WO2007135914A1 - 表面検査装置における検査ヘッドの支持構造及び表面検査装置 - Google Patents

Description

明 細 書

表面検査装置における検査ヘッドの支持構造及び表面検査装置 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 查する表面検査装置における検査ヘッドの支持構造、あるいは被検査物の表面状 態を検査する表面検査装置に関する。

背景技術

[0002] 円筒状の被検査物の内周面を検査する装置として、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力 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力 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] また、上述の表面検査装置は、被検査物の表面、例えば円筒状の被検査物の内 面を検査する装置として、先端に光路変更手段が設けられた軸状の検査ヘッドを駆 動機構により軸線の回りに回転させつつ軸線に沿って移動させるとともに、検査へッ ド内に軸線に沿って入射した検査光の光路を光路変更手段により変更し、光路が変 更された検査光を、穴の内面に照射し、その内面で反射して該検査ヘッド内に再度 入射した光の光量に基づいて内面状態を検出する。この表面検査装置において検 查ヘッドは、光路変更手段を含めて一体として形成されている。したがって光路変更 手段が汚れた場合、検査ヘッド全体を駆動機構から取り外して光路変更手段の清掃 が行われる。また、光路変更手段が破損した場合や、テーパを有する穴の内面を検 查するためにその傾斜に合うように配置された光路変更手段が必要な場合は、検査 ヘッド全体が交換される。

[0004] 特許文献 1 :特開平 11 281582号公報

発明の開示 発明が解決しょうとする課題

[0005] 上述した表面検査装置にお!、ては、検査効率を高めるための対策として、検査へ ッドの回転の高速ィ匕が必要とされている。しかしながら、検査ヘッドの回転速度を高 めるほど検査ヘッドの回転の振れに対する精度の要求が高くなる。その要求を満た すには、検査ヘッドの支持構造にも相応の精度が求められる。また、保守点検等の 目的で検査ヘッドを着脱し、あるいは検査ヘッドを交換する際に検査ヘッドに芯ずれ が生じると、その芯出し作業が必要となり、その作業に手間取って検査効率が損なわ れるおそれがある。

[0006] また、検査ヘッド全体を駆動機構力 取り外して再度検査ヘッドを駆動機構に取り 付ける場合、検査ヘッドの着脱作業に加えて、検査ヘッドと駆動機構との芯合わせも 再度行う必要もあり、力なりの作業時間を要する。また、光路変更手段を交換する場 合、検査ヘッドごと交換するため費用も力かるという問題もある。

[0007] 本発明の目的は、検査ヘッドの回転の振れに対する精度を高めることができ、検査 ヘッドを着脱あるいは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 可能な検査ヘッドの支持構造を提供することにある。また、本発明の他の目的は、光 路変更手段の清掃及び交換を安価で且つ容易に行うことのできる表面検査装置を 提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明の一態様に係る検査ヘッドの支持構造は、中空筒状の軸受嵌合部とその軸 受嵌合部から先端側に延びる主軸部とを備えた検査ヘッドをその軸線の回りに回転 させつつ該検査ヘッドの外周から被検査物に検査光を照射し、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の支持構造であって、前 記検査ヘッドの前記軸受嵌合部の内部に同軸的に配置されるヘッド支持軸と、前記 検査ヘッドの軸線方向に距離をおいた状態で前記ヘッド支持軸の外周と前記軸受 嵌合部の内周との間に配置され、ラジアル荷重及び一方向のアキシアル荷重をそれ ぞれ負荷可能な一対の軸受と、前記一対の軸受のそれぞれの内輪を前記軸線方向 に関して前記ヘッド支持軸上の一定位置に拘束する内輪拘束手段と、前記一対の 軸受のそれぞれの外輪間にて前記検査ヘッドに対して前記軸線方向へ移動可能な 状態で並べて配置された筒状又は環状の第 1及び第 2の予圧部材と、前記予圧部 材間に配置され、これらの予圧部材を前記一対の軸受のそれぞれの外輪に向かつ て付勢するばね手段と、前記第 1の予圧部材と一方の軸受の外輪との間に配置され 、かつ外周が前記軸受嵌合部の内周に接触する弾性体リングと、前記軸受嵌合部 内に設けられた第 1拘束部と前記検査ヘッドの基端部に着脱自在に設けられた第 2 拘束部とによって、前記一対の軸受のそれぞれの外輪を前記軸線方向外側力 拘 束する外輪拘束手段と、を備え、前記第 2の拘束部を前記検査ヘッドから取り外すこ とにより、前記検査ヘッドが前記軸受嵌合部及び前記主軸部を含んだ状態で前記一 対の軸受上から前記軸線方向先端側に抜き取り可能とされた検査ヘッドの支持構造 により、上記課題を解決する。

本発明の支持構造によれば、第 1及び第 2の予圧部材がばね手段にて付勢される ことにより、一対の軸受の外輪が軸線方向外側に押し込まれて各軸受に予圧が負荷 される。これにより、軸受のガタツキを減らして検査ヘッドの回転振れの精度を高める ことができる。検査ヘッドを取り外す必要が生じた場合には、外輪拘束手段の第 2拘 束部を検査ヘッドから取り外して軸受嵌合部を軸受上から軸線方向先端側に抜き取 ることにより、検査ヘッドをその軸受嵌合部及び主軸部を含んだ状態で一体的に取り 外すことができる。そして、検査ヘッドを軸受に取り付ける際には、検査ヘッドの軸受 嵌合部を軸受の外周に嵌め合わせて外輪拘束手段の第 2拘束部を検査ヘッドの基 端部に装着すればよぐ軸受嵌合部からの主軸部の分離を必要としない。このように 、軸受嵌合部と主軸部とを取り外すことなく一体的に軸受に対して着脱することがで きるため、軸受嵌合部を軸受上に取り付けた後に軸受嵌合部と主軸部との間の芯出 し作業を行う必要がない。これにより、検査ヘッドを着脱し、あるいは交換する際の芯 出し作業の負担を軽減し、又は解消することができる。さらに、ばね手段の力で弾性 体リングが軸受嵌合部の内周及び一方の軸受の外輪に密着することにより、これらの 接触面間に摩擦力を作用させることができる。従って、検査ヘッドの回転の加速度又 は減速度を高めても、軸受嵌合部と軸受の外輪との間でスリップが生じ難い。このた め、スリップに起因する軸受嵌合部の内面の摩耗を抑え、回転振れ精度の径時的な 劣化を抑えて回転振れの精度を長期間に亘つて高く維持することができる。

