JPH10170247A - 非接触表面粗さ測定方法およびその測定装置 - Google Patents
非接触表面粗さ測定方法およびその測定装置Info
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- JPH10170247A JPH10170247A JP8359429A JP35942996A JPH10170247A JP H10170247 A JPH10170247 A JP H10170247A JP 8359429 A JP8359429 A JP 8359429A JP 35942996 A JP35942996 A JP 35942996A JP H10170247 A JPH10170247 A JP H10170247A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２次元光電変換素子列を用いた簡易な装置
で、散乱光分布解析法による非接触の状態で、被検査物
の微少な変位に影響されず、自由曲面でも短時間で信頼
性の高い２次元平均粗さを測定することができる。 【解決手段】 被検査面５に対して法線方向から平行光
束２を照射し、被検査面５からの散乱光分布を２次元光
電変換素子列７で受光して、この素子列７の検知出力か
ら画像データを構成し、散乱光分布の広がり具合パラメ
ータとしてディスプレイ１１の画面に表示した画像上で
散乱光６の強度分布を３次元的な立体として考えたとき
の立体の重心を、強度分布の重心とし、この重心の平面
的な位置を中心とする異なる面積の２つの領域内部にお
ける散乱光６の総合強度の比を計算し、この計算された
比と、予め測定した総合強度の比と平均粗さを関連づけ
た評価データ１６とを対比して被検査面５の粗さを評価
する非接触表面粗さ測定方法。
で、散乱光分布解析法による非接触の状態で、被検査物
の微少な変位に影響されず、自由曲面でも短時間で信頼
性の高い２次元平均粗さを測定することができる。 【解決手段】 被検査面５に対して法線方向から平行光
束２を照射し、被検査面５からの散乱光分布を２次元光
電変換素子列７で受光して、この素子列７の検知出力か
ら画像データを構成し、散乱光分布の広がり具合パラメ
ータとしてディスプレイ１１の画面に表示した画像上で
散乱光６の強度分布を３次元的な立体として考えたとき
の立体の重心を、強度分布の重心とし、この重心の平面
的な位置を中心とする異なる面積の２つの領域内部にお
ける散乱光６の総合強度の比を計算し、この計算された
比と、予め測定した総合強度の比と平均粗さを関連づけ
た評価データ１６とを対比して被検査面５の粗さを評価
する非接触表面粗さ測定方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金型表面などの被
検査面に平行光束を投射して得られる散乱光の強度分布
から被検査面の粗さを評価する非接触表面粗さ測定方法
およびその測定装置に関するものである。
検査面に平行光束を投射して得られる散乱光の強度分布
から被検査面の粗さを評価する非接触表面粗さ測定方法
およびその測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、表面粗さを検査する方法として
は、触針を用いる機械的接触方法と、光を用いる光学的
非接触方法がある。前者の機械的接触方法は、触針を非
検査面に接触させて表面を直線状に走査しなければなら
ず、測定時間が長いので、オンライン検査として使用で
きない。また被検査面の材質によっては触針によって表
面を損傷するので、検査工程において非破壊検査として
使用ができない等の問題がある。
は、触針を用いる機械的接触方法と、光を用いる光学的
非接触方法がある。前者の機械的接触方法は、触針を非
検査面に接触させて表面を直線状に走査しなければなら
ず、測定時間が長いので、オンライン検査として使用で
きない。また被検査面の材質によっては触針によって表
面を損傷するので、検査工程において非破壊検査として
使用ができない等の問題がある。
【０００３】これに対して後者の光学的方法は非破壊検
査であるので被検査面を損傷することがない利点があ
る。この光学的方法としては例えば光切断法や光干渉
法、被検査面からのレーザ散乱光をスクリーン上に投影
させたスペックルパターンを解析する方法などがある
が、これらの手法は被検査物の微少な変位（光波長のオ
ーダ）にも敏感であるため、工場などの製作現場での使
用には適さない。
査であるので被検査面を損傷することがない利点があ
る。この光学的方法としては例えば光切断法や光干渉
法、被検査面からのレーザ散乱光をスクリーン上に投影
させたスペックルパターンを解析する方法などがある
が、これらの手法は被検査物の微少な変位（光波長のオ
ーダ）にも敏感であるため、工場などの製作現場での使
用には適さない。
【０００４】またこの他の光学的方法として耐震性に優
