JP2007147324A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査物表面の微小サイズの欠陥が検査可能で且つ表面の荒れや汚れ等の影響を受けにくい表面検査装置を提供する。
【解決手段】光源２４から投光ファイバ２０を介して被検査物の内面に投光された光の反射光を受光ファイバ２１を介して受光し、その受光量に基づいて被検査物２の表面に対応した二次元画像を生成する表面検査装置１において、前記投光ファイバ２０の周囲に前記受光ファイバ２１を複数配置し、且つ前記受光ファイバ２１の径を前記投光ファイバ２０の径よりも大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検査物表面に存在する異物、微細な溝又は傷を検査する表面検査装置に関する。

被検査物表面に存在する溝や傷を検査することのできる装置としては、光源から投光ファイバを介して被検査物の表面に投光された光の反射光を受光ファイバを介して受光し、その受光量に基づいて被検査物の表面に対応した二次元画像を生成し表面の溝や傷を検出する表面検査装置が知られている。この装置は、投光ファイバを介して投光される光を円筒体の内周に沿って回転させる回転手段及び円筒体の軸方向に沿って移動させる直線移動手段も備え、平面のみならず円筒体の内面も検査可能となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２８１５８２号公報

この表面検査装置により、微細な溝や傷を検出するためには、投光ファィバを細くして光の照射スポットを小さくし、分解能を向上させることが必要である。しかし、照射スポットを小さくしていくと、表面の荒れや汚れによる光の散乱の影響を受けやすくなり、検出したい溝とこれらの荒れや汚れとの区別がしにくくなるという問題が生じてくる。このため、従来の表面検査装置を微細な溝の検出に用いることは困難である。

そこで、本発明は、表面の荒れや汚れ等の影響を受けにくく、被検査物表面の微細な溝等の欠陥が検査可能な表面検査装置を提供することを目的とする。

本発明の表面検査装置は、光源（２４）から投光ファイバ（２０）を介して被検査物（２）の表面に投光された光（Ｌ）の反射光を受光ファイバ（２１）を介して受光し、その受光量に基づいて前記被検査物（２）の表面を検査する表面検査装置（１）において、前記投光ファイバ（２０）の周囲に前記受光ファイバ（２１）を複数配置し、前記受光ファイバ（２１）の径を前記投光ファイバ（２０）の径よりも大きくすることにより上記課題を解決する。

上述のように、表面検査装置において、分解能を向上させるために投光ファイバを細くしていくと、表面の浅い部分に存在する荒れや汚れによる光の散乱が反射光に及ぼす影響が大きくなってくる。しかし、この場合であっても、溝や傷の部分からの反射光と比べると、正反射の量が多くまた投光位置からの散乱光の広がりも小さい。本発明の表面検査装置は、投光ファイバの周囲に、複数の受光ファイバが配置され且つ受光ファイバの径は投光ファイバよりも大きいため、受光面積が従来と比べて広い。従って、正反射量が多く且つ散乱光の広がりが比較的狭い、荒れや汚れ部分からの反射光の場合、反射光全体のうちのかなりの割合の反射光を拾うことが可能となる。これに対して、表面の溝や傷部分からの散乱光は、正反射光が少なくまた散乱光が大きく広がっているため、受光面積を拡大しても、表面の荒れや汚れの場合と比べて受光量の増加の割合は少ない。すなわち、本発明の表面検査装置によると、溝や傷の部分からの受光量はあまり増加させずに、荒れや汚れの部分からの受光量のみ大きく増加することができる。従って、荒れや汚れが存在する部分と、溝や傷が存在する部分とを明確に区別することが可能となる。

また、本発明の一形態においては、前記受光ファイバ（２１）により受光された光を光電変換し、光電変換後の信号を非線形に増幅する非線形増幅手段（４）を備えてもよい。 上述のように、受光面積を大きくすることで、分解能を向上させても、溝や傷の部分を表面の荒れや汚れから区別すること可能になる。しかし、その場合であっても、分解能を向上させるほど、光電変換後の、溝や傷の部分から受光された光に対応する出力信号と、表面の荒れや汚れの部分から受光された光に対応する出力信号との境界は、表面が滑らかで汚れのない部分から受光された光に対応する出力信号と比べて信号強度の低い部分に存在するようになる。従って、本形態のように、出力信号の低い範囲において大きく増幅されるように、光電返還後の信号を非線形に増幅すれば、表面の溝や傷と表面の荒れや汚れとをより容易に区別することが可能となる。

