JPH07229832A - 表面検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表面検査方法で、検査対象物から反射される光
の光沢むらの変化を強調した明暗のパタ−ン画像として
得ることで、コントラストの低下、微小な面積の欠陥の
見落とし、境界部のボケを解消する。 【構成】 検査対象物の表面検査装置において、検査対
象物で反射させる方向に光を照射する光源１と、検査対
象物表面２で反射した光が垂直入射及び垂直反射して検
査対象物に再入射するように配置された正反射ミラ−１
０と、検査対象物に再入射した光の再反射光を捕らえる
位置に配置された光の明暗強度を測定する撮象装置３
と、測定された光の明暗強度から検査対象物の表面性状
を検知する画像処理装置１２とを具備した表面検査装置
で、検査対象物表面の光沢むらを強調された明暗画像と
して得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的にいえば表面検
査方法に関し、さらに詳しくいえば、正反射ミラーを用
いて、検査対象表面の光沢むらを強調して、明暗のパタ
−ン画像として得ることで、光沢むらとなって観察され
る粗さむらや反射率の局所的変化等の表面性状欠陥を解
析、評価するようにした新規な表面検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】表面の粗さむらや反射率むらに起因した
光沢むらを測定し、表面性状を検査する従来方法として
は、「星鉄太郎：”機械加工の振動解析”、工業調査
会、ｐ４８（１９９０）］に示されるものがあり、その
要旨は、次の通りである。

【０００３】この表面検査方法は、研削加工後のロ−ル
表面検査法であり、検査装置は、図６に示されるような
平行光源１からの光を検査対象表面２にあて、対象表面
での正反射光を撮像装置３で受け、正反射光の強度変化
を検出し、光沢むらを検出するものである。この方法
は、表面粗さが変化するに対応し、反射光パタ−ン分布
が変化することから、正反射光成分の強度を捕らえ、表
面を検査する方法である。 一方、図７は、特表昭６２
−５０２３５８で示される方法で、逆反射スクリ−ン
４、カメラ３，光源１から構成されている。

【０００４】この方法では、検査対象物表面２を逆反射
スクリ−ンと光源の間に置き、光源の光が検査対象に当
たり、反射して逆反射スクリ−ンに向かうような相対的
位置に配置する。検査対象表面で反射し逆反射スクリ−
ンに入射した光は、入射光軸とほぼ同じ方向に反射さ
れ、再び検査対象表面で反射して、光源の近傍に配置さ
れたカメラに捕らえられる。この方法では、カメラ光軸
を光源の光軸と同軸に配置した場合に、表面の光沢むら
を示す欠陥の検出に有効であるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の”機械加工の振
動解析”に紹介されている方法は、室内照明下において
目視で確認できるような、表面の光沢むらのある対象は
測定可能であるが、光沢むらが非常に微小で、目視検査
で検出できない検査対象物に関しては、コントラストが
低く、検出不可能の場合が多い。

【０００６】また、特表昭６２−５０２３５８で提案さ
れている方法には、次の問題がある。 （イ）使用されている逆反射スクリ−ンは、入射方向に
光を反射する特性と、反射光が、図８に示すようなガウ
ス分布曲線５の拡散反射をする特性をもっているので、
図９に示すように、光源１と同軸上に置かれたカメラ３
が捕らえる光強度は、測定点６を２回反射した正反射光
７と、最初に測定点で拡散反射した光８が逆反射スクリ
−ン４で反射し、再び測定点で反射してカメラ向かう光
と、測定点とは異なる点で反射し逆反射スクリ−ンで拡
散反射した光９が、測定点で反射してカメラに向かう光
を含んだもので、正反射光強度に関しては、２回反射に
より強調されるが、他の光成分の影響で全体的には感度
が低下してしまう。 （ロ）さらに、光の拡散する領域にくらべ、非常に小さ
い面積の欠陥は検出が不可能であり、欠陥の境界部で
は、輪郭にボケが生じる。本発明は、この問題を解決し
た新規の表面検査方法を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、検査対象物の表面検査装置において、検査対象物で
反射させる方向に光を照射する光源と、検査対象物表面
で反射した光が入射及び反射して検査対象物に再入射す
るように配置された正反射手段と、検査対象物に再入射
した光の再反射光を捕らえる位置に配置された光の明暗
強度を測定する手段と、測定された光の明暗強度から検
査対象物の表面性状を検知する手段と、を具備した表面
検査装置を用いる。

