JP2009128157A - 表面検査装置の検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもユーザに掛かる負担を軽減し、表面検査装置による検査作業の自動化及び省力化を促進させることが可能な表面検査装置の検査システムを提供する。
【解決手段】ヘッド本体１６Ａの先端に着脱可能に設けられ、かつミラー１８が組み込まれる軸状の走査部１６Ｂとを備えた検査ヘッド１６を軸線ＡＸの回りに回転させつつ軸線ＡＸに沿って移動させ、検査ヘッド１６内に軸線ＡＸに沿って入射した検査光の光路をミラー１８により変更してワークＷに照射し、ワークＷから検査ヘッド１６に返される反射光の光量に基づいてワークＷの表面を検査する表面検査装置１に適用され、検査ヘッド１６の異常の有無を診断する検査システム１００において、検査ヘッド１６の異常の有無を診断する診断装置２００と、診断装置２００が検査ヘッド１６に異常があると判断した場合に検査ヘッド１６の走査部１６Ｂを交換する交換装置３００とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面検査装置の検査ヘッドの異常の有無を診断する検査システムに関する。

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に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から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から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）。

特開平１１−２８１５８２号公報

上述した表面検査装置においては、検査ヘッドの検査光を照射したり反射光を受光したりする部分が汚れると、検査光の光量が低下したり反射光の受光感度が変化して検査精度が低下する。しかしながら、従来の表面検査装置にはこのような異常の有無を自己診断する機能が設けられていないので、表面検査装置のユーザが自らの視覚等によって異常の有無を判別している。また、従来の表面検査装置では、このように異常が発生した場合、ユーザが部品の交換を行っている。そのため、ユーザに掛かる負担が大きい。

そこで、本発明は、従来よりもユーザに掛かる負担を軽減し、表面検査装置による検査作業の自動化及び省力化を促進させることが可能な表面検査装置の検査システムを提供することを目的とする。

本発明の検査システムは、ヘッド本体（１６Ａ）と、前記ヘッド本体の先端に着脱可能に設けられ、かつ光路変更手段（１８）が組み込まれる軸状の走査部（１６Ｂ）とを備えた検査ヘッドを回転駆動手段（４０）により軸線（ＡＸ）の回りに回転させつつ直線駆動手段（３０）により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（Ｗ）に照射し、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（１）に適用され、前記検査ヘッドの異常の有無を診断する検査システム（１００）において、前記検査ヘッドの異常の有無を診断する診断装置（２００）と、前記診断装置が前記検査ヘッドに異常があると判断した場合に前記検査ヘッドの前記走査部を交換する交換装置（３００）と、を備えることにより、上述した課題を解決する。

本発明の検査システムによれば、診断装置にて検査ヘッドの異常の有無を診断でき、また診断装置が検査ヘッドに異常があると判断した場合は交換装置にて走査部が交換されるので、従来よりもユーザに掛かる負担を軽減することができる。また、このように検査ヘッドの診断及び走査部の交換を装置で行うことにより、ユーザによる診断作業及び交換作業をそれぞれ低減、又は省略することができるので、表面検査装置による検査作業の自動化及び省力化を促進させることができる。

本発明の検査システムの一形態においては、前記表面検査装置にて前記被検査物を検査する際の前記検査ヘッドの移動経路上に配置されるとともに内周面に疑似欠陥（２２０ｂ〜２２０ｅ）が設けられ、かつ前記検査ヘッドが通過可能な貫通孔（２２０ａ）を有するサンプルピース（２２０）をさらに備え、前記診断装置は、前記表面検査装置に前記サンプルピースの内周面を検査させた検査結果に基づいて前記検査ヘッドの異常の有無を診断してもよい。この場合、形状や大きさが既知の疑似欠陥を表面検査装置に検査させ、その検査結果と実際の疑似欠陥とを比較することにより、検査ヘッドに異常があるか否か診断することができる。

この形態において、前記診断装置は、前記表面検査装置が前記被検査物を検査する毎に前記表面検査装置に前記サンプルピースの内周面を検査させて前記検査ヘッドの異常の有無を診断してもよい。このように被検査物を検査する毎に異常の有無の診断を行うことにより、検査ヘッドの異常を速やかに見つけることができる。そのため、表面検査装置の検査結果の信頼性を向上させることができる。

本発明の検査システムの一形態においては、前記被検査物の検査対象部分に応じた形状に形成され、疑似欠陥が設けられるテスト検査部（２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ）を有するテストピース（２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃ）と、前記表面検査装置を前記表面検査装置が前記被検査物の前記検査対象部分の検査を行うことが可能な検査位置（Ｐ１）と前記表面検査装置が前記テストピースの前記テスト検査部の検査を行うことが可能な診断位置（Ｐ２）とに駆動可能な移動手段（２１０）と、をさらに備え、前記診断装置は、所定の診断条件が成立した場合、前記表面検査装置が前記診断位置に駆動されるように前記移動手段を制御し、前記表面検査装置に前記テストピースを検査させ、その検査結果に基づいて前記検査ヘッドの異常の有無を診断してもよい。このような形状のテスト検査部を用いて検査ヘッドの異常の有無を診断することにより、この診断結果の信頼性を向上させることができる。

この形態において、前記所定の診断条件は、前記表面検査装置にて前記被検査物を連続して所定数検査した場合に成立させてもよい。この場合、所定数を適切に設定することにより、表面検査装置を診断位置に移動させる回数を少なく抑えつつ異常の有無の診断結果の信頼性を向上させることができる。そのため、表面検査装置による検査効率を向上させることができる。

また、前記テスト検査部と前記検査対象部分とは同じ形状であり、前記前記テスト検査部には、前記検査対象部分において欠陥が発生すると予想される位置と同じ位置に疑似欠陥が設けられていてもよい。被検査物において欠陥が発生する場所は、被検査物の加工方法又は検査対象部分の形状によって予想することができる。そのため、テスト検査部のこのような位置（以下、予想位置と称することがある。）に疑似欠陥を設け、表面検査装置がこの予想位置の疑似欠陥を検出可能か否か診断することにより、表面検査装置による被検査物の検査精度を向上させることができる。また、テストピースを使用した診断結果の信頼性をさらに向上させることができる。

本発明の検査システムの一形態において、前記ヘッド本体の先端には、前記走査部を把持する把持状態と前記走査部を解放する解放状態とに切り替え可能なチャック機構（２２）が設けられ、前記交換装置は、前記チャック機構の状態を前記把持状態及び前記解放状態に切り替え可能な操作機構（３２０）と、前記操作機構にて前記解放状態に切り替えられた前記チャック機構に対して前記走査部を保持して前記走査部の除去及び挿入を行う事が可能な走査部着脱機構（３３０）と、前記走査部着脱機構と前記走査部の受け渡しが可能であり、前記ヘッド本体から除去された走査部を前記走査部着脱機構から受け取るとともに交換用の走査部を前記走査部着脱機構に渡して保持させる走査部入れ替え機構（３４０）と、まず前記チャック機構が前記解放状態に切り替わるように前記操作機構を制御した後に前記チャック機構から前記走査部が除去されるように前記走査部着脱機構を制御し、次に前記走査部着脱機構が前記交換用の走査部を保持するように前記走査部入れ替え機構を制御し、その後前記交換用の走査部が前記チャック機構に挿入されるように前記走査部着脱機構を制御するとともに前記交換用の走査部が挿入された前記チャック機構が前記把持状態に切り替えられるように前記操作機構を制御する制御手段（４００）と、を備えていてもよい。このように交換装置の各機構を制御することにより、走査部を交換することができる。