前記光電変換後の信号が電圧信号であり、前記非線形増幅手段（４）の増幅率を、低電圧部では大きく、高電圧部では小さくすることができる。また前記非線形増幅手段としてログアンプを設けることもできる。これによると、上述したように、出力電圧の低い低電圧部において大きく増幅されるように光電返還後の電圧信号を非線形に増幅すれば、表面の溝や傷と表面の荒れや汚れとをより容易に区別することが可能となる。

前記被検査物が円筒体（２）の内面であり、前記投光ファイバ（２０）から投光される光を前記円筒体（２）の内周に沿って回転させる回転手段（１２）と、前記円筒体（２）の軸方向に沿って移動させる直線移動手段（１３）と、前記回転手段（１２）の回転に対応するクロック信号を発生するクロック信号発生手段（５）と、前記増幅された電気信号を前記クロック信号と同期させてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段（６）と、を備えることもできる。これによると、信号発生手段からクロック信号に基づき、増幅された電気信号をＡ／Ｄ変換するので、二次元画像が回転むらの影響を受けにくくなる。

前記被検査物をエンジンのシリンダヘッドとし、前記被検査物の前記表面を前記シリンダヘッドの内面とし、前記溝や傷を、前記内面に設けられた凹部の側面と前記凹部に嵌め込まれたバルブシートの側面との隙間としてもよい。これによると、エンジンのシリンダヘッドの内面の、微細な表面の溝や傷を、表面の荒れや汚れの影響を受けることなく検査可能となる。

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。

以上、本発明の表面検査装置によると、表面の微細な溝や傷と表面の荒れや汚れとの差を明確にすることができ、溝や傷を明確に検出することが可能となる。従って、例えば、自動車部品等の検査基準の厳しい製造ラインに組み込んで、微細欠陥の検出に使用することが可能となり、製品精度及びスループットを向上することができる。

図１は、本発明の表面検査装置の一形態の概略図である。なお、本形態では、以下、被検査物として円筒体の内面を検査する表面検査装置について説明するが、本発明はこれに限定されず、平面状の被検査物の表面を検査するものであってもよい。図示したように、本発明の表面検査装置１は、被検査物である円筒体２の内部に挿入され、円筒体２の内面に光Ｌを投光しつつその反射光を受光する検査部３と、受光した光を非線形に増幅する非線形増幅器手段である非線形増幅器４と、その非線形増幅部４から送られる信号を、クロック信号発生手段であるエンコーダ５からのサンプリングクロック信号によりＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段であるＡ／Ｄ変換器６と、検査部３及びＡ／Ｄ変換器６に対する各種制御を行う制御部７と、それらの各種制御及びその他の後述する処理を行う演算処理部８と、を備える。

図２は検査部３の概略構成を示した図である。図示したように、検査部３は、光源であるレーザダイオード（以下、ＬＤと表記する）２４と、受光した光を光電変換して受光量に応じた電圧を発生するフォトディテクタ（以下、ＰＤと表記する）２５と、ＬＤ２４から及びＰＤ２５へ光を伝達するセンサヘッド１０と、センサヘッド１０の外部を囲む外筒１１と、外筒１１を回転させる回転手段である回転機構１２と、外筒１１を進退移動させる直線移動手段である直線移動機構１３と、回転に合わせてサンプリングクロック信号を発生するエンコーダ５と、センサヘッド１０を移動させて光の焦点合わせを行うセンサヘッド調整機構１４と、を備える。

センサヘッド１０は、投光ファイバ２０及び受光ファイバ２１と、それらの投光ファイバ２０及び複数の受光ファイバ２１を保持する保持筒２２と、保持筒２２の先端に取り付けられ、投光ファイバ２０からの光を外部に対して集光し、外部からの光を内部に対して集光する凸レンズ２３とを備える。そして投光ファイバ２０の基端はＬＤ２４に接続され、受光ファイバ２０の基端はＰＤ２５に接続されている。そしてＬＤ２４で発生された光は投光ファイバ２０を介して凸レンズ２３へ投光され、凸レンズ２３から入射した光は受光ファイバ２１を介してＰＤ２５に伝達される。

