JP3139862B2 - 表面欠陥検査装置 - Google Patents
表面欠陥検査装置Info
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- JP3139862B2 JP3139862B2 JP05004056A JP405693A JP3139862B2 JP 3139862 B2 JP3139862 B2 JP 3139862B2 JP 05004056 A JP05004056 A JP 05004056A JP 405693 A JP405693 A JP 405693A JP 3139862 B2 JP3139862 B2 JP 3139862B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば熱間金属板の表
面欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関する。
面欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属板の表面を光学的に観測して、表面
欠陥を検査する装置として種々のものが案出されてい
る。
欠陥を検査する装置として種々のものが案出されてい
る。
【０００３】図１４は、照明装置１０で照明された金属
板２の表面の画像をカメラ１１で撮像して、その画像を
欠陥判定器１２に入力して、金属板２の表面欠陥を検出
する従来の表面欠陥検査装置を示しているものである。
この装置では、画像の濃淡情報より欠陥検出を行なう。
すなわち、表面欠陥により金属板の反射状態が変化して
いる部分を画像中に見つけて欠陥部分を検出する。従っ
て、画像として現われない表面欠陥については検出でき
ない。
板２の表面の画像をカメラ１１で撮像して、その画像を
欠陥判定器１２に入力して、金属板２の表面欠陥を検出
する従来の表面欠陥検査装置を示しているものである。
この装置では、画像の濃淡情報より欠陥検出を行なう。
すなわち、表面欠陥により金属板の反射状態が変化して
いる部分を画像中に見つけて欠陥部分を検出する。従っ
て、画像として現われない表面欠陥については検出でき
ない。
【０００４】また、図１５は金属板上にレーザ１３から
の光線を回転ミラー１４を介して走査して、その反射回
折光レンズ３、光検出器５を介して欠陥判定器１２に入
力し、欠陥検出を行なう従来装置を示しているものであ
り、回折光の変化により欠陥検出をおこなう。回折光
は、金属板表面の微小な凹凸により変化するが、金属板
のなだらかな起伏によっては変化しない。
の光線を回転ミラー１４を介して走査して、その反射回
折光レンズ３、光検出器５を介して欠陥判定器１２に入
力し、欠陥検出を行なう従来装置を示しているものであ
り、回折光の変化により欠陥検出をおこなう。回折光
は、金属板表面の微小な凹凸により変化するが、金属板
のなだらかな起伏によっては変化しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図１６に３種類の表面
欠陥を示す。（１）はすりきずなどの表面の地合の欠
陥、（２）はかききずなどの微小な凹凸の欠陥、（３）
はロールマークなどのなだらかな凹凸となる欠陥であ
る。上述した従来の表面欠陥検査装置では、（１）およ
び（２）のような欠陥については検出可能であるが、
（３）のような欠陥については検出できない。
欠陥を示す。（１）はすりきずなどの表面の地合の欠
陥、（２）はかききずなどの微小な凹凸の欠陥、（３）
はロールマークなどのなだらかな凹凸となる欠陥であ
る。上述した従来の表面欠陥検査装置では、（１）およ
び（２）のような欠陥については検出可能であるが、
（３）のような欠陥については検出できない。
【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、被検査面の凹凸情報に基づい
て被検査面の表面欠陥、特に従来検出不可能であった被
検査面のなだらかな凹凸欠陥を含む表面欠陥を検出し得
る表面欠陥検査装置を提供することにある。
その目的とするところは、被検査面の凹凸情報に基づい
て被検査面の表面欠陥、特に従来検出不可能であった被
検査面のなだらかな凹凸欠陥を含む表面欠陥を検出し得
る表面欠陥検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の表面欠陥検査装置は、被検査面を走査する
走査光線を発生する光線走査器と、該光線走査器からの
走査光線で走査される被検査面からの反射光を結像する
レンズと、該レンズの結像面に配置され、光を透過また
は反射し、光強度を変調する焦点部材と、該焦点部材を
透過または反射した光を受光する光検出器と、該光検出
器の出力信号の位相を測定する位相測定器と、該位相測
定器から出力される被検査面の凹凸情報に基づいて被検
査面の欠陥を判定する欠陥判定器とを有することを要旨
とする。
め、本発明の表面欠陥検査装置は、被検査面を走査する
走査光線を発生する光線走査器と、該光線走査器からの
走査光線で走査される被検査面からの反射光を結像する