本発明の検査システムの一形態において、前記チャック機構は、先端側から前記ヘッド本体内に押し込まれることにより前記解放状態に切り替わり、その押し込む力が除去されると前記把持状態に切り替わるチャック部材（２３）を備え、前記操作機構は、前記チャック部材を前記ヘッド本体内に押し込むための治具（３２１）と、前記治具が前記チャック部材に当接するように前記治具を前記検査ヘッドの前方に配置させ、その状態で前記治具を前記検査ヘッドの軸線方向に移動させる治具移動手段（３２２、３２４）と、を備えてもよい。この場合、操作機構は、治具を検査ヘッドの前方に位置させる動作及び治具を検査ヘッドの軸線方向に移動させる動作のみでチャック機構の状態を把持状態及び解放状態に切り替えることができる。そのため、比較的簡素な構成で操作機構を設けることができる。

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。

以上に説明したように、本発明の検査システムによれば、検査ヘッドの異常の有無を診断する診断装置、及び診断装置が検査ヘッドに異常があると判断した場合に走査部を交換する交換装置を備えるので、ユーザによる診断作業及び交換作業をそれぞれ低減、又は省略することができる。そのため、従来よりもユーザに掛かる負担を軽減することができる。また、表面検査装置による検査作業の自動化及び省力化を促進させることができる。

図１は、本発明の一形態に係る検査システムの概略構成を示している。検査システム１００は、被検査物としてのワークＷに設けられた円筒形の穴Ｈの内周面Ｆを検査する表面検査装置１の異常の有無を診断するシステムであり、表面検査装置１の検査ヘッド１６の異常の有無を診断する診断装置２００と、検査ヘッド１６の走査部１６Ｂを交換するための交換装置３００とを備えている。

表面検査装置１によるワークＷの検査方法の概要について説明する。ワークＷは、搬送装置１０１にて所定の搬送ライン上を搬送される。搬送装置１０１上においてワークＷは、転倒防止治具１０２にて穴Ｈの開口部が上を向くように固定される。搬送ラインの上方には、検査ヘッド１６の先端が下を向くように表面検査装置１が移動装置２１０に支持されている。そして、搬送ライン上には、表面検査装置１にて検査を行う際にワークＷを停止させる検査位置Ｄが設定されている。搬送装置１０１は、搬送しているワークＷが検査位置Ｄに到達した時点でその搬送を一時中止し、ワークＷをその検査位置Ｄに一時停止させる。表面検査装置１は、検査位置Ｄに停止しているワークＷの穴Ｈ内に検査ヘッド１６を挿入して穴Ｈの内周面Ｆの検査を行う。この検査の詳細については後述する。表面検査装置１による検査の終了後、搬送装置１０１は検査が終了したワークＷを検査位置Ｄから搬出するとともに次のワークＷを検査位置Ｄに搬送する。以下、上述した動作が繰り返し行われ、これにより複数のワークＷの検査が行われる。

図２を参照して表面検査装置１について説明する。図２は表面検査装置１の概略構成を示している。表面検査装置１は、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、ワークＷに対して検査光を投光し、かつワークＷ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。

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、ワークＷ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ワークＷに向かって導く投光ファイバ１３と、ワークＷ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の外側に設けられるヘッド保持筒（不図示）に回転自在に支持されている。

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に向かって進む方向に変更する。

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、ワークＷの内周面Ｆ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。

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光路変更手段としてのミラー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、ワークＷの内周面Ｆに対する検査光の照射位置をワークＷ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、ワークＷの内周面Ｆ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。

焦点調節機構５０は、検査光がワークＷの内周面Ｆ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、検査光がワークＷの内周面Ｆ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Ｆに至る光路の長さを調節することができる。

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。

表面検査装置１によるワークＷの検査方法の詳細を説明する。ワークＷの内周面Ｆ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。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にワークＷの内周面Ｆ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Ｆ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Ｆ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。

上述した内周面Ｆ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。

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ワークＷの内周面Ｆ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、例えばワークＷ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Ｆ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Ｆ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。

図３を参照して検査ヘッド１６の詳細について説明する。図３は、検査ヘッド１６の先端部分の断面を拡大して示した図である。なお、図３において検査ヘッド１６の右側が先端側、左側が基端側にそれぞれ対応する。検査ヘッド１６は、保持筒１５と検査ヘッド１６との間に配置される不図示のヘッド保持筒にて回転可能に支持されるヘッド本体１６Ａと、ヘッド本体１６Ａの先端に着脱可能に設けられる走査部１６Ｂとを備えている。ヘッド本体１６Ａの先端からは保持筒１５に装着されるレンズパイプ１５ａが突出しており、図３に示したように走査部１６Ｂはこのレンズパイプ１５ａに被せるようにヘッド本体１６Ａに装着される。

走査部１６Ｂは、ヘッド本体１６Ａに支持される支持部２０と、ミラー１８及び透光窓１６ａが設けられる光路変更部２１とを備えている。支持部２０及び光路変更部２１は、それぞれ筒状であり、かつ同軸に設けられる。支持部２０には、ヘッド本体１６Ａに挿入される側から順に所定の外径で形成される挿入部２０ａと、その挿入部２０ａよりも外径が大きい大径部２０ｂとが設けられている。挿入部２０ａはヘッド本体１６Ａのチャック機構２２にて把持される部分である。

図３に示したようにヘッド本体１６Ａの先端には、走査部１６Ｂの支持部２０を把持するチャック機構２２が設けられている。チャック機構２２は、軸線方向に移動可能に設けられるチャック部材２３と、チャック部材２３とヘッド本体１６Ａとの間に設けられる拘束部材２４と、チャック部材２３をヘッド本体１６Ａの先端側（図３において右側）に付勢するスプリング２５と、チャック部材２３及び拘束部材２４がスプリング２５の付勢力によってヘッド本体１６Ａの先端から飛び出る事を防止するための押さえリング２６とを備えている。チャック部材２３及び拘束部材２４としては、コレットチャックが設けられる。スプリング２５は、チャック部材２３を先端側（図３において右側）に付勢するようにある程度縮められた状態であり、かつチャック部材２３が基端側（図３において左側）に押し込まれた際に縮むことが可能なように所定分の縮み代が設けられた状態で取り付けられる。スプリング２５としては、例えばコイルバネ又は皿バネが使用される。

図３に示したように拘束部材２４の内周には、基端側（図２において左側）に向かうに従って内径が漸次増大するテーパ面２４ａが形成されている。チャック部２３の外周には、拘束部材２４のテーパ面２４ａと同一方向に傾斜してそのテーパ面２４ａと面接触するテーパ面２３ａが形成されている。また、チャック部材２３の中心には、走査部１６Ｂが挿入される挿入孔２３ｂが貫通している。挿入孔２３ｂの内径としては、例えば走査部１６Ｂの挿入部２０ａの外径より若干大きく、かつ大径部２０ｂの外径より小さい値が設定される。なお、挿入孔２３ｂの内径としては、走査部１６Ｂの挿入部２０ａの外径とほぼ同じ値が設定されてもよい。チャック部材２３には先端側端部２３ｃから複数のすり割り（不図示）が軸線方向に設けられている。そのため、チャック部材２３がスプリング２５によって拘束部材２４の内部に押し込まれると楔作用によって軸線方向への運動が各テーパ面２３ａ、２４ａによって半径方向中心側の運動に変換され、挿入孔２３ｂの内径が小さくなる。

