JP5022007B2 - 欠陥検出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は欠陥検出装置及び方法に関し、特に走行するウェブ等の連続帯状体に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置及び方法に関するものである。

写真用フィルムとその中間材料、印画紙とその中間材料、ディスプレイ用保護シート、光学補償シート、各種フィルム、各種紙材料などの連続的に製造または搬送される連続帯状体は、最終製品形状を問わず、均一であることが要求される。しかし、製造工程などにおいて異物混入などの何らかの原因で、各種欠陥が発生することがある。このため、製造ラインの最終工程や、別の検査工程などで、連続帯状体に対して欠陥検出が行われている。

上記欠陥検出では、例えば非特許文献１に示されるようなレーザフライングスポット方式や、非特許文献２に示されるようなＣＣＤラインセンサ方式が採用されている。これらは、いずれも走行する被検査物を幅方向に連続的にスキャンして受光信号を得て、この受光信号に必要に応じて何らかの処理、例えば増幅処理をした上で基準値と比較し、基準値からずれた部分を異常部（欠陥）もしくはその候補部として抽出する。比較する基準値は、「しきい値」、「いき値」、「スレッショホールド」などと呼ばれている。また、この抽出工程を「２値化」、「デジタル信号化」などと呼んでいる。

最も単純なレーザフライングスポット方式の欠陥検出機の従来構成を示す図７において、被検査物であるウェブ２の一方の面には投光部として走査器３が配置され、他方の面には受光部４が配置されている。走査器３は、ウェブ２の走行方向に直交する幅方向にレーザービーム３ａを照射する。受光部４は、レーザービーム３ａで照明されウェブ２を透過した光を受け光電変換し、受光信号を欠陥信号発生ユニット５に送る。欠陥信号発生ユニット５はゲート回路６、検査幅設定回路７、比較器８、及びしきい値設定器９を備えている。

受光部４で得られた受光信号はゲート回路６に送られる。ゲート回路６には受光信号の他に、検査幅設定回路７から検査幅領域信号が送られる。検査幅領域信号は、ウェブ２上をレーザービーム３ａが走査している期間に相当する信号であり、走査器３内の各走査開始点で光電センサによりレーザービーム３ａを受光した走査開始タイミングに基づき、検査幅設定回路７で生成される。ゲート回路６は、検査幅領域信号の期間のみ受光信号を通過させる。しきい値設定器９は、例えばダイヤル式ポテンショメータから構成されており、しきい値電圧信号を生成し、これを比較器８にしきい値として設定する。ゲート回路６を通過した検査領域内受光信号は、比較器８によりしきい値と比較され、しきい値を越えた場合に欠陥と判定され、欠陥信号が出力される。ここで、「しきい値を越えた」とは、＋方向と−方向の片方もしくは両方を含んでいる。すなわち、欠陥信号には正常面の信号レベルにおける中心値に対して、受光光量が増加する（信号が＋側に振れる）欠陥と、受光光量が減少する（信号が−側に振れる）欠陥とがあり、前者に対しては＋側のしきい値を設定し、それを超える電圧の信号を欠陥と判定し、後者に対しては−側のしきい値を設定し、それを下回る電圧の信号を欠陥と判定する。比較器８は、＋側の比較と−側の比較の片方もしくは両者を含んでいる。

ところで、上記受光信号は、ウェブ２が正常な面であっても、ある幅を持った信号になっている。これは、地合ノイズと呼ばれるウェブ２自身のもつ「欠陥」には至らない微細な面状バラツキに起因するノイズ成分と、光電変換デバイスやその後の増幅などの信号処理回路における電気的ノイズ成分とが含まれるからである。従って、２値化のための基準値（しきい値）がノイズレベルに近すぎると、欠陥でない部分を欠陥あるいは欠陥候補として抽出してしまい、誤検出や過検出が発生する。また、２値化のための基準値がノイズレベルから遠すぎると、所望の欠陥の検出が困難になって欠陥の見逃しが発生する。

一般的には、なるべく微細な欠陥（この場合には欠陥信号が小さい）まで検出したいのが通常であるから、上記しきい値は、正常面においては誤検出が無く、且つなるべくノイズレベルに近い適度なレベルに設定する必要がある。しかし、従来技術においては、しきい値の設定について具体的な方法はなんら触れられていないのが現状である。
最新目視検査の自動化 （株）テクノシステム 1986,P237〜239 最新目視検査の自動化（同上）P245〜249

上記しきい値を適切なレベルに設定する方法について、当業者間で行われている一般的な方法は、２値化されるべき受光信号（もしくはそれを処理した信号）を直接オシロスコープなどで観察してそのノイズレベルを読み取り、経験上、ノイズを誤検出しないレベルと思われるしきい値を設定している。この状態で、試運転を行い、検出結果と実際の検出部位の欠陥との突合せから、誤検出や過検出があればしきい値をノイズレベルから遠ざけ、欠陥見逃しが発生する場合にはしきい値をノイズレベルに近づけるなどの試行錯誤を繰り返すことにより、しきい値を最適化していた。