[0010] 本発明の一態様においては、前記ばね手段として、前記予圧部材間に、前記検査 ヘッドの周方向に等間隔をお 、て複数のばね部材が設けられてもよ!/、。複数のばね 部材によって予圧部材を周方向に分担して付勢することにより、軸受に対して予圧を 均等に負荷することができる。これにより、予圧荷重の偏りに起因する回転性能の低 下を抑えることができる。

[0011] 本発明の一態様においては、前記弾性体リングとして oリングが設けられてもよい。

シール部材として容易かつ安価に入手可能な oリングを弾性体リングとして利用する ことにより、支持構造を容易かつ安価に実現することができる。

[0012] 本発明の一態様においては、前記軸受の外輪と前記検査ヘッドの前記軸受嵌合 部との間のはめあ!、公差がすきまばめ領域に設定されてもょ 、。はめあ!、公差をす きまばめ領域に設定することにより、軸受に対する軸受嵌合部の着脱を一層容易に 行うことができる。はめあい公差がすきまばめ領域であっても、弾性体リングが軸受嵌 合部に密着しているため、軸受嵌合部に半径方向のガタツキが生じるおそれがなぐ 回転振れの精度が劣化しな 、。

[0013] 本発明の一態様においては、前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部が、前記主軸部 に対して分解不能な一体構造で形成されてもよ!ヽ。上記のように軸受嵌合部と主軸 部とを一体的に軸受に対して着脱することができるため、軸受嵌合部と主軸部とを予 め分解不可能な一体構造で形成しても検査ヘッドの着脱には何ら支障がな ヽ。しか も、これらを一体構造で形成することにより、軸受嵌合部と主軸部との間で芯ずれが 発生するおそれを排除し、回転振れ精度の劣化を未然に防止することができる。

[0014] 本発明の他の態様に係る表面検査装置は、先端に光路変更手段が設けられた軸 状の検査ヘッドを駆動手段により軸線の回りに回転させつつ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、該被 検査物で反射して該検査ヘッド内に再度入射した前記検査光の光量に基づいて前 記検査物の表面状態を検出する表面検査装置において、前記検査ヘッドが、前記 駆動手段に取り付けられるヘッド本体と、前記ヘッド本体に対して着脱可能に設けら れ且つ前記光路変更手段を保持する保持部と、を備えていることにより上記課題を 解決する。

[0015] この表面検査装置によれば、検査ヘッドが、駆動手段に取り付けられたヘッド本体 と、光路変更手段を保持する保持部との 2つの部材で構成され、ヘッド本体に対して 保持部が着脱可能であるため、光路変更手段を交換する場合、駆動手段に取り付け られたヘッド本体はそのままにして、保持部のみ取り外して交換することができる。

[0016] また、本発明の他の態様において、前記保持部は前記検査ヘッドの先端側に限定 して設けられていてもよい。これによれば、着脱される保持部が、検査ヘッドの先端側 に限定して設けられているので、保持部を短く製造することができ、交換部品を安価 に製造することができる。

[0017] さらに、本発明の他の態様において、前記検査ヘッドが前記被検査物に挿入され る挿入部を有し、前記保持部が、前記挿入部よりも前記駆動手段側まで延びていて ちょい。

[0018] これによると、交換可能な保持部が挿入部よりも駆動手段側まで延びているため、 例えば、種々の長さを有する保持部を予め用意しておけば、検査する穴の内面の深 さ応じて適当な長さの保持部に即座に交換することができる。また、ヘッド本体と保持 部との接合部はねじ等の着脱構造が必要なため、他の部分よりも厚みが必要となる 力 本態様によれば、保持部が挿入部よりも駆動手段側まで延びているため、接合 位置が挿入部の外側となる。したがって挿入部に接合部が存在しないため、挿入部 を細くすることが可能で、小さな穴の内部を検査可能なように先の細い検査ヘッドを 製造することができる。

[0019] また、前記保持部が、前記ヘッド本体に対して着脱可能な外筒体と、前記光路変 更部材を保持し且つ該外筒体の内部に着脱可能な内筒体と、を備えてもよい。これ によると、ヘッド本体に対して着脱可能な外筒体から光路変更部材を保持する内筒 体がさらに着脱可能であるため、光路変更部材を交換する場合、内筒体のみ交換す ればよぐより安価に対応できる。

[0020] さらに、本発明の他の態様において前記外筒体は、その先端が閉じられ且つ筒状 側面に透光穴が設けられ、前記内筒体は、その両端が開口し且つ筒状側面に透光 部材がはめ込まれた透光穴が設けられるとともに、前記筒状側面の内面に前記透光 穴に対して対称となるように前記内筒体の軸線に対して所定で角度でスリットが設け られていてもよい。

[0021] これによると、内筒体のスリットに、例えばミラーである矩形又は円形の光路変更部 材の両端を挟んで挿入することができ、スリットの角度を検査対象となる穴の傾斜に 合わせて製造することで光路変更部材の角度を容易に一定の角度で保持することが できる。また、内筒体の両端が開口しているため、光路変更部材を内筒体のスリットに 装着した後でも、光路変更部材によって分割された内筒体の内部の両空間へのァク セスが容易である。したがって、内筒体全体としてバランスが悪い場合は、外筒体に 取り付ける前に、光路変更部材の裏面の空間内において、例えば接着剤を位置や 量を調整することにより、バランス調整を容易に行うことができる。また、光路変更部 材の表面が汚れている場合、その汚れを容易に拭き取ることができる。さらに、内筒 体は先端が閉じられた外筒体に挿入されるため、接着剤等によってバランス調整さ れた空間は外側から目視できなくなり、外観が損なわれることもない。内筒体及び外 筒体には透光穴が設けられているため、光路変更部材によって光路が変更された検 查光は、これらの透光穴を通って被検査物に照射可能であるが、内筒体の透光穴に は透光部材が嵌め込まれているため、検査ヘッド内部へのごみ等の侵入が防止され る。