チャック部材２３に設けられるすり割りの大きさは、スプリング２５によってチャック部材２５が拘束部材２４の内部に押し込まれたときにチャック部材２３の先端側端部２３ｃが拘束部材２４の先端側端部２４ｂよりも先端側に突出し、挿入孔２３ｂの内径が走査部１６Ｂの支持部２０の外径よりも小さくなるように設定される。そのため、このように挿入孔２３ｂの内径が縮められた際に挿入孔２３ｂに走査部１６Ｂが挿入されていれば、この走査部１６Ｂをチャック部材２３で掴んで拘束することができる。以降、この状態を拘束状態と称することがある。一方、チャック部材２３の先端側端部２３ｃと拘束部材２４の先端側端部２４ｂとが揃う位置、又はその位置よりも基端側（図３における左側）にチャック部材２３を移動させると、チャック部材２３に作用していた半径方向中心側への力が無くなるので、挿入孔２３ｂの内径が元の大きさ、すなわち走査部１６Ｂの支持部２０の外径とほぼ同じ径に戻る。そのため、走査部１６Ｂを容易に取り外したり、挿入したりすることができる。以降、この状態を解放状態と称することがある。

拘束部材２４にも、基端側端部から複数のすり割り（不図示）が軸線方向に設けられている。そのため、スプリング２５によってチャック部材２３が拘束部材２４の内部に押し込まれると拘束部材２４の外径が拡がる。これにより、拘束部材２４の外周とヘッド本体１６Ａの内周とを密着させることができるので、チャック部材２３に把持された走査部１６Ｂをヘッド本体１６Ａとともに回転させることができる。一方、チャック部材２３がヘッド本体１６Ａ内に押し込まれると拘束部材２４に作用していた半径方向外周側への力が無くなるため、拘束部材２４の外周がヘッド本体１６Ａの内周から離間する。

図１に戻って検査システム１００の説明を続ける。診断装置２００は、表面検査装置１の異常の有無を診断する装置であり、表面検査装置１が搬送ライン上に設定された検査位置Ｄの上方に配置される検査位置Ｐ１と表面検査装置１が複数（図１では３個）のテストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃを備えた検査テスト装置２３０の上方に配置される診断位置Ｐ２（図４参照）との間で移動ベース２１１を駆動する移動装置２１０と、移動ベース２１１の下端に表面検査装置１の検査ヘッド１６と同軸に設けられるサンプルピース２２０と、移動ベース２１１が診断位置Ｐ２にあるときにいずれかのテストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃが検査ヘッド１６と同軸になるようにこれらテストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃを支持する検査テスト装置２３０とを備えている。図４に移動ベース２１１を診断位置Ｐ２に移動させたときの検査システム１００の状態を示す。検査位置Ｐ１としては、搬送ライン上に設定されたワークＷの検査位置ＤにおけるワークＷの穴Ｈの中心と検査ヘッド１６の軸線ＡＸとがほぼ同軸になる位置が設定される。

移動装置２１０は、搬送装置１０１の搬送ラインと交差する方向に延び、移動ベース２１１を支持する一対のレール２１２と、移動ベース２１１をレール２１２に沿って移動させるアクチュエータ２１３とを備えている。移動ベース２１１は、一対のレール２１２に沿って移動可能なようにこれらのレール２１２にそれぞれ支持されている。表面検査装置１は移動ベース２１１上に軸線方向に移動可能に支持されており、移動ベース２１１には表面検査装置１を軸線方向に移動させるための駆動機構２１３が設けられている。駆動機構２１３は、表面検査装置１を前進端Ｐ３と後退端Ｐ４との間で移動させる。前進端Ｐ３としては、検査ヘッド１６を移動ベース２１１の下端よりも下方に突出させてワークＷの検査を行うことが可能な位置が設定される。後退端Ｐ４としては、検査ヘッド１６を装置内に最も引き込ませた状態において交換装置３００の各部の動作への検査ヘッド１６の干渉が防止可能な位置が設定される。駆動機構２１３としては、例えば上述した表面検査装置１の直線駆動機構３０と同様に送りねじを使用した駆動機構が設けられる。なお、以降では、図１の下方に移動させることを前進と称し、図１の上方に移動させることを後退と称することがある。

サンプルピース２２０は、移動ベース２１１に移動不能に固定されており、その中心線上には検査ヘッド１６と同軸の貫通孔２２０ａが設けられている。貫通孔２２０ａ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２２０ａを通過して移動ベース２１１の下端より下方へと繰り出される。図５はサンプルピース２２０の中心線に沿った断面図である。図５に示したように貫通孔２２０ａの内周面には中心線ＣＬ（検査ヘッド１６の軸線ＡＸに相当する。）に沿って複数の疑似欠陥２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、２２０ｅが形成されている。また、貫通孔２２０ａの一方の端部の口元には面取部２２０ｆが形成されている。貫通孔２２０ａの内周面は研磨加工等を利用して一定の反射率を有する滑らかな面に加工され、疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅの反射率は貫通孔２２０ａの内周面よりも顕著に低く設定されている。疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅの大きさ及び形状は適宜でよい。この形態では、一例として、疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅがいずれも円形であり、かつそれらの大きさ（直径）は面取部２２０ｆから中心線ＣＬの方向に離れるほど大きくなるように設定されている。サンプルピース２２０は、その面取部２２０ｆが検出ユニット５の側を向くようにして移動ベース２１１に取り付けられる。従って、検査ヘッド１６を移動ベース２１１の下端より下方に前進させる場合、その検査ヘッド１６は図５の矢印Ｆ方向に沿って貫通孔２２０ａを通過する。

検査テスト装置２３０は、不図示のアクチュエータにて回転駆動される回転円板２３２を備えている。各テストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃは、回転円板２３２の同一周上に等間隔に設けられている（図６参照）。また、各テストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃは、移動ベース２１１が診断位置Ｐ２にあるときにいずれかが検査ヘッド１６と同軸になるように回転円板２３２に支持されている。図１及び図４に示したように各テストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃは、互いに異なる形状のテスト検査部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃを有している。なお、この形態で示したテストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃでは、それぞれのテスト検査部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃの深さが互いに異なっている。これらテスト検査部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃの形状は、表面検査装置１で検査するワークＷに応じて設定される。例えば、表面検査装置１で穴Ｈの形状が互いに異なる３種類のワークＷを検査する場合、これらのワークＷの穴Ｈの形状に応じた３種類のテスト検査部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃを有するテストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃが設けられる。この場合、テスト検査部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃは、表面検査装置１で検査する３種類のワークＷの穴Ｈの形状と同じ形状に形成される。そして、各テスト検査部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃには、形状が対応するワークＷの穴Ｈにおいて欠陥が発生すると予想される位置と同じ位置に疑似欠陥が設けられる。なお、以降、各テストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃを区別する必要がない場合は単にテストピース２３１と表記する。また、テスト検査部２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃも同様に区別する必要がない場合は単にテスト検査部２３３と表記する。

