專利名稱：表面檢查設(shè)備中的檢查頭支撐結(jié)構(gòu)以及表面檢查設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面檢查設(shè)備中的檢查頭支撐結(jié)構(gòu)，該表面檢查設(shè) 備從檢査頭向檢查對象照射檢查光從而對檢查對象的表面進(jìn)行檢查，或 者本發(fā)明涉及一種對檢査對象的表面情況進(jìn)行檢查的表面檢查設(shè)備。
背景技術(shù)：
對于檢查筒形檢査對象的內(nèi)周表面的設(shè)備，己知的表面檢査設(shè)備在 使中空軸狀的檢查頭繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下，沿檢查頭的軸向驅(qū)動出檢 查頭。該表面檢查設(shè)備將檢査頭插入檢査對象的內(nèi)部，從檢查頭的外周 照射用作檢査光的激光束，沿軸向從一端向另一端對檢查對象的內(nèi)周表 面進(jìn)行歩進(jìn)掃描，通過檢查頭接收來自檢査對象的對應(yīng)于掃描的反射光， 并基于所接收的反射光的光量而確定檢査對象的內(nèi)周表面的情況，例如 是否存在缺陷等(例如參見專利文獻(xiàn)l)。
另外，對于檢查檢査對象的表面(例如，筒形對象的內(nèi)表面)的設(shè) 備，上述表面檢查設(shè)備通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)使得在末端設(shè)有光程改變裝置的軸 狀檢査頭繞其軸線旋轉(zhuǎn)的同時，使該檢查頭沿其軸線運(yùn)動。同時，該表 面檢査設(shè)備通過光程改變裝置改變沿軸線入射到檢査頭內(nèi)部的檢査光的 光程，向孔的內(nèi)表面施加光程被改變的檢查光，并基于從內(nèi)表面反射并 再次入射到檢查頭內(nèi)部的光的光量而檢測內(nèi)表面的情況。在該表面檢査 設(shè)備中，檢査頭構(gòu)造成包括所述光程改變裝置的單元。因而，當(dāng)光程改 變裝置被涂污時，從驅(qū)動機(jī)構(gòu)移除整個檢查頭，然后清潔光程改變裝置。 另外，當(dāng)光程改變裝置受損時，或者當(dāng)有必要使布置成與錐形孔的傾斜 度配合的光程改變裝置來檢査錐形孔的內(nèi)表面時，更換整個檢査頭。
專利文獻(xiàn)l: JP11-A-28158
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明待解決的問題
在上述表面檢查設(shè)備中，為了提高檢查效率，有必要加速檢查頭的 旋轉(zhuǎn)。但是，在加速檢查頭的旋轉(zhuǎn)時，對于檢査頭的旋轉(zhuǎn)中的振動需要 更高精度。為了實(shí)現(xiàn)所述需要，檢査頭支撐結(jié)構(gòu)必須具有適當(dāng)?shù)木取?另外，當(dāng)在為了維修和檢查而移除安裝檢查頭或者更換檢查頭的同時在 檢査頭中出現(xiàn)偏心時，有必要進(jìn)行使檢查頭對中的作業(yè)。在花時間進(jìn)行 所述作業(yè)時，檢査效率可能變差。
另外，當(dāng)從驅(qū)動機(jī)構(gòu)移除整個檢查頭并將檢查頭再次安裝在驅(qū)動機(jī) 構(gòu)中時，除了移除和安裝檢查頭的作業(yè)之外，還必須再次進(jìn)行檢查頭與 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的對中。因而，消耗較長的作業(yè)時間。另外，當(dāng)更換光程改變 裝置時，更換檢査頭也是一個成本問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種檢查頭支撐結(jié)構(gòu)，其能夠提高檢查頭 旋轉(zhuǎn)中的振動精度，并能夠減輕或消除移除和安裝檢查頭或者更換檢査 頭時對中作業(yè)的負(fù)擔(dān)。另外，本發(fā)明的另一目的是提供一種表面檢查設(shè) 備，其能夠以低成本容易地清潔和更換光程改變裝置。
解決問題的手段
根據(jù)本發(fā)明一方面的檢查頭支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)用于表面檢查設(shè)備，所述表 面檢査設(shè)備在使檢查頭繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下從所述檢查頭的外周向檢 查對象照射檢査光，接收從所述檢査對象向所述檢查頭反射的反射光， 并基于所述反射光的光量而對所述檢查對象的表面進(jìn)行檢査，其中所述 檢查頭包括中空的管狀軸承裝配部和從該軸承裝配部向該檢查頭末端側(cè) 延伸的主軸部，所述檢查頭支撐結(jié)構(gòu)包括同軸地布置在所述檢查頭的 軸承裝配部內(nèi)的頭支撐軸； 一對軸承，所述一對軸承沿所述檢查頭的軸
向彼此間隔一距離地布置在所述頭支撐軸的外周與所述軸承裝配部的內(nèi)
周之間，并且能夠分別施加徑向負(fù)載和單向軸向負(fù)載；多個內(nèi)圈限制裝 置，每個內(nèi)圈限制裝置將所述一對軸承的各內(nèi)圈限制在位于所述頭支撐 軸上方的軸向恒定位置處；呈筒形或環(huán)形形狀的第一壓力預(yù)載部件和第 二壓力預(yù)載部件，它們以可相對于所述檢查頭沿軸向運(yùn)動的方式并排布置在所述一對軸承的外圈之間；彈簧裝置，該彈簧裝置布置在所述第一 壓力預(yù)載部件和第二壓力預(yù)載部件之間，并且各彈簧裝置朝向所述一對
軸承的各外圈推動各壓力預(yù)載部件；布置在所述第一壓力預(yù)載部件與所
述軸承之一的外圈之間的彈性材料環(huán)，該彈性材料環(huán)的外周與所述軸承
裝配部的內(nèi)周接觸；以及多個外圈限制裝置，各外圈限制裝置通過布置 在所述軸承裝配部內(nèi)的第一限制部和可拆裝地布置在所述檢査頭的基端 部的第二限制部，從外側(cè)沿軸向限制所述一對軸承的各外圈，其中，所 述檢査頭構(gòu)造成，在所述檢査頭包含有所述軸承裝配部和所述主軸部的 情形下，通過從所述檢查頭移除所述第二限制部，能夠從所述一對軸承 的上方朝向所述末端側(cè)沿軸向取出所述檢査頭。由此，可以解決上述問 題。
根據(jù)本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谝缓偷诙毫︻A(yù)載部件被彈簧裝置推 動時，所述一對軸承的外圈被軸向向外推動，從而向各軸承施加預(yù)載壓 力。以這種方式，可以通過減少軸承中的松動而提高檢查頭在旋轉(zhuǎn)中的 振動精度。當(dāng)有必要移除檢查頭時，可以通過從檢査頭移除外圈限制裝 置的第二限制部并且從軸承的上方朝向末端側(cè)沿軸向取出軸承裝配部， 在檢查頭包含其軸承裝配部和主軸部的狀態(tài)下， 一體地移除檢査頭。于 是，在將檢查頭安裝到軸承時，僅必須通過將檢査頭的軸承裝配部裝配 到軸承的外周之上，將外圈限制裝置的第二限制部安裝到檢査頭的基端 部上。沒有必要將主軸部與軸承裝配部分開。由于可以按照這樣的方式 在不移除軸承裝配部和主軸部的情況下從軸承一體移除檢查頭，因此不 必在將軸承裝配部安裝到軸承上之后在軸承裝配部與主軸部之間進(jìn)行對 中作業(yè)。因而，可以減小或消除在拆裝或更換檢査頭時的對中作業(yè)的負(fù) 擔(dān)。此外，通過彈簧裝置的力使彈性材料環(huán)與軸承裝配部的內(nèi)周和軸承 之一的外圈緊密接觸，可以在這些接觸表面之間施加摩擦力。由此，即 使增加檢查頭旋轉(zhuǎn)中的加速度或減速度，在軸承裝配部與軸承的外圈之 間也幾乎不會產(chǎn)生滑動。因而，通過抑制由于滑動導(dǎo)致的軸承裝配部的 內(nèi)表面磨損并抑制旋轉(zhuǎn)中的振動精度的暫時變差，可以長時間地保持旋 轉(zhuǎn)中的高振動精度。在本發(fā)明的一方面中，多個彈簧部件作為所述彈簧裝置可以沿所述 檢查頭的周向以相等間隔布置在所述壓力預(yù)載部件之間。通過用多個彈 簧部件沿周向以共享方式推動壓力預(yù)載部件，可以向軸承均勻地施加預(yù) 載壓力。因而，可以抑制由于預(yù)載壓力負(fù)載的不平衡導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)性能變差。
在本發(fā)明的一方面中，可以布置有o形環(huán)作為所述彈性材料環(huán)。通 過使用作為密封部件能以低成本容易地獲得的o形環(huán)作為彈性材料環(huán)，