発明の効果

[0022] 以上の支持構造によると、ラジアル荷重及び一方向のアキシアル荷重を負荷可能 な一対の軸受にて検査ヘッドを回転自在に支持し、し力もこれらの軸受に予圧を負 荷しているため、軸受のガタツキを減らして検査ヘッドの回転振れの精度を高めるこ とができる。検査ヘッドの軸受嵌合部と主軸部とを取り外すことなく一体的に軸受に 対して着脱可能としたため、軸受嵌合部を軸受上に取り付けた後に軸受嵌合部と主 軸部との間の芯出し作業を行う必要がない。これにより、検査ヘッドを着脱し、あるい は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。さら〖こ、ば ね手段の力で弾性体リングを軸受嵌合部の内周及び一方の軸受の外輪に密着させ てこれらの接触面間に摩擦力を作用させているので、検査ヘッドの回転の加速度又 は減速度を高めても、軸受嵌合部と軸受の外輪との間でスリップが生じ難い。このた め、スリップに起因する軸受嵌合部の内面の摩耗を抑え、回転振れ精度の径時的な 劣化を抑えて回転振れの精度を長期間に亘つて高く維持することができる。さらに、 回転の加速度及び減速度を高めることにより、検査に要する時間を短縮して検査効 率を高めることができる。また、以上の表面検査装置によると、検査ヘッドにおいて、 光路変更手段の保持部がヘッド本体に対して着脱可能であるため、光路変更手段を 交換する場合、駆動手段に取り付けられたヘッド本体は取り外さずに、保持部のみ 取り外して交換することができる。故に、光路変更手段の清掃及び交換を安価で且 つ容易に行うことができる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]本発明の表面検査装置の第 1の形態の概略構成を示す図。

[図 2]図 1の表面検査装置に組み込まれる検査ヘッドの支持構造を示す断面図。

[図 3]本発明の表面検査装置の第 2の形態の概略構成を示す図。

[図 4]図 3で示した検査ヘッドの拡大図。

[図 5A]保持部全体の断面図。

[図 5B]外筒体の断面図。

[図 5C]内筒体の断面図。

[図 6]本発明の表面検査装置の第 3の形態の検査ヘッドを示した図。

発明を実施するための最良の形態

[0024] 図 1は本発明の表面検査装置の第 1の形態の概略構成を示している。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 1 OOa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、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とを備えている。

[0025] 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に向力つて導く投光ファイバ 1 3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 アイバ 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は図 2に示す 支持構造 7を介して保持筒 15のさらに外側にて回転自在に支持されている。支持構 造 7の詳細は後述する。

[0026] 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に向力つて進む方向 に変更する。

[0027] 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 查ヘッド 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の側方に検査へ 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 查ヘッド 16の軸線方向に関して変化させることができる。

[0028] 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。

[0029] 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、検査へ ッド 16がその内部に固定されたミラー 18を伴つて軸線 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をその全面に亘つ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。

[0030] 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 5 1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 查ヘッド 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

[0031] 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。

[0032] 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 一端力 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がー回転する毎に 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。

[0033] 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 AZD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、出力信号力 ノイズ成分を除去する処理と 、つた各種の処理を適宜に用いてょ 、。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 AZD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。

[0034] 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 6 0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力否か等を判定し、その判定結果を出力部 64に出 力する。

[0035] 図 2は検査ヘッド 16に対する支持構造 7の詳細を示す。なお、図 2において検査へ 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。支持構 造 7は、上述した保持筒 15と検査ヘッド 16との間に配置されるヘッド支持筒 8を、検 查ヘッド 16の内部に同軸的に配置されるヘッド支持軸として利用する。ヘッド保持筒 8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。なお、図 2では保持筒 15の図示を省略している。また、検査ヘッド 1 6は、ヘッド本体 16Aと、そのヘッド本体 16Aの軸線方向先端部に着脱自在に装着 されるミラーハウジング 16Bとを組み合わせた構成を有している。そのヘッド本体 16 Aには、軸受嵌合部としての中空筒状のベアリングノヽウス 16bと、そのべアリングハウ ス 16bから検査ヘッド 16の先端側（図 2において右端側）に延びる主軸部 16cとが設 けられている。ベアリングハウス 16bもまた支持構造 7の一部として利用される。ベアリ ングハウス 16bは、主軸部 16cに対して分解不能な一体構造で形成されている。例 えば、ベアリングノヽウス 16bと主軸部 16cとを単一のパイプ状素材力も切削加工する ことによりヘッド本体 16Aが形成されている。主軸部 16cは被検査物 100の内部に揷 入されるべくべアリングハウス 16bよりも小径に形成されている。なお、ミラーハウジン グ 16Bは、主軸部 16cの先端に同軸的に固定される外筒 16dとその外筒 16dの内周 に接着等の固定手段を用いて同軸的に固定されるミラー保持筒 16eとを備えている 。ミラー 18はミラー保持筒 16eに取り付けられている。但し、検査ヘッド 16の先端部 にミラー 18を取り付けることが可能な限りにおいて、ミラーハウジング 16Bを主軸部 1 6cの一部としてヘッド本体 16Aと一体化してもよい。

[0036] ヘッド支持筒 8の外周と検査ヘッド 16のべアリングハウス 16bの内周との間には一 対の軸受 20A、 20Bが軸線方向に距離をおいて配置されている。軸受 20A、 20Bの それぞれは、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重とを負荷できるアンギユラコンタ タト型のボールベアリングである。軸受 20A、 20Bは、それぞれの外輪 20οの背面（ 肉厚が大き 、側の面）を向か 、合わせるようにしてヘッド支持筒 8の外周に組み付け られている。軸受 20A、 20Bに対して検査ヘッド 16を容易に着脱できるように、軸受 20A、 20Bのそれぞれの外輪 20οとべアリングハウス 16bとの間のはめあい公差はす きまばめ領域に設定されて 、る。

[0037] ヘッド支持筒 8の外周には段部 8aが設けられ、検査ヘッド 16の基端側の軸受 20A の内輪 20iはその段部 8aにヮッシャ 21を介して突き当てられている。軸受 20A、 20B の内輪 20i間においてヘッド支持筒 8の外周にはスリーブ 22が嵌め合わされ、軸受 2 0Bの内輪 20はりも検査ヘッド 16の先端側には、カラー 23を介してロックナット 24が ねじ込まれている。これにより、軸受 20A、 20Bのそれぞれの内輪 20iが検査ヘッド 1 6の軸線方向に関してヘッド支持筒 8上の一定位置に拘束される。つまり、段部 8a、 ヮッシャ 21、スリーブ 22、カラー 23及びロックナット 24の組み合わせが内輪拘束手段 として機能する。

