JPH0373831A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、検査物表面に生じる微小な凹、凸または汚れ
といった欠陥を検出する欠陥検出装置に関するもので、
特にフロッピーディスクなどの磁気面の微小な凹凸を検
出する欠陥検出装置に関する。

【従来の技術】

フロッピーディスクなどの磁気面は、その性能上平坦性
を要求されているが、前記磁気面には緩やかに変化して
中央部がへこんだ断面形状となる凹欠陥（第２図（ａ）
−（イ）参照）や正常部より急激に上昇する境界とその
境界の間が平坦な上面を有する断面形状を有する凸欠陥
（第２図（ｂ）−くイ）参照〉やディスク表面に生じる
汚れ（第２図（Ｃ）−（イ））が発生していた。 このような欠陥を検出する方法として、例えば第８図（
ａ）、　（ｂ）に示すものがあった。 まず、第８図（ａ）に示した方法は、検査物８２の斜め
方向から照明装置８１で照明し、その散乱＾射光をセン
サ８４で受光するものである。検査物８２に凹凸がある
と、その境界領域で明暗が発生するため、この画像パタ
ーンを測定することにより、凹凸、および、汚れの判別
が可能となる。 例えば、特開昭６３−１５７０４５号「検査用照明方法
」では、被検査板の表面になる直線状の傷に対して略直
角の方向で、かつ被検査板の表面に対してＯ〜１０’程
度の傾斜角度で光を照射する方法が記載されている。 また、第８図（ｂ）に示した方法は、検査物８２の斜め
方向から照明装置８１で照明し、その正反射光をセンサ
８４で受光するものである。検査物８２に凹凸があると
、その部分で反射光の方向が変化するため、微小な凹凸
を検出することができる。この方法は、例えば、特開昭
６２−１３２１５４号「レーザを用いた突起物判別方法
」では、一定幅を有するレーザ光帯を所定の間隔もって
重畳した平行レーザ光帯を形成上　この平行レーザ光帯
を円柱鏡面に反射させて扇形光面を有するレーザ光帯の
平行集合体として、検査面に照射しその反射光をスクリ
ーンに映して像の歪によって検査物の欠陥を検出するも
のであった。

【発明が解決しようとする課題】

第８図（ａ）に示した方法は、検査物の反射率が高い場
合は、凹凸の境界領域での明暗を検出することができる
が、本発明の検査対象であるフロッピーディスクのよう
な反射率の非常に低いものでは明暗が得られないという
難点を有している。 第８図（ｂ）に示した方法は、検査物の微小な凹凸を検
出することができるが、本発明の検査対象であるフロッ
ピーディスクの磁気面に含まれる凹欠陥は、垂直方向に
緩やかに変化しているため、正常部と欠陥部の明暗の差
が得られないという難点があった。また、凸部は境界領
域で水平方向の僅かな長さで上方あるいは下方に変化し
ているため、この部分の検出が可能であるが、はとんど
の面積を占める凸部の上面は平坦であるため、正常部と
の明暗の差が得られないという難点があった。