能以低成本容易地實(shí)施所述支撐結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一方面中，在所述軸承的外圈與所述檢査頭的軸承裝配 部之間的配合公差可以設(shè)在松配合范圍內(nèi)。通過將配合公差設(shè)在松配合 范圍內(nèi)，可以更容易地從軸承移除軸承裝配部。即使配合公差在松配合 范圍內(nèi)，由于彈性材料環(huán)與軸承裝配部緊密接觸，因此在軸承裝配部中 也不會產(chǎn)生徑向松動，從而旋轉(zhuǎn)中的振動精度不會變差。
在本發(fā)明的一方面中，所述檢查頭的軸承裝配部可以形成為不能從 所述主軸部拆卸所述軸承裝配部的一體結(jié)構(gòu)。由于如上所述可以從軸承 一體地移除軸承裝配部和主軸部，因此即使預(yù)先將軸承裝配部和主軸部 形成為不能拆卸的一體結(jié)構(gòu)，也可以毫不困難地移除檢査頭。另外，通 過將這些部件形成一體結(jié)構(gòu)，可以消除在軸承裝配部與主軸部之間產(chǎn)生 偏心的可能性，從而可預(yù)先防止旋轉(zhuǎn)中的振動精度變差。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的表面檢查設(shè)備通過驅(qū)動裝置使軸狀檢查頭繞 其軸線旋轉(zhuǎn)的同時使所述檢查頭沿所述軸線運(yùn)動，其中在所述軸狀檢査 頭的末端設(shè)有光程改變裝置，該表面檢查設(shè)備同時通過所述光程改變裝 置改變沿所述軸線入射到所述檢査頭內(nèi)部的檢查光的光程，向檢査對象 照射光程被改變的檢查光，基于被所述檢查對象反射并再次入射到所述 檢查頭內(nèi)的檢査光的光量而檢測所述檢查對象的表面情況，其中所述檢 查頭包括附接于驅(qū)動裝置的頭主體，以及可拆裝地設(shè)在所述頭主體上并 保持所述光程改變裝置的保持部。由此，解決了上述問題。
根據(jù)該表面檢査設(shè)備，檢查頭由附接于驅(qū)動裝置的頭主體和保持光 程改變裝置的保持部這兩個部件形成，并且保持部可從頭主體移除并可安裝到頭主體中。由此，在更換光程改變裝置時，在保持不觸動附接于 驅(qū)動裝置的頭主體的同時，可以僅移除和更換保持部。
另外，在本發(fā)明的另一方面中，所述保持部可以按照受限方式布置 在所述檢査頭的末端側(cè)。由于這樣將移除和安裝的保持部以受限方式布 置在所述檢查頭的末端側(cè)，因此可以將保持部制造成較短形式，并且能 以低成本制造更換部件。
另外，在本發(fā)明的另一方面中，所述檢査頭可以包括待插入所述檢 查對象中的插入部，并且所述保持部可以比所述插入部更朝向所述驅(qū)動 機(jī)構(gòu)側(cè)延伸。
由此，可更換的保持部比所述插入部更朝向所述驅(qū)動裝置側(cè)延伸。 因而，當(dāng)預(yù)先制備具有不同長度的保持部時，例如可以根據(jù)待檢査孔的 內(nèi)周的深度立即將保持部更換為具有合適長度的保持部。另外，由于頭 主體與保持部之間的接合部需要諸如螺釘?shù)目梢瞥Y(jié)構(gòu)，因此接合部需 要比其它部分更厚。但是，根據(jù)該方面，由于保持部比插入部更朝向驅(qū) 動裝置側(cè)延伸，因此接合位置位于插入部的外側(cè)。因而，由于在插入部 中不存在接合部，可以將插入部制成更纖細(xì)的形式，從而具有纖細(xì)末端 的檢査頭可以制造成能夠檢查小孔的內(nèi)部。
另外，所述保持部可以包括外管形體和內(nèi)管形體，所述外管形體可 從所述頭主體移除并可安裝到所述頭主體，所述內(nèi)管形體保持所述光程 改變裝置，并可從所述外管形體的內(nèi)部移除且可安裝到所述外管形體的 內(nèi)部。由于可以進(jìn)一步將保持光程改變部件的內(nèi)管形體從可從頭主體移 除的外管形體移除，所以在更換光程改變部件時僅必須更換內(nèi)管形體， 從而能以低成本進(jìn)行更換。
另外，在本發(fā)明的另一方面中，所述外管形體的末端閉合，在所述 外管形體的管形側(cè)表面上設(shè)有半透明孔，所述內(nèi)管形體的兩端幵口，在 所述內(nèi)管形體的管形側(cè)表面上設(shè)有半透明孔，在所述半透明孔中裝配有 半透明部件，并且在所述管形側(cè)表面的內(nèi)表面上可以設(shè)有多個狹縫，使 狹縫相對于所述半透明孔對稱并且相對于所述內(nèi)管形體的軸線以預(yù)定角 度傾斜。在該方面中，可以將例如作為鏡的矩形或圓形光程改變部件插入內(nèi) 管形體的狹縫中，使其兩端夾在所述狹縫之間，并且通過將狹縫制成為 使得狹縫的角度與用作檢查對象的孔的傾斜度相配，而可以容易地將光 程改變部件的角度保持為預(yù)定角度。此外，由于內(nèi)管形體的兩端開口， 所以即使在光程改變部件安裝到內(nèi)管形體的狹縫之后，也可以容易地接 近被光程改變部件劃分的內(nèi)管形體內(nèi)部的兩個空間。由此，當(dāng)內(nèi)管形體 整體不平衡時，可以例如調(diào)整光程改變部件的后部空間中粘合劑的位置 和體積，從而在將光程改變部件安裝到外管形體之前，容易地調(diào)整所述 平衡。另外，當(dāng)光程改變部件的表面被涂污時，可以容易地擦除污點(diǎn)。 此外，由于內(nèi)管形體插入到末端閉合的外管形體中，因此不能從外部可 視地看到在其中通過粘合劑等調(diào)整平衡的空間，從而外觀不會受損。由 于內(nèi)管形體和外管形體設(shè)有半透明孔，因此光程被光程改變部件改變了 的檢查光可以穿過這些半透明孔并照射檢查對象。但是，由于半透明部 件裝配到內(nèi)管形體的半透明孔中，因此防止了灰塵等進(jìn)入檢査頭的內(nèi)部。
發(fā)明效果
根據(jù)上述支撐結(jié)構(gòu)，檢査頭被能夠承受徑向負(fù)載和單向軸向負(fù)載的 一對軸承可旋轉(zhuǎn)地支撐，另外可以向這些軸承中的每一個施加預(yù)載壓力。 由此，可以通過減少軸承的松動而提高檢查頭在旋轉(zhuǎn)中的振動精度。由 于檢查頭可以一體地從軸承移除并安裝到軸承，因此在不移除檢查頭的 軸承裝配部和主軸部的情況下將軸承裝配部安裝到軸承上方之后，不必 在軸承裝配部與主軸部之間進(jìn)行對中作業(yè)。因而，可以減輕或消除在移 除和安裝檢查頭或者更換檢査頭時對中作業(yè)的負(fù)擔(dān)。另外，通過彈簧裝 置的力使彈性材料環(huán)與軸承裝配部的內(nèi)周和軸承之一的外圈緊密接觸， 從而在這些接觸表面之間施加摩擦力。由此，即使增加檢査頭旋轉(zhuǎn)中的 加速度或減速度，在軸承裝配部與軸承的外圈之間也幾乎不會產(chǎn)生滑動。 以這種方式，通過抑制由于滑動導(dǎo)致的軸承裝配部的內(nèi)表面磨損并抑制 旋轉(zhuǎn)中的振動精度的暫時變差，可以長時間地保持旋轉(zhuǎn)中的高振動精度。 此外，通過增加旋轉(zhuǎn)加速度或減速度并由此減少檢查所需的時間，可以 提高檢查效率。另外，根據(jù)上述表面檢査設(shè)備，由于可以從檢查頭中的頭主體移除光程改變裝置的保持部并可將該保持部安裝到所述頭主體， 因此在更換光程改變裝置時可以僅移除和更換保持部，而不移除附接于 驅(qū)動裝置的頭主體。由此，能以低成本容易地清潔和更換光程改變裝置。


圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式中的表面檢査設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示組裝在圖1的表面檢查設(shè)備中的檢查頭支撐結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖3是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式中的表面檢査設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是圖3所示的檢查頭的放大圖。 圖5A是整個保持部的剖視圖。 圖5B是外管形體的剖視圖。 圖5C是內(nèi)管形體的剖視圖。
圖6是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式中的表面檢査設(shè)備的檢査頭的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示本發(fā)明第一實(shí)施方式中的表面檢查設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)。表 面檢査設(shè)備1是適于對檢査對象100所設(shè)有的筒形內(nèi)周表面100a進(jìn)行檢 查的裝置，包括用于進(jìn)行檢査的檢査機(jī)構(gòu)2、以及用于執(zhí)行對檢査機(jī)構(gòu)2 的操作控制并處理檢査機(jī)構(gòu)2等的測量結(jié)果的控制單元3。另外，檢查機(jī) 構(gòu)2包括用作檢測裝置的檢測單元5，該檢測單元用于向檢查對象100 投射檢查光并接收來自檢查對象100的反射光；以及驅(qū)動單元6，該驅(qū) 動單元用于使檢測單元5以預(yù)定方式作業(yè)。
