JP6951439B2 - Surface inspection method, surface inspection equipment and product manufacturing method - Google Patents

Surface inspection method, surface inspection equipment and product manufacturing method Download PDF

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    • G01N21/952Inspecting the exterior surface of cylindrical bodies or wires

Description

本発明は、表面検査方法、表面検査装置および製品の製造方法に関する。 The present invention relates to a surface inspection method, a surface inspection apparatus, and a method for manufacturing a product.

表面の微小な凹凸等を自動検出する方法として、被検体表面の凹凸疵を魔鏡原理で検査する方法が知られている。特許文献1には、走行する平坦状の鋼板表面に収束光を照射し、鋼板表面で反射した光をスクリーンに投射することで、凹凸疵をスクリーン上で明暗パターンとして顕在化する方法が開示されている。この文献では、鋼板への入射角をθ、光源からの光の波長をλとした場合、cosθ/λを所定値以下にすると凹凸疵を顕在化できることが記載されている。また、特許文献1では、鋼板をロールに巻き付け、このロールに巻き付いている部分を測定することにより、走行する鋼板のパスライン変動の影響を避けることが記載されている。 As a method for automatically detecting minute irregularities on the surface, a method of inspecting irregularities on the surface of a subject by a magic mirror principle is known. Patent Document 1 discloses a method of irradiating a traveling flat steel sheet surface with convergent light and projecting the light reflected by the steel sheet surface onto a screen to make uneven defects manifest as a light-dark pattern on the screen. ing. In this document, it is described that when the angle of incidence on the steel sheet is θ and the wavelength of the light from the light source is λ, unevenness can be manifested by setting cos θ / λ to a predetermined value or less. Further, Patent Document 1 describes that the steel plate is wound around a roll and the portion wound around the roll is measured to avoid the influence of the pass line fluctuation of the traveling steel plate.

日本国特開2002−139447号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-139447

特許文献1に記載の方法で、鋼板のロールに巻き付けた部分に収束光を照射する方法では、収束光の収束点をロール外周と概略一致させるようにしない限り検出性能を一定に維持することができない。なお、特許文献1には、スクリーン上に投射される光学像の拡大倍率についての記載は無いが、ロール径が変化すると、ロール曲率変化に伴い反射光の拡大倍率が変わるため、この場合においても、検出性能を一定に維持することができない。 In the method described in Patent Document 1 in which the portion wound around the roll of the steel sheet is irradiated with the convergent light, the detection performance can be maintained constant unless the convergence point of the convergent light is substantially aligned with the outer circumference of the roll. Can not. Although Patent Document 1 does not describe the magnification of the optical image projected on the screen, when the roll diameter changes, the magnification of the reflected light changes as the roll curvature changes. Therefore, even in this case as well. , The detection performance cannot be maintained constant.

本発明の第1の態様によると、表面検査方法は、断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料を、中心軸を中心に回転させながら、前記試料に所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射した反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検査するものであって、前記試料に前記照射光の一部を照射するときには、前記試料の半径に応じて前記試料の表面への前記照射光の入射角度を調節し、半径が異なる前記試料に対して、前記スクリーンに形成される前記光学像の拡大倍率を一定にし、前記照射光の一部は、前記試料の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される
本発明の第2の態様によると、表面検査方法は、断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料を、中心軸を中心に回転させながら、前記試料に所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射した反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検査するものであって、前記試料に前記照射光の一部を照射するときには、前記試料の半径をR、前記試料の表面への前記照射光の入射角をθ、前記照射光の光軸と前記試料の稜線との距離をδとしたとき、δ=R(1−cosθ)の関係となるようにし、前記照射光の一部は、前記試料の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される。
本発明の第3の態様によると、表面検査方法は、断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料を、中心軸を中心に回転させながら、前記試料に所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射した反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、前記スクリーンに投射された前記光学像をラインセンサカメラで読み込み、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検査するものであって、前記試料を回転させるときには、前記試料の半径をR、前記スクリーン上での前記試料の周方向の拡大倍率をM、前記スクリーン上での前記ラインセンサカメラの画素寸法をc、前記ラインセンサカメラのスキャンレートをf、前記試料の回転速度をNとしたとき、N≦c・f(2πR・M)を満足する条件で、前記試料を回転し、前記照射光の一部は、前記試料の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される。
本発明の第の態様によると、表面検査装置は、断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料の前記凸状の表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射するとともに、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させる基準光として照射する照射部と、前記試料を、中心軸を中心に回転させながら保持する試料保持部と、前記試料の凸状の表面から反射した反射光に基づく光学像を形成するスクリーンと、前記スクリーンに形成された前記光学像を検出する検査光検出部と、前記検査光検出部で検出した前記光学像の前記基準光により特定される検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検出する処理部と、を備え、前記照射部は、前記試料の半径に応じて前記試料の表面への前記照射光の入射角度を調節し、半径が異なる前記試料に対して、前記スクリーンに形成される前記光学像の拡大倍率を一定にするように、前記試料に前記照射光の一部を照射し、前記照射部は、前記照射光の一部を、前記試料の被照射部の一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置までの領域を含み、前記一側縁に対する接線方向に向けて照射し、前記スクリーンは、前記特定位置で反射された反射光を含んで前記光学像を形成する
本発明の第5の態様によると、表面検査装置は、断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料の前記凸状の表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射するとともに、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させる基準光として照射する照射部と、前記試料を、中心軸を中心に回転させながら保持する試料保持部と、前記試料の凸状の表面から反射した反射光に基づく光学像を形成するスクリーンと、前記スクリーンに形成された前記光学像を検出する検査光検出部と、前記検査光検出部で検出した前記光学像の前記基準光により特定される検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検出する処理部と、を備え、前記照射部は、前記試料の半径をR、前記試料の表面への前記照射光の入射角をθ、前記照射光の光軸と前記試料の稜線との距離をδとしたとき、δ=R(1−cosθ)の関係となるように、前記試料に前記照射光の一部を照射し、前記照射部は、前記照射光の一部を、前記試料の被照射部の一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置までの領域を含み、前記一側縁に対する接線方向に向けて照射し、前記スクリーンは、前記特定位置で反射された反射光を含んで前記光学像を形成する。
本発明の第6の態様によると、表面検査装置は、断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料の前記凸状の表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射するとともに、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させる基準光として照射する照射部と、前記試料を、中心軸を中心に回転させながら保持する試料保持部と、前記試料の凸状の表面から反射した反射光に基づく光学像を形成するスクリーンと、前記スクリーンに形成された前記光学像をラインセンサカメラで読み込んで検出する検査光検出部と、前記検査光検出部で検出した前記光学像の前記基準光により特定される検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検出する処理部と、を備え、前記試料保持部は、前記試料の半径をR、前記スクリーン上での前記試料の周方向の拡大倍率をM、前記スクリーン上での前記ラインセンサカメラの画素寸法をc、前記ラインセンサカメラのスキャンレートをf、前記試料の回転速度をNとしたとき、N≦c・f(2πR・M)を満足する条件で、前記試料を回転し、前記照射部は、前記照射光の一部を、前記試料の被照射部の一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置までの領域を含み、前記一側縁に対する接線方向に向けて照射し、前記スクリーンは、前記特定位置で反射された反射光を含んで前記光学像を形成する。
本発明の第の態様によると、断面外周形状が円形であり凸状の表面を持つ製品の製造方法は、前記凸状の表面を加工し、前記製品を中心軸を中心に回転させながら、加工された前記凸状表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射させた反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検査し、検査した前記製品の表面状態に基づき、前記製品の良否を判定し、判定結果に基づき前記製品を次の工程に移し、前記凸状表面に前記照射光の一部を照射するときには、前記製品の半径に応じて前記凸状表面への前記照射光の入射角度を調節し、半径が異なる前記製品に対して、前記スクリーンに形成される前記光学像の拡大倍率を一定にし、前記照射光の一部は、前記製品の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される
本発明の第8の態様によると、断面外周形状が円形であり凸状の表面を持つ製品の製造方法は、前記凸状の表面を加工し、前記製品を中心軸を中心に回転させながら、加工された前記凸状表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射させた反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検査し、検査した前記製品の表面状態に基づき、前記製品の良否を判定し、判定結果に基づき前記製品を次の工程に移し、前記凸状表面に前記照射光の一部を照射するときには、前記試料の半径をR、前記試料の表面への前記照射光の入射角をθ、前記照射光の光軸と前記試料の稜線との距離をδとしたとき、δ=R(1−cosθ)の関係となるようにし、前記照射光の一部は、前記製品の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される。
本発明の第9の態様によると、断面外周形状が円形であり凸状の表面を持つ製品の製造方法は、前記凸状の表面を加工し、前記製品を中心軸を中心に回転させながら、加工された前記凸状表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射させた反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、前記スクリーンに投射された前記光学像をラインセンサカメラで読み込み、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検査し、検査した前記製品の表面状態に基づき、前記製品の良否を判定し、判定結果に基づき前記製品を次の工程に移し、前記試料を回転させるときには、前記試料の半径をR、前記スクリーン上での前記試料の周方向の拡大倍率をM、前記スクリーン上での前記ラインセンサカメラの画素寸法をc、前記ラインセンサカメラのスキャンレートをf、前記試料の回転速度をNとしたとき、N≦c・f(2πR・M)を満足する条件で、前記試料を回転し、前記照射光の一部は、前記製品の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される。
According to the first aspect of the present invention, in the surface inspection method, a sample having a circular outer peripheral shape and a convex surface is rotated about a central axis, and the sample has a predetermined width and a predetermined thickness. A part of the irradiation light having a sill is irradiated, the reflected light reflected on the convex surface is projected onto the screen to form an optical image, and the irradiation light excluding a part of the irradiation light is projected into the convex shape. The surface condition of the sample is inspected based on the reflected light intensity distribution of the inspection point of the optical image specified by the reference light, and the surface state of the sample is inspected . When irradiating a part of the sample, the incident angle of the irradiation light on the surface of the sample is adjusted according to the radius of the sample, and the optical image formed on the screen is enlarged with respect to the samples having different radii. With a constant magnification, a part of the irradiation light is irradiated toward a region including one side edge of the irradiated portion of the sample and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge. The reflected light is projected onto the screen including the inspection portion due to the reflected light reflected at the specific position .
According to the second aspect of the present invention, in the surface inspection method, a sample having a circular outer peripheral shape and a convex surface is rotated about a central axis, and the sample has a predetermined width and a predetermined thickness. A part of the irradiation light having a sill is irradiated, the reflected light reflected by the convex surface is projected onto the screen to form an optical image, and the irradiation light excluding a part of the irradiation light is projected into the convex shape. The surface condition of the sample is inspected based on the reflected light intensity distribution of the inspection point of the optical image specified by the reference light, and the surface state of the sample is inspected. When irradiating a part, δ, where R is the radius of the sample, θ is the angle of incidence of the irradiation light on the surface of the sample, and δ is the distance between the optical axis of the irradiation light and the ridgeline of the sample. = R (1-cosθ), and a part of the irradiation light is specified to be separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of one side edge and the one side edge of the irradiated portion of the sample. The screen is irradiated toward a region including a position, and the reflected light is projected onto the screen including the inspection point by the reflected light reflected at the specific position.
According to the third aspect of the present invention, in the surface inspection method, a sample having a circular outer peripheral shape and a convex surface is rotated about a central axis, and the sample has a predetermined width and a predetermined thickness. A part of the irradiation light having a sill is irradiated, the reflected light reflected by the convex surface is projected onto a screen to form an optical image, and the optical image projected on the screen is read by a line sensor camera. The irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be used as a reference light, and the surface of the sample is based on the reflected light intensity distribution of the inspection portion of the optical image specified by the reference light. The state is inspected, and when the sample is rotated, the radius of the sample is R, the magnification in the circumferential direction of the sample on the screen is M, and the pixels of the line sensor camera on the screen. When the dimension is c, the scan rate of the line sensor camera is f, and the rotation speed of the sample is N, the sample is rotated under the condition of satisfying N ≦ c · f (2πR · M), and the irradiation light is emitted. A part of is irradiated toward a region including one side edge of the irradiated portion of the sample and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge, and the screen is provided with the specific portion. The reflected light is projected including the inspection point due to the reflected light reflected at the position.
According to the fourth aspect of the present invention, the surface inspection apparatus is a surface inspection device for irradiating the convex surface of a sample having a circular cross-sectional outer peripheral shape and a convex surface with a predetermined width and a predetermined thickness. The irradiation unit that irradiates a part of the irradiation light and irradiates the irradiation light excluding a part of the irradiation light as a reference light that passes through the convex surface, and the sample are held while rotating around the central axis. A sample holding unit, a screen that forms an optical image based on the reflected light reflected from the convex surface of the sample, an inspection light detection unit that detects the optical image formed on the screen, and the inspection light detection unit. The irradiation unit includes a processing unit that detects the surface state of the sample based on the reflected light intensity distribution of the inspection portion specified by the reference light of the optical image detected in the above, and the irradiation unit corresponds to the radius of the sample. The irradiation light is applied to the sample so that the incident angle of the irradiation light on the surface of the sample is adjusted so that the magnification of the optical image formed on the screen is constant for the samples having different radii. The irradiated portion includes a region of a part of the irradiated light from the position of one side edge of the irradiated portion of the sample to a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction. Irradiating in the tangential direction with respect to the one side edge, the screen forms the optical image including the reflected light reflected at the specific position .
According to a fifth aspect of the present invention, the surface inspection apparatus is a surface inspection device for irradiating light having a predetermined width and a predetermined thickness on the convex surface of a sample having a circular cross-sectional outer peripheral shape and a convex surface. The irradiation unit that irradiates a part of the irradiation light and irradiates the irradiation light excluding a part of the irradiation light as a reference light that passes through the convex surface, and the sample are held while rotating around the central axis. A sample holding unit, a screen that forms an optical image based on the reflected light reflected from the convex surface of the sample, an inspection light detection unit that detects the optical image formed on the screen, and the inspection light detection unit. The irradiation unit includes a processing unit that detects the surface state of the sample based on the reflected light intensity distribution of the inspection portion specified by the reference light of the optical image detected in the above, and the irradiation unit has a radius of the sample R. When the angle of incidence of the irradiation light on the surface of the sample is θ and the distance between the optical axis of the irradiation light and the ridgeline of the sample is δ, the relationship is δ = R (1-cosθ). The sample is irradiated with a part of the irradiation light, and the irradiation unit is a specific position in which a part of the irradiation light is separated from the position of one side edge of the irradiated portion of the sample by a predetermined length in the thickness direction. The screen includes the reflected light reflected at the specific position to form the optical image.
According to the sixth aspect of the present invention, the surface inspection apparatus is a surface inspection device for irradiating the convex surface of a sample having a circular cross-sectional outer peripheral shape and a convex surface with a predetermined width and a predetermined thickness. The irradiation unit that irradiates a part of the irradiation light and irradiates the irradiation light excluding a part of the irradiation light as a reference light that passes through the convex surface, and the sample are held while rotating around the central axis. A sample holding unit, a screen that forms an optical image based on the reflected light reflected from the convex surface of the sample, and an inspection light detecting unit that reads and detects the optical image formed on the screen with a line sensor camera. The sample holding unit includes a processing unit that detects the surface state of the sample based on the reflected light intensity distribution of the inspection portion specified by the reference light of the optical image detected by the inspection light detecting unit. The radius of the sample is R, the magnification in the circumferential direction of the sample on the screen is M, the pixel size of the line sensor camera on the screen is c, the scan rate of the line sensor camera is f, and the sample. When the rotation speed of the sample is N, the sample is rotated under the condition that N ≦ c · f (2πRM · M) is satisfied, and the irradiation unit uses a part of the irradiation light as the irradiated portion of the sample. The screen includes the region from the position of one side edge to a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction, irradiates the light in the tangential direction with respect to the one side edge, and the screen reflects the reflected light at the specific position. To form the optical image.
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a product having a circular outer peripheral shape and a convex surface, the convex surface is processed and the product is rotated about a central axis while rotating the product. The processed convex surface is irradiated with a part of the irradiation light having a predetermined width and a predetermined thickness, and the reflected light reflected by the convex surface is projected onto the screen to form an optical image. Then, the irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be used as a reference light, and the sample is based on the reflected light intensity distribution of the inspection portion of the optical image specified by the reference light. and inspecting the surface state, based on the surface condition of the products examined, to determine the quality of the product, to transfer the products on the basis of the determination result to the next step, a part of the irradiation light on the convex surface When irradiating, the incident angle of the irradiation light on the convex surface is adjusted according to the radius of the product, and the magnification of the optical image formed on the screen is constant for the products having different radii. Then, a part of the irradiation light is irradiated toward a region including one side edge of the irradiated portion of the product and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge, and the screen. Is projected with the reflected light including the inspection portion due to the reflected light reflected at the specific position .
According to an eighth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a product having a circular outer peripheral shape and a convex surface, the convex surface is processed and the product is rotated about a central axis while rotating the product. The processed convex surface is irradiated with a part of the irradiation light having a predetermined width and a predetermined thickness, and the reflected light reflected by the convex surface is projected onto the screen to form an optical image. Then, the irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be used as a reference light, and the sample is based on the reflected light intensity distribution of the inspection point of the optical image specified by the reference light. The surface condition is inspected, the quality of the product is determined based on the surface condition of the inspected product, the product is moved to the next step based on the determination result, and a part of the irradiation light is irradiated on the convex surface. When the radius of the sample is R, the angle of incidence of the irradiation light on the surface of the sample is θ, and the distance between the optical axis of the irradiation light and the ridgeline of the sample is δ, δ = R (1). -Cosθ), and a part of the irradiation light is a region including one side edge of the irradiated portion of the product and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge. The reflected light is projected onto the screen including the inspection portion due to the reflected light reflected at the specific position.
According to the ninth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a product having a circular outer peripheral shape and a convex surface, the convex surface is processed and the product is rotated about a central axis while rotating the product. The processed convex surface is irradiated with a part of the irradiation light having a predetermined width and a predetermined thickness, and the reflected light reflected by the convex surface is projected onto the screen to form an optical image. Then, the optical image projected on the screen is read by a line sensor camera, and the irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be a reference light, and is specified by the reference light. The surface condition of the sample is inspected based on the reflected light intensity distribution of the inspection portion of the optical image, the quality of the product is determined based on the surface condition of the inspected product, and the product is subjected to the next step based on the determination result. When rotating the sample, the radius of the sample is R, the magnification of the sample in the circumferential direction on the screen is M, the pixel size of the line sensor camera on the screen is c, and the line. When the scan rate of the sensor camera is f and the rotation speed of the sample is N, the sample is rotated under the condition of satisfying N ≦ c · f (2πRM · M), and a part of the irradiation light is the said. The light is emitted toward a region including one side edge of the irradiated portion of the product and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge, and the screen reflects the reflection reflected at the specific position. The reflected light is projected including the inspection portion by light.

本発明によれば、試料の凸状の表面の曲率がある程度異なっても、検出性能を一定に維持することが可能である。 According to the present invention, it is possible to maintain a constant detection performance even if the curvature of the convex surface of the sample differs to some extent.

本発明の表面欠陥検査装置の第1の実施形態の構成を示す平面図。The plan view which shows the structure of the 1st Embodiment of the surface defect inspection apparatus of this invention. 図1に示す表面欠陥検査装置の側面図。FIG. 5 is a side view of the surface defect inspection apparatus shown in FIG. 被検査試料である試料の表面に照射光を照射した状態における光学像を説明するための拡大図。An enlarged view for explaining an optical image in a state where the surface of a sample to be inspected is irradiated with irradiation light. スクリーン上における光学像の観察位置をレーザ発振器側から観た平面図。A plan view of the observation position of the optical image on the screen as viewed from the laser oscillator side. ラインセンサカメラで取得した光学像の平面模式図であり、(a)は試料の半径11mmの場合、(b)は試料の半径14mmの場合。It is a plan view of an optical image acquired by a line sensor camera, (a) is a case where the radius of a sample is 11 mm, and (b) is a case where a radius of a sample is 14 mm. 異なる半径の試料の光学像および検査条件を対比して示す図。The figure which contrasts the optical image and the inspection condition of the sample of a different radius. 試料の特定位置Pに対するY軸からの角度θ−拡大倍率の関係を示す特性図。The characteristic diagram which shows the relationship of the angle θ-magnification with respect to a specific position P of a sample from the Y axis. 本発明の第2の実施形態に関する図であり、拡大倍率を一定(20倍)とした場合の、異なる半径の試料の光学像および検査条件を対比して示す図。It is a figure concerning the 2nd Embodiment of this invention, and is the figure which shows the optical image and the inspection condition of the sample of a different radius when the magnification is constant (20 times) in comparison. 本発明の第2の実施形態によって取得した光学像の平面模式図であり、(a)は試料の半径R=11mmの場合、(b)は試料の半径R=14mmの場合。It is a plan view of the optical image acquired by the 2nd Embodiment of this invention, (a) is the case of a sample radius R = 11 mm, (b) is the case of a sample radius R = 14 mm. 本発明の表面欠陥検査装置の第3の実施形態の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of the 3rd Embodiment of the surface defect inspection apparatus of this invention. 第3の実施形態における試料の照明領域と観察領域との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the illumination area and the observation area of a sample in 3rd Embodiment. 図10に示す2つのラインセンサカメラで検出した光学像の平面模式図であり、(a)はラインセンサカメラ107で検出した光学像、(b)はラインセンサカメラ120で検出した光学像。It is a plan view of the optical image detected by the two line sensor cameras shown in FIG. 10, (a) is an optical image detected by the line sensor camera 107, and (b) is an optical image detected by the line sensor camera 120. 本発明の第4の実施形態を示し、光源側から見たスクリーン側の平面図。A plan view of the screen side as seen from the light source side, showing a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態の表面欠陥検査装置全体の構成を示す平面図。The plan view which shows the structure of the whole surface defect inspection apparatus of 4th Embodiment of this invention. 図14に図示されたフォトダイオードとマスクの斜視図。FIG. 4 is a perspective view of the photodiode and mask illustrated in FIG. 照射光の強度分布を示す図であり、(a)はY軸からの距離−相対強度の特性図、(b)はY軸からの距離−積算光量の特性図。It is a figure which shows the intensity distribution of the irradiation light. FIG. 本発明の表面欠陥検査装置の第5の実施形態の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of the 5th Embodiment of the surface defect inspection apparatus of this invention. 本発明の第5の実施形態の変形例の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of the modification of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態を示し、本発明による表面検査システム構成図。FIG. 6 is a configuration diagram of a surface inspection system according to the present invention, showing a sixth embodiment of the present invention. 本発明の表面欠陥検査装置の第7の実施形態の構成を示す側面図。The side view which shows the structure of 7th Embodiment of the surface defect inspection apparatus of this invention. 円筒状の試料の表面で反射された反射光により形成される光学像がスクリーン上に拡大して投射される状態を示す本発明の原理を説明するための図。The figure for demonstrating the principle of this invention which shows the state which the optical image formed by the reflected light reflected on the surface of a cylindrical sample is magnified and projected on the screen. 図21に図示された試料上の照射領域を示す図。The figure which shows the irradiation area on the sample illustrated in FIG. 21. 図21において、特定位置Pに対するY軸からの角度θ−拡大倍率Mの関係を示す特性図。FIG. 21 is a characteristic diagram showing the relationship between the angle θ from the Y axis and the magnification M with respect to the specific position P. 本発明の表面欠陥検査装置をピストンロッドの製造工程に適用した工程の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the process which applied the surface defect inspection apparatus of this invention to the manufacturing process of a piston rod.