図３（ａ）は投光ファイバ２０と受光ファイバ２１との保持筒２２内での断面図を示したものである。図示したように、一本の投光ファイバ２０の周りに４本の受光ファイバ２１が配置され、また投光ファイバ２０の径に比べて受光ファイバ２１の径が大きいため、投光面積に比べて受光面積が大きい。なお、投光ファイバの周り配置する受光ファイバの数は４本に限定されず、複数であれば良く、例えば図３（ｂ）に示したように、一本の投光ファイバの周りに３本の受光ファイバを配置することもできる。

図２に戻り、センサヘッド１０の外側を覆う外筒１１は、センサヘッド１０と同軸に配置され、その先端の側部には光を通すための投／受光部３０が開口されている。また、外筒１１内部の先端部には反射鏡３１が当該外筒１１の軸線Ｃに対して４５度の角度で取り付けられている。この反射鏡３１により、センサヘッド１０の凸レンズ２３を通った光は直角に曲げられ、投／受光部３０を通って円筒体２の内面の検査領域Ｒに投光されるようになっている。また検査領域Ｒからの反射光も投／受光部３０を通って反射鏡３１によって直角に曲げられ凸レンズ２３を通って受光ファイバ２１へ伝達される。

一方、外筒１１の基端側に取り付けられた回転機構１２は回転モータを含んでおり、この回転機構１２によって外筒１１が回転されると、その外筒１１に固定された反射鏡３１も共に回転し、検査領域Ｒの位置が円筒体２の内面の周方向に沿って回転する。そして、外筒１１が一回転すると、検査領域Ｒは円筒体２の内面を一周し、その回転に合わせて、エンコーダ５からサンプリングクロック信号が発生される。

また、検査部３には、リニアモータ等の直線移動機構１３が取り付けられており、外筒１１が円筒体２の軸方向Ｃに沿って進退移動することができるようになっている。これにより、投／受光部３０からの光は円筒体２の内面を周方向に沿って走査すると共に軸方向にも相対的に移動し、円筒体２の内面の全体を広範囲で検査することができる。

図１に戻り、受光ファイバ２１から伝達された光は、ＰＤ２５により光電変換され、受光量に応じた電圧に変換される。そしてＰＤ２５に接続されている非線形増幅器４は、ＰＤ２５からの電圧を非線形に増幅するものであり、ログアンプ（図示せず）を有し、ここで、電圧の低い部分が大きく増幅され、電圧の高い部分は小さく増幅される。

なお、この非線形増幅器４の次に、高速フーリエ変換装置、ローパスフィルタ及び逆フーリエ変換装置を配置することもできる。あるいは、非線形増幅器４の次にローパスフィルタのみ配置することもできる。これによると、高周波領域に多く表れる表面の荒れや汚れによる光の散乱の影響や、他のノイズの影響を排除することができる。例えば、高速フーリエ変換装置、ローパスフィルタ及び逆フーリエ変換装置を配置した場合、一周の検査時間２０ｍｓとしたときに、その１／１００である０．２ｍｓ、周波数にして５０００Ｈｚ以上をローパスフィルタでカットすると効果的である。

非線形増幅器４は直接、又は高速フーリエ変換装置、ローパスフィルタ及び逆フーリエ変換装置、若しくはローパスフィルタを介在させて、更にＡ／Ｄ変換器６に接続され、このＡ／Ｄ変換期で信号は、エンコーダ５から発生されるサンプリングクロックに従ってサンプリングされてＡ／Ｄ変換される。サンプリングされたデジタル信号は、制御部７を介して後述する演算処理部８の記憶装置に記録される。なお、制御部７は、ＬＤ２４、回転機構１２、直線移動機構１３、センサヘッド調整機構１４の制御も行う。

図４は制御部７と接続されている演算処理部８の構成図を示したものである。図示したように、この演算処理部８は、演算装置４０と、演算装置４０に対する入力装置４１としてのキーボード４１ａ及びマウス４１ｂと、必要に応じて出力装置４２としてのモニタ４２ａ及びプリンタ４２ｂとを備えている。また、演算装置４０は、例えばマイクロプロセッサ及びその動作に必要な記憶装置４３（ＲＡＭ及びＲＯＭ）等の周辺装置を備えたコンピュータユニットで構成される、例えばパーソナルコンピュータを使用することができる。

