JPH04506411A - 平面状および立体状検査材料の無接触検査方法および装置 - 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】 平面状及び立体状検査材料の無接触検査方法及び装置のこ発明は種々の検査材料 の無接触検査方法および装置に関するものである。ここで、検査材料の表面また は検査材料の空間内部が問題となっている。特に見かけ上平用なまたは規則的に 構成された表面の不規則性が検査されるが、材料の透光性で見がけ上均−なまた は規則的に構成される層の不規則性が検査される。このような不規則性は例えば 、含有物のため現われる。製造工程または処理工程で走行するシート材料、例え ば、金属シートまたは織物ウェブおよび走行に際して見かけ上平溝である表面を 有する材料では、走行停止中に寸法を決めることができ、または走行停止中に全 ての不規則性を確認できる。このような検査は、例えば、積層または蒸着の際と 同様に種々の処理方法の枠内で必要である。

他方、３次元構造体の検査では、検査すべき材料の内部境界面の位置変化が確認 され、測定できる。その上、そのような領域や含有物の振動を検査できる。同心 回転や振動による回転部分の検査は、同じく、この種の検査の課題範囲に属する 。

従来周知なシステムは、機械的手段で偏向されるレーザスキャナや複雑な光学コ ンポーネントを使用している。それで、対応する検査装置は、高価で、かさばり 、摩耗しゃすい。他のシステムは電子カメラで作動する。そのようなシステムは 例えば走査カメラとして構成され、同時に通過し検査すべき材料の列を検出でき る。しかしながら、そのようなカメラは材料上で垂直に材料の所定の場所にだけ 向けられているので、斜角で検出される表面範囲の測定結果を補正しなければな らない。それで撮像内の複雑な補正が必要となる。カメラと共に列が移動すれば 、更に複雑なスライダーレジスタが必要となり、測定結果を高価な変換計算機に より、標準測定点で換算される。両方のシステムでは、非常に長い材料または幅 の広い材料の検査は非常に限定的にだけ可能であり、検査幅が増加すると共に、 幾何学的要件と不利に使用される欠陥分析により可能である。

従来周知なシステムの別の欠点は、全走査情報が連続形式で与えられることであ る。つまり、この測定装置は列ごとに測定し、検出したデータを連続して互いに つなげる。この連続測定データをそれから、変換により個々の測定点と関連させ なければならず、このことは判別装置の非常に高度な帯域幅を必要とし、また、 少なくとも判別ソフトウェアでの高度な要求を調整する。システムの欠陥のある 冗長も欠点である。例えば、レーザような個々の重要な部分の故障は全装置の故 障に通じる。

それ故、この発明の課題は、上記欠点を克服し、特にまた、複雑に形成された材 料の検査を許容する方法および装置を提供することであり、検査装置は、事前に 定めたように検査材料の要件に適合できるか、プロセス経過中に自動的に適合で きる。この課題は、請求の範囲第１項の上位概念および特徴とする特徴部分、並 びに請求の範囲第４項の特徴部分による方法を実施する装置により解決される。

この発明による方法およびその方法を実施する装置は、表面および内部境界面で 反射され、その後検出される光により検査すべき材料の表面と内部境界面を同時 に無接触に検査できる。しかしまた、材料の空間層または空間断面またはその内 部構造も検査でき、そこで光は拡散され、後で検出される。

次の説明において、種々の図面に基づきこの発明による方法の基本原理を説明す る。更に概略図に基づきこの方法を実施するいくつかの例示の装置を説明する。

第１図は、検査材料の表面および内部構造の検査方法の機能原理を示す。第２〜 ５図はこの方法の４つの基本的変形列を示す。

第６図は不規則な材料厚さのある検査材料の検査方法の機能原理を示す。第７図 は光源部分の光強度を制御する装置の第１実施例の概略図を示す。第８図は光源 部分の光強度を制御する装置の第２実施例の概略図を示す。第９図はライトレシ ーバにおける光強度を検出する装置の第１実施例の概略図を示す。第１０図はラ イトレシーバにおける光強度を検出する装置の第２実施例の概略図を示す。