次に図１、図４及び図６を参照して交換装置３００について説明する。なお、図６は、診断位置Ｐ２における移動ベース２１１を図４の下方から見た図である。また、図４及び図６においては中央制御装置４００の図示を省略した。交換装置３００は、交換用の走査部１６Ｂが保持される走査部保持機構３１０と、検査ヘッド１６のチャック機構２２を解放状態に切り替えるための治具３２１を駆動する操作機構としての治具駆動機構３２０と、検査ヘッド１６に走査部１６Ｂを着脱するための走査部着脱機構３３０と、検査ヘッド１６から取り外した走査部１６Ｂと検査ヘッド１６に装着する走査部１６Ｂとを入れ替える走査部入れ替え機構３４０と、走査部保持機構３１０と走査部入れ替え機構３４０との間の走査部１６Ｂの受け渡しを行う走査部移動機構３５０とを備えている。なお、交換用の走査部１６Ｂには、未使用のものの他に透光窓１６ａの洗浄などのメンテナンスを行って再使用可能にしたものも含まれる。図１に示したように治具駆動機構３２０、走査部着脱機構３３０、走査部入れ替え機構３４０、及び走査部移動機構３５０は、移動ベース２１１上に設けられている。一方、走査部保持機構３１０は、移動装置２１０の一対のレール２１２の一端に設けられている。また、走査部保持機構３１０は、移動ベース２１１が診断位置Ｐ２にある場合に走査部移動機構３５０と走査部１６Ｂの受け渡しが可能なように設けられる。

走査部保持機構３１０は、回転軸を有するアクチュエータ３１１と、アクチュエータ３１１の回転軸に一体に回転するように取り付けられるアーム３１２と、アーム３１２の両端にそれぞれ設けられ、走査部１６Ｂを保持することが可能な一対のホルダ３１３と、アクチュエータ３１１を検査ヘッド１６の軸線ＡＸと平行に移動させるための直線駆動アクチュエータ３１４とを備えている。図６に示したようにアーム３１２は、その中央を中心に回転するようにアクチュエータ３１１の回転軸に取り付けられている。アクチュエータ３１１は、一対のホルダ３１３の一方が表面検査装置１側に位置するようにアーム３１２を移動ベース２１１に対して略平行にする第１位置Ｐ１１と一方のホルダ３１３の他方が表面検査装置１側に位置するようにアーム３１２を移動ベース２１１に対して略平行にする第２位置Ｐ１２とにアーム３１２の位置を切り替える。直線駆動アクチュエータ３１４は、アクチュエータ３１１を前進端Ｐ１３と後退端Ｐ１４との間で移動させる。前進端Ｐ１３は、第１位置Ｐ１１及び第２位置Ｐ１２において表面検査装置１側に位置するホルダ３１３に保持されている走査部１６Ｂを走査部移動機構３５０の開閉チャック３５３に把持させることが可能な位置が設定される。なお、図４には、ホルダ３１３に走査部１６Ｂを保持させた状態でアクチュエータ３１１を前進端Ｐ１３まで移動させたときの走査部１６Ｂを想像線で示した。後退端Ｐ１４は、第１位置Ｐ１１及び第２位置Ｐ１２において表面検査装置１側に位置するホルダ３１３に保持されている走査部１６Ｂが走査部移動機構３５０の開閉チャック３５３の移動に干渉しない位置が設定される。

ホルダ３１３は、走査部１６Ｂの支持部２０が挿入される貫通孔３１３ａと、貫通孔３１３ａに挿入された走査部１６Ｂの支持部２０を把持する把持部材３１３ｂとを備えている。把持部材３１３ｂは、貫通孔３１３ａの周方向に等間隔で複数設けられる。また、把持部材３１３ｂは、その先端が貫通孔３１３ａ内に突出する位置と先端が貫通孔３１３ａの内周面とほぼ同じ位置とに移動可能に設けられ、不図示のバネによって貫通孔３１３ａ内に突出するように付勢されている。そのため、ホルダ３１３の貫通孔３１３ａ内に走査部１６Ｂの支持部２０が挿入されるとその支持部２０に対して周方向から各把持部材３１３ｂの先端が当接し、これにより走査部１６Ｂを把持することができる。また、走査部１６Ｂの把持はバネの付勢力で行われているため、貫通孔３１３ａに挿入されている走査部１６Ｂを光路変更部２１側から引き抜くことにより、走査部１６Ｂをホルダ３１３から取り外すことができる。

図１及び図６に示したように治具駆動機構３２０は、回転軸を有するアクチュエータ３２２と、一端に治具３２１が設けられ、他端がアクチュエータ３２２の回転軸に取り付けられるアーム３２３と、アクチュエータ３２２を表面検査装置１の軸線ＡＸと平行に移動させる直線駆動アクチュエータ３２４とを備えている。治具３２１は、その中心線上に検査ヘッド１６が通過可能な内径の貫通孔３２１ａを備えた円筒形状を有しており、その上端部はチャック部材２３の先端側端部のみと当接してチャック部材２３を検査ヘッド１６内に押し込むことが可能な形状に形成されている。アクチュエータ３２２は、治具３２１の貫通孔３２１ａの中心と検査ヘッド１６の軸線ＡＸが同軸になるようにアーム３２３を移動ベース２１１とほぼ平行にする操作位置Ｐ２１と表面検査装置１の各動作に対する治具３２１及びアーム３２３の干渉を防止可能なようにアーム３２３を移動ベース２１１に対してほぼ垂直にする退避位置Ｐ２２との間でアーム３２３を回転させる。直線駆動アクチュエータ３２４はアクチュエータ３２２を前進端Ｐ２３と後退端Ｐ２４との間で駆動する。前進端Ｐ２３としては、操作位置Ｐ２１のアーム３２３の治具３２１が前進端Ｐ３における表面検査装置１のチャック部材２３を検査ヘッド１６内に押し込み、チャック機構２２を解放状態にする位置が設定される。後退端Ｐ２４としては、前進端Ｐ２３に対して走査部１６Ｂの挿入部２０ａの長さ分よりも若干高い位置が設定される。この治具駆動機構３２０においては、アクチュエータ３２２及び直線駆動アクチュエータ３２４によって治具３２１を移動させるので、これらのアクチュエータ３２２、３２４が本発明の治具移動手段に相当する。

走査部着脱機構３３０は、回転軸を有するアクチュエータ３３１と、アクチュエータ３３１の回転軸に一体に回転するように取り付けられるアーム３３２と、アーム３３２の先端に設けられ、走査部１６Ｂを把持する把持状態と走査部１６Ｂを解放する解放状態とに切替可能な開閉チャック３３３とを備えている。アーム３３２は、一端がアクチュエータ３３１の回転軸に取り付けられ、他端に開閉チャック３３３が設けられている。アクチュエータ３３１は、開閉チャック３３３に把持されている走査部１６Ｂの中心と検査ヘッド１６の軸線ＡＸとが同軸になるようにアーム３３２を移動ベース２１１とほぼ平行にする挿入位置Ｐ３１と開閉チャック３３３に把持されている走査部１６Ｂを走査部入れ替え機構３４０に受け渡す事が可能なようにアーム３３２を移動ベース２１１に対してほぼ垂直にする受け渡し位置Ｐ３２との間でアーム３３２を回転させる。図１に示したように走査部着脱機構３３０は、アーム３３２及び開閉チャック３３３の可動範囲が治具駆動機構３２０の治具３２１及びアーム３２３の可動範囲と重ならないように治具駆動機構３２０よりも下方にずらして配置される。