[0038] スリーブ 22の外周には第 1の予圧部材としてのスぺーサ 25、及び第 2の予圧部材 としてのばね受けリング 26が検査ヘッド 16の軸線方向に並べて設けられている。ス ぺーサ 25及びばね受けリング 26はスリーブ 22に対して回転自在であり、かつ、検査 ヘッド 16のべアリングハウス 16bに対して軸線方向に移動可能である。スぺーサ 25と ばね受けリング 26との間には複数のコイルばね 27が検査ヘッド 16の周方向（回転方 向）に等間隔に設けられている。図 2では 2つのコイルばね 27のみを示す力 本形態 では 8本のコイルばね 27が周方向に等間隔で設けられている。但し、コイルばね 27 の個数は適宜でよい。コイルばね 27はいずれも同一である。これらのコイルばね 27 により、スぺーサ 25及びばね受けリング 26が外輪 20οに向力つて周方向に均等な力 で付勢される。これらのコイルばね 27がばね手段として機能する。

[0039] スぺーサ 25の外輪 20οと対向する端部には、弾性体リングとしての Οリング 28が装 着されている。 Οリング 28は軸受 20Βの外輪 20οの背面及び検査ヘッド 16のべァリ ングノヽウス 16bの内周にそれぞれ接するように設けられている。さらに、ベアリングノヽ ウス 16bの内部には、軸受 20Bの外輪 20οを検査ヘッド 16の軸線方向先端側から拘 束する第 1拘束部としての段部 16fが設けられている。ベアリングハウス 16bの基端側 (図 2において左端側）には、第 2拘束部として機能するエンドキャップ 29が設けられ ている。エンドキャップ 29はべアリングハウス 16bの内周にねじ込まれている。このェ ンドキャップ 29により、軸受 20Aの外輪 20οが検査ヘッド 16の軸線方向基端側から 拘束される。つまり、段部 16f及びエンドキャップ 29が外輪拘束手段として機能する。 なお、エンドキャップ 29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 。また、ベアリングノヽウス 16bの基端側の外周には、伝達機構 42のプーリ 42aがー体 回転可能に取り付けられる。

[0040] 外輪 20οが段部 16f及びエンドキャップ 29にて軸線方向外側から拘束された状態 でコイルばね 27は適度に圧縮される。その圧縮に対するコイルばね 27の反発力でス ぺーサ 25及びばね受けリング 26が外輪 20οに向力つて付勢される。これにより、ば ね受けリング 26が基端側の外輪 20οの背面に押し付けられて軸受 20Αに予圧が負 荷される。他方、コイルばね 27の力により、スぺーサ 25に装着された Οリング 28が先 端側の外輪 20οの背面に押し付けられて軸受 20Βに予圧が負荷される。さらに、コィ ルばね 27の力で Οリング 28が軸線方向に圧縮されることにより、その Οリング 28が検 查ヘッド 16の半径方向に膨張する。これにより、 Οリング 28がべアリングハウス 16bの 内周に密着し、両者間に適度な摩擦力が作用する。

[0041] 以上の支持構造 7によれば、検査ヘッド 16を回転自在に支持するための軸受 20A 、 20Bとしてアンギユラコンタクトベアリングを使用し、これらの軸受 20A、 20Bにコィ ルばね 27の力で予圧を負荷しているため、一般的な深溝玉軸受を使用する場合と 比較して軸受 20A、 20Bのガタツキを減らし、検査ヘッド 16の回転振れの精度を高 めることができる。しかも、ばね手段として、複数のコイルばね 27を周方向に等間隔 に設けているので、軸受 20A、 20Bに対して予圧を均等に負荷することができる。

[0042] 検査ヘッド 16を取り外す必要が生じた場合には、エンドキャップ 29に対して検査へ ッド 16のべアリングハウス 16bをねじの緩み方向に回転させて軸受 20A、 20Bの外 周力も検査ヘッド 16を先端側に抜き取ることができる。これにより、検査ヘッド 16のへ ッド本体 16Aを、あるいは検査ヘッド 16の全体を一度に取り外すことができる。検査 ヘッド 16を取り付ける際にも、ベアリングハウス 16bを軸受 20A、 20Bの外周上に差 し込んでエンドキャップ 29をねじ込むことにより、検査ヘッド 16のヘッド本体 16Aを、 あるいは検査ヘッド 16の全体を一度に取り付けることができ、ベアリングハウス 16bの 装着後にそのべアリングハウス 16bと主軸部 16cとの芯出し作業を実施する必要がな い。し力も、軸受 20A、 20Bの外輪 20οとべアリングハウス 16bとの間のはめあい公差 がすきまばめ領域に設定されているので、軸受 20A、 20Bに対して検査ヘッド 16を 容易に着脱することができる。さらに、スぺーサ 25に Oリング 28を設け、これをべァリ ングハウス 16bの内周と密着させているので、軸受 20A、 20Bとべアリングハウス 16b とをすきまばめで嵌合させた構造であっても、ベアリングノヽウス 16bに半径方向のガ タツキが生じるおそれがなぐ回転振れの精度が劣化しない。

[0043] さらに、 Oリング 28が軸受 20Bの外輪 20ο及びべアリングハウス 16bと密着してこれ らの間に摩擦力が作用しているため、検査ヘッド 16の回転の加速度、あるいは減速 度を高めても、外輪 20οがべアリングハウス 16bに対して周方向にスリップするおそれ がない。このため、外輪 20οとべアリングハウス 16bとの間のスリップに起因するべァリ ングノ、ウス 16bの内面の摩耗が生じるおそれがない。このため、回転振れ精度の径 時的な劣化も抑えることができ、長期間に亘つて回転振れの精度を高く維持すること 力 Sできる。回転の加速度及び減速度を高めることにより、検査に要する時間を短縮し て検査効率を高められる利点もある。

