角度を基準角度から該基準角度とは異なる所定角度に切り換えるように構成さ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】
前記反射角度変更手段は、側部に第１の係合部を有すると共に底部に回動支点を有しており前記ミラー手段が固着されている回動部材と、該回動部材の前記第１の係合部に係合可能な第２の係合部を有しており非回動位置に設けられた第１の弾性部材とを備えており、前記回動部材は、前記軸方向走査により前記回動支点が固定面に押し当てられた際に回動し前記第１の弾性部材を弾性変形させて前記第１の係合部と前記第２の係合部との係合位置を切り換えるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記第１の係合部が複数の溝部であり、前記第２の係合部が前記複数の溝部のうちの１つに係合される突出部であることを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記反射角度の前記基準角度が約９０°であり、前記反射角度の前記所定角度が約１０２°以上かつ約１１３°未満の角度であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記反射角度変更手段は、前記軸方向走査により前記ミラー手段が第２の位置に上昇した際に、前記反射角度を前記切り換えられた所定角度から前記基準角度へ戻すように構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記反射角度変更手段は、前記軸方向走査により前記ミラー手段が前記第２の位置に上昇した際に、前記回動部材を前記回動と逆方向に押圧し、前記第１の係合部と前記第２の係合部との前記切り換えられた係合位置を元に戻す押圧ロッド手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記反射角度変更手段は、通常時は、前記押圧ロッド手段と前記回動部材とを離間させ、前記軸方向走査によりその上端が押圧された際に弾性変形し、前記押圧ロッド手段を前記回動部材に当接させて前記回動と逆方向に押圧させる第２の弾性部材を備えていることを特徴とする請求項７に記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記受光手段によって受光された反射レーザ光を電気信号に変換する光電変換手段と、該光電変化手段によって変換された電気信号を処理して走査画像を作成する処理手段と、該処理手段によって形成された走査画像を表示する表示手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８４９６３（Ｐ２０１２−１８４９６３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６８７４（Ｐ２０１１−４６８７４）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５９１２２４７４４）シグマ株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５９１２２４７４４）シグマ株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
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