檢測單元5包括用作檢查光的光源的激光二極管ll (以下將稱為 LD);光電探測器12 (以下將稱為PD)，其接收來自檢查對象100的反射 光，并輸出與每單位時間的反射光的光量(反射光的強(qiáng)度)相對應(yīng)的電 流或電壓信號；投光光纖13，其將從LD 11投射的檢査光朝向檢査對象100引導(dǎo)；受光光纖14，其將來自檢查對象100的反射光向PD 12引導(dǎo)；
將這些光纖13、 14保持為捆束狀態(tài)的保持管15;以及中空的軸狀檢査頭 16，該檢查頭在保持管15的外部與保持管15同軸布置。檢査頭16還通 過圖2所示的支撐結(jié)構(gòu)7在保持管15的外部被可旋轉(zhuǎn)地支撐。稍后將對 支撐結(jié)構(gòu)7的細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。
返回圖1，在保持管15的末端布置有透鏡17，該透鏡沿檢查頭16 的軸線AX方向(以下將稱為軸向)投射由投光光纖13引導(dǎo)的光束式的 檢査光，并將沿著檢查頭16的軸向與檢査光反向傳播的反射光向受光光 纖14聚集。在檢查頭16的末端部(圖1中的右端部)固定有用作光程 改變裝置的鏡18，并且在檢查頭16的外周處與鏡18相對地布置有光透 射窗口 16a。鏡18將從透鏡17投射的檢查光的光程改變?yōu)槌蚬馔干浯?口 16a，并沿朝向透鏡17傳播的方向改變從光透射窗口 16a入射到檢查 頭16內(nèi)部的反射光的光程。
驅(qū)動單元6包括線性驅(qū)動機(jī)構(gòu)30、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)40和調(diào)焦機(jī)構(gòu)50。 線性驅(qū)動機(jī)構(gòu)30設(shè)置成用作使檢査頭16沿軸向運(yùn)動的線性驅(qū)動裝置。 為了實(shí)現(xiàn)該功能，線性驅(qū)動機(jī)構(gòu)30包括基部31、固定在基部31上的一 對導(dǎo)軌32、可沿著導(dǎo)軌32在檢查頭16的軸向上運(yùn)動的滑動件33、與檢 查頭16的軸線AX平行地布置在滑動件33側(cè)的導(dǎo)向螺桿34、以及旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動導(dǎo)向螺桿34的電機(jī)35?；瑒蛹?3用作支撐整個檢測單元5的裝置。 也就是說，LD11和PD 12固定于滑動件33，檢査頭16通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī) 構(gòu)40附接于滑動件33，并且保持管15通過調(diào)焦機(jī)構(gòu)50附接于滑動件 33。另外，螺母36固定于滑動件33，導(dǎo)向螺桿34螺接到螺母36中。因 而，通過電機(jī)35旋轉(zhuǎn)驅(qū)動導(dǎo)向螺桿34，使滑動件33沿著導(dǎo)軌32在檢查 頭16的軸向上運(yùn)動，同時伴隨有由滑動件33支撐的整個檢測單元5沿 檢查頭16軸向的運(yùn)動。通過使用線性驅(qū)動機(jī)構(gòu)30來驅(qū)動檢測單元5，可 以沿檢查頭16的軸向改變檢查光在檢查對象100的內(nèi)周面100a上的照 射位置(掃描位置)。
在基部31的前端(圖1中的右端)處布置有壁部31a，并且壁部31a 設(shè)有與檢查頭16同軸的通孔31b。樣件37附接于通孔31b。樣件37設(shè)置成用于確定表面檢查設(shè)備1的操作情況的樣品，并且在其中心線上設(shè)
有與檢査頭16同軸的通孔37a。通孔37a具有可供檢查頭16穿過的內(nèi)徑， 檢査頭16穿過通孔37a并被驅(qū)動出而進(jìn)入檢查對象100的內(nèi)部。
旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)40設(shè)置為使得檢査頭16繞軸線AX旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝 置。為了實(shí)現(xiàn)該功能，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)40包括用作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源的電機(jī)41 以及將電機(jī)41的旋轉(zhuǎn)傳遞給檢査頭16的傳動機(jī)構(gòu)42。對于傳動機(jī)構(gòu)42， 可以使用諸如帶傳動裝置或齒輪系的公知的旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)，但是在該實(shí) 施方式中使用帶傳動裝置。通過經(jīng)由傳動機(jī)構(gòu)42將電機(jī)41的旋轉(zhuǎn)傳遞 給檢查頭16，檢査頭16在內(nèi)部固定有鏡18的同時繞軸線AX旋轉(zhuǎn)。通過 使用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)40使檢查頭16旋轉(zhuǎn)，可以沿檢查對象100的周向改 變檢查光在檢查對象100的內(nèi)周面100a上的照射位置。另外，通過將檢 査頭16沿軸向的運(yùn)動與其繞軸線AX的旋轉(zhuǎn)相結(jié)合，可以用檢査光對檢 査對象100的內(nèi)周面100a在其整個表面上進(jìn)行掃描。應(yīng)注意，保持管15 并不隨著檢查頭16的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。另外，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)40設(shè)有旋轉(zhuǎn)編 碼器43，每當(dāng)檢查頭16旋轉(zhuǎn)過預(yù)定單位角度，該旋轉(zhuǎn)編碼器就輸出脈沖 信號。從旋轉(zhuǎn)編碼器43輸出的脈沖信號的數(shù)量與檢查頭16的旋轉(zhuǎn)量(旋 轉(zhuǎn)角度)有關(guān)，并且脈沖信號的周期與檢查頭16的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。
調(diào)焦機(jī)構(gòu)50設(shè)置為以使得檢査光聚焦在檢査對象100的內(nèi)周面100a 上的方式沿軸線AX方向驅(qū)動保持管15的調(diào)焦裝置。為了實(shí)現(xiàn)該功能， 調(diào)焦機(jī)構(gòu)50包括固定于保持管15的基端部的支撐板51、布置在線性驅(qū) 動機(jī)構(gòu)30的滑動件33與支撐板51之間并沿檢査頭16的軸向引導(dǎo)支撐 板51的導(dǎo)軌52、與檢查頭16的軸線AX平行布置并螺接到支撐板51中 的導(dǎo)向螺桿53、以及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動導(dǎo)向螺桿53的電機(jī)54。通過電機(jī)54旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動導(dǎo)向螺桿53，使支撐板51沿導(dǎo)軌52運(yùn)動，從而使保持管15沿檢査 頭16的軸向運(yùn)動。以這種方式，可以按照使得檢査光聚焦在檢査對象100 的內(nèi)周面100a上的方式，調(diào)整從透鏡17經(jīng)由鏡18到內(nèi)周面100a的光 程的長度。
下面將描述控制單元3?？刂茊卧?包括用作計(jì)算單元的算術(shù)處 理單元60，其對表面檢查設(shè)備1所進(jìn)行的檢査過程進(jìn)行管理，對檢測單元5的測量結(jié)果進(jìn)行處理，等等；操作控制單元61，其根據(jù)算術(shù)處理單