第１図において、検査材料の表面および内部構造を検査するこの発明による方法 の基本原理を、この方法の実施のため概略で示す装置に基づいて示す。検査材料 ｌは、表面が検査される例えば軌道材料である材料から成るか、表面も含めて内 部構造も検査される透明材料もまたは透明材料でもよい。第１図で検査材料は図 示矢印に示すように一定の運動で右から左へ動く。この発明によると、指向性が あり、線形の光源２から、対応して記しである矢印が示すように光が照射される 。検査材料ｌ上に光ビーム３の形で生じる光が検査材料ｌで一部分反射される。

このことは、材料および材料の表面状態による。光の反射部分は、線形の光電変 換器４で再び光ビームとして検出される。光の反射しない部分は検査材料を透過 し、それから、散乱し、検査材料ｌの下側で再びそこから現われる。検査材料Ｉ の下の境界面で別の反射が可能である。出て行く光は最後に別の線形の光電変換 器５により検出される。この方法によると、検出された光の強度は線形光電変換 器４．５の個々の地点で測定される。そのためにこれらの変換器４．５は出来る 限り高い光分解能を持たねばならない。このことがら、変換器は協同して線形の 視界を形成するように構成される多数の個々の光素子６から成る。しかし、特定 の使用では、光源２は、照射される光の強度に関して別々に制御できる個々の光 素子７から構成される。各々の光点の光強度の別々の個々の制御および各々の測 定点での検出された強度の別々の個々の検出により、各々の測定点に対して実際 上、所定の光強度が選択でき、または、検出すべき値は、パラメータとして設定 できる。つまり、発生する光ビームおよび検出した光の分解能に応じて、測定パ ラメータとして役立つ検査材料ｌの移行運動に応じて各々の地点での局部的に変 化する強度値を経験的または数学的に設定できる。同じく光ビームの各地点での 検出すべき光の強度の経験的または数学的に決められる局部的に変化する強度特 性を、検査材料の移行の際に設定できる手段を設けることができる。所定の強度 特性の識別により、通過する表面の移動検査を行なうことができる。

第２図乃至第５図はこの発明による方法を適用できる４つの異なる変形例を示す 。第２図において、全く簡単な変形例を示してあり、光源２は不透光材料ｌを照 射する。発生する光の一部分は表面で反射され、残りの部分は、材料内に吸収さ れる。反射した部分は、検出器４、光電変換器により検出される。この配置は、 例えば、金属シート材料の表面の検査に使用でき、その際、金属シート材料は、 光ビーム３の下で軌道の形で通過する。この配置は、しかしまた、例えば、光反 射表面のある車体部分、金属成形品または類似材料のような丈夫な表面の表面検 査に適する。その際、インライン検査により１０ｍ幅のものを検査できる。誤差 分解能は例えば、薄圧延された表面層で孔、いわゆる「ピンホール」でｌＯμ■ である。反射にとって障害部分としてのかき傷や、はこり部分に関して約５０μ ｍの分解能が達成される。この配置により、それで、とりわけ、コーティング欠 陥、異粒子（はこり）、かき傷、圧刻、窪み、孔を検出できる。また、密度、色 、表面粗さ、表面品質の変化を確認できる。この発明による検査方法は、移行速 度が１７ｍ／ｓまでの高い検査速度を許容する。

第３図は、検査材料が透明か半透明、つまり分散して光を通す変形例を示す。光 源２から照射され、検査材料に当たる光の一部分が反射し、他の部分が吸収損失 を生じて検査材料ｌを貫通し、検査材料ｌから出た後、ミラー８で反射し、ミラ ーから再び検査材料ｌを貫通する。両方の光線帯は最後に光電変換器４で検出さ れる。この配置は、表面と透光材料の内部構造とを同時に検査できる。構造に関 して、例えば、封入物（気泡）並びにその寸法を検出でき、または、重合体内の 架橋や引張力結合の規則性を検査できる。その上、色や透光の変化も測定できる 。