レンズと、該レンズの結像面に配置され、光を透過また
は反射し、光強度を変調する焦点部材と、該焦点部材を
透過または反射した光を受光する光検出器と、該光検出
器の出力信号の位相を測定する位相測定器と、該位相測
定器から出力される被検査面の凹凸情報に基づいて被検
査面の欠陥を判定する欠陥判定器とを有することを要旨
とする。
【０００８】また、本発明の表面欠陥検査装置は、被検
査面を走査する走査光線を発生する光線走査器と、該光
線走査器からの走査光線で走査される被検査面からの反
射光を結像するレンズと、該レンズからの光を分割する
ビームスプリッタと、該ビームスプリッタからの一方の
光路中の前記レンズの結像面に配置され、光を透過また
は反射し、光強度を変調する焦点部材と、前記ビームス
プリッタにより分割され、前記焦点部材により変調され
ない他方の光および前記焦点部材を透過または反射した
光を受光する光検出器と、該光検出器の出力信号の位相
を測定する位相測定器と、該位相測定器から出力される
被検査面の凹凸情報に基づいて被検査面の欠陥を判定す
る欠陥判定器とを有することを要旨とする。
査面を走査する走査光線を発生する光線走査器と、該光
線走査器からの走査光線で走査される被検査面からの反
射光を結像するレンズと、該レンズからの光を分割する
ビームスプリッタと、該ビームスプリッタからの一方の
光路中の前記レンズの結像面に配置され、光を透過また
は反射し、光強度を変調する焦点部材と、前記ビームス
プリッタにより分割され、前記焦点部材により変調され
ない他方の光および前記焦点部材を透過または反射した
光を受光する光検出器と、該光検出器の出力信号の位相
を測定する位相測定器と、該位相測定器から出力される
被検査面の凹凸情報に基づいて被検査面の欠陥を判定す
る欠陥判定器とを有することを要旨とする。
【０００９】更に、本発明の表面欠陥検査装置は、被検
査面を走査する走査光線を発生する光線走査器と、該光
線走査器からの走査光線で走査される被検査面からの反
射光を結像するレンズと、該レンズの結像面に配列され
た光検出器と、該光検出器からの全ての出力を加算した
出力信号およびひとつおきの出力を加算した出力信号の
位相を測定する位相測定器と、該位相測定器から出力さ
れる被検査面の凹凸情報に基づいて被検査面の欠陥を判
定する欠陥判定器とを有することを要旨とする。
査面を走査する走査光線を発生する光線走査器と、該光
線走査器からの走査光線で走査される被検査面からの反
射光を結像するレンズと、該レンズの結像面に配列され
た光検出器と、該光検出器からの全ての出力を加算した
出力信号およびひとつおきの出力を加算した出力信号の
位相を測定する位相測定器と、該位相測定器から出力さ
れる被検査面の凹凸情報に基づいて被検査面の欠陥を判
定する欠陥判定器とを有することを要旨とする。
【００１０】また更に、本発明の表面欠陥検査装置は、
被検査面を走査する周波数の異なるレーザ光を干渉させ
て発生させた干渉縞による走査縞を投光する縞走査器
と、該縞走査器からの走査縞で走査される被検査面から
の反射光を結像するレンズと、該レンズの結像面に配列
された光検出器と、該光検出器の出力信号の位相を次式
より測定する位相測定器と、該位相測定器から出力され
る被検査面の凹凸情報に基づいて式（３）および（４）
から被検査面の高さ欠陥を判定する欠陥判定器とを有す
ることを要旨とする。
被検査面を走査する周波数の異なるレーザ光を干渉させ
て発生させた干渉縞による走査縞を投光する縞走査器
と、該縞走査器からの走査縞で走査される被検査面から
の反射光を結像するレンズと、該レンズの結像面に配列
された光検出器と、該光検出器の出力信号の位相を次式
より測定する位相測定器と、該位相測定器から出力され
る被検査面の凹凸情報に基づいて式（３）および（４）
から被検査面の高さ欠陥を判定する欠陥判定器とを有す
ることを要旨とする。
【数２】
【００１１】
【作用】本発明の表面欠陥検査装置では、光線走査器は
光点を被検査面に投光して一定速度で走査し、レンズは
被検査面で反射した光を焦点部材に結像し、光検出器は
その透過光を受光する。光線走査器による投光の方向と
レンズによる受光の方向が異なっているので、被検査面
の表面凹凸によって焦点部材の光点の移動速度が変化す
る。焦点部材には格子縞などのパターンが描いてあるの
で、光検出器の出力信号は被検査面の凹凸によって位相
が変化する。光検出器の出力信号の位相を測定すること
により被検査面の表面凹凸を求め、表面凹凸情報より欠
陥を判定する。
光点を被検査面に投光して一定速度で走査し、レンズは
被検査面で反射した光を焦点部材に結像し、光検出器は
その透過光を受光する。光線走査器による投光の方向と
レンズによる受光の方向が異なっているので、被検査面
の表面凹凸によって焦点部材の光点の移動速度が変化す
る。焦点部材には格子縞などのパターンが描いてあるの
で、光検出器の出力信号は被検査面の凹凸によって位相
が変化する。光検出器の出力信号の位相を測定すること
により被検査面の表面凹凸を求め、表面凹凸情報より欠
陥を判定する。
【００１２】また、本発明の表面欠陥検査装置では、光