元60的指示對檢測單元5中的各單元的操作進(jìn)行控制;信號處理單元62， 其對PD 12的輸出信號執(zhí)行預(yù)定處理；用于向算術(shù)處理單元60輸入用戶 指示的輸入單元63;用于向用戶呈現(xiàn)由算術(shù)處理單元60處理的檢査結(jié)果 等的輸出單元64;以及存儲單元65，用于存儲待在算術(shù)處理單元60中 執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序、測量數(shù)據(jù)等。算術(shù)處理單元60、輸入單元63、輸出 單元64和存儲單元65可以采用諸如個人計(jì)算機(jī)的通用計(jì)算機(jī)設(shè)備構(gòu)成。 在這種情況下，輸入單元63設(shè)有諸如鍵盤和鼠標(biāo)的輸入裝置，輸出單元 64是監(jiān)視器設(shè)備?？梢韵蜉敵鰡卧?4增設(shè)諸如打印機(jī)的輸出裝置。對于 存儲單元65，可以使用諸如硬盤存儲裝置或半導(dǎo)體存儲器的能夠保存其 內(nèi)容的存儲裝置。操作控制單元61和信號處理單元62可以被實(shí)施為硬 件控制電路或計(jì)算機(jī)單元。
在對檢查對象100的內(nèi)周面100a的表面進(jìn)行檢查的情況下，算術(shù)處 理單元60、操作控制單元61和信號處理單元62將以如下方式分別進(jìn)行 操作。應(yīng)注意，在這種情況下，檢查對象100與檢査頭16同軸布置。在 檢查開始時，算術(shù)處理單元60根據(jù)來自輸入單元63的指示而指示操作 控制單元61開始進(jìn)行對檢査對象100的內(nèi)周面100a進(jìn)行檢査所需的操 作。接收到該指示的操作控制單元61使得LD 11以預(yù)定的強(qiáng)度照射，并 同時以如下方式控制電機(jī)35和41的操作，使得檢査頭16以恒速沿軸向 運(yùn)動并繞軸線AX旋轉(zhuǎn)。另外，操作控制單元61以如下方式控制電機(jī)54 的操作，使得檢查光聚焦在用作待檢查表面的內(nèi)周面100a上。通過這些 操作控制，用檢查光對內(nèi)周面100a從一端向另一端進(jìn)行掃描。應(yīng)注意， 對于沿軸向驅(qū)動出檢查頭16，可以以恒速驅(qū)動出檢査頭16，或者使得檢 査頭16以每轉(zhuǎn)預(yù)定間距間歇地運(yùn)動。
與內(nèi)周面100a的上述掃描相關(guān)聯(lián)地，將PD 12的輸出信號相繼引向 信號處理單元62。信號處理單元62執(zhí)行必需的模擬信號處理，以對算術(shù) 處理單元60中的PD 12的輸出信號進(jìn)行處理，進(jìn)一步以預(yù)定的位數(shù)對所 處理的模擬信號進(jìn)行模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換，并將所獲得的數(shù)字信號作為反射光 信號輸出給算術(shù)處理單元60。對于由算術(shù)處理單元60執(zhí)行的信號處理，可以適當(dāng)?shù)厥褂酶鞣N處理，包括非線性放大輸出信號以擴(kuò)大由PD 12檢
測的反射光的明暗差異的處理，以及從輸出信號除去噪音分量的處理。 也可以適當(dāng)?shù)亟M合快速傅立葉變換、反向傅立葉變換等。另外，通過將
從旋轉(zhuǎn)編碼器43輸出的脈沖序列用作取樣時鐘信號，而執(zhí)行由信號處理 單元62進(jìn)行的A/D轉(zhuǎn)換。以這種方式，生成在音調(diào)上與在檢査頭16旋 轉(zhuǎn)過預(yù)定角度期間PD 12的受光量有關(guān)的數(shù)字信號，并且從信號處理單 元62輸出該數(shù)字信號。
接收到來自信號處理單元62的反射光信號的算術(shù)處理單元60將所 獲取的信號存儲在存儲單元65中。此外，算術(shù)處理單元60通過利用存 儲在存儲單元65中的反射光信號以平面方式生成檢查對象100的內(nèi)周面 100a的放大的二維圖像。該二維圖像與使內(nèi)周面100a在二維正交坐標(biāo)系 統(tǒng)限定的平面中延伸的圖像相對應(yīng)，其中例如將檢査對象100的周向設(shè) 為x方向，將檢查頭16的軸向設(shè)為y軸方向。此外，可以通過對從反射 光信號獲得的原始圖像進(jìn)行邊緣處理、二元化處理等，而在算術(shù)處理單 元60中生成二維圖像時生成將待檢測的缺陷等強(qiáng)化的二維圖像。然后， 算術(shù)處理單元60通過用預(yù)定的算法對所獲得圖像進(jìn)行處理而確定在內(nèi)周 面100a上是否存在超過容許限度的缺陷等，并將確定結(jié)果輸出給輸出單 元64。
圖2表示用于檢査頭16的支撐結(jié)構(gòu)7的細(xì)節(jié)。應(yīng)注意，在圖2中， 檢查頭16的右端部對應(yīng)于支撐結(jié)構(gòu)7的末端部，左端部對應(yīng)于支撐結(jié)構(gòu) 7的基端部。支撐結(jié)構(gòu)7采用布置在上述保持管15與檢查頭16之間的頭 支撐管8作為同軸布置在檢查頭16內(nèi)的頭支撐軸。頭支撐管8由滑動件 33支撐，并且保持管15以可沿軸向運(yùn)動的方式插入頭支撐管8的內(nèi)部。 應(yīng)注意，在圖2中省略了對保持管15的顯示。另外，檢查頭16具有將 頭主體16A和在頭主體16A的末端可沿軸向拆裝地安裝的鏡殼體16B組 合而成的結(jié)構(gòu)。頭主體16A設(shè)有用作軸承裝配部的中空管狀軸承殼體16b， 以及從軸承殼體16b朝向檢查頭16的末端側(cè)(圖2中的右端側(cè))延伸的 主軸部16c。軸承殼體16b還用作支撐結(jié)構(gòu)7的一部分。軸承殼體16b形 成為不能從主軸部16c拆卸的一體結(jié)構(gòu)。例如，通過從單個管狀材料切削加工軸承殼體16b和主軸部16c而形成頭主體16A。主軸部16c形成為 具有比軸承殼體16b小的直徑，從而可插入檢查對象100的內(nèi)部。應(yīng)注 意，鏡殼體16B包括同軸固定于主軸部16c的末端處的外管16d，以及通 過例如粘合的固定措施同軸固定于外管16d的內(nèi)周上的鏡保持管16e。鏡 18附接于鏡保持管16e。但是，只要鏡18可以附接于檢查頭16的末端 部，鏡殼體16B就可以與頭主體16A成一體而作為主軸部16c的一部分。
在頭支撐管8的外周與檢查頭16的軸承殼體16b的內(nèi)周之間布置有 一對軸承20A、 20B，這對軸承沿軸向彼此間隔開。軸承20A、 20B是分別 能夠承受徑向負(fù)載和單向軸向負(fù)載的角接觸型球軸承。軸承20A、 20B以 如下方式組裝到頭支撐管8的外周上，使得相應(yīng)外圈20o的后表面(在 較厚壁側(cè)的表面)彼此相對。軸承20A、 20B的相應(yīng)外圈20o與軸承殼體 16b之間的配合公差設(shè)在松配合范圍內(nèi)，使得檢査頭16可容易地從軸承 20A、 20B移除并可容易地安裝到軸承20A、 20B。
在頭支撐管8的外周上設(shè)有臺階部8a，并且位于檢査頭16基端側(cè) 的軸承20A的內(nèi)圈20i通過墊圈21抵靠臺階部8a。在軸承20A、 20B的 內(nèi)圈20i之間在頭支撐管8的外周上裝配有套筒22，并且在軸承20B的 內(nèi)圈20i的末端側(cè)通過套環(huán)23將防松螺母24螺接到檢査頭16中。以這 種方式，將軸承20A、 20B的相應(yīng)內(nèi)圈20i限制在頭支撐管8上沿檢查頭 16軸向的恒定位置。也就是說，臺階部8a、墊圈21、套筒22、套環(huán)23 和防松螺母24的組合用作內(nèi)圈限制裝置。
在套筒22的外周上布置有用作第一壓力預(yù)載部件的間隔件25和用 作第二壓力預(yù)載部件的彈簧軸承環(huán)26，該間隔件和彈簧軸承環(huán)沿檢查頭 16的軸向并排布置。間隔件25和彈簧軸承環(huán)26可相對于套筒22旋轉(zhuǎn)， 并且可相對于檢査頭16的軸承殼體16b沿軸向運(yùn)動。在間隔件25和彈 簧軸承環(huán)26之間沿檢査頭16的周向(旋轉(zhuǎn)方向)以相等間隔布置有多 個螺旋彈簧27。盡管在圖2中僅示出了兩個螺旋彈簧27，在該實(shí)施方式 中沿周向以相等間隔布置有八個螺旋彈簧27。但是，螺旋彈簧27的數(shù)量 可以是任意的。螺旋彈簧27具有相同的結(jié)構(gòu)。間隔件25和彈簧軸承環(huán) 26被這些螺旋彈簧27以周向均勻力朝向外圈20o推動。這些螺旋彈簧27用作彈簧裝置。
在間隔件25的與外圈20o相對的端部上安裝有用作彈性材料環(huán)的0 形環(huán)28。 0形環(huán)28布置成分別與軸承20B的外圈20o的背面和檢查頭16 的軸承殼體16b的內(nèi)周接觸。另外，在軸承殼體16b內(nèi)部設(shè)有用作第一 限制部的臺階部16f，并且臺階部16f從末端側(cè)在檢査頭16的軸向上限 制軸承20B的外圈20o。在軸承殼體16b的基端側(cè)(圖2中的左端側(cè))處 布置有用作第二限制部的端帽29。端帽29螺接到軸承殼體16b的內(nèi)周中。 軸承20A的外圈20o被端帽29從基端側(cè)沿檢查頭16的軸向限制。也就 是說，臺階部16f和端帽29用作外圈限制裝置。應(yīng)注意，旋轉(zhuǎn)編碼器43 的旋轉(zhuǎn)盤43a附接于端帽29。另外，傳動機(jī)構(gòu)42的帶輪42a —體且可旋 轉(zhuǎn)地附接于軸承殼體16b的基端側(cè)的外周上。