[0044] 本発明は上述した形態に限定されることなぐ種々の形態にて実施してよい。例え ば、上記の形態においてスぺーサ 25及びばね受けリング 26は左右方向に勝手違い に配置されてもよい。第 1の予圧部材及び第 2の予圧部材はスぺーサ及びばね受け リングの形状に限ることなぐ筒状又は環状でかつ軸受の外輪間で軸線方向に移動 可能に並べられて 、る限りにお 、て適宜に変更してょ 、。上記の形態では軸受にァ ンギユラコンタクト型のボールベアリングを用いた力 これに限らず、ラジアル荷重と一 方向のアキシアル荷重とを負荷することが可能な構造の軸受であれば、軸線方向に 予圧を与えることによって軸受のガタツキをなくして検査ヘッドの回転振れの精度を 高めることができる。一例として円すぃコロ軸受を使用してもよい。

[0045] ばね手段はコイルばねに限らず、皿ばね、板ばね等の各種のばね手段を用いてよ い。弾性体リングは Oリングに限らず、リング状でかつ検査ヘッドの内周と全周に亘っ て接触しつつ弾性変形することが可能な部材であれば適宜に変更してよい。

[0046] 軸受嵌合部と主軸部との一体構造は、検査ヘッドの取り付け後に両者の芯出しが 必要とならない限りにおいて適宜に変更してよい。例えば、軸受嵌合部と主軸部とを 溶接にて接合し、その接合後に軸受嵌合部及び主軸部の少なくともいずれか一方を 切削又は研削して両者の芯を一致させることにより両者を一体ィ匕してもよい。軸受嵌 合部と主軸部とをボルト等の着脱が可能な連結手段によって結合した場合でも、両 者の芯出し後に位置決めピン等の芯ずれ防止手段を設けて両者間の芯ずれのおそ れを排除することにより、軸受嵌合部と主軸部とを実質的に分解不可能な一体構造と して構成することができる。さらに、軸受嵌合部と主軸部が分解可能な構造であって も、軸受嵌合部と主軸部とを分解することなく軸受嵌合部を軸受から検査ヘッドの軸 線方向先端側に抜き取り可能とする限り、検査ヘッドの取り付け時においても軸受嵌 合部と主軸部とは分解不要であり、芯出し作業の負担の軽減又は解消を図ることが できる。

[0047] 本発明の検査ヘッドの支持構造は検査ヘッドがその軸線回りに回転する限りにお いて様々な構成の表面検査装置に適用することができる。例えば、検査ヘッドを軸線 方向に移動する機構が存在しない表面検査装置に対しても本発明の支持構造は適 用可能である。検査ヘッドの形状、あるいは、検査光を照射し、かつ反射光を受光す るための構成も上記の形態に限らず、適宜の変更が可能である。例えば、検査ヘッド の外周に発光素子及び受光素子を設けた構成の表面検査装置でも本発明の支持 構造は適用可能である。

[0048] 図 3は、本発明の表面検査装置の第 2の形態の概略構成を示している。表面検査 装置 101は、被検査物 200に設けられた円筒形の内周面 200a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 102と、その検査機構 102の動作制御、検 查機構 102による測定結果の処理等を実行するための制御部 103とを備えている。 さらに、検査機構 102は、被検査物 200に対して検査光を投光し、かつ被検査物 20 0からの反射光を受光する検出ユニット 105とその検出ユニット 105に所定の動作を 与える駆動ユニット 106とを備えている。

[0049] 検出ユニット 105は、検査光の光源としてのレーザダイオード（LD) 111と、被検査 物 200からの反射光を受光し、その反射光の単位時間当たりの光量 (反射光強度） に応じた電流又は電圧の電気信号を出力するフォトディテクタ（以下、 PDと呼ぶ） 11 2と、 LD111から照射される検査光を被検査物 200に向って導く投光ファイバ 113と 、被検査物 200からの反射光を PD112に導くための受光ファイバ 114と、それらのフ アイバ 113、 114を束ねた状態で保持する保持筒 115と、その保持筒 115の外側に 同軸的に設けられる中空軸状の検査ヘッド 116とを備えている。なお、検査ヘッド 11 6については後に詳述する。保持筒 115の先端には投光ファイバ 113を介して導か れた検査光を検査ヘッド 116の軸線 AXaの方向（以下、軸線 AXa方向と呼ぶ）に沿 つてビーム状に射出させ、かつ検査ヘッド 116の軸線 AXa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 114に集光するレンズ 117が設けられ、検査へ ッド 116の先端には（図 3において右端部）には、光路変更手段としてのミラー 118が 設けられている。

[0050] 駆動ユニット 106は、直線駆動機構 130と、回転駆動機構 140と、焦点調節機構 1 50とを備えている。直線駆動機構 130は、検査ヘッド 116をその軸線 AXa方向に移 動させるための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 に、直線駆動機構 130はベース 131と、そのベース 131に固定された一対のレール 132と、レール 132に沿って検査ヘッド 116の軸線 AXa方向に移動可能なスライダ 1 33と、そのスライダ 133の側方に検査ヘッド 116の軸線 AXaと平行に配置された送り ねじ 134と、その送りねじ 134を回転駆動する電動モータ 135とを備えている。スライ ダ 133は検出ユニット 105の全体を支持する手段として機能する。すなわち、 LD11 1及び PD112はスライダ 133に固定され、検査ヘッド 116は回転駆動機構 140を介 してスライダ 133に取り付けられ、保持筒 115は焦点調節機構 150を介してスライダ 1 33に取り付けられている。さらに、送りねじ 134はスライダ 133に固定されたナット 13 6にねじ込まれている。したがって、電動モータ 135にて送りねじ 134を回転駆動する ことにより、スライダ 133がレール 132に沿って検査ヘッド 116の軸線 AXa方向に移 動し、それに伴ってスライダ 133に支持された検出ユニット 105の全体が検査ヘッド 1 16の軸線 AXa方向に移動する。直線駆動機構 130を用いた検出ユニット 105の駆 動により被検査物 200の内周面 200aに対する検査光の照射位置を検査ヘッド 116 の軸線 AXa方向に関して変化させることができる。