上記しきい値の設定方法においては、
（１）オシロスコープの応答速度差による高周波成分の差、
（２）オシロスコープからノイズレベルを読み取る際の読み取り誤差（個人差もある）、
（３）初期設定として“経験”が効くので、個人差が大きい、
（４）試運転の結果を実際の検出部位と突合せる作業負荷が大きい、
（５）試行錯誤となるので非効率
などの欠点があり、結果として、しきい値の最適設定に至るまでに例えば１ケ月〜３ケ月などの長時間を要し、且つ膨大な作業負荷となる。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、作業者の個人差の影響が無く、しかも短時間で論理的で妥当性の高いしきい値等の基準値を設定することができるようにした欠陥検出装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、走査器により被検査物に検査光を投光し、前記被検査物を透過または反射した光を受光器により受け、前記受光器からの光を光電変換して受光信号とし、検査幅設定部により前記受光信号中の有効検査領域内の受光信号を比較器に送り、前記比較器により基準値と比較し、この比較結果に基づき前記被検査物の欠陥を検出する欠陥検出装置において、前記受光器からの受光信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部によりデジタル化されたデジタルデータに基づき前記欠陥以外の前記被検査物の地合部分のノイズ値を求めるノイズ値演算部と、前記ノイズ値演算部で求めたノイズ値を記憶し、表示可能にする表示保存部と、前記表示保存部により表示されたノイズ値に基づき決定される前記比較器の基準値を前記比較器に設定する基準値変更部と、前記被検査物の各ロットの検査開始時に、前記Ａ／Ｄ変換部により演算を行うタイミングと期間とを設定制御する演算制御部と、前記演算したノイズ値が予め設定された範囲内にあるか否かを判定し、演算したノイズ値が前記範囲外のときにアラームを発するノイズ値レベル判定部を備えることを特徴とする。また、前記ノイズ値レベル判定部は、前記ノイズ値と、過去の同一条件製造ロットのノイズ値との差が、許容範囲内にあるか否かを判定することが好ましい。

前記ノイズ値レベル判定部は、前記判定により演算したノイズ値が設定範囲外のときに、前記演算制御部により演算を行う期間を変更し、前記しきい値の再設定を行うことが好ましい。

前記検査幅設定部は、有効検査領域を複数分割し、この分割領域毎に受光信号を出力し、前記比較器は、前記分割領域毎に設けられ、各分割領域の受光信号を基準値と比較し、前記Ａ／Ｄ変換部は前記各分割領域の受光信号をＡ／Ｄ変換し、前記ノイズ値演算部は、前記分割領域毎に個別に前記ノイズ値を演算し、前記基準値演算部は前記分割領域毎に前記基準値を求め、前記基準値変更部は、前記基準値を前記比較器にそれぞれ設定する。このように分割領域毎に基準値を設定することにより、定常的ノイズ成分が被検査物の幅方向である領域毎に異なる値を示す場合に有効になり、被検査物の幅方向での感度のムラが少なくなり、精度のよい欠陥検出が可能になる。

前記演算制御部は、３以上の区間について前記ノイズ値を求め、各区間毎に求めたノイズ値が一致または一定範囲内のものをノイズ値として採用することが好ましい。また、前記ノイズ値は、最大ピーク値、最小ピーク値、標準偏差であり、前記標準偏差の大きさに応じて、前記標準偏差が大きいほど大きな係数を用いて前記最大ピーク値及び前記最小ピーク値に前記係数を乗じてしきい値を算出することが好ましい。前記標準偏差を大きさに応じて大、中、小の３グループにわけ、大グループに属するときは予め定めた第１係数を用い、中グループに属するときは前記第１係数よりも小さい第２係数を用い、小グループに属するときは前記第２係数よりも小さい第３係数を用いることが好ましい。

また、本発明は走査器により被検査物に検査光を投光し、前記被検査物を透過または反射した光を受光器により受け、前記受光器からの光を光電変換して受光信号とし、検査幅設定部により前記受光信号中の有効検査領域内の受光信号を比較器に送り、前記比較器により基準値と比較し、この比較結果に基づき前記被検査物の欠陥を検出する欠陥検出装置において、前記受光器からの受光信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部によりデジタル化されたデジタルデータに基づき前記欠陥以外の前記被検査物の地合部分のノイズ値を求めるノイズ値演算部と、前記ノイズ値演算部で求めたノイズ値を記憶し、表示可能にする表示保存部と、前記被検査物の各ロットの検査開始時に、前記Ａ／Ｄ変換部により演算を行うタイミングと期間とを設定制御する演算制御部と、前記演算したノイズ値が予め設定された範囲内にあるか否かを判定し、演算したノイズ値が前記範囲外のときにアラームを発するノイズ値レベル判定部とを備えることを特徴とする。