第４図は表面を検査する配置を示す。光の一部分は表面で反射され、他方、検査 材料ｌを貫通する光の部分は、対向する表面９あるいはこの表面により形成され る境界面で反射され、再び検査材料ｌを貫通後に検出される。環境面で反射され ない部分は、例えば黒色ビロードから成る吸収体により捕えられる。

第５図には、例えば積層体の２つの隣接する材料間の境界層１３を検査するため セットされた配置が示されている。光は最初にここでは上方材料１１を貫通し、 境界層１３において、第２のここでは下方材料１２に対して大部分が反射される 。反射された光は再び第１材料１１を貫通し、第１材料から出た後に検出される 。

境界面１３で反射されない光は第２材料１２を貫通し、第２材料の表面から出る 光は吸収体ＩＯにより捕えられる。その際、強力な透光が積層体の欠陥を表示す る能力がある。

第６図は不規則な材料厚さを持つ検査材料を検査する方法の機能原理を示す。第 ６図で検出器４の矢印の同一長さで示される透光測定の均一な感度を得るため、 光帯は強度特性ｌを有する検査材料ｌで生じ、前記強度特性は、検査材料ｌ内の 減光特性に一致し、この減光が補正される。光電変換器６および光素子７はそれ ぞれ、いわゆる測定チャネルを構成する。

次にこの発明による方法を実施する装置のいくつかの基本回路を説明する。第７ 図は、光源部分を局部的に変えてプログラムにより制御する装置の第１の例示可 能な概略図を示す。線形光源は全体として、ここでは、全てが発光ダイオード（ ＬＥＤ）１５またはレーザで構成される多数の非連続光源から成る。その際、そ のような個々の光源は、個々に強度が制御できる先部分を構成する。その際、制 御は全ての個々の光源に連結する制御チャネル（コントロールバス）１６を介し て行なわれる。図示の概略図では、つまり、個々の光源の回路が示されている。

ライン１７を介して回路は、電力が供給される。論理回路（ＬＯＧＩＣ）１８内 で、制御信号が再生され、デジタル−アナログ変換器１９を介して交流ドライバ ２０に送られる。それから交流ドライバは発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレー ザに給電する。バックライトレシーバ２１が交流ドライバ２０に帰還接続される 。このバックライトレシーバは、検査材料に生じる光強度を測定し、それにより 、現実に所望する値と一致しているかどうかの制御ができる。この帰還接続によ り、調整回路が形成され、その結果、光強度を常に設定値に調整できる。

第８図は第７図に対する変更回路を示す。第７図との相違点は、グローランプ２ ２を光源として動作することである。論理回路ＬＯＧＩＣ１８とデジタル／アナ ログ変換器１９は、直流ドライバ２３を介してグローランプ２２に給電する。追 加の交流ドライバ２４がＬＯＧＩＣ１８、デジタル／アナログ変換器１９、バッ クライトレシーバ２１からの信号を処理し、それから、チョッパ２５に給電する 。チョッパ２５により高周波数が発生し、周辺光線の周波数と区別できる光を発 生し、それで、周辺光と無関係に測定できる。この発生した光周波数はこのよう にして、測定のため搬送周波数として役立つ。可動の検査材料に対する走査また は分析が十分であるように光周波数は当然高くなければならない。この回路によ り、グローランプから出る光の光強度は十分に迅速かつ正確に調整できる。

第９図はライトレシーバから出る電流値を処理する回路を、調整可能な可変増幅 器の光強度値として示す。それにより、光電変換器の各々の光素子の検出された 光の強度の局部的に変化する特性がプログラム可能な目標値に増幅できる。光は この回路ではホトレシーバ２６に当たり、ホトレシーバの電気信号は可変増幅器 ２７により増幅される。増幅器２７は論理回路２８およびデジタル／アナログ変 換器２９を介して制御される。論理回路２８はライン３０を介して給電され、ラ イン３１により制御される。ライン３１は共通の制御チャネル３２から分岐され る。