線走査器は光点を被検査面に投光して一定速度で走査
し、レンズは被検査面で反射した光を焦点部材に結像す
る。焦点部材には格子縞などのパターンが描いてあり、
その変調光を光検出器が受光して変調光信号を出力す
る。また、ビームスプリッタにより焦点部材を透過しな
い光を検出する光検出器は変調を受けていない被検査面
の反射光強度信号を出力する。変調光強度信号と反射光
強度信号の比を求めてから位相を測定することにより被
検査面の反射率の影響を受けずに被検査面の表面凹凸を
求め、表面凹凸情報より欠陥を判定する。
線走査器は光点を被検査面に投光して一定速度で走査
し、レンズは被検査面で反射した光を焦点部材に結像す
る。焦点部材には格子縞などのパターンが描いてあり、
その変調光を光検出器が受光して変調光信号を出力す
る。また、ビームスプリッタにより焦点部材を透過しな
い光を検出する光検出器は変調を受けていない被検査面
の反射光強度信号を出力する。変調光強度信号と反射光
強度信号の比を求めてから位相を測定することにより被
検査面の反射率の影響を受けずに被検査面の表面凹凸を
求め、表面凹凸情報より欠陥を判定する。
【００１３】更に、本発明の表面欠陥検査装置では、光
線走査器は光点を被検査面に投光して一定速度で走査
し、レンズは被検査面で反射した光を配列した光検出器
に結像する。被検査面上を光点は走査しているので、結
像した光点は配列した光検出器上を次々と移動し、光検
出器出力の合成信号は光検出器の配置によって変調され
る。光線走査器による投光の方向とレンズによる受光の
方向が異なっているので、被検査面の表面凹凸によって
配列した光検出器上の光点の移動速度が変化し、光検出
器出力の合成信号の位相が変化する。このため、配列し
た光検出器の全ての出力を加算したものを変調を受けて
いない被検査面の反射光強度信号とし、ひとつおきの出
力を加算したものを変調光強度信号として、この変調光
強度信号と反射光強度信号の比を求めてから位相を測定
することにより被検査面の反射率の影響受けずに被検査
面の表面凹凸を求め、表面凹凸情報より欠陥を判定す
る。
線走査器は光点を被検査面に投光して一定速度で走査
し、レンズは被検査面で反射した光を配列した光検出器
に結像する。被検査面上を光点は走査しているので、結
像した光点は配列した光検出器上を次々と移動し、光検
出器出力の合成信号は光検出器の配置によって変調され
る。光線走査器による投光の方向とレンズによる受光の
方向が異なっているので、被検査面の表面凹凸によって
配列した光検出器上の光点の移動速度が変化し、光検出
器出力の合成信号の位相が変化する。このため、配列し
た光検出器の全ての出力を加算したものを変調を受けて
いない被検査面の反射光強度信号とし、ひとつおきの出
力を加算したものを変調光強度信号として、この変調光
強度信号と反射光強度信号の比を求めてから位相を測定
することにより被検査面の反射率の影響受けずに被検査
面の表面凹凸を求め、表面凹凸情報より欠陥を判定す
る。
【００１４】また更に、本発明の表面欠陥検査装置で
は、縞走査器は縞模様を被検査面に投光して縞を一定速
度で走査し、レンズは、被検査面で反射した光を配列し
た光検出器に結像する。被検査面上を縞は走査している
ので、結像した縞は配列した光検出器上を移動する。光
検出器の出力は縞の走査によって変調される。光線走査
器による投光の方向とレンズによる受光の方向が異なっ
ているので、被検査面の表面凹凸によって配列した光検
出器上の縞の移動速度が変化し、光検出器出力の位相が
変化する。光検出器の出力信号の位相を測定することに
より被検査面の表面凹凸を求め、表面凹凸情報より高さ
欠陥を判定する。具体的には、光検出器の出力信号とし
ては、
は、縞走査器は縞模様を被検査面に投光して縞を一定速
度で走査し、レンズは、被検査面で反射した光を配列し
た光検出器に結像する。被検査面上を縞は走査している
ので、結像した縞は配列した光検出器上を移動する。光
検出器の出力は縞の走査によって変調される。光線走査
器による投光の方向とレンズによる受光の方向が異なっ
ているので、被検査面の表面凹凸によって配列した光検
出器上の縞の移動速度が変化し、光検出器出力の位相が
変化する。光検出器の出力信号の位相を測定することに
より被検査面の表面凹凸を求め、表面凹凸情報より高さ
欠陥を判定する。具体的には、光検出器の出力信号とし
ては、
【数３】 また、ωｔが０，π／２，π，３π／２となるタイミン
グに観測される変調光強度信号Ｓ 0 ，Ｓ 1 ，Ｓ 2 ，Ｓ 3 よ
り、
グに観測される変調光強度信号Ｓ 0 ，Ｓ 1 ，Ｓ 2 ，Ｓ 3 よ
り、
【数４】 φ＝ tan -1 （ｓ 2 −ｓ 0 ）／（ｓ 1 −ｓ 3 ） （４） によって位相φを測定できる。 そして、式（４）および
式（３）より被検査面の高さｚを求める。
式（３）より被検査面の高さｚを求める。
【００１５】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
る。
【００１６】図１は、本発明の第１の実施例に係わる表
面欠陥検査装置の構成を示す図である。同図において、