外圈20o被臺階部16f和端帽29從外側(cè)軸向限制，并且在該狀態(tài)下 螺旋彈簧27被適當(dāng)?shù)貕嚎s。間隔件25和彈簧軸承環(huán)26被螺旋彈簧27 抵抗壓縮的排斥力朝向外圈20o推動。以這種方式，彈簧軸承環(huán)26推靠 外圈20o的基端側(cè)的背面，并向軸承20A施加預(yù)載壓力。另一方面，安 裝在間隔件25上的0形環(huán)28被螺旋彈簧27的力而推靠外圈20o的基端 側(cè)的背面，并向軸承20B施加預(yù)載壓力。另夕卜，0形環(huán)28被螺旋彈簧27 的力軸向壓縮，由此0形環(huán)28沿檢査頭16的徑向膨脹。以這種方式，0 形環(huán)28與軸承殼體16b的內(nèi)周緊密接觸，并在二者之間施加合適的摩擦 力。
根據(jù)上述支撐結(jié)構(gòu)7，使用角接觸軸承作為可旋轉(zhuǎn)地支撐檢查頭16 的軸承20A、 20B，通過螺旋彈簧27的力向軸承20A、 20B施加預(yù)載壓力。 由此，與使用通用的深槽球軸承的情況相比，可以減少軸承20A、 20B中 的松動，可以提高檢查頭16旋轉(zhuǎn)中的振動精度。另外，由于沿周向以相 等的間隔布置有多個螺旋彈簧27作為彈簧裝置，因此可以均勻地向軸承 20A、 20B施加預(yù)載壓力。
當(dāng)有必要移除檢査頭16時，可以通過使檢查頭16的軸承殼體16b 相對于端帽29沿松動螺釘?shù)姆较蛐D(zhuǎn)，從軸承20A、 20B的外周朝向末 端側(cè)取出檢查頭16。以這種方式，可以一次移除檢査頭16的頭主體16A或整個檢査頭16。在安裝檢査頭16時，也可以通過將軸承殼體16b插入 軸承20A、 20B的外周之上并將端帽29螺接于其中，而一次安裝檢查頭 16的頭主體16A或整個檢査頭16。在安裝軸承殼體16b之后，不必在軸 承殼體16b與其主軸部16c之間進(jìn)行對中作業(yè)。另外，將軸承20A、 20B 的外圈20o與軸承殼體16b之間的配合公差設(shè)在松配合范圍內(nèi)，可以從 軸承20A、 20B容易地移除檢査頭16。此外，由于間隔件25設(shè)有0形環(huán) 28并且0形環(huán)28與軸承殼體16b的內(nèi)周緊密接觸，因此即使在以松配合 將軸承20A、 20B裝配在軸承殼體16b中的結(jié)構(gòu)中，在軸承殼體16b中也
不會產(chǎn)生徑向松動，從而旋轉(zhuǎn)中的振動精度不會變差。
此外，由于0形環(huán)28與軸承20B的外圈20o和軸承殼體16b緊密接 觸，并且在它們之間施加摩擦力，因此即使當(dāng)檢査頭16旋轉(zhuǎn)中的加速度 或減速度增加時，外圈20o也不會相對于軸承殼體16b沿周向滑動。因 而，不會產(chǎn)生由于外圈20o與軸承殼體16b之間的滑動使得軸承殼體16b 的內(nèi)表面磨損。由此，也可以抑制旋轉(zhuǎn)中的振動精度的暫時變差，從而 可以長時間地保持旋轉(zhuǎn)中的高振動精度。還具有的優(yōu)點(diǎn)在于，增加旋轉(zhuǎn) 加速度和減速度可以通過減少檢查所需的時間而提高檢查效率。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，而可以各種形式進(jìn)行實(shí)施。例如， 在上述實(shí)施方式中，間隔件25和彈簧軸承環(huán)26可以沿左右方向以之字 形布置。第一壓力預(yù)載部件和第二壓力預(yù)載部件并不限于間隔件和彈簧 軸承環(huán)的形狀。只要它們具有筒形或環(huán)形形狀并且以可沿軸向運(yùn)動的方 式并排布置在軸承的外圈之間，則可以對它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦薷?。在上?實(shí)施方式中，對于軸承使用角接觸型球軸承，但是軸承并不限于這種類 型。只要軸承具有能夠承受徑向負(fù)載和單向軸向負(fù)載的結(jié)構(gòu)，就可以通 過沿其軸向施加預(yù)載壓力并由此消除軸承中的松動，而提高檢查頭在旋 轉(zhuǎn)中的振動精度。作為實(shí)施例，可以使用圓錐滾子軸承。
彈簧裝置并不限于螺旋彈簧，可以使用諸如盤簧或片簧的各種彈簧 裝置。彈性材料環(huán)并不限于0形環(huán)，只要其具有環(huán)形形狀并且是能夠在 其整個周邊與檢查頭的內(nèi)周接觸的同時彈性變形的部件，則可以對其進(jìn) 行適當(dāng)?shù)馗淖?。軸承裝配部和主軸部的一體結(jié)構(gòu)可以適當(dāng)?shù)馗淖?，只要不必在安裝 檢査頭之后對二者進(jìn)行對中作業(yè)即可。例如，可以通過將軸承裝配部和 主軸部焊接接合，在接合之后對軸承裝配部和主軸部中的至少任一個進(jìn) 行切削或磨削以使二者的中心彼此對準(zhǔn)，而使軸承裝配部和主軸部成一 體。即使在通過諸如螺栓的可移除接合裝置將軸承裝配部和主軸部接合 時，也可以在對二者對中之后設(shè)置諸如定位銷的偏心防止裝置，從而消 除了二者之間偏心的可能性，使得軸承裝配部和主軸部形成為基本上不 能拆卸的一體結(jié)構(gòu)。另外，即使當(dāng)軸承裝配部和主軸部形成為可以拆卸 的結(jié)構(gòu)，只要可以在不拆卸軸承裝配部和主軸部的情況下，沿檢查頭的 軸向從軸承朝向末端側(cè)取出軸承裝配部，也就不必在安裝檢查頭時拆卸 檢查頭、軸承裝配部和主軸部，由此可以減少或消除對中作業(yè)的負(fù)擔(dān)。
本發(fā)明的檢査頭支撐結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于各種形式的表面檢查設(shè)備，只 要檢查頭繞其軸線旋轉(zhuǎn)即可。例如，本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)可以甚至應(yīng)用于 不具有使檢查頭沿軸向運(yùn)動的機(jī)構(gòu)的表面檢査設(shè)備。檢査頭或者用于照 射檢査光并接收反射光的結(jié)構(gòu)的形狀也并不限于上述實(shí)施方式，可以進(jìn) 行適當(dāng)修改。例如，本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)甚至可以應(yīng)用于其中在檢查頭的 外周上設(shè)有發(fā)光元件和受光元件的表面檢査設(shè)備。
圖3表示本發(fā)明第二實(shí)施方式中的表面檢査設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)。表
面檢查設(shè)備101是適于對檢查對象200所設(shè)有的筒形內(nèi)周面200a進(jìn)行檢 查的裝置，并包括用于進(jìn)行檢査的檢査機(jī)構(gòu)102、以及用于執(zhí)行對檢查機(jī) 構(gòu)102的控制操作并處理檢查機(jī)構(gòu)102的測量結(jié)果等的控制單元103。另 外，檢查機(jī)構(gòu)102包括檢測單元105，該檢測單元用于向檢查對象200 投射檢查光并接收來自檢査對象200的反射光；以及驅(qū)動單元106，該 驅(qū)動單元用于使檢測單元105以預(yù)定方式作業(yè)。
檢測單元105包括用作檢查光的光源的激光二極管(LD) 111;光 電探測器112 (以下將稱為PD)，其接收來自檢查對象200的反射光，并
輸出與每單位時間的反射光的光量(反射光的強(qiáng)度)相對應(yīng)的電流或電 壓的電信號；投光光纖113，其將從LD 111照射的檢查光朝向檢查對象 200引導(dǎo)；受光光纖114，其將來自檢查對象200的反射光向PD 112引導(dǎo)；將這些光纖113、 114保持為捆束形式的保持管115;以及中空的軸 狀檢查頭116，該檢查頭同軸布置在保持管115的外部。應(yīng)注意，稍后將
對檢查頭116的細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。在保持管115的末端布置有透鏡117，該 透鏡沿檢査頭116的軸線AXa方向(以下將稱為軸線AXa方向)投射由 投光光纖113引導(dǎo)的呈光束形狀的檢查光，并將沿著檢查頭116的軸線 AXa方向與檢查光反向傳播的反射光聚焦在受光光纖114上。在檢査頭 116的末端部(圖3中的右端部)布置有用作光程改變裝置的鏡118。