【０００８】また、上記の表面検査装置で、正反射手段
は、検査対象物表面で反射した光が垂直入射及び垂直反
射して検査対象物に再入射するように配置され、光の明
暗強度を測定する手段は、光源の照射軸と同軸に配置さ
れている。

【０００９】そして、検査対象物の表面検査方法におい
て、光源から照射した光を検査対象物で反射させる工程
と、検査対象物表面で反射した光を正反射手段に入射し
た後、反射して検査対象物に再入射させる工程と、検査
対象物に再入射した光の再反射光の明暗強度を測定する
工程と、測定された光の明暗強度から検査対象物の表面
性状を検知する工程と、を具備した表面検査方法を用い
る。

【００１０】また、上記の表面検査方法で、光を検査対
象物に再入射させる工程は、検査対象物表面で反射した
光を正反射手段に垂直入射した後、垂直反射する工程を
備え、光の明暗強度を測定する工程は、光源の照射軸と
同軸に測定する工程を備えている。

【００１１】

【作用】上記のように構成された表面検査方法を用いた
場合の作用を図１を用いて説明する。図１は、本発明の
光学系の構成を示す図である。光源１からの光が、検査
対象物表面２で反射し、正反射ミラ−１０に入射して反
射され、再度検査対象物表面２で反射するような位置
に、光源、正反射ミラ−、検査対象物を配置する。撮像
装置３は、ＴＶカメラ等を用い、ハ−フミラ−１１で、
カメラ光軸が光源の光軸と同軸上に置かれる構成になっ
ている。

【００１２】図１の光学系における光路は図２に示すよ
うになる。光源からの光は、検査対象物表面２で反射し
て、正反射ミラ−１０に入射し、反射した後、検査対象
物表面で再反射し、あらゆる方向に向かう。これらの光
のうち、正反射ミラ−に垂直に入射する光は、反射後、
検査対象物表面で反射し、光源方向に戻る。そして、こ
の光は、１回目に表面上で反射する点と２回目に反射す
る点は同一であり、光強度はその点の反射率の２乗に比
例した値となる。このとき、反射率ｒ₁ の領域と反射率
ｒ₂ の領域との光強度比は、式１に示すようになり、式
２に示す１回反射での光強度比に比べ強調され、１回反
射で得られる強度比よりも、コントラストが向上され
る。

【００１３】 ２回反射での光強度比 α（ｒ₁ ／ｒ₂ ）² ・・・式１ １回反射での光強度比 α（ｒ₁ ／ｒ₂ ） ・・・式２ 正反射ミラ−での反射光は、拡散特性はないため、異な
る検査対象物表面を反射した光が測定点で再反射するこ
とはない。さらに、正反射ミラ−に垂直入射した光以外
は、入射方向とは異なる方向に反射するために、検査対
象物表面で拡散反射した光が測定点で再び反射すること
はない。

【００１４】従って、撮象装置は、検査対象物測定点に
おいて正反射した光が、検査対象物測定点を２回反射し
た光のみ捕らえることになり、コントラストの低下や微
小な面積の欠陥の見落としや境界部のボケを解消するこ
とが可能になる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を以下に述べる。図３は、平
板状の検査対象物の表面検査に実施した例を示す。光源
１からの光が、検査対象物２の表面で反射し、正反射ミ
ラ−１０に入射して反射され、再度検査対象物２の表面
で反射するような経路を通る位置に、光源１、正反射ミ
ラ−１０、検査対象物２を配置する。ＴＶカメラ（撮像
装置）３は、ハ−フミラ−１１を用いて、ＴＶカメラ光
軸が、光源１の光軸と同軸上になるように置く構成とな
っている。ＴＶカメラ３の出力信号は、画像処理装置１
２に入力される。画像処理装置１２は、明暗情報を処理
して、欠陥の大きさ、形状、程度を解析するものであ
り、結果をモニタ−ＴＶ１３に表示する機能を有してい
る。