光線走査器１は、レーザによる光源１ａ、回転ミラー１
ｂおよびｆ−θレンズ１ｃにより、金属板２上を走査す
る光線を発生する。金属板２で反射した光線は、レンズ
３により焦点部材、例えば焦点板４に結像される。焦点
板４は、図２に示すように、帯状の光透過部分および光
非透過部分が等間隔に交互に形成されたものである。光
検出器５は、焦点板４を透過した光を検出し、変調光強
度信号ｓを発生する。位相測定器６ａは、光強度信号ｓ
の位相を検出して、凹凸信号φを出力する。欠陥判定器
６ｂは、凹凸信号φを用いて凹凸が検査基準より大きい
ものを欠陥として判定する。なお、位相測定器６ａと欠
陥判定器６ｂにより信号処理器６を構成している。
面欠陥検査装置の構成を示す図である。同図において、
光線走査器１は、レーザによる光源１ａ、回転ミラー１
ｂおよびｆ−θレンズ１ｃにより、金属板２上を走査す
る光線を発生する。金属板２で反射した光線は、レンズ
３により焦点部材、例えば焦点板４に結像される。焦点
板４は、図２に示すように、帯状の光透過部分および光
非透過部分が等間隔に交互に形成されたものである。光
検出器５は、焦点板４を透過した光を検出し、変調光強
度信号ｓを発生する。位相測定器６ａは、光強度信号ｓ
の位相を検出して、凹凸信号φを出力する。欠陥判定器
６ｂは、凹凸信号φを用いて凹凸が検査基準より大きい
ものを欠陥として判定する。なお、位相測定器６ａと欠
陥判定器６ｂにより信号処理器６を構成している。
【００１７】熱間圧延材のオンライン表面欠陥検査で
は、圧延金属板は非常に高速に走行しているので、それ
に見合った高速な欠陥検査が必要であり、特にセンシン
グ・デバイスに高速性が要求される。ここで、回転ミラ
ー１ｂについては、走査時間が数十マイクロ秒の高速な
ものが、使用できる。また、光検出器５は、単一素子に
より光の強弱を検出すればよいので、応答時間が数十ナ
ノ秒の非常に高速なものを使用でき、十分高速な凹凸情
報のセンシングが可能である。
は、圧延金属板は非常に高速に走行しているので、それ
に見合った高速な欠陥検査が必要であり、特にセンシン
グ・デバイスに高速性が要求される。ここで、回転ミラ
ー１ｂについては、走査時間が数十マイクロ秒の高速な
ものが、使用できる。また、光検出器５は、単一素子に
より光の強弱を検出すればよいので、応答時間が数十ナ
ノ秒の非常に高速なものを使用でき、十分高速な凹凸情
報のセンシングが可能である。
【００１８】次に、図３を用いて、金属板２に凹凸があ
った場合に、焦点板４上の光点移動速度が変化する様子
を説明する。
った場合に、焦点板４上の光点移動速度が変化する様子
を説明する。
【００１９】（ａ）金属板２の表面が平面の場合、走査
によって金属板２上の光点は、図３（ａ）に示すよう
に、Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ，Ｄ1 と移動する。これらは、レ
ンズ３によって焦点板４上のＡ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ2 に
結像される。ここでは、金属板２は平面なので、焦点板
上の光点は、等速に移動する。
によって金属板２上の光点は、図３（ａ）に示すよう
に、Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ，Ｄ1 と移動する。これらは、レ
ンズ３によって焦点板４上のＡ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ，Ｄ2 に
結像される。ここでは、金属板２は平面なので、焦点板
上の光点は、等速に移動する。
【００２０】（ｂ）金属板２の表面に凹凸のある場合、
走査によって金属板２上の光点は、図３（ｂ）に示すよ
うに、Ｅ1 ，Ｆ1 ，Ｇ1 ，Ｈ1 と移動する。これらは、
レンズ３によって焦点板４上のＥ2 ，Ｆ2 ，Ｇ2 ，Ｈ2
に結像される。ここでは、金属板２はＦ1 からＧ1 にか
けて高くなっているので、焦点板上の光点はＦ2 からＧ
2 の間で、速度が遅くなる。
走査によって金属板２上の光点は、図３（ｂ）に示すよ
うに、Ｅ1 ，Ｆ1 ，Ｇ1 ，Ｈ1 と移動する。これらは、
レンズ３によって焦点板４上のＥ2 ，Ｆ2 ，Ｇ2 ，Ｈ2
に結像される。ここでは、金属板２はＦ1 からＧ1 にか
けて高くなっているので、焦点板上の光点はＦ2 からＧ
2 の間で、速度が遅くなる。
【００２１】図４は、金属板２の形状、変調光強度信号
ｓ、凹凸信号（位相信号）φを示したものである。
（ａ）のように金属板２の形状が平面の場合には、光強
度信号ｓの位相は一定であり、凹凸信号φ、すなわち位
相も一定となる。また、（ｂ）のように金属板２の表面
に凹凸がある場合には、金属板の凸部分で光強度信号の
位相が遅れる。すなわち、位相信号が金属板の凹凸形状
を示すことになる。
ｓ、凹凸信号（位相信号）φを示したものである。
（ａ）のように金属板２の形状が平面の場合には、光強
度信号ｓの位相は一定であり、凹凸信号φ、すなわち位
相も一定となる。また、（ｂ）のように金属板２の表面
に凹凸がある場合には、金属板の凸部分で光強度信号の