【課題を解決するための手段】

上記課題は、本発明の欠陥検出装置によって解決される
。即ち、 検査物に対して光を照射する照明装置と；前記検査物の
表面に対して、前方あるいは後方に焦点位置をずらした
状態で、前記検査物の表面での反射光を受光する画像入
力装置と；前記画像入力装置からの出力信号に基づき欠
陥検出を行なう画像処理装置とからなることを特徴とし
た欠陥検査装置にある。そして、この欠陥検査装置は、
特に前述した検査物の表面に対して前方または後方にず
らした焦点位置が、検査物表面に生じた凹、凸欠陥での
正反射光の収束点またはみかけの収束点としたことを特
徴とする。 〔作用］ 本発明の出願人は、前述した構成より画像入力装置の焦
点位置を前記検査物の表面より前後させて設定すること
によって、検査物の表面の正常部並びに凹、凸欠陥を画
像入力した画像レベルに変化を生じ、検査物の正常部と
欠陥との識別ができる作用があることを確認した。 以下、本発明の欠陥検出装置の作用について図面を用い
て説明する。 第２図（ａ）−（イ）、同図（ｂ）−（イ）、同図（Ｃ
）−（イ）は、フロッピーディスクの磁気面に生じる凹
欠陥、凸欠陥、汚れ欠陥の断面形状である。同図に示す
ように凹欠陥は、Ｚ軸（垂直方向）に緩やかに変化し中
央部がへこんでいる。 また、凸欠陥は、正常部との境界領域ではＸ軸方向（水
平方向）には僅かな長さ分度化し、上方または下方向に
急激に変化しているが、凸部の上面では平坦である。ま
た、汚れ欠陥は表面上の起伏はないが反射率が正常部と
異なる。 ここで、前記同図（ａ）−（イ）に示した凹欠陥が存在
する検査物の表面に対して、照明装置により光を照射し
て、その反射光を画像入力装置に受光させる際に、前記
画像入力装置の焦点位置を検査物の表面に対して合焦点
、後方、前方の３か所に変化した位置で画像入力した。 すると、前記凹欠陥の断面部を画像入力した出力波形は
、合焦点の時が、第２図（ａ）−（ロ）、後方時が同図
（ａ）　−（、ハ）、前方時が同図（ａ）−（ニ）とな
った。この結果、凹欠陥の合焦点での出力波形がほとん
ど変化を示さないので検出が困難であるのに対して、後
方時の出力波形はへこみで正常部の出力より低出力（暗
出力）となり正常部との境界領域で出力が上昇する波形
となり、また前方時には後方時の出力波形と逆転し、へ
こみでは正常部の高出力く明出力）となる波形となった
。 前述した凹欠陥の出力変化は、その凹欠陥周辺で反射光
の状態が第３図に示すようになるため起こるものと思わ
れる。同図において、この凹欠陥が深さｄ、半径Ｗ、曲
率半径ｒを有する欠陥とすと、光源より入射角αで照射
した光は凹欠陥周辺で反射され検査物表面から距離ｍ離
れたＰ点で収束する。したがって、センサが焦点位置を
変更しながら凹欠陥部分の画像入力を行なうと、センサ
の焦点位置で異なった画像が得られる。即ち、焦点位置
がＰ点の場合は、正常部に対して凹部の中心部が明るく
周辺部が暗くなる。またＱ点の場合は、凹部と正常部と
のコントラストが得られない。 さらにＲ点場合は正常部に対して明部分の中心部が暗く
周辺部が明るくなる。したがって、凹欠陥は焦点位置を
検査物表面に対して前方あるいは後方にずらすことによ
って凹欠陥を正確に検出できる。なお、第３図で検査物
表面からの距離ｍと検査物の凹欠陥（深さｄ、半径Ｗ、
曲率半径ｒ）の関係は、次式で表される。 ｍ＝　（ｗ／ｓｉｎα）　／ｌａｎ　（４・（ｔ！ｎ−
’ｄ／ｗ）　）・・・　（１） ｒ＝ｗ／ｌｉ］ｒｌ（２・（ｔ！ｒｌ−１ｄ／ｗ））十
ｄ・・・　（２） 同様に、第２図（ｂ）−（イ）に示した凸欠陥を画像入
力した出力波形は、合焦点の時が同図（ｂ）−（ロ）、
後方時が同図（ｂ）−（ハ）、前方時が同図（ｂ）−（
ニ）となり、凸欠陥においても合焦点での出力波形が上
面で若干低出力となって変化しているが検出は困難であ
るのに、後方時の出力波形は上面で正常部より高出力（
明出力）となり正常部との境界領域で出力が低下する波
形となり、また前方時には後方時の出力波形と逆転し、
上面で正常部より低出力（暗出力）となり正常部との境
界領域で出力が上昇する波形となる。 この凸欠陥の出力変化は、前述した凹欠陥の時と同様に
欠陥部周辺での反射光の状態によるものである。第４図
に凸欠陥周辺の反射光の状態を示す。同図において、凸
欠陥の場合は第３図に示した凹欠陥の場合と逆に反射光
は検査物の後方に虚像として収束する。したがって、第
２図（ｂ）に示すとおり凸欠陥の出力波形は、凹欠陥と
逆パターンとなり、これより凸欠陥は焦点位置を検査物
表面に対して前方あるいは後方おくことにより正確に検
出できる。 なお、第２図（Ｃ）−（イ）に示した汚れ欠陥は、合焦
点時に合わせた時検出することができる。 （同図（ｃ）−（ロ）、　（ｃ）−（ハ）、　（ｃ）−
（ニ）参照。） また、第２図において凹凸欠陥の出力波形は、焦点位置
を前方に設定した時あるいは後方に設定した時で逆転す
る関係にあるので、各欠陥において前方時の出力と後方
時の出力と差分をとれば、その欠陥部の出力変化をより
強調することが可能となる。同図＜ａ＞　−（ホ）は、
凹欠陥における同図（ａ）−（ニ）に示した前方時の出
力から同図（ａ）−（ハ）に示した後方時の出力を引い
て、欠陥部の出力を強調した出力波形を示し、同様に凸
欠陥における強調出力波形を同図（ｂ）−（ホ）に示す
。 さらに各欠陥の出力波形、凹凸において波形のパターン
が大きく変化するので、凹凸の判別も可能となる。例え
ば、同図（ａ）−（ホ）及び同図（ｂ）−（ホ）に示し
た凹凸欠陥の各出力に対して、暗出力を検出する閾値Ｃ
１と明出力とを検出する第２の閾値Ｃ２を設定すると、
出力が３種類のレベルの範囲、即ち閾値Ｃ１未満の範囲
Ｌｌと閾値Ｃ１〜閾値Ｃ２の範囲Ｃ２と更に閾値Ｃ２以
上の範囲Ｃ３に分れる。ここで凹欠陥のレベルが（Ｃ２
−Ｌｌ　−Ｃ２−Ｃ３−Ｃ２−Ｌｌ　−Ｃ２）の順序で
変化しているのに対し、凸欠陥はレベルが（Ｌ２−Ｌ３
−Ｌ２−Ｌｌ　−Ｌ２−Ｌ３−Ｌ２）の順序で変化する
ために、この変化によって凹凸の判別を行うことができ
る。 以下、凹、凸、汚れの各欠陥の中央部について、焦点位
置を検査物表面に対して表面、後方あるいは前方に設定
した時の出力について表１に示す。 なお、表１において各出力はＬｌ　＞Ｌ２　＞Ｌ３の順
であり出力が小さくなるほど明るくなる。Ｌ２は検査物
の表面が正常部である場合の出力に相当する値で゛ある
。 表１　各欠陥の出力 また、第５図に焦点位置を変化させた時の各欠陥の画像
パターンを示す。同図（イ）−（ａ−Ｃ）が焦点位置を
検査物表面にした時であり、同図（ロ）−（ａ−Ｃ）が
焦点位置を後方にした時であり、同図（ハ）−（ａ＝ｃ
）は焦点位置を前方にした時である。同図において、凹
凸欠陥の画像パターンはドーナツ状パターンとなり、各
欠陥における斜線部は出力がＬｌとなる部分、また空白
部は出力がＬ３となる部分、点線部は出力がＬ２となる
部分を示す。