【００１６】図４は、広い２次元領域の表面検査に実施
した場合の正反射ミラ−の形状を示す。検査対象物表面
の同一点を２回反射する光は、正反射ミラ−に垂直入射
する光のみであるので、平板の正反射ミラ−を使った場
合には、一点のみが観察されるだけである。従って、広
い２次元領域を一度に見ようとする場合には、検査対象
物２の形状とその表面での光の反射パタ−ンから、正反
射ミラ−表面の全ての領域に光が垂直入射するように、
正反射ミラ−１０の形状を球面状にして、光学系を構成
する。この強調された光強度をカメラで捕らえた信号
は、画像処理装置に入力され、画像上での明暗パタ−ン
分析や明暗レベルの変化量から、欠陥の大きさ、面積等
の特徴量の抽出をおこない、解析、評価される。

【００１７】また、等速で一方向に移動する対象の場合
には、撮像装置にラインセンサカメラを使用し、移動方
向に対し垂直方向を見るようにラインセンサを配置し、
周方向に数１０〜数１００ラインを蓄積し、２次元展開
する画像処理装置を用いて、２次元画像としてから解
析、評価することが可能である。この時は、正反射ミラ
−形状を軸方向にのみ光が垂直入射するようなものとす
ればよく、正反射ミラ−１０は、円筒形状のミラ−を使
用すれば良い。

【００１８】図５は、圧延ロ−ルの表面検査に実施した
例を示す。圧延ロ−ルの研削作業時に発生するビビリ振
動により、圧延ロ−ルと研削砥石との相対的位置が変
り、表面粗さがロ−ル周方向に一定間隔で変化する。こ
の表面粗さ変化は、ロ−ルビビリマ−クと呼ばれ、光沢
むらとなって観察されるが、このロ−ルビビリマ−クの
検査に適用した実施例である。

【００１９】ビビリマ−クには、ロ−ルの周方向に関し
ては表面性状が変化するが、ロ−ルの軸方向には表面性
状がほとんど変化しない性質があるので、ビビリマ−ク
の検出には、反射光のロ−ル周方向成分を強調して捕ら
える必要があるが、ロ−ル軸方向成分は強調する必要が
ないため、ラインセンサカメラ光軸と光源光軸を同軸に
するためのハ−フミラ−を使用しないとともに、正反射
ミラ−にも平面ミラ−を使用する簡便な構成となってい
る。

【００２０】光源１と平板の正反射ミラ−１０を、圧延
ロ−ル１４の軸方向に関しては同じ位置に、周方向に関
しては異なる位置に配置する。光源１からの光は、圧延
ロ−ル１４の表面で反射し、正反射ミラ−１０に入射
し、反射され、再度、圧延ロ−ル１４の表面で反射する
ような経路を通る。撮像装置は、ラインセンサカメラ１
５で、素子配列を圧延ロ−ル軸方向にし、圧延ロ−ル軸
方向を一次元的に観察する。ラインセンサカメラ１５
は、光源１の横に置き、ラインセンサカメラ１５の光軸
は圧延ロ−ル１４の周方向については、光源１の光軸と
同軸になるようにし、圧延ロ−ル軸方向には少しずれた
角度となっている。

【００２１】このため、ラインセンサカメラ１５は、ロ
−ル周方向に関して、圧延ロ−ル表面の同じ点を２回反
射した正反射光を捕らえるようになっている。また、平
板の正反射ミラ−１０を用いているため、ラインセンサ
カメラ１５は、圧延ロ−ル軸方向に関しては、圧延ロ−
ル表面上の異なる２点で反射した光の拡散成分を捕らえ
ることになるが、周方向には、同一点を２回反射した正
反射光を捕らえることができるため、検出性能を低下す
ることなく、ビビリマ−クを強調した明暗画像として、
観察することが可能となる。

