JPH08505478A - 固体の１つの面の表面状態を制御する方法および関連する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、固体（１）の１つの面（２）に生じそうである形状欠陥の位置を決定するために、その面の状態を制御または検査する方法、およびその方法を実施する装置に関するものである。検査すべき表面の観察は、たとえば、大視野ビデオカメラ（３）と小視野ビデオカメラ（４）を用いて、フィルム撮影または写真撮影によって行い、位置を決定した欠陥の寸法をオプトエレクトロニック・プローブ（１１）によって測定する。この装置はオペレータによる制御または自動制御のために使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】固体の１つの面の表面状態を制御する方法および関連する装置 本発明は、固体の１つの面の表面状態を制御または検査する方法および関連す る装置に関するものである。本発明はこの方法を実施するため、およびオペレー タを支援する機器と自動制御装置の両方を意図するための装置にも関するもので ある。 種々の理由から、固体の１つまたはそれ以上の面の表面状態を制御、検査又は 調べることがしばしば必要であり、これは更に詳しくいえば薄層状核燃料での場 合である。 実験炉用の１つの種類の核燃料は、コアがウランとアルミニュームの混合物か ら製造されているアルミニューム・サンドイッチ板によって構成されている。前 記板の製造法は、４つの構成部品、すなわち、フレーム中に装着されて、カバー を形成する２枚の板によって覆われた圧縮されたアルニュームとウランのコアを 一緒に貼り合わせるものである。 高度に工業的ではあるが、この製造方法はいくつかの手作業およびノウハウを 必要とするため、製造品質にばらつきがある。しかし、それらの製品はとくに繊 細なので、ユーザーによって課される非常に精密な特徴を必要とする。それらの 品質に関す る要求は、燃料板の内部管理と外部管理を必要とする。 内部管理は超音波またはＸ線を使用する特殊な機械によって行う。この管理制 御は自動的に行われ、定量的な測定値と較正した測定値を組み合わせた報告を行 う。 外部管理制御は従来は能力のあるオペレータによって行われていた。その手順 は、閃光の下に板の２つの表面を観察し、その間に板を操作して表面欠陥の場所 を決定するすなわち正確な位置を決定することを含む。欠陥は穴または引っかき 傷である。その深さは１００μｍを越えてはならない。表面欠陥にオペレータが 気づくと、オペレータは板を顕微鏡の対物レンズの下に置き、位置を予め決定し ていた穴または引っかき傷の最大深さを見積もる。規格外れの特性を持つ板はく ずとして処分される。ある種のユーザーはとくに厳しい要求を持ち、別の検査員 が行う補充管理を要求する。 完全に人の評価の責任であるこの外部管理にはいくつかの欠点がある。それは 集中と鋭敏さを求められるために、細心の注意を要し、疲れやすい。それの信頼 度は監視の状態に依存し、監視状態は時に応じて変化し、かつ個々のオペレータ によっても異なる。第２の管理の場合において、品質が１００％に近い 時は、非常にまれな欠陥を検出するために必要な監視態勢を維持すること、また は受入れ限界を客観的に課すことは依然としてほぼ不可能である。また、視覚に よる測定では管理報告すなわち検査報告を支持するための定量的で客観的な基礎 を提供しない。 本発明は表面状態の管理を改善することを可能にするものであって、オペレー タが使用する機器と自動制御装置の両方に応用できる。管理すべき表面を写真撮 影することによって観察条件が改善される。その写真は管理場所におけるテレビ のスクリーンに提示され、または非自動装置の場合にはデジタル処理される。オ プトエレクトロニック・プローブを使用すると客観的で定量的な深さ測定値を得 ることが可能になる。それらの測定値は記録できる。 したがって、本発明は、 欠陥を構成しそうな領域の場所を決定するために固体の面を観察するステップ と、 光学的拡大手段を用いて前記領域を観察するステップと、 それらの領域の寸法を見積もって、欠陥の存在を意味する所与の限界寸法との 比較によって、前記領域が欠陥であるか否か を判定するステップと を含む、固体の１つの面に存在しそうな形状欠陥（shapedefects）の場所を決定 するために固体の１つの面の表面状態を管理する方法において、 観察を写真撮影によって行い、 欠陥を構成しそうな領域の寸法の見積もりをオプトエレクトロニック・プロー ブを使用する測定によって行う ことを特徴とする方法に関するものである。 