本発明は、走査器により被検査物に検査光を投光し、前記被検査物を透過または反射した光を受光器により受け、前記受光器からの光を光電変換して受光信号とし、検査幅設定部により前記受光信号中の有効検査領域内の受光信号を比較器に送り、前記比較器により基準値と比較し、この比較結果に基づき前記被検査物の欠陥を検出する欠陥検出方法において、前記被検査物の各ロットの検査開始時に、前記受光器からの受光信号をＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換してデジタルデータとし、前記デジタルデータに基づきノイズ値演算部により前記欠陥以外の地合部分のノイズ値を求め、前記ノイズ値を記憶し、記憶した前記ノイズ値をモニタに表示し、表示された前記ノイズ値に基づき決定される前記比較器の基準値の入力を受けて、この入力された基準値を前記比較器に設定し、前記演算したノイズ値が予め設定された範囲内にあるか否かを判定し、演算したノイズ値が前記範囲外のときにアラームを発するノイズ値レベル判定部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、比較器に入力されるデジタルデータに基づき、欠陥以外の地合部分のノイズ値を求め、求めた前記ノイズ値に基づき前記比較器の基準値を求め、求めた基準値を前記比較器に設定することにより、従来のように、オシロスコープ画面上の波形を読み取る必要がなく、同じ条件（Ａ／Ｄ変換レート，演算内容，演算タイミング，演算期間など）であれば、誰が操作しても個人差がなく、同じ論理で正常面の定常ノイズ値を定量的に正確に把握することができる。また、定常ノイズ値に基づいて基準値として妥当性の高い値を設定することが可能になる。定量的に把握した定常ノイズ値に対して、同じ論理で基準値を算出するので、この論理が一度定まってしまえば、面状が異なる品種や新製品に対して、基準値の最適化のための試行錯誤を繰り返す必要がなくなる。また、作業時間や作業負荷を大幅に軽減することができる。

本発明の欠陥検出装置の基本構成を示す図１において、欠陥検出装置１０は、走査器１２、受光器１３、欠陥信号発生ユニット１４、及びしきい値演算ユニット１５を備えている。走査器１２、受光器１３、欠陥信号発生ユニット１４は、基本的には図７に示す従来装置と同じ構成になっている。ウェブ１１は、図示しないウェブ送り機構によって、走査器１２と受光器１３との間を矢印方向に一定速度、例として２００ｍ／分で走行する。

走査器１２は、光源２０，光学系２１，回転多面鏡２２，及び光路折り曲げ用の２枚のミラー２３，２４により構成されている。この走査器１２は、被検査物としてのウェブ１１の一方の面に対面するように配置されている。光源２０は、例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（波長６３２．８ｎｍ）、定格出力５ｍＷのものが用いられる。また、回転多面鏡２２は例えば１２面で３００００ｒｐｍのものが用いられ、６０００スキャン／秒の走査を行う。光学系２１は、ウェブ１１に対して照射するレーザービーム２５のスポットの大きさを設定するものであり、本実施形態では、ウェブ１１面上で幅方向に０．３ｍｍとした。また、ウェブ走行方向のスポットサイズに関しては、ウェブ１１の走行速度が２００ｍ／分なので６０００スキャン／秒から計算して全面を隙間なく検査するためには、０．５６ｍｍ以上が必要であるため、０．６ｍｍとし、楕円状のスポット形状とした。

光源２０から放射されたレーザービーム２５は光学系２１に入射し、そのスポット径が調節された後に、ミラー２３，２４を介して回転多面鏡２２に入射する。そして、このレーザービーム２５は、回転多面鏡２２の回転によって、ウェブ１１の走行方向と略直交するウェブ幅方向に、高速走査される。レーザービーム２５の走査により、ウェブ１１から出た検査光は受光器１３に入射する。

受光器１３は、ウェブ１１から出た検査光をウェブ１１の幅方向で受光するものであり、ロッドレシーバ２７とこのロッドレシーバ２７の両端に配置される光電子倍増管２８とから構成されている。光電子倍増管２８からの受光信号は欠陥信号発生ユニット１４に送られる。光電センサ２６は、走査器１２内の走査開始側に設置され、走査開始信号を生成する。この走査開始信号はしきい値演算ユニット１５の演算制御部４２に送られる。

欠陥信号発生ユニット１４は、バンドパスフィルタ３０、ゲート回路３１，検査幅設定回路３２、比較器３３及びしきい値設定器３４を備えている。バンドパスフィルタ３０は、光電子倍増管２８からの受光信号中の欠陥を含む信号の周波数成分を通過させるとともに、信号に重畳されている低周波及び高周波ノイズ信号を減衰させるものであり、その出力信号の中心値は０ボルトになる。このバンドパスフィルタ３０の出力信号はゲート回路３１に送られる。