この演算装置４０は、円筒体２の内面の周方向の位置をｘ座標とし、円筒体２の内面の長手方向位置をｙ座標とした二次元平面において、上述したように回転移動に合わせてサンプリングされて記憶装置４３に記憶された受光量に相当するデジタル信号を画素の輝度の強弱として表す表示制御手段４４を更に備える。また、その表示された二次元画像を２値化及びエッジ処理等する画像処理手段４５も備えている。

更に、この演算装置４０は、円筒体２の内面に設けられた溝の幅を求めるための溝幅決定手段４６も備える。この溝幅決定手段４６は、受光量を画素の輝度の強度で表した二次元画像を２値化し、その画像を更にエッジ処理した画像を、ｙ方向に延びる直線に沿って複数に分割し、分割区間毎に溝幅を決定するものである。なお、本形態においてはエッジ処理した画像を分割するが、これに限定されず、受光量をその強度で表した二次元画像又は、それを２値化した画像を分割してもよい。

図５は、溝幅決定手段４６が分割区間毎に溝幅を決定するアルゴリズムを示したフローチャートである。このフローチャートでは、まずステップ１において、作業者が入力装置４１から入力する分割数等の指示に基づいて二次元画像平面をｙ方向に延びる直線に沿って複数に分割する。ステップ２では一の分割区間内において、ｘ軸座標を一点に固定し、ｙ軸に沿って溝の一方から溝に向って移動し、画素の輝度が隣接画素間で特定の閾値を超えて変化する一点を検索し、そのときのｙ座標を溝の一側縁部に対応するｙ座標として記憶する。ステップ３では、同じｘ軸座標上において、ｙ軸に沿って溝の他方から溝に向って移動し、受光量に相当する画素の輝度が隣接画素間で特定の閾値を超えて変化する他点を検索し、そのときのｙ座標を溝の他側縁部に対応するｙ座標として記憶する。ステップ４において、予め作業者によって設定された、一の分割区間内で検索すべきｘ座標の数だけ両側縁部のｙ座標を求めたか検討する。そして、まだ所定の数、求めていない場合は、ステップ５に進み、同一の分割区間内でｘ座標を移動して、またステップ２に戻る。そしてステップ２からステップ４に至る動作を繰り返す。所定の数のｘ座標についてそれぞれ両側縁部のｙ座標を求めたら次のステップ６へと進む。ステップ６では、ステップ２で記憶した複数の一側縁部のｙ座標を集計し、そのうちの、集計数が最も多いｙ座標を一側縁部の代表座標とする。ステップ７では、同様にステップ３で記憶した複数の他側縁部のｙ座標を集計し、そのうちの集計数が最も多いｙ座標の他側縁部の代表座標とする。ステップ８において、その一側縁部の代表座標と他側縁部の代表座標の差を求め、その差をその分割区間における代表的な溝幅として記憶する。ステップ９において全分割区間について代表的な溝幅を決定したか検討し、全分割区間について決定されていない場合は、ステップ１０により分割区間を移動して再度のステップ２に戻り、同様の作業を行う。全分割区間について代表的な溝幅を決定すると、フローチャートは終了する。そしてその計算結果は適宜モニタ等の出力装置から出力される。

次に、本形態の表面検査装置で、自動車のエンジンのシリンダヘッドの、内面に形成された凹部の側面とその凹部に取り付けられたリング状のバルブシートの側面との隙間の幅を検査し、その幅を測定する場合について説明する。

