專利名稱：用于評(píng)估表面的清潔度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于評(píng)估工件表面的清潔度的裝置和方法，其中紅外 光施加到該表面，檢測(cè)從該表面反射的光，通過(guò)利用從該表面反射的 所檢測(cè)到的光來(lái)計(jì)算該表面處的紅外光的吸光度，然后通過(guò)利用該吸 光度以及在該吸光度和該表面上的附著污染物的量之間的預(yù)定關(guān)系來(lái) 評(píng)估該表面的清潔度。
背景技術(shù)：
通常，當(dāng)組裝發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體、氣缸頭和鏈條箱或傳動(dòng)裝置箱時(shí)， 諸如液態(tài)密封墊等的密封材料涂覆在其表面上以防止漏油等。
這些表面借助于使用加工油來(lái)加工鑄造零件而形成，使得加工油 附著在這些表面上。在加工后，通過(guò)清洗這些表面來(lái)去除加工油。
如上所述，通過(guò)清洗來(lái)去除附著在這些面上的加工油。然而，存 在著當(dāng)沒(méi)有完全去除加工油時(shí)該加工油在清洗后殘留在這些面上的情 況或者清洗劑殘留在這些面上的情況。
殘留的加工油或殘留的清洗劑降低了密封材料的密封性能，這導(dǎo) 致漏油等。掌握諸如加工油或清洗劑的污染物是否殘留在涂覆有密封 材料的表面(密封表面)上是重要的。
傳統(tǒng)上，如下所述地測(cè)量附著到密封表面的污染物的狀況，換句 話說(shuō)，即密封表面的清潔度。
例如，將具有特定長(zhǎng)度和寬度的膠帶附著到密封表面，并且通過(guò)沿著相對(duì)于密封表面基本豎直的方向?qū)⑵湎蛏侠瓉?lái)使膠帶剝離，然后 測(cè)量使膠帶剝離所需的負(fù)荷。根據(jù)所測(cè)量的負(fù)荷來(lái)評(píng)估密封表面的清 潔度。
然而，用于通過(guò)測(cè)量膠帶的剝離負(fù)荷來(lái)評(píng)估密封表面的清潔度的 上述方法是用人手操作的，使得在剝離膠帶時(shí)難以保持恒定的剝離角 度或剝離速度。此外，膠帶朝著密封表面的附著強(qiáng)度高度依賴于溫度， 使得即使密封表面的清潔度是相同的，但剝離負(fù)荷的測(cè)量值也能夠因 為溫度而不同。結(jié)果，難以精確地進(jìn)行測(cè)量和適當(dāng)?shù)卦u(píng)估。
此外，用人手進(jìn)行的測(cè)量需要長(zhǎng)的時(shí)間，使得難以在發(fā)動(dòng)機(jī)或傳 動(dòng)裝置的組裝過(guò)程的周期時(shí)間內(nèi)完成測(cè)量。
例如，為了解決上述問(wèn)題，JP-A-2002-350342公開(kāi)了一種用于評(píng) 估諸如密封表面等的工件表面的清潔度的裝置。
JP-A-2002-350342公開(kāi)了該裝置，包括泛光燈，具有紅外光發(fā) 生器并將紅外光施加到工件表面；以及接收器，接收從附著有污染物 的工件表面反射的紅外光，其中檢測(cè)紅外光的吸光度并根據(jù)該吸光度 來(lái)測(cè)量工件表面的清潔度。在這種情況下，該裝置僅檢測(cè)具有被CH鍵 吸收的波長(zhǎng)的紅外光，在有機(jī)分子中大量包括該CH鍵。因此，能夠檢 測(cè)由有機(jī)分子組成的污染物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明待解決的問(wèn)題
如JP-A-2002-350342所公開(kāi)的，傳統(tǒng)裝置一般使用點(diǎn)光源作為紅 外光發(fā)生器，其中將紅外光施加到工件表面，接收從附著有污染物的 工件表面反射的紅外光，檢測(cè)紅外光的吸光度，并根據(jù)該吸光度來(lái)測(cè) 量工件表面的清潔度。從點(diǎn)光源施加的紅外光被聚集到工件表面上的 非常狹小的區(qū)域中，并且將紅外光的接收區(qū)域設(shè)定為與來(lái)自點(diǎn)光源的紅外光的施加區(qū)域大小相同。于是，即使工件和裝置之間的長(zhǎng)度或角 度改變一點(diǎn)，所檢測(cè)的紅外光的吸光度就改變很多。因此，不能適當(dāng) 地評(píng)估工件表面的清潔度。(例如，工件和裝置之間的容許的長(zhǎng)度改變
是大約士0.5mm)
特別地，關(guān)于傳統(tǒng)裝置，當(dāng)通過(guò)施加紅外光來(lái)評(píng)估工件表面的清 潔度時(shí)，測(cè)量對(duì)象的工件主要表示半導(dǎo)體基板等，其中其表面的粗糙 度較小并且其表面基本是鏡表面。工件高精度地定位且設(shè)定在大型固 定設(shè)備的載臺(tái)上，并且用泛光燈單元和接收器單元來(lái)測(cè)量紅外光的吸 光度，該泛光燈單元和接收器單元每一個(gè)都相對(duì)于工件高精度地定位。 于是，工件表面和設(shè)備之間的長(zhǎng)度或角度的變化很少變成問(wèn)題。然而， 如果該工件表示笨重而大型的并且形成為復(fù)雜形狀的發(fā)動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)裝 置零件的鑄造零件，那么就難以完成該測(cè)量同時(shí)將工件設(shè)定在設(shè)備的 載臺(tái)上并保持工件表面、泛光燈和接收器之間的布置關(guān)系。結(jié)果，難 以保證適當(dāng)?shù)脑u(píng)估。