第１Ｏ図は変更回路を示す。ここでは、ホトレシーバ３３にチッパ３４が前置接 続され、チョッパ３４は論理回路２８、デジタル／アナログ変換器２９および交 流／直流ドライバ３５を介して制御される。チョッパはこの回路では、所定周波 数での選択的調整が可能である。他方、測定強度はこのチョッパにより、任意に 減少できる。

この発明による装置での線形光源として、ホトダイオード、グローランプ、ガス 放電管、またはガス放電ランプの一連のものを使用できる。半導体ダイオードも 使用できる。光電変換器は他方、ホトダイオード、ホトトランジスタまたは光電 子増倍管から構成できる。光源および光電変換器に対するパラメータとして、運 動の空間座標を検出する手段および検査材料に対する光源と光電変換器の運動手 段は、静止している検査材料が問題になる時だけ必要とされる。これらの手段は 例えば、線形ユニットでありまた、技術水準から成る任意の機械的駆動手段でよ い。多くの場合、検査装置は静止しており、検査材料は発生する光帯の下で通過 して移動する。時折、温度は、制御パラメータとして使用されるプロセスパラメ ータとなり得る。例として、赤熱金属を引用でき、この金属は測定に影響するか ら、検査材料の温度は材料膨張に基づいて補正されなければならない。そのよう な場合に、光電素子として赤外パイロ電気センサが適する。

要約 種々の検査材料の表面または内部構造を無接触検査するこの発明による方法では 、検査材料（１）は光ビーム（３）により照射されて、通過される。検査材料（ １）により反射され、散乱されまたは検査材料を通過する光ビーム（３）の光が 検出されて設定値と比較される。この方法を実施する装置は連続的な光ビーム（ ３）を発生するための線形光源（２）と、反射され、散乱され、散乱され、また は通過する光を検出するため少なくとも１つの線形光電変換器（４，６）とを有 する。

平成　年　月　日 ］ ■、　憬々り慎重ｔｕｆｔり次回よ１こは門節情厄り照汝胆侠重力ｌ幻しおいて 、検査材料（１）は少なくとも１本の光帯（３）により照射され、移行され、そ の際、検査材料（１）により反射され、拡散され、または検査材料を通過する光 帯（３）の光は、２次元または３次元のセンサにより検出され、設定値と比較さ れ、発生した光帯（３）および検出された光の分析に応じて、各々の個々の地点 で、測定パラメータとして役立つ検査材料（１）の移行運動に応じた局部的に変 化する強度値が設定されることを特徴とする前記方法。

２、　先送ラインの個々の地点の強度およびセンサのセンサラインの個々の地点 の感度が場所によるパラメータとして設定されることを特徴とする請求の範囲第 １項に記載の方法。

３、強度値および感度値が先送ラインまたはセンサラインの幾何学的特性により 、パラメータとして変化することを特徴とする請求 ４、連続光帯（３）を発生するための線形光＃．（２）と、反射され、拡散され または通過する光を検出される少なくとも１つの線形光電変換器（４、６）とを 備え、線形光源（２）は光素子（７）を含み、光素子により、線形光帯（３）が 検査材料（１）上に発生でき、金属材料（１）の移行の際に光帯（３）の各々の 地点に対する光の強度の経験上または数学的に定めた局部的に変化する特性を設 定できる手段があることを特徴とする前記請求の範囲の内の１項に記載の方法を 実施するための装置。

５、光電変換装置（４）は、線形視野のある光素子（６）を含み、検査材料（１ ）の移行に際し、光帯（３）の各地点に対する検出すべき光の強度の経験上また は数学的に定めた局部的に変化する特性を設定できる手段があることを特徴とす る請求の範囲第４項に記載の装置。