位相が遅れる。すなわち、位相信号が金属板の凹凸形状
を示すことになる。
【００２２】更に、走査速度、格子のピッチ、投受光
角、測定する高さと変調光強度信号の位相の関係を図５
によって説明する。
角、測定する高さと変調光強度信号の位相の関係を図５
によって説明する。
【００２３】図５において、光線Ｂは、ｚ軸に平行に投
光する走査速度ｖの走査光線を示す。格子像Ｇは、レン
ズによって形成できる格子の像である。実際には、格子
像は形成していないが、説明の都合上格子の像位置を示
す。受光角をθ、格子像のピッチをｐとする。
光する走査速度ｖの走査光線を示す。格子像Ｇは、レン
ズによって形成できる格子の像である。実際には、格子
像は形成していないが、説明の都合上格子の像位置を示
す。受光角をθ、格子像のピッチをｐとする。
【００２４】ｘ軸が金属板２の表面であるとすると、走
査光線Ｂがｘ軸上で反射する。光検出器５の出力の変調
光強度信号ｓは、この反射位置が格子像と交わるとき
（例えばＡ位置）で最小になる周期関数となる。この変
調光強度信号ｓは ｓ（ｔ）＝ａ（cos （ωｔ−φ）＋１） （１） ただし ａは反射率 ω＝２π・ｖ／ｐ （２） φ＝２π・ｚ／（ｐtan θ） （３） と表わせられる。
査光線Ｂがｘ軸上で反射する。光検出器５の出力の変調
光強度信号ｓは、この反射位置が格子像と交わるとき
（例えばＡ位置）で最小になる周期関数となる。この変
調光強度信号ｓは ｓ（ｔ）＝ａ（cos （ωｔ−φ）＋１） （１） ただし ａは反射率 ω＝２π・ｖ／ｐ （２） φ＝２π・ｚ／（ｐtan θ） （３） と表わせられる。
【００２５】また、ωｔが０，π／２，π，３π／２と
なるタイミングに観測される変調光強度信号ｓ0 ，
ｓ1 ，ｓ2 ，ｓ3 より、
なるタイミングに観測される変調光強度信号ｓ0 ，
ｓ1 ，ｓ2 ，ｓ3 より、
【数５】 φ＝ tan-1（ｓ2 −ｓ0 ）／（ｓ1 −ｓ3 ） （４） によって位相φを測定できる。
【００２６】すなわち、変調光強度信号ｓの位相φおよ
び式（３）より被検査面の高さｚが求められる。
び式（３）より被検査面の高さｚが求められる。
【００２７】次に欠陥判定について説明する。例えば凹
凸信号φは図６（ａ）のようになる。金属板には傾きや
上下の動きがあるので高さデータの絶対値による判定は
困難である。そこで、図６（ｂ）のように高さ変化の差
分を求め、その値が一定値以上となる部分を欠陥として
判定する。
凸信号φは図６（ａ）のようになる。金属板には傾きや
上下の動きがあるので高さデータの絶対値による判定は
困難である。そこで、図６（ｂ）のように高さ変化の差
分を求め、その値が一定値以上となる部分を欠陥として
判定する。
【００２８】次に、図７を参照して、本発明の第２の実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００２９】図７に示す第２の実施例は、図１に示す実
施例に対して受光する方向が異なっているものである。
更に詳しくは、金属板２上を走査する光点は、レンズ３
によって焦点板４上に結像する。焦点板４上の光点は、
走査によってｘ方向に移動し、金属板２の表面凹凸によ
ってｙ方向に移動する。そこで、焦点板４の格子縞を、
図７（ａ）に示すように斜めに配置することで、周期的
な光強度変動と、金属板の表面凹凸による位相変調を行
なう。よって、変調光強度信号ｓの位相を測定すること
で、金属板の表面凹凸情報を得る。その凹凸情報を用い
て欠陥判定を行なう。
施例に対して受光する方向が異なっているものである。
更に詳しくは、金属板２上を走査する光点は、レンズ３
によって焦点板４上に結像する。焦点板４上の光点は、
走査によってｘ方向に移動し、金属板２の表面凹凸によ
ってｙ方向に移動する。そこで、焦点板４の格子縞を、
図７（ａ）に示すように斜めに配置することで、周期的
な光強度変動と、金属板の表面凹凸による位相変調を行
なう。よって、変調光強度信号ｓの位相を測定すること
で、金属板の表面凹凸情報を得る。その凹凸情報を用い
て欠陥判定を行なう。
【００３０】次に、図８を参照して、本発明の第３の実
施例に係わる表面欠陥検査装置を説明する。
施例に係わる表面欠陥検査装置を説明する。
【００３１】図８において、光線走査器１は、レーザに
よる光源１ａ、回転ミラー１ｂおよびｆ−θレンズ１ｃ
によって、金属板２上に走査光線を投光する。金属板２
で反射された光線は、レンズ３およびビームスプリッタ
７により焦点板４および光検出器５ｂに結像される。光
検出器５ａは焦点板４を透過した光を検出し、変調光強
度信号ｓを出力する。光検出器５ｂは変調されない反射
光を検出し、反射光強度信号ｒを出力する。変調光強度
信号ｓおよび反射光強度信号ｒは
よる光源１ａ、回転ミラー１ｂおよびｆ−θレンズ１ｃ
によって、金属板２上に走査光線を投光する。金属板２
で反射された光線は、レンズ３およびビームスプリッタ
７により焦点板４および光検出器５ｂに結像される。光
検出器５ａは焦点板４を透過した光を検出し、変調光強
度信号ｓを出力する。光検出器５ｂは変調されない反射
光を検出し、反射光強度信号ｒを出力する。変調光強度