本發(fā)明的目的是提供用于評(píng)估表面的清潔度的裝置和方法，即使 工件是大型的并且形成為諸如發(fā)動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)裝置的零件等的復(fù)雜形 狀，該裝置和方法也能夠精確地測(cè)量紅外光的吸光度并且能容易而適 當(dāng)?shù)卦u(píng)估工件表面的清潔度。
解決問(wèn)題的手段
本發(fā)明的第一方面是一種用于評(píng)估工件表面的清潔度的裝置，包
括
泛光燈單元，具有面光源和透鏡，所述面光源將紅外光施加到該 表面，并且所述透鏡聚焦紅外光；
接收器單元，用于檢測(cè)從該表面反射的光，具有濾光器和接收器，
所述濾光器透過(guò)具有該表面上的污染物吸收的波長(zhǎng)的紅外光，并且所 述接收器接收從該表面反射的紅外光，其中將從該表面反射的紅外光 的接收區(qū)域設(shè)定為小于從泛光燈單元施加到該表面的紅外光的施加區(qū) 域；以及處理單元，用于通過(guò)利用從該表面反射的紅外光來(lái)計(jì)算該表面處 的紅外光的吸光度并且用于通過(guò)利用該吸光度以及該表面上的附著污 染物的量和該吸光度之間的預(yù)定關(guān)系來(lái)評(píng)估該表面的清潔度。
因此，該裝置能夠防止由于該裝置和工件之間的長(zhǎng)度或角度的改 變或者由于諸如工件表面狀況的可變因素所導(dǎo)致的由接收單元接收的 紅外光的強(qiáng)度的變化。換句話說(shuō)，該裝置能夠防止由處理單元計(jì)算的 吸光度的變化。此外，該裝置能夠以高穩(wěn)健性評(píng)估工件表面的清潔度。
結(jié)果，即使工件是大型的結(jié)構(gòu)并且形成為諸如氣缸體、齒輪室蓋 等的復(fù)雜形狀，其中難以保持工件朝著該裝置的姿勢(shì)，例如該裝置和 工件表面之間的長(zhǎng)度或角度，也能夠容易地實(shí)現(xiàn)清潔度的適當(dāng)評(píng)估。
優(yōu)選地，接收區(qū)域的大小可根據(jù)該表面的評(píng)估區(qū)域的大小來(lái)調(diào)節(jié)。
因此，該裝置能夠評(píng)估各種大小的工件表面上的清潔度，使得能 夠提高該裝置的靈活性。
優(yōu)選地，根據(jù)由于泛光燈單元、接收器單元和該表面之間的容許 的距離改變量所導(dǎo)致的該表面上的接收區(qū)域相對(duì)于施加區(qū)域的移位長(zhǎng) 度來(lái)設(shè)定施加區(qū)域的大小。
因此，當(dāng)長(zhǎng)度改變小于容許的長(zhǎng)度改變時(shí)，接收區(qū)域能夠絕對(duì)小 于施加區(qū)域。于是，能夠防止在從該表面反射后由接收器單元接收的 紅外光的強(qiáng)度的變化。此外，能夠容易地實(shí)現(xiàn)清潔度的適當(dāng)評(píng)估。
本發(fā)明的第二方面是一種用于評(píng)估工件表面的清潔度的方法，包
括
從面光源將由透鏡聚焦的紅外光施加到該表面；
接收從該表面反射的光，其中紅外光通過(guò)濾光器，該濾光器透過(guò)具有該表面上的污染物吸收的波長(zhǎng)的紅外光，并且其中將從該表面反 射的紅外光的接收區(qū)域設(shè)定為小于從泛光燈單元施加到該表面的紅外 光的施加區(qū)域；
通過(guò)利用從該表面反射的紅外光來(lái)計(jì)算該表面處的紅外光的吸光 度；以及
通過(guò)利用該吸光度以及在該表面上的附著污染物的量和該吸光度 之間的預(yù)定關(guān)系來(lái)評(píng)估該表面的清潔度。
因此，該方法能夠防止由于裝置和工件之間的長(zhǎng)度或角度的改變 或者由于諸如工件表面狀況的可變因素所導(dǎo)致的由接收單元接收的紅 外光的強(qiáng)度的變化。換句話說(shuō)，該裝置能夠防止由處理單元計(jì)算的吸 光度的變化。此外，該裝置能夠以高穩(wěn)健性評(píng)估工件表面的清潔度。
結(jié)果，即使工件是大型的結(jié)構(gòu)并且形成為諸如氣缸體、齒輪室蓋 等的復(fù)雜形狀，其中難以保持工件朝著該裝置的姿勢(shì)，例如該裝置和 工件表面之間的長(zhǎng)度或角度，也能夠容易地實(shí)現(xiàn)清潔度的適當(dāng)評(píng)估。
優(yōu)選地，接收區(qū)域的大小可根據(jù)該表面的評(píng)估區(qū)域的大小來(lái)調(diào)節(jié)。
