JP2009080033A - 表面検査方法及び表面検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被検査体1表面を撮像手段16で撮像し、当該被検査体1表面の凹凸を検査する表面検査方法を提供する。この表面検査方法によれば、投射光学系12で、レーザ光源11から出射される赤外レーザ光を発散光に変換して当該発散光を被検査体1表面の粗度に応じた鏡面反射が得られる入射角度θ1で被検査体1表面に投射し、発散光が被検査体1表面で反射した反射光を、集束光学系13により集束光に変換し、集束光学系13を経た反射光を、集束光学系13の焦点F2に集束させた後に、撮像手段16に被検査体1表面が結像するように合焦位置を調整する撮像レンズ15に入射させ、撮像レンズ15を透過した反射光を、撮像手段16により撮像し、撮像面上の明暗パターンから被検査体1の凹凸を検出する。
【選択図】図1
Description
この際、被検査体表面に凹凸が形成されている場合、この被検査体表面からの反射光は、被検査体表面の平坦部からの反射光(以下背景光と称する。)とは位相の異なる、凹凸により反射された光(以下欠陥光と称する。)を含む。そして、この欠陥光を含む反射光を撮像レンズに入射させることにより、欠陥光と背景光とは干渉し、撮像手段に撮像される画像には、この干渉による強度の変化が表われる。
この構成によれば、撮像レンズにより、撮像手段の合焦位置を被検査体表面から所定の距離だけ離隔した位置に調整することができる。その結果、欠陥光と背景光との干渉による強度変化が強調される。
この構成によれば、集束光学系を経た反射光を、一の光路と他の光路とに分割することができる。そして、一の光路の反射光は、上記の撮像レンズを介して撮像手段により撮像される。一方、他の光路の反射光は、その他の光路上に配置された他の撮像レンズにより合焦位置が調整されて、他の撮像手段により撮像される。従って、一の光路の撮像手段と他の光路の撮像手段とにより反射光を撮像することができる。また、一の光路の撮像手段に撮像される画像には、上記のように凹凸による干渉が表せる。従って、両撮像手段による画像を比較することにより、凹凸をより精度よく検出することができる。
この構成によれば、他の光路上の撮像手段には、一の光路上の撮像手段とは異なった背景光と欠陥光との干渉状態が、強度の変化として表われる。従って、両撮像手段による画像を比較することにより、凹凸を更に精度よく検出することができる。
この構成によれば、投射レンズにより、赤外レーザ光を発散光に変換して、被検査体表面に投射することができ、凹面鏡により、被検査体表面からの反射光を、集束光に変換すると共に、撮像手段へと変更させることができる。そして、撮像レンズは、この凹面鏡の焦点と撮像手段との間に配置されるので、焦点を通過して発散光となった反射光に対して合焦位置を調整することができる。
以下、図1〜図6を参照して、本発明の第1実施形態に係る表面検査装置について説明する。そこでまず、図1を参照して、この表面検査装置の構成について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る表面検査装置の光学系の構成を説明するための図である。この表面検査装置10は、被検査体の一例である鋼板1の表面に形成された凹凸欠陥・スクラッチ等の微細な疵を発見するための装置である。ここで、鋼板1の表面は、例えば、冷間圧延による製造精度又は溶融亜鉛メッキ処理等によって約0.5〜1μm程度の粗度σを有し、この表面には、上記製造プロセスによる表面状態の不良の一種である微小な凹凸欠陥、例えば、約1〜10μm程度以上の凹凸が発生しうるとして、以下では説明する。
1/f=1/A+1/B
の関係が成り立つ。
次に、図1及び図2を参照して、この表面検査装置10による表面検査方法について説明する。図2は、本実施形態に係る表面検査装置による検査方法を説明するための説明図である。
本実施形態に係る表面検査装置10による表面検査方法、つまり、鋼板1の表面に形成された凹凸欠陥を検出する方法について、レーザ光源11から発せられる赤外レーザ光の流れに沿って説明すると以下のようになる。
このような光路を通過して撮像素子16に撮像される画像について説明すると以下のようになる。