信号ｓおよび反射光強度信号ｒは
【数６】 ｓ（ｔ）＝ａ（ｔ）（cos （ωｔ−φ）＋１） （５） ｒ（ｔ）＝ａ（ｔ） （６） ただし、ａ（ｔ）は金属板の反射率で表わせられる。
【００３２】位相測定器６ａは、ωｔが０，π／２，
π，３π／２となるタイミングに観測される変調光強度
信号ｓ0 ，ｓ1 ，ｓ2 ，ｓ3 および反射光強度信号
ｒ0 ，ｒ1，ｒ2 ，ｒ3 より、
π，３π／２となるタイミングに観測される変調光強度
信号ｓ0 ，ｓ1 ，ｓ2 ，ｓ3 および反射光強度信号
ｒ0 ，ｒ1，ｒ2 ，ｒ3 より、
【数７】 φ＝ tan-1（ｓ2 ／ｒ2 −ｓ0 ／ｒ0 ）／（ｓ1 ／ｒ1 −ｓ3 ／ｒ3 ） （７） によって位相φを測定する。ここで、変調光強度信号ｓ
と反射光強度信号ｒの比を求めているので、反射率ａが
変化しても位相φの測定誤差が生じない。
と反射光強度信号ｒの比を求めているので、反射率ａが
変化しても位相φの測定誤差が生じない。
【００３３】欠陥判定器６ｂは、位相信号、すなわち凹
凸信号φを用いて凹凸が検査基準より大きいものを欠陥
として判定する。また、反射光強度信号ｒは、金属板の
反射率の情報をもっているので、従来の欠陥検査装置の
判定方法による欠陥検出も行なうことができる。
凸信号φを用いて凹凸が検査基準より大きいものを欠陥
として判定する。また、反射光強度信号ｒは、金属板の
反射率の情報をもっているので、従来の欠陥検査装置の
判定方法による欠陥検出も行なうことができる。
【００３４】次に、図９を参照して、本発明の第４の実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００３５】図９に示す第４の実施例は、図８に示した
第３の実施例において受光する方向が異なっているもの
である。更に詳しくは、金属板２上を走査する光点は、
レンズ３によって焦点板４上に結像する。焦点板４上の
光点は、走査によってｘ方向に移動し、金属板２の表面
凹凸によってｙ方向に移動する。そこで、焦点板の格子
縞を、図９（ａ）に示すように斜めに配置することで、
周期的な光強度変動と、金属板の表面凹凸による位相変
調を行なう。よって、変調光強度信号ｓと反射率光強度
信号ｒの比信号の位相を測定することで、金属板の表面
凹凸情報を得る。その凹凸情報を用いて欠陥判定を行な
う。
第３の実施例において受光する方向が異なっているもの
である。更に詳しくは、金属板２上を走査する光点は、
レンズ３によって焦点板４上に結像する。焦点板４上の
光点は、走査によってｘ方向に移動し、金属板２の表面
凹凸によってｙ方向に移動する。そこで、焦点板の格子
縞を、図９（ａ）に示すように斜めに配置することで、
周期的な光強度変動と、金属板の表面凹凸による位相変
調を行なう。よって、変調光強度信号ｓと反射率光強度
信号ｒの比信号の位相を測定することで、金属板の表面
凹凸情報を得る。その凹凸情報を用いて欠陥判定を行な
う。
【００３６】次に、図１０を参照して、本発明の第５の
実施例に係わる表面欠陥検査装置について説明する。
実施例に係わる表面欠陥検査装置について説明する。
【００３７】図１０において、光線走査器１は、レーザ
による光源１ａ、回転ミラー１ｂおよびｆ−θレンズ１
ｃによって、金属板２上に走査光線を投光する。金属板
２で反射した光線は、レンズ３により配列した光検出器
５に結像される。
による光源１ａ、回転ミラー１ｂおよびｆ−θレンズ１
ｃによって、金属板２上に走査光線を投光する。金属板
２で反射した光線は、レンズ３により配列した光検出器
５に結像される。
【００３８】光検出器５においては、図１１に示すよう
に、配列した光検出器の全ての出力を加算したものを反
射光強度信号ｒとし、ひとつおきの出力を加算したもの
を変調光強度信号ｓとする。このようにして得た変調光
信号ｓと反射光信号ｒは、図８の実施例と同等の信号と
なるので、以後は同様の信号処理によって、欠陥検出を
行なう。
に、配列した光検出器の全ての出力を加算したものを反
射光強度信号ｒとし、ひとつおきの出力を加算したもの
を変調光強度信号ｓとする。このようにして得た変調光
信号ｓと反射光信号ｒは、図８の実施例と同等の信号と
なるので、以後は同様の信号処理によって、欠陥検出を
行なう。
【００３９】次に、図１２を参照して、本発明の第６の
実施例に係わる表面欠陥検査装置について説明する。
実施例に係わる表面欠陥検査装置について説明する。
【００４０】図１２において、縞走査器８は、光干渉縞
を金属板２に投光して、干渉縞を光ヘテロダインによっ
て移動させることで走査する。金属板２に投光された干
渉縞を、レンズ３を介して配列した光検出器５によって
受光する。光検出器５の出力を信号処理器を供給し、位
相測定して凹凸情報を求め、その凹凸情報より表面欠陥
判定を行なう。
を金属板２に投光して、干渉縞を光ヘテロダインによっ
て移動させることで走査する。金属板２に投光された干
渉縞を、レンズ３を介して配列した光検出器５によって
受光する。光検出器５の出力を信号処理器を供給し、位
相測定して凹凸情報を求め、その凹凸情報より表面欠陥
判定を行なう。