れた光散乱法がある。この光散乱法は、被検査面に光を
照射し被検査面からの散乱光のピーク強度や、散乱光強
度分布の広がりをフォトトランジスタやＣｄＳ受光素子
等の単一の光電変換素子を移動または１次元的に配列さ
せたラインセンサによって求め、これをもとに表面粗さ
を評価するものである。
れた光散乱法がある。この光散乱法は、被検査面に光を
照射し被検査面からの散乱光のピーク強度や、散乱光強
度分布の広がりをフォトトランジスタやＣｄＳ受光素子
等の単一の光電変換素子を移動または１次元的に配列さ
せたラインセンサによって求め、これをもとに表面粗さ
を評価するものである。
【０００５】上記光散乱法の場合、散乱光を瞬間的に受
光するため、原理的にも被検査体の微少な変位に影響さ
れない利点を有する。しかしながら被検査面が異方性の
表面性状（粗さ）を有する場合、例えば、一方向研削面
や圧延材料の表面等においては、表面散乱の方向性があ
るので、装置の被検査物表面に対する位置関係により測
定された粗さが異なって評価されてしまう問題がある。
光するため、原理的にも被検査体の微少な変位に影響さ
れない利点を有する。しかしながら被検査面が異方性の
表面性状（粗さ）を有する場合、例えば、一方向研削面
や圧延材料の表面等においては、表面散乱の方向性があ
るので、装置の被検査物表面に対する位置関係により測
定された粗さが異なって評価されてしまう問題がある。
【０００６】このような非検査面の表面性状の方向性が
ある場合には、特公平１−５３４０１のように、センサ
を回転させて測定するが、センサの移動機構が必要とな
り、装置が複雑化すると共に、測定時間が長くなる問題
がある。
ある場合には、特公平１−５３４０１のように、センサ
を回転させて測定するが、センサの移動機構が必要とな
り、装置が複雑化すると共に、測定時間が長くなる問題
がある。
【０００７】また特公平６−６０８１３には、散乱光分
布曲線のピーク付近をガウス関数で近似し、このガウス
関数の標準偏差によって表面粗さを評価する方法があ
る。しかしこの方法は、実際の散乱光分布が平らな場合
や、複数のピークを持つ場合などにおいて、標準偏差が
明確に求められない可能性があり、結果として信頼性が
低く、特に自由曲面をもった被検査物の粗さ測定には適
用が困難である。
布曲線のピーク付近をガウス関数で近似し、このガウス
関数の標準偏差によって表面粗さを評価する方法があ
る。しかしこの方法は、実際の散乱光分布が平らな場合
や、複数のピークを持つ場合などにおいて、標準偏差が
明確に求められない可能性があり、結果として信頼性が
低く、特に自由曲面をもった被検査物の粗さ測定には適
用が困難である。
【０００８】このように単一の光電変換素子を移動また
は１次元的に配列させたラインセンサによる表面粗さの
測定方法は、散乱光のピーク位置や、強度、散乱光分布
の広がりなどを正確に測定するために受光素子の移動機
構が不可欠である。この点を改善するため、受光素子と
して２次元エリアセンサを用いることが考えられる。一
般的に使われている２次元エリアセンサとしてはＣＣＤ
エリアセンサがあるが、これを用いて平面的に測定する
ことは、測定範囲が広くなるため、散乱光のピークや、
強度、分布などを正確に評価することが難しく、特に非
検査面が平面や曲面が組み合わされた自由曲面の場合に
は信頼性のある測定をすることが難しい問題があった。
は１次元的に配列させたラインセンサによる表面粗さの
測定方法は、散乱光のピーク位置や、強度、散乱光分布
の広がりなどを正確に測定するために受光素子の移動機
構が不可欠である。この点を改善するため、受光素子と
して２次元エリアセンサを用いることが考えられる。一
般的に使われている２次元エリアセンサとしてはＣＣＤ
エリアセンサがあるが、これを用いて平面的に測定する
ことは、測定範囲が広くなるため、散乱光のピークや、
強度、分布などを正確に評価することが難しく、特に非
検査面が平面や曲面が組み合わされた自由曲面の場合に
は信頼性のある測定をすることが難しい問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑み研究を行なった結果、受光素子に２次元光電変換素
子列を用いた簡易な装置で、散乱光分布解析法による非
接触の状態で、被検査物の微少な変位に影響されず、自
由曲面でも短時間で信頼性の高い粗さを評価できる非接
触表面粗さ測定方法およびその測定装置を提供するもの
である。
鑑み研究を行なった結果、受光素子に２次元光電変換素
子列を用いた簡易な装置で、散乱光分布解析法による非
接触の状態で、被検査物の微少な変位に影響されず、自
由曲面でも短時間で信頼性の高い粗さを評価できる非接
触表面粗さ測定方法およびその測定装置を提供するもの
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
非接触表面粗さ測定方法は、被検査面に対してほぼ法線
方向から平行光束を照射し、被検査面からの散乱光分布