固体の面の観察は閃光的な多方向照明の下で行うと有利である。 写真撮影すなわちフィルム撮影はビデオにより、連続する２つの段階、すなわ ち、欠陥を構成しやすい全ての領域の位置を迅速に決定することを可能にする第 １の段階すなわちいわゆる大視野分析段階と、第２の段階すなわち小視域分析段 階とで行うことが好ましい。第２の段階は第１の段階で位置を正確に決定された 領域に適用されるだけである。小視野分析は拡大手段による観察を構成する。 オプトエレクトロニック・プローブによって行う測定は記録できる。 本発明は、 観察すべき固体の面の提示を行えるようにする固体を受容するための手段と、 前記面を照明する手段と、 前記面を観察するための大視野ビデオカメラと、 前記面を観察するための小視野ビデオカメラと、 ビデオカメラによって供給された出力信号を処理して、前記面上に生じそうな 形欠陥についての情報を供給する手段と、 前記情報を受ける制御手段によって制御されるオプトエレクトロニック・プロ ーブと、 を備える、この制御方法を実施するための装置にも関するものである。 この装置は、前記面の上に積もりそうな塵埃を除去する手段も含むことができ る。 前記受容手段は、２本の交差軸線に従って前記面の変位を行えるようにする固 体を並進させるための板を備えることができる。 前記並進板は、大視野ビデオカメラのために２本の軸線のうちの１本に従って 前記面を変位させるために使用でき、かつ小 視野ビデオカメラとオプトエレクトロニック・プローブのために両方の軸線に従 って前記面を変位させるために使用できる。 オペレータによって制御する意図で、ビデオカメラによって供給された出力信 号を処理する手段は、大視野ビデオカメラによってフィルムに撮影された視野を 表示するためのモニタと、小視野ビデオカメラによってフィルムに撮影された視 野を表示するためのモニタとの２台のモニタを備えることができる。 この場合には、前記装置はオプトエレクトロニック・プローブによって測定し た値を表示するための手段を含むことができる。 固体を並進させるための板を含む前記受容手段は、前記面を２本の交差してい る軸線に従って変位できるようにし、前記装置は、手動モードまたは自動モード で動作している時に、それらの軸線に従って前記板を制御するための手段を含む ことができる。 前記装置は、形欠陥を構成しそうである領域の位置とプローブの測定を記録す る手段を含むことができる。 自動制御を意図して、装置にデータ処理制御装置を設けることができる。この データ処理制御装置は、ビデオカメラによっ て供給された出力信号を処理し、それらの信号を基にして形欠陥を構成しそうな 領域の位置を決定し、オプトエレクトロニック・プローブを制御し、プローブに よって与えられた測定値を分析する。 以後、添付図面を参照して非限定的実施例について本発明を詳しく説明する。 第１図は任意の形状欠陥の位置を本発明に従って正確に決定するために板の１ つの面を制御する方法を示す。 第２図および第３図は制御され、かつ１つの向きの閃光で照明される板の輪郭 図および平面図をそれぞれ示す。 第４図はオペレータを支援するために有用である、本発明の制御方法を実施す るための装置のブロック図である。 第５図は自動制御目的のために有用である本発明の方法を実施する装置のブロ ック図である。 第１図は板を示すものであって、その板の面２の表面状態をまず観察すること によって制御または検査することが望ましい。本発明に従って、この観察は写真 撮影またはフィルム撮影によって行う。１つの満足できる解決策は、大視野分析 を行う１台のビデオカメラと、小視野分析を行う他の１台のビデオカメラ との２台のビデオカメラを使用することより成る。 大視野カメラ３は潜在的な各欠陥の位置を迅速に、かつ、たとえば、約２００ μｍの確度で決定することを可能にする。小視野カメラ４は大視野画像のうち疑 わしい領域を有する部分のみを処理する。それによって、たとえば、約２０μｍ の確度で、非常に正確な分析および位置決定を行える。 観察すべき面を、一様な照明を行ういくつかの光源によって構成されている閃 光、多方向照明器によって照明する。