驅(qū)動單元106包括線性驅(qū)動機(jī)構(gòu)130、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)140和調(diào)焦機(jī) 構(gòu)150。線性驅(qū)動機(jī)構(gòu)130設(shè)置成用作使檢査頭116沿其軸線AXa方向運(yùn) 動的線性驅(qū)動裝置。為了實(shí)現(xiàn)該功能，線性驅(qū)動機(jī)構(gòu)130包括基部131、 固定在基部131上的一對導(dǎo)軌132、可沿著導(dǎo)軌132在檢查頭116的軸線 AXa方向上運(yùn)動的滑動件133、與檢查頭116的軸線AXa平行地布置在滑 動件133側(cè)的導(dǎo)向螺桿134、以及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動導(dǎo)向螺桿134的電機(jī)135。滑 動件133用作支撐整個檢測單元105的裝置。也就是說，LD 111和PD 112 固定于滑動件133，并且檢查頭116通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)140附接于滑動件 133。保持管115通過調(diào)焦機(jī)構(gòu)150附接于滑動件133。另外，導(dǎo)向螺桿 134螺接到固定于滑動件133的螺母136中。因此，通過電機(jī)135旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動導(dǎo)向螺桿134，使滑動件133沿著導(dǎo)軌132在檢査頭116的軸線AXa方 向上運(yùn)動，由滑動件133支撐的整個檢測單元105與沿檢查頭116的軸 線AXa方向的運(yùn)動一起運(yùn)動。通過使用線性驅(qū)動機(jī)構(gòu)130來驅(qū)動檢測單 元105，可以沿檢查頭116的軸線AXa的方向改變檢查光在檢査對象200 的內(nèi)周面200a上的照射位置。
旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)140設(shè)置成使得檢查頭116繞軸線AXa旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動裝置。為了實(shí)現(xiàn)該功能，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)140包括安裝在保持管115 與檢查頭116之間以可繞軸線AXa旋轉(zhuǎn)的方式支撐檢查頭116的軸承139; 用作旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源的電機(jī)141;以及用作將電機(jī)141的旋轉(zhuǎn)傳遞給檢查頭 116的傳動機(jī)構(gòu)的帶142。應(yīng)注意，傳動機(jī)構(gòu)并不限于帶142，可以采用 諸如齒輪系的其它旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)。通過經(jīng)由帶142將電機(jī)141的旋轉(zhuǎn)傳 遞給檢查頭116，檢查頭116與鏡118—起繞軸線AXa旋轉(zhuǎn)。通過使用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)140使檢查頭116旋轉(zhuǎn)，可以沿檢查對象200的周向改變檢 査光在檢查對象200的內(nèi)周面200a上的照射位置。于是，通過將檢査頭 116沿軸向的運(yùn)動與其繞軸線AXa的旋轉(zhuǎn)相結(jié)合，可以用檢査光對檢査對 象的整個內(nèi)周面200a進(jìn)行掃描。
調(diào)焦機(jī)構(gòu)150設(shè)置為以使得檢查光聚焦在檢査對象200的內(nèi)周面 200a上的方式沿軸線AXa方向驅(qū)動保持管115的調(diào)焦裝置。為了實(shí)現(xiàn)該 功能，調(diào)焦機(jī)構(gòu)150包括固定于保持管115的基端部的支撐板151、布置 在線性驅(qū)動機(jī)構(gòu)130的滑動件133與支撐板151之間并沿檢査頭116的 軸向引導(dǎo)支撐板151的導(dǎo)軌152、與檢查頭116的軸線AXa平行布置并螺 接到支撐板151中的導(dǎo)向螺桿153、以及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動導(dǎo)向螺桿153的電機(jī) 154。通過電機(jī)154旋轉(zhuǎn)驅(qū)動導(dǎo)向螺桿153，使支撐板151沿導(dǎo)軌152運(yùn) 動，從而使保持管115沿檢查頭116的軸線AXa方向運(yùn)動。因而，可以 按照使檢查光聚焦在檢查對象200的內(nèi)周面200a上的方式，調(diào)整從透鏡 117經(jīng)由鏡118到內(nèi)周面200a的光程的長度。
控制單元103包括用作計(jì)算單元的算術(shù)處理單元160，其對表面 檢查設(shè)備101進(jìn)行的檢查過程進(jìn)行管理，對測量結(jié)果進(jìn)行處理，等等； 操作控制單元161，其根據(jù)算術(shù)處理單元160的指示對檢査機(jī)構(gòu)102中的 各單元的操作進(jìn)行控制；信號處理單元162，其對PD 112的輸出信號執(zhí) 行預(yù)定處理；用于向算術(shù)處理單元160輸入用戶指示的輸入單元163;用 于向用戶呈現(xiàn)算術(shù)處理單元160中的測量結(jié)果等的輸出單元164;以及存 儲單元165，用于存儲待在算術(shù)處理單元160中執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序、測量 數(shù)據(jù)等。算術(shù)處理單元160、輸入單元163、輸出單元164和存儲單元165 可以采用諸如個人計(jì)算機(jī)的通用計(jì)算機(jī)設(shè)備構(gòu)成。在這種情況下，輸入 單元163設(shè)有諸如鍵盤和鼠標(biāo)的輸入裝置，輸出單元164是監(jiān)視器設(shè)備。 可以向輸出單元164增設(shè)諸如打印機(jī)的輸出裝置。對于存儲單元165，可 以使用諸如硬盤存儲裝置或半導(dǎo)體存儲器的能夠保存其內(nèi)容的存儲裝 置。操作控制單元161和信號處理單元162可以被實(shí)施為硬件控制電路 或計(jì)算機(jī)單元。
圖4是檢查頭116的放大圖。如上所述，檢查頭116包括通過帶142附接于電機(jī)141的頭主體170;以及保持部171，其可拆裝地布置在 頭主體170的末端處并保持鏡118。
頭主體170包括通過軸承139可旋轉(zhuǎn)地安裝在保持管115周圍的保 持管外部172，以及從保持管外部172朝向其末端沿軸向延伸的中空延伸 部173。以使中空延伸部173的外徑變小的方式切除其末端，并且切除部 設(shè)有螺紋部173a。
保持部171包括外管形體175，其可以從頭主體170的中空延伸 部173移除并可安裝到該中空延伸部；以及內(nèi)管形體176，其保持鏡118 并可以從外管形體175的內(nèi)部移除且可安裝到外管形體175的內(nèi)部。圖 5A是整個保持部171的剖視圖，圖5B是外管形體175的剖視圖，圖5C 是內(nèi)管形體176的剖視圖。
圖5B所示的外管形體175是末端175a閉合的管形體，并且管形體 的管形側(cè)表面設(shè)有圓形半透明孔175b。另外，在外管形體175的另一端 內(nèi)部設(shè)有螺紋部175c。
在圖5C所示的內(nèi)管形體176中，其兩端開口，并在其管形側(cè)表面設(shè) 有直徑大于外管形體175的半透明孔175b的直徑的圓形半透明孔176a。 例如將諸如玻璃的半透明部件176b裝配到半透明孔176a中。另外，在 內(nèi)管形體176的內(nèi)表面的兩側(cè)設(shè)有相對于半透明孔176a對稱的多個狹縫 176c，并且所述狹縫相對于軸線AXa以預(yù)定角度傾斜，鏡118裝配到狹 縫176c中。