走査部入れ替え機構３４０は、回転軸を有するアクチュエータ３４１と、アクチュエータ３４１の回転軸に一体に回転するように取り付けられるアーム３４２と、アーム３４２の両端にそれぞれ設けられ、走査部１６Ｂを保持することが可能な一対のホルダ３４３と、アクチュエータ３４１を検査ヘッド１６の軸線ＡＸと平行に移動させるための直線駆動アクチュエータ３４４とを備えている。アーム３４２は、その中央を中心に回転するようにアクチュエータ３４１の回転軸に取り付けられている。ホルダ３４３は、走査部保持機構３１０のホルダ３１３と同じものである。アクチュエータ３４１は、アーム３４２を回転させることにより、走査部着脱機構３３０に走査部１６Ｂを受け渡すことが可能な第１受け渡し位置Ｐ４１と走査部移動機構３５０に走査部１６Ｂを受け渡すことが可能な第２受け渡し位置Ｐ４２とに各ホルダ３４３の位置を切り替える。なお、一対のホルダ３４３はアーム３４２の両端に設けられているため、一方のホルダ３４３の位置が第１受け渡し位置Ｐ４１に切り替えられると他方のホルダ３４３の位置は第２受け渡し位置Ｐ４２になり、一方のホルダ３４３の位置が第２受け渡し位置Ｐ４２に切り替えられると他方のホルダ３４３の位置は第１受け渡し位置Ｐ４１になる。

図６に示したように走査部入れ替え機構３４０は、走査部着脱機構３３０のアーム３３２が受け渡し位置Ｐ３２にあるときに開閉チャック３３３に把持されている走査部１６Ｂの中心と第１受け渡し位置Ｐ４１又は第２受け渡し位置Ｐ４２において走査部着脱機構３３０側に位置するホルダ３４３の中心とが同軸になるように移動ベース２１１を基準として走査部着脱機構３３０よりも高い位置に配置される。直線駆動アクチュエータ３４４は、前進端Ｐ４３と後退端Ｐ４４との間でアクチュエータ３４１を駆動する。前進端Ｐ４３としては、ホルダ３４３に保持されている走査部１６Ｂを走査部着脱機構３３０の開閉チャック３３３又は走査部移動機構３５０の開閉チャック３５３に把持させることが可能な位置が設定される。後退端Ｐ４４としては、各ホルダ３４３に保持されている走査部１６Ｂが走査部着脱機構３３０の開閉チャック３３３及び走査部移動機構３５０の開閉チャック３５３の移動に干渉しない位置が設定される。

走査部移動機構３５０は、走査部着脱機構３３０と同じものであり、回転軸を有するアクチュエータ３５１と、アクチュエータ３５１の回転軸に一体に回転するように取り付けられるアーム３５２と、アーム３５２の先端に設けられ、走査部１６Ｂを把持する把持状態と走査部１６Ｂを解放する解放状態に切替可能な開閉チャック３５３とを備えている。また、走査部移動機構３５０は走査部着脱機構３３０と同じ高さに配置され、そのアーム３５２は走査部着脱機構３３０のアーム３３２と同じ高さに回転する。アーム３５２は、一端がアクチュエータ３５１の回転軸に取り付けられ、他端に開閉チャック３５３が設けられている。アクチュエータ３５１は、走査部保持機構３１０との間で走査部１６Ｂの受け渡しを行うことが可能なように移動ベース２１１に対してアーム３５２をほぼ平行にする第１移送位置Ｐ５１と走査部入れ替え機構３４０との間で走査部１６Ｂの受け渡しを行うことが可能なように移動ベース２１１に対してアーム３５２をほぼ垂直にする第２移送位置Ｐ５２とにアーム３５２の位置を切り替える。

診断装置２００の駆動機構２１３及び交換装置３００の各機構３１０、３２０、３３０、３４０、３５０の動作は、コンピュータユニットとしての中央制御装置４００にてそれぞれ制御されている。また、この中央制御装置４００は、検査テスト装置２３０のアクチュエータを制御して回転円板２３２の回転位置を制御する。さらに、中央制御装置４００は、表面検査装置１の制御部３に指令を出力し、制御部３を介して表面検査装置１の各機構の動作も制御する。中央制御装置４００は、制御部３に指令を出力して表面検査装置１にワークＷの検査を行わせたり、診断装置２００に検査ヘッド１６の異常の有無を診断させたりする。例えば、中央制御装置４００は、表面検査装置１にワークＷの検査を行わせるため、駆動機構２１３を制御して移動ベース２１１を検査位置Ｐ１に移動させる。また、表面検査装置１の各動作に対して交換装置３００の治具駆動機構３２０及び走査部着脱機構３３０が干渉しないように、治具駆動機構３２０のアーム３２３が退避位置Ｐ２２に移動するようにアクチュエータ３２２を制御するとともに走査部着脱機構３３０のアーム３３２が受け渡し位置Ｐ３２に移動するようにアクチュエータ３３１を制御する。さらに、駆動機構２１３の動作を制御して表面検査装置１を前進端Ｐ３に移動させる。以下、この状態を準備完了状態と称することがある。そして、これらの制御が完了した後、中央制御装置４００は、上述したように表面検査装置１にてワークＷの内周面Ｆの検査が行われるように制御部３に指令を出力する。

図７及び図８は、表面検査装置１にてワークＷの検査を実施しているときに検査ヘッド１６の異常の有無を診断するために中央制御装置４００が所定の間隔で繰り返し実行する異常診断ルーチンを示すフローチャートである。図７は、サンプルピース２２０を使用してワークＷの検査毎に検査ヘッド１６の診断を行うべく中央制御装置４００が実行する第１異常診断ルーチンである。図８は、所定の診断条件が成立した場合にテストピース２３１を使用して検査ヘッド１６の診断を行うべく中央制御装置４００が実行する第２異常診断ルーチンである。図７及び図８に示した各ルーチンは、互いに並行に、かつ中央制御装置４００が実行する他のルーチンに対しても並行に実行される。

まず、図７の第１異常診断ルーチンについて説明する。図７の第１異常診断ルーチンにおいて中央制御装置４００は、まずステップＳ１１で表面検査装置１によるワークＷの検査が行われているか否か判断する。例えば表面検査装置１又は搬送装置１０１など検査に必要な装置が停止している場合などに表面検査装置１による検査が中止されていると判断する。ワークＷの検査が中止されていると判断した場合は、今回のルーチンを終了する。一方、表面検査装置１によるワークＷの検査が行われていると判断した場合はステップＳ１２に進み、中央制御装置４００はサンプルピース２２０を使用した検査前診断処理を実行する。上述したようにサンプルピース２２０は、移動ベース２１１の下端に検査ヘッド１６と同軸に設けられている。そして、ワークＷの検査を行う際、表面検査装置１は検査ヘッド１６を移動ベース２１１の下端よりも下方に突出させて検査ヘッド１６をワークＷの穴Ｈに挿入する。そのため、検査ヘッド１６はこのサンプルピース２２０の貫通孔２２０ａを通過してワークＷの穴Ｈに挿入される。そこで、検査ヘッド１６がサンプルピース２２０の貫通孔２２０ａを通過するときに表面検査装置１にこの貫通孔２２０ａの内周面を検査させ、その検査結果に基づいて検査ヘッド１６の異常の有無を診断する。以下、この診断を検査前診断と称することがある。この検査前診断は、表面検査装置１によってワークＷの検査を行う毎に実施される。