図６（ａ）は自動車のエンジンのシリンダヘッドの概略図である。エンジンのシリンダヘッド２は、通常アルミニウム合金等で製造されており、燃焼室内に吸入空気を供給するための吸気ポート１０１と、燃焼後の排気ガスを排出するための排気ポート１０２とが形成されている。各ポート１０１，１０２は、それぞれバルブ１０３によって開閉されるようになっており、また各ポート１０１，１０２の先端には、凹部１０４が設けられ、この凹部１０４には、バルブの気密性と耐久性を確保するために、鉄系の焼結材料等で作られたリング状のバルブシート１０５が嵌め込まれている。このバルブシート１０５と凹部１０４とは隙間なく嵌合されていることが望ましいが、製造上の誤差等によって、実際には多少の隙間Ｇが発生する。そして、この隙間Ｇが大きくなると所望のエンジン性能を得ることができないため、この隙間Ｇの幅を正確に測定し、一定の値以上の隙間を有する不良品は排除することが必要である。このような隙間Ｇは、図示したようにシリンダヘッド２の内面に存在し、直接目視することができない。このため、従来は、作業者が手作業により隙間Ｇに薄板材からなるシムを差し込み、シムが入ればその厚さの隙間Ｇが存在すると判断する方法が広く用いられている。しかし、この方法は、作業者の熟練度の影響が大きく、客観性に欠け、更に、手作業であるため、全品検査が困難であった。

本形態の表面検査装置による、このようなシリンダヘッド２の内面に形成された凹部の側面とその凹部に取り付けられたリング状のバルブシート１０５の側面との間の幅の検査及びその幅の決定は、以下のように行う。まず、バルブ１０３が取り付けられていない状態で、吸気ポート１０１又は排気ポート１０２のいずれか検査を行うポート内に、シリンダヘッド２の軸線と外筒１１の軸線Ｃとを一致させて、投／受光部３０がバルブシートの位置１０５にくるようにして表面検査装置１の外筒１１を配置する。なお、図６（ｂ）は吸気ポート１０１に表面検査装置１を挿入する場合を示した。次に、図２に示したセンサヘッド調整機構１４によってセンサヘッド１０を移動させ、シリンダヘッド２の内面に光Ｌの焦点を合わせる。これにより、ＬＤ２４からの光は、投光ファイバ２０を通って、凸レンズ２３により集光されて反射鏡３１に到り、直角に光路が変更されて投／受光部３０からバルブシート１０５の内面の検査領域Ｒに投光される。

この状態で、回転機構１２及び直線移動機構１３を駆動させると、シリンダヘッド２の内面に投光ファイバ２０からの光が順次投光されて、内面の全周から反射光が受光ファイバ２１に受光される。そして外筒１１は回転し且つ軸方向Ｃに進み、バルブシート１０５の内面からシリンダヘッド２の内面にわたる所定範囲内の検査が可能になる。

反射された光Ｌは投／受光部３０を通って反射鏡３１で直角に曲げられて、凸レンズ２３で集光され、受光ファイバ２１に受光される。この場合、シリンダヘッド２の表面は比較的滑らかであるため、投光ファイバ２０から投光された光の大部分が正反射して受光ファイバ２１によって受光される。バルブシート１０５の表面は、シリンダヘッド２の内面と比較すると表面がざらついているため、投光ファイバ２０を細くして照射スポット径を小さくすると光の散乱の影響が出てくる。溝Ｇの部分においては、光の散乱がバルブシート１０５の部分より更に大きく、光の正反射もほとんどない。

ここで、投光ファイバ２０の周囲に受光ファイバ２１を４つ配置し且つ受光ファイバ２１の径を投光ファイバ２０より大きくすることにより受光面積が拡大されている。このため、バルブシート１０５の部分から受光ファイバ２１によって受光される光の量は増加するが、一方、溝の部分から受光される光の量はあまり増加しない。従って、バルブシートの表面の部分と溝の部分との差が明確になる。

次に、シリンダヘッド２の内面を螺旋状にスキャンしながら受光ファイバ２１を介して得られた上述の信号をＰＤ２５によって光電変換して受光量に応じた電圧に変換し、非線形増幅器４によって増幅する。図７はＰＤ２５からの非線形増幅器４に入力される信号と、非線形増幅器４のログアンプによって非線形に増幅した後の出力電圧の関係を示したグラフである。図７のＡで示した部分は、溝の部分のＰＤ２５からの信号の部分である。一方、図７のＢで示した部分は、バルブシート部分のＰＤ２５からの信号を含む、溝部以外の信号の部分である。ここで、ＰＤ２５からの入力信号における溝からの信号部分Ａとそれ以外の信号部分Ｂとは、上述のように受光ファイバ２１の受光面積を大きくすることで、ある程度の差を生じているが、更にこの差を拡大できれば、より明確に両者を区別することができる。一方、この差の部分は、入力信号全体のうちの信号の少ない位置に存在している。従って、ＰＤからの入力信号を非直線アンプあるいはログアンプで対数的に増幅することにより、この差の部分が拡大され、両者の間の出力電圧の差が大きくなり、表面の溝や傷を表面の荒れや汚れから更に区別しやすくなる。また、ログアンプの後に高速フーリエ変換装置、ローパスフィルタ及び逆フーリエ変換装置、あるいは、ローパスフィルタが配置されている場合、高周波領域に多く表れる表面の荒れや汚れによる光の散乱の影響や、他のノイズの影響が排除される。