【００２２】圧延ロ−ルの回転１６によって圧延ロ−ル
周方向の異なる場所をラインセンサカメラ１５は観察
し、この強調された光強度をラインセンサカメラが捕ら
えた信号は、画像処理装置１２に順次取り込まれ、画像
処理装置１２にて、２次元画像に合成処理したのち、画
像上での周方向の明暗分布からロ−ルビビリマ−クの有
無、圧延ロ−ル周方向のピッチ幅、程度を解析、評価す
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、検査対象物表面で反射した光
が垂直入射及び垂直反射して検査対象物に再入射するよ
うな正反射手段を用いているので、検知手段は、検査対
象物測定点において正反射した光が、検査対象物測定点
を２回反射した光のみ捕らえることになるので、光沢む
らの変化を強調して、コントラストの低下や微小面積の
欠陥の見落としや境界部のボケを解消することが可能に
なる。

【００２４】従って、従来の表面検査方法の問題点であ
った、光沢むらが非常に微小で、目視検査で検出できな
い検査対象物に関しては、コントラストが低く、検出不
可能の場合が多い、他の光成分の影響で全体的には感度
が低下してしまう、光の拡散する領域にくらべ、非常に
小さい面積の欠陥は検出が不可能であり、欠陥の境界部
では、輪郭にボケが生じる、が解消される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表面検査方法の光学系の概念図。

【図２】本発明による表面検査方法における光路を示す
図。

【図３】本発明による表面検査方法を実施する構成の概
念図。

【図４】本発明による表面検査方法を実施する正反射ミ
ラ−の形状を示す図。

【図５】本発明による表面検査方法を実施する圧延ロ−
ル表面検査装置の概念図。

【図６】従来例の表面検査方法を実施する検査装置の概
念図。

【図７】従来例の表面検査方法を実施する検査装置の概
念図。

【図８】逆反射スクリ−ンでの反射光パタ−ンを示す
図。

【図９】逆反射スクリ−ンを用いた従来例における光路
を示す図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 検査対象 ３ 撮像装置（ＴＶカメラ） ４ 逆反射スクリ−ン ５ 逆反射スクリ−ンでの反射光線の広がり ６ 検査対象の測定点 ７ 検査対象表面での正反射光 ８ 検査対象表面での拡散反射した光 ９ 逆反射スクリ−ンで拡散反射した光 １０ 正反射ミラ− １１ ハ−フミラ− １２ 画像処理装置 １３ モニタ−ＴＶ １４ 圧延ロ−ル １５ ラインセンサカメラ １６ 圧延ロ−ルの回転

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検査対象物の表面検査装置において、 検査対象物で反射させる方向に光を照射する光源と、 検査対象物表面で反射した光が入射及び反射して検査対
   象物に再入射するように配置された正反射手段と、 検査対象物に再入射した光の再反射光を捕らえる位置に
   配置された光の明暗強度を測定する手段と、 測定された光の明暗強度から検査対象物の表面性状を検
   知する手段と、 を具備した表面検査装置。
2. 【請求項２】請求項１の装置において、正反射手段は、
   検査対象物表面で反射した光が垂直入射及び垂直反射し
   て検査対象物に再入射するように配置され、光の明暗強
   度を測定する手段は、光源の照射軸と同軸に配置されて
   いる。
3. 【請求項３】検査対象物の表面検査方法において、 光源から照射した光を検査対象物で反射させる工程と、 検査対象物表面で反射した光を正反射手段に入射した
   後、反射して検査対象物に再入射させる工程と、 検査対象物に再入射した光の再反射光の明暗強度を測定
   する工程と、 測定された光の明暗強度から検査対象物の表面性状を検
   知する工程と、 を具備した表面検査方法。
4. 【請求項４】請求項３の方法において、光を検査対象物
   に再入射させる工程は、検査対象物表面で反射した光を
   正反射手段に垂直入射した後、垂直反射する工程を備
   え、光の明暗強度を測定する工程は、光源の照射軸と同
   軸に測定する工程を備えている。