ゲート回路３１には受光信号の他に、検査幅設定回路３２から検査幅領域信号が送られる。検査幅領域信号は、ウェブ１１上をレーザービーム２５が走査している期間に相当する信号であり、走査器１２内の各走査開始点で光電センサ２６によりレーザービーム２５を受光した走査開始タイミングに基づき、検査幅設定回路３２で生成される。ゲート回路３１は、検査幅領域信号の期間のみ受光信号を通過させる。これらゲート回路３１及び検査幅設定回路３２によって検査幅設定部が構成される。

しきい値設定器３４は、後に詳しく説明するようにしきい値演算ユニット１５からのしきい値（基準値）を新たなしきい値として比較器３３に設定する。ゲート回路３１を通過した検査領域内受光信号は、比較器３３によりしきい値と比較され、しきい値を越えた場合に欠陥と判定され、欠陥信号が出力される。

しきい値演算ユニット１５は、Ａ／Ｄ変換部４１、演算制御部４２、ノイズ値演算部４３、保存表示部４４、及びしきい値演算部４５から構成されている。そして、各部４１〜４５はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びその増設ボードによって、ソフト的に構成されている。Ａ／Ｄ変換部４１は、バンドパスフィルタ３０の出力信号をＡ／Ｄ変換するものであり、例えば５０ＭＨｚのＡ／Ｄ変換レートを持ち、増設ボードから構成されている。

演算制御部４２は、演算タイミング信号、演算期間信号、検査幅設定回路からの検査幅信号などに基づき、Ａ／Ｄ変換部４１におけるＡ／Ｄ変換対象を検査領域内のみに特定する。また、演算制御部４２は、ＰＣのソフトウェアによって、演算タイミングと演算期間について、外部から入力設定可能に構成されている。具体的には、演算タイミングは、外部スイッチによって手動で任意のタイミングで信号を送り、ノイズ値演算を開始している。また、外部スイッチによる手動での入力に代えて、または加えて、製造ラインのコントローラ６０から演算タイミングを演算制御部４２に入力可能にしている。

演算期間は、ノイズ値演算のための対象データとしての走査回数に対応する期間であり、ＰＣのソフトウェア上で設定している。対象走査ラインは必ずしも連続である必要はなく、間引きしながらであってもよい。本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部４１のデータメモリ容量から「間引きなし１０秒連続（６００００連続走査）」〜「１／６０の間引きで６００秒（６００００走査）」の間で、任意に設定可能になっている。

ノイズ値演算部４３は、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータを演算処理してノイズ値を求める。具体的には、Ａ／Ｄ変換されたデータから平均値、最大ピーク値、最小ピーク値、標準偏差を求める。本実施形態では、アナログの受光信号をバンドパスフィルタ３０に通しているので、受光信号の中心値は０ボルトになる。したがって、平均値は概ね０ボルトである。

上記の演算期間はごく短い時間であり、この演算期間内に検出すべき欠陥が発生する確立は非常に僅かであり、実質的に最大、最小ピーク値は「演算対象期間内における欠陥がない正常面」における対象ウェブの地合ノイズによる最大、最小と見て良い。

本実施形態で検出する欠陥のサイズは約０．３ｍｍ以上であり、欠陥発生個数も製造ロットにより異なるが概ね１ケ／１０００ｍ〜１ケ／３００ｍである。また、１秒当たりのウェブ走行速度は約３．３３ｍであるため、「間引き無し１０秒連続（６００００連続走査）」の場合には約３３．３ｍのウェブ１１からノイズ値を採取することになり、このノイズ値採取区間における欠陥の発生率は少なく、実用上はあまり問題がない。

しかし、欠陥を含むウェブ区間からのノイズ値を採用することがないように、例えば３以上の区間についてノイズ値を求め、これら各区間のノイズ値が一致するものや、ノイズ値が一定範囲内のものをノイズ値として採用してもよい。また、長期的に連続して欠陥検出する場合では、上記演算期間では欠陥ではない正常面の最大、最小ピークは必ずしも充分に表現できない可能性があるため、しきい値は、最大、最小ピーク値に対して、若干大きい値を後述するような論理演算によって決定する。また、標準偏差はノイズのバラツキ幅を示すものであり、面状によって異なる。

しきい値演算部４５は、ＰＣのソフトウェア上で論理計算式を用いてしきい値を算出している。例えば、厚みが異なるとか、コート液の処方が異なるとか等の複数の品種を製造するコート紙製造ラインでは、定量化されたノイズ値から実際のしきい値を決める論理演算を、以下のように決めている。