因此，該方法能夠評(píng)估各種大小的工件的表面上的清潔度，使得 能夠提高該裝置的靈活性。
優(yōu)選地，根據(jù)由于泛光燈單元、接收器單元和該表面之間的容許 的距離改變量所導(dǎo)致的該表面上的接收區(qū)域相對(duì)于施加區(qū)域的移位長(zhǎng) 度來(lái)設(shè)定施加區(qū)域的大小。
因此，當(dāng)長(zhǎng)度改變小于容許的長(zhǎng)度改變時(shí)，接收區(qū)域能夠絕對(duì)小 于施加區(qū)域。于是，能夠防止在從該表面反射后由接收器單元接收的 紅外光的強(qiáng)度的變化。此外，能夠容易地實(shí)現(xiàn)清潔度的適當(dāng)評(píng)估。發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，該裝置和方法能夠以高穩(wěn)健性評(píng)估工件表面的清潔 度。此外，即使工件是大型結(jié)構(gòu)并且形成為諸如氣缸體、齒輪室蓋等 的復(fù)雜形狀，其中難以保持工件朝著該裝置的姿勢(shì)，例如該裝置和工 件表面之間的長(zhǎng)度或角度，也能夠容易地實(shí)現(xiàn)清潔度的適當(dāng)評(píng)估。


圖1是用于評(píng)估工件表面的清潔度的裝置的側(cè)剖視圖。
圖2是紅外光在污染物中的光程長(zhǎng)度的側(cè)剖視圖。 圖3是示出了工件表面上的附著污染物的量和吸光度之間的關(guān)系 的視圖。
圖4是示出了當(dāng)將傳感器頭單元和工件之間的距離設(shè)定為適當(dāng)距 離時(shí)和該距離大于適當(dāng)距離時(shí)，如果將施加區(qū)域的大小設(shè)定為與接收 區(qū)域的大小一樣大時(shí)的該施加區(qū)域和該接收區(qū)域之間的布置關(guān)系的視 圖。
圖5是示出了當(dāng)將傳感器頭單元和工件之間的距離設(shè)定為適當(dāng)距 離時(shí)和該距離大于適當(dāng)距離時(shí)，如果將施加區(qū)域的大小設(shè)定為大于接 收區(qū)域的大小時(shí)的該施加區(qū)域和該接收區(qū)域之間的布置關(guān)系的視圖。
圖6是示出了用于評(píng)估氣缸體、氣缸頭與鏈條箱的連接部的清潔 度的裝置的實(shí)施例的側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的用于評(píng)估清潔度的裝置1是用于評(píng)估構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)或傳 動(dòng)裝置的零件的表面的清潔度的裝置。裝置1包括傳感器頭單元10和 處理單元40，該傳感器頭單元10包含泛光燈單元20和接收器單元30。 泛光燈單元20將紅外光施加到工件50的表面。接收器單元30接收從 工件50的表面反射的紅外光。處理單元40根據(jù)由傳感器頭單元10檢 測(cè)的從工件50的表面反射的紅外光的吸光度來(lái)評(píng)估該表面的清潔度。
泛光燈單元20和接收器單元30被包含在箱11中。泛光燈單元20包括面光源21、 p-偏光鏡22和聚焦透鏡23。具有 一定面積的面光源21施加紅外光。p-偏光鏡22僅透過(guò)p偏振光，艮卩， 其電場(chǎng)矢量方向轉(zhuǎn)到由施加到工件50的表面的全部紅外光中的入射光 和反射光在工件50的表面上形成的區(qū)域的內(nèi)側(cè)的紅外光。聚焦透鏡23 聚焦由面光源21施加的紅外光。
接收器單元30包括接收器傳感器31、聚焦透鏡32和濾光器33。 聚焦透鏡32聚焦從工件50的表面反射的紅外光。接收器傳感器31檢 測(cè)由聚焦透鏡32聚焦的紅外光。濾光器33設(shè)置在接收器傳感器31和 聚焦透鏡32之間。濾光器33僅透過(guò)反射光中的具有特定波長(zhǎng)的紅外 光。
濾光器33由盤狀元件和沿周向設(shè)置在該盤狀元件上的多個(gè)濾光 器33a組成。利用電動(dòng)機(jī)34，濾光器33能夠繞軸33b旋轉(zhuǎn)。
多個(gè)濾光器33a構(gòu)造為能夠透過(guò)具有相互不同波長(zhǎng)的紅外光的濾 光器。多個(gè)濾光器33a中的一個(gè)濾光器是能夠透過(guò)其波長(zhǎng)處在包括于有 機(jī)材料中的CH鍵的振動(dòng)波長(zhǎng)內(nèi)的紅外光的濾光器，換句話說(shuō)，是能夠 透過(guò)具有CH鍵吸收的波長(zhǎng)的紅外光的濾光器。
這里，CH鍵吸收的波長(zhǎng)的峰值是3.4微米。
處理單元40包括計(jì)算機(jī)單元41和存儲(chǔ)單元42。計(jì)算機(jī)單元41 根據(jù)由接收器傳感器31檢測(cè)的反射光來(lái)計(jì)算工件50的表面處的吸光 度并根據(jù)算出的吸光度來(lái)評(píng)估工件50的表面的清潔度。存儲(chǔ)單元42 存儲(chǔ)在工件50的表面上的附著污染物51的量和該吸光度之間的預(yù)定 關(guān)系。
