JPH04252942A - 欠陥検出方法および装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検査部材の表面を光
学的に走査して表面の欠陥を検出する表面欠陥検査方法
および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被検査部材の表面をレーザー
などの光で走査し、この表面による反射光の光量変化を
検出することにより表面の欠陥（疵）を検出するものが
ある。すなわち表面の欠陥のある部分と欠陥のない背景
部分との反射光量の差（変化）を検出するものである。

【０００３】しかし被検査部材の表面の性状によっては
、この従来の方法では欠陥を高精度に検出できないとい
う問題があった。例えば表面に細かい凹凸からなるザラ
ザラとした表面処理が施されている場合や、模様的なむ
ら（いわゆる地合）が大きい場合などでは、背景部分か
らの反射光には多くのノイズが含まれることになり、微
小な欠陥からの信号がこのノイズに隠れてしまうからで
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、欠陥
を含まない背景部分からの反射光を除いて、主としてき
ずなどの欠陥部分からの反射光を検出することにより欠
陥を高検度に判別できるようにする欠陥検出方法を提供
することを目的とする。また本発明は、この方法の実施
に直接使用する装置を提供することを他の目的とする。

【０００５】

【発明の構成】本発明によれば前記の目的は、被検査部
材の表面を光学的に走査して得られる反射光の光量の変
化に基づいて、前記表面の欠陥の有無を検出する欠陥検
出方法において、前記表面による反射光を、前記入射光
の偏光方向に対して偏光方向をほぼ直角に設定した偏光
フィルタを介して検出した受光量と、前記反射光を偏光
フィルタを介することなく検出した受光量との両方の光
量変化に基づいて欠陥の検出を行うことを特徴とする欠
陥検出方法により達成される。

【０００６】また前記他の目的は、被検査部材の表面を
光学的に走査して得られる反射光の光量を光検出器で検
出し、この検出した光量の変化に基づいて前記表面の欠
陥の有無を検出する欠陥検出装置において、前記表面へ
の入射光が通る第１の偏光フィルタと、前記反射光の一
部が通る第２の偏光フィルタと、この第２の偏光フィル
タを通過した光量を検出する光検出器と、前記反射光の
他の一部の光量を検出する光検出器と、前記両光検出器
の出力を用いて欠陥を検出する欠陥検出手段とを備え、
前記第１および第２の偏光フィルタの偏光軸方向をほぼ
直交させたことを特徴とする欠陥検出装置により達成さ
れる。ここに光源として偏光光源を射出するレーザー光
源を用いることにより第１の偏光フィルタを省くことが
できる。また偏光ビームスプリッタにより第２の偏光フ
ィルタを構成することができる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例装置を示す図、図２
はその原理説明図、図３は各偏光フィルタの偏光軸方向
を示す模式図、図４は微分信号のＳおよびＮの説明図で
ある。

【０００８】図１において符号１０は鋼板やプラスチッ
クフィルムや紙などの被検査部材であり、供給ロール１
２から巻取りロール１４に巻取られる。１６はレーザー
光源である。この光源１６が射出するレーザー光１８は
直線偏光していないものであり、円偏光となっている。 この入射光１８は回転するポリゴナルミラー２０によっ
て検査対象１０の主走査ライン２２上に導かれ、この主
走査ライン２２上を左から右へ走査する。ポリゴナルミ
ラー２０から被検査部材１０の表面にむかって射出され
る入射光１８の光路には第１の偏光フィルタ２４が介在
する。

【０００９】この主走査ライン２２の近傍には偏光ビー
ムスプリッタ２６が配設され、主走査ライン２２上を走
査したレーザ光１８の検査対象１０の表面による反射光
がこの偏光ビームスプリッタ２６に入射する。反射光は
ここで２つの分割光に分割される。すなわち偏光ビーム
スプリッタ２６は反射光の所定の偏光軸方向の成分（偏
光成分）のみを透過させて導光ロッド２８に導き、また
それ以外の成分を反射して導光ロッド３０に導く。ここ
に偏光ビームスプリッタ２６の偏光軸方向は、図３に矢
印⇒で示すように、第１の偏光フィルタ２４の偏光軸方
向とほぼ直交する。このためこの第２の偏光ビームスプ
リッタ２６は、入射光に対する直交成分のみを通過させ
る。なおこの図でＡは入射光１８の被検査材１０の表面
の入射点を示す。