図２に示すように、Ａ／Ｄ変換部４１からのデジタルデータに基づき各々の標準偏差を演算し、その大きさにより大、中、小の３グループのいずれに属するかを先ず決定する。そして、標準偏差が大きい大グループである場合には、最大ピーク値及び最小ピーク値に対して大きな係数、例えば「１．８」を乗じて、しきい値をそれぞれ算出する。また、標準偏差が中ぐらいの中グループである場合には、中程度の係数、例えば「１．６」を最大ピーク値及び最小ピーク値に乗じて、しきい値をそれぞれ求める。さらに、標準偏差が小さい小グループの場合には、小さい係数、例えば「１．４」を最大ピーク値及び最小ピーク値に乗じて、しきい値をそれぞれ求める。この係数は、品種などによって適宜変更し、最適な値を実験等によって予め求めておく。

上記のよう標準偏差に基づくグループ分けによるしきい値の決定方法に代えて、例えばニューラルネットワークを用いてもよい。この場合には、各種のノイズ値とそのときのしきい値をニューラルネットワークに入力して学習させ、この学習済みのニューラルネットワークを用いて、各種ノイズ値を入力することで、最適なしきい値を求めてもよい。

図１に示すように、しきい値演算ユニット１５によってしきい値が算出されると、欠陥信号発生ユニット１４のしきい値設定器３４にしきい値信号が送られる。しきい値設定器３４では、しきい値信号に基づき比較器３３に対してしきい値を設定する。しきい値設定器３４は、例えばＤ／Ａ変換器から構成され、しきい値信号に基づき対応するアナログの電圧信号を発生させ、これを比較器３３の基準信号とする。

保存表示部４４は、しきい値演算ユニット１５を構成するＰＣとこのＰＣのメモリとディスプレイとキーボード及びマウスとを用いてソフトウェア的に構成されるもので、求めた各種ノイズ値、このノイズ値に基づくしきい値、さらにはこのノイズ値を採取した日時データ、品種名、製造ライン番号、ロット番号などを紐付けて、データベース４４ａとして記憶している。そして、各種検索機能によって、日時データ、品種名、製造ライン番号、ロット番号などを入力してデータベース４４ａを検索することにより、過去のしきい値や、これを求めたときの各種ノイズ値をディスプレイに表示して参照することができる。

次に、本実施形態の作用を説明する。ウェブ製造ラインの製造条件が整い、本番製品とする直前のタイミングを製造ラインのコントローラ６０からしきい値演算ユニット１５の演算制御部４２が受け取ると、走査器１２、受光器１３、欠陥信号発生ユニット１４、及びしきい値演算ユニット１５が作動状態にセットされる。これにより、ウェブ１１の走行に同期させて走査器１２によってウェブ１１の幅方向にレーザービーム２５が走査される。

レーザービーム２５の照射によりウェブ１１から出た検査光は受光器１３で受光される。受光器１３の光電子倍増管２８は、光電変換してこのアナログな受光信号を欠陥信号発生ユニット１４に送る。この受光信号はバンドパスフィルタ３０により欠陥を含む信号の周波数のみが通されて、ゲート回路３１に送られる。

また、しきい値演算ユニット１５のＡ／Ｄ変換部４１は、アナログ信号をデジタルデータに変換する。このとき、演算制御部４２により、ウェブ１１の被検査対象エリア部分のみがデジタルデータに変換される。また、演算制御部４２に予め設定されている演算期間に応じて、所定走査回数分の走査ライン信号がデジタルデータに変換され、このデジタルデータがノイズ値演算部４３に出力される。

ノイズ値演算部４３では、デジタルデータに基づき、地合部分の平均値、最大ピーク値、最小ピーク値、平均値、標準偏差を求める。求めたこれらのノイズ値は、保存表示部４４のデータベース４４ａに品種、ロット番号、製造ライン、製造日時の各種データと紐付けされて記憶される。また、求めたこれら各種ノイズ値は、しきい値演算部４５に送られて、ここで、しきい値が論理演算される。

図２及び図３に示すように、例えば標準偏差が大きいグループに属していた場合に、最大ピークＰmaxに対して係数１．８を乗じて＋側のしきい値Ｑ１を求める。また、最小ピークＰminに対して係数１．８を乗じて−側のしきい値Ｑ２を求める。これらしきい値Ｑ１，Ｑ２をしきい値設定器３４に送る。しきい値設定器３４は、しきい値Ｑ１，Ｑ２に基づき比較器３３にこれに対応するしきい値信号ｒｅｆ１，ｒｅｆ２を送り、比較器３３のしきい値の設定作業を終了する。

また、設定したしきい値は、保存表示部４４のデータベース４４ａに各種ノイズ値と対応（紐付け）させて記憶される。これらしきい値やノイズ値は、オペレータが必要に応じて検索や抽出などの操作を行うことで、読み出すことができる。そして、読み出したノイズ値やしきい値に基づきオペレータが新たにしきい値を再設定してもよい。この再設定したしきい値は、しきい値演算部４５を介してまたは保存表示部４４からしきい値設定器３４に直接に送られて、しきい値が変更される。