【００４１】図１３は、図１２の実施例の詳細な構成を
示すブロック図である。縞走査器８は、２波長レーザ８
ａ、ビームエクスパンダ８ｂ、偏光ビームスプリッタ８
ｃ、ミラー８ｄ、偏光板８ｅより構成される。２波長レ
ーザ８ａは、波長および偏光面の異なる２光波を発生す
る。これを偏光ビームスプリッタ８ｃにより分割して、
その光波Ｂ1 ，Ｂ2 を微小角で干渉させて干渉縞を発生
させる。光波Ｂ1 ，Ｂ2 は周波数が異なるので、光ヘテ
ロダインにより、干渉縞が一定速度で移動する。
示すブロック図である。縞走査器８は、２波長レーザ８
ａ、ビームエクスパンダ８ｂ、偏光ビームスプリッタ８
ｃ、ミラー８ｄ、偏光板８ｅより構成される。２波長レ
ーザ８ａは、波長および偏光面の異なる２光波を発生す
る。これを偏光ビームスプリッタ８ｃにより分割して、
その光波Ｂ1 ，Ｂ2 を微小角で干渉させて干渉縞を発生
させる。光波Ｂ1 ，Ｂ2 は周波数が異なるので、光ヘテ
ロダインにより、干渉縞が一定速度で移動する。
【００４２】金属板２に投影された縞をレンズ３により
配列された光検出器５に結像する。光検出器５の一つ一
つの出力は縞の移動によって変調される。よって、光検
出器５の出力の位相を測定することで、図１に示す実施
例と同様の原理によって、凹凸情報が得られる。また、
配列した光検出器を用いるので、面の凹凸情報を一度に
得られ、この凹凸情報に基づいて表面欠陥判定を行なう
ことができる。
配列された光検出器５に結像する。光検出器５の一つ一
つの出力は縞の移動によって変調される。よって、光検
出器５の出力の位相を測定することで、図１に示す実施
例と同様の原理によって、凹凸情報が得られる。また、
配列した光検出器を用いるので、面の凹凸情報を一度に
得られ、この凹凸情報に基づいて表面欠陥判定を行なう
ことができる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被検査面の凹凸情報に基づいて被検査面の表面欠陥を判
定することができ、従来検出不可能であったなだらかに
変化する凹凸欠陥や反射率変化のない凹凸欠陥を検出す
ることが可能となる。また、被検査面の反射率を得るた
めに光検出器を設けたので、反射率変化に影響されない
凹凸情報を得ることができるとともに従来と同様の表面
反射率情報に基づいて表面欠陥を検出することもでき
る。更に、光変調のための焦点部材を用いていないもの
では、受光効率を向上することができる。また更に、縞
を広い範囲に投光走査し、配列した光検出器で受光する
ので、広い範囲の凹凸情報を一度に得ることができ、よ
り高速な欠陥検出が可能となる。
被検査面の凹凸情報に基づいて被検査面の表面欠陥を判
定することができ、従来検出不可能であったなだらかに
変化する凹凸欠陥や反射率変化のない凹凸欠陥を検出す
ることが可能となる。また、被検査面の反射率を得るた
めに光検出器を設けたので、反射率変化に影響されない
凹凸情報を得ることができるとともに従来と同様の表面
反射率情報に基づいて表面欠陥を検出することもでき
る。更に、光変調のための焦点部材を用いていないもの
では、受光効率を向上することができる。また更に、縞
を広い範囲に投光走査し、配列した光検出器で受光する
ので、広い範囲の凹凸情報を一度に得ることができ、よ
り高速な欠陥検出が可能となる。
【図１】本発明の第１の実施例に係わる表面欠陥検査装
置の構成を示す図である。
置の構成を示す図である。
【図２】図１の表面欠陥検査装置に使用されている焦点
板の構成を示す図である。
板の構成を示す図である。
【図３】図１の表面欠陥検査装置の測定原理を示す説明
図である。
図である。
【図４】図１の表面欠陥検査装置の測定原理を示す説明
図である。
図である。
【図５】図１の表面欠陥検査装置の測定原理を示す説明
図である。
図である。
【図６】図１の表面欠陥検査装置における欠陥判定処理
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係わる表面欠陥検査装
置の構成を示す図である。
置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係わる表面欠陥検査装
置の構成を示す図である。
置の構成を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施例に係わる表面欠陥検査装
置の構成を示す図である。
置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施例に係わる表面欠陥検査
装置の構成を示す図である。
装置の構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す第５の実施例の光検出器の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施例に係わる表面欠陥検査
装置の構成を示す斜視図である。
装置の構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す第６の実施例の表面欠陥検査装
置の更に詳細な構成を示す図である。