在本實(shí)施例中，例如，工件50表示發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體、氣缸頭或鏈條箱，或傳動(dòng)裝置的齒輪室蓋。附著在工件50上的測(cè)量對(duì)象的污染物
51表示加工時(shí)使用的加工油或者清洗或移除加工油時(shí)使用的清洗劑。
此外，當(dāng)本發(fā)明的裝置l評(píng)估工件50的表面的清潔度時(shí)，以如下 方式設(shè)定傳感器頭單元10，即傳感器頭單元10和工件50分開(kāi)特定距 離d。
上述裝置1如下地評(píng)估工件50的表面的清潔度。
首先，面光源21施加具有一定面積大小的紅外光。該紅外光通過(guò) p-偏光鏡22變成p偏振光。其次，紅外光通過(guò)聚焦透鏡23被聚焦。然 后，所聚焦的紅外光施加到工件50的表面上的施加區(qū)域Ra，該施加區(qū) 域Ra具有一定的面積。
施加到區(qū)域Ra的紅外光在工件50的表面上反射。所反射的紅外 光通過(guò)聚焦透鏡32被聚焦。在通過(guò)濾光器33之后，所聚焦的紅外光 由接收器傳感器31接收。這里，紅外光在接收區(qū)域Rb中被接收。
在這種情況下，當(dāng)所接收的紅外光通過(guò)濾光器33時(shí)，具有特定波 長(zhǎng)的紅外光僅由接收器傳感器31接收。
將作為從泛光燈單元20到工件50的表面的紅外光的施加區(qū)域的 施加區(qū)域Ra設(shè)定為大于作為接收器單元30處的紅外光的接收區(qū)域的 接收區(qū)域Rb。例如，將施加區(qū)域Ra設(shè)定為接收區(qū)域Rb的IO倍大或 更大。
反射紅外光的強(qiáng)度輸入到處理單元40。計(jì)算機(jī)單元41根據(jù)反射 的紅外光來(lái)計(jì)算吸光度。
這里，如[公式l]所示，通過(guò)比爾-郎伯定律來(lái)表達(dá)紅外光的吸光度。
吸光度=-log(I/Io) = k X cX L
這里，I是測(cè)量對(duì)象的工件50的反射紅外光的強(qiáng)度。換句話說(shuō)，I 是來(lái)自工件50的附著污染物51的表面的反射紅外光的強(qiáng)度。Io是來(lái) 自具有未附著污染物51的清潔表面的標(biāo)準(zhǔn)工件的反射紅外光的強(qiáng)度。 k是系數(shù)。c是污染物51的濃度。L是紅外光通過(guò)污染物51的光程長(zhǎng) 度。
如圖2所示，光程長(zhǎng)度L是長(zhǎng)度Ll和長(zhǎng)度L2相加，該長(zhǎng)度L1 是從泛光燈單元20施加的入射光通過(guò)污染物51的光程長(zhǎng)度，長(zhǎng)度L2 是由接收器單元30接收的反射光通過(guò)污染物51的光程長(zhǎng)度。
也就是說(shuō)，能夠通過(guò)[公式1]在計(jì)算機(jī)單元41中計(jì)算吸光度。
例如，如果由接收器單元30接收的所接收紅外光具有CH鍵吸收 的波長(zhǎng)，則當(dāng)在工件50的表面處反射時(shí)，所接收紅外光被包含在污染 物51中的CH鍵吸收。因此，由接收器傳感器31接收的反射紅外光的 強(qiáng)度變小，然后工件50的反射紅外光的強(qiáng)度I變小，然而來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)工 件的反射紅外光的強(qiáng)度Io是恒定的。所以，如上所述地計(jì)算的吸光度 變大。
此外，在本實(shí)施例中，污染物51表示加工油或清洗劑，使得可以 說(shuō)污染物51的濃度是恒定的。因此，根據(jù)[公式l]，可以說(shuō)紅外光的吸 光度與光程長(zhǎng)度L成比例。
更進(jìn)一步，當(dāng)工件50表面的附著污染物51的量較大時(shí)，污染物 51的厚度變大，使得紅外光通過(guò)污染物51的光程長(zhǎng)度L變大。因此，可以說(shuō)光程長(zhǎng)度L與附著污染物51的量成比例。
最后，當(dāng)附著污染物51的量較小時(shí)，工件50的表面的清潔度較 高。因此，附著污染物51的量幾乎等于工件50的表面的清潔度。
因此，可以說(shuō)，該關(guān)系成立，(紅外光的吸光度)a(附著污染物 51的量)—(工件50的表面的清潔度)。如果提前確定(紅外光的吸光度) 和(附著污染物51的量)之間的關(guān)系，那么能夠根據(jù)由計(jì)算機(jī)單元41計(jì) 算的吸光度來(lái)測(cè)量并且能夠定量地評(píng)估(工件50的表面的清潔度)。
在處理單元40中，圖3所示的"(紅外光的吸光度)和(附著污染物 51的量)之間的關(guān)系被提前確定并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元42中。