以上のように、ウェブ１１の地合部分の受光信号に基づき、平均値、最大ピーク値、最小ピーク値、標準偏差などのノイズ値を算出してこれに基づき自動的にしきい値を設定するため、従来のように労力と時間とをかけたしきい値設定処理が不要になり、ウェブなどの品種が代わった場合に、欠陥検出の迅速な立ち上げが可能になる。また、オペレータの勘に頼ったしきい値設定と異なり、常に一定した精度の良いしきい値の設定が可能になる。また、しきい値の設定が適切に行えず、欠陥の過検出や取りこぼしなどが発生する場合には、保存表示部４４のキーボードやマウスなどを操作して、演算期間長さを適宜変更することにより、しきい値の再設定を行うことができる。

以上を実施した結果、従来１ヶ月〜３ヶ月を要した検査条件（しきい値）の最適化が、実施担当者の経験などの個人差に影響されることなく、１週間程度で完了することができるようになり、大幅な効率改善効果が得られた。

なお、上記実施形態では、外部スイッチにて手動で設定される任意のタイミングでノイズ値演算を開始したり、製造ラインの製造条件が全て揃い、本番製品とする直前のタイミングでノイズ値演算を開始したりしているが、この他に、製造ロットが切り替わる毎に演算開始指令を出してもよく、この場合には新たな製造ロット毎にしきい値が求められ、このしきい値が比較器３３にセットされる。

また、ロット毎にしきい値を自動的に求めることなく、単にノイズ値を演算して、これを過去のデータと比較してもよい。本発明では、製造製品は一定条件で製造され、面状のロット間バラツキや経時変化はない前提で、検査装置の条件探索の効率化を目的としているが、条件の最適化が完了した後でも、例えば同一製品の各ロットの先頭でノイズ値を計測演算すると、一定条件であるべき工程の一部が何らかの異常により面状に影響していることが判ることがある。特に、ノイズ値が正常時よりも小さくなる方向に面状が変化した場合、通常の欠陥検出では検出ができないが、本発明装置によるノイズ値を過去の同一製造条件の品種データと比較することにより、工程異常を発見することができる。このため、図１に示すように、保存表示部４４内にノイズ値レベル判定部４７を設けて、定期的またはロット切り替え時などにデータを照合することにより、工程異常を検出することができる。

また、欠陥検出装置自身の異常、例えばレーザーパワーの低下、光電子倍増管２８の感度劣化、走査器１２、受光器１３のレイアウト条件の変化などにより、ウェブ１１自体には何も変化がなくてもノイズ値に変化が起きる場合があり、こういった場合においても上記と同様の理由で、異常として認知することができる。

図４は工程異常を検出するフローチャートを示しており、ノイズ値レベル判定部４７で過去の同一条件などでのデータと比較して、その差が一定値を超えたときに、工程異常のアラームを表示器による表示や警報音によって発する。オペレータはこのアラームによって、ノイズ値が工程異常に起因しているか否かなどを検討し、その対策を講じたり、また、必要に応じてしきい値を再設定したりすることができる。

ノイズ値レベル判定部４７では、検査開始信号がある場合に、ノイズ値（現在ノイズ値）を算出する。そして、同一製造条件の過去ロットのノイズ値（過去ノイズ値）をデータベース４４ａから読み出して、現在ノイズ値から過去ノイズ値を引いた差が一定範囲内か否かを判定して、ノイズ値の比較を行う。そして、差が一定範囲内のときはしきい値を変更することなく処理を終了する。また、差が一定範囲を超えるときは、工程異常のアラームを発し、しきい値の再検討を促す。

上記実施形態では、ノイズ値として、平均値、最大ピーク値、最小ピーク値、標準偏差を求め、これらの値に基づきしきい値を求めているが、ノイズ値としては、平均値と最大ピーク値、最小ピーク値のみでもよく、また、平均値と標準偏差のみでもよく、これらによってしきい値を決定する。例えば、最大ピーク値と平均値との差、平均値と最小ピーク値との差に基づき、これら差に係数を乗じることにより、しきい値を求める。また、平均値と標準偏差との差に係数を乗じることによりしきい値を求める。

次に、図５及び図６を参照して、１走査における地合部分の受光信号中で、エリア毎に異なるノイズレベルとなる場合の別の実施形態について説明する。図５（Ａ）に示すように、ウェブ１１の製造工程上の特性や投受光光学系の特性などにより、ウェブ両端部の受光信号レベルが高く、ウェブ中央部に比べて大きなノイズが発生している場合がある。（Ｂ）に示すように、このような受光信号をバンドパスフィルタ３０に通すと、やはり両端部のノイズ値が大きい。そこで、（Ｃ）に示す検査領域５０を、（Ｄ）に示すように、両端部と中央部との３つの領域５０ａ，５０ｂ，５０ｃに分割する。そして、（Ｅ）に示すように、これら領域５０ａ〜５０ｃ毎にノイズ値及びしきい値信号ｒｅｆ１〜ｒｅｆ３を求める。これにより、ノイズレベルが１スキャンの間に変化する場合でも、精度良く欠陥を検出することができる。