本発明によると、検出性能を一定に維持することが可能である。 According to the present invention, it is possible to maintain a constant detection performance.

上記目的を達成する原理について説明する。
図21は、円筒状の試料の表面で反射された反射光により形成される光学像がスクリーン上に拡大して投射される状態を示す図であり、図22は、図21に図示された試料上の照射領域を示す図である。
被検査体である試料150は、中心軸Oを有する断面形状が円、すなわち、円柱状または円筒状の部材である。図21は、試料150を軸方向に対して直交する面で切断した図である。試料150は、Y軸上に頂点Aを有する。
なお、以下の説明において、X方向、Y方向、Z方向は、それぞれ、図示の通りとする。Y方向とZ方向は直交しており、X方向はY方向およびZ方向と直交している。Y軸は、試料150の中心軸と頂点Aを結ぶ直線上に位置している。
The principle of achieving the above object will be described.
FIG. 21 is a diagram showing a state in which an optical image formed by reflected light reflected on the surface of a cylindrical sample is magnified and projected on a screen, and FIG. 22 is a diagram showing a state in which the sample shown in FIG. 21 is projected. It is a figure which shows the upper irradiation area.
The sample 150 to be inspected is a member having a central axis O and having a circular cross-sectional shape, that is, a columnar or cylindrical member. FIG. 21 is a view of the sample 150 cut along a plane orthogonal to the axial direction. Sample 150 has a vertex A on the Y-axis.
In the following description, the X direction, the Y direction, and the Z direction are as shown in the drawings. The Y direction and the Z direction are orthogonal to each other, and the X direction is orthogonal to the Y direction and the Z direction. The Y-axis is located on a straight line connecting the central axis of the sample 150 and the apex A.

試料150には、幅(X方向の長さ)W×厚さ(Y方向の長さ)t1の帯状の照射光151が照射される。照射光151の厚さt1は、試料150の半径Rより小さい。照射光151の光軸151aは、XZ面と平行である。照射光151は、Y方向における試料150の頂点Aの上方から試料150の外周表面の照明入射点Bまでの厚さt1の範囲に照射されている。つまり、照射光151は、試料150の頂点Aに対し接点となる光線を含んでいる。この光線は、照射光151の光軸151aとほぼ平行である。従って、照射光151は、試料150の頂点Aに対する接線方向から照射されている。照射光151の光軸151aは、Y方向において、試料150の頂点Aと照明入射点Bとの間の、試料150の外周表面の点Pに位置している。 The sample 150 is irradiated with a band-shaped irradiation light 151 having a width (length in the X direction) W × a thickness (length in the Y direction) t1. The thickness t1 of the irradiation light 151 is smaller than the radius R of the sample 150. The optical axis 151a of the irradiation light 151 is parallel to the XZ plane. The irradiation light 151 is irradiated in a range of thickness t1 from above the apex A of the sample 150 in the Y direction to the illumination incident point B on the outer peripheral surface of the sample 150. That is, the irradiation light 151 includes a light ray that becomes a contact point with respect to the apex A of the sample 150. This light ray is substantially parallel to the optical axis 151a of the irradiation light 151. Therefore, the irradiation light 151 is irradiated from the tangential direction with respect to the apex A of the sample 150. The optical axis 151a of the irradiation light 151 is located at a point P on the outer peripheral surface of the sample 150 between the apex A of the sample 150 and the illumination incident point B in the Y direction.

試料150の照射光151に照射される側の反対側には、試料150の中心軸OからLだけ離間した位置にスクリーン152が配置されている。スクリーン152は、XY面と平行に配置されている。
照射光151の一部は、試料150の外周表面の円弧部ABに照射される。また、照射光151の、試料150の頂点Aより上方の残りの一部は、基準光として試料150の外周表面を通過して直接、スクリーン152に照射され基準像を形成する。頂点Aに接する光線がスクリーン152に投射される点をS0とすると、試料150の頂点Aとスクリーン152上に投射された点S0とは、Y方向において同一の高さとなる。スクリーン152上の点S0を、基準位置として定義する。従って、基準像位置S0より下方の照射光151は、すべて、試料150の外周表面の円弧部ABに、幅Wの帯状に照射されることになる。図22には、試料150の外周表面の円弧部ABに照射される照射領域153に斜線のハッチングを施してある。なお、照射光151は、不図示の照射光源からシリンドリカルレンズ160を介して試料150およびスクリーン152に向けて照射される。
On the opposite side of the sample 150 to the side irradiated with the irradiation light 151, the screen 152 is arranged at a position separated by L from the central axis O of the sample 150. The screen 152 is arranged parallel to the XY plane.
A part of the irradiation light 151 irradiates the arc portion AB on the outer peripheral surface of the sample 150. Further, the remaining part of the irradiation light 151 above the apex A of the sample 150 passes through the outer peripheral surface of the sample 150 as the reference light and is directly irradiated to the screen 152 to form a reference image. Assuming that the point where the light beam in contact with the apex A is projected on the screen 152 is S0, the apex A of the sample 150 and the point S0 projected on the screen 152 have the same height in the Y direction. The point S0 on the screen 152 is defined as the reference position. Therefore, all the irradiation light 151 below the reference image position S0 irradiates the arc portion AB on the outer peripheral surface of the sample 150 in a band shape having a width W. In FIG. 22, the irradiation region 153 irradiated to the arc portion AB on the outer peripheral surface of the sample 150 is hatched with diagonal lines. The irradiation light 151 is emitted from an irradiation light source (not shown) toward the sample 150 and the screen 152 via the cylindrical lens 160.

図21において、試料150の点PのY軸に対する角度をθとする。試料150の点Pを特定位置と定義する。上述したように、照射光151の光軸151aの位置は特定位置Pに一致している。特定位置Pにおける照射光151の入射角と反射角は共にu1である。特定位置Pで反射した光線はスクリーン152上の点S1に到達する。特定位置Pからの反射光の仰角をφ1とすれば、スクリーン152上における基準位置S0から点S1までの高さh1は式(1)によって求めることができる。
h1=tan(φ1)・(L+R・sinθ)−R(1−cosθ)…(1)
ここで、φ1=180−2・u1、またu1=90−θである。従って、φ1=2θである。なお、スクリーン152に直接照射される照射光151の厚さt2は、t1/2−R(1−cosθ)となる。
In FIG. 21, the angle of the point P of the sample 150 with respect to the Y axis is defined as θ. The point P of the sample 150 is defined as a specific position. As described above, the position of the optical axis 151a of the irradiation light 151 coincides with the specific position P. The incident angle and the reflection angle of the irradiation light 151 at the specific position P are both u1. The light beam reflected at the specific position P reaches the point S1 on the screen 152. Assuming that the elevation angle of the reflected light from the specific position P is φ1, the height h1 from the reference position S0 to the point S1 on the screen 152 can be obtained by the equation (1).
h1 = tan (φ1) · (L + R · sinθ) -R (1-cosθ) ... (1)
Here, φ1 = 180-2 · u1 and u1 = 90-θ. Therefore, φ1 = 2θ. The thickness t2 of the irradiation light 151 directly applied to the screen 152 is t1 / 2-R (1-cosθ).

また、特定位置Pから微小角度だけ移動した円弧部AB上の点Qにおいては、照射光151の入射角と反射角は共にu2であり、点Qで反射した光線はスクリーン152上の点S2に到達する。点Qからの反射光の仰角をφ2とすれば、スクリーン152上における基準位置S0から点S2までの高さh2は式(2)によって求めることができる。
h2=tan(φ2)・(L+R・sin(θ+α))−R(1−cos(θ+α))……(2)
ここで、φ2=180−2・u2、またu2=90−(θ+α)である。従って、φ2=2(θ+α)である。なお、αは、円弧部PQに対する中心角である。
同様に、試料150の外周上の照明入射点Bで反射した光線はスクリーン152上の点S3に到達する。従って、円弧部AB上に照射された照射光は、スクリーン152上の点S0〜S3の範囲に投射される。本発明では、いわゆる魔鏡原理を利用し、試料150外周表面の凹凸部をスクリーン152上に投射される反射光の陰影として顕在化する。
Further, at the point Q on the arc portion AB moved from the specific position P by a minute angle, the incident angle and the reflection angle of the irradiation light 151 are both u2, and the light ray reflected at the point Q is at the point S2 on the screen 152. To reach. Assuming that the elevation angle of the reflected light from the point Q is φ2, the height h2 from the reference position S0 to the point S2 on the screen 152 can be obtained by the equation (2).
h2 = tan (φ2) ・ (L + R ・ sin (θ + α)) −R (1-cos (θ + α)) …… (2)
Here, φ2 = 180-2 · u2 and u2 = 90− (θ + α). Therefore, φ2 = 2 (θ + α). Note that α is a central angle with respect to the arc portion PQ.
Similarly, the light beam reflected at the illumination incident point B on the outer circumference of the sample 150 reaches the point S3 on the screen 152. Therefore, the irradiation light radiated on the arc portion AB is projected in the range of points S0 to S3 on the screen 152. In the present invention, the so-called magic mirror principle is used to manifest the uneven portion on the outer peripheral surface of the sample 150 as a shadow of the reflected light projected on the screen 152.

詳細は実施形態として後述するが、式(1)により算出される、試料150の特定位置Pの反射光がスクリーン152上に投射される点S1の基準位置S0からの高さh1は、図6に示すように、半径Rが11mmの場合、7.4mmであり、半径Rが14mmの場合で7.42mmである。つまり、半径Rが11mmと14mmとの場合のh1の差は、0.02mmに過ぎない。この値は、スクリーン152上でのラインセンサカメラ107(図2参照)の1画素の画素寸法c(例えば、55μm程度)より小さい。このため、半径Rがある程度異なる場合であっても、試料150の特定位置Pの設定位置(設定高さ)を調整することなく、スクリーン152上の点S1に投射される光学像を観察することが可能である。 Details will be described later as an embodiment, but the height h1 from the reference position S0 of the point S1 at which the reflected light at the specific position P of the sample 150 is projected onto the screen 152, which is calculated by the equation (1), is shown in FIG. As shown in the above, when the radius R is 11 mm, it is 7.4 mm, and when the radius R is 14 mm, it is 7.42 mm. That is, the difference in h1 when the radii R are 11 mm and 14 mm is only 0.02 mm. This value is smaller than the pixel size c (for example, about 55 μm) of one pixel of the line sensor camera 107 (see FIG. 2) on the screen 152. Therefore, even if the radii R are different to some extent, the optical image projected on the point S1 on the screen 152 can be observed without adjusting the set position (set height) of the specific position P of the sample 150. Is possible.

次に、試料150上の微小領域(円弧部PQ)の拡大倍率を算出する。円弧部PQをdと置けば、スクリーン152上での周方向の拡大倍率Mは式(3)で得られる。
M=(h2−h1)/d ……(3)
h1とh2は、それぞれ、式1(1)、式(2)から求められる。特定位置Pに対して照射光151の入射角が90°に近い程欠陥検出感度が高くなる。このため、θを概ね5°以下の条件で検査すると仮定すれば、式(1)の第2項であるR(1−cosθ)≒0として扱うことができる。さらに、L>>Rとして考えれば、(L+R・sin(θ+α))≒Lと近似できる。従って、式(3)は式(4)に簡略化して解釈可能である。
M=L(tan(φ2)−tan(φ1))/d ……(4)
Next, the magnification of the minute region (arc portion PQ) on the sample 150 is calculated. If the arc portion PQ is set as d, the magnification M in the circumferential direction on the screen 152 can be obtained by the equation (3).
M = (h2-h1) / d …… (3)
h1 and h2 are obtained from the formulas 1 (1) and (2), respectively. The closer the incident angle of the irradiation light 151 to the specific position P is to 90 °, the higher the defect detection sensitivity. Therefore, assuming that θ is inspected under the condition of approximately 5 ° or less, it can be treated as R (1-cos θ) ≈ 0, which is the second term of the equation (1). Further, if L >> R is considered, it can be approximated as (L + R · sin (θ + α)) ≈ L. Therefore, Eq. (3) can be simplified and interpreted as Eq. (4).
M = L (tan (φ2) -tan (φ1)) / d …… (4)

上述の通り、φ1=2θ、φ2=2(θ+α)である。また、α=360・d/2πRである。従って、微小領域として取り扱う円弧部PQ、即ちdの寸法が一定であれば、θまたはLの増大に伴い拡大倍率Mが大きくなることが分かる。すなわち、Lが一定の条件下では、試料150上の光学像(欠陥がある場合には欠陥の光学像)がスクリーン152に投射されたとき、スクリーン152上の高さ(Y方向の位置)によって拡大倍率が異なる。 As described above, φ1 = 2θ and φ2 = 2 (θ + α). Further, α = 360 · d / 2πR. Therefore, if the dimension of the arc portion PQ treated as a minute region, that is, d is constant, it can be seen that the enlargement magnification M increases as θ or L increases. That is, under conditions where L is constant, when the optical image on the sample 150 (or the optical image of the defect if there is a defect) is projected onto the screen 152, the height on the screen 152 (position in the Y direction) determines. The magnification is different.

図23は、特定位置Pに対するY軸からの角度θ−拡大倍率Mの関係を示す特性図である。図23では、試料の半径R=8mm(○印)、R=11mm(□印)、R=15mm(△印)それぞれの場合について、d=0.01mm、L=50mmとして式(3)からθと拡大倍率Mの相関を算出した結果を示す。図23に示されるように、試料150における特定位置PのY軸からの角度θの増大(特定位置Pにおける照明入射角u1が小さくなることに相当)に伴い、拡大倍率Mが増加する。θの増大に伴ってh1が大きくなることが式(1)からも読み取ることができる。 FIG. 23 is a characteristic diagram showing the relationship between the angle θ from the Y axis and the magnification M with respect to the specific position P. In FIG. 23, for each case of sample radius R = 8 mm (○ mark), R = 11 mm (□ mark), and R = 15 mm (△ mark), d = 0.01 mm and L = 50 mm from the formula (3). The result of calculating the correlation between θ and the magnification M is shown. As shown in FIG. 23, the magnification M increases as the angle θ of the specific position P in the sample 150 from the Y axis increases (corresponding to a decrease in the illumination incident angle u1 at the specific position P). It can be read from the equation (1) that h1 increases as θ increases.

図23を参照して、試料150の半径Rが8mm、11mm、15mmの3種類を比較すると、半径Rが小さい程、スクリーン152上での拡大倍率Mが大きくなる。また、図23には、数値を表示していないが、特定位置Pの照明入射角度u1が85°(θ=5°)となる時の拡大倍率Mは、R=8mmの時13.16倍、R=11mmの時9.65倍、R=15mmの時6.67倍である。スクリーン152上でそれぞれの拡大倍率Mが得られる点S1の位置は式(1)から算出可能であり、R=8mmの時h1=8.91mm、R=11mmの時h1=8.94mm、R=15mmのh1=8.99mmである。 Comparing the three types of the sample 150 having a radius R of 8 mm, 11 mm, and 15 mm with reference to FIG. 23, the smaller the radius R, the larger the magnification M on the screen 152. Further, although the numerical value is not displayed in FIG. 23, the magnification M when the illumination incident angle u1 at the specific position P is 85 ° (θ = 5 °) is 13.16 times when R = 8 mm. , 9.65 times when R = 11 mm, and 6.67 times when R = 15 mm. The position of the point S1 from which each magnification factor M is obtained on the screen 152 can be calculated from the equation (1), h1 = 8.91 mm when R = 8 mm, h1 = 8.94 mm when R = 11 mm, R. = 15 mm h1 = 8.99 mm.

図23から、さらに、異径の試料150の外周表面を同一の拡大倍率Mで観察するための条件を得ることができる。例えば、外周表面を20倍に拡大して観察するためのθは、R=8mmの時17.6°、R=11mmの時22.3°、R=15mmの25.7°である。これらを式(1)に代入すれば、スクリーン152上のそれぞれの観察位置である高さh1が求まる。R=8mmの時h1=36.60mm、R=11mmの時h1=52.60mm、R=15mmの時h1=69.30mmである。
このように、試料150の半径R、試料150からスクリーン152までの距離L、特定位置Pに対する角度θ、特定位置Pから反射した光線のスクリーン152上における位置S1、点S1における観察倍率Mについての相関を正確に得ることができる。このため、詳細は後述するが、図8に示すように、試料150の半径Rが異なる場合において、試料150の半径Rの大きさに応じて試料150の表面への照射光151の照明入射角u1を調節することにより、スクリーン152に形成される光学像の拡大倍率Mを一定にすることが可能となる。つまり、試料の半径Rがある程度異なっても一定の検出精度を維持することが可能となる。
From FIG. 23, it is possible to further obtain the conditions for observing the outer peripheral surface of the sample 150 having a different diameter at the same magnification M. For example, θ for observing the outer peripheral surface magnified 20 times is 17.6 ° when R = 8 mm, 22.3 ° when R = 11 mm, and 25.7 ° when R = 15 mm. By substituting these into the equation (1), the height h1 which is each observation position on the screen 152 can be obtained. When R = 8 mm, h1 = 36.60 mm, when R = 11 mm, h1 = 52.60 mm, and when R = 15 mm, h1 = 69.30 mm.
As described above, the radius R of the sample 150, the distance L from the sample 150 to the screen 152, the angle θ with respect to the specific position P, the position S1 of the light rays reflected from the specific position P on the screen 152, and the observation magnification M at the point S1. The correlation can be obtained accurately. Therefore, although the details will be described later, as shown in FIG. 8, when the radius R of the sample 150 is different, the illumination incident angle of the irradiation light 151 on the surface of the sample 150 depends on the size of the radius R of the sample 150. By adjusting u1, the magnification M of the optical image formed on the screen 152 can be made constant. That is, it is possible to maintain a constant detection accuracy even if the radius R of the sample is different to some extent.

−第1の実施形態−
図1〜図6を参照して、本発明の第1の実施形態を説明する。
図1は、本発明の表面欠陥検査装置の第1の実施形態の構成を示す平面図であり、図2は、図1に示す表面欠陥検査装置の側面図である。
被検査対象である試料100は、例えば、ショックアブソーバに用いられるピストンロッドである。スプリングとショックアブソーバは、サスペンションストラットアセンブリとして自動車の車体に組み込まれる。ピストンロッドは、気密性の高いシリンダ内部を円筒摺動面でシールする円筒状の構造部品であり、その表面に数umの凹凸が存在すると、サスペンションシステムのオイル漏れの原因となる。従ってその真円度、円筒度はマイクロメートルオーダーで管理されており、表面の算術平均粗さ(Ra)は、0.05um以下である。ピストンロッドはS25C等の低炭素鋼を素材とした円筒部品であり、焼入れと成形工程経た後、表面処理を施してその表面を平坦に仕上げてから組立工程に投入される。被検査対象である試料(以下、単に「試料」という)100であるピストンロッドは、一般的に、直径22mm程度、全長250mm程度に形成されている。試料100の両端には、機械的な取り合いのための接続部100a、100bが形成されている。両端の接続部100a、100bは検査対象外である。
− First Embodiment −
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the first embodiment of the surface defect inspection device of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the surface defect inspection device shown in FIG.
The sample 100 to be inspected is, for example, a piston rod used for a shock absorber. The springs and shock absorbers are incorporated into the vehicle body as suspension strut assemblies. The piston rod is a cylindrical structural component that seals the inside of a highly airtight cylinder with a cylindrical sliding surface, and the presence of several um of unevenness on the surface causes oil leakage in the suspension system. Therefore, the roundness and cylindricity are controlled on the order of micrometers, and the arithmetic mean roughness (Ra) of the surface is 0.05 um or less. The piston rod is a cylindrical part made of low carbon steel such as S25C, and is subjected to a quenching and forming process, and then surface-treated to make the surface flat, and then put into the assembly process. The piston rod, which is the sample (hereinafter, simply referred to as “sample”) 100 to be inspected, is generally formed to have a diameter of about 22 mm and a total length of about 250 mm. Connection portions 100a and 100b for mechanical connection are formed at both ends of the sample 100. The connection portions 100a and 100b at both ends are not subject to inspection.

表面欠陥検査装置1は、試料100にレーザ光(照射光)を照射するレーザ発振器104、パウエルレンズ105、シリンドリカルレンズ106、ローラ101a、101b、ラインセンサカメラ107、TVカメラレンズ108およびにスクリーン102を備えている。
試料100は、ローラ101aおよび101bに跨って搭載されている。ローラ101aとローラ101bは、同径を有し、軸心をX軸に平行にした状態で、Y方向に同一の高さ位置に、Z方向に離間して配置されている。試料100は、ローラ101aとローラ101bとの境界部の中心線上に軸心が配置されるように、ローラ101a上とローラ101b上に搭載されている。ローラ101aは、モータ103に連結されている。ローラ101bは、軸心に対し、フリーに回転可能となっている。モータ103を回転駆動することで、ローラ101aが回転し、試料100およびローラ101bが回転する。つまり、モータ103の回転を制御することで、試料100を任意の速度で回転制御可能な構成となっている。
なお、図示はしないが、ローラ101aおよびローラ101bは、移動ステージに装着されており、一体的に上下方向(Y方向)に移動可能とされている。
The surface defect inspection device 1 includes a laser oscillator 104, a Powell lens 105, a cylindrical lens 106, rollers 101a, 101b, a line sensor camera 107, a TV camera lens 108, and a screen 102 that irradiate the sample 100 with laser light (irradiation light). I have.
The sample 100 is mounted across the rollers 101a and 101b. The rollers 101a and 101b have the same diameter, and are arranged at the same height position in the Y direction and separated from each other in the Z direction in a state where the axis is parallel to the X axis. The sample 100 is mounted on the roller 101a and the roller 101b so that the axis is arranged on the center line of the boundary between the roller 101a and the roller 101b. The roller 101a is connected to the motor 103. The roller 101b can rotate freely with respect to the axis. By rotationally driving the motor 103, the roller 101a rotates, and the sample 100 and the roller 101b rotate. That is, by controlling the rotation of the motor 103, the rotation of the sample 100 can be controlled at an arbitrary speed.
Although not shown, the rollers 101a and 101b are mounted on a moving stage so that they can be integrally moved in the vertical direction (Y direction).