次に、図3〜図6を参照して、この表面検査装置10による凹凸欠陥検出のシミュレーション結果について説明する。図3〜図6は、実施形態に係る表面検査装置による凹凸欠陥検出のシミュレーション結果を示すグラフである。
図3〜図6において、(A)は、鋼板1の表面の検査範囲内に、凹凸欠陥ではない、赤外光を吸収するような10mmの吸収体(例えば、汚れ等)が付着した場合のシミュレーション結果を示す。そして、(B)は、鋼板1の表面の検査範囲内に、直径5mm、高さ10μmの凸欠陥が形成さている場合のシミュレーション結果を示す。
以上の設定によりシミュレーションした結果を図3〜図6に示す。
図3には、表面検査装置10がカメラレンズ15を備えない場合のシミュレーション結果を示す。この配置は、いわゆる魔鏡の原理にレーザ光源を組み合わせたものに相当する。尚、この場合、撮像素子16は、凹面鏡13からの光を受光しうる位置に配置されている。
図4には、カメラレンズ15により赤外カメラ14のピントを無限遠に調整した場合のシミュレーション結果を示した。
図5には、カメラレンズ15により赤外カメラ14のピントを鋼板1の表面に調整した場合のシミュレーション結果を示した。
図6には、カメラレンズ15により赤外カメラ14のピントを鋼板1の表面の近傍に調整した場合のシミュレーション結果を示した。
以上、図4〜図6のシミュレーション結果からも判るように、本実施形態に係る表面検査装置10は、カメラレンズ15を備えることにより、鋼板1の表面の吸収体と凹凸欠陥とを区別することができる。つまり、例えば、撮像強度が減少して、所定の範囲において約0となる場合には、吸収体が付着していることを表し、撮像強度が増減して波打ち、吸収体が付着した際の強度分布の特徴と異なる場合には、凹凸欠陥が形成されていることを表す。従って、両強度分布を区別することにより、吸収体なのか凹凸欠陥なのかを判断して、凹凸欠陥のみを検出することが可能である。
以上、図1〜図6を参照して、本発明の第1実施形態に係る表面検査装置10について説明した。この表面検査装置10によれば、例えば、以下のような効果を奏することができる。
次に、図7を参照して、本発明の第2実施形態に係る表面検査装置について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る表面検査装置の構成を説明するための説明図である。尚、この本実施形態に係る表面検査装置20は、第1実施形態に係る表面検査装置10が有する構成を有し、更にビームスプリッタ21及び赤外カメラ24を備える。そこで、以下では、第1実施形態とは異なる点を中心に説明する。
ビームスプリッタ21は、分割手段の一例であり、凹面鏡13と赤外カメラ14との間の反射光の光路上に配置される。尚、図7においては、ビームスプリッタ21は、凹面鏡13の焦点F2よりも後方に配置されているが、この位置に限定されるものではない。
次に、図7を参照して、この表面検査装置20による表面検査方法について説明する。
この表面検査装置20による表面検査方法は、基本的には第1実施形態に係る表面検査装置10による表面検査方法と同様であるが、凹面鏡13により集束された後に、反射光がビームスプリッタ21により他の光路に分岐される点で、第1実施形態とは異なる。この他の光路上における光の流れに沿って、第1実施形態とは異なる点について説明すれば、以下のようになる。
従って、表面検査装置20によれば、上記第1実施形態に係る表面検査装置10が奏する効果に加えて、2つの赤外カメラ14,24により得られる画像を比較検討することにより、吸収体と凹凸欠陥とを更に容易に区別することが可能となる。
10,20 表面検査装置
11 レーザ光源
12 集光レンズ
13 凹面鏡
14,24 赤外カメラ
15,25 カメラレンズ
16,16’,26 撮像素子
21 ビームスプリッタ
Claims (10)
- 被検査体表面を撮像手段により撮像し、当該被検査体表面の凹凸を検査する表面検査方法であって、
投射光学系により、レーザ光源から出射される赤外レーザ光を発散光に変換すると共に、当該発散光を前記被検査体表面の粗度に応じた鏡面反射が得られる入射角度で前記被検査体表面に投射し、
前記発散光が前記被検査体表面で反射した反射光を、集束光学系により集束光に変換し、
前記集束光学系を経た反射光を、前記集束光学系の焦点に集束させた後に、前記撮像手段の撮像面上に前記被検査体表面近傍の像が結像するように合焦位置を調整可能な撮像レンズに入射させ、