図６に示すように、１スキャンにおける各領域５０ａ〜５０ｃに対応させて、ゲート回路５１ａ〜５１ｃ及び比較器５２ａ〜５２ｃが各領域の個数分である３個ずつ設けられている。検査幅設定回路５３は幅分割回路５３ａも内蔵しており、走査器１２からのスキャン開始位置信号に基づき、バンドパスフィルタ５４を通過した受光信号に対して、領域毎に選択信号をゲート回路５１ａ〜５１ｃに送る。ゲート回路５１ａ〜５１ｃを出た信号は比較器５２ａ〜５２ｃによりしきい値と比較される。これら各比較器５２ａ〜５２ｃからの欠陥信号はオア回路５５で１スキャンに対応した一つの欠陥信号に戻される。なお、しきい値演算ユニット１５における基本的な処理は上記の第１実施形態と同様であり、同一構成部材には同一符号を付して重複した説明を省略している。

図５（Ａ）は受光信号の波形の一例を示しており、図６の（Ａ）位置での波形である。（Ｂ）はバンドパスフィルタを通過した受光信号の波形の一例を示しており、図６の（Ｂ）位置での波形である。（Ｃ）は検査領域を示す波形である。（Ｄ）は検査領域を受光信号レベルに応じて３分割する一例を示している。（Ｅ）はバンドパスフィルタを通過した受光信号としきい値ｒｅｆ１〜ｒｅｆ３との対応関係（＋側のみを図示している）を示している。（Ｆ），（Ｇ），（Ｈ）は図５の（Ｆ），（Ｇ），（Ｈ）位置での波形である。

なお、上記実施形態では、光学的にウェブ等の帯状体に存在する欠陥を検出しているが、光学的ではない他の異なる手法により欠陥信号を抽出する欠陥検出装置の場合にも、本発明を適用することができ、地合領域のノイズ値に基づき欠陥判定のためのしきい値を適正に設定することができる。

また、上記実施形態では、しきい値演算部４５を設けて自動的にしきい値を設定するようにしているが、しきい値演算部４５は省略して、ノイズ値演算部４３と保存表示部４４とを設けておき、演算したノイズ値をディスプレイに表示させ、この表示されたノイズ値に基づきオペレータが最適と思われるしきい値を選択してもよい。この場合には、しきい値設定器３４を介して選択したしきい値を自動設定する他に、オペレータがダイヤル式のポテンショメータを操作して、手動でしきい値を設定してもよい。演算したノイズ値の表示は、演算したものを表示する他に、過去の同一または類似する製造条件のロットのノイズ値、しきい値を表示する。また、単なる数値表示の他に、グラフなどにして、製造日時順にこれらノイズ値やしきい値を表示して、しきい値の選択が容易に行えるようにしてもよい。

また、比較器３３を複数個設けておき、しきい値演算部４５によりしきい値候補を複数個、例えば第１しきい値候補、第２しきい値候補を求め、これら求めた複数個のしきい値候補によってある一定期間、複数個の比較器によりそれぞれのしきい値を用いて欠陥検出してもよい。また、複数個の比較器３３を設ける代わりに、しきい値候補を順次に用いて一定期間欠陥を検出してもよい。この場合に、一定区間における検出欠陥数、欠陥サイズなどの欠陥検出状況をディスプレイに表示して、最適なしきい値をオペレータに選択させたり、これらしきい値候補から、より最適な新たなしきい値をオペレータに求めさせたりしてもよい。

本発明の欠陥検出装置の一例を示す概略のブロック図である。 しきい値演算部における演算方法の一例を示すフローチャートである。 バンドパスフィルタを通過した受光信号の最大ピーク値及び最小ピーク値からしきい値を求めるための説明図である。 同一製造条件の過去ロットのノイズ値と現在ロットのノイズ値とを比較してその差が一定範囲を超えたときにアラームを発する場合の処理を示すフローチャートである。 １走査中でノイズレベルが変わる領域がある場合の別の実施形態における欠陥検出装置の各部における波形図である。 同実施形態の一例を示す概略のブロック図である。 従来の欠陥検出装置の一例を示す概略のブロック図である。

符号の説明

１１ ウェブ
１２ 走査器
１３ 受光器
１４ 欠陥信号発生ユニット
１５ しきい値演算ユニット
３０ バンドパスフィルタ
３１，５１ａ〜５１ｃ ゲート回路
３３，５２ａ〜５２ｃ 比較器
５０ 検査領域

Claims (9)