照明器は過剰照明または陰によって表面状 態の不連続部分に作用して、位置基準を構成する局部的なコントラストを形成す る。第２図および第３図は単一ランプ５用のこの種の照明を示す。この場合には 、カメラ３は、前記照明にさらされて、暗い領域７と明るい領域８を構成する欠 陥６の画像を横切る。実際には、垂直方向に配置されている４つの光源を使用す る。 この実施例においては、大視野ビデオカメラ３は板１の幅、すなわち、第１図 で参照番号９をつけている部分の表面をカバーする。その表面は１００ｍｍ×７ ０ｍｍにできる。小視野ビデオカメラ４は表面９より狭い表面１０をカバーする 。その表面１０は１２ｍｍ×９ｍｍにできる。 この装置はｆｏｃｏｄｙｎｅ型（すなわち、レーザダイオードの焦点の制御） 光プローブまたは光センサ１１を含む。その測定ビームの直径は欠陥と考えられ ている領域の寸法よりはるかに小さい。 使用する照明の種類は、くぼみ欠陥については優れた結果を与えるが、板の上 に付着することがある塵埃に非常に敏感である。したがって、たとえば、ブラシ かけおよび吸い込みによる、塵埃除去装置を使用する。 基準点に関する板の位置を正確に知ることを可能にする、２つの垂直な、モー タ化された軸ＸとＹを持つ並進板部材１２の上に板を置く。この目的のために、 軸またはシャフトもしくは増分符号器のための駆動モータの回転角度を使用する ことが可能である。軸またはシャフトの制御部材によって板部材１２の移動を調 整する。 真空によって板を板部材１２の上に保持できる。板は、大視野ビデオカメラ３ の下を軸Ｘに従って移動でき、小視野ビデオカメラ４およびプローブ１１の下を 軸ＸとＹに従って移動できる。 第４図の線図に対応する、オペレータをベースとする制御ス テーションでは、大視野ビデオカメラ３によって送られる画像のための１つのモ ニタ１３と、小視野ビデオカメラ４によって送られる画像のための１つのモニタ １４との、２種類のビデオモニタによって装置を完成できる。表示装置１５によ って、プローブ１１により測定された値を読み取ることができる。 それから次のようにして制御を行う。オペレータは、照明されていて、固定大 視野ビデオカメラ３の前を軸制御部材１８によって急速に動かされる板を「大視 野」ビデオモニタ上で観察する。疑わしい領域をそれが検出すると、それは動き を停止し、スクリーン１３上に位置決定された位置を示し、その後板の端部まで 急速な動きを続行する。 戻りでは、板は小視野ビデオカメラ４の以前に示された場所に自動的に位置す る。「小視野」ビデオモニタ１４を観察しているオペレータは欠陥を確認し、ま たは確認しないで、、光プローブ１１の制御部材１６による測定作業を開始する 。制御報告を作成するために測定の値および欠陥の場所が記録器１７によって記 録される。 第５図に対応する自動制御装置においては、前記機器はデータ処理装置１９に よって補足される。この装置１９は自動制御 装置を制御し、カメラ３と４によって送られたビデオ信号を処理し、自動診断を 行い、プローブ１１の測定を分析する。制御報告も作成される。 自動検出のためには、実施方法を次のように要約できる。第１の急速な実施を 一連の露光に従って行う。その視野は大視野ビデオカメラの視野に対応する。欠 陥および残っている塵埃は灰色の背景上に白く現れる。数学的な形態論による最 初の処理は、画像から背景を抽出することより成る。それから後者が原画像から 除去され、それは今では欠陥のみをあらわす。第２の手順は欠陥を小視野カメラ の下に置く。これらの欠陥を正確に突きとめ、プローブを位置決めするために各 画像を処理する。それからプローブが欠陥の輪郭（ｐｒｏｆｉｌｅ）決定を行い 、一連の測定について最大値計算を行う。 例示したやり方で、下記の部品を基にして自動制御装置を製作した。ＩＮＴＥ Ｌ８０３８６コンピュータを２５ＭＨｚで使用し、８ビットで符号化した５１２ ×５１２個の点（すなわち、２５６の灰色レベル）の獲得と処理を行えるように するカードをそれに付加した。大視野の変位を可能にするモータ化された台は、 １２０ｍｍの移動量、１μｍの分解能、及び２ｍｍ／ｓ の移動速度を有する２つの垂直台によって構成される。２つの光ファイバに結合 された２つの冷光発生器によって板を照明する。それらの光発生器と光ファイバ によって４つの一様な光源が与えられる。 