JPH05340743A - 表面検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 径の異なる２つのレーザビームを用いて円筒
状被検査物表面のキズを検査する。 【構成】 被検査物表面の欠陥検出に適したビーム径と
照射角度を持つ２本のレーザビームを１式の回転ミラー
７を介して円筒状被検査物１２の胴方向に照射し、各々
のビームの反射光をそれぞれのビームに対する受光器に
て捕捉し、これを電気信号に変換し、この電気信号を比
較器１８，２１によりしきい値と比較することにより平
面上の２次元的な傷や曲面異常などの３次元的な欠陥を
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザプリンタ
等に用いられるトナードラム、給紙ドラム、感光ドラム
等の円筒状物の表面欠陥をレーザ光源を用いたフライン
グスポット方式で検出するための表面検査方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】紙、プラスチック、ガラス、金属等の表
面欠陥を検出する装置としては、レーザビームを小さな
スポットに集光し、そのスポットをスキャニングして検
査するフライングスポット方式の表面検査装置がある。

【０００３】ところで、トナードラム、給紙ドラム、感
光ドラム等の円筒状物の検知したい表面欠陥としては、
幅２０μｍ程度以上のキズ、コスレ、ピンホールおよび
凹凸２０μｍ、面積１ｍｍ² 程度以上のへきみ、しわが
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、工業的に使
用できる従来のレーザビームによるフライングスポット
方式、あるいはＣＣＤカメラによる円筒状物のような曲
面の表面検査においては、平面的な幅の狭い欠陥である
キズ、コスレ、ピンホール等の検出は可能であるが、ゆ
るやかな断面形状を持つ、へこみ、しわ等の３次元的な
異常の検出は全くできない状態であった。

【０００５】このため、従来においては、ラインに検査
作業員を配置し、人手作業により曲面異常のものを選別
していた。したがって、目視では確認できない曲面異常
は検出されず、検査精度の向上には、なお改善すべき余
地があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上述の点に鑑み
て、被検体の３次元的な欠陥をも検出することの可能な
表面検査方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、円筒形状の被検体をその胴方向の
軸を中心に回転させ、該被検体の表面に前記被検体の表
面の２次元的な欠陥を検出するための第１のビームと、
当該被検体の表面の３次元的な欠陥を検出するための第
２のビームとを互いに交錯しないように前記被検体表面
の異なる部分に照射し、当該照射された第１のビームお
よび第２のビームの反射光をそれぞれ光電変換し、当該
それぞれ光電変換された電気信号の波形分析を行うこと
により前記２次元的な欠陥および前記３次元的な欠陥を
検出することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明は、欠陥検出のために照射するビームに
２次元的な欠陥と３次元的な欠陥とをそれぞれ検出する
ための合計２つのビームを用いる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。

【００１０】図１は、本発明の円筒状物表面検査装置の
実施例を示す概略図である。

【００１１】図において、１は幅の狭い２次元的なキズ
状欠陥の検出を目的とする半導体レーザ、２は検出した
い欠陥に対する感度が最大になるようにビーム径を設定
するコリメータ、３はコリメータからの出力ビームを回
転ミラー７に照射する反射ミラーである。

【００１２】同じく４は３次元的なへこみ、しわ状欠陥
の検出を目的とする半導体レーザ、５は検出したい欠陥
に対する感度が最大になるようにビーム径を設定するコ
リメータ、６はコリメータからの出力ビームを回転ミラ
ー７に照射する反射ミラーである。

【００１３】スキャナー部は、回転ミラー７、これを回
転させる高速モータおよび制御装置から構成される。回
転ミラー７で反射された半導体レーザ１からのビーム
は、円筒状被検査体表面にある幅の狭いキズ状欠陥の検
出を目的とするため、その存在場所による検出感度を一
様にする目的のｆθレンズ８を通り、平面ミラー９によ
り被検査円筒状物１２への照射角を調節して図２のよう
に照射、走査される。

【００１４】被検査円筒状物１２は、把持機構により把
持され、モータ１５で回転する。被検査円筒状物１２で
の正反射光を受光器１３で受光した後、これを電気信号
に変換、増幅器１６で信号増幅した後、微分増幅器１７
で信号に含まれる低周波成分を除き、微分変化分だけを
取出す。比較器１８により、設定値以上の信号をキズ状
欠陥として選別する。