下面將對該實(shí)施方式的操作進(jìn)行描述。首先，表面檢査設(shè)備101布 置成使得檢查對象200的軸線與如圖3所示的軸線AXa對準(zhǔn)。制備內(nèi)管 形體176，在該內(nèi)管形體中設(shè)置有能夠布置鏡118的狹縫176c。鏡118 以使得沿著軸線AXa傳播的檢査光的光程改變的角度布置，使得以預(yù)定 角度相對于軸線AXa傾斜的檢查對象200的內(nèi)周面200a(內(nèi)周面200a處 于相對于圖3中的軸線AXa以0°角度傾斜的平行狀態(tài))被檢査光垂直照 射。然后，如圖5C所示，將鏡118布置于狹縫176c。當(dāng)在布置有鏡118 的狀態(tài)下，內(nèi)管形體176的重心沒有位于軸線AXa上時，通過調(diào)整在鏡 118的后部空間176d中用于固定鏡118的粘合劑的位置和體積，而調(diào)整整個內(nèi)管形體176的平衡。由此，根據(jù)該實(shí)施方式，由于內(nèi)管形體176 的兩端開口并因而可以接近內(nèi)管形體176的后部空間176d，因此可以容 易地調(diào)整內(nèi)管形體176的平衡。
接著，從外管形體175的前表面將內(nèi)管形體176插入外管形體175 內(nèi)，并將內(nèi)管形體176布置成使得外管形體175的半透明孔175b的中心 與內(nèi)管形體176的半透明孔176a的中心對準(zhǔn)，從而完成保持部171。根 據(jù)該實(shí)施方式，由于外管形體175的末端175a閉合，因此從外部不能可 視地看到在其中通過粘合劑等對鏡118的平衡進(jìn)行調(diào)整的后部空間176d， 因此不會有損外觀。
然后，通過將外管形體175的螺紋部175c螺接到在頭主體170端部 處的螺紋部173a中，將保持部171固定于頭主體170的端部，如圖4所 示，從而完成檢查頭116。在這種情況下，由于是螺紋安裝型，因此可以 容易地安裝。應(yīng)注意，頭主體170的保持部171和中空延伸部173用作 待插入檢查對象200的內(nèi)表面200a內(nèi)的插入部181。
接著，通過軸承139將頭主體170的保持管外部172安裝在保持管 115的外部，并且通過對中機(jī)構(gòu)(未示出)進(jìn)行頭主體170與保持管115 的對中。之后，當(dāng)從圖3所示的輸入單元163指示開始操作時，從算術(shù) 處理單元160向操作控制單元161指示開始進(jìn)行對檢查對象200的內(nèi)周 面200a進(jìn)行檢査所需的操作。接收到該指示的操作控制單元161使得LD 111以預(yù)定的強(qiáng)度照射，并同時以如下方式控制電機(jī)135和141的操作， 即，使得檢查頭116以恒速沿軸線AXa方向運(yùn)動并以恒速繞軸線AXa旋 轉(zhuǎn)。另外，操作控制單元161以如下方式控制電機(jī)154的操作，使得檢 查光聚焦在用作待檢査表面的內(nèi)周面200a上。通過這些操作控制，檢査 光從LD 111經(jīng)由投光光纖113穿過透鏡117，之后沿著軸線AXa在中空 延伸部173中傳播，通過保持部171的鏡118改變光程，穿過半透明部 件176b而經(jīng)過半透明孔176a和半透明孔175b，從一端向另一端以螺旋 的方式對內(nèi)周面200a進(jìn)行掃描。應(yīng)注意，在檢査內(nèi)周面200a時，由于 半透明部件176b裝配到內(nèi)管形體176的半透明孔176a中，因此在檢查 期間灰塵等不會進(jìn)入保持部171內(nèi)部。然后，在作用于內(nèi)周面200a的檢查光當(dāng)中，被內(nèi)周面200a反射并 到達(dá)半透明孔175b的光穿過半透明部件176b而經(jīng)過半透明孔176a，并 且其光程在鏡118處再次改變而沿軸線AXa在中空延伸部173中反向傳 播，并經(jīng)過透鏡U7，入射到受光光纖114上，并且被引導(dǎo)到圖3所示的 PD 112。然后，引導(dǎo)到PD 112的光被傳送到信號處理單元162，從信號 處理單元162輸出的反射光信號被算術(shù)處理單元160處理，并作為二維 圖像被輸出單元164顯示。于是，通過該二維圖像了解內(nèi)表面的情況。
當(dāng)在這種方式的檢查過程中鏡被涂污或者當(dāng)鏡破碎時，或者當(dāng)有必 要檢查具有不同傾斜度的內(nèi)周面200a時，有必要清潔或更換鏡。在這種 情況下，通過使保持部171相對于頭主體170旋轉(zhuǎn)，從頭主體170的螺 紋部173a取出保持部171的螺紋部175c。然后，從外管形體175拉出內(nèi) 管形體176。之后，當(dāng)鏡被涂污時，進(jìn)行諸如擦除鏡的污點(diǎn)之類的清潔。 在這種情況下，由于內(nèi)管形體176的兩端幵口，因此可以容易地清潔鏡 的表面。當(dāng)鏡破碎時，更換鏡，或者將內(nèi)管形體176更換為附接有新鏡 的另一內(nèi)管形體176。當(dāng)檢查具有不同傾斜度的孔時，將其更換為內(nèi)管形 體176，在該內(nèi)管形體176的以不同角度設(shè)置的狹縫176c中安裝有鏡118。 而且在這種情況下，當(dāng)內(nèi)管形體176的重心沒有位于軸線AXa上時，有 必要在將內(nèi)管形體176插入外管形體175內(nèi)之前調(diào)整平衡調(diào)整。但是， 由于內(nèi)管形體176的前端開口，因此可以容易地接近鏡118的后表面空 間176d，從而可以容易地調(diào)整鏡118的平衡。
接著，以與上述相似的方式，從外管形體175的前表面將內(nèi)管形體 176插入外管形體175內(nèi)，并將內(nèi)管形體176布置成使得外管形體175的 半透明孔175b的中心與內(nèi)管形體176的半透明孔176a的中心對準(zhǔn)，從 而完成保持部171。而且在這種情況下，由于外管形體175的前表面閉合， 因此從外部不能可視地看到在其中通過粘合劑等調(diào)整平衡的鏡118的后 表面空間，因此不會有損外觀。
然后，通過將外管形體175的螺紋部175c螺接到設(shè)在頭主體170末 端處的螺紋部173a中，將保持部171固定于頭主體170，從而再次完成 檢查頭116。在這種情況下，已經(jīng)使頭主體170與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)140對中，因此不必再進(jìn)行調(diào)整。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方式，由于鏡118的保持部171可以從檢查 頭116中的頭主體170移除并可安裝到頭主體170，所以在更換鏡118的 情況下，可以僅移除和更換保持部171，而不移除附接于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu) 140的頭主體170。由此，能以低成本容易地清潔和更換鏡118。
接下來將對本發(fā)明的表面檢查設(shè)備的第三實(shí)施方式進(jìn)行描述。圖6 是表示第三實(shí)施方式中本發(fā)明的表面檢査設(shè)備的檢査頭216的圖。應(yīng)注 意，由于該實(shí)施方式和第二實(shí)施方式除了檢査頭216之外均相同，因此 省略對檢查頭216之外的部件的描述。
檢查頭216包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、通過該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)附接于線性驅(qū) 動機(jī)構(gòu)的頭主體220、以及可拆裝地附接于頭主體220并保持鏡218的保 持部271，該鏡以與第二實(shí)施方式中的檢査頭216相似的方式作為光程改 變部件。但是，與第二實(shí)施方式的不同之處在于，頭主體220并不包括 插入檢査對象中的插入部281，也就是說，在檢査頭的中心延伸的中空延 伸部273并沒有包括在頭主體220中，而是包括在保持部271中。
保持部271包括布置在其末端處的外管形休275和內(nèi)管形體276、 從外管形體275沿軸線AXa向驅(qū)動機(jī)構(gòu)側(cè)延伸的中空延伸部273、以及布 置在中空延伸部273的基端部處的插入部280。內(nèi)管形體276具有與第二 實(shí)施方式中的內(nèi)管形體176相同的形狀。外管形體275也具有與第二實(shí) 施方式中的外管形體175基本相同的形狀，但是與其不同之處在于，在 開口側(cè)的內(nèi)側(cè)表面上未設(shè)有螺紋部。另外，在中空延伸部273的末端上 未設(shè)有螺紋部，而是設(shè)有以使延伸部273外徑變小的方式切除的切除部 273a。切除部273a的外徑與外管形體275的內(nèi)徑幾乎相等。從切除部273a 向驅(qū)動機(jī)構(gòu)側(cè)延伸的中空延伸部273的中部273b的外徑與外管形體275 的外徑相等。然后，在內(nèi)管形體276布置在外管形體275內(nèi)的情形下， 將外管形體275裝配并附著于中空延伸部273的末端，形成整體上具有 均勻直徑的插入部281。在中空延伸部273的基端部處的外徑變大。設(shè)有 直徑從該處沿朝向驅(qū)動機(jī)構(gòu)側(cè)的方向逐漸變小的錐形部280a，并在其更 前方設(shè)有螺紋部280b，由此形成插入部280。頭主體220是包括保持管外部272的管形部件，該保持管外部通過 軸承139安裝在保持管115的外部。其末端的厚壁沿軸向形成，在厚壁 部272a中在筒形部件的內(nèi)周上設(shè)有錐形部282a，錐形部282a的直徑沿 著從末端朝向驅(qū)動機(jī)構(gòu)側(cè)的方向逐漸變小，在其更前方設(shè)有螺紋部282b， 由此形成用于接收上述插入部280的接收部282。