この出力電圧を、Ａ／Ｄ変換器６にて、エンコーダ５から発生されるサンプリングクロックに従ってサンプリングしてＡ／Ｄ変換する。そして演算処理部８の表示制御手段４４によって、シリンダヘッド２の周方向をｘ軸とし、軸方向をｙ軸とした、格子状の画像データに変換することにより、シリンダヘッド２の内面を展開したような二次元画像を得ることができる。ここで、回転機構に取り付けられたエンコーダから直接サンプリングクロック信号を発生させるので、光の回転と受光データとを同期させることができ、二次元画像が回転むらの影響を受けにくい。

図８は、エアシリンダの内面のバルブシートが取り付けられた部分を本発明の表面検査装置１で検査した二次元画像である。図中Ａはシリンダヘッド２の内面であり、表面は比較的滑らかであるため反射光量が多く白くなっている。また、図中Ｂはバルブシート１０５の内面であり、この部分はシリンダヘッド２の内面と比較すると表面がざらついているため、反射光量が少なく、黒っぽくなっている。そして図中Ｇは、シリンダヘッド２とバルブシート１０５との間の隙間であり、この部分からの反射光はほとんどないため、黒くなっている。なお、図示しないが、受光ファイバの数が複数でなく且つ増幅器も線形である従来の表面検査装置の場合、同様の二次元画像において、シリンダヘッド２の内面は真っ白であり、バルブシート１０５と溝の部分は共に真っ黒となり、両者を区別することはできない。しかし、本形態の表面検査装置によると、図８で示したように、バルブシートの部分Ｂと、溝の部分Ｇとの間には、明暗に差が生じ、両者を区別することが可能となる。

より明確に溝Ｇを特定するために、図８の画像の画素の明るさを算出し、溝Ｇの部分の輝度とバルブシートＢの部分の輝度との間に閾値を設定し、画素の明るさが閾値以上なら白色を画素に設定し、閾値以下の場合は、画素に黒色を設定する２値化処理を行う。この処理によって得られた画像が図９であり、溝Ｇを明確に特定することができる。更にその画像をエッジ処理し、溝Ｇの一側縁部ｇ１と他側縁部ｇ２とを黒点で表示したものが図１０である。なお、この２値化処理及びエッジ処理は任意であって、これらの処理を行わずに、上述のように図５のデータから直接、溝Ｇの縁部の座標を求めることもできる。

次に、この画像を、図１０で示したようにｘ軸に沿って均等に１〜１０の区間に分割する（Ｓ１）。そして、第１区間Ｚ内において、ｘ座標を一点に固定し、ｙ座標に沿って、図中ｙ座標ａの位置から溝に向って一側縁部ｇ１に相当する黒点を検索し、その点のｙ座標を求めて記憶する（Ｓ２）。次に、図中ｙ座標ｂの位置から溝に向って他側縁部ｇ２に相当する黒点を検索し、その点のｙ座標を求めて記憶する（Ｓ２）。この場合、ｙ座標上に、ノイズ等の影響から溝の縁部に対応しない点も存在するが、適宜排除する。

そして第１区間Ｚ内において、所定数の両側縁部のｙ座標を求め（Ｓ４，Ｓ５）検索された複数の一点のｙ座標のうちの、最も多くの点が占めた座標を一側縁部の代表座標とする（Ｓ６）。同様に検索された複数の他点のｙ座標のうちの、最も多くの点が占めた座標の他側縁部の代表座標とする（Ｓ７）。次いで一側縁部の代表座標と他側縁部の代表座標との差を求め、その値を第１区間の代表溝幅とする（Ｓ８）。更に、第２区間から第１０区間第１区間までについても同様の計算を行い（Ｓ９，Ｓ１０）、区間毎の代表幅を求める。以上、本形態の溝幅決定手段４６によると、自動的且つ客観的に溝Ｇの区間毎の代表幅を決定することができる。