上述したようにサンプルピース２２０の貫通孔２２０ａの内周面には、疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅが設けられている。そこで、これら疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅの形状及び大きさを制御部３の記憶部６５に予め記憶させておく。そして、検査前診断は、表面検査装置１によってサンプルピース２２０の貫通孔２２０ａの内周面を検査した結果と記憶部６５に記憶させておいた内容とを比較することによって行う。例えば、検査ヘッド１６の透光窓１６ａが汚れていた場合、透光窓１６ａからの検査光及びワークＷからの反射光が透光窓１６ａの汚れで弱くなるため、実際の疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅの形状及び大きさとは異なる値が検出されるおそれがある。また、検査ヘッド１６の回転に振れが生じている場合には、その振れ程度に応じて疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅの画像に歪みが生じて形状あるいは大きさが変化する。そこで、表面検査装置１で検出した疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅの形状及び大きさが、予め記憶部６５に与えられている疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅの実際の形状及び大きさに対して所定の許容範囲内にあれば検査ヘッド１６が正常であると判断し、許容範囲外であれば検査ヘッド１６に異常があると判断する。

次のステップＳ１３において中央制御装置４００は、検査前診断の結果、検査ヘッド１６に異常があったか否か判断する。検査ヘッド１６が正常であった場合はステップＳ１４に進み、中央制御装置４００は表面検査装置１によるワークＷの検査を継続して行うように制御部３に指令を出力する。なお、この際例えば移動ベース２１１が診断位置Ｐ２にある場合など表面検査装置１、診断装置２００、及び交換装置３００の状態が表面検査装置１にてワークＷの検査を実施出来ない状態の場合は表面検査装置１の位置、診断装置２００の状態及び交換装置３００の状態を準備完了状態に変更し、その後表面検査装置１によるワークＷの検査を継続させる。以下、この処理を検査継続処理と称することがある。一方、検査ヘッド１６に異常があった場合はステップＳ１５に進み、中央制御装置４００は診断装置２００及び交換装置３００を制御して検査ヘッド１６の走査部１６Ｂの交換を行う。

図１、図４及び図６を参照して検査ヘッド１６の交換方法について説明する。検査ヘッド１６を交換する場合、中央制御装置４００は、制御部３に指令を出力し、ＬＤ１１及びＰＤ１２の動作を停止させるとともに直線駆動機構３０にて検査ヘッド１６を装置内に最も引き込ませる。次に、中央制御装置４００は、駆動機構２１３の動作を制御して表面検査装置１を後退端Ｐ４まで移動させ、その後移動装置２１０の動作を制御して移動ベース２１１を診断位置Ｐ２に移動させる。中央制御装置４００は、これらの制御と並行して交換装置３００の走査部保持機構３１０のアクチュエータ３１１を後退端Ｐ１４に移動させる。また、交換用の走査部１６Ｂを保持しているホルダ３１３が表面検査装置１側に移動するようにアーム３１２を第１位置Ｐ１１又は第２位置Ｐ１２に切り替える。

移動ベース２１１を診断位置Ｐ２に移動させた後、中央制御装置４００は、治具駆動機構３２０のアクチュエータ３２２を前進端Ｐ２３に移動させるとともにアーム３２３を操作位置Ｐ２１に移動させる。また、走査部着脱機構３３０のアーム３３２を挿入位置Ｐ３１に移動させるとともに開閉チャック３３３を解放状態に切り替える。さらに、走査部移動機構３５０のアーム３５２を第１移送位置Ｐ５１に移動させるとともに開閉チャック３５３を解放状態に切り替える。これらの制御と並行して中央制御装置４００は、走査部入れ替え機構３４０のアクチュエータ３４１を後退端Ｐ４４に移動させるとともに、一方のホルダ３４３が第１受け渡し位置Ｐ４１に切り替わり、他方のホルダ３４３が第２受け渡し位置Ｐ４２に切り替わるように走査部入れ替え機構３４０のアーム３４２を回転させる。

その後、中央制御装置４００は、駆動機構２１３の動作を制御して表面検査装置１を前進端Ｐ３に移動させる。これにより、治具３２１にてチャック部材２３を検査ヘッド１６内に押し込み、チャック機構２２を解放状態に切り替えることができる。図４には、この状態における表面検査装置１の検査ヘッド１６を想像線で示した。次に走査部着脱機構３３０の開閉チャック３３３を把持状態に切り替える。これにより、この開閉チャック３３３に検査ヘッド１６に装着されている走査部１６Ｂを把持させることができる。続いて中央制御装置４００は、表面検査装置１を後退端Ｐ４に移動させるとともに表面検査装置１と同じ速度で治具駆動機構３２０のアクチュエータ３２２を後退端Ｐ２４に移動させる。これにより検査ヘッド１６から走査部１６Ｂを取り外すことができる。中央制御装置４００は、これらの制御と並行して走査部保持機構３１０のアクチュエータ３１１を前進端Ｐ１３に移動させ、その後走査部移動機構３５０の開閉チャック３５３を把持状態に切り替える。そして、走査部移動機構３５０の開閉チャック３５３を把持状態にしたまま走査部保持機構３１０のアクチュエータ３１１を後退端Ｐ１４まで移動させる。これにより、走査部移動機構３５０の開閉チャック３５３を交換用の走査部１６Ｂを把持させることができる。

走査部着脱機構３３０の開閉チャック３３３にそれまで検査ヘッド１６に装着されていた走査部１６Ｂを把持させるとともに走査部移動機構３５０の開閉チャック３５３に交換用の走査部１６Ｂを把持させた後、中央制御装置４００は、走査部着脱機構３３０のアーム３３２を受け渡し位置Ｐ３２に移動させるとともに走査部移動機構３５０のアーム３５２を第２移送位置Ｐ５２に移動させる。続いて、走査部入れ替え機構３４０のアクチュエータ３４１を前進端Ｐ４３に移動させ、その後走査部着脱機構３３０の開閉チャック３３３及び走査部移動機構３５０の開閉チャック３５３をそれぞれ解放状態に切り替える。これにより、走査部着脱機構３３０に把持されていた走査部１６Ｂを一方のホルダ３４３に、走査部移動機構３５０に把持されていた走査部１６Ｂを他方のホルダ３４３に保持させることができる。

次に中央制御装置４００は、走査部入れ替え機構３４０のアクチュエータ３４１を後退端Ｐ４４に移動させる。続いて中央制御装置４００は、走査部入れ替え機構３４０のアーム３４２を１８０°回転させ、一方のホルダ３４３を第２受け渡し位置Ｐ４２に他方のホルダ３４３を第１受け渡し位置Ｐ１にそれぞれ移動させる。すなわち、走査部着脱機構３３０に交換用の走査部１６Ｂが送られ、走査部移動機構３５０にそれまで検査ヘッド１６に装着されていた走査部１６Ｂが送られるようにこれらの走査部１６Ｂの位置を入れ替える。その後、中央制御装置４００は、走査部入れ替え機構３４０のアクチュエータ３４１を前進端Ｐ４３に移動させ、次に走査部着脱機構３３０の開閉チャック３３３を把持状態に切り替える。続いて中央制御装置４００は、走査部入れ替え機構３４０のアクチュエータ３４１を後退端Ｐ４４に移動させる。これにより、走査部着脱機構３３０の開閉チャック３３３に交換用の走査部１６Ｂを把持させることができる。一方、それまで検査ヘッド１６に装着されていた走査部１６Ｂは、走査部入れ替え機構３４０のホルダ３４３に保持される。