試験板の寸法が７０×７８０ｍｍである場合には、１つの面当たり８つの大視 野を処理する必要があった。各大視野の処理の前に、板をアルコールで清浄にし 、それから痕跡と塵埃を最大限無くすために圧縮空気を吹き付ける。 大視野分析の目的は、板に存在する欠陥の位置を正確に決定することである。 カメラは１００×７０ｍｍの視野を獲得する。前記画像上では、欠陥は灰色の背 景の上に白で現れる。画像の２進化（黒い背景上の白い欠陥）を数学的形態学法 によって行う。画像をまず分解され（ｅｒｏｄｅｄ）（Ｎ回（Ｎｔｉｍｅｓ）） 、それから拡大される（ｅｘｐａｎｄｅｄ）（Ｎ回）。これによって２番の画像 が与えられる。この２番の画像からは欠陥は無くされている。この画像を最初の 画像から除去し、それから結果のしきい値を決定する。分解および拡大の数Ｎ、 およびしきい値の高さは、ユーザーが容易に変更できるパラメータである。 所与のしきい値より低い表面を持つスポットを無くすように、２進化した画像 が濾波される（ｆｉｌｔｅｒｅｄ）。このようにして得た２進画像に欠陥（白い 点）が無いことが判明した場合には、次の視野をカメラの下に置き、大視野分析 段階を再び開始する。逆の場合には、各点の中心が計算され、それから対物レン ズまたは小視野カメラのレンズの下に置かれる。 小視野分析は光微小プローブの変位を非常に正確に決定するために使用する。 小視野カメラに１２×９ｍｍの表面を有する視野を検査する（すなわち、約２０ ｐｍの分解能）レンズが設けられる。小視野の獲得は大視野の獲得と同じやり方 で行う。 小視野処理は画像の種類の関数として２つの異なる態様で行う。 画像に大きな欠陥（広い引っ掻き傷または大きな直径の穴）があったとすると 、それのヒストグラムは、欠陥に対応する低い灰色レベルにある第１のピークと 、画像の背景に対応する白にある第２のピークと、の２つの異なるピークを有す る。したがって、画像の２進化を包括的なやり方で行えるようにするしきい値を 、前記ヒストグラムを基にして計算することが可能である。逆の場合には、局部 的な処理を行う。 ヒストグラムによって２進化しきい値の計算をできなかったとすると（欠陥が 小さすぎる、コントラストが無い、照明が一様でない）、領域を基にした処理ア ルゴリズムを使用する。このアルゴリズムは面積を比較することによって機能す る。１２本の線の、２５の統合された、部分的に重なりあう、水平輪郭をその画 像について計算する。それらの輪郭によって画像の最大輪郭と最小輪郭を定める ことが可能にされる。 最大輪郭と最小輪郭の差についてのしきい値を決定することによって、Ｘ軸上 の欠陥の位置を計算できる。次に、ウィンドウ［（Ｘｄ，０）；（Ｘｆ，５１２ ）］の垂直な、統合された輪郭をＹ軸について計算する。したがって、欠陥を包 囲するウィンドウ［（Ｘｄ，Ｙｄ）；（Ｘｆ，Ｙｆ）］が正確に計算される。 画像のウィンドウの外のすべての部分を零に置き、それからウィンドウを２進 化する。これによって包括的なやり方の場合におけるように２進画像が与えられ る。 欠陥の長さ／幅比が１−ａと１＋ａの間であれば、その欠陥は穴になぞらえら れる。ａの値はユーザーによって定められる系のパラメータである。この場合に は、穴の中心を通る２つの 垂直な深さ測定が、光微小プローブのモータ化した台を介しての変位の結果とし て計算される。 穴になぞらえることができない欠陥は引っかき傷として考慮に入れる。引っか き傷の深さの測定は、一連の測定の最大深さを計算することによって行う。引っ かき傷の深さが５ｍｍ以下であれば、輪郭を１ミリメートルごとに計算し、それ 以外では２．５ミリメートルごとに計算する。 小視野画像の２進化をひとたび行うと、表面と欠陥の丸さ（ｒｏｕｎｄｎｅｓ ｓ）とを分析することによって、それらを分析し、欠陥の深さに対する最適引っ かき傷モードを選択することが可能にされる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピカルド，ジヤン−フランソワ フランス国、38220・モンチヤボウ、マ・ デ・キヤリエール（番地なし)