なお、例えばバルブシートが斜めに入っている場合等、溝の幅が一定でない場合ある。この場合、周方向全体で溝幅を計算すると、平均的な値となってしまうが、バルブシートの場合等平均値よりも最大溝幅が問題となる場合もある。本形態によると等間隔の複数の領域で分割して計算しているため、溝幅が一定でない場合、分割区間毎に溝幅を求めることができ、最大溝幅及び最小溝幅も求めることができる。またバルブが傾いているか否かを判断することもできる。ただし、本形態はこれに限定さるものではなく、分割をせずに全体についての代表的溝幅を決定することもでき、また、溝の一点における溝幅のみ求めることもできる。

以上、本形態の表面検査装置２によると、受光ファイバ２１の受光面積が拡大され、また非線形増幅器を有するため、エンジンのシリンダヘッドの側面と、バルブシートの側面との間の微細な隙間と、バルブシートの表面の荒れや汚れとの差を明確にすることができ、その微細な隙間を明確に検出することが可能となる。従って、本形態の表面検査装置は、自動車部品等の検査基準の厳しい製造ラインに組み込こむことができ、全品検査も可能となり、製品精度、品質及びスループットの向上が可能となる。

なお、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く、種々の形態にて実施してよい。例えば、上述したように、本形態では、被検査物として円筒体の内面を検査する表面検査装置について説明したが、これに限定されず、平面状の被検査物の表面を検査するものであってもよい。

本発明の表面検査装置の一形態の概略図。 検査部の一形態の構成図を示した図。 投光ファイバと受光ファイバの断面図。 本発明の表面検査装置の演算装置の構成図。 分割区間毎に溝幅を決定するアルゴリズムを示したフローチャート。 自動車のシリンダヘッドの概略図。 非線形増幅器での非線形増幅を示したグラフ。 エンジンシリンダの内周の凹部とバルブシートとの間の隙間を本発明の表面検査装置で検査した二次元画像。 図８の画像を２値化処理した画像。 図９の画像をエッジ処理して分割した画像。

符号の説明

１ 表面検査装置
２ 被検査物（円筒体，シリンダヘッド）
４ 非線形増幅器（非線形増幅手段）
５ エンコーダ（クロック信号発生手段）
６ Ａ／Ｄ変換部
１２ 回転機構（回転手段）
１３ 直線移動機構（直線移動手段）
２０ 投光ファイバ
２１ 受光ファイバ
３０ 投／受光部
４６ 溝幅決定手段
Ｃ 軸線
Ｇ 溝
Ｌ 光
ｇ１ 一点
ｇ２ 他点

Claims (6)

1. 光源から投光ファイバを介して被検査物の表面に投光された光の反射光を受光ファイバを介して受光し、その受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おいて、
   前記投光ファイバの周囲に前記受光ファイバが複数配置され、且つ前記受光ファイバの径が前記投光ファイバの径よりも大きいことを特徴とする表面検査装置。
2. 前記受光ファイバにより受光された光を光電変換し、光電変換後の電気信号を非線形に増幅する非線形増幅手段を備え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。
3. 前記光電変換後の信号が電圧信号であり、前記非線形増幅手段の増幅率が、低電圧部では大きく、高電圧部では小さいことを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
4. 前記非線形増幅手段としてログアンプを設けたことを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
5. 前記被検査物の前記表面が円筒体の内面であり、前記投光ファイバを介して投光される光を前記円筒体の内周に沿って回転させる回転手段と、前記円筒体の軸方向に沿って移動させる直線移動手段と、前記回転手段の回転に対応するクロック信号を発生するクロック信号発生手段と、前記増幅された電気信号を前記クロック信号と同期させてＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、を更に備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
6. 前記被検査物がエンジンのシリンダヘッドであり、前記被検査物の前記表面が前記シリンダヘッドの内面であって、前記溝や傷が、前記内面に設けられた凹部の側面と前記凹部に嵌め込まれたバルブシートの側面との隙間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面検査装置。
   

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