[0051] 回転駆動機構 140は、検査ヘッド 116を軸線 AXa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 140は、検 查ヘッド 116を軸線 AXaの回りに回転自在に支持するように、保持筒 115と検査へッ ド 116との間に取り付けられた軸受 139と、回転駆動源としての電動モータ 141と、そ の電動モータ 141の回転を検査ヘッド 116に伝達する伝達機構としてのベルト 142 を備える。なお、伝達機構は、ベルト 142に限定されず、歯車列等の他の回転伝達 機構を利用することもできる。電動モータ 141の回転をベルト 142を介して検査ヘッド 116に伝達することにより、検査ヘッド 116がミラー 118を伴って軸線 AXaの回りに回 転する。回転駆動機構 140を用いた検査ヘッド 116の回転により、被検査物 200の 内周面 200aに対する検査光の照射位置を被検査物 200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 116の軸方向への移動と軸線 AXaの回りの回転 とを組み合わせることにより、検査物の内周面 200aをその全面に亘つて検査光で走 查することが可能となる。

[0052] 焦点調節機構 150は、検査光が被検査物 200の内周面 200aにて焦点を結ぶよう に保持筒 115を軸線 AXaの方向に駆動する焦点調整手段として設けられて 、る。そ の機能を実現するために、焦点調節機構 150は、保持筒 115の基端部に固定され た支持板 151と、直線駆動機構 130のスライダ 133と支持板 151との間に配置されて 支持板 151を検査ヘッド 116の軸線 AXa方向に案内するレール 152と、検査ヘッド 1 16の軸線 AXaと平行に配置されて支持板 151にねじ込まれた送りねじ 153と、その 送りねじ 153を回転駆動する電動モータ 154とを備えている。電動モータ 154にて送 りねじ 153を回転駆動することにより、支持板 151がレール 152に沿って移動して保 持筒 115が検査ヘッド 116の軸線 AXa方向に移動する。これにより、検査光が被検 查物 200の内周面 200a上で、焦点を結ぶようにレンズ 117からミラーを経て内周面 2 00aに至る光路の長さを調節することができる。

[0053] 制御部 103は、表面検査装置 101による検査工程の管理、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 160と、その演算処理部 160の指 示に従って検査機構 102の各部の動作を制御する動作制御部 161と、 PD112の出 力信号に対して所定の処理を実行する信号処理部 162と、演算処理部 160に対して ユーザが指示を入力するための入力部 163と、演算処理部 160における測定結果 等をユーザに提示するための出力部 164と、演算処理部 160にて実行すべきコンビ ユータブログラム、及び、測定されたデータ等を記憶する記憶部 165とを備えている。 演算処理部 160、入力部 163、出力部 164及び記憶部 165はパーソナルコンビユー 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 163にはキーボード、マウス等の入力機器が設けられ、出力部 164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 164に追加されてもよい。記憶部 165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 161及び信号処理部 162は、ハードウェア制 御回路によって実現されてもよ!、し、コンピュータによって実現されてもよ!、。

[0054] 図 4は、検査ヘッド 116の拡大図である。検査ヘッド 116は、上述したように、電動 モータ 141にベルト 142を介して取り付けられたヘッド本体 170と、ヘッド本体 170の 先端に着脱可能に設けられ且つミラー 118を保持する保持部 171とを備える。

[0055] ヘッド本体 170は、保持筒 115の回りに軸受 139を介して回転可能に装着される保 持筒外装部 172と、その保持筒外装部 172から先端に向って軸方向に延びる中空 延在部 173とを備える。その中空延在部 173の先端は、外径が小さくなるように切削 されており、その切削された部分にはねじ部 173aが設けられている。

[0056] 保持部 171は、ヘッド本体 170の中空延在部 173に対して着脱可能な外筒体 175 と、ミラー 118を保持し且つ外筒体 175の内部に着脱可能な内筒体 176とを備える。 図 5Aは保持部 171の全体の断面図、図 5Bは外筒体 175の断面図、図 5Cは内筒体 176の断面図である。

[0057] 図 5Bで示した外筒体 175は、先端 175aが閉じられた筒状体であって、その筒状 側面には円形の透光穴 175bが設けられている。また、外筒体 175の他端の内側に はねじ部 175cが設けられて!/、る。

[0058] 図 5Cで示した内筒体 176は、両端が開口し、その筒状側面には外筒体 175の透 光穴 175bより径の大きな円形の透光穴 176aが設けられ、その透光穴 176aには、 例えばガラス等の透光部材 176bが嵌め込まれている。また内筒体 176の内面の、 透光穴 176aに対して対称となる両側には、軸線 AXaに対して所定の角度でスリット 1 76c力設けられ、当該スリット 176cにミラー 118が嵌め込まれている。 [0059] 以下、本形態の作用について説明する。まず、図 3で示したように被検査物 200の 軸線に軸線 AXaを一致させて表面検査装置 101を配置したときに、軸線 AXaに沿つ て進んだ検査光の光路が変更されて、被測定対物 200の、軸線 AXaに対して所定 角度の内周面 200a (図 3においては内周面 200aは軸線 AXaに対して角度 0° の平 行な状態）に垂直に照射される角度でミラーを配置することができるようにスリット 176 cが設けられた内筒体 176を準備する。そして図 5Cで示したようにそのスリット 176c にミラー 118を配置する。このミラー 118を配置した状態で、内筒体 176の重心が軸 線 AXa上にな 、場合、ミラー 118の背面空間 176dにお 、てミラー 118を固定する接 着剤の位置や量を調整して内筒体 176の全体のバランスを調整する。このように本 形態によると、内筒体 176の両端が開口しているため、ミラー 118を配置した後も、内 筒体 176の背面空間 176dにアクセス可能であるため、内筒体 176のバランス調整を 容易に行うことができる。

[0060] 次に内筒体 176を外筒体 175の前面より外筒体 175の内部に挿入し、外筒体 175 の透光穴 175bの中心と内筒体 176の透光穴 176aの中心とがー致するように配置し て保持部 171を完成する。本形態によると、外筒体 175の先端 175aが閉じているた め、接着剤等でバランス調整したミラー 118の背面空間 176dが外側力も視認されず 、外観を損なうことがない。

[0061] そして図 4に示したように、外筒体 175のねじ部 175cをヘッド本体 170の先端のね じ部 173aにねじ込むことにより保持部 171をヘッド本体 170の先端に固定して検査 ヘッド 116を完成する。この際、ねじ込み式であるので容易に装着することができる。 なお、保持部 171及びヘッド本体 170の中空延在部 173と力 図 4で示したように被 検査物 200の内面 200aに挿入される揷入部 181となる。