置の更に詳細な構成を示す図である。
【図１４】従来の表面欠陥検査装置の構成を示す図であ
る。
る。
【図１５】従来の他の表面欠陥検査装置の構成を示す図
である。
である。
【図１６】従来の表面欠陥検査装置における問題点を説
明するために使用する被検査面上の表面欠陥を示す図で
ある。
明するために使用する被検査面上の表面欠陥を示す図で
ある。
１ 光線走査器 １ａ 光源 １ｂ 回転ミラー １ｃ，３ レンズ ２ 金属板 ４ 焦点板 ５ 光検出器 ６ 信号処理器 ６ａ 位相測定器 ６ｂ 欠陥判定器
Claims (4)
- 【請求項１】 被検査面を走査する走査光線を発生する
光線走査器と、該光線走査器からの走査光線で走査され
る被検査面からの反射光を結像するレンズと、該レンズ
の結像面に配置され、光を透過または反射し、光強度を
変調する焦点部材と、該焦点部材を透過または反射した
光を受光する光検出器と、該光検出器の出力信号の位相
を測定する位相測定器と、該位相測定器から出力される
被検査面の凹凸情報に基づいて被検査面の欠陥を判定す
る欠陥判定器とを有することを特徴とする表面欠陥検査
装置。 - 【請求項２】 被検査面を走査する走査光線を発生する
光線走査器と、該光線走査器からの走査光線で走査され
る被検査面からの反射光を結像するレンズと、該レンズ
からの光を分割するビームスプリッタと、該ビームスプ
リッタからの一方の光路中の前記レンズの結像面に配置
され、光を透過または反射し、光強度を変調する焦点部
材と、前記ビームスプリッタにより分割され、前記焦点
部材により変調されない他方の光および前記焦点部材を
透過または反射した光を受光する光検出器と、該光検出
器の出力信号の位相を測定する位相測定器と、該位相測
定器から出力される被検査面の凹凸情報に基づいて被検
査面の欠陥を判定する欠陥判定器とを有することを特徴
とする表面欠陥検査装置。 - 【請求項３】 被検査面を走査する走査光線を発生する
光線走査器と、該光線走査器からの走査光線で走査され
る被検査面からの反射光を結像するレンズと、該レンズ
の結像面に配列された光検出器と、該光検出器からの全
ての出力を加算した出力信号およびひとつおきの出力を
加算した出力信号の位相を測定する位相測定器と、該位
相測定器から出力される被検査面の凹凸情報に基づいて
被検査面の欠陥を判定する欠陥判定器とを有することを
特徴とする表面欠陥検査装置。 - 【請求項４】 被検査面を走査する周波数の異なるレー
ザ光を干渉させて発生させた干渉縞による走査縞を投光
する縞走査器と、該縞走査器からの走査縞で走査される
被検査面からの反射光を結像するレンズと、該レンズの
結像面に配列された光検出器と、該光検出器の出力信号
の位相を次式により測定する位相測定器と、該位相測定
器から出力される被検査面の凹凸情報に基づいて式
（３）および（４）から被検査面の高さ欠陥を判定する
欠陥判定器とを有することを特徴とする表面欠陥検査装
置。 【数１】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05004056A JP3139862B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | 表面欠陥検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05004056A JP3139862B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | 表面欠陥検査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213826A JPH06213826A (ja) | 1994-08-05 |
| JP3139862B2 true JP3139862B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=11574223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05004056A Expired - Fee Related JP3139862B2 (ja) | 1993-01-13 | 1993-01-13 | 表面欠陥検査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3139862B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023233607A1 (ja) * | 2022-06-02 | 2023-12-07 | 三菱電機株式会社 | 工作装置 |
-
1993
- 1993-01-13 JP JP05004056A patent/JP3139862B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06213826A (ja) | 1994-08-05 |
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