【００１０】これらの導光ロッド２８、３０の両端には
光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）からなる光検出
器３２（３２ａ、３２ｂ）、３４（３４ａ、３４ｂ）が
取付けられ、導光ロッド２８、３０内に入ったそれぞれ
の分割光の光量がこれら光検出器３２、３４により検出
される。従って光検出器３２は入射光に対する直交成分
の光量を検出し、光検出器３４は入射光に対する非直交
成分の光量を検出する。

【００１１】光検出器３２ａ、３２ｂの出力はプリアン
プ（図示せず）を経て加算器３６で加算され、アナログ
画像信号χ１　が得られる。光検出器３４ａ、３４ｂの
出力はプリアンプ（図示せず）を経て加算器３６ａで加
算され、アナログ画像信号χ２　が得られる。これらの
アナログ画像信号ｘ１　、ｘ２　は検査対象１０の表面
のもしくは内部の性状に対応した濃淡信号である。すな
わち信号ｘ１　は表面での反射により偏光面が変化した
成分の大きさを示し、信号ｘ２　は反射により偏光面が
変化しない成分の大きさを示すものとなる。これらのア
ナログ信号ｘ１　、ｘ２　は微分フィルタ４０、４０ａ
において微分され、疵部周辺が強調される。

【００１２】微分後の微分信号ｙ１　、ｙ２　は多値化
手段４４、４４ａにおいて所定のしきい値と比較されて
多値化例えば二値化され、欠陥検出手段４６において欠
陥の有無が判断される。例えばこの欠陥検出手段４６は
、多値化された信号ｚ１　、ｚ２　が所定のしきい値よ
り大きい又は小さい時には欠陥検出手段４６により欠陥
と判断する。また両多値信号ｚ１　、ｚ２　を比較する
ことにより欠陥か否かを判別する。さらに両多値信号ｚ
１　、ｚ２　を比較することにより欠陥の種類も判別す
ることができる。 これらの判断方法については後記する。

【００１３】欠陥検出手段４６が欠陥を検出すると欠陥
信号を出力する。その結果が欠陥の座標と共にプリンタ
などの欠陥記録手段４８に記録される。この欠陥信号は
他の機器に送って別の処理に利用してもよい。

【００１４】従ってこの実施例によれば、光源１６を出
た円偏光のレーザー光は第１の偏光フィルタ２４におい
て矢印⇒方向（図３）の直線偏光となって被検査部材１
０の表面に入射する。入射点Ａで反射された反射光は、
次に光分割器と第２の偏光フィルタとしての機能を有す
る偏光ビームスプリッタ２６に入り、ここで前記第１の
偏光フィルタ２４の偏光成分を除いた成分、すなわち第
１の偏光フィルタの偏光方向にほぼ直交する成分（直交
成分）と、それ以外の成分とに分割される。直交成分は
導光ロッド２８によって光検出器３２に導かれ、その光
量が検出される。それ以外の成分は導光ロッド３０によ
って光検出器３４に導かれる。

【００１５】表面に欠陥が無い時には入射光の偏光方向
は表面で大きな変化を受けることなく反射される。この
ため偏光ビームスプリッタ２６を通過する光量はほとん
ど無くなり、光検出器３２の出力はほぼ零となり、光検
出器３４のみの出力が大きくなる。しかし表面に僅かな
きずなどの欠陥があると、この欠陥により入射光１８の
偏光方向が変化する。このため偏光ビームスプリッタ２
６を通過する光量が大きく増えて光検出器３２の出力が
増えると共に、この偏光ビームスプリッタ２６で反射さ
れて光検出器３４に入る光量が減る。前記欠陥検出手段
４６は、両光検出器３２、３４の出力の相対変化を監視
して、欠陥の有無や種類を判別するものである。

【００１６】一般的には本発明者らの経験によれば、表
面欠陥の誤検出、過検出を少なくして安定した検出を行
うためには、Ｓ／Ｎが２．５以上であることが望ましい
。ここでＳ／Ｎとは図４に示す様に、検査対象の背景部
の微分信号レベル（Ｎ）に対する疵部の微分信号レベル
（Ｓ）の比を表す。例えば鋼板に対する実験例では、光
検出器３２、３４から得たアナログ微分信号（濃淡信号
）ｘのＳ／Ｎは、次に示す表１、表２のようになった。