【実施例】 以下、本発明の欠陥検出装置の一実施例を詳細に説明す
る。第１図は、本発明の装置構成のｌ実施例を示す図で
、同図（ａ）は装置上面図で同図（ｂ）は側面図である
。 検査物ｌは、フロッピーディスクであり、検査速度に合
わせて磁気面を回転させている。このフロッピーディス
クの回転速度は、後述する画像入力装置であるＣＣＤカ
メラの走査周期と分解能に合わせて設定すればよい。な
お、本発明の欠陥検出装置の対象とする検査物ｌは、前
述したフロ／ビーディスクだけでなくハードディスクで
もよく、フィルム、プラスチック板等に鏡面状の反射面
を形成したものにも適用できる。 照明装置２は、検査物ｌの検査位置Ｓを照明している。 検査値１ｔＬの正反射光は、画像入力装置であるライン
ＣＣＤカメラ４のレンズ系３を通して受光される。この
照明装置２においては、高輝度で平行に近い光を出射す
る装置、例えば光フアイバ照明装置が好ましいが、他の
照明装置でも使用可能である。例えば、レーザ光、スリ
ット、ピンホールを使用した拡散照明装置等である。ま
た、検査物への入射角度は、同図ｂ）にも示すようにほ
ぼ４５°としているが、正反射光を受光するのであれば
この角度でなくてもよい。 画像入力装置であるラインＣＣＤカメラ４は、レンズ系
３のピントを変えることによって焦点位置を検査物１表
面に対して前方（同図中のりあるいは後方（同図中のｆ
’）に設定し、これによって凹、凸欠陥の検出を行なう
。なお、ラインＣＣＤカメラ４の焦点位置を検査物１の
表面（第１図中のｆｅ）に設定すれば汚れも検出するこ
とができる。なお、ラインＣＣＤカメラ４の焦点位置は
、レンズ系３のピントを一定にしておいてラインＣＣＤ
カメラ４と検査物１表面からの距離を変化させて設定し
てもよい。レンズ系３は、絞りを開放に近い状態、例え
ばＦ＝８以下に設定すると精度の高い欠陥検出を行なう
ことができる。 ラインＣＣＣカメラ４の前方ｆと後方ｆ′の位置は、前
述した凹凸欠陥での反射光の収束点とした方が好ましい
。この焦点位置を収束点に設定するには、例えばライン
ＣＣＤカメラ４によって、凹欠陥を画像入力して第５図
に示したようなドーナツ状のパターンを検出した後、焦
点位置を前後させ両者のドーナツ状パターンを比較し、
このパターンの中心部の出力が大となる方向に焦点位置
を移動させて、前記中心部の出力が最大となるところを
求めればよい。 第６図に凹欠陥をラインＣＣＤカメラで画像入力した場
合の焦点位置ズレとＣＣＤ出力値の関係を示した。同図
において、Ｏ印は凹欠陥の中心部、口中は正常部、△は
凹欠陥の周辺部を示す。焦点ズレＯ即ち検査物表面の場
合は、○口Δの各出力は、はぼ同様の出力となる。焦点
位置が前方にすると、○印は上昇し前述した収束点でピ
ークとなった後下降し、目印は僅かに下降する程度あり
、Δ印は目印よりも下降する。また焦点位置を後方にし
たときは、逆に○印は下降してピークとなった後上昇し
、目印は僅かに上昇し、Δ印は目印よりも上昇する。同
図からもわかる通り収束点は、凹欠陥の中心部の出力の
ピークを求めるとよい。 さらに第７図に、凹欠陥の深さｄと、凹部−反射光の収
束点間距離ｍとの関係を示す。同図において、Ｘ軸は凹
欠陥の深さｄ、　　Ｖ軸は凹部−反射光の収束点間距離
ｍである。また、凹欠陥の半径Ｗは１００８ｍで、入射
光の入射角は４５°の条件であった。同図より、凹凸欠
陥の深さの範囲が０、　１から１０μｍであれば、深さ
ｄと凹部−反射光の収束点間距離ｍはほぼ直線の関係に
ある。 またラインＣＣＤカメラ４においては、前記表面ｆｓと
前方ｆ及び後方ｆ′の３箇所の焦点位置で別々に検査物
の表面の画像を入力できるよう、３台のラインＣＣＤカ
メラを用いたり、あるいはレンズ系に焦点位置を表面ま
たは前方あるいは後方へ自動的に動かすオートフォーカ
ス機構を設けてもよい。凹凸欠陥を検査する場合は、焦
点位置を前方としたときの出力と後方としたときの出力
との差分をとり欠陥部を強調させて高精度の欠陥検出を
行なえるようにしてもよい。なお、前記検査物１の磁気
面は両面であるため、検査物１片面についての検査後反
転させるか、あるいは照明装置１−ＣＣＤカメラ４を２
系列分設けることが必要である。 画像処理装置５は、ラインＣＣＤカメラ４の出力を入力
し画像処理して検査物１に含まれる凹凸欠陥を正常部と
判別したり、各欠陥についてその半径ｒｌ　深さｄｌ　
曲率半径ｒを測定してもよい。 例えば画像処理装置５は、入力画像を二値化して半径Ｗ
を求めて、前記式（１）から深さｄを、式（２）から曲
率半径ｒを求めることができる。 以下、検査物ｌの画像入力条件の１例を表２に示す。　
（以下、余白） 表２　検査物の画像入力条件