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．欠陥を構成しそうな領域の場所を決定するために固体の面を観察するステッ プと、 光学的拡大手段を用いて前記領域を観察するステップと、 それらの領域の寸法を見積もって、欠陥の存在を意味する所与の限界寸法との 比較によって、前記領域が欠陥であるか否かを判定するステップと を含む、固体（１）の１つの面（２）に存在しそうな形状欠陥の場所を決定する ために固体の１つの面の表面状態を管理する方法において、 観察を写真撮影によって行い、 欠陥を構成しそうな領域の寸法の見積もりを、オプトエレクトロニック・プロ ーブ（１１）を使用する測定によって行うことを特徴とする方法。 ２．固体の面の観察を閃光的な多方向照明の下で行うことを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の方法。 ３．写真撮影すなわちフィルム撮影はビデオにより、連続する２つの段階、すな わち、欠陥を構成しやすい全ての領域の位置 を迅速に決定することを可能にする第１の段階すなわちいわゆる大視野分析段階 と、第１の段階で位置を正確に決定された領域に適用されるだけである第２の段 階すなわち小視野分析段階とで行い、小視野分析は拡大手段による観察を構成す るこ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。 ４．オプトエレクトロニック・プローブ（１１）によって行った測定を記録する ことを含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載 の方法。 ５．観察すべき固体（１）の面の提示を行えるようにする固体を受容するための 手段と、 前記面を照明する手段と、 前記面を観察するための大視野ビデオカメラ（３）と、 前記面を観察するための小視野ビデオカメラ（４）と、 ビデオカメラによって供給された出力信号を処理して、前記面上に生じそうな 形欠陥についての情報を供給する手段と、 前記情報を受ける制御手段によって制御されるオプトエレクトロニック・プロ ーブ（１１）と を備える、請求の範囲第１項に記載の制御方法を実施するための装置。 ６．前記面の上に積もりそうな塵埃を除去する手段も備えることを特徴とする請 求の範囲第５項に記載の装置。 ７．前記受容手段が、２本の交差軸線に従って前記面の変位を行えるようにする 固体を並進させるための板部材を備えることを特徴とする請求の範囲第５項また は第６項に記載の装置。 ８．前記並進板部材（１２）が、大視野ビデオカメラのために２本の軸線のうち の１本に従って前記面を確実に変位させ、かつ小視野ビデオカメラとオプトエレ クトロニック・プローブのために両方の軸線に従って前記面を確実に変位させる ことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。 ９．オペレータによって制御する意図で、ビデオカメラ（３，４）によって供給 された出力信号を処理する手段が、大視野ビデオカメラによってフィルムに撮影 された視野を表示するためのモニタ（１３）と、小視野ビデオカメラによってフ ィルムに撮影された視野を表示するためのモニタ（１４）との２台のモニタを備 えることを特徴とする請求の範囲第５項から第８項のいずれか一項に記載の装置 。 １０．前記装置がオプトエレクトロニック・プローブによって測定した値を表示 する手段（１５）を含むことを特徴とする請 求の範囲第９項に記載の装置。 １１．固体を並進させるための板を含む前記受容手段が、前記面を２本の交差し ている軸線に従って変位できるようにし、前記装置が、手動モードまたは自動モ ードで動作している時に、それらの軸線に従って前記板を制御する手段（１８） を含むことを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項に記載の装置。 １２．形欠陥を構成しそうである領域の位置とプローブの測定を記録する手段（ １７）を含むことを特徴とする請求の範囲第９項から第１１項のいずれか一項に 記載の装置。 １３．自動制御を意図して、データ処理制御装置（１９）が設けられ、このデー タ処理制御装置は、ビデオカメラ（３，４）によって供給された出力信号を処理 し、それらの信号を基にして形欠陥を構成しそうな領域の位置を決定し、オプト エレクトロニック・プローブ（１１）を制御し、プローブによって与えられた測 定値を分析する請求の範囲第５項から第８項のいずれか一項に記載の装置。