【００１８】なお一般的に欠陥（疵）からの反射光は散
乱性が大きくなるため、この実験では図５に示す光学系
を用いた。すなわち、被検査部材１０の表面における反
射光の直接光、すなわち入射角α（図５参照）および反
射角βをほぼ３０°（α≒β）とした直接反射光を光検
出器３４Ａに導いて表面で偏光していない非直交成分を
検出し、反射角βから僅かにずれた角度γ（α≠γ）に
反射された散乱光を偏光フィルタ２６Ａを介して光検出
器３２Ａに導いて直交成分を検出するようにした。（以
下余白）

【００１９】

【表１】 　　───────────────────────
───────────　　　　　　　　　　　　　　
　　　　受光　　　　　　非直交成分　　　　　　　　
　　　　　　　　直交成分　　　　きず名称　　　　　
　　　角度　　　　　　Ｓ／Ｎ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　Ｓ／Ｎ　　　　─────────
─────────────────────────
　　スリーバ　　大　　　　　　３０°　　　　５．２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　７．４　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４
０　　　　　　５．０　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　８．６　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　５０　　　　　　６．１　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　９．３　　　　　　　
　スリーバ　　小　　　　　　３０°　　　　１．３　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４．６　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４０
　　　　　　１．５　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　５．０　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　５０　　　　　　２．３　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　６．２　　　　　　　　
スリ疵　　　　大　　　　　　３０°　　　　４．２　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８．３　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４０
　　　　　　５．２　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１０．６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　５０　　　　　　２．３　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　７．２　　　　　　　　ス
リ疵　　　　小　　　　　　３０°　　　　１．０　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．５　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４０　
　　　　　１．０　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　７．２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　５０　　　　　　１．０　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　４．３　　　　　　　　押
し疵　　　　大　　　　　　３０°　　　　６．３　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　８．８　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４０　
　　　　　５．３　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　６．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　５０　　　　　　５．０　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　６．０　　　　　　　　押
し疵　　　　小　　　　　　３０　　　　　　２．８　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４．１　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４０
　　　　　　２．５　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　３．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　５０　　　　　　２．４　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　３．５　　　　　　　　
─────────────────────────
─────────（以下余白）　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

【００１９】

【表２】 　　───────────────────────
───────────　　　　　　　　　　　　　　
　　　　受光　　　　　　非直交成分　　　　　　　　
　　　　　　　　直交成分　　　　きず名称　　　　　
　　　角度　　　　　　Ｓ／Ｎ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　Ｓ／Ｎ　　　　─────────
─────────────────────────
　　汚れ　　　　　　大　　　　　　３０　　　　　　
５．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．
５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　４０　　　　　　３．２　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　１．０　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　５０　　　　　　３．０　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．０　　　　
　　　　汚れ　　　　　　小　　　　　　３０　　　　
　　１．８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
１．０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　４０　　　　　　１．５　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１．０　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　５０　　　　　　１．２
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．０　　
　　　　　　ドロス　　　　大　　　　　　３０　　　
　　　３．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　６．３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　４０　　　　　　３．０　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　５．４　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　５０　　　　　　３．
６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　７．６　
　　　　　　　ドロス　　　　小　　　　　　３０　　
　　　　１．３　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　３．６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　４０　　　　　　１．５　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　２．５　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　５０　　　　　　１
．８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２．５
　　　　　　　　─────────────────
─────────────────

【００２０】この
表においてスリーバはすりきず状の欠陥、ドロスはメッ
キむらである。

【００２１】この結果によれば、スリ−バ、スリ疵、押
し疵、ドロスと言った凹凸性の疵、反射光を散乱させる
散乱性の疵に対しては、直交成分を併用する事で検出力
の向上が図れることが分かる。また特に、スリ疵といっ
た従来法（非直交成分のみ）では検出不能な疵種に対し
て有効である。

【００２２】一方汚れといった非散乱性の疵に対しては
、直交成分では検出できず、従来法（非直交成分のみ）
でしか検出できない。従って、直交成分、非直交成分の
検出を組み合せることでト−タルな検出力が向上する。 また、両成分のＳ／Ｎの大小関係は、疵の種類により特
徴があるため、疵種の分類が可能になる。

【００２３】この実験例では光検出器３２Ａは受光開角
５°のものを用いたが、これを４０〜６０°の広角にし
た場合には、偏光を用いない通常の（光検出器３４Ａに
よる）検出では、地合からの反射が入るためＳ／Ｎの改
善は見られないが、偏光を用いた（光検出器３２Ａによ
る）直交成分の検出によれば、きずからの反射光のみが
入ってくるため反射光を集めることで信号Ｓレベルが上
り、その結果Ｓ／Ｎが更に向上する。なお図３において
、第１の偏光フィルタ５０の偏光軸の方向は、入射光１
８に対して直交する方向で任意の方向に設定できる。