レーザ発振器(照明光源)104は、例えば、波長670nm、直径2mmの平行ビーム(「照射光」ということもある)10を出力する。レーザ発振器104の出力は、例えば、100mW程度である。レーザ発振器104から出力された平行ビーム10は、パウエルレンズ105でXZ平面のみ扇形に広げる。パウエルレンズ105は、丸みを帯びた稜線を有する円柱レンズであり、レーザラインジェネレータとも称される。レーザ発振器104から出力された平行ビーム10を均一強度分布の直線形状に伸長する用途で多用されている。本実施形態では、パウエルレンズ105は、レーザ発振器104からの直径2mmの平行ビーム10を全角30°に伸長するものとして例示している。なお、レーザ発振器104はシングルモードレーザであり、出力ビームの強度分布はガウシアン分布で、1/e2径を以ってビーム径と称する。すなわち、ビーム径は、ピーク強度値から1/e2(13.6%)に落ちた時の強度での幅としている。The laser oscillator (illumination light source) 104 outputs, for example, a parallel beam (sometimes referred to as “irradiation light”) 10 having a wavelength of 670 nm and a diameter of 2 mm. The output of the laser oscillator 104 is, for example, about 100 mW. The parallel beam 10 output from the laser oscillator 104 is fan-shaped only in the XZ plane by the Powell lens 105. The Powell lens 105 is a cylindrical lens having a rounded ridge line, and is also called a laser line generator. It is often used in applications where the parallel beam 10 output from the laser oscillator 104 is extended into a linear shape with a uniform intensity distribution. In this embodiment, the Powell lens 105 exemplifies a parallel beam 10 having a diameter of 2 mm from a laser oscillator 104 extending to a full angle of 30 °. The laser oscillator 104 is a single mode laser, the intensity distribution of the output beam is Gaussian distribution, referred to as 1 / e 2 diameter and beam diameter I following. That is, the beam diameter is the width at the intensity when the intensity drops to 1 / e 2 (13.6%) from the peak intensity value.

シリンドリカルレンズ106は、図1に図示されるように、XZ平面のみ曲率を有しており、水平方向に凸レンズの作用を有し、垂直方向には、レンズの作用を有していない。レーザ発振器104から出射された平行ビーム10を、シリンドリカルレンズ106により幅(X方向の長さ)Wx厚さ(Y方向の長さ)t1の平行ビーム10に成形する。一例を示せば、焦点距離400mmのシリンドリカルレンズ106を用い、パウエルレンズ105とシリンドリカルレンズ106との間隔を概ね400mmに調節することで、幅W=200mm、厚さt1=2mmの平行ビーム10に成形される。シリンドリカルレンズ106で成形された平行ビーム10は、試料100の外周表面に、帯状に照射される。図1には、シリンドリカルレンズ106を介して試料100の外周表面に照射される照射光の照射領域110を斜めのハッチングで示している。照射光は、試料100の外周表面で反射されてスクリーン102に投射される。試料100の外周表面で反射される反射光は、試料100の外周表面の湾曲面で拡大されてスクリーン102に投射される。 As shown in FIG. 1, the cylindrical lens 106 has a curvature only in the XZ plane, has the function of a convex lens in the horizontal direction, and does not have the function of a lens in the vertical direction. The parallel beam 10 emitted from the laser oscillator 104 is formed into a parallel beam 10 having a width (length in the X direction) Wx thickness (length in the Y direction) t1 by a cylindrical lens 106. For example, by using a cylindrical lens 106 with a focal length of 400 mm and adjusting the distance between the Powell lens 105 and the cylindrical lens 106 to approximately 400 mm, a parallel beam 10 having a width W = 200 mm and a thickness t1 = 2 mm is formed. Will be done. The parallel beam 10 formed by the cylindrical lens 106 irradiates the outer peripheral surface of the sample 100 in a band shape. In FIG. 1, the irradiation region 110 of the irradiation light irradiated on the outer peripheral surface of the sample 100 via the cylindrical lens 106 is shown by oblique hatching. The irradiation light is reflected on the outer peripheral surface of the sample 100 and projected onto the screen 102. The reflected light reflected on the outer peripheral surface of the sample 100 is enlarged on the curved surface of the outer peripheral surface of the sample 100 and projected onto the screen 102.

スクリーン102は、試料100のレーザ発振器104側とは反対側に、試料100とは離間して配置されている。スクリーン102に拡大して投射された反射光で形成された光学像は、TVカメラレンズ108を介してラインセンサカメラ107で読み取られ、観察される。TVカメラレンズ108とラインセンサカメラ107とは、同軸に配置され、レーザ発振器104、パウエルレンズ105、シリンドリカルレンズ106が直線状に配列された光学面に対し、仰角βの角度に配置されている。なお、スクリーン102の材料は、レーザ光をほとんど透過せず拡散板として作用する普通紙を用いることができる。また、本実施形態では、ラインセンサカメラ107の仰角βを30°に設定した。 The screen 102 is arranged on the side of the sample 100 opposite to the laser oscillator 104 side, away from the sample 100. The optical image formed by the reflected light magnified and projected on the screen 102 is read by the line sensor camera 107 via the TV camera lens 108 and observed. The TV camera lens 108 and the line sensor camera 107 are arranged coaxially, and the laser oscillator 104, the Powell lens 105, and the cylindrical lens 106 are arranged at an elevation angle β with respect to an optical surface in which the linear lens 106 is linearly arranged. As the material of the screen 102, plain paper that hardly transmits laser light and acts as a diffuser can be used. Further, in the present embodiment, the elevation angle β of the line sensor camera 107 is set to 30 °.

図3は、被検査試料である試料の表面に照射光を照射した状態における光学像を説明するための拡大図である。
図3を用いて、スクリーン102上におけるラインセンサカメラ107の視野と試料100の表面からの反射光との位置関係について説明する。
本実施形態では、試料100上の特定位置Pへの照明入射角u1を87°に設定する。従って、図3におけるθは3°である。試料100を搭載したローラ101a、101bは、上述した通り、不図示の移動ステージにより上下方向に移動可能とされている。予め決められた検査レシピに基づいて、移動ステージにより試料100を上下方向に移動させて、厚さt1の平行ビーム10の光軸10aの高さに試料100の最上部の頂点A(一側縁)の高さを正確に一致させる。この状態から、平行ビーム10の光軸10aが特定位置Pに一致するように、試料100をY方向に上昇させる。試料100の移動量、換言すれば、特定位置Pから頂点Aまでの高さをδとすると、図3において、δ=R(1−cosθ)である。試料100の径は22mmであり、従って、半径R=11mm、またθ=3°であるから、δ=0.015mmとなる。
FIG. 3 is an enlarged view for explaining an optical image in a state where the surface of the sample to be inspected is irradiated with irradiation light.
The positional relationship between the field of view of the line sensor camera 107 on the screen 102 and the reflected light from the surface of the sample 100 will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the illumination incident angle u1 to the specific position P on the sample 100 is set to 87 °. Therefore, θ in FIG. 3 is 3 °. As described above, the rollers 101a and 101b on which the sample 100 is mounted can be moved in the vertical direction by a moving stage (not shown). Based on a predetermined inspection recipe, the sample 100 is moved in the vertical direction by a moving stage, and the top apex A (one side edge) of the sample 100 is moved to the height of the optical axis 10a of the parallel beam 10 having a thickness of t1. ) Match the heights exactly. From this state, the sample 100 is raised in the Y direction so that the optical axis 10a of the parallel beam 10 coincides with the specific position P. Assuming that the amount of movement of the sample 100, in other words, the height from the specific position P to the apex A is δ, δ = R (1-cosθ) in FIG. Since the diameter of the sample 100 is 22 mm, and therefore the radius R = 11 mm and θ = 3 °, δ = 0.015 mm.

ここで、試料100に照射されずにスクリーン102に、直接、照射される照射光10の厚さt2は、t1/2−δで求まる。t1=2mmであることからt2=0.985mmとなる。厚さt1の平行ビーム10の最下面の光線が試料100外周表面に照射される照明入射点Bに対するY軸からの角度をvとすると、cos(v)=(R−(t1/2+δ))/Rである。この関係式から、角度vは、24.8°となる。
試料100の中心軸Oからスクリーン102までの間隔Lを70mmとすれば、照明入射点Bで反射した光線はスクリーン102上の点S3に到達した時の高さh3は、式(1)のφ1をvに置き換えるによって求めることができ、h3=86.66mmとなる。また、θ=3°であることから、特定位置Pで反射した光線はスクリーン102上の点S1に到達した時、式(1)によって、h1=7.40mmと求められる。S1における試料100表面の周方向の拡大倍率Mを式(3)で算出すると、M=13.03である。
Here, the thickness t2 of the irradiation light 10 that is directly applied to the screen 102 without irradiating the sample 100 can be obtained by t1 / 2-δ. Since t1 = 2 mm, t2 = 0.985 mm. Let v be the angle from the Y axis with respect to the illumination incident point B where the light beam on the lowermost surface of the parallel beam 10 having a thickness of t1 is applied to the outer peripheral surface of the sample 100, and cos (v) = (R− (t1 / 2 + δ)). / R. From this relational expression, the angle v is 24.8 °.
Assuming that the distance L from the central axis O of the sample 100 to the screen 102 is 70 mm, the height h3 when the light beam reflected at the illumination incident point B reaches the point S3 on the screen 102 is φ1 of the equation (1). Can be obtained by replacing with v, and h3 = 86.66 mm. Further, since θ = 3 °, when the light ray reflected at the specific position P reaches the point S1 on the screen 102, h1 = 7.40 mm is obtained by the equation (1). When the magnification M in the circumferential direction of the surface of the sample 100 in S1 is calculated by the equation (3), M = 13.03.

図4は、スクリーン上における光学像の観察位置をレーザ発振器側から観た平面図である。
スクリーン102の寸法は、例えば、280mm×150mmである。試料100の表面で反射した光束は、2点鎖線で示す幅W=200mm×高さh3=86.66mmの投射領域12に投射される。但し、この投射領域12には、試料100に照射されない照射光10の基準光により形成される基準像としての直接照明範囲11が含まれている。つまり、厚さt1の平行ビーム10のうち、試料100の頂点Aより上方の領域の基準光としての厚さt2の光束は、スクリーン102の直接照明範囲11に投射され基準像を形成する。ラインセンサカメラ107の視野位置109は、スクリーン102上の点S0を基準位置としてh1の高さに合わせる。本実施形態では、h1=7.40mmである。
FIG. 4 is a plan view of the observation position of the optical image on the screen as viewed from the laser oscillator side.
The dimensions of the screen 102 are, for example, 280 mm × 150 mm. The luminous flux reflected on the surface of the sample 100 is projected onto the projection region 12 having a width W = 200 mm × height h3 = 86.66 mm indicated by a two-dot chain line. However, the projection region 12 includes a direct illumination range 11 as a reference image formed by the reference light of the irradiation light 10 that does not irradiate the sample 100. That is, among the parallel beams 10 having a thickness of t1, the luminous flux having a thickness of t2 as the reference light in the region above the apex A of the sample 100 is projected onto the direct illumination range 11 of the screen 102 to form a reference image. The field of view position 109 of the line sensor camera 107 is adjusted to the height of h1 with the point S0 on the screen 102 as a reference position. In this embodiment, h1 = 7.40 mm.

ラインセンサカメラ107は4096画素で、1画素の素子寸法cは5.5umの正方形状である。これをTVカメラレンズ108で10倍に拡大してスクリーン102と共役関係に配置している。スクリーン102上でのラインセンサカメラ107の1画素の素子寸法cは55umである。これらの条件からラインセンサカメラ107の視野長Cは225mmとなり、反射光の投射領域の幅W=200mmを包含する。 The line sensor camera 107 has 4096 pixels, and the element size c of one pixel is a square shape of 5.5 um. This is magnified 10 times by the TV camera lens 108 and arranged in a conjugate relationship with the screen 102. The element size c of one pixel of the line sensor camera 107 on the screen 102 is 55 um. From these conditions, the field of view length C of the line sensor camera 107 is 225 mm, and includes the width W = 200 mm of the projected region of the reflected light.

モータ103を回転駆動して試料100を1回転させ、試料100の周方向全面を観察する検査時間について述べる。スクリーン102上でのラインセンサカメラ107の1画素の素子寸法をc、ラインレートをfと定めたとき、試料100の半径R、スクリーン102上における拡大倍率Mから、試料100表面の全面検査を行うための回転の角速度Nの最大値は式(5)によって得ることができる。
N≦c・f/(2πR・M) ……(5)
ここで、c=0.055mm、f=5kHz、R=11mm、M=13.03倍の場合、N≦0.3054rpsとなり、この逆数をとれば試料1本当りの検査時間が約3.27sec/本となることが分かる。
The inspection time for observing the entire circumferential direction of the sample 100 by rotating the motor 103 to rotate the sample 100 will be described. When the element size of one pixel of the line sensor camera 107 on the screen 102 is c and the line rate is f, the entire surface of the sample 100 is inspected from the radius R of the sample 100 and the magnification M on the screen 102. The maximum value of the angular velocity N of the rotation for this can be obtained by the equation (5).
N ≦ c ・ f / (2πR ・ M) …… (5)
Here, when c = 0.055 mm, f = 5 kHz, R = 11 mm, and M = 13.03 times, N ≦ 0.3054 rps, and if the reciprocal is taken, the inspection time per sample is about 3.27 sec. / It turns out that it will be a book.

上記は、試料100の半径Rを11mmとして説明したが、これ以外の径の試料100についても同一の方法で検査可能である。例えば、R=14mmの試料について、被検査面への照明入射角が87°となる条件で検査する場合を以下に述べる。
図3においてδ=R(1−cosθ)である。特定位置Pの位置θ=3°は同一となるが、R=14mmであるから、δ=0.019mmとなる。ここで、試料100に照射されずにスクリーン102に直接照射される照射光10の厚さt2は、t1/2−δで求まる。t1=2mmであることからt2=0.981mmとなる。また、試料100の外周の照明入射点Bの角度vについては、cos(v)=(R−(t1/2+δ))/Rの関係式から、22.0°となる。試料100の回転の中心軸Oからスクリーン102までの間隔Lは70mmである。照明入射点Bで反射した光線はスクリーン102上の点S3に到達した時、式(1)のφ1をvに置き換えるによって求めることができ、h3=71.64mmとなる。同様に、θ=3°であることから、特定位置Pで反射した光線はスクリーン102上の点S1に到達した時、式(1)によってh1=7.42mmと求められる。S1における試料100表面の拡大倍率Mを式(3)で算出すると、M=10.27である。
In the above description, the radius R of the sample 100 is 11 mm, but the sample 100 having a diameter other than that can be inspected by the same method. For example, a case where a sample having R = 14 mm is inspected under the condition that the illumination angle of incidence on the surface to be inspected is 87 ° will be described below.
In FIG. 3, δ = R (1-cosθ). The position θ = 3 ° of the specific position P is the same, but since R = 14 mm, δ = 0.019 mm. Here, the thickness t2 of the irradiation light 10 that is directly irradiated to the screen 102 without irradiating the sample 100 can be obtained by t1 / 2-δ. Since t1 = 2 mm, t2 = 0.981 mm. Further, the angle v of the illumination incident point B on the outer circumference of the sample 100 is 22.0 ° from the relational expression of cos (v) = (R− (t1 / 2 + δ)) / R. The distance L from the central axis O of rotation of the sample 100 to the screen 102 is 70 mm. When the light beam reflected at the illumination incident point B reaches the point S3 on the screen 102, it can be obtained by replacing φ1 in the equation (1) with v, and h3 = 71.64 mm. Similarly, since θ = 3 °, when the light ray reflected at the specific position P reaches the point S1 on the screen 102, h1 = 7.42 mm is obtained by the equation (1). When the magnification M of the surface of the sample 100 in S1 is calculated by the equation (3), M = 10.27.

図4において、試料100表面で反射した光束は、2点鎖線で示す幅W=200mm×高さh3=71.64mmの投射領域12に投射される。ラインセンサカメラ107の視野位置109はスクリーン102上の点S0を基準としてh1の高さに合わせる。試料100の半径R=14mmの場合、h1=7.42mmとなる。半径R=11mmの試料100ではh1=7.40mmである。スクリーン102上でのラインセンサカメラ107の画素寸法cは0.055mmである。従って、半径Rが異なる上記2例の試料100におけるh1の差(0.02mm)は、スクリーン102上でのラインセンサカメラ107の画素寸法cよりも小さい。それ故、ラインセンサカメラ107の視野位置109の変更は不要である。つまり、試料100の半径R=11mmとR=14mmとの表面欠陥検査は、試料100の特定位置Pの設定位置(設定高さ)を変えることなく、継続して行うことができる。なお、ラインセンサカメラ107の画素寸法cや観察する試料100の状態によっても異なるが、通常、h1の差が、スクリーン102上における1画素の画素寸法c以内であれば、試料100の特定位置Pの設定位置(設定高さ)を変更する必要はがないものと判断される。 In FIG. 4, the luminous flux reflected on the surface of the sample 100 is projected onto the projection region 12 having a width W = 200 mm × height h3 = 71.64 mm indicated by a two-dot chain line. The field of view position 109 of the line sensor camera 107 is adjusted to the height of h1 with reference to the point S0 on the screen 102. When the radius R of the sample 100 is 14 mm, h1 = 7.42 mm. In the sample 100 having a radius R = 11 mm, h1 = 7.40 mm. The pixel dimension c of the line sensor camera 107 on the screen 102 is 0.055 mm. Therefore, the difference in h1 (0.02 mm) between the samples 100 of the above two examples having different radii R is smaller than the pixel size c of the line sensor camera 107 on the screen 102. Therefore, it is not necessary to change the field of view position 109 of the line sensor camera 107. That is, the surface defect inspection with the radii R = 11 mm and R = 14 mm of the sample 100 can be continuously performed without changing the set position (set height) of the specific position P of the sample 100. Although it depends on the pixel size c of the line sensor camera 107 and the state of the sample 100 to be observed, normally, if the difference in h1 is within the pixel size c of one pixel on the screen 102, the specific position P of the sample 100 P. It is judged that there is no need to change the set position (set height) of.

モータ103を駆動して試料100を1回転させ、試料100の周方向全面を観察する検査時間について述べる。ラインセンサカメラ107のスキャンレートfを5kHzとすれば、c=0.055mm、R=14mm、M=10.27倍であるから、式(5)よりN≦0.3044rpsとなる。この逆数をとれば試料1本当りの検査時間は、約3.29sec/本となる。試料100の半径R=11mmの場合、検査時間は約3.27sec/本であり、ラインセンサカメラ107のスキャンレートfを一定として検査を行う場合、試料100の径に応じて検査時間が変動する。但し、実用上、両者はほぼ同一と見なせる。試料100の径が拡大した一方で検査時間がほぼ同一となる理由は、スクリーン102上における試料100表面の拡大倍率Mの差が原因である。R=11mmの場合は拡大倍率M=13.03倍であるのに対し、R=14mmの場合はM=10.27倍と倍率が小さくなる。 The inspection time for observing the entire circumferential direction of the sample 100 by driving the motor 103 to rotate the sample 100 will be described. Assuming that the scan rate f of the line sensor camera 107 is 5 kHz, c = 0.055 mm, R = 14 mm, and M = 10.27 times, so N ≦ 0.3044 rps is obtained from the equation (5). Taking this reciprocal, the inspection time per sample is about 3.29 sec / piece. When the radius R of the sample 100 is R = 11 mm, the inspection time is about 3.27 sec / piece, and when the inspection is performed with the scan rate f of the line sensor camera 107 constant, the inspection time varies depending on the diameter of the sample 100. .. However, in practice, both can be regarded as almost the same. The reason why the inspection time is almost the same while the diameter of the sample 100 is increased is due to the difference in the magnification M of the surface of the sample 100 on the screen 102. When R = 11 mm, the magnification is M = 13.03 times, whereas when R = 14 mm, the magnification is as small as M = 10.27 times.

スクリーン102上のラインセンサカメラ107の画素寸法cは0.055mmであるから、スクリーン102に投射された光学像を、スクリーン102を介して試料100の周方向をc/Mの空間分解能で観察することに相当する。試料100の径によって周方向の観察分解能が異なり、ラインセンサカメラ107で得られる光学像の画素寸法cは、R=11mの場合は4.22um、R=14mmの場合は5.36umとなっている。 Since the pixel size c of the line sensor camera 107 on the screen 102 is 0.055 mm, the optical image projected on the screen 102 is observed in the circumferential direction of the sample 100 via the screen 102 with a spatial resolution of c / M. Corresponds to that. The observation resolution in the circumferential direction differs depending on the diameter of the sample 100, and the pixel size c of the optical image obtained by the line sensor camera 107 is 4.22 um when R = 11 m and 5.36 um when R = 14 mm. There is.

以上の結果が、図6に示されている。図6は、異なる半径の被検査体の光学像および検査条件を対比して示す図であり、試料の半径は、11mmと14mmである。 The above results are shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing the optical images of the objects to be inspected having different radii and the inspection conditions in comparison, and the radii of the sample are 11 mm and 14 mm.

なお、図6にも図示されているように、試料100の外周面全面を観察するに要する検査時間は、試料100の半径R=11mmの場合は、3.27sec/本、半径R=14mmの場合は、3.29sec/本である。しかし、試料100の半径R=11mmおよびR=14mmの場合に、両者の検査時間が同一となるように他の条件を設定することもできる。
以下に、その設定条件について述べるが、ここでは、検査時間3sec/本とする場合として例示する。
As shown in FIG. 6, the inspection time required for observing the entire outer peripheral surface of the sample 100 is 3.27 sec / piece and the radius R = 14 mm when the radius R = 11 mm of the sample 100. In the case, it is 3.29 sec / piece. However, when the radii R = 11 mm and R = 14 mm of the sample 100, other conditions can be set so that the inspection times for both are the same.
The setting conditions will be described below, but here, an example is given as a case where the inspection time is 3 sec / piece.

試料100が半径R=11mmの場合、検査時間を3sec/本で終了するためには、式(5)においてスキャンレートfを未知数として求めれば良い。検査時間3sec/本の逆数が角速度に相当するため、N=1/3として代入すると、スキャンレートf=5.458kHzとなる。また、試料が半径R=14mmの場合、式(5)においてN=1/3として代入すると、スキャンレートf=5.475kHzとなる。従って、ラインセンサカメラ107のスキャンレートfを、試料100が半径R=11mmの場合には、5.458kHzとし、試料100が半径R=14mmの場合には、5.475kHzとすれば、どちらの場合も、試料100の全面検査を3sec/本で終了することができる。この様に、ラインセンサカメラ107のスキャンレートfを変更することで、異径の試料100の表面欠陥検査を同一のタクトで行うことができる。 When the sample 100 has a radius R = 11 mm, the scan rate f may be obtained as an unknown number in the equation (5) in order to complete the inspection time at 3 sec / piece. Since the reciprocal of the inspection time of 3 sec / piece corresponds to the angular velocity, when N = 1/3 is substituted, the scan rate f = 5.458 kHz. Further, when the sample has a radius R = 14 mm, the scan rate f = 5.475 kHz is obtained by substituting N = 1/3 in the equation (5). Therefore, if the scan rate f of the line sensor camera 107 is 5.458 kHz when the sample 100 has a radius R = 11 mm and 5.475 kHz when the sample 100 has a radius R = 14 mm, whichever is used? In this case as well, the full-scale inspection of the sample 100 can be completed in 3 seconds / piece. By changing the scan rate f of the line sensor camera 107 in this way, it is possible to inspect the surface defects of the samples 100 having different diameters with the same tact.