前記撮像レンズを透過した反射光を、前記撮像手段により撮像して、
前記撮像面上の明暗パターンから前記被検査体表面の凹凸を検出することを特徴とする、表面検査方法。 - 前記撮像レンズは、前記撮像手段の合焦位置を、前記被検査体表面から凹凸による明暗パターンが強調される所定の距離だけ離隔した位置に調整することを特徴とする、請求項1に記載の表面検査方法。
- 前記集束光学系を経た反射光を、前記撮像レンズ及び前記撮像手段が順に配置された一の光路と、当該一の光路とは異なる他の光路とに分割し、
前記他の光路の反射光を、前記集束光学系の焦点に集束させた後に、前記他の光路上に配置された他の撮像レンズに入射させ、
前記他の光路上の撮像レンズを透過した反射光を、前記他の光路上の他の撮像手段により撮像することを特徴とする、請求項2に記載の表面検査方法。 - 前記他の光路上の撮像レンズは、前記他の光路上の撮像手段の合焦位置を、前記被検査体表面上に調整するか、又は、前記一の光路上の撮像レンズによる離隔方向とは反対の方向に前記被検査体表面から所定の距離だけ離隔した位置に調整することを特徴とする、請求項3に記載の表面検査方法。
- 前記投射光学系は、前記赤外レーザ光を前記発散光に変換し、前記発散光を前記被検査体表面に投射する投射レンズを含み、
前記集束光学系は、前記被検査体表面における前記発散光の反射光を前記集束光に変換すると共に、前記撮像手段へと偏向させる凹面鏡を含み、
前記撮像レンズは、前記反射光の光路上の前記凹面鏡の焦点と前記撮像手段との間に配置されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の表面検査方法。 - 被検査体表面を撮像手段により撮像し、当該被検査体表面の凹凸を検査する表面検査装置であって、
赤外レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記赤外レーザ光を発散光に変換し、当該発散光を前記被検査体表面の粗度に応じた鏡面反射が得られる入射角度で前記被検査体表面に投射する投射光学系と、
前記発散光が前記被検査体表面で反射した反射光を集束光に変換する集束光学系と、
前記集束光学系を経た反射光の光路上における前記集束光学系の焦点と前記撮像手段との間に配置され、当該撮像手段の撮像面上に前記被検査体表面近傍の像が結像するように合焦位置を調整して前記反射光を前記撮像面へと透過する撮像レンズと、
を有し、
前記撮像面上の明暗パターンから前記被検査体表面の凹凸を検出することを特徴とする、表面検査装置。 - 前記撮像レンズは、前記撮像手段の合焦位置を、前記被検査体表面から凹凸による明暗パターンが強調される所定の距離だけ離隔した位置に調整することを特徴とする、請求項6に記載の表面検査装置。
- 前記集束光学系を経た反射光を、前記撮像レンズ及び前記撮像手段が順に配置された一の光路と、当該一の光路とは異なる他の光路とに分割する分割手段と、
前記他の光路上に順に配置され、前記一の光路上の前記撮像レンズ及び前記撮像手段とは異なる他の撮像レンズ及び撮像手段と、
を更に有し、
前記他の光路上の撮像レンズは、前記集束光学系を経た反射光の光路上における前記集束光学系の焦点と前記他の光路上の撮像手段との間に配置され、当該他の光路上の撮像手段の合焦位置を調整して前記他の光路の反射光を前記他の光路上の撮像手段へと透過し、
前記他の光路上の撮像手段は、前記他の光路上の撮像レンズを透過した反射光を撮像することを特徴とする、請求項7に記載の表面検査装置。 - 前記他の光路上の撮像レンズは、前記他の光路上の撮像手段の合焦位置を、前記被検査体表面上に調整するか、又は、前記一の光路上の撮像レンズによる離隔方向とは反対の方向に前記被検査体表面から所定の距離だけ離隔した位置に調整することを特徴とする、請求項8に記載の表面検査装置。
- 前記投射光学系は、前記赤外レーザ光を前記発散光に変換し、前記発散光を前記被検査体表面に投射する投射レンズを含み、
前記集束光学系は、前記被検査体表面における前記発散光の反射光を前記集束光に変換すると共に、前記撮像手段へと偏向させる凹面鏡を含み、
前記撮像レンズは、前記反射光の光路上の前記凹面鏡の焦点と前記撮像手段との間に配置されることを特徴とする、請求項6〜9のいずれかに記載の表面検査装置。
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