走査部着脱機構３３０の開閉チャック３３３に交換用の走査部１６Ｂを把持させた後、中央制御装置４００は、走査部着脱機構３３０のアーム３３２を挿入位置Ｐ３１に移動させる。次に治具駆動機構３２０のアクチュエータ３２２を前進端Ｐ２３に移動させ、続いて表面検査装置１を前進端Ｐ３に移動させる。これにより、検査ヘッド１６のチャック機構２２に交換用の走査部１６Ｂを挿入することができる。その後、中央制御装置４００は、走査部着脱機構３３０の開閉チャック３３３を解放状態に切り替え、続いて表面検査装置１を後退端Ｐ４に移動させる。これにより、チャック機構２２が拘束状態に切り替えられ、交換後の走査部１６Ｂが検査ヘッド１６に装着される。検査ヘッド１６に走査部１６Ｂを装着した後、中央制御装置４００は、走査部着脱機構３３０のアーム３３２を受け渡し位置Ｐ３２に移動させるとともに、治具駆動機構３２０のアーム３２３を退避位置Ｐ２２に移動させる。これにより走査部１６Ｂの交換作業が終了する。なお、このように交換装置３００の各機構３１０〜３５０の動作を制御することにより、中央制御装置４００が本発明の制御手段として機能する。

図７に戻って第１異常診断ルーチンの説明を続ける。走査部１６Ｂを交換した後、次のステップＳ１６において中央制御装置４００は、サンプルピース２２０及びテストピース２３１を使用して検査ヘッド１６に異常があるか否か診断する異常診断処理を実行する。この処理は、走査部１６Ｂを交換した検査ヘッド１６で検査を継続することが可能か否か診断するために行う。サンプルピース２２０を使用した診断方法は、上述した検査前診断と同じであるため、説明を省略する。そのため、ここではテストピース２３１を使用した診断方法について説明する。テストピース２３１を用いて検査ヘッド１６の異常の有無を診断する場合、中央制御装置４００は、まずテストピース２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃのうち表面検査装置１で次に検査するワークＷの穴Ｈと同じ形状のテスト検査部２３３を有するテストピース２３１が検査ヘッド１６と同軸の位置に移動するように検査テスト装置２３０の回転円板２３２を制御する。続いて中央制御装置４００は、表面検査装置１に検査ヘッド１６と同軸の位置にあるテストピース２３１のテスト検査部２３３を検査させる。この際、中央制御装置４００は、ワークＷの穴Ｈを検査するときと同様の検査方法でテスト検査部２３３が行われるように表面検査装置１を制御する。

次に中央制御装置４００は、検査ヘッド１６の異常の有無を診断する。上述したようにテスト検査部２３３にはサンプルピース２２０の貫通孔２２０ａと同様に疑似欠陥が設けられている。そこで、このテスト検査部２３３の疑似欠陥の形状及び大きさを制御部３の記憶部６５に予め記憶させておき、この記憶させておいた内容と検査結果とを比較することにより、検査ヘッド１６の異常の有無を診断する。上述したように検査ヘッド１６の透光窓１６ａの汚れ又は検査ヘッド１６の回転の振れなどが発生していると実際のテスト検査部２３３の疑似欠陥の形状及び大きさとは異なる値が検出されるおそれがある。そこで、表面検査装置１で検出したテスト検査部２３３の疑似欠陥の大きさ及び形状が、予め記憶部６５に与えられているテスト検査部２３３の疑似欠陥の実際の形状及び大きさに対して所定の許容範囲内にあれば検査ヘッド１６が正常であると判断し、許容範囲外であれば検査ヘッド１６に異常があると判断する。

続くステップＳ１７において中央制御装置４００は、検査ヘッド１６に異常があったか否か判断する。検査ヘッド１６が正常であった場合はステップＳ１４に進み、検査継続処理を実行して表面検査装置１によるワークＷの検査を継続する。その後、今回のルーチンを終了する。一方、検査ヘッド１６に異常があった場合はステップＳ１８に進み、中央制御装置４００は異常対応処理を実行する。異常対応処理としては、まず表面検査装置１による検査を中止させる処理が行われる。この他、ユーザに対して表面検査装置１に異常があることを知らせる警告処理が行われる。警告処理としては、例えば警告音を鳴らしたり、制御部３の出力部６４に警告を出力してもよい。その後、今回のルーチンを終了する。

次に図８を参照して第２異常診断ルーチンについて説明する。なお、図８において図７と同じ処理については同一の参照符号を付して説明を省略する。なお、図８のルーチンは中央制御装置４００が実行する他のルーチンと並行に実行される。図８のルーチンにおいて中央制御装置４００は、まずステップＳ１１で表面検査装置によるワークＷの検査が行われているか否か判断する。ワークＷの検査が中止されていると判断した場合は、今回のルーチンを終了する。一方、表面検査装置１によるワークＷの検査が行われていると判断した場合はステップＳ２１に進み、中央制御装置４００は所定の診断条件が成立したか否か判断する。所定の診断条件は、例えば所定個数（例えば１０個）のワークＷを表面検査装置１で連続して検査した場合に成立したと判断される。診断条件が不成立と判断した場合は、今回のルーチンを終了する。

一方、診断条件が成立したと判断した場合はステップＳ２２に進み、中央制御装置４００は走査部１６Ｂを交換したことを示すフラグをリセットし、このフラグをオフの状態に切り替える。次のステップＳ１６において中央制御装置４０は、異常診断処理を実行することが可能なように移動ベース２１１を診断位置Ｐ２に移動させる診断準備処理を実行する。この診断準備処理において中央制御装置４００は、まず制御部３に指令を出力し、ＬＤ１１及びＰＤ１２の動作を停止させるとともに直線駆動機構３０にて検査ヘッド１６を装置内に最も引き込ませる。次に駆動機構２１３の動作を制御して表面検査装置１を後退端Ｐ４まで移動させ、続いて移動装置２１０の動作を制御して移動ベース２１１を診断位置Ｐ２に移動させる。その後、表面検査装置１を前進端Ｐ３まで移動させる。これらの操作によりテストピース２３１による検査ヘッド１６の診断の準備が完了する。

次のステップＳ１６において中央制御装置４００は、異常診断処理を実行する。続くステップＳ１７において中央制御装置４００は、検査ヘッド１６に異常があったか否か判断する。検査ヘッド１６が正常であった場合はステップＳ１４に進み、検査継続処理が実行される。その後、今回のルーチンを終了する。一方、検査ヘッド１６に異常があった場合はステップＳ２４に進み、中央制御装置４００は走査部１６Ｂが交換済みであることを示すフラグがオンの状態か否か判断する。フラグがオフの状態であると判断した場合はステップＳ１５に進み、中央制御装置４００は走査部１６Ｂを交換する走査部交換処理を実行する。次のステップＳ２５において中央制御装置４００は、フラグをオンの状態に切り替える。その後、ステップＳ１６に処理を戻し、再度検査ヘッド１６に異常があるか否か診断を行う。

一方、ステップＳ２４でフラグがオンの状態であると判断した場合はステップＳ１８に進み、中央制御装置４００は異常対応処理を実行する。その後、今回のルーチンを終了する。

以上に説明したように、本発明の検査システム１００によれば、診断装置２００によって定期的に検査ヘッド１６の異常の有無が診断され、検査ヘッド１６に異常があった場合は走査部１６Ｂの交換が交換装置３００にて行われる。走査部１６Ｂに起因する異常は、検査ヘッド１６の他の部分に起因する異常よりも発生頻度が高い。そのため、このように走査部１６Ｂの交換を交換装置３００で行うことができるようにすることで、従来よりもユーザに掛かる負担を軽減できる。また、表面検査装置１による検査作業の自動化及び省力化を促進させることができる。ユーザは、走査部保持機構３１０に交換用の走査部１６Ｂを補充する補充作業、及び走査部入れ替え機構３４０に保持されている走査部１６Ｂを取り除く除去作業を適宜の間隔で行えばよい。