図5は、ラインセンサカメラで取得した光学像の平面模式図であり、図5(a)は試料の半径11mmの場合、図5(b)は試料の半径14mmの場合である。なお、図5(a)、5(b)において、試料100の軸方向をx、周方向をyとする。
図5(a)は、半径R=11mmの試料100を0.3054rpsで1回転させつつ、ラインセンサカメラ107のスキャンレートf=5kHzの条件に設定して検出したスクリーン102上の反射光強度分布である。この場合の検査時間は3.27sec/本である。x方向については、試料100の曲率による倍率変化は無い。従って、スクリーン102上でのラインセンサカメラ107画素寸法cは0.055mmであり、照射光10の幅Wと同じ200mmの範囲が検出される。x方向の画素数は200/0.055=3636画素である。y方向は、試料100の周方向の展開長であり、69.1mmの範囲が検出されている。y方向については、試料100の曲率によって拡大倍率Mが変化する。ラインセンサカメラ107の画素寸法cは、上述の通り4.22umである。y方向の画素数は、69.1/0.00422=16374画素である。
5A and 5B are schematic plan views of an optical image acquired by a line sensor camera. FIG. 5A shows a sample with a radius of 11 mm, and FIG. 5B shows a sample with a radius of 14 mm. In FIGS. 5A and 5B, the axial direction of the sample 100 is x and the circumferential direction is y.
FIG. 5A shows the reflected light intensity distribution on the screen 102 detected by setting the scan rate f = 5 kHz of the line sensor camera 107 while rotating the sample 100 having a radius R = 11 mm once at 0.3054 rps. Is. The inspection time in this case is 3.27 sec / piece. In the x direction, there is no change in magnification due to the curvature of the sample 100. Therefore, the line sensor camera 107 pixel dimension c on the screen 102 is 0.055 mm, and a range of 200 mm, which is the same as the width W of the irradiation light 10, is detected. The number of pixels in the x direction is 200/0.055 = 3636 pixels. The y direction is the unfolded length of the sample 100 in the circumferential direction, and a range of 69.1 mm has been detected. In the y direction, the magnification M changes depending on the curvature of the sample 100. The pixel dimension c of the line sensor camera 107 is 4.22 um as described above. The number of pixels in the y direction is 69.1 / 0.00422 = 16374 pixels.

図5(b)は、半径R=14mmの試料100を0.3044rpsで1回転させつつ、ラインセンサカメラ107のスキャンレートf=5kHzに設定して検出したスクリーン102上の反射光強度分布である。検査時間は3.29sec/本である。x方向の画素数は図5(a)と同様に、3636画素である。y方向は、試料100の周方向の展開長であり、88.0mmの範囲が検出されている。y方向の画素寸法cは、上述の通り5.36umである。y方向の画素数は、88.0/0.00536=16418画素である。 FIG. 5B shows the reflected light intensity distribution on the screen 102 detected by setting the scan rate f = 5 kHz of the line sensor camera 107 while rotating the sample 100 having a radius R = 14 mm once at 0.3044 rps. .. The inspection time is 3.29 sec / piece. The number of pixels in the x direction is 3636 pixels as in FIG. 5A. The y direction is the unfolded length of the sample 100 in the circumferential direction, and a range of 88.0 mm has been detected. The pixel dimension c in the y direction is 5.36 um as described above. The number of pixels in the y direction is 88.0 / 0.00536 = 16418 pixels.

これらの検出光学像では、試料100表面の凹凸欠陥が魔鏡原理によって輝点と黒点として顕在化される。図5(a)に図示された像51、および図5(b)の像54は共に黒点であり、試料100表面の凸欠陥に相当する。但し、試料100表面に付着した塵埃等についても黒点として顕在化するため、検査前に試料100表面を清浄化することが好ましい。図5(a)に図示された像52、および図5(b)に図示された像53、55は輝点であり、試料100表面の凹欠陥に相当する。試料100表面が無欠陥の場合、検出光学像上で陰影変化は生じない。 In these detection optical images, unevenness defects on the surface of the sample 100 are manifested as bright spots and black spots by the magic mirror principle. The image 51 shown in FIG. 5A and the image 54 shown in FIG. 5B are both black spots and correspond to convex defects on the surface of the sample 100. However, since dust and the like adhering to the surface of the sample 100 also become apparent as black spots, it is preferable to clean the surface of the sample 100 before the inspection. The image 52 shown in FIG. 5A and the images 53 and 55 shown in FIG. 5B are bright spots and correspond to concave defects on the surface of the sample 100. When the surface of the sample 100 is defect-free, no shadow change occurs on the detection optical image.

図5(a)、図5(b)に示した検出光学像上の欠陥形状は共に、x方向とy方向の画素寸法cが異なり、x方向に対してy方向が引き伸ばされた形として検出されている。
上述したように、試料100の径が大きくなると、y方向の拡大倍率Mが小さくなるため、図5(a)と図5(b)とでは試料100の外周面の長さが異なるが、x軸方向ではほぼ同一のサイズの画像として検出されている。
図5(a)、図5(b)に示した像51〜55は、画像処理装置(図示せず)によって抽出され、欠陥座標、欠陥寸法、欠陥種別等の欠陥情報が記憶手段(図示せず)に記録される。
The defect shapes on the detection optical images shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b) are detected as shapes in which the pixel dimensions c in the x and y directions are different and the y direction is stretched with respect to the x direction. Has been done.
As described above, as the diameter of the sample 100 increases, the magnification M in the y direction decreases. Therefore, the length of the outer peripheral surface of the sample 100 differs between FIGS. 5 (a) and 5 (b), but x Images of almost the same size are detected in the axial direction.
The images 51 to 55 shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b) are extracted by an image processing device (not shown), and defect information such as defect coordinates, defect dimensions, and defect types is stored in storage means (shown). It is recorded in).

第1の実施形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)凸状の表面を有する試料100に、所定の幅Wおよび所定の厚さt1を有する照射光10の一部を照射して、前記凸状の表面で反射した反射光をスクリーン102に投射して光学像を形成するとともに、前記照射光10の一部を除く前記照射光10を基準光として凸状の表面を通過させてスクリーンに直接照射して基準像を形成し、基準像により特定される光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき試料の表面状態を検査する。この構成によれば、試料100の半径Rがある程度異なっても、検出性能を一定に維持することが可能である。
According to the first embodiment, the following effects are obtained.
(1) The sample 100 having a convex surface is irradiated with a part of the irradiation light 10 having a predetermined width W and a predetermined thickness t1, and the reflected light reflected by the convex surface is transmitted to the screen 102. Along with projecting to form an optical image, the irradiation light 10 excluding a part of the irradiation light 10 is used as a reference light to pass through a convex surface and directly irradiate the screen to form a reference image. The surface condition of the sample is inspected based on the reflected light intensity distribution at the inspection location of the specified optical image. According to this configuration, the detection performance can be kept constant even if the radius R of the sample 100 is different to some extent.

(2)試料100に照射される照射光の一部は、光強度のピーク値を含んでいる。このため、スクリーン102に光学像の陰影パターンを投射するうえで、レーザ発振器104から出力される照射光10を最も効率的に活用することができる。 (2) A part of the irradiation light applied to the sample 100 includes a peak value of light intensity. Therefore, the irradiation light 10 output from the laser oscillator 104 can be most efficiently utilized in projecting the shadow pattern of the optical image on the screen 102.

(3)試料100を、中心軸Oを中心に回転させながら試料100に照射光を照射し、試料100の周方向全表面をスクリーン102に投射する。このため、小さな装置により、スクリーン102に投射された試料100の外周面全面を検査することができる。 (3) The sample 100 is irradiated with irradiation light while rotating around the central axis O, and the entire surface of the sample 100 in the circumferential direction is projected onto the screen 102. Therefore, a small device can inspect the entire outer peripheral surface of the sample 100 projected on the screen 102.

(4)試料100の中心軸Oから照射光10の光軸10aまでの距離は、試料100の半径R以下である。このため、試料100の反射光が、ほぼ同一のXY座標内に投射され、スクリーン102の面積を小さくすることが可能となる。 (4) The distance from the central axis O of the sample 100 to the optical axis 10a of the irradiation light 10 is equal to or less than the radius R of the sample 100. Therefore, the reflected light of the sample 100 is projected within substantially the same XY coordinates, and the area of the screen 102 can be reduced.

−第2の実施形態−
第1の実施形態では、試料100の半径Rが異なる場合であっても、スクリーン102に投射される、試料100の特定位置Pに対応する光学像の高さ(Y方向)の位置を、ほぼ同一とすることが可能な表面欠陥検査装置について説明した。
第2の実施形態では、試料100の半径Rが異なる場合であっても、スクリーン102に投射される光学像の拡大倍率を同一にすることが可能な表面欠陥検査装置について説明する。
第2の実施形態においても、表面欠陥検査装置1の構成は、第1の実施例と同一である。つまり、第1の実施形態に示す表面欠陥検査装置1は、第2の実施形態における表面欠陥検査装置としても用いることが可能である。
以下、表面欠陥検査装置1により、半径R=11mmおよびR=14mmの試料100の表面欠陥を検査する場合を例として、図1〜図4を参照して、その詳細を述べる。
-Second embodiment-
In the first embodiment, even when the radius R of the sample 100 is different, the position of the height (Y direction) of the optical image corresponding to the specific position P of the sample 100 projected on the screen 102 is substantially set. The surface defect inspection device that can be the same has been described.
In the second embodiment, a surface defect inspection apparatus capable of making the magnification of the optical image projected on the screen 102 the same even when the radii R of the sample 100 are different will be described.
Also in the second embodiment, the configuration of the surface defect inspection device 1 is the same as that of the first embodiment. That is, the surface defect inspection device 1 shown in the first embodiment can also be used as the surface defect inspection device in the second embodiment.
Hereinafter, the details will be described with reference to FIGS. 1 to 4 as an example of the case where the surface defect inspection device 1 inspects the surface defects of the sample 100 having radii R = 11 mm and R = 14 mm.

図3には、第1の実施形態にて説明した通り、被検査体である試料の表面に照射光を照射した状態における光学像が図示されている。
図7は、試料の特定位置Pに対するY軸からの角度θ−拡大倍率の関係を示す特性図を示す。試料の半径Rは、11mm(○印)と14mm(×印)である。試料100の中心軸Oからスクリーン102までの距離L=70mmであり、円弧部PQ(図21参照)の長さd=0.01mmである。
先ず、スクリーン102上における試料100の外周表面の拡大倍率Mを設定する。異径の試料100に対してその外周表面を同一の拡大倍率Mで観察するための角度θを図7から読み取ることができる。例えば、試料100外周表面を20倍に拡大するための条件は、半径R=11mmの場合ではθ=17.3°、半径R=14mmの場合ではθ=21.1°である。特定位置Pにおける照明入射角u1(図21参照)は90−θであるから、それぞれの照明入射角u1はR=11mmの場合72.7°、R=14mmの場合68.9°となり、試料100の半径Rに応じて異なる条件に設定する。
As described in the first embodiment, FIG. 3 shows an optical image in a state where the surface of the sample to be inspected is irradiated with irradiation light.
FIG. 7 shows a characteristic diagram showing the relationship between the angle θ-magnification from the Y-axis with respect to the specific position P of the sample. The radius R of the sample is 11 mm (marked with a circle) and 14 mm (marked with a cross). The distance L from the central axis O of the sample 100 to the screen 102 is 70 mm, and the length d of the arc portion PQ (see FIG. 21) is 0.01 mm.
First, the magnification M of the outer peripheral surface of the sample 100 on the screen 102 is set. The angle θ for observing the outer peripheral surface of the sample 100 having a different diameter at the same magnification M can be read from FIG. For example, the condition for enlarging the outer peripheral surface of the sample 100 by 20 times is θ = 17.3 ° when the radius R = 11 mm and θ = 21.1 ° when the radius R = 14 mm. Since the illumination incident angle u1 (see FIG. 21) at the specific position P is 90-θ, each illumination incident angle u1 is 72.7 ° when R = 11 mm and 68.9 ° when R = 14 mm, which is a sample. Different conditions are set according to the radius R of 100.

次に、試料100に入射する平行ビーム10の光軸10aの高さを特定位置Pに一致させる。図3において、δ=R(1−cosθ)である。試料100の半径R=11mmであり、θ=17.3°であるから、δ=0.498mmとなる。また、試料100に照射されずにスクリーン102に直接照射される基準光としての照射光10の厚さt2は、t1/2−δで求まる。t1=2mmであることからt2=0.502mmとなる。
また、試料100の外周上の照明入射点Bの角度vについては、cos(v)=(R−(t1/2+δ))/Rの関係式から、30.2°となる。試料100の中心軸Oからスクリーン102までの間隔Lを70mmとすれば、照明入射点Bで反射した光線はスクリーン102上の点S3に到達した時、式(1)のφ1をvに置き換えるによって求めることができ、h3=129.30mmとなる。同様に、θ=17.3°であることから、特定位置Pで反射した光線はスクリーン102上の点S1に到達した時、式(1)によってh1=50.05mmと求められる。
Next, the height of the optical axis 10a of the parallel beam 10 incident on the sample 100 is made to coincide with the specific position P. In FIG. 3, δ = R (1-cosθ). Since the radius R of the sample 100 is 11 mm and θ = 17.3 °, δ = 0.498 mm. Further, the thickness t2 of the irradiation light 10 as the reference light that is directly irradiated to the screen 102 without irradiating the sample 100 can be obtained by t1 / 2-δ. Since t1 = 2 mm, t2 = 0.502 mm.
Further, the angle v of the illumination incident point B on the outer circumference of the sample 100 is 30.2 ° from the relational expression of cos (v) = (R− (t1 / 2 + δ)) / R. Assuming that the distance L from the central axis O of the sample 100 to the screen 102 is 70 mm, when the light beam reflected at the illumination incident point B reaches the point S3 on the screen 102, φ1 in the equation (1) is replaced with v. It can be obtained, and h3 = 129.30 mm. Similarly, since θ = 17.3 °, when the light ray reflected at the specific position P reaches the point S1 on the screen 102, h1 = 50.05 mm is obtained by the equation (1).

図4において、上述したように、スクリーン102の寸法は、280mm×150mmである。試料100表面で反射した光束は、2点鎖線で示す幅W=200mm×高さh3=129.30mmの投射領域12に投射される。但し、この投射領域12には試料100に照射されない照射光10による基準像としての直接照明範囲11が含まれている。ラインセンサカメラ107の視野位置109は、スクリーン102上の点S0を基準としてh1の高さに合わせる。本実施例では上述の通りh1=50.05mmである。 In FIG. 4, as described above, the dimensions of the screen 102 are 280 mm × 150 mm. The luminous flux reflected on the surface of the sample 100 is projected onto the projection region 12 having a width W = 200 mm × height h3 = 129.30 mm indicated by a two-dot chain line. However, the projection region 12 includes a direct illumination range 11 as a reference image by the irradiation light 10 that does not irradiate the sample 100. The field of view position 109 of the line sensor camera 107 is adjusted to the height of h1 with reference to the point S0 on the screen 102. In this embodiment, h1 = 50.05 mm as described above.

以上、試料100の半径R=11mmの場合について説明したが、半径R=14mmの場合は角度θ=21.1°であり、それぞれ次の値となる。図3において、δ=R(1−cosθ)のため、δ=0.939mmである。試料100に照射されずにスクリーン102に直接照射される照射光10の厚さt2は、t1/2−δで求まる。t1=2mmであることからt2=0.061mmである。試料100の外周上の照明入射点Bの角度vについては、cos(v)=(R−(t1/2+δ))/Rの関係式から、30.5°となる。試料100の中心軸Oからスクリーン102までの間隔Lを70mmとすれば、照明入射点Bで反射した光線はスクリーン102上の点S3に到達した時、式(1)のφ1をvに置き換えるによって求めることができ、h3=137.16mmとなる。同様に、θ=21.1°であることから、特定位置Pで反射した光線はスクリーン102上の点S1に到達した時、式(1)によってh1=67.10mmと求められる。 The case where the radius R = 11 mm of the sample 100 has been described above, but when the radius R = 14 mm, the angle θ = 21.1 °, and the following values are obtained respectively. In FIG. 3, since δ = R (1-cosθ), δ = 0.939 mm. The thickness t2 of the irradiation light 10 that directly irradiates the screen 102 without irradiating the sample 100 can be obtained by t1 / 2-δ. Since t1 = 2 mm, t2 = 0.061 mm. The angle v of the illumination incident point B on the outer circumference of the sample 100 is 30.5 ° from the relational expression of cos (v) = (R− (t1 / 2 + δ)) / R. Assuming that the distance L from the central axis O of the sample 100 to the screen 102 is 70 mm, when the light beam reflected at the illumination incident point B reaches the point S3 on the screen 102, φ1 in the equation (1) is replaced with v. It can be obtained, and h3 = 137.16 mm. Similarly, since θ = 21.1 °, when the light ray reflected at the specific position P reaches the point S1 on the screen 102, h1 = 67.10 mm is obtained by the equation (1).

従って、図4において、試料100表面で反射した光束が、2点鎖線で示す幅W=200mm×高さh3=137.16mmの投射領域12に投射される。但し、この投射領域12には、試料100に照射されない照射光10による直接照明範囲11が含まれている。ラインセンサカメラ107の視野位置109はスクリーン102上の点S0を基準としてh1の高さに合わせる。半径R=14mmの試料100の場合、上述の通りh1=67.10mmである。 Therefore, in FIG. 4, the luminous flux reflected on the surface of the sample 100 is projected onto the projection region 12 having a width W = 200 mm × height h3 = 137.16 mm indicated by a two-dot chain line. However, the projection region 12 includes a direct illumination range 11 by the irradiation light 10 that does not irradiate the sample 100. The field of view position 109 of the line sensor camera 107 is adjusted to the height of h1 with reference to the point S0 on the screen 102. In the case of the sample 100 having a radius R = 14 mm, h1 = 67.10 mm as described above.

次に、試料100の回転数とラインセンサカメラ107のスキャンレートfの関係を求める。ラインセンサカメラ107のスキャンレートfを5kHzとすれば、c=0.055mm、R=11mm、M=20倍であるから、式(5)よりN≦0.1989rpsとなる。この逆数をとれば、R=11mmの試料1本当りの検査時間は、約5.03sec/本となる。試料100の半径R=14mmの場合は、式(5)よりN≦0.1563rpsとなる。この逆数をとれば、試料1本当りの検査時間は、約6.40sec/本となる。この様にラインセンサカメラ107のスキャンレートfを一定として検査を行う場合、試料100の径に応じて検査時間が変動する。 Next, the relationship between the rotation speed of the sample 100 and the scan rate f of the line sensor camera 107 is obtained. Assuming that the scan rate f of the line sensor camera 107 is 5 kHz, c = 0.055 mm, R = 11 mm, and M = 20 times, so N ≦ 0.1989 rps from the equation (5). Taking this reciprocal, the inspection time per sample with R = 11 mm is about 5.03 sec / piece. When the radius R of the sample 100 is 14 mm, N ≦ 0.1563 rps is obtained from the formula (5). Taking this reciprocal, the inspection time per sample is about 6.40 sec / piece. In this way, when the inspection is performed with the scan rate f of the line sensor camera 107 constant, the inspection time varies depending on the diameter of the sample 100.

スクリーン102上のラインセンサカメラの画素寸法cは0.055mmであるから、スクリーン102に投射された光学像を、スクリーン102を介して試料100の周方向をc/Mの空間分解能で観察することに相当する。本実施形態の場合、試料100の半径Rによらず拡大倍率Mは20倍となるため、ラインセンサカメラ107で得られる光学像の試料100の外周方向の画素寸法cは共に2.75umである。 Since the pixel size c of the line sensor camera on the screen 102 is 0.055 mm, the optical image projected on the screen 102 is observed in the circumferential direction of the sample 100 via the screen 102 with a spatial resolution of c / M. Corresponds to. In the case of this embodiment, since the magnification M is 20 times regardless of the radius R of the sample 100, the pixel size c in the outer peripheral direction of the sample 100 of the optical image obtained by the line sensor camera 107 is 2.75 um. ..

以上の結果が、図8に図示されている。図8は、本発明の第2の実施形態に関する図であり、拡大倍率Mを一定(20倍)とした場合の、異なる半径の試料の光学像および検査条件を対比して示す図である。試料100の半径Rは、11mmと14mmであり、各数値は、上記で説明した内容の結果を示す。各試料100の特定位置Pに対するY軸からの角度θ(このときの照明入射角はu1である)を、図8に示す角度に設定することにより、スクリーン102に拡大倍率Mが同一(20倍)の光学像を投射することができる。 The above results are shown in FIG. FIG. 8 is a diagram relating to a second embodiment of the present invention, and is a diagram showing optical images and inspection conditions of samples having different radii when the magnification M is constant (20 times). The radii R of the sample 100 are 11 mm and 14 mm, and each numerical value indicates the result of the contents described above. By setting the angle θ from the Y axis (the illumination incident angle at this time is u1) with respect to the specific position P of each sample 100 to the angle shown in FIG. 8, the magnification M is the same (20 times) on the screen 102. ) Optical image can be projected.

図9は、本発明の第2の実施形態によって取得した光学像の平面模式図であり、図9(a)は試料の半径R=11mmの場合であり、図9(b)は試料の半径R=14mmの場合である。
なお、図9(a)は図5(a)と、図9(b)は図5(b)と、それぞれ、同一の欠陥を有する試料の検査結果である。なお、図9(a)、9(b)において、試料100の軸方向をx、周方向をyとする。
図9(a)は、半径R=11mmの試料100を0.1989rpsで1回転させつつ、ラインセンサカメラ107のスキャンレートf=5kHzの条件に設定して検出した光学像である。検査時間は5.03sec/本である。x方向については、試料100の曲率による倍率変化は無い。従って、画素寸法cは0.055mmであり、照射光10の幅Wと同じ200mmの範囲が検出される。x方向の画素数は200/0.055=3636画素である。y方向は、試料100の周方向の展開長であり、69.1mmの範囲が検出されている。y方向については、試料100の曲率によって拡大倍率が変化する。ラインセンサカメラ107の画素寸法cは、上述の通り2.75umである。y方向の画素数は69.1/0.00275=25127画素である。
9A and 9B are schematic plan views of an optical image obtained by the second embodiment of the present invention, FIG. 9A is a case where the radius R of the sample is R = 11 mm, and FIG. 9B is the radius of the sample. This is the case of R = 14 mm.
Note that FIG. 9 (a) is an inspection result of a sample having the same defect as FIG. 5 (a) and FIG. 9 (b) is an inspection result of FIG. 5 (b). In FIGS. 9A and 9B, the axial direction of the sample 100 is x and the circumferential direction is y.
FIG. 9A is an optical image detected by rotating the sample 100 having a radius R = 11 mm once at 0.1989 rps and setting the scan rate f = 5 kHz of the line sensor camera 107. The inspection time is 5.03 sec / piece. In the x direction, there is no change in magnification due to the curvature of the sample 100. Therefore, the pixel size c is 0.055 mm, and a range of 200 mm, which is the same as the width W of the irradiation light 10, is detected. The number of pixels in the x direction is 200/0.055 = 3636 pixels. The y direction is the unfolded length of the sample 100 in the circumferential direction, and a range of 69.1 mm has been detected. In the y direction, the magnification changes depending on the curvature of the sample 100. The pixel dimension c of the line sensor camera 107 is 2.75 um as described above. The number of pixels in the y direction is 69.1 / 0.00275 = 25127 pixels.