６．検査材料（１）に対して光源（２）および光電変換器（４）を運動し、光源 （２）および光電変換器（４）に対するパラメータとして前記運動の空間座標を 検出する手段とを特徴とする請求の範囲第４項または第５項の内の１項に記載の 装置。

７、光源（２）の素子は、レーザ、グローランプ、ガス放電管またはガス放電ラ ンプから成り、光電検出器（４）は、ホトダイオード、ホトトランジスタまたは 光電子増幅管から成ることを特徴とする請求の範囲第４項乃至第６項の内の１項 に記載の装置。

８、光源（２）の光素子（７）と、光電変換器（４）の光素子（６）が、ミラー 、光線分配器、レンズまたは素子、光チョッパ、光ライン、分散器およびコリメ ータから成ることを特徴とする請求の範囲第４項乃至第７項の内の１項に記載の 装置。

９、光源（２）の光素子（７）は、調整可能な増幅器と調整可能な光素子とを含 み、それらにより、各々の素子（７）の走査光の強度の局部的に変化する特性が プログラム制御されて調整できることを特徴とする請求の範囲第４項乃至第８項 の内の１項に記載の装置。

１０、光電変換器（４）は、調整可能な可変増幅器（２７）と調整可能な光素子 とを含み、それらにより、光電変換器（４）の各々の光素子（６）の検出光の強 度の局部的に変化する特性を、プログラム可能な目標値に増幅できることを特徴 とする請求の範囲第４項乃至第９項の内の１項に記載の装置。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．種々の検査材料の表面または内部構造の無接触検査方法において、検査材料 （１）は光帯（３）により照射され、光帯が通過し、その際、検査材料（１）に より反射され、拡散されまたは検査材料を通過した光帯（３）の光が検出され、 設定値と比較されることを特徴とする前記方法。
2. ２．発生する光帯で分析および検出され、光の分析に対応して、各地点で、測定 パラメータとして役立ち、検査材料（１）の移行運動に応じて局部的に変化する 強度値が設定されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．連続光帯（３）を発生する線形光源（２）と、反射され、拡散され、通過す る光を検出するため少なくとも１つの線形光電変換器（４、６）とを特徴とする 請求の範囲第１項または第２項に記載の方法を実施するための装置。
4. ４．線形光源（２）は、線形光帯を検査材料（１）上に発生できる光素子（７） を含み、検査材料（１）の移行に際し、光帯（３）の各地点に対する光の強度の 経験上または数学的に定めた局部的に変化する特性を設定できる手段があること を特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
5. ５．光電変換器（４）は、線形視野のある光素子（６）を含み、検査材料（１） の移行に際し、光帯（３）の各地点に対する検出すべき光の強度の経験上または 数学的に定めた局部的に変化する特性が設定できる手段があることを特徴とする 請求の範囲第３項および第４項の内の１項に記載の装置。
6. ６．検査材料（１）に対して光源（２）および光電変換器を移動する手段と、光 源（２）および光電変換器（４）に対するパラメータとして、前記移動の空間座 標を検出する手段とを特徴とする請求の範囲第３項乃至第５項の内の１項に記載 の装置。
7. ７．光源（２）の光素子（７）は、ホトダイオード、グローランプ、ガス放電管 またはガス放電ランプまたは半導体から成ることを特徴とする請求の範囲第３項 乃至第６項の内の１項に記載の装置。
8. ８．光電変換器（４）は、ホトダイオード、ホトトランジスタまたは光電子増倍 管から成ることを特徴とする請求の範囲第３項乃至第７項の内の１項に記載の装 置。
9. ９．光源（２）の光素子（７）は、調整可能な可変増幅器を含み、可変増幅器に より、各々の素子（７）の照射光の強度の局部的に変化する特性がプログラム制 御されて調整できることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。
10. １０．光電変換器（４）は調整可能な可変増幅器（２７）を含み、前記増幅器に より、光電変換器（４）の各々の光素子（６）の検出光の強度の局部的に変化す る特性が、プログラム可能な目標値に増幅できることを特徴とする請求の範囲第 ８項に記載の装置。