【００１５】半導体レーザ４からのビームは、円筒状検
査体の表面にある、３次元的なしわ、へこみ等その断面
形状のゆるやかな欠陥の検出を目的とするため、平面ミ
ラー１０により、被検査円筒状物１２への照射角を調節
して図３のように照射、走査される。被検査円筒状物１
２での正反射光を受光器１４で受光した後、これを電気
信号に変換、増幅器１９で信号増幅した後、うねり除去
回路２０により、円筒状被検査物の胴長方向のうねり斑
信号から、欠陥信号を抽出、比較器２１により設定値以
上の信号をしわ、へこみ状欠陥として選別するものであ
る。

【００１６】さて被検査物の胴方向にビームスポットを
走査するフライングスポット方式と正反射受光方式をと
る本発明においては、円筒状被検査物の正常部と欠陥部
における正反射受光量のレベルの比率が大きく取れれば
選別は確実になるが、比率が小さいと設定が難しくなる
と共に不確実になり、誤動作の原因となる。レーザビー
ムの被検査体への照射角と、受光器への反射角度につい
て述べる。

【００１７】受光方式については、正反射受光方式と乱
反射受光方式があるが、本発明の如く、円筒状物を被検
査体とする場合、被検査体の偏心、たわみ等で、ビーム
の照射点が移動したがの如くになる。

【００１８】正反射受光方式を取れば、被検査体を回転
させる前に、被検査体胴長方向にわたって、その反射光
量は一様であるはずのものが、大きくバランスを欠くよ
うであれば偏心、たわみ等が被検査物に存在するかまた
は測定機構部に不都合のあることが想定できるメリット
があるため、正反射受光方式を採用するのが一般的であ
り、本発明も正反射受光方式を採用している。欠陥の種
類と照射角をパラメータにとったときの正常部（地合ノ
イズ）信号Ｎと欠陥部信号Ｓの反射光のレベルの比を調
べた。

【００１９】調査の結果、幅２０μｍのキズ、ピンホー
ル（以下欠陥種別１という）欠陥を検出する条件と、凹
凸差２０μｍ程度、面積１ｍｍ² 程度のへこみ、ふくら
み、これが連続するしわ（以上欠陥種別２という）欠陥
を検出する条件は全く異なっており、次表の測定結果を
得た。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】以上の測定結果に基づく関係を図４，図５
に示す。図４，図５より明らかなように、欠陥種別１お
よび２の欠陥を併せ持つ、円筒状被検査物の表面検査に
おいては、２本のレーザビームを必要とし、欠陥種別１
の欠陥に対しては第１のビームの被検査体への照射角６
０°近辺にして、欠陥種別２の欠陥に対しては第２のビ
ーム照射角１０°近辺にした正反射受光方式が、Ｓ／Ｎ
比の高い確実な欠陥検出を可能にする。

【００２３】ビームの径については、小であればある程
検出感度はあがるものの、正常部の表面仕上の程度によ
っては、正常部地合ノイズも大きくなるため、Ｓ／Ｎ値
的には、何ともいいがたく、実験的に最適値を見出すべ
きである。本実施例は、欠陥種別１の欠陥に対しては、
被検査円筒状物表面で、４０μｍの直径を持つビームに
した。

【００２４】欠陥種別２に対する第２のビームは、その
照射角が１０°近辺と小さいので、被検査円筒状物表面
の接点では、ビーム面積の半分近くは直進してしまい、
残りの半分近くに相当するビームは正反射して受光器に
入っている。こういう状態を、被検査物の真円度誤差、
把持、回転機構の中心軸と被検査物中心軸のズレ等の中
で保つためには、被検査物の回転時の総合上下動はビー
ム径の少なくとも１／４以下にするのが好ましい。実施
例では被検査物の総合上下動が２５０μｍ程度観察され
たので被検査物表面近くで１ｍｍφの直径を持つビーム
とした。

【００２５】さらに、検出感度を上げるために、縦方向
長＞横方向長の楕円ビームにすることも有効である。

【００２６】円筒状物表面の欠陥を検出するには、径の
異なる、あるいは断面形状の異なる２つのレーザビーム
を、スキャニングして被検査物表面を照射することが必
要であること、それぞれ最適な照射角度を有することを
記述した。

【００２７】これを実現するに、レーザ光源、コリメー
タ、スキャナー部のいわゆる投光器を２式準備するのが
従来の方法であるが、本方法では、投光部の容積が大き
くなる、高価になる等の不都合があった。本発明は、図
１に示す投光器内の光学部品の配置に工夫を重ねること
により、２つのレーザビームをスキャナー部回転ミラー
同一面に重複することなく照射、反射させることに成功
した。すなわち、本発明は、１つのスキャナー部回転ミ
ラーによって、２つの異なるレーザビームをスキャニン
グすることを特徴とする。