図9(b)は、半径R=14mmの試料100を0.1563rpsで1回転させつつ、ラインセンサカメラ107のラインレートf=5kHzの条件に設定して検出した光学像である。検査時間は6.40sec/本である。x方向の画素数は図9(a)と同じで3636画素である。y方向は、試料100の周方向の展開長であり、88.0mmの範囲が検出されている。図9(b)の光学像についてもy方向の画素寸法cは2.75umである。y方向の画素数は88.0/0.00275=32000画素である。 FIG. 9B is an optical image detected by rotating the sample 100 having a radius R = 14 mm once at 0.1563 rps and setting the line rate f = 5 kHz of the line sensor camera 107. The inspection time is 6.40 sec / piece. The number of pixels in the x direction is the same as in FIG. 9A, which is 3636 pixels. The y direction is the unfolded length of the sample 100 in the circumferential direction, and a range of 88.0 mm has been detected. The pixel dimension c in the y direction of the optical image of FIG. 9B is also 2.75 um. The number of pixels in the y direction is 88.0 / 0.00275 = 32000 pixels.

図9(a)、図9(b)に示した検出光学像上の欠陥形状は共に、x方向とy方向の画素寸法が異なり、x方向に対してy方向が引き伸ばされた形として検出されている。検出光学像のy方向の画像サイズは図9(a)よりも図9(b)の方が大きい。図9(a)の像51、および図9(b)の像54は共に黒点であり、試料100表面の凸欠陥に相当する。図9(a)の像52、および図9(b)の像53、55は輝点であり、試料100表面の凹欠陥に相当する。図9(a)、図9(b)で検出された像51〜55のx方向の画素数は、図5(a)、図5(b)と同じである。但し、y方向については、図5(a)、図5(b)よりも引き伸ばされた形となって検出される。図9(a)、図9(b)では、y方向の拡大倍率Mが共に20倍となっているため、像51〜55の大小関係を、直接、比較することができる。 The defect shapes on the detection optical images shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b) are detected as shapes in which the pixel dimensions in the x direction and the y direction are different and the y direction is stretched with respect to the x direction. ing. The image size of the detected optical image in the y direction is larger in FIG. 9 (b) than in FIG. 9 (a). The image 51 of FIG. 9A and the image 54 of FIG. 9B are both black spots and correspond to convex defects on the surface of the sample 100. The image 52 of FIG. 9A and the images 53 and 55 of FIG. 9B are bright spots and correspond to concave defects on the surface of the sample 100. The number of pixels in the x direction of the images 51 to 55 detected in FIGS. 9 (a) and 9 (b) is the same as that of FIGS. 5 (a) and 5 (b). However, in the y direction, it is detected in a form stretched from those in FIGS. 5 (a) and 5 (b). In FIGS. 9A and 9B, since the magnification M in the y direction is both 20 times, the magnitude relation of the images 51 to 55 can be directly compared.

図9(a)、図9(b)に示した像51〜55は、画像処理装置(図示せず)によって抽出され、欠陥座標、欠陥寸法、欠陥種別等の欠陥情報が記憶手段(図示せず)に記録される。
第2の実施形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)円筒状の試料100に、のレーザ光(照射光)10を照射し、試料100の円筒部の表面で反射して拡大された反射光をスクリーン102に投射して光学像を形成し、該光学像に基づき試料の表面状況を検査する表面検査方法であり、照射光10は、試料100の頂点Aの位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置Pまでの領域を含み、一側縁に対する接線方向に向けて照射され、スクリーン102には、特定位置Pで反射された反射光を含んで投射され、スクリーンには、特定位置で反射された反射光を含んで投射される。この構成によれば、試料100の特定位置Pの設定位置(設定高さ)を調節することにより、スクリーンに投射される光学像の拡大倍率Mを一定にすることができ、試料100の半径Rがある程度異なっても一定の検出精度を維持することが可能となる。
The images 51 to 55 shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b) are extracted by an image processing device (not shown), and defect information such as defect coordinates, defect dimensions, and defect types is stored in storage means (shown). It is recorded in).
According to the second embodiment, the following effects are obtained.
(1) The cylindrical sample 100 is irradiated with the laser beam (irradiation light) 10 of the sample 100, and the reflected light reflected by the surface of the cylindrical portion of the sample 100 is projected onto the screen 102 to form an optical image. , A surface inspection method for inspecting the surface condition of a sample based on the optical image, wherein the irradiation light 10 includes a region from the position of the apex A of the sample 100 to a specific position P separated by a predetermined length in the thickness direction. It is irradiated in the tangential direction with respect to one side edge, is projected on the screen 102 including the reflected light reflected at the specific position P, and is projected on the screen including the reflected light reflected at the specific position. .. According to this configuration, by adjusting the set position (set height) of the specific position P of the sample 100, the magnification M of the optical image projected on the screen can be made constant, and the radius R of the sample 100 can be made constant. It is possible to maintain a constant detection accuracy even if the values are different to some extent.

−第3の実施形態−
図10〜図12を参照して、本発明の第3の実施形態を説明する。
図10は、本発明の表面欠陥検査装置の第3の実施形態の構成を示す側面図である。
第3の実施形態の表面欠陥検査装置1Aは、第1および第2の実施形態の表面欠陥検査装置1に対し、さらに、ラインセンサカメラ120およびTVカメラレンズ121を付随して備えている。
ラインセンサカメラ120およびTVカメラレンズ121は、同軸に配置され、XZ平面に対してγの仰角から試料100の外周表面を、直接、観察する。仰角γは5°〜90°の範囲内で最適な角度とする。本実施形態では、仰角γ=45°として例示する。ラインセンサカメラ120とTVカメラレンズ121とを配列する仰角γは、ラインセンサカメラ107との干渉を避ける必要がある。ラインセンサカメラ120とTVカメラレンズ121とは、それぞれ、ラインセンサカメラ107とTVカメラレンズ108と同一仕様である。
-Third embodiment-
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
FIG. 10 is a side view showing the configuration of a third embodiment of the surface defect inspection apparatus of the present invention.
The surface defect inspection device 1A of the third embodiment further includes a line sensor camera 120 and a TV camera lens 121 in addition to the surface defect inspection device 1 of the first and second embodiments.
The line sensor camera 120 and the TV camera lens 121 are arranged coaxially, and the outer peripheral surface of the sample 100 is directly observed from an elevation angle of γ with respect to the XZ plane. The elevation angle γ is the optimum angle within the range of 5 ° to 90 °. In this embodiment, the elevation angle γ = 45 ° is illustrated. The elevation angle γ that arranges the line sensor camera 120 and the TV camera lens 121 needs to avoid interference with the line sensor camera 107. The line sensor camera 120 and the TV camera lens 121 have the same specifications as the line sensor camera 107 and the TV camera lens 108, respectively.

図11は、第3の実施形態における試料の照明領域と観察領域との関係を示す図である。図11はXZ平面図である。
ラインセンサカメラ120の視野位置122は、シリンドリカルレンズ106を介して試料100の外周表面に照射される照射光の照射領域110と一致させる。ラインセンサカメラ120は4096画素で、1画素の素子寸法cは5.5umの正方形状である。これをTVカメラレンズ121で10倍に拡大して試料100の表面と共役関係に配置している。試料100上でのラインセンサカメラ120の1画素の素子寸法cは55umである。これらの条件からラインセンサカメラ120の視野長Caは225mmとなり、試料100上の照明領域の幅W=200mmを包含している。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the illumination region and the observation region of the sample in the third embodiment. FIG. 11 is an XZ plan view.
The field of view position 122 of the line sensor camera 120 coincides with the irradiation region 110 of the irradiation light irradiated on the outer peripheral surface of the sample 100 via the cylindrical lens 106. The line sensor camera 120 has 4096 pixels, and the element size c of one pixel is a square shape of 5.5 um. This is magnified 10 times by the TV camera lens 121 and arranged in a conjugate relationship with the surface of the sample 100. The element size c of one pixel of the line sensor camera 120 on the sample 100 is 55 um. From these conditions, the field of view length Ca of the line sensor camera 120 is 225 mm, which includes the width W = 200 mm of the illumination region on the sample 100.

モータ103を回転駆動して試料100を回転させ、ラインセンサカメラ107で試料100の表面の光学像を検出する条件について述べる。先ず、ラインセンサカメラ107でスクリーン102を観察するための条件を設定する。試料100表面への照明入射角u1=87°(θ=3°)とし、試料100の半径R=11mm、試料100の中心軸Oからスクリーン102までの距離L=70mmとする。この場合、スクリーン102上の点S0を基準とした高さh1=7.40mmとなり、この時のスクリーン102上の位置S1をラインセンサカメラ107で観察することで、スクリーン102上での試料100の表面の拡大倍率M=13.03倍が得られることを第1の実施形態で説明した。さらに、スクリーン102上でのラインセンサカメラ107の1画素の素子寸法c=0.055mm、ラインレートをf=5kHzすれば、試料100表面の全面検査を行うためのロッド回転の角速度Nの最大値は、式(5)から得られ、N≦0.3054rpsとなることも示した。 The conditions under which the motor 103 is rotationally driven to rotate the sample 100 and the optical image on the surface of the sample 100 is detected by the line sensor camera 107 will be described. First, conditions for observing the screen 102 with the line sensor camera 107 are set. The angle of incidence of illumination on the surface of the sample 100 is u1 = 87 ° (θ = 3 °), the radius R of the sample 100 is 11 mm, and the distance L from the central axis O of the sample 100 to the screen 102 is L = 70 mm. In this case, the height h1 = 7.40 mm with respect to the point S0 on the screen 102, and by observing the position S1 on the screen 102 at this time with the line sensor camera 107, the sample 100 on the screen 102 It has been described in the first embodiment that the surface magnification M = 13.03 times can be obtained. Further, if the element size c = 0.055 mm of one pixel of the line sensor camera 107 on the screen 102 and the line rate is f = 5 kHz, the maximum value of the angular velocity N of the rod rotation for performing the entire surface inspection of the sample 100 is obtained. Was obtained from the formula (5), and it was also shown that N ≦ 0.3054 rps.

ラインセンサカメラ120のスキャンレートfについても、式(5)でfを未知数として算出することができる。但し、ラインセンサカメラ120は試料100の外周表面を、直接、観察するため、拡大倍率M=1として取り扱う。式(5)において、N=0.3054rps、c=0.055mm、R=11mm、M=1とした時、f=383.8Hzが得られる。ラインセンサカメラ120のスキャンレートfは384Hzとして用いる。即ち、ラインセンサカメラ107のラインレートの1/13.03に設定すれば良い。 Regarding the scan rate f of the line sensor camera 120, f can be calculated as an unknown variable by the equation (5). However, since the line sensor camera 120 directly observes the outer peripheral surface of the sample 100, it is treated as a magnification of M = 1. In the formula (5), when N = 0.3054 rps, c = 0.055 mm, R = 11 mm, and M = 1, f = 383.8 Hz is obtained. The scan rate f of the line sensor camera 120 is used as 384 Hz. That is, it may be set to 1 / 13.03 of the line rate of the line sensor camera 107.

図12は、図10に示す2つのラインセンサカメラで検出した光学像の平面模式図であり、図12(a)はラインセンサカメラ107で検出した光学像であり、図12(b)はラインセンサカメラ120で検出した光学像である。
図12(a)はR=11mmの試料100を0.3054rpsで回転させつつ、ラインセンサカメラ107のスキャンレートfを5kHzの条件に設定して検出したスクリーン102上の反射光強度分布であり、図5(a)と同様な光学像である。但し、図5(a)の像51を凸欠陥として例示しているのに対し、図12(a)では、像58を塵埃として示している。検査時間は3.27sec/本である。試料100の軸方向をx、周方向をyとする。x方向については、試料100の曲率による倍率変化は無い。従って、画素寸法cは0.055mmであり、照射光10の幅Wと同じ200mmの範囲が検出される。x方向の画素数は200/0.055=3636画素である。y方向はロッド周方向の展開長であり、69.1mmの範囲が検出されている。y方向については、ロッド曲率によって拡大倍率Mが変化するため、画素寸法cは0.055/13.03=4.22umである。y方向の画素数は、69.1/0.00422=16374画素である。
12A and 12B are schematic plan views of optical images detected by the two line sensor cameras shown in FIG. 10, FIG. 12A is an optical image detected by the line sensor camera 107, and FIG. 12B is a line. It is an optical image detected by the sensor camera 120.
FIG. 12A shows the reflected light intensity distribution on the screen 102 detected by setting the scan rate f of the line sensor camera 107 to the condition of 5 kHz while rotating the sample 100 with R = 11 mm at 0.3054 rps. It is an optical image similar to FIG. 5 (a). However, while the image 51 in FIG. 5 (a) is illustrated as a convex defect, in FIG. 12 (a), the image 58 is shown as dust. The inspection time is 3.27 sec / piece. Let x be the axial direction of the sample 100 and y be the circumferential direction. In the x direction, there is no change in magnification due to the curvature of the sample 100. Therefore, the pixel size c is 0.055 mm, and a range of 200 mm, which is the same as the width W of the irradiation light 10, is detected. The number of pixels in the x direction is 200/0.055 = 3636 pixels. The y direction is the unfolded length in the circumferential direction of the rod, and a range of 69.1 mm has been detected. In the y direction, the pixel dimension c is 0.055 / 13.03 = 4.22um because the magnification M changes depending on the rod curvature. The number of pixels in the y direction is 69.1 / 0.00422 = 16374 pixels.

図12(b)はラインセンサカメラ120で検出した光学像の模式図であり、スキャンレートfを384Hzの条件に設定して検出した試料100表面の散乱光強度分布である。検査時間は図12(a)と同様、3.27sec/本である。x方向、y方向の画素寸法cは共に0.055mmである。x方向の画素数は図12(a)と同様3636画素である。y方向は、試料100の周方向の展開長であり、69.1mmの範囲が検出されている。y方向の画素数は、69.1/0.055=1256画素である。 FIG. 12B is a schematic view of an optical image detected by the line sensor camera 120, and is a scattered light intensity distribution on the surface of the sample 100 detected by setting the scan rate f to the condition of 384 Hz. The inspection time is 3.27 sec / piece as in FIG. 12 (a). The pixel dimensions c in both the x-direction and the y-direction are 0.055 mm. The number of pixels in the x direction is 3636 pixels as in FIG. 12A. The y direction is the unfolded length of the sample 100 in the circumferential direction, and a range of 69.1 mm has been detected. The number of pixels in the y direction is 69.1 / 0.055 = 1256 pixels.

図12(a)における像52は輝点であり、試料100表面の凹欠陥に相当する。ラインセンサカメラ120で検出した光学像である図12(b)では、試料100表面の突起によって生じる散乱光が輝点として顕在化される。58、56、57が検出された輝点である。ラインセンサカメラ120による検出では、試料100表面の凹欠陥には検出感度を有さない。このため、図12(a)における像52は、図12(b)の検出画像によっても、凹欠陥であることを確認することができる。
像58については、図12(a)からのみでは欠陥であるのか塵埃であるのか見分けがつかない。ラインセンサカメラ120で検出した光学像も、ラインセンサカメラ107で検出した光学像も、欠陥あるいは塵埃の形状を反映した形状の光学像を検出する。上述の通り、図12(b)の検出光学像におけるx方向、y方向の画素寸法cは共に0.055mmである。図12(a)における像58と図12(b)における像58とは、xy座標が一致している。このことから、図12(a)における像58と図12(b)における像58とは、同一の対象物であると判断される。像58の形状は、糸屑のような塵埃の形状を示している。このため、像58は、試料100表面の欠陥ではなく、表面に付着した塵埃である可能性が高いと判断する。
The image 52 in FIG. 12A is a bright spot and corresponds to a concave defect on the surface of the sample 100. In FIG. 12B, which is an optical image detected by the line sensor camera 120, scattered light generated by protrusions on the surface of the sample 100 is manifested as bright spots. 58, 56, 57 are the detected bright spots. In the detection by the line sensor camera 120, the concave defect on the surface of the sample 100 has no detection sensitivity. Therefore, it can be confirmed that the image 52 in FIG. 12A is a concave defect also by the detection image in FIG. 12B.
It is not possible to distinguish whether the image 58 is a defect or dust only from FIG. 12 (a). Both the optical image detected by the line sensor camera 120 and the optical image detected by the line sensor camera 107 detect an optical image having a shape that reflects the shape of defects or dust. As described above, the pixel dimensions c in the x-direction and the y-direction in the detection optical image of FIG. 12B are both 0.055 mm. The image 58 in FIG. 12 (a) and the image 58 in FIG. 12 (b) have the same xy coordinates. From this, it is determined that the image 58 in FIG. 12 (a) and the image 58 in FIG. 12 (b) are the same object. The shape of the image 58 shows the shape of dust such as lint. Therefore, it is determined that the image 58 is not a defect on the surface of the sample 100, but is likely to be dust adhering to the surface.

上述の通り、図12(b)の検出光学像におけるx方向、y方向の画素寸法cは共に0.055mmである。暗視野照明による欠陥検出の場合、画素寸法cよりも小さな微小欠陥に対しても検出感度を有する。このため、図12(b)には、図12(a)にて検出されない像56、57が検出されている。図12(b)における像56、57の形状は、真円に近い。一般的に、真円に近い塵埃は存在しない。従って、図12(b)に示された像56、57は、試料100表面の凹欠陥である可能性が高いと判断する。 As described above, the pixel dimensions c in the x-direction and the y-direction in the detection optical image of FIG. 12B are both 0.055 mm. In the case of defect detection by dark field illumination, it has detection sensitivity even for minute defects smaller than the pixel size c. Therefore, in FIG. 12B, images 56 and 57 that are not detected in FIG. 12A are detected. The shapes of the images 56 and 57 in FIG. 12B are close to a perfect circle. Generally, there is no dust that is close to a perfect circle. Therefore, it is judged that the images 56 and 57 shown in FIG. 12B are highly likely to be concave defects on the surface of the sample 100.

図12(a)、図12(b)に示した像58、52、56、57は、画像処理手段(図示せず)によって抽出され、欠陥座標、欠陥寸法、欠陥種別等の欠陥情報が記憶手段(図示せず)に記録される。 The images 58, 52, 56, and 57 shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b) are extracted by an image processing means (not shown) and store defect information such as defect coordinates, defect dimensions, and defect types. Recorded in means (not shown).

第3の実施形態の表面欠陥検査装置1Aは、第1および第2の実施形態の表面欠陥検査装置1と同様な効果を奏する。
加えて、第3の実施形態の表面欠陥検査装置1Aによれば、照明条件の異なる2種類の観察光学系で試料100表面の光学像を観察するため、検出された光学像が、試料100の微小欠陥によるものではなく、試料100表面に付着した塵埃である可能性が高いことも判断することが可能となる。このため、分析の効率化を図ることができる。
The surface defect inspection device 1A of the third embodiment has the same effect as the surface defect inspection device 1 of the first and second embodiments.
In addition, according to the surface defect inspection device 1A of the third embodiment, since the optical image of the surface of the sample 100 is observed by two types of observation optical systems having different illumination conditions, the detected optical image is the sample 100. It is also possible to determine that there is a high possibility that the dust adheres to the surface of the sample 100, not due to a minute defect. Therefore, the efficiency of analysis can be improved.

−第4の実施形態−
図13〜図16を参照して、本発明の第4の実施形態を説明する。
図13は、本発明の第4の実施形態を示し、光源側から観たスクリーン側の平面図であり、図14は、本発明の第4の実施形態の表面欠陥検査装置全体の構成を示す平面図である。
第4の実施形態の表面欠陥検査装置1Bは、第1および第2の実施形態にて例示する表面欠陥検査装置1と同様である。但し、スクリーン130の後方に、マスク142およびフォトダイオード140が配置されている。また、スクリーン130には、X方向の各端部に開口部131、132が設けられている。
マスク142は、スクリーン130の後方に、開口部131、132に対応して配置されている。平行ビーム10の試料100の頂点Aより上方の光束は、開口部132およびマスク142を介してフォトダイオード140に入射する。
− Fourth Embodiment −
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 to 16.
FIG. 13 shows a fourth embodiment of the present invention and is a plan view of the screen side as viewed from the light source side, and FIG. 14 shows the configuration of the entire surface defect inspection apparatus of the fourth embodiment of the present invention. It is a plan view.
The surface defect inspection device 1B of the fourth embodiment is the same as the surface defect inspection device 1 exemplified in the first and second embodiments. However, the mask 142 and the photodiode 140 are arranged behind the screen 130. Further, the screen 130 is provided with openings 131 and 132 at each end in the X direction.
The mask 142 is arranged behind the screen 130 so as to correspond to the openings 131 and 132. The luminous flux above the apex A of the sample 100 of the parallel beam 10 is incident on the photodiode 140 through the opening 132 and the mask 142.

図15は、図14に図示されたフォトダイオードとマスクの斜視図である。マスク142は照射光10を透過しない金属板で形成されている。マスク142の中心にスリット143が設けられている。スリット143の開口寸法は1mm×8mm(X方向×Y方向)である。このマスク142をフォトダイオード140の受光面141に近接して配置する。スクリーン130の開口部132を通過した照射光10の一部は、つまり、照射光10の厚さt2の部分は、マスク142のスリット143を通過し、フォトダイオード140で受光される。照射光路に試料100が存在しなければ、スリット143の幅1mm×照射光10の厚さt1=2mm(X方向×Y方向)の光がフォトダイオード140で受光される。照射光路上に試料100が配置されていると、試料100によって照射光10が遮られ、受光量が減少する。フォトダイオード140における受光量は、照射光路を遮る試料100の面積により変化する。このことを利用して、照射光10を遮る試料100の位置を検出することができる。 FIG. 15 is a perspective view of the photodiode and mask illustrated in FIG. The mask 142 is made of a metal plate that does not transmit the irradiation light 10. A slit 143 is provided in the center of the mask 142. The opening size of the slit 143 is 1 mm × 8 mm (X direction × Y direction). The mask 142 is arranged close to the light receiving surface 141 of the photodiode 140. A part of the irradiation light 10 that has passed through the opening 132 of the screen 130, that is, a portion having a thickness t2 of the irradiation light 10 passes through the slit 143 of the mask 142 and is received by the photodiode 140. If the sample 100 is not present in the irradiation optical path, the photodiode 140 receives light having a width of 1 mm in the slit 143 and a thickness t1 = 2 mm (X direction × Y direction) of the irradiation light 10. When the sample 100 is arranged on the irradiation light path, the irradiation light 10 is blocked by the sample 100, and the amount of received light is reduced. The amount of light received by the photodiode 140 varies depending on the area of the sample 100 that blocks the irradiation optical path. Utilizing this, the position of the sample 100 that blocks the irradiation light 10 can be detected.