在計(jì)算機(jī)單元41中，將如上所述地計(jì)算的吸光度應(yīng)用于在存儲(chǔ)單 元42中存儲(chǔ)的"(紅外光的吸光度)和(附著污染物51的量)之間的關(guān)系"， 并且計(jì)算附著污染物51的量，然后根據(jù)計(jì)算出的附著污染物51的量 來(lái)評(píng)估工件50的表面的清潔度。
在這種情況下，能夠通過(guò)具體值、水平等來(lái)表達(dá)工件50的表面的 清潔度。該工件50的表面的清潔度能夠與特定的閾值相比較。
根據(jù)圖3，吸光度變得越大，則附著污染物51的量變得越大，并 且工件50的表面的清潔度變得越低。
在用于評(píng)估工件50的表面的清潔度的如上所述的裝置1中，將從 面光源21到工件50的入射光的入射角e設(shè)定為相對(duì)于垂直線以布魯 斯特角傾斜的角度。
這里，布魯斯特角為入射角，其中當(dāng)來(lái)自面光源21的紅外光入射 到污染物51中時(shí)，污染物51的表面處的紅外光中的p偏振成分的反射率變?yōu)?。布魯斯特角是由空氣和污染物51之間的折射率決定的特
征值。在本實(shí)施例中，布魯斯特角例如是56度。
由此，在根據(jù)本發(fā)明的用于評(píng)估清潔度的裝置1中，將來(lái)自面光 源21的入射光的入射角設(shè)定為布魯斯特角，并且通過(guò)p-偏光鏡22的p 偏振光在工件50的表面上入射。因此，能夠防止入射光在污染物51 的表面上反射和在污染物51的層內(nèi)的多重反射。于是，能夠減少由諸 如在該表面上的反射或多重反射的這些反射所導(dǎo)致的紅外光的吸收誤 差。
結(jié)果，能夠提高工件50的表面上的清潔度的評(píng)估精度。
此外，從面光源21施加到工件50的表面的紅外光由聚焦透鏡23 聚焦，然后，具有大施加區(qū)域Ra的聚焦紅外光入射到工件50的表面 上。因此，如果面光源21和工件50之間的長(zhǎng)度或角度，換句話說(shuō)， 傳感器頭單元10和工件50之間的距離d或角度改變一點(diǎn)，那么反射 光的強(qiáng)度幾乎不變。結(jié)果，與從點(diǎn)光源施加紅外光時(shí)反射光的強(qiáng)度改 變很大的情況相比，吸光度的值幾乎不變。
此外，聚焦紅外光施加到大的區(qū)域，使得與施加平行光的情況相 比，紅外光的指向性變?nèi)趿恕Ｓ谑?，能夠防止工?0的表面的粗糙度 和工件50的表面上的工具痕的影響，然后能夠防止吸光度的變化。
在根據(jù)本發(fā)明的用于評(píng)估清潔度的裝置1中，將施加區(qū)域Ra設(shè)定 為大于接收區(qū)域Rb，使得即使傳感器頭單元10和工件50之間的距離 d改變了，也能夠防止由接收器傳感器31接收的反射光的強(qiáng)度的變化。
一方面，在其中紅外光從泛光燈單元施加到工件表面的用于評(píng)估 清潔度的傳統(tǒng)裝置中，在接收器單元處接收來(lái)自工件表面的反射紅外 光，然后評(píng)估工件表面的清潔度，施加區(qū)域Ra通常設(shè)定為與接收區(qū)域Rb—樣大。
如上所述，如果將施加區(qū)域Ra設(shè)定為與接收區(qū)域Rb —樣大并且 將傳感器頭單元10和工件50之間的距離d合適地設(shè)定為適當(dāng)距離do， 如圖4(a)所示，那么施加區(qū)域Ra和接收區(qū)域Rb的位置保持相同。于 是，能夠在接收器單元30處接收從泛光燈單元20施加的除了被污染 物51吸收的紅外光之外的所有紅外光。
然而，如圖4(b)所示，如果將施加區(qū)域Ra設(shè)定為與接收區(qū)域Rb 一樣大并且將傳感器頭單元10和工件50之間的距離d設(shè)定為比適當(dāng) 距離d。大的距離da，那么施加區(qū)域Ra和接收區(qū)域Rb的位置彼此移位。 于是，能夠在接收器單元30處部分地接收從泛光燈單元20施加的紅 外光。
因此，當(dāng)將施加區(qū)域Ra設(shè)定為與接收區(qū)域Rb —樣大并且傳感器 頭單元10和工件50之間的距離d改變一點(diǎn)時(shí)，由接收器傳感器31接 收的接收紅外光的量變得小于將距離d設(shè)定為適當(dāng)距離do的情況。結(jié) 果，由接收器傳感器31接收的反射紅外光的強(qiáng)度存在變化。
另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的用于評(píng)估清潔度的裝置1中，將施加 區(qū)域Ra設(shè)定為大于接收區(qū)域Rb。如圖5(a)所示，如果將傳感器頭單元 10和工件50之間的距離d保持設(shè)定為適當(dāng)距離dQ，那么全部的接收區(qū) 域Rb都包括在施加區(qū)域Ra中。于是，能夠在接收器單元30處接收從 泛光燈單元20施加的除了被污染物51吸收的紅外光之外的所有紅外 光。