[0062] 次に、ヘッド本体 170の保持筒外装部 172を軸受 139を介して保持筒 115の外側 に装着し、芯合わせ機構（図示せず）によりヘッド本体 170と保持筒 115との芯合わ せを行う。その後、図 3で示した入力部 163より動作開始を指示すると、演算処理部 1 60より動作制御部 161に対して被検査物 200の内周面 200aを検査するために必要 な動作の開始が指示される。その指示を受けた動作制御部 161は、 LD111を所定 強度で発光させるとともに、検査ヘッド 116が軸線 AXa方向に一定速度で移動し、か つ軸線 AXaの回りに一定速度で回転するようにモータ 135及び 141の動作を制御す る。さら動作制御部 161は検査光が被検査面として内周面 200a上で焦点を結ぶよう にモータ 154の動作を制御する。このような動作制御により、検査光は、 LD111から 投光ファイバ 113を通ってレンズ 117を経た後、中空延在部 173を軸線 AXaに沿つ て進み、保持部 171のミラー 118によって光路が変更されて透光部材 176bを透過し て透光穴 176a及び透光穴 175bを通り、内周面 200aを一端力も他端まで螺旋状に 操作する。なお、この内面 200aの検査において、内筒体 176の透光穴 176aには透 光部材 176bが嵌め込まれて 、るため、検査中に保持部 171内部に埃等が侵入する ことがない。

[0063] そして、内周面 200aに照射された検査光のうちの、その内周面 200aで反射されて 透光穴 175bに到達した光は、透光部材 176bを通って透光穴 176aを通過し、ミラー 118で再度光路変更されて中空延在部 173を軸線 AXに沿って逆に進み、レンズ 11 7を通って受光ファイバ 114に入射し、図 3で示した PD112に導かれる。そして PD1 12に導かれた光は信号処理部 162へと送られ、信号処理部 162から出力された反 射光信号は演算処理部 160で処理され、出力部 164によって二次元画像として表示 される。そしてこの二次元画像により内面状態が把握される。

[0064] このように検査を行う過程で、ミラーが汚れた場合、ミラーが破損した場合、また異 なる傾斜を有する内周面 200aを検査する必要が生じた場合、ミラーの清掃又は交 換が必要となる。この場合、保持部 171をヘッド本体 170に対して回転し、保持部 17 1のねじ部 175cをヘッド本体 170のねじ部 173aから取り外す。そして内筒体 176を 外筒体 175の外部へ引き出す。その後、ミラーが汚れている場合はミラーの汚れを拭 き取る等の清掃を行う。この際、内筒体 176の両端が開口しているため、ミラー表面 の清掃を容易に行うことができる。ミラーが破損している場合は、ミラーを交換、又は 内筒体 176ごと新たなミラーが取り付けられた別の内筒体 176と交換する。異なる傾 斜の穴の検査を行う場合は、異なる角度で設けられたスリット 176cにミラー 118が装 着された内筒体 176と交換する。この場合も、外筒体 175の内部に内筒体 176を挿 入する前に、内筒体 176の重心が軸線 AXa上にない場合バランス調整が必要でとな る力 内筒体 176の前端が開口しているため、ミラー 118の背面空間 176bに容易に アクセス可能であり、ミラー 118のバランス調整が容易である。

[0065] 次に、上述と同様に内筒体 176を外筒体 175の前面より外筒体 175の内部に挿入 し、外筒体 175の透光穴 175bの中心と内筒体 176の透光穴 176aの中心とがー致 するように配置して保持部 171を完成する。この場合も、外筒体 175の前面が閉じて いるため、接着剤等でバランス調整したミラー 118の背面の空間が外側力も視認され ず、外観を損なうことがない。

[0066] そして外筒体 175のねじ部 175cをヘッド本体 170の先端に設けられたねじ部 173 aにねじ込んで保持部 171をヘッド本体 170に固定して再度検査ヘッド 116を完成す る。この際、ヘッド本体 170と回転駆動機構 130とは既に芯合わせされているため、 再度調整する必要はない。

[0067] 以上、本形態によると、検査ヘッド 116において、ミラー 118の保持部 171がヘッド 本体 170に対して着脱可能であるため、ミラー 118を交換する場合、回転駆動機構 1 40に取り付けられたヘッド本体 170は取り外さずに、保持部 171のみ取り外して交換 することができる。故に、ミラー 118の清掃及び交換を安価で且つ容易に行うことがで きる。

[0068] 次に、本発明の表面検査装置の第 3の形態について説明する。図 6は本発明の表 面検査装置の第 3の形態の検査ヘッド 216を示した図である。なお、本形態と第 2の 形態とは検査ヘッド 216以外は同様であるので、検査ヘッド 216以外の部分の説明 は省略する。

[0069] 検査ヘッド 216は、第 2の形態の検査ヘッド 216と同様に、回転駆動機構及び当該 回転駆動機構を介して直線駆動機構に取り付けられるヘッド本体 220と、ヘッド本体 220に対して着脱可能に設けられ且つ光路変更部材であるミラー 218を保持する保 持部 271とを備える。ただし、ヘッド本体 220が被検査物に挿入される挿入部 281を 含まず、すなわち検査ヘッドの中央を延びる中空延在部 273がヘッド本体 220でなく 保持部 271に含まれて 、る点が第 2の形態と異なる。

[0070] 保持部 271は、その先端に設けられた外筒体 275及び内筒体 276と、外筒体 275 力も軸線 AXaに沿って駆動機構側に延びる中空延在部 273と、その中空延在部 27 3の基端に設けられた揷込部 280とを備える。内筒体 276は第 2の形態の内筒体 17 6と同様の形状である。外筒体 275も第 2の形態の外筒体 175と略同様である力 開 口側の内側面にねじ部が設けられていない点が異なる。また、中空延在部 273の先 端にもねじ部は設けられておらず、その外径が小さくなるように切削された切削部 27 3aが設けられ、その切削部 273aの外径は外筒体 275の内径とほぼ一致して！/、る。 切削部 273から駆動機構側に延びる中空延在部 273の中間部 273bの外径は外筒 体 275の外径と一致している。そして内筒体 276が内部に配置された状態で外筒体 275は、中空延在部 273の先端に嵌め込まれて接着され、全体として均一な径を有 する挿入部 281が形成される。中空延在部 273の基端の外径は拡大され、そこから 駆動機構側に向う方向に徐々に径が狭まるテーパ部 280aが設けられ、さらにその先 にねじ部 280bが設けられて揷込部 280が形成されている。