表面欠陥の検査に先立ち、試料100の外周表面上の特定位置Pに対する所望の照明入射角度の情報から、特定位置Pに対する角度θが決定される。この角度θと試料100の半径Rから、照射光10の光軸10aに対する試料100の高さδを、δ=R(1−cosθ)として求めることができる。例えば、θ=17.3°、R=11mmであれば、δ=0.498mmとなる。ここで、照射光10の厚さt1=2mmとすれば、試料100に照射されずにスクリーン130に、直接、照射される照射光10の厚さt2=t1/2−δであるから、厚さt2=0.502mmとして求められる。なお、YZ平面内における照射光10の強度分布はガウス分布で、1/e2 径を以って厚さt1と定める。Prior to the inspection of the surface defect, the angle θ with respect to the specific position P is determined from the information of the desired illumination incident angle with respect to the specific position P on the outer peripheral surface of the sample 100. From this angle θ and the radius R of the sample 100, the height δ of the sample 100 with respect to the optical axis 10a of the irradiation light 10 can be obtained as δ = R (1-cos θ). For example, if θ = 17.3 ° and R = 11 mm, then δ = 0.498 mm. Here, if the thickness of the irradiation light 10 is t1 = 2 mm, the thickness of the irradiation light 10 that is directly irradiated to the screen 130 without irradiating the sample 100 is t2 = t1 / 2-δ. It is obtained as t2 = 0.502 mm. The intensity distribution of the illumination light 10 in the YZ plane is a Gaussian distribution, defined as 1 / e 2 diameter thick drives out of t1.

本実施形態では、特定位置Pに対する角度θ、半径R、照射光10の厚さt1の検査条件に応じて変化する角度δを精密に調節するため、フォトダイオード140で光量を検出し、その結果を試料100の移動ステージ(図示せず)の変位にフィードバックする。
図16は、照射光の強度分布を示す図であり、図16(a)はY軸からの距離−相対強度の特性図であり、図16(b)はY軸からの距離−積算光量の特性図である。
図16(a)はYZ平面における厚さt1=2mmの照射光10の相対強度分布である。レーザ発振器104はシングルモードレーザであり、YX面内については、パウエルレンズ105、シリンドリカルレンズ106によるビーム成形作用の影響が無く、その強度分布はガウス分布のまま試料100の表面に照射される。便宜上、最大強度の1/e2 径を以ってシート厚と称するが、実際はサイドローブを有しており、厚さt1より広い範囲に光が照射されている。平行ビーム10の中心で最大強度を示すガウス分布は、そのガウシアン半径をωとした時、半径方向の任意の座標Yにおける強度I(Y)を式(6)によって求めることが出来る。
I(Y)=I(0)・exp(−2Y2/ω2) ……(6)
ここでI(0)は光軸10a上の強度である。図16(a)は、I(0)=1、ω=t1/2として式(6)から求めた相対強度分布である。
In the present embodiment, in order to precisely adjust the angle θ with respect to the specific position P, the radius R, and the angle δ that changes according to the inspection conditions of the thickness t1 of the irradiation light 10, the light amount is detected by the photodiode 140, and the result is Is fed back to the displacement of the moving stage (not shown) of the sample 100.
16A and 16B are diagrams showing the intensity distribution of the irradiation light, FIG. 16A is a characteristic diagram of the distance from the Y-axis and the relative intensity, and FIG. 16B is the distance from the Y-axis and the integrated light amount. It is a characteristic diagram.
FIG. 16A is a relative intensity distribution of the irradiation light 10 having a thickness t1 = 2 mm in the YZ plane. The laser oscillator 104 is a single-mode laser, and the YX plane is not affected by the beam forming action of the Powell lens 105 and the cylindrical lens 106, and the surface of the sample 100 is irradiated with its intensity distribution as it is in the Gaussian distribution. For convenience, it is referred to as a sheet thickness drives out 1 / e 2 diameter of the maximum intensity, in fact has a side lobe, the light is irradiated to a range wider than the thickness t1. The Gaussian distribution showing the maximum intensity at the center of the parallel beam 10 can be obtained by the equation (6) as the intensity I (Y) at an arbitrary coordinate Y in the radial direction, where ω is the Gaussian radius.
I (Y) = I (0) · exp (-2Y 2 / ω 2 ) …… (6)
Here, I (0) is the intensity on the optical axis 10a. FIG. 16A is a relative intensity distribution obtained from the equation (6) with I (0) = 1 and ω = t1 / 2.

試料100が半径R=11mmの時、θ=17.3°の条件を満たすδ=0.498mmである。図16(a)において、Y=0mmの位置が光軸10aであり、δはY=0〜0.498の範囲に相当し、t2はY=0.498〜1の範囲を指している。本実施形態において、照射光路に試料100が存在しなければ、図14aの強度分布波形の全面積がフォトダイオード140で検出される。これに対してδ=0.498mmの条件で試料100が存在する時、図16(a)の斜線に示す範囲のみがフォトダイオード140で検出されることになる。 When the sample 100 has a radius R = 11 mm, δ = 0.498 mm satisfying the condition of θ = 17.3 °. In FIG. 16A, the position of Y = 0 mm is the optical axis 10a, δ corresponds to the range of Y = 0 to 0.498, and t2 indicates the range of Y = 0.498 to 1. In the present embodiment, if the sample 100 is not present in the irradiation optical path, the entire area of the intensity distribution waveform of FIG. 14a is detected by the photodiode 140. On the other hand, when the sample 100 is present under the condition of δ = 0.498 mm, only the range shown by the diagonal line in FIG. 16A is detected by the photodiode 140.

フォトダイオード140に入射する光量の割合は、式(6)を積分して面積比を求めることで算出できる。図16(b)は、図16(a)に示した強度分布の照射光量をY=−2mm〜+2mmの範囲で積算した結果である。δ=0.498mmの時、全光量の約86.4%が試料100表面に照射され、残りの13.6%がフォトダイオード140で受光されることが分かる。 The ratio of the amount of light incident on the photodiode 140 can be calculated by integrating Eq. (6) to obtain the area ratio. FIG. 16B is the result of integrating the irradiation light amount of the intensity distribution shown in FIG. 16A in the range of Y = -2 mm to +2 mm. It can be seen that when δ = 0.498 mm, about 86.4% of the total amount of light is irradiated on the surface of the sample 100, and the remaining 13.6% is received by the photodiode 140.

以上の方法によって、試料100表面への照明入射角が決まれば、試料100の半径R、照射光10の厚さt1の検査条件から試料100の高さδを求め、フォトダイオード140の検出光量を監視しながら試料100を上昇させることで、試料100の高さを精密に位置決めすることができる。 Once the illumination angle of incidence on the surface of the sample 100 is determined by the above method, the height δ of the sample 100 is obtained from the inspection conditions of the radius R of the sample 100 and the thickness t1 of the irradiation light 10, and the amount of detected light of the photodiode 140 is determined. By raising the sample 100 while monitoring, the height of the sample 100 can be precisely positioned.

なお、図14では、スクリーン130の開口部132に対して配置したフォトダイオード140を示したが、図13における開口部131についても同様、フォトダイオード140とマスク142がそれぞれ配置されている。X方向に離間して配置された二つのフォトダイオード140を用いて試料100の高さδをそれぞれ調節することで、XY平面内における試料100回転軸と照射光10の平行度を精密に調整することができる。 Although FIG. 14 shows the photodiode 140 arranged with respect to the opening 132 of the screen 130, the photodiode 140 and the mask 142 are similarly arranged with respect to the opening 131 in FIG. 13. By adjusting the height δ of the sample 100 using two photodiodes 140 arranged apart from each other in the X direction, the parallelism of the sample 100 rotation axis and the irradiation light 10 in the XY plane is precisely adjusted. be able to.

第4の実施形態の表面欠陥検査装置1Bは、第1および第2の実施形態の表面欠陥検査装置1と同様な効果を奏する。
加えて、試料100の頂点Aから特定位置Pまでの高さδを正確に計測することが可能になり、試料100の特定位置Pへの設定を容易かつ迅速に行うことができる。
The surface defect inspection device 1B of the fourth embodiment has the same effect as the surface defect inspection device 1 of the first and second embodiments.
In addition, the height δ from the apex A to the specific position P of the sample 100 can be accurately measured, and the setting of the sample 100 to the specific position P can be easily and quickly performed.

−第5の実施形態−
図17および図18を参照して、本発明の第5の実施形態を説明する。
図17は、本発明の表面欠陥検査装置1の第5の実施形態の構成を示す側面図である。
第1〜第4の実施形態においては、照射光10を、平行ビームとするものであり、平行ビームの放射角度、すなわち、傾きについては考慮されていない。
第5の実施形態では、YZ平面内における照射光束20の平行度の影響について考察する。
仮想点Fから全角η0の角度で出射した照射光束20が試料100の表面に照射された様子を図17に示す。なお、XZ平面はこれまでの説明と同様に平行光束として取り扱う。
光軸20aの高さに試料100の外周上の特定位置Pを一致させた時、特定位置Pで反射した光はスクリーン102上の点S1に到達する。一方で、特定位置Pから角度αだけ移動した周上の点Qにおける照明入射角度u2aは、平行光束が入射した時と比べてη1だけ小さくなる。
試料100の半径をR、特定位置Pに対する角度をθ、頂点Aと特定位置Pの高さの差をδ、XZ平面における仮想点Fから試料100の中心軸Oまでの距離をlとした時、これらとη1との相関は式(7)の通りである。なお、図17ではδを図示しないが図3と同一の位置を指している。
tan(η1)=(R(1−cos(θ+α))−δ)/(l−R・sin(θ+α)) ……(7)
-Fifth Embodiment-
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 17 and 18.
FIG. 17 is a side view showing the configuration of the fifth embodiment of the surface defect inspection device 1 of the present invention.
In the first to fourth embodiments, the irradiation light 10 is a parallel beam, and the radiation angle of the parallel beam, that is, the inclination is not considered.
In the fifth embodiment, the influence of the parallelism of the irradiation luminous flux 20 in the YZ plane will be considered.
FIG. 17 shows how the irradiation light flux 20 emitted from the virtual point F at an angle of full-width η0 irradiates the surface of the sample 100. The XZ plane is treated as a parallel luminous flux as described above.
When the specific position P on the outer circumference of the sample 100 is aligned with the height of the optical axis 20a, the light reflected at the specific position P reaches the point S1 on the screen 102. On the other hand, the illumination incident angle u2a at the point Q on the circumference moved from the specific position P by the angle α is smaller by η1 than when the parallel luminous flux is incident.
When the radius of the sample 100 is R, the angle with respect to the specific position P is θ, the difference in height between the apex A and the specific position P is δ, and the distance from the virtual point F in the XZ plane to the central axis O of the sample 100 is l. , The correlation between these and η1 is as shown in equation (7). Although δ is not shown in FIG. 17, it points to the same position as in FIG.
tan (η1) = (R (1-cos (θ + α))-δ) / (l-R ・ sin (θ + α)) …… (7)

ここで、η0=20mradとすれば、Y軸上でビーム厚が2mmとなる時のl=1/tan(η0/2)で求められるから、l=100mmとなる。さらに、第1の実施形態と同様に、R=11mm、θ=3°とすれば、δ=R(1−cosθ)であるから、δ=0.015mmである。また、円弧部PQをdと置き、d=0.01mmとすれば、α=360・d/2πRであるから、αは0.052°と算出される。これらを式(7)に代入すれば、η1=6.057×10-6 °、即ち0.106uradが得られる。Here, if η0 = 20 mrad, it is obtained by l = 1 / tan (η0 / 2) when the beam thickness is 2 mm on the Y-axis, so l = 100 mm. Further, as in the first embodiment, if R = 11 mm and θ = 3 °, then δ = R (1-cosθ), so δ = 0.015 mm. Further, if the arc portion PQ is set as d and d = 0.01 mm, α = 360 · d / 2πR, so α is calculated as 0.052 °. By substituting these into equation (7), η1 = 6.057 × 10 -6 °, that is, 0.106 urad can be obtained.

従って、上述の通り、u2a=90−(θ+α)―η1となり、φ2a=180−2・u2aであることから、φ2a=6.104012°と算出される。これは、点Qに平行光束が入射した場合に対して0.012×10-3 °大きいが、僅かな値である。L=70mmとし、φ2aを式(2)に代入すると、h2=7.532828mmが得られる。これは点Qに平行光束が入射した場合に対して0.015um大きい。Therefore, as described above, u2a = 90− (θ + α) −η1 and φ2a = 180-2 · u2a, so φ2a = 6.104012 ° is calculated. This is 0.012 × 10 -3 ° larger than when a parallel luminous flux is incident on the point Q, but it is a small value. When L = 70 mm and φ2a is substituted into the equation (2), h2 = 7.532828 mm is obtained. This is 0.015 um larger than when a parallel luminous flux is incident on the point Q.

以上説明した通り、試料100の外周上の点Qに全角20mradの発散光を照射した場合、スクリーン102上の点S2aが0.015um高い位置に移動する。しかし、スクリーン102上におけるラインセンサカメラ107の画素寸法cは55umであるため、その影響は無視できる。 As described above, when the point Q on the outer circumference of the sample 100 is irradiated with the divergent light having a full width of 20 mrad, the point S2a on the screen 102 moves to a position 0.015 um higher. However, since the pixel size c of the line sensor camera 107 on the screen 102 is 55 um, its influence can be ignored.

なお、仮想点Fから出射した基準光としての光線は頂点Aの近傍を通過し、スクリーン102上の基準位置S0aに、直接、照射され基準像を形成する。従って、この光線についてもη2の角度が生じる。tan(η2)=δ/lであり、本実施形態の場合η2=0.15×10-3 °と算出される。従って、スクリーン102上の基準位置S0aについても、L・tan(η2)=0.26umだけ高い位置に移動する。仮想点Fと頂点Aとの間の距離lを変化させることで、スクリーン102上の点S2aと基準位置S0aの位置が僅かに変化するが、上述の方法で位置の変化を算出できる。lを変化させると試料100の外周上の頂点Aにおける照射光束20の厚さも変化するが、照射光束20の厚さを、試料100の直径の概ね1/10程度を目安とすれば、スクリーン102上の点S2aと基準位置S0aの位置の移動量は、無視できる程度になる。第5の実施形態において、仮想点Fから出射される光束は、試料100の頂点Aの接線となる光線を含んでいる。The light beam as the reference light emitted from the virtual point F passes near the apex A and is directly irradiated to the reference position S0a on the screen 102 to form a reference image. Therefore, the angle of η2 is generated for this light ray as well. Tan (η2) = δ / l, and in the case of this embodiment, it is calculated as η2 = 0.15 × 10 -3 °. Therefore, the reference position S0a on the screen 102 also moves to a higher position by L · tan (η2) = 0.26 um. By changing the distance l between the virtual point F and the apex A, the positions of the point S2a and the reference position S0a on the screen 102 change slightly, but the change in position can be calculated by the above method. When l is changed, the thickness of the irradiation light flux 20 at the apex A on the outer circumference of the sample 100 also changes. However, if the thickness of the irradiation light flux 20 is approximately 1/10 of the diameter of the sample 100, the screen 102 The amount of movement between the upper point S2a and the reference position S0a is negligible. In the fifth embodiment, the luminous flux emitted from the virtual point F includes a light beam that is a tangent to the apex A of the sample 100.

図18は、本発明の第5の実施形態の変形例の構成を示す側面図である。
図18は、仮想点Fから全角η0の角度で収束する照射光束30が試料100表面に照射された様子を示している。なお、XZ平面はこれまでの説明と同様に平行光束として取り扱う。
照射光束30の光軸30aの高さに試料100の外周上の特定位置Pを一致させた時、特定位置Pで反射した光はスクリーン102上の点S1に到達する。一方で、特定位置Pから角度αだけ移動した周上の点Qにおける照明入射角度u2bは、平行光束が入射した時と比べてη1だけ大きくなる。
試料100の半径をR、特定位置Pに対する角をθ、頂点Aと特定位置Pの高さの差をδ、XZ平面における試料100の中心軸Oから仮想点Fまでの距離をlとした時、これらと前記η1との相関は式(8)の通りである。なお、図16ではδを図示しないが図3と同一の位置を指している。
tan(η1)=(R(1−cos(θ+α))−δ)/(l+R・sin(θ+α)) ……(8)
FIG. 18 is a side view showing the configuration of a modified example of the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 18 shows a state in which the surface of the sample 100 is irradiated with an irradiation light flux 30 that converges at an angle of full-width η0 from the virtual point F. The XZ plane is treated as a parallel luminous flux as described above.
When the height of the optical axis 30a of the irradiation luminous flux 30 is aligned with the specific position P on the outer circumference of the sample 100, the light reflected at the specific position P reaches the point S1 on the screen 102. On the other hand, the illumination incident angle u2b at the point Q on the circumference moved from the specific position P by the angle α is larger by η1 than when the parallel luminous flux is incident.
When the radius of the sample 100 is R, the angle with respect to the specific position P is θ, the difference in height between the apex A and the specific position P is δ, and the distance from the central axis O of the sample 100 to the virtual point F in the XZ plane is l. , The correlation between these and the η1 is as shown in the equation (8). Although δ is not shown in FIG. 16, it points to the same position as in FIG.
tan (η1) = (R (1-cos (θ + α)) −δ) / (l + R · sin (θ + α)) …… (8)

ここで、η0=20mradとすれば、Y軸上でシートビーム厚が2mmとなる時のl=1/tan(η0/2)で求められるから、l=100mmとなる。さらに、第1の実施例と同様に、R=11mm、θ=3°とすれば、δ=R(1−cosθ)であるから、δ=0.015mmである。また円弧部PQをdと置き、d=0.01mmとすれば、α=360・d/2πRであるから、αは0.052°と算出される。これらを式(8)に代入すれば、η1=0.343×10-3 °、即ち5.986uradが得られる。Here, if η0 = 20 mrad, it is obtained by l = 1 / tan (η0 / 2) when the sheet beam thickness is 2 mm on the Y axis, so l = 100 mm. Further, as in the first embodiment, if R = 11 mm and θ = 3 °, then δ = R (1-cosθ), so δ = 0.015 mm. Further, if the arc portion PQ is set as d and d = 0.01 mm, α = 360 · d / 2πR, so α is calculated as 0.052 °. By substituting these into equation (8), η1 = 0.343 × 10 -3 °, that is, 5.986 rad can be obtained.

従って、上述の通り、u2b=90−(θ+α)+η1となり、φ2b=180−2・u2bであることから、φ2b=6.1033°と算出される。これは、点Qに平行光束が入射した場合に対して0.7×10-3 °小さいが、僅かな値である。L=70mmとし、φ2bを式(2)に代入すると、h2=7.5319mmが得られる。これは点Qに平行光束が入射した場合に対して0.9um小さい。Therefore, as described above, u2b = 90− (θ + α) + η1 and φ2b = 180-2 · u2b, so φ2b = 6.133 ° is calculated. This is 0.7 × 10 -3 ° smaller than when a parallel luminous flux is incident on the point Q, but it is a slight value. When L = 70 mm and φ2b is substituted into the equation (2), h2 = 7.5319 mm is obtained. This is 0.9um smaller than when a parallel luminous flux is incident on the point Q.

以上説明した通り、試料100周上の点Qに全角20mradの収束光を照射した場合、スクリーン102上の点S2bが0.9um低い位置に移動する。しかし、スクリーン102上におけるラインセンサカメラ107の画素寸法cは55umであるため、その影響は無視できる。 As described above, when the point Q on the circumference of the sample is irradiated with the convergent light having a full width of 20 mrad, the point S2b on the screen 102 moves to a position 0.9 um lower. However, since the pixel size c of the line sensor camera 107 on the screen 102 is 55 um, its influence can be ignored.

なお、仮想点Fから出射した基準光としての光線は頂点Aの近傍を通過し、スクリーン102上の点S0bに直接照射され基準像を形成する。従って、この光線についてもη2の角度が生じる。tan(η2)=δ/lで、この場合もη2=0.15×10-3 °と算出される。従って、スクリーン102上の点S0bについても、L・tan(η2)=0.26umだけ低い位置に移動する。仮想点FとA点との間の距離lを変化させることで、スクリーン102上の点S2bと基準位置S0bの位置が僅かに変化するが、上述の方法で位置の変化を算出できる。lを変化させると試料100の外周上の頂点Aにおける照射光束30の厚さも変化するが、照射光束30の厚さを、試料100の直径の概ね1/10程度を目安とすれば、スクリーン102上の点S2bとS0bの位置の移動量は、無視できる程度になる。図18に示す第5の実施形態の変形例においても、仮想点Fに収束する光束は、試料100の頂点Aの接線となる光線を含んでいる。The light beam as the reference light emitted from the virtual point F passes in the vicinity of the apex A and is directly irradiated to the point S0b on the screen 102 to form a reference image. Therefore, the angle of η2 is generated for this light ray as well. Tan (η2) = δ / l, which is also calculated as η2 = 0.15 × 10 -3 °. Therefore, the point S0b on the screen 102 also moves to a position lower by L · tan (η2) = 0.26 um. By changing the distance l between the virtual points F and A, the positions of the points S2b and the reference position S0b on the screen 102 change slightly, but the change in position can be calculated by the above method. When l is changed, the thickness of the irradiation light flux 30 at the apex A on the outer circumference of the sample 100 also changes. However, if the thickness of the irradiation light flux 30 is approximately 1/10 of the diameter of the sample 100, the screen 102 The amount of movement of the positions of the upper points S2b and S0b is negligible. Also in the modified example of the fifth embodiment shown in FIG. 18, the luminous flux converging on the virtual point F includes a light beam that is a tangent to the apex A of the sample 100.

上記の通り、第1〜第4の実施形態において、試料100に照射する照射光束20、30は、通常、平行と見做される全角数mrad程度の平行光束とする必要が無く、全角で数十mrad程度もしくはそれ以上の、発散または収束する光束を用いることができる。
一般的には、平行ビームとされるレーザ発振器は、全角5mrad程度以下である。本発明では、全角20mrad以上のレーザ発振器を採用することができる。このため、レーザ装置を安価にすることが可能である。また、発散または収束する光束を用いても、頂点Aと特定位置Pとの高さの差δが平行光線とほぼ同一であるため、検査時における調整が容易となる。
As described above, in the first to fourth embodiments, the irradiation light fluxes 20 and 30 to irradiate the sample 100 do not need to be parallel light fluxes having a total angle of about mrad, which is usually regarded as parallel, and are numbers in full angle. A divergent or converging luminous flux of about 10 mrad or more can be used.
Generally, a laser oscillator having a parallel beam has a full-width of about 5 mrad or less. In the present invention, a laser oscillator having a full width of 20 mrad or more can be adopted. Therefore, it is possible to reduce the cost of the laser device. Further, even if a luminous flux that diverges or converges is used, the height difference δ between the apex A and the specific position P is substantially the same as that of the parallel light beam, so that the adjustment at the time of inspection becomes easy.