此外，如圖5(b)所示，如果將傳感器頭單元10和工件50之間的 距離d設(shè)定為大于適當(dāng)距離do的距離da，那么施加區(qū)域Ra和接收區(qū) 域Rb的位置彼此移位。然而，將施加區(qū)域Ra設(shè)定為大于接收區(qū)域Rb。于是，即使施加 區(qū)域Ra和接收區(qū)域Rb的位置彼此移位，全部的接收區(qū)域Rb也包括在 施加區(qū)域Ra中。于是，能夠在接收器單元30處接收從泛光燈單元20 施加的除了被污染物51吸收的紅外光之外的所有紅外光。
因此，當(dāng)將施加區(qū)域Ra設(shè)定為大于接收區(qū)域Rb并且傳感器頭單 元10和工件50之間的距離d變化時(shí)，由接收器傳感器31接收的接收 紅外光的量不改變。結(jié)果，能夠防止由接收器傳感器31接收的反射紅 外光的強(qiáng)度的變化。
根據(jù)由于泛光燈單元20、接收器單元30和工件50的表面之間的 容許的距離改變所導(dǎo)致的工件50的表面上的接收區(qū)域Rb相對(duì)于施加 區(qū)域Ra的移位長(zhǎng)度來(lái)設(shè)定施加區(qū)域Ra的大小，該容許的距離改變是 傳感器頭單元10和工件50之間的距離d的改變。因此，即使由于距 離d的改變導(dǎo)致接收區(qū)域Rb相對(duì)于施加區(qū)域Ra移位，所有的接收區(qū) 域Rb也能夠包括在施加區(qū)域Ra中。
也就是說(shuō)，根據(jù)距離d從適當(dāng)距離dQ的改變所導(dǎo)致的接收區(qū)域Rb 相對(duì)于施加區(qū)域Ra的移位長(zhǎng)度，將形成為橢圓形的施加區(qū)域Ra的至 少半長(zhǎng)軸設(shè)定為長(zhǎng)于接收區(qū)域Rb的半長(zhǎng)軸，其中施加區(qū)域Ra的半長(zhǎng) 軸的方向與施加紅外光的方向相同。結(jié)果，將施加區(qū)域Ra設(shè)定為大于 接收區(qū)域Rb。
例如，X是距離d的改變量，Y是接收區(qū)域Rb相對(duì)于施加區(qū)域 Ra的移位量，并且ea是入射角e的補(bǔ)角。關(guān)系"tan(6a)二X/Y成立。
在本實(shí)施例中，入射角0是56度的布魯斯特角，使得補(bǔ)角0a變 成34度。可以將量X設(shè)定為土4 mm，該量X是距離d從適當(dāng)距離d0 容許的改變量。當(dāng)距離d例如比適當(dāng)距離do增大4 mm時(shí)，換句話說(shuō) 將量X設(shè)定為4mm時(shí)，通過(guò)使用上述關(guān)系，量Y變成大約6mm(確切地，為5.97 mm)。
因此，施加區(qū)域Ra的半長(zhǎng)軸至少形成為比接收區(qū)域Rb的半長(zhǎng)軸 長(zhǎng)量Y(在本實(shí)施例中，大約6mm)。
此外，除了距離d的變化之外，還能夠發(fā)生導(dǎo)致接收區(qū)域Rb相對(duì) 于施加區(qū)域Ra移位的變化，諸如傳感器頭單元10和工件50之間的角 度(例如，入射角e)變化。因此，能夠設(shè)定施加區(qū)域Ra的半長(zhǎng)軸，將 特定長(zhǎng)度加到已加上量Y的接收區(qū)域Rb的半長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度上。
此外，可以將施加區(qū)域Ra的半短軸設(shè)定為長(zhǎng)于接收區(qū)域Rb的半 短軸，使得接收區(qū)域Rb確定地包括在施加區(qū)域Ra中。
在本實(shí)施例中，分別將接收區(qū)域Rb的半長(zhǎng)軸和半短軸設(shè)定為4 mm和2.5 mm，并且分別將施加區(qū)域Ra的半長(zhǎng)軸和半短軸設(shè)定為15 mm和7.5 mm。施加區(qū)域Ra的面積大約為接收區(qū)域Rb的面積的10 倍(確切地，11.25倍)。因此，即使距離d從適當(dāng)距離do的改變量是最 大的(土4 mm)，接收區(qū)域Rb也能夠確定地包括在施加區(qū)域Ra中。
如上所述，根據(jù)由傳感器頭單元10和工件50之間的距離d的變 化所導(dǎo)致的接收區(qū)域Rb相對(duì)于施加區(qū)域Ra的改變量來(lái)設(shè)定施加區(qū)域 Ra的大小。因此，當(dāng)在裝置1的容許的改變量?jī)?nèi)發(fā)生距離d的大變化 時(shí)，接收區(qū)域Rb也能夠確定地包括在施加區(qū)域Ra中。結(jié)果，能夠防 止發(fā)生由接收器傳感器31接收的反射光的強(qiáng)度的變化，然后能夠容易 地完成工件50的表面的適當(dāng)評(píng)估。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于評(píng)估清潔度的裝置1能夠防止由于 不確定的變化要素所導(dǎo)致的由接收器傳感器31接收的反射光的強(qiáng)度的 變化，上述不確定的變化要素例如為工件50的表面狀況或傳感器頭單 元10和工件50的配置例如傳感器頭單元10和工件50之間的距離或角度的變化。換句話說(shuō)，裝置1能夠防止計(jì)算出的吸光度的變化，使 得能夠以高穩(wěn)健性實(shí)現(xiàn)清潔度的評(píng)估。