【発明の効果】

本発明は、従来法では検出が難しかったフロ、ピーディ
スクなどの磁気面の微小な凹、凸、汚れの各欠陥を容易
に検出して分類することが可能であり、さらに凹凸欠陥
においてはその欠陥の深さｄ。 半径Ｗ、曲率半径ｒを測定することができ欠陥検出装置
としてその効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置構成の１例を示す図で、第２図は
本発明の装置で得られた凹凸欠陥の出力波形を示す図で
、第３図は凹欠陥部周辺の反射光の状態図、第４図は白
欠陥部周辺の反射光の状態図、第５図は焦点位置を前後
して画像入力した各欠陥の画像パターン図、第６図は凹
欠陥と正常部における焦点位置ズレとＣＣＤ出力の関係
を示す図、第７図は凹欠陥の深さｄと距離ｍ（凹欠陥か
ら反射光の収束点までの距離）との関係を示す図、第８
図は、従来法を説明するための図である。 ｌは検査物、２は照明装置、３はレンズ系、４はライン
ＣＣＤカメラ、 ５は画像処理回路である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）検査物の表面に生じる凹、凸の欠陥を検査する欠
   陥検査装置において、 検査物に対して光を照射する照明装置と、 前記検査物の表面に対して、前方あるいは後方に焦点位
   置をずらした状態で、前記検査物の表面での反射光を受
   光する画像入力装置と、 前記画像入力装置からの出力信号に基づき欠陥検出を行
   なう画像処理装置と からなることを特徴とする欠陥検出装置。
2. （２）前記画像入力装置の焦点位置で、凹、凸欠陥での
   正反射光の収束点またはみかけの収束点としたことを特
   徴とする特許請求範囲第１項の欠陥検査装置。
3. （３）前記画像入力装置が、検査物の表面に焦点位置を
   おき、汚れ欠陥を検出することができることを特徴とす
   る特許請求範囲第１項記載の欠陥検査装置。