−第6の実施形態−
図19は、第6の実施形態を示し、本発明による表面検査システムの構成図である。
表面検査システムは、表面欠陥検査装置1Cを含む。表面欠陥検査装置1Cは、照射光源171、ローラ101a、101b、ローラユニット172、スクリーン102、受光器175、スクリーン揺動機構176、ラインセンサカメラ107、およびTVカメラレンズ108を備えている。
照射光源171は、レーザ発振器104(図1参照)およびレーザ発振器104から出射された光束を成形するレンズユニットを含む。予め決められた高さに位置決めされた照射光10の一部は試料100の頂点Aおよび特定位置Pを含む円弧部AB上に、帯状に照射される。試料100の円弧部ABに照射された照射光10は、試料100の円弧部ABで反射され、スクリーン102に照射される。また、照射光10の他の一部である基準光は、すなわち、試料100の頂点Aより上方の厚さt2の光束は、スクリーン102に、直接、照射されると共に、その一部は、スクリーン102の開口部132(図13参照)を通過して受光器175で検出される。
-Sixth Embodiment-
FIG. 19 shows a sixth embodiment and is a block diagram of a surface inspection system according to the present invention.
The surface inspection system includes a surface defect inspection device 1C. The surface defect inspection device 1C includes an irradiation light source 171, rollers 101a and 101b, a roller unit 172, a screen 102, a receiver 175, a screen swing mechanism 176, a line sensor camera 107, and a TV camera lens 108.
The irradiation light source 171 includes a laser oscillator 104 (see FIG. 1) and a lens unit that forms a luminous flux emitted from the laser oscillator 104. A part of the irradiation light 10 positioned at a predetermined height is irradiated in a band shape on the arc portion AB including the apex A and the specific position P of the sample 100. The irradiation light 10 applied to the arc portion AB of the sample 100 is reflected by the arc portion AB of the sample 100 and is irradiated to the screen 102. Further, the reference light which is another part of the irradiation light 10, that is, the luminous flux having a thickness t2 above the apex A of the sample 100 is directly irradiated to the screen 102, and a part thereof is a part of the screen. It passes through the opening 132 of 102 (see FIG. 13) and is detected by the receiver 175.

被検査体である円筒状の試料100が図示しないローダによってローラユニット172上に搭載される。ローラユニット172には、試料100の表面に刻印された識別番号を読み取るセンサ(図示せず)が内蔵されている。コンピュータ179は上位サーバ182から試料100の検査レシピ181をダウンロードする。検査レシピ181には、試料100の製造経緯、直径、表面検査時の検査条件が含まれている。 The cylindrical sample 100 to be inspected is mounted on the roller unit 172 by a loader (not shown). The roller unit 172 includes a sensor (not shown) that reads the identification number stamped on the surface of the sample 100. The computer 179 downloads the inspection recipe 181 of the sample 100 from the upper server 182. The inspection recipe 181 includes the manufacturing process of the sample 100, the diameter, and the inspection conditions at the time of surface inspection.

コンピュータ179は、検査レシピ181の内容に基づき、照射光源171から出射する照射光10が試料100の外周表面に対して所望の入射角となるように、高さ調節ステージ174の高さを調節し、試料100の高さを合わせる。この時、試料100の高さによって変化する受光器175の出力を、逐次、検出しながら、高さ調節ステージ174の高さを合わせることで精密な高さ位置の設定が実現する。 Based on the contents of the inspection recipe 181, the computer 179 adjusts the height of the height adjusting stage 174 so that the irradiation light 10 emitted from the irradiation light source 171 has a desired incident angle with respect to the outer peripheral surface of the sample 100. , Adjust the height of sample 100. At this time, precise height position setting is realized by adjusting the height of the height adjustment stage 174 while sequentially detecting the output of the receiver 175 that changes depending on the height of the sample 100.

以上の手順によって、照射光10と試料100の相対的な位置合わせが終了する。その結果、照射光源171から出射された照射光10は、試料100の頂点Aに対する接線方向から、試料100の円弧部AB(図3参照)に、帯状に照射される。試料100の円弧部ABで反射した光はスクリーン102の所定の位置に投射される。 By the above procedure, the relative alignment between the irradiation light 10 and the sample 100 is completed. As a result, the irradiation light 10 emitted from the irradiation light source 171 irradiates the arc portion AB (see FIG. 3) of the sample 100 in a band shape from the tangential direction with respect to the apex A of the sample 100. The light reflected by the arc portion AB of the sample 100 is projected to a predetermined position on the screen 102.

ラインセンサカメラ107、及びTVカメラレンズ108は、カメラ高さ調整ステージ177に搭載されている。コンピュータ179は、検査レシピ181に基づいてカメラ高さ調整ステージ177の高さを調節することで、スクリーン102上におけるラインセンサカメラ107の観察視の高さを合わせる。 The line sensor camera 107 and the TV camera lens 108 are mounted on the camera height adjustment stage 177. The computer 179 adjusts the height of the camera height adjustment stage 177 based on the inspection recipe 181 to adjust the height of the observation view of the line sensor camera 107 on the screen 102.

以上により位置決めが終了したら、検査レシピ181に基づいてモータコントローラ173を制御し、試料100を等速で1回転させる。試料100を回転させながら、ラインセンサカメラ107を所定のスキャンレートfで駆動し、スクリーン102上に投射された反射光による光学像を撮像する。 When the positioning is completed as described above, the motor controller 173 is controlled based on the inspection recipe 181 to rotate the sample 100 once at a constant speed. While rotating the sample 100, the line sensor camera 107 is driven at a predetermined scan rate f to capture an optical image of the reflected light projected on the screen 102.

ラインセンサカメラ107で撮像した画像は、コンピュータ179に取り込まれる。以上、全ての装置動作は装置制御部178を介してコンピュータ179によって制御される。コンピュータ179には、欠陥検出アルゴリズムが実装されており、画像処理によって、試料100表面の欠陥座標を軸方向と周方向に分けて記憶装置180に記録する。 The image captured by the line sensor camera 107 is captured by the computer 179. As described above, all device operations are controlled by the computer 179 via the device control unit 178. A defect detection algorithm is implemented in the computer 179, and the defect coordinates on the surface of the sample 100 are divided into an axial direction and a circumferential direction and recorded in the storage device 180 by image processing.

試料100の検査が終了したら、図示しないアンローダで試料100をローラユニット172上から払い出す。本実発明の表面検査システムによって、異径ロッドのインライン全数検査が実現する。従って、本表面検査システムを試料であるロッドの製造工程毎に適用すれば、その製造工程の不具合箇所を即座に検知するプロセスモニタが実現する。また、本発明の表面検査システムを最終外観検査工程に適用すれば、製品の全数品質保証が実現する。 When the inspection of the sample 100 is completed, the sample 100 is dispensed from the roller unit 172 with an unloader (not shown). The surface inspection system of the present invention realizes in-line 100% inspection of rods of different diameters. Therefore, if this surface inspection system is applied to each manufacturing process of the rod as a sample, a process monitor that immediately detects a defective part in the manufacturing process can be realized. Further, if the surface inspection system of the present invention is applied to the final visual inspection process, 100% quality assurance of products can be realized.

なお、本実施形態では照射光源171がレーザ光源のため、スクリーン102でレーザスペックルが生じる。これを除去するために、スクリーン揺動機構176を備えている。 In this embodiment, since the irradiation light source 171 is a laser light source, a laser speckle is generated on the screen 102. In order to remove this, a screen swing mechanism 176 is provided.

上記ではスクリーン102の外周表面で反射される反射光による光学像パターンを観察する構成で説明した。しかし、第3の実施形態として説明したように、図10に示す、試料100の表面を、直接、観察するラインセンサカメラ120を追加すれば、試料100から得られた光学像が欠陥によるものか塵埃によるものかの弁別性を向上することができる。また、これまで説明した各実施形態では、スクリーン102の表面をラインセンサカメラ107、120で観察する場合で例示したが、スクリーン102を半透明の素材とし、スクリーン102の裏面を観察するようにしても良い。 In the above description, the configuration for observing the optical image pattern due to the reflected light reflected on the outer peripheral surface of the screen 102 has been described. However, as described as the third embodiment, if the line sensor camera 120 for directly observing the surface of the sample 100 shown in FIG. 10 is added, is the optical image obtained from the sample 100 due to a defect? It is possible to improve the discriminability of dust. Further, in each of the embodiments described so far, the case where the front surface of the screen 102 is observed by the line sensor cameras 107 and 120 has been illustrated, but the screen 102 is made of a translucent material and the back surface of the screen 102 is observed. Is also good.

−第7の実施形態−
図20は、本発明の表面欠陥検査装置の第7の実施形態の構成を示す側面図である。
第1〜第5の実施形態では、被検査体である試料100を、円筒状の部材とし、その外周表面の欠陥を検査するための表面欠陥検査装置1、1A〜1Cとして例示した。第7の実施形態では、圧延鋼板やフィルム等のシート状部材の表面欠陥の検査に適用した表面欠陥検査装置1Dを例示する。
表面欠陥検査装置1Dは、照射光源171、搬送ローラ200、スクリーン102、ラインセンサカメラ107、およびTVカメラレンズ108を備える。
被検査体である試料201は、金属板等のシート部材である。シート状の試料201は、不図示の走行ベルトや移動装置により、製造ラインまたは検査ラインを走行させられる。試料201は、円筒状の搬送ローラ200の外周面の一部に巻き付けられ、方向転換するように搬送される。試料201の搬送ローラ200に巻き付けられた部分は、搬送ローラ200の外周面の形状に倣い、円弧形状となる。試料201の円弧部の外周表面の検査は、試料201の円弧部の半径と試料201の厚さとの合計値に等しい半径Rを有する円筒状の試料100の外周表面の検査と等価である。
-Seventh Embodiment-
FIG. 20 is a side view showing the configuration of a seventh embodiment of the surface defect inspection apparatus of the present invention.
In the first to fifth embodiments, the sample 100 to be inspected is made into a cylindrical member, and is exemplified as surface defect inspection devices 1, 1A to 1C for inspecting defects on the outer peripheral surface thereof. In the seventh embodiment, the surface defect inspection apparatus 1D applied to the inspection of surface defects of sheet-like members such as rolled steel sheets and films will be illustrated.
The surface defect inspection device 1D includes an irradiation light source 171, a transfer roller 200, a screen 102, a line sensor camera 107, and a TV camera lens 108.
The sample 201 to be inspected is a sheet member such as a metal plate. The sheet-shaped sample 201 is run on a production line or an inspection line by a running belt or a moving device (not shown). The sample 201 is wound around a part of the outer peripheral surface of the cylindrical transfer roller 200 and is conveyed so as to change its direction. The portion of the sample 201 wound around the transport roller 200 has an arc shape that follows the shape of the outer peripheral surface of the transport roller 200. The inspection of the outer peripheral surface of the arc portion of the sample 201 is equivalent to the inspection of the outer peripheral surface of the cylindrical sample 100 having a radius R equal to the sum of the radius of the arc portion of the sample 201 and the thickness of the sample 201.

照射光源171は、レーザ発振器から出射された光束を成形するレンズユニットを含む。照射光源171から出射された照射光10は、搬送ローラ200上の試料201の外周表面に照射される。照射光10は、試料201の円弧部の頂点Aの接線方向から照射される。照射光10は、試料201の頂点Aから試料201の特定位置Pまでを含む領域に帯状に照射される。照射光10は、試料201の特定位置Pにおいて、照明入射角u3で入射し、同一の角度u3で反射する。試料201で反射した反射光はスクリーン102に投射される。スクリーン102に投射された試料201の特定位置Pを含む領域の光学像がラインセンサカメラ107とTVカメラレンズ108によって観察される。照射光10の一部は基準光として試料201には照射されず、スクリーン102に直接照射され基準像を形成する。 The irradiation light source 171 includes a lens unit that forms a luminous flux emitted from a laser oscillator. The irradiation light 10 emitted from the irradiation light source 171 irradiates the outer peripheral surface of the sample 201 on the transport roller 200. The irradiation light 10 is emitted from the tangential direction of the apex A of the arc portion of the sample 201. The irradiation light 10 irradiates the region including the apex A of the sample 201 to the specific position P of the sample 201 in a band shape. The irradiation light 10 is incident at a specific position P of the sample 201 at an illumination incident angle u3 and is reflected at the same angle u3. The reflected light reflected by the sample 201 is projected onto the screen 102. The optical image of the region including the specific position P of the sample 201 projected on the screen 102 is observed by the line sensor camera 107 and the TV camera lens 108. A part of the irradiation light 10 is not irradiated to the sample 201 as a reference light, but is directly irradiated to the screen 102 to form a reference image.

照射光10が発散光または収束光の場合は、照射光源171と搬送ローラ200の回転の中心軸Oとの距離L1を調節し、搬送ローラ200上の照射光10の厚さt1を最適な条件に設定する。また、照射光源171を、中心軸Oと頂点Aを結ぶ法線202と平行方向に移動させることで、スクリーン102上に投射される試料201の表面の拡大倍率を調節することができる。即ち、照射光源171を図中の矢印203の方向に移動させれば、特定位置Pにおける照射光10の入射角度u3が大きくなり、スクリーン102上での拡大倍率が小さくなる。これと逆に、図中の矢印204の方向に移動させれば、特定位置Pにおける照射光10の入射角度u3が小さくなり、スクリーン102上での拡大倍率が大きくなる。搬送ローラ200の中心軸Oとスクリーン102との距離L2を変化させることでも、拡大倍率を調整することができる。 When the irradiation light 10 is divergent light or convergent light, the distance L1 between the irradiation light source 171 and the central axis O of rotation of the transfer roller 200 is adjusted, and the thickness t1 of the irradiation light 10 on the transfer roller 200 is the optimum condition. Set to. Further, by moving the irradiation light source 171 in the direction parallel to the normal line 202 connecting the central axis O and the apex A, the magnification of the surface of the sample 201 projected on the screen 102 can be adjusted. That is, if the irradiation light source 171 is moved in the direction of the arrow 203 in the drawing, the incident angle u3 of the irradiation light 10 at the specific position P becomes large, and the magnification on the screen 102 becomes small. On the contrary, if the light is moved in the direction of the arrow 204 in the drawing, the incident angle u3 of the irradiation light 10 at the specific position P becomes smaller, and the magnification on the screen 102 becomes larger. The magnification can also be adjusted by changing the distance L2 between the central axis O of the transport roller 200 and the screen 102.

シート状の試料201を搬送する製造ラインにおいては、検査開始時や終了時、或いはその製造中に搬送速度が変動したり、目標搬送速度に対して加減速が生じたりする。その場合、搬送ローラ200にロータリエンコーダ(図示せず)を接続し、エンコーダパルスを利用してラインセンサカメラ107のラインレートを制御すれば、搬送速度変動の影響を排除することができる。
このように、円筒状のローラに巻き付けたシート状部材の表面を観察する場合においても、表面欠陥検査装置1Dを適用することが可能であり、第1および第2の実施形態と同様な効果を奏する。
In the production line for transporting the sheet-shaped sample 201, the transport speed fluctuates at the start and end of the inspection, or during the manufacture thereof, and acceleration / deceleration occurs with respect to the target transport speed. In that case, if a rotary encoder (not shown) is connected to the transfer roller 200 and the line rate of the line sensor camera 107 is controlled by using the encoder pulse, the influence of the transfer speed fluctuation can be eliminated.
As described above, the surface defect inspection device 1D can be applied even when observing the surface of the sheet-like member wound around the cylindrical roller, and the same effect as that of the first and second embodiments can be obtained. Play.

図24は本発明の表面欠陥検査装置をピストンロッドの製造工程に適用した工程の流れを示すフローチャートである。まず、ピストンロッドを加工する工程について説明する。なお、適用できる製品はピストンロッドに限られず、曲面を含む凸状の表面を持つ製品であればよい。すなわち、第1〜第7の実施形態に適用可能である。はじめに、直径が一定の範囲に揃えられた円筒素材(低炭素鋼)に対して、その表面硬度を高めるために焼入れ処理241を施した後、形状矯正処理242によって、素材の円筒度を一定の精度内に収める。その後、素材の両端成形処理243によって機械的な取り合い部(図1の100a及び100b)を加工成形し、表面研削処理244で試料100の表面を平滑に仕上げ、メッキ処理246によって表面にCrメッキ層を成膜する。 FIG. 24 is a flowchart showing a process flow in which the surface defect inspection device of the present invention is applied to the manufacturing process of the piston rod. First, the process of processing the piston rod will be described. The applicable product is not limited to the piston rod, and any product having a convex surface including a curved surface may be used. That is, it can be applied to the first to seventh embodiments. First, a cylindrical material (low carbon steel) having a constant diameter is subjected to quenching treatment 241 in order to increase its surface hardness, and then shape correction treatment 242 is performed to keep the cylindricity of the material constant. Keep within accuracy. After that, the mechanical joints (100a and 100b in FIG. 1) are processed and molded by the both end molding process 243 of the material, the surface of the sample 100 is smoothed by the surface grinding process 244, and the Cr plating layer is formed on the surface by the plating process 246. Is formed.

ここで、表面研削処理244後のピストンロッドの一部を抜き取り、検査工程245において本発明の表面欠陥検査装置によってその表面を検査し、メッキ前のピストンロッド表面の凹凸欠陥の発生状況を把握する(検査1)。検査工程245における欠陥検出データ245’は、中央処理装置250に記録、解析される。例えば、表面研削処理244で用いる研削砥石の磨耗や劣化等が原因で、ピストンロッド表面の欠陥個数が徐々に増加する傾向を捉え、研削砥石の交換を促す。
メッキ処理246後のピストンロッドについては表面研磨処理248を施し、その表面粗さを0.05um未満(算術平均粗さ)に仕上げ、組立工程に移される。ここで、メッキ処理246後のピストンロッドの一部を抜き取り、検査工程247において本発明の表面欠陥検査装置によってその表面を検査し、研磨前のピストンロッド表面の凹凸欠陥の発生状況を把握する(検査2)。検査工程247における欠陥検出データ247’は、中央処理装置250に記録、解析される。例えば、メッキ処理246での処理条件変動(電流値や処理時間変動)、メッキ液の劣化等でピストンロッド表面の欠陥個数が徐々に増加する傾向を捉え、メッキ処理条件のメンテナンスを促す。
Here, a part of the piston rod after the surface grinding process 244 is extracted, and the surface is inspected by the surface defect inspection apparatus of the present invention in the inspection step 245 to grasp the occurrence state of the unevenness defect on the surface of the piston rod before plating. (Inspection 1). The defect detection data 245'in the inspection step 245 is recorded and analyzed in the central processing unit 250. For example, the number of defects on the surface of the piston rod tends to gradually increase due to wear or deterioration of the grinding wheel used in the surface grinding process 244, and the replacement of the grinding wheel is promoted.
The piston rod after the plating treatment 246 is subjected to a surface polishing treatment 248, the surface roughness thereof is finished to less than 0.05 um (arithmetic mean roughness), and the piston rod is transferred to the assembly process. Here, a part of the piston rod after the plating treatment 246 is extracted, and the surface is inspected by the surface defect inspection apparatus of the present invention in the inspection step 247 to grasp the occurrence state of the unevenness defect on the surface of the piston rod before polishing (). Inspection 2). The defect detection data 247'in the inspection step 247 is recorded and analyzed in the central processing unit 250. For example, the maintenance of the plating treatment condition is promoted by grasping the tendency that the number of defects on the surface of the piston rod gradually increases due to the fluctuation of the treatment condition (current value and treatment time fluctuation) in the plating treatment 246, deterioration of the plating solution, and the like.

なお、表面研磨処理248後のピストンロッドについては、検査工程249において本発明の表面欠陥検査装置によってその表面を検査し、研磨後のピストンロッド表面の凹凸欠陥の発生状況を把握する(検査3)。検査工程249における欠陥検出データ249’は、中央処理装置250に記録、解析される。検査工程249では、全てのピストンロッドを検査対象とし、組立工程への欠陥品の流出を防ぐ。
例えば、検査工程245、247、249で同一のピストンロッドを検査し、中央処理装置250において、それらの欠陥検出データ245’、247’、249’を統合することにより、検査工程249で検出された欠陥の座標情報から、その発生原因を遡って追跡することもできる。或いは、同一のピストンロッドについて、検査工程249で検出された凹欠陥の座標を遡った時、検査工程245、247で無欠陥であるケースもある。この場合、前記凹欠陥は表面研磨処理後に発生した打痕の可能性が高い。
以上述べた通り、本発明の表面欠陥検査装置をピストンロッドの製造工程に適用することで、各処理工程のプロセス以上を早期発見できる。また欠陥検出データをフィードバックすることで、不良品の作り込みを抑止する効果がある。その結果、ピストンロッドの製造歩留まりが向上する。
The surface of the piston rod after the surface polishing treatment 248 is inspected by the surface defect inspection apparatus of the present invention in the inspection step 249, and the occurrence state of uneven defects on the surface of the piston rod after polishing is grasped (inspection 3). .. The defect detection data 249'in the inspection step 249 is recorded and analyzed in the central processing unit 250. In the inspection step 249, all the piston rods are inspected to prevent the outflow of defective products to the assembly process.
For example, the same piston rods were inspected in inspection steps 245, 247, 249 and detected in inspection step 249 by integrating their defect detection data 245', 247', 249'in the central processing unit 250. From the coordinate information of the defect, the cause of the defect can be traced back. Alternatively, when the coordinates of the concave defect detected in the inspection step 249 are traced back to the same piston rod, there is a case where there is no defect in the inspection step 245 and 247. In this case, the concave defect is likely to be a dent generated after the surface polishing treatment.
As described above, by applying the surface defect inspection apparatus of the present invention to the manufacturing process of the piston rod, it is possible to detect the process of each processing process or more at an early stage. In addition, by feeding back the defect detection data, there is an effect of suppressing the creation of defective products. As a result, the manufacturing yield of the piston rod is improved.

なお、上記実施形態では、本発明の検査装置および検査方法を、試料100、201の表面の欠陥を観察したり検出したりするものとして説明した。しかし、本発明は、試料100、201の表面の欠陥以外の、試料の表面の状態や、試料の表面に付着または形成さている物質の検出および観察に適用することもできる。 In the above embodiment, the inspection apparatus and inspection method of the present invention have been described as observing or detecting surface defects of samples 100 and 201. However, the present invention can also be applied to the detection and observation of the state of the surface of the sample and the substance adhering to or formed on the surface of the sample other than the defects on the surface of the samples 100 and 201.

上記各実施形態では、試料100の断面形状が円として例示した。しかし、本発明は、試料100の表面形状が、楕円状等に湾曲している場合にも適用することができる。 In each of the above embodiments, the cross-sectional shape of the sample 100 is illustrated as a circle. However, the present invention can also be applied when the surface shape of the sample 100 is curved in an elliptical shape or the like.