結(jié)果，即使工件50是大型結(jié)構(gòu)并且形成為諸如氣缸體、齒輪室蓋
等的復(fù)雜形狀，其中難以保持工件50朝著裝置1的姿勢(shì)，例如裝置1 和工件50的表面之間的長(zhǎng)度或角度，也能夠容易地實(shí)現(xiàn)清潔度的適當(dāng) 評(píng)估。
例如，下面比較由于傳感器頭單元10和工件50之間的距離d的 改變所導(dǎo)致的吸光度值的變化。在點(diǎn)光源將紅外光施加到工件50的表 面并且將施加區(qū)域Ra的大小設(shè)定為與接收區(qū)域Rb的大小一樣大的情 況下，當(dāng)距離d的變化超出士0.5 mm的范圍時(shí)，計(jì)算出的吸光度的變 化超出容許范圍。在根據(jù)本發(fā)明的裝置1的情況下，其中面光源21將 紅外光施加到表面上的廣大區(qū)域、聚焦該紅外光并且將施加區(qū)域Ra的 大小設(shè)定為大于接收區(qū)域Rb的大小，只要距離d的變化在士4 mm的 范圍內(nèi)，則計(jì)算出的吸光度的變化就能夠包括在容許范圍內(nèi)。
如圖6所示，例如，裝置1能夠用于評(píng)估鏈條箱、氣缸體91與氣 缸頭92的連接部分中的鏈條箱(未示出)的附接表面91a和92a的清潔度。
在圖6中，紅外光施加到連接部分中的附接表面92a。
密封材料涂覆在附接表面91a和92a以在它們和鏈條箱之間密封。 這里，存在著降低密封材料的密封性能的污染物51附著在附接表面91a 和/或92a上的情況。例如，污染物51是包括在加工冷卻液中的加工油、 機(jī)油等或者是用于清洗該加工冷卻液的清潔劑。
因此，使用裝置1來(lái)評(píng)估附接表面91a和92a的清潔度，使得能 夠保證連接部分的密封性能。當(dāng)評(píng)估附接表面91a或92a的清潔度時(shí)，如上所述，紅外光從面 光源21通過(guò)p-偏光鏡22和聚焦透鏡23施加到附接表面91a或92a， 并且來(lái)自附接表面91a或92a的反射紅外光通過(guò)聚焦透鏡32和濾光器 33由接收器傳感器31接收，然后根據(jù)所接收的紅外光的強(qiáng)度使用處理 單元40來(lái)評(píng)估附接表面91a或92a的清潔度。
在這種情況下，將濾光器33的濾光器33a中的一個(gè)設(shè)置為能夠透 過(guò)具有CH鍵吸收的波長(zhǎng)的紅外光的濾光器。利用該具有CH鍵吸收的 波長(zhǎng)的紅外光作為目標(biāo)波長(zhǎng)。
因此，從通過(guò)濾光器33a的具有特定波長(zhǎng)的紅外光來(lái)測(cè)量吸光度， 使得能夠縮短該評(píng)估的處理時(shí)間。結(jié)果，在工件50的制造過(guò)程中，能 夠在生產(chǎn)線上自動(dòng)地評(píng)估所有工件50的表面的清潔度。
裝置1還包括濾光器33a,其能夠透過(guò)具有CH鍵無(wú)法吸收的波長(zhǎng) 和比目標(biāo)波長(zhǎng)更短的波長(zhǎng)的紅外光，并且包括濾光器33a，其能夠透過(guò) 具有CH鍵無(wú)法吸收的波長(zhǎng)和比目標(biāo)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的紅外光。在裝置 l中，反射紅外光通過(guò)濾光器33a，然后較短和較長(zhǎng)的波長(zhǎng)用作參考波 長(zhǎng)。因此，能夠通過(guò)使用目標(biāo)波長(zhǎng)相對(duì)于參考波長(zhǎng)的吸光度來(lái)計(jì)算此 問(wèn)題中的吸光度。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的裝置1通過(guò)使用除目標(biāo)波長(zhǎng)之外的參考 波長(zhǎng)來(lái)計(jì)算吸光度，使得它能夠不受工件50(例如，附接表面91a和92a) 的諸如反射率等的表面狀況影響。結(jié)果，能夠完成適當(dāng)?shù)脑u(píng)估，精確 地計(jì)算吸光度。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的裝置l中，將用于接收器單元30的接收區(qū) 域Rb設(shè)定為小于用于泛光燈單元20的施加區(qū)域Ra。接收區(qū)域Rb的 大小可根據(jù)測(cè)量對(duì)象的工件50的表面(例如，附接表面91a和92a)的評(píng)估區(qū)域的大小來(lái)調(diào)節(jié)。這里，將接收區(qū)域Rb的大小調(diào)節(jié)為小于施加區(qū)