[0071] ヘッド本体 220は、保持筒 115の外側に軸受 139を介して装着される保持筒外装 部 272を備える筒状部材で、その先端は軸線 AXaに沿って肉厚に形成され、その肉 厚部 272aにおいて筒状部材の内面には、先端力も駆動機構側に向う方向に徐々に 径が狭まるテーパ部 282aが設けられ、更にその先にはねじ部 282bが設けられて上 述の揷込部 280を受ける受け部 282が形成されている。

[0072] この形態においては、外筒体 275と中空延在部 273とはねじ切り等の着脱可能な 構造によらず、単に 2つの筒状部材を嵌め込んで接着剤等で接着されているため、 この部分にねじ部等を設けて着脱可能な構造にした場合と比べて薄く製造すること ができる。したがって挿入部 281の径を小さくすることができ、小さな穴の内周面も検 查することができる。また、ヘッド本体 220に着脱される保持部 271が被検査物に挿 入される挿入部 281よりも駆動機構側まで延びている。したがって、例えば、異なる長 さの保持部 271を予め準備しておけば、穴の深さに応じて適当な長さの保持部 271 に交換することができるため、様々な穴に即座に対応することができる。さらに、保持 部 271の基端側の揷込部 280と、ヘッド本体 220の先端の受け部 282にはテーパ部 280a, 282aが設けられているため、保持部 271とヘッド本体 220との芯合わせを容 易に行うことができる。

[0073] 以上、本発明の好適な形態について説明したが、本発明は上述した形態に限定さ れることなぐ種々の形態にて実施してよい。例えば、保持部とヘッド本体との接合は 、互いにねじ部を設けることより行った力 これに限定されず、着脱可能であればいか なる形態であってもよい。また、ミラーの取付方法も、内筒体側面にスリットを設ける形 状でなくてもよぐ例えば別途保持部材を設ける形状であってもよい。更に光路変更 手段はミラーに限定されず、プリズム等であってもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 中空筒状の軸受嵌合部とその軸受嵌合部から先端側に延びる主軸部とを備えた 検査ヘッドをその軸線の回りに回転させつつ該検査ヘッドの外周力 被検査物に検 查光を照射し、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 検査ヘッドの支持構造であって、

前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部の内部に同軸的に配置されるヘッド支持軸と、 前記検査ヘッドの軸線方向に距離をお!/、た状態で前記ヘッド支持軸の外周と前記 軸受嵌合部の内周との間に配置され、ラジアル荷重及び一方向のアキシアル荷重を それぞれ負荷可能な一対の軸受と、

前記一対の軸受のそれぞれの内輪を前記軸線方向に関して前記ヘッド支持軸上 の一定位置に拘束する内輪拘束手段と、

前記一対の軸受のそれぞれの外輪間にて前記検査ヘッドに対して前記軸線方向 へ移動可能な状態で並べて配置された筒状又は環状の第 1及び第 2の予圧部材と、 前記予圧部材間に配置され、これらの予圧部材を前記一対の軸受のそれぞれの 外輪に向力つて付勢するばね手段と、

前記第 1の予圧部材と一方の軸受の外輪との間に配置され、かつ外周が前記軸受 嵌合部の内周に接触する弾性体リングと、

前記軸受嵌合部内に設けられた第 1拘束部と前記検査ヘッドの基端部に着脱自在 に設けられた第 2拘束部とによって、前記一対の軸受のそれぞれの外輪を前記軸線 方向外側から拘束する外輪拘束手段と、を備え、

前記第 2の拘束部を前記検査ヘッドから取り外すことにより、前記検査ヘッドが前記 軸受嵌合部及び前記主軸部を含んだ状態で前記一対の軸受上から前記軸線方向 先端側に抜き取り可能とされている、検査ヘッドの支持構造。

[2] 前記ばね手段として、前記予圧部材間に、前記検査ヘッドの周方向に等間隔をお いて複数のばね部材が設けられている請求項 1の検査ヘッドの支持構造。

[3] 前記弾性体リングとして Oリングが設けられている請求項 1又は 2の検査ヘッドの支 持構造。

[4] 前記軸受の外輪と前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部との間のはめあい公差がすき まばめ領域に設定されている請求項 1〜3のいずれか一項の検査ヘッドの支持構造

[5] 前記検査ヘッドの前記軸受嵌合部が、前記主軸部に対して分解不能な一体構造 で形成されて 、る請求項 1〜4の 、ずれか一項の検査ヘッドの支持構造。

[6] 先端に光路変更手段が設けられた軸状の検査ヘッドを駆動手段により軸線の回り に回転させつつ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、該被検査物で反射して該検査ヘッド内に再度入 射した前記検査光の光量に基づいて前記検査物の表面状態を検出する表面検査 装置において、

前記検査ヘッドが、前記駆動手段に取り付けられるヘッド本体と、前記ヘッド本体に 対して着脱可能に設けられ且つ前記光路変更手段を保持する保持部と、を備えてい ることを特徴とする表面検査装置。

[7] 前記保持部が前記検査ヘッドの先端側に限定して設けられている請求項 6の表面 検査装置。

[8] 前記検査ヘッドが前記被検査物に挿入される挿入部を有し、前記保持部が、前記 挿入部よりも前記駆動機構側まで延びている請求項 6の表面検査装置。

[9] 前記保持部が、前記ヘッド本体に対して着脱可能な外筒体と、前記光路変更手段 を保持し且つ該外筒体の内部に着脱可能な内筒体と、を備える請求項 6〜8のいず れか 1項の表面検査装置。

[10] 前記外筒体は、その先端が閉じられ且つ筒状側面に透光穴が設けられ、

前記内筒体は、その両端が開口し且つ筒状側面に透光部材が嵌め込まれた透光 穴が設けられるとともに、前記筒状側面の内面に前記透光穴に対して対称となるよう に前記内筒体の軸線に対して所定で角度でスリットが設けられている請求項 9の表 面検査装置。