上記各実施形態では、スクリーン102に投射された光学像を、ラインセンサカメラ107とTVカメラレンズ108により検出または観察するものとして例示した。しかし、スクリーン102に、イメージセンサを一体的に設けて、該イメージセンサにより試料100、201からの反射光2を読み込むようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the optical image projected on the screen 102 is illustrated as being detected or observed by the line sensor camera 107 and the TV camera lens 108. However, an image sensor may be integrally provided on the screen 102, and the reflected light 2 from the samples 100 and 201 may be read by the image sensor.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願2017年第120867号(2017年6月20日出願)
The disclosure of the next priority basic application is incorporated here as a quotation.
Japanese Patent Application No. 120867, 2017 (filed on June 20, 2017)

1、1A〜1D 表面欠陥検査装置
10、151 平行ビーム(照射光)
10a、20a,30a、151a 光軸
20、30 照射光束
51〜58 像
100、201 試料
102、130、152 スクリーン
104 レーザ発振器(照射光源)
107、120 ラインセンサカメラ(光検出部)
108、121 TVカメラレンズ
140 フォトダイオード(強度検出部)
171 照射光源
172 ローラユニット(試料保持部)
178 装置制御部
179 コンピュータ(処理部)
A 頂点(一側縁)
P 特定位置
u1〜u3 照明入射角
1,1A-1D Surface defect inspection device 10,151 Parallel beam (irradiation light)
10a, 20a, 30a, 151a Optical axis 20, 30 Irradiation luminous flux 51-58 Image 100, 201 Sample 102, 130, 152 Screen 104 Laser oscillator (irradiation light source)
107, 120 line sensor camera (photodetector)
108, 121 TV camera lens 140 photodiode (intensity detector)
171 Irradiation light source 172 Roller unit (sample holding part)
178 Device control unit 179 Computer (processing unit)
A vertex (one side edge)
P Specific position u1-u3 Illumination incident angle

Claims (20)

断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料を、中心軸を中心に回転させながら、前記試料に所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射した反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、
前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、
前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検査する、表面検査方法であって、
前記試料に前記照射光の一部を照射するときには、前記試料の半径に応じて前記試料の表面への前記照射光の入射角度を調節し、半径が異なる前記試料に対して、前記スクリーンに形成される前記光学像の拡大倍率を一定にし、
前記照射光の一部は、前記試料の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、
前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される、表面検査方法。
A sample having a circular outer peripheral shape and a convex surface is rotated about a central axis, and the sample is irradiated with a part of irradiation light having a predetermined width and a predetermined thickness to form the convex. The reflected light reflected on the surface is projected onto the screen to form an optical image.
The irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be used as a reference light.
A surface inspection method for inspecting the surface condition of the sample based on the reflected light intensity distribution of the inspection portion of the optical image specified by the reference light.
When irradiating the sample with a part of the irradiation light, the incident angle of the irradiation light on the surface of the sample is adjusted according to the radius of the sample, and the sample is formed on the screen with respect to the samples having different radii. To keep the magnification of the optical image constant,
A part of the irradiation light is irradiated toward a region including one side edge of the irradiated portion of the sample and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge.
A surface inspection method in which the reflected light is projected onto the screen including the inspection portion due to the reflected light reflected at the specific position.
断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料を、中心軸を中心に回転させながら、前記試料に所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射した反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、
前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、
前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検査する、表面検査方法であって、
前記試料に前記照射光の一部を照射するときには、前記試料の半径をR、前記試料の表面への前記照射光の入射角をθ、前記照射光の光軸と前記試料の稜線との距離をδとしたとき、δ=R(1−cosθ)の関係となるようにし、
前記照射光の一部は、前記試料の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、
前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される、表面検査方法。
A sample having a circular outer peripheral shape and a convex surface is rotated about a central axis, and the sample is irradiated with a part of irradiation light having a predetermined width and a predetermined thickness to form the convex. The reflected light reflected on the surface is projected onto the screen to form an optical image.
The irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be used as a reference light.
A surface inspection method for inspecting the surface condition of the sample based on the reflected light intensity distribution of the inspection portion of the optical image specified by the reference light.
When irradiating the sample with a part of the irradiation light, the radius of the sample is R, the angle of incidence of the irradiation light on the surface of the sample is θ, and the distance between the optical axis of the irradiation light and the ridgeline of the sample. When is δ, the relationship of δ = R (1-cosθ) is set.
A part of the irradiation light is irradiated toward a region including one side edge of the irradiated portion of the sample and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge.
A surface inspection method in which the reflected light is projected onto the screen including the inspection portion due to the reflected light reflected at the specific position.
断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料を、中心軸を中心に回転させながら、前記試料に所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射した反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、
前記スクリーンに投射された前記光学像をラインセンサカメラで読み込み、
前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、
前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検査する、表面検査方法であって、
前記試料を回転させるときには、前記試料の半径をR、前記スクリーン上での前記試料の周方向の拡大倍率をM、前記スクリーン上での前記ラインセンサカメラの画素寸法をc、前記ラインセンサカメラのスキャンレートをf、前記試料の回転速度をNとしたとき、N≦c・f(2πR・M)を満足する条件で、前記試料を回転し、
前記照射光の一部は、前記試料の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、
前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される、表面検査方法。
A sample having a circular outer peripheral shape and a convex surface is rotated about a central axis, and the sample is irradiated with a part of irradiation light having a predetermined width and a predetermined thickness to form the convex. The reflected light reflected on the surface is projected onto the screen to form an optical image.
The optical image projected on the screen is read by a line sensor camera and read.
The irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be used as a reference light.
A surface inspection method for inspecting the surface condition of the sample based on the reflected light intensity distribution of the inspection portion of the optical image specified by the reference light.
When rotating the sample, the radius of the sample is R, the magnification in the circumferential direction of the sample on the screen is M, the pixel size of the line sensor camera on the screen is c, and the line sensor camera is rotated. When the scan rate is f and the rotation speed of the sample is N, the sample is rotated under the condition that N ≦ c · f (2πR · M) is satisfied.
A part of the irradiation light is irradiated toward a region including one side edge of the irradiated portion of the sample and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge.
A surface inspection method in which the reflected light is projected onto the screen including the inspection portion due to the reflected light reflected at the specific position.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の表面検査方法において、
前記照射光の一部は、光強度のピーク部位を含む、表面検査方法。
In the surface inspection method according to any one of claims 1 to 3,
A surface inspection method in which a part of the irradiation light includes a peak portion of light intensity.
請求項に記載の表面検査方法において、
前記照射光のピーク部位は前記特定位置に照射される、表面検査方法。
In the surface inspection method according to claim 4,
A surface inspection method in which the peak portion of the irradiation light is irradiated to the specific position.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の表面検査方法において、
前記基準光を前記スクリーンに照射して基準像を形成し、前記基準像に基づき前記試料の前記特定位置から反射した前記光学像の前記検査箇所を特定する、表面検査方法。
In the surface inspection method according to any one of claims 1 to 3,
A surface inspection method in which the screen is irradiated with the reference light to form a reference image, and the inspection location of the optical image reflected from the specific position of the sample is specified based on the reference image.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の表面検査方法において、
前記試料の中心軸から前記照射光の光軸までの距離は、前記試料の半径以下である、表面検査方法。
In the surface inspection method according to any one of claims 1 to 3,
A surface inspection method in which the distance from the central axis of the sample to the optical axis of the irradiation light is equal to or less than the radius of the sample.
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の表面検査方法において、
前記試料は帯状の部材であり、当該検査時において、前記試料を変形させて、前記凸状の表面を形成する、表面検査方法。
In the surface inspection method according to any one of claims 1 to 3,
A surface inspection method in which the sample is a strip-shaped member, and at the time of the inspection, the sample is deformed to form the convex surface.
断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料の前記凸状の表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射するとともに、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させる基準光として照射する照射部と、
前記試料を、中心軸を中心に回転させながら保持する試料保持部と、
前記試料の凸状の表面から反射した反射光に基づく光学像を形成するスクリーンと、
前記スクリーンに形成された前記光学像を検出する検査光検出部と、
前記検査光検出部で検出した前記光学像の前記基準光により特定される検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検出する処理部と、
を備え
前記照射部は、前記試料の半径に応じて前記試料の表面への前記照射光の入射角度を調節し、半径が異なる前記試料に対して、前記スクリーンに形成される前記光学像の拡大倍率を一定にするように、前記試料に前記照射光の一部を照射し、
前記照射部は、前記照射光の一部を、前記試料の被照射部の一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置までの領域を含み、前記一側縁に対する接線方向に向けて照射し、
前記スクリーンは、前記特定位置で反射された反射光を含んで前記光学像を形成する、表面検査装置。
The convex surface of the sample cross-sectional outer periphery shape having it convex surface circular irradiates a portion of the illumination light having a predetermined width and a predetermined thickness, excluding the part of the irradiation light An irradiation unit that irradiates the irradiation light as a reference light that passes through the convex surface, and an irradiation unit.
A sample holding unit that holds the sample while rotating it around the central axis,
A screen that forms an optical image based on the reflected light reflected from the convex surface of the sample.
An inspection light detection unit that detects the optical image formed on the screen, and
A processing unit that detects the surface state of the sample based on the reflected light intensity distribution of the inspection location specified by the reference light of the optical image detected by the inspection light detection unit, and a processing unit.
Equipped with a,
The irradiation unit adjusts the incident angle of the irradiation light on the surface of the sample according to the radius of the sample, and magnifies the optical image formed on the screen with respect to the samples having different radii. The sample is irradiated with a part of the irradiation light so as to be constant.
The irradiation unit includes a region of a part of the irradiation light from the position of one side edge of the irradiated portion of the sample to a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction, and is in a tangential direction with respect to the one side edge. Irradiate towards
The screen is a surface inspection device that forms the optical image including the reflected light reflected at the specific position.
断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料の前記凸状の表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射するとともに、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させる基準光として照射する照射部と、
前記試料を、中心軸を中心に回転させながら保持する試料保持部と、
前記試料の凸状の表面から反射した反射光に基づく光学像を形成するスクリーンと、
前記スクリーンに形成された前記光学像を検出する検査光検出部と、
前記検査光検出部で検出した前記光学像の前記基準光により特定される検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検出する処理部と、
を備え
前記照射部は、前記試料の半径をR、前記試料の表面への前記照射光の入射角をθ、前記照射光の光軸と前記試料の稜線との距離をδとしたとき、δ=R(1−cosθ)の関係となるように、前記試料に前記照射光の一部を照射し、
前記照射部は、前記照射光の一部を、前記試料の被照射部の一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置までの領域を含み、前記一側縁に対する接線方向に向けて照射し、
前記スクリーンは、前記特定位置で反射された反射光を含んで前記光学像を形成する、表面検査装置。
The convex surface of the sample cross-sectional outer periphery shape having it convex surface circular irradiates a portion of the illumination light having a predetermined width and a predetermined thickness, excluding the part of the irradiation light An irradiation unit that irradiates the irradiation light as a reference light that passes through the convex surface, and an irradiation unit.
A sample holding unit that holds the sample while rotating it around the central axis,
A screen that forms an optical image based on the reflected light reflected from the convex surface of the sample.
An inspection light detection unit that detects the optical image formed on the screen, and
A processing unit that detects the surface state of the sample based on the reflected light intensity distribution of the inspection location specified by the reference light of the optical image detected by the inspection light detection unit, and a processing unit.
Equipped with a,
The irradiation unit has δ = R, where R is the radius of the sample, θ is the angle of incidence of the irradiation light on the surface of the sample, and δ is the distance between the optical axis of the irradiation light and the ridgeline of the sample. The sample is irradiated with a part of the irradiation light so as to have a relationship of (1-cosθ).
The irradiation unit includes a region of a part of the irradiation light from the position of one side edge of the irradiated portion of the sample to a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction, and is in a tangential direction with respect to the one side edge. Irradiate towards
The screen is a surface inspection device that forms the optical image including the reflected light reflected at the specific position.
断面外周形状が円形であり凸状の表面を有する試料の前記凸状の表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射するとともに、前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させる基準光として照射する照射部と、
前記試料を、中心軸を中心に回転させながら保持する試料保持部と、
前記試料の凸状の表面から反射した反射光に基づく光学像を形成するスクリーンと、
前記スクリーンに形成された前記光学像をラインセンサカメラで読み込んで検出する検査光検出部と、
前記検査光検出部で検出した前記光学像の前記基準光により特定される検査箇所の反射光強度分布に基づき前記試料の表面状態を検出する処理部と、
を備え
前記試料保持部は、前記試料の半径をR、前記スクリーン上での前記試料の周方向の拡大倍率をM、前記スクリーン上での前記ラインセンサカメラの画素寸法をc、前記ラインセンサカメラのスキャンレートをf、前記試料の回転速度をNとしたとき、N≦c・f(2πR・M)を満足する条件で、前記試料を回転し、
前記照射部は、前記照射光の一部を、前記試料の被照射部の一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置までの領域を含み、前記一側縁に対する接線方向に向けて照射し、
前記スクリーンは、前記特定位置で反射された反射光を含んで前記光学像を形成する、表面検査装置。
The convex surface of the sample cross-sectional outer periphery shape having it convex surface circular irradiates a portion of the illumination light having a predetermined width and a predetermined thickness, excluding the part of the irradiation light An irradiation unit that irradiates the irradiation light as a reference light that passes through the convex surface, and an irradiation unit.
A sample holding unit that holds the sample while rotating it around the central axis,
A screen that forms an optical image based on the reflected light reflected from the convex surface of the sample.
An inspection light detection unit that reads and detects the optical image formed on the screen with a line sensor camera, and
A processing unit that detects the surface state of the sample based on the reflected light intensity distribution of the inspection location specified by the reference light of the optical image detected by the inspection light detection unit, and a processing unit.
Equipped with a,
The sample holding unit has a radius of the sample of R, a magnification of the sample in the circumferential direction on the screen of M, a pixel size of the line sensor camera on the screen of c, and a scan of the line sensor camera. When the rate is f and the rotation speed of the sample is N, the sample is rotated under the condition that N ≦ c · f (2πR · M) is satisfied.
The irradiation unit includes a region of a part of the irradiation light from the position of one side edge of the irradiated portion of the sample to a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction, and is in a tangential direction with respect to the one side edge. Irradiate towards
The screen is a surface inspection device that forms the optical image including the reflected light reflected at the specific position.
請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の表面検査装置において、
前記照射部は、前記照射光の一部に光強度のピーク値が含まれるように前記試料の表面に前記照射光の一部を照射する、表面検査装置。
In the surface inspection apparatus according to any one of claims 9 to 11.
The irradiation unit is a surface inspection device that irradiates a part of the irradiation light on the surface of the sample so that a part of the irradiation light includes a peak value of light intensity.
請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の表面検査装置において、
前記基準光を検出する基準光検出部を備え、
前記処理部は、前記基準光検出部で検出した前記基準光に基づき、前記試料と前記照射部の相対的な位置を制御する、表面検査装置。
In the surface inspection apparatus according to any one of claims 9 to 11.
A reference light detection unit for detecting the reference light is provided.
The processing unit is a surface inspection device that controls the relative positions of the sample and the irradiation unit based on the reference light detected by the reference light detection unit.
請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の表面検査装置において、
前記検査光検出部は、前記試料の表面から反射した前記照射光の一部が投射されて形成された前記スクリーンの光学像を検出する第1の光検出部と、
前記試料の表面に照射された前記照射光の一部の散乱光を検出する第2の光検出部と、を備える、表面検査装置。
In the surface inspection apparatus according to any one of claims 9 to 11.
The inspection light detection unit includes a first photodetection unit that detects an optical image of the screen formed by projecting a part of the irradiation light reflected from the surface of the sample.
A surface inspection apparatus comprising a second photodetector for detecting a part of scattered light of the irradiation light irradiated on the surface of the sample.
請求項14に記載の表面検査装置において、
前記処理部は、前記第1の光検出部で検出した前記散乱光と前記第2の光検出部で検出した光学像とに基づき、表面状態を弁別する、表面検査装置。
In the surface inspection apparatus according to claim 14,
The processing unit is a surface inspection device that discriminates the surface state based on the scattered light detected by the first photodetector and the optical image detected by the second photodetector.
断面外周形状が円形であり凸状の表面を持つ製品の製造方法であって、
前記凸状の表面を加工し、
前記製品を中心軸を中心に回転させながら、加工された前記凸状表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射させた反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、
前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、
前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき試料の表面状態を検査し、
検査した前記製品の表面状態に基づき、前記製品の良否を判定し、
判定結果に基づき前記製品を次の工程に移
前記凸状表面に前記照射光の一部を照射するときには、前記製品の半径に応じて前記凸状表面への前記照射光の入射角度を調節し、半径が異なる前記製品に対して、前記スクリーンに形成される前記光学像の拡大倍率を一定にし、
前記照射光の一部は、前記製品の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、
前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される、製品の製造方法。
A method for manufacturing a product having a circular outer peripheral shape and a convex surface.
The convex surface is processed and
While rotating the product around the central axis, the processed convex surface was irradiated with a part of irradiation light having a predetermined width and a predetermined thickness and reflected by the convex surface. The reflected light is projected onto the screen to form an optical image,
The irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be used as a reference light.
The surface condition of the sample is inspected based on the reflected light intensity distribution of the inspection point of the optical image specified by the reference light.
Based on the surface condition of the inspected product, the quality of the product is judged.
The product to move to the next step based on the determination result,
When irradiating a part of the irradiation light on the convex surface, the incident angle of the irradiation light on the convex surface is adjusted according to the radius of the product, and the screen is applied to the products having different radii. The magnification of the optical image formed on the
A part of the irradiation light is irradiated toward a region including one side edge of the irradiated portion of the product and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge.
A method for manufacturing a product, wherein the reflected light is projected onto the screen including the inspection portion due to the reflected light reflected at the specific position.
断面外周形状が円形であり凸状の表面を持つ製品の製造方法であって、
前記凸状の表面を加工し、
前記製品を中心軸を中心に回転させながら、加工された前記凸状表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射させた反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、
前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、
前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき試料の表面状態を検査し、
検査した前記製品の表面状態に基づき、前記製品の良否を判定し、
判定結果に基づき前記製品を次の工程に移
前記凸状表面に前記照射光の一部を照射するときには、前記試料の半径をR、前記試料の表面への前記照射光の入射角をθ、前記照射光の光軸と前記試料の稜線との距離をδとしたとき、δ=R(1−cosθ)の関係となるようにし、
前記照射光の一部は、前記製品の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、
前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される、製品の製造方法。
A method for manufacturing a product having a circular outer peripheral shape and a convex surface.
The convex surface is processed and
While rotating the product around the central axis, the processed convex surface was irradiated with a part of irradiation light having a predetermined width and a predetermined thickness and reflected by the convex surface. The reflected light is projected onto the screen to form an optical image,
The irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be used as a reference light.
The surface condition of the sample is inspected based on the reflected light intensity distribution of the inspection point of the optical image specified by the reference light.
Based on the surface condition of the inspected product, the quality of the product is judged.
The product to move to the next step based on the determination result,
When irradiating the convex surface with a part of the irradiation light, the radius of the sample is R, the angle of incidence of the irradiation light on the surface of the sample is θ, the optical axis of the irradiation light and the ridgeline of the sample. When the distance of is δ, the relationship of δ = R (1-cosθ) is set.
A part of the irradiation light is irradiated toward a region including one side edge of the irradiated portion of the product and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge.
A method for manufacturing a product, wherein the reflected light is projected onto the screen including the inspection portion due to the reflected light reflected at the specific position.
断面外周形状が円形であり凸状の表面を持つ製品の製造方法であって、
前記凸状の表面を加工し、
前記製品を中心軸を中心に回転させながら、加工された前記凸状表面に、所定の幅および所定の厚さを有する照射光の一部を照射して、前記凸状の表面で反射させた反射光をスクリーンに投射して光学像を形成し、
前記スクリーンに投射された前記光学像をラインセンサカメラで読み込み、
前記照射光の一部を除く前記照射光を前記凸状の表面を通過させて基準光とし、
前記基準光により特定される前記光学像の検査箇所の反射光強度分布に基づき試料の表面状態を検査し、
検査した前記製品の表面状態に基づき、前記製品の良否を判定し、
判定結果に基づき前記製品を次の工程に移
前記試料を回転させるときには、前記試料の半径をR、前記スクリーン上での前記試料の周方向の拡大倍率をM、前記スクリーン上での前記ラインセンサカメラの画素寸法をc、前記ラインセンサカメラのスキャンレートをf、前記試料の回転速度をNとしたとき、N≦c・f(2πR・M)を満足する条件で、前記試料を回転し、
前記照射光の一部は、前記製品の被照射部の一側縁および該一側縁の位置から厚さ方向に所定長さ離間した特定位置を含む領域に向けて照射され、
前記スクリーンには、前記特定位置で反射された反射光による前記検査箇所を含んで前記反射光が投射される、製品の製造方法。
A method for manufacturing a product having a circular outer peripheral shape and a convex surface.
The convex surface is processed and
While rotating the product around the central axis, the processed convex surface was irradiated with a part of irradiation light having a predetermined width and a predetermined thickness and reflected by the convex surface. The reflected light is projected onto the screen to form an optical image,
The optical image projected on the screen is read by a line sensor camera and read.
The irradiation light excluding a part of the irradiation light is passed through the convex surface to be used as a reference light.
The surface condition of the sample is inspected based on the reflected light intensity distribution of the inspection point of the optical image specified by the reference light.
Based on the surface condition of the inspected product, the quality of the product is judged.
The product to move to the next step based on the determination result,
When rotating the sample, the radius of the sample is R, the magnification in the circumferential direction of the sample on the screen is M, the pixel size of the line sensor camera on the screen is c, and the line sensor camera is rotated. When the scan rate is f and the rotation speed of the sample is N, the sample is rotated under the condition that N ≦ c · f (2πR · M) is satisfied.
A part of the irradiation light is irradiated toward a region including one side edge of the irradiated portion of the product and a specific position separated by a predetermined length in the thickness direction from the position of the one side edge.
A method for manufacturing a product, wherein the reflected light is projected onto the screen including the inspection portion due to the reflected light reflected at the specific position.
請求項16から請求項18のいずれか一項に記載の製品の製造方法において、
前記基準光は、前記凸状の表面を通過させて前記スクリーンに直接照射して基準像を形成する、製品の製造方法。
In the method for manufacturing a product according to any one of claims 16 to 18.
A method for manufacturing a product, wherein the reference light passes through the convex surface and directly irradiates the screen to form a reference image.
請求項16から請求項18のいずれか一項に記載の製品の製造方法において、
前記基準光の一部を光センサに直接照射し検出する、製品の製造方法。
In the method for manufacturing a product according to any one of claims 16 to 18.
A method for manufacturing a product, in which a part of the reference light is directly irradiated to an optical sensor for detection.
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