【００２４】図６は他の実施例の光学系を示す図である
。この実施例は反射光の直接光の全てあるいは一部を反
射鏡あるいは半透鏡２６Ｃによって光検出器３４Ｂに導
き、他の反射光を偏光フィルタ２６Ｂを介して光検出器
３２Ｂに導くものである。この場合、きずにより偏光し
た反射光が散乱性を有することから、集光レンズ２６Ｄ
によってできるだけ広い範囲の散乱光を光検出器３２Ｂ
に導くのが望ましい。

【００２５】以上の実施例では光源１６は円偏光のレー
ザー光を射出するが、これを代えて直線偏光を射出する
光源、例えば半導体レーザーを用いてもよい。この場合
には第１の偏光フィルタ２４を省くことができる。なお
この場合には、光源の光の偏光方向にほぼ直交するよう
に第２の偏光フィルタ２６、２６Ａ、２６Ｂを設定する
ことは勿論である。以上の実施例では、アナログ画像信
号をアナログ微分フィルタを通して疵を検出しているが
、アナログ画像信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル微分フィ
ルタを通して疵を検出する方法も可能であり、上記実施
例と同様偏光の利用で検出力を向上させることができる
。

【００２６】なお本発明は前記実施例のように走査光を
走査線にそって移動させるフライングスポット方式の走
査を行うものだけでなく、走査線上の画像を光検出器に
導くフライングイメージ方式のものにも適用できる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、入射光
の偏光方向にほぼ直交する反射光の偏光成分すなわち直
交成分の光量と、偏光を用いない非直交成分の光量とを
検出し、これらの光量により欠陥を判別するものである
から、欠陥を高精度に判別することができる。

【００２８】また請求項２の装置によれば、この請求項
１の方法の実施に直接用いる欠陥検出装置が得られる。 ここに光源自身が偏光光線を射出する場合には第１の偏
光フィルタを省いて、構成を簡単にすることができる（
請求項３）。また第２の偏光フィルタを偏光ビームスプ
リッタで構成することもできる（請求項４）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例装置を示す図

【図２】その原
理説明図

【図３】各偏光フィルタの偏光方向を示す模式図

【図４
】微分信号におけるＳおよびＮの説明図

【図５】他の実
施例の光学系の説明図

【図６】さらに他の実施例の光学系の説明図

【符号の説明】

１０　　被検査部材 １６　　光源 １８　　入射光 ２４　　第１の偏光フィルタ ２６　　第２の偏光フィルタとしての偏光ビームスプリ
ッタ ２６Ａ、２６Ｂ、　　第２の偏光フィルタ３２、３４　
　光検出器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被検査部材の表面を光学的に走査して
   得られる反射光の光量の変化に基づいて、前記表面の欠
   陥の有無を検出する欠陥検出方法において、前記表面に
   よる反射光を、前記入射光の偏光方向に対して偏光方向
   をほぼ直角に設定した偏光フィルタを介して検出した受
   光量と、前記反射光を偏光フィルタを介することなく検
   出した受光量との両方の光量変化に基づいて欠陥の検出
   を行うことを特徴とする欠陥検出方法。
2. 【請求項２】　　被検査部材の表面を光学的に走査して
   得られる反射光の光量を光検出器で検出し、この検出し
   た光量の変化に基づいて前記表面の欠陥の有無を検出す
   る欠陥検出装置において、前記表面への入射光が通る第
   １の偏光フィルタと、前記反射光の一部が通る第２の偏
   光フィルタと、この第２の偏光フィルタを通過した光量
   を検出する光検出器と、前記反射光の他の一部の光量を
   検出する光検出器と、前記両光検出器の出力を用いて欠
   陥を検出する欠陥検出手段とを備え、前記第１および第
   ２の偏光フィルタの偏光軸方向をほぼ直交させたことを
   特徴とする欠陥検出装置。
3. 【請求項３】　　前記第１の偏光フィルタに代えて、前
   記入射光を射出する光源として偏光光線を射出するレー
   ザー光源を用いる請求項２の表面欠陥検査装置。
4. 【請求項４】　　前記第２の偏光フィルタが、偏光ビー
   ムスプリッタにより形成されている請求項３の欠陥検出
   装置。