域Ra的大小。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的裝置1中，接收區(qū)域Rb的大小可調(diào)節(jié)， 使得裝置1能夠評(píng)估各種大小的工件的清潔度。結(jié)果，能夠提高裝置1 的靈活性。
裝置1還包括用于攜帶該裝置1的把手12。把手12附接到箱11， 使得操作者能夠利用該把手12來(lái)攜帶裝置1。
如上所述，裝置1是便攜式的，使得即使測(cè)量對(duì)象的工件是大型 的并且復(fù)雜地形成，例如氣缸體或齒輪室蓋，當(dāng)將裝置1攜帶到工件 50附近時(shí)，裝置1也能夠容易地評(píng)估工件50的清潔度，
工業(yè)實(shí)用性
根據(jù)本發(fā)明，所述裝置和方法能夠適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于用來(lái)評(píng)估工件表 面的清潔度的裝置和方法。
權(quán)利要求
1. 一種用于評(píng)估工件表面的清潔度的裝置，包括泛光燈單元，該泛光燈單元具有面光源和透鏡，所述面光源將紅外光施加到所述表面，并且所述透鏡聚焦所述紅外光；接收器單元，該接收器單元用于檢測(cè)從所述表面反射的光，并具有濾光器和接收器，所述濾光器透過(guò)具有所述表面上的污染物吸收的波長(zhǎng)的紅外光，并且所述接收器接收從所述表面反射的所述紅外光，其中將從所述表面反射的所述紅外光的接收區(qū)域設(shè)定為小于從所述泛光燈單元施加到所述表面的所述紅外光的施加區(qū)域；以及處理單元，該處理單元用于通過(guò)利用從所述表面反射的所述紅外光來(lái)計(jì)算所述表面處的所述紅外光的吸光度，并且用于通過(guò)利用所述吸光度以及所述表面上的附著污染物的量和所述吸光度之間的預(yù)定關(guān)系來(lái)評(píng)估所述表面的清潔度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述接收區(qū)域的大小能夠 根據(jù)所述表面的評(píng)估區(qū)域的大小來(lái)調(diào)節(jié)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，其中，根據(jù)由所述 泛光燈單元、所述接收器單元和所述表面之間的容許的距離改變量所 導(dǎo)致的所述表面上的所述接收區(qū)域相對(duì)于所述施加區(qū)域的移位長(zhǎng)度， 設(shè)定所述施加區(qū)域的大小。
4. 一種用于評(píng)估工件表面的清潔度的方法，包括 從面光源將由透鏡聚焦的紅外光施加到所述表面； 接收從所述表面反射的光，其中所述紅外光通過(guò)濾光器，所述濾光器透過(guò)具有所述表面上的污染物吸收的波長(zhǎng)的紅外光，并且其中將 從所述表面反射的所述紅外光的接收區(qū)域設(shè)定為小于從所述泛光燈單 元施加到所述表面的所述紅外光的施加區(qū)域；通過(guò)利用從所述表面反射的所述紅外光來(lái)計(jì)算所述表面處的所述紅外光的吸光度；以及通過(guò)利用所述吸光度以及所述表面上的附著污染物的量和所述吸 光度之間的預(yù)定關(guān)系來(lái)評(píng)估所述表面的清潔度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述接收區(qū)域的大小能夠 根據(jù)所述表面的評(píng)估區(qū)域的大小來(lái)調(diào)節(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的方法，其中，根據(jù)由所述 泛光燈單元、所述接收器單元和所述表面之間的容許的距離改變量所 導(dǎo)致的所述表面上的所述接收區(qū)域相對(duì)于所述施加區(qū)域的移位長(zhǎng)度， 設(shè)定所述施加區(qū)域的大小。
全文摘要
裝置1包括泛光燈單元20、接收器單元30以及處理單元40。泛光燈單元20將紅外光施加到工件50的表面，并且包括面光源21和聚焦透鏡23。接收器單元30接收從工件50的表面反射的紅外光，并且包括接收器傳感器31和濾光器33，該濾光器33透過(guò)具有該表面上的污染物51吸收的波長(zhǎng)的紅外光。處理單元40根據(jù)從該表面反射的紅外光的吸光度來(lái)評(píng)估工件50的表面的清潔度。并且將來(lái)自該表面的反射紅外光的接收區(qū)域Rb設(shè)定為小于施加到該表面的紅外光的施加區(qū)域Ra。
文檔編號(hào)G01N21/35GK101548174SQ20088000087
公開(kāi)日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者昇 東, 城田幸司, 本田穣, 森重潔 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社;倉(cāng)敷紡織株式會(huì)社