この検査システム１００では、搬送装置１０１にて搬送するワークＷの形状及び大きさは同一でなくてもよい。例えば、形状や大きさの異なるワークＷを搬送装置１０１に搬送させ、これらのワークＷに対して表面検査装置１で検査を行ってもよい。この場合、走査部保持機構３１０に各ワークＷに対応する形状の走査部１６Ｂを保持させておき、検査する対象のワークＷに合わせて走査部１６Ｂを交換する。また、テストピース２３１を使用した検査ヘッド１６の診断は、それまで検査していたワークＷとは形状や大きさが異なるワークＷを表面検査装置１で検査するために走査部１６Ｂを交換した場合に行ってもよい。

表面検査装置１の制御部３は、異常診断を行って検査ヘッド１６が正常であった場合、異常診断時に検査ヘッド１６が検出したサンプルピース２２０の検出結果やテストピース２３１の検出結果に基づいてワークＷの検出結果を補正してもよい。例えば、サンプルピース２２０で検査ヘッド１６の異常の有無を診断した場合、そのときの検出結果と記憶部６５に記憶されている疑似欠陥２２０ｂ〜２２０ｅの実際の大きさ及び形状とに基づいて補正係数を算出し、ワークＷの検査を行った際に検査ヘッド１６が検出した値にこの補正係数を掛けた値を検出結果として出力してもよい。このように補正を行うことにより、表面検査装置１の検査結果の信頼性を向上させることができる。

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、検査ヘッドの異常の有無の診断は、サンプルピース及びテストピースを使用した診断に限定されない。例えば、検査ヘッドに検査ヘッドの回転振れの状態を検出する振動センサなどのセンサを設け、このセンサが検出した検出値に基づいて検査ヘッドの異常の有無を診断してもよい。

本発明の一形態に係る検査システムの概略構成を示す図。 表面検査装置の概略構成を示す図。 検査ヘッドの先端の内部を拡大して示す図。 移動ベースを診断位置に移動させた状態の検査システムを示す図。 サンプルピースの中心線に沿った断面図。 図４に示した状態の検査システムを図４の下方から見た図。 中央制御装置が実行する第１異常診断ルーチンを示すフローチャート。 中央制御装置が実行する第２異常診断ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１ 表面検査装置
１６ 検査ヘッド
１６Ａ ヘッド本体
１６Ｂ 走査部
１８ ミラー（光路変更手段）
２２ チャック機構
２３ チャック部材
３０ 直線駆動機構（直線駆動手段）
４０ 回転駆動機構（回転駆動手段）
１００ 検査システム
２００ 診断装置
２２０ サンプルピース
２２０ａ 貫通孔
２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、２２０ｅ 疑似欠陥
２３１Ａ、２３１Ｂ、２３１Ｃ テストピース
２３３Ａ、２３３Ｂ、２３３Ｃ テスト検査部
３００ 交換装置
３２０ 治具駆動機構（操作機構）
３２１ 治具
３２２ アクチュエータ（治具移動手段）
３２４ 直線駆動アクチュエータ（治具移動手段）
３３０ 走査部着脱機構
３４０ 走査部入れ替え機構
４００ 中央制御装置（制御手段）
Ｗ ワーク（被検査物）
ＡＸ 軸線

Claims (8)

1. ヘッド本体と、前記ヘッド本体の先端に着脱可能に設けられ、かつ光路変更手段が組み込まれる軸状の走査部とを備えた検査ヘッドを回転駆動手段により軸線の回りに回転させつつ直線駆動手段により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、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、前記検査ヘッドの異常の有無を診断する検査システムにおいて、
   前記検査ヘッドの異常の有無を診断する診断装置と、前記診断装置が前記検査ヘッドに異常があると判断した場合に前記検査ヘッドの前記走査部を交換する交換装置と、を備えることを特徴とする表面検査装置の検査システム。
2. 前記表面検査装置にて前記被検査物を検査する際の前記検査ヘッドの移動経路上に配置されるとともに内周面に疑似欠陥が設けられ、かつ前記検査ヘッドが通過可能な貫通孔を有するサンプルピースをさらに備え、
   前記診断装置は、前記表面検査装置に前記サンプルピースの内周面を検査させた検査結果に基づいて前記検査ヘッドの異常の有無を診断することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置の検査システム。
3. 前記診断装置は、前記表面検査装置が前記被検査物を検査する毎に前記表面検査装置に前記サンプルピースの内周面を検査させて前記検査ヘッドの異常の有無を診断することを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置の検査システム。
4. 前記被検査物の検査対象部分に応じた形状に形成され、疑似欠陥が設けられるテスト検査部を有するテストピースと、前記表面検査装置を前記表面検査装置が前記被検査物の前記検査対象部分の検査を行うことが可能な検査位置と前記表面検査装置が前記テストピースの前記テスト検査部の検査を行うことが可能な診断位置とに駆動可能な移動手段と、をさらに備え、
   前記診断装置は、所定の診断条件が成立した場合、前記表面検査装置が前記診断位置に駆動されるように前記移動手段を制御し、前記表面検査装置に前記テストピースの前記テスト検査部を検査させ、その検査結果に基づいて前記検査ヘッドの異常の有無を診断する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の検査システム。
5. 前記所定の診断条件は、前記表面検査装置にて前記被検査物を連続して所定数検査した場合に成立することを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置の検査システム。
6. 前記テスト検査部と前記検査対象部分とは同じ形状であり、
   前記前記テスト検査部には、前記検査対象部分において欠陥が発生すると予想される位置と同じ位置に疑似欠陥が設けられ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の検査システム。
7. 前記ヘッド本体の先端には、前記走査部を把持する把持状態と前記走査部を解放する解放状態とに切り替え可能なチャック機構が設けられ、
   前記交換装置は、前記チャック機構の状態を前記把持状態及び前記解放状態に切り替え可能な操作機構と、前記操作機構にて前記解放状態に切り替えられた前記チャック機構に対して前記走査部を保持して前記走査部の除去及び挿入を行う事が可能な走査部着脱機構と、前記走査部着脱機構と前記走査部の受け渡しが可能であり、前記ヘッド本体から除去された走査部を前記走査部着脱機構から受け取るとともに交換用の走査部を前記走査部着脱機構に渡して保持させる走査部入れ替え機構と、まず前記チャック機構が前記解放状態に切り替わるように前記操作機構を制御した後に前記チャック機構から前記走査部が除去されるように前記走査部着脱機構を制御し、次に前記走査部着脱機構が前記交換用の走査部を保持するように前記走査部入れ替え機構を制御し、その後前記交換用の走査部が前記チャック機構に挿入されるように前記走査部着脱機構を制御するとともに前記交換用の走査部が挿入された前記チャック機構が前記把持状態に切り替えられるように前記操作機構を制御する制御手段と、を備えている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の検査システム。
8. 前記チャック機構は、先端側から前記ヘッド本体内に押し込まれることにより前記解放状態に切り替わり、その押し込む力が除去されると前記把持状態に切り替わるチャック部材を備え、
   前記操作機構は、前記チャック部材を前記ヘッド本体内に押し込むための治具と、前記治具が前記チャック部材に当接するように前記治具を前記検査ヘッドの前方に配置させ、その状態で前記治具を前記検査ヘッドの軸線方向に移動させる治具移動手段と、を備えることを特徴とする請求項７に記載の表面検査装置の検査システム。

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