【００２８】また実施例ではレーザ光源として半導体レ
ーザを用いているが、もちろんガスレーザでも寸法的に
は大きくなるが、機能的には何ら問題ない。

【００２９】引続き欠陥弁別回路について記述する。

【００３０】欠陥種別１に対する第１のビームにおいて
は、ビームを当てた被検査物表面の反射率に応じた光が
正反射方向に強く返ってくる。キズにビームスポットが
当たると回折光、散乱光が発生し、受光器に返ってくる
光が減少する。

【００３１】また、反射率の強くなる欠陥があると反射
光が増加する。このような反射光の変化を捉えて欠陥の
有無を検出するものであるが、図６（ａ）が受光器出力
の増幅信号であり、○印が欠陥部である。

【００３２】この信号を微分増幅回路を通した後が
（ｂ）であり、欠陥信号を強調したものである。この信
号を比較器の設定値と比較し、設定値より大なる信号あ
らば欠陥有りと出力する。欠陥種別１に対する第１のビ
ームには、このような増幅器、微分増幅器、比較器が伴
ない欠陥判別を行うのを特徴とする。

【００３３】欠陥種別２に対する第２のビームにおいて
は、被検査物表面に小さい傾斜角度でビームスポットを
当てると、欠陥の凹凸に応じて反射光の反射角度、反射
光軸が移動するので、受光器に返ってくる光量が変化す
る。またエッジ部では回折、散乱を生じ受光器での光量
変化を生じる。さて円筒状被検査物においては、メッキ
や、円筒素材の厚み斑、偏りからその表面にうねりを生
じることが良くある。

【００３４】今その表面が平面であれば、受光器出力の
増幅信号は図６（ａ）のようになるが、一般には図７
（ｃ）のように大きなうねり信号の中に○印の欠陥信号
が埋って観察される。

【００３５】うねり除去回路では、数スキャニング分の
生データをサンプリングしその平均値を求める。地合ノ
イズは相殺されて小さくなるのが一般的であり、図６に
これを示す。また原波形の図７（ｃ）から平均値を減ず
ることによりうねり成分を除去する。うねり成分を除去
した信号成分を微分増幅して、欠陥信号を強調したもの
が図７（ｅ）である。この信号を比較器の設定値と比較
し、設定値よりも大なる信号あらば欠陥有と出力する。
欠陥種別２に対する第２のビームに、このような増幅
器、うねり除去回路、比較器を伴ない欠陥判別するのを
特徴とする。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、円筒状被検査物の持ついくつか種別の欠陥を、非接
触で、同時に検出することができるため、製品の品質向
上、歩留り向上を図ることができる。また、作業者によ
る選別労力を本発明の機械化に置き換えることにより、
人員合理化を図ることができる。スキャナー部を２本の
ビームで共用するなど、投光器のコンパクト化、コスト
ダウンをはかった機械であるため、設備の導入を寸法的
にも、価格的にも容易にすることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の構成を示す概略構成図である。

【図２】欠陥種別１に対するビーム照射角の説明図であ
る。

【図３】欠陥種別２に対するビーム照射角の説明図であ
る。

【図４】欠陥種別１に対する照射角度の変化に対するＳ
／Ｎ値の測定結果を示す説明図である。

【図５】欠陥種別２に対する照射角度の変化に対するＳ
／Ｎ値の測定結果を示す説明図である。

【図６】欠陥種別１に対する信号処理回路における信号
波形を示す波形図である。

【図７】欠陥種別２に対する信号処理回路における信号
波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１，４ 半導体レーザ ２，５ コリメータ ３，６ 反射ミラー ７ 回転ミラー ８ ｆθ レンズ ９，１０ 反射（平面）ミラー １１ 投光器 １２ 被検査ドラム（円筒状被検査物） １３，１４ 受光器 １５ モータ １６，１９ 増幅器 １７ 微分増幅器 １８，２１ 比較器 ２０ うねり除去回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形状の被検体をその胴方向の軸を中
   心に回転させ、 該被検体の表面に前記被検体の表面の２次元的な欠陥を
   検出するための第１のビームと、当該被検体の表面の３
   次元的な欠陥を検出するための第２のビームとを互いに
   交錯しないように前記被検体表面の異なる部分に照射
   し、 当該照射された第１のビームおよび第２のビームの反射
   光をそれぞれ光電変換し、 当該それぞれ光電変換された電気信号の波形分析を行う
   ことにより前記２次元的な欠陥および前記３次元的な欠
   陥を検出することを特徴とする表面検査方法。