1. 走査器により被検査物に検査光を投光し、前記被検査物を透過または反射した光を受光器により受け、前記受光器からの光を光電変換して受光信号とし、検査幅設定部により前記受光信号中の有効検査領域内の受光信号を比較器に送り、前記比較器により基準値と比較し、この比較結果に基づき前記被検査物の欠陥を検出する欠陥検出装置において、
   前記受光器からの受光信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記Ａ／Ｄ変換部によりデジタル化されたデジタルデータに基づき前記欠陥以外の前記被検査物の地合部分のノイズ値を求めるノイズ値演算部と、
   前記ノイズ値演算部で求めたノイズ値を記憶し、表示可能にする表示保存部と、
   前記表示保存部により表示されたノイズ値に基づき決定される前記比較器の基準値を前記比較器に設定する基準値変更部と、
   前記被検査物の各ロットの検査開始時に、前記Ａ／Ｄ変換部により演算を行うタイミングと期間とを設定制御する演算制御部と、
   前記演算したノイズ値が予め設定された範囲内にあるか否かを判定し、演算したノイズ値が前記範囲外のときにアラームを発するノイズ値レベル判定部を備えることを特徴とする欠陥検出装置。
2. 前記ノイズ値レベル判定部は、前記ノイズ値と、過去の同一条件製造ロットのノイズ値との差が、許容範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
3. 前記ノイズ値レベル判定部は、前記判定により演算したノイズ値が設定範囲外のときに、前記演算制御部により演算を行う期間を変更し、前記しきい値の再設定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検出装置。
4. 前記検査幅設定部は、有効検査領域を複数分割し、この分割領域毎に受光信号を出力し、
   前記比較器は、前記分割領域毎に設けられ、各分割領域の受光信号を基準値と比較し、
   前記Ａ／Ｄ変換部は前記各分割領域の受光信号をＡ／Ｄ変換し、
   前記ノイズ値演算部は、前記分割領域毎に個別に前記ノイズ値を演算し、
   前記基準値演算部は前記分割領域毎に前記基準値を求め、
   前記基準値変更部は、前記基準値を前記比較器にそれぞれ設定することを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の欠陥検出装置。
5. 前記演算制御部は、３以上の区間について前記ノイズ値を求め、各区間毎に求めたノイズ値が一致または一定範囲内のものをノイズ値として採用することを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の欠陥検出装置。
6. 前記ノイズ値は、最大ピーク値、最小ピーク値、標準偏差であり、前記標準偏差の大きさに応じて、前記標準偏差が大きいほど大きな係数を用いて前記最大ピーク値及び前記最小ピーク値に前記係数を乗じてしきい値を算出することを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の欠陥検出装置。
7. 前記標準偏差を大きさに応じて大、中、小の３グループにわけ、大グループに属するときは予め定めた第１係数を用い、中グループに属するときは前記第１係数よりも小さい第２係数を用い、小グループに属するときは前記第２係数よりも小さい第３係数を用いることを特徴とする請求項６記載の欠陥検出装置。
8. 走査器により被検査物に検査光を投光し、前記被検査物を透過または反射した光を受光器により受け、前記受光器からの光を光電変換して受光信号とし、検査幅設定部により前記受光信号中の有効検査領域内の受光信号を比較器に送り、前記比較器により基準値と比較し、この比較結果に基づき前記被検査物の欠陥を検出する欠陥検出装置において、
   前記受光器からの受光信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記Ａ／Ｄ変換部によりデジタル化されたデジタルデータに基づき前記欠陥以外の前記被検査物の地合部分のノイズ値を求めるノイズ値演算部と、
   前記ノイズ値演算部で求めたノイズ値を記憶し、表示可能にする表示保存部と、
   前記被検査物の各ロットの検査開始時に、前記Ａ／Ｄ変換部により演算を行うタイミングと期間とを設定制御する演算制御部と、
   前記演算したノイズ値が予め設定された範囲内にあるか否かを判定するノイズ値レベル判定部とを備え、
   前記ノイズ値レベル判定部は、前記ノイズ値と、過去の同一条件製造ロットのノイズ値との差が、許容範囲内にあるか否かを判定し、演算したノイズ値が前記範囲外のときにアラームを発することを特徴とする欠陥検出装置。
9. 走査器により被検査物に検査光を投光し、前記被検査物を透過または反射した光を受光器により受け、前記受光器からの光を光電変換して受光信号とし、検査幅設定部により前記受光信号中の有効検査領域内の受光信号を比較器に送り、前記比較器により基準値と比較し、この比較結果に基づき前記被検査物の欠陥を検出する欠陥検出方法において、
   前記被検査物の各ロットの検査開始時に、前記受光器からの受光信号をＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換してデジタルデータとし、
   前記デジタルデータに基づきノイズ値演算部により前記欠陥以外の地合部分のノイズ値を求め、
   前記ノイズ値を記憶し、記憶した前記ノイズ値をモニタに表示し、
   表示された前記ノイズ値に基づき決定される前記比較器の基準値の入力を受けて、この入力された基準値を前記比較器に設定し、
   前記演算したノイズ値が予め設定された範囲内にあるか否かをノイズ値レベル判定部により、判定し、
   演算したノイズ値が前記範囲外のときにアラームを発することを特徴とする欠陥検出方法。

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