在該實(shí)施方式中，外管形體275和中空延伸部273沒有形成諸如內(nèi) 螺紋的可移除結(jié)構(gòu)，而是簡單地通過粘合劑等將兩個筒形部件中的一個 裝配到另一個中并將它們結(jié)合。由此，與其中它們具有在所述部分處設(shè) 有螺紋部等的可移除結(jié)構(gòu)的情況相比，它們能以更薄的形式制造。由此， 可以使得插入部281的直徑較小，還可以檢查小孔的內(nèi)周面。另外，可 相對于頭主體220拆裝的保持部271與待插入檢查對象中的插入部281 相比，進(jìn)一步向驅(qū)動機(jī)構(gòu)側(cè)延伸。因此， 一旦預(yù)先制備具有不同長度的 保持部271，例如可以根據(jù)孔的深度將保持部271更換為具有合適長度的 保持部，由此可以快捷地應(yīng)用于各種孔。此外，由于在保持部271基端 側(cè)的插入部280和在頭主體220末端的接收部282設(shè)有錐形部280a、 282a， 因此可以容易地使保持部271與頭主體220對中。
上面對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不限于上 述實(shí)施方式，而可以實(shí)施為各種形式。例如，可以通過使彼此設(shè)有螺紋 部而將保持部和頭主體相接合，但是接合并不限于此，而可以為任何形 式，只要其可以拆裝即可。此外，安裝鏡的方法可以不是在內(nèi)管形體的 側(cè)表面中設(shè)置狹縫這樣的形式，而可以例如是單獨(dú)設(shè)置保持部件這樣的 形式。此外，光程改變裝置并不限于鏡，而可以是棱鏡等。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于表面檢查設(shè)備的檢查頭支撐結(jié)構(gòu)，所述表面檢查設(shè)備在使檢查頭繞其軸線旋轉(zhuǎn)的情況下從所述檢查頭的外周向檢查對象照射檢查光，接收從所述檢查對象向所述檢查頭反射的反射光，并基于所述反射光的光量而對所述檢查對象的表面進(jìn)行檢查，其中所述檢查頭包括中空的管狀軸承裝配部和從該軸承裝配部向該檢查頭末端側(cè)延伸的主軸部，所述檢查頭支撐結(jié)構(gòu)包括同軸地布置在所述檢查頭的軸承裝配部內(nèi)的頭支撐軸；一對軸承，所述一對軸承沿所述檢查頭的軸向彼此間隔開一距離地布置在所述頭支撐軸的外周與所述軸承裝配部的內(nèi)周之間，并且能夠分別施加徑向負(fù)載和單向軸向負(fù)載；多個內(nèi)圈限制裝置，每個內(nèi)圈限制裝置將所述一對軸承的各內(nèi)圈限制在位于所述頭支撐軸上方的軸向恒定位置處；呈筒形或環(huán)形形狀的第一壓力預(yù)載部件和第二壓力預(yù)載部件，它們以可相對于所述檢查頭沿軸向運(yùn)動的方式并排布置在所述一對軸承的外圈之間；彈簧裝置，該彈簧裝置布置在所述第一壓力預(yù)載部件和第二壓力預(yù)載部件之間，并且各彈簧裝置朝向所述一對軸承的各外圈推動各壓力預(yù)載部件；布置在所述第一壓力預(yù)載部件與所述軸承之一的外圈之間的彈性材料環(huán)，該彈性材料環(huán)的外周與所述軸承裝配部的內(nèi)周接觸；以及多個外圈限制裝置，各外圈限制裝置通過布置在所述軸承裝配部內(nèi)的第一限制部和可拆裝地布置在所述檢查頭的基端部的第二限制部，從外側(cè)沿軸向限制所述一對軸承的各外圈，其中，所述檢查頭構(gòu)造成，在所述檢查頭包含有所述軸承裝配部和所述主軸部的情形下，通過從所述檢查頭移除所述第二限制部，能夠從所述一對軸承的上方朝向所述末端側(cè)沿軸向取出所述檢查頭。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的檢查頭支撐結(jié)構(gòu)，其中，多個彈簧部件作為所述彈簧裝置沿所述檢查頭的周向以相等間隔布置在所述第一壓力預(yù) 載部件和第二壓力預(yù)載部件之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢查頭支撐結(jié)構(gòu)，其中，布置有0形環(huán)作為所述彈性材料環(huán)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的檢查頭支撐結(jié)構(gòu)，其中，在所述軸承的外圈與所述檢查頭的軸承裝配部之間的配合公差設(shè)在松配合 范圍內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的檢查頭支撐結(jié)構(gòu)，其中，所 述檢查頭的軸承裝配部形成為不能從所述主軸部拆卸所述軸承裝配部的
6、 一種表面檢查設(shè)備，該表面檢查設(shè)備通過驅(qū)動裝置使軸狀檢查頭 繞其軸線旋轉(zhuǎn)的同時使所述檢查頭沿所述軸線運(yùn)動，其中在所述軸狀檢 查頭的末端設(shè)有光程改變裝置，該表面檢査設(shè)備同時通過所述光程改變 裝置改變沿所述軸線入射到所述檢查頭內(nèi)部的檢査光的光程，向檢查對 象照射光程被改變的檢查光，基于被所述檢查對象反射并再次入射到所 述檢查頭內(nèi)的檢查光的光量而檢測所述檢査對象的表面情況，其中所述檢查頭包括附接于驅(qū)動裝置的頭主體，以及可拆裝地設(shè)在所述 頭主體上并保持所述光程改變裝置的保持部。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面檢査設(shè)備，其中，所述保持部以受限 方式布置在所述檢査頭的末端側(cè)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的表面檢査設(shè)備，其中， 所述檢查頭包括待插入所述檢查對象中的插入部，并且 所述保持部比所述插入部更朝向所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)側(cè)延伸。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的表面檢查設(shè)備，其中，所述 保持部包括外管形體和內(nèi)管形體，所述外管形體可從所述頭主體移除并 n了安裝到所述頭主體，所述內(nèi)管形體保持所述光程改變裝置，并可從所 述外管形體的內(nèi)部移除且可安裝到所述外管形體的內(nèi)部。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的表面檢查設(shè)備，其中，所述外管形體的末端閉合，在所述外管形體的管形側(cè)表面上設(shè)有半透明孔，所述內(nèi)管形體的兩端開口，在所述內(nèi)管形體的管形側(cè)表面上設(shè)有半 透明孔，并在該半透明孔中裝配有半透明部件，并且在所述管形側(cè)表面的內(nèi)表面上設(shè)有多個狹縫，使所述狹縫相對于所 述半透明孔對稱并且相對于所述內(nèi)管形體的軸線以預(yù)定角度傾斜。
全文摘要
一對角接觸軸承布置在檢查頭的軸承殼體與頭支撐管之間，并且間隔件和彈簧軸承環(huán)布置在所述軸承的外圈之間。所述間隔件和彈簧軸承環(huán)被螺旋彈簧朝向所述外圈側(cè)推動。O形環(huán)布置在所述間隔件與所述軸承的外圈之間，該外周附著于所述軸承殼體的內(nèi)周。所述外圈被所述軸承殼體中的臺階部和螺接到所述檢查頭中的端帽限制。通過移除所述端帽，可以從所述軸承一體地取出所述軸承殼體和主軸部。該檢查頭設(shè)有附接至驅(qū)動機(jī)構(gòu)的頭主體、以及可移除地布置在頭主體上并支撐鏡的支撐部。
文檔編號G01N21/954GK101449150SQ20078001835
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月23日
發(fā)明者堀內(nèi)一宏, 有戶立也 申請人:麒麟工程技術(shù)系統(tǒng)公司;Kts光學(xué)株式會社