を２次元光電変換素子列で受光して、この素子列の検知
出力から画像データを構成し、散乱光分布の広がり具合
パラメータとしてディスプレイ画面に表示した画像上、
またはメモリに記憶された画像上で散乱光の強度分布を
３次元的な立体として考えたときの立体の重心を、強度
分布の重心とし、この重心の平面的な位置を中心とする
異なる面積の２つの領域内部における散乱光の総合強度
の比を計算し、この計算された比と、予め測定した総合
強度の比と平均粗さを関連づけたデータとを対比して被
検査面の２次元的平均粗さを評価する非接触表面粗さ測
定方法。
非接触表面粗さ測定方法は、被検査面に対してほぼ法線
方向から平行光束を照射し、被検査面からの散乱光分布
を２次元光電変換素子列で受光して、この素子列の検知
出力から画像データを構成し、散乱光分布の広がり具合
パラメータとしてディスプレイ画面に表示した画像上、
またはメモリに記憶された画像上で散乱光の強度分布を
３次元的な立体として考えたときの立体の重心を、強度
分布の重心とし、この重心の平面的な位置を中心とする
異なる面積の２つの領域内部における散乱光の総合強度
の比を計算し、この計算された比と、予め測定した総合
強度の比と平均粗さを関連づけたデータとを対比して被
検査面の２次元的平均粗さを評価する非接触表面粗さ測
定方法。
【００１１】また請求項２記載の非接触表面粗さ測定方
法は、異なる面積の２つの領域の面積比を１．４〜５０
にしたことを特徴とするものである。また請求項３記載
の非接触表面粗さ測定方法は、異なる面積の２つの領域
の形状を、領域中心から放射状の半径が、非検査面の曲
率半径にほぼ逆比例して設定することを特徴とするもの
である。更に請求項４記載の非接触表面粗さ測定方法
は、非検査面が平面または球面などの等方性形状をなす
場合、２つ領域の形状が円形であることを特徴とするも
のである。
法は、異なる面積の２つの領域の面積比を１．４〜５０
にしたことを特徴とするものである。また請求項３記載
の非接触表面粗さ測定方法は、異なる面積の２つの領域
の形状を、領域中心から放射状の半径が、非検査面の曲
率半径にほぼ逆比例して設定することを特徴とするもの
である。更に請求項４記載の非接触表面粗さ測定方法
は、非検査面が平面または球面などの等方性形状をなす
場合、２つ領域の形状が円形であることを特徴とするも
のである。
【００１２】また本発明の請求項５記載の非接触表面粗
さ測定装置は、被検査面に対してほぼ法線方向から平行
光束を照射する平行光束発生部と、被検査面に対向して
この法線と垂直に配置された２次元光電変換素子列と、
この２次元光電変換素子列で検出した散乱光分布の検出
出力を画像データに変換する演算手段と、画像データを
表示するディスプレイまたは記憶するメモリと、ディス
プレイまたはメモリに記憶された画像上で、散乱光の強
度分布を３次元的な立体として考えたときの立体の重心
を求める演算手段と、強度分布の重心の平面的な位置を
中心とする異なる面積の２つの領域を設定する演算手段
と、２つの領域内部における散乱光の総合強度の比を計
算する演算手段と、この計算された比と、予め測定した
総合強度の比と平均粗さを関連づけたデータとを対比し
て被検査面の粗さを評価する演算手段とからなることを
特徴とするものである。
さ測定装置は、被検査面に対してほぼ法線方向から平行
光束を照射する平行光束発生部と、被検査面に対向して
この法線と垂直に配置された２次元光電変換素子列と、
この２次元光電変換素子列で検出した散乱光分布の検出
出力を画像データに変換する演算手段と、画像データを
表示するディスプレイまたは記憶するメモリと、ディス
プレイまたはメモリに記憶された画像上で、散乱光の強
度分布を３次元的な立体として考えたときの立体の重心
を求める演算手段と、強度分布の重心の平面的な位置を
中心とする異なる面積の２つの領域を設定する演算手段
と、２つの領域内部における散乱光の総合強度の比を計
算する演算手段と、この計算された比と、予め測定した
総合強度の比と平均粗さを関連づけたデータとを対比し
て被検査面の粗さを評価する演算手段とからなることを
特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を図１
ないし図７を参照して詳細に説明する。図１において、
１は、例えばヘリウムネオンレーザよりなる平行光束発
生部で、この平行光束発生部１から平行光束２が出力さ
れるようになっている。平行光束発生部１の前方には、
平行光束２を被検査面５の材質、曲率に応じた光量に調
整する調光部３が設けられ、更にこの前方にハーフミラ
ー４が設けられ、ここで反射された平行光束２が被検査
面５に対しほぼ法線方向から照射されるようになってい
る。また被検査面５の上方にこれと対向して、ハーフミ
ラー４までの距離より長い距離の位置に、被検査面５の
法線と垂直に散乱光６の強度分布を観察する２次元的に
素子が配列された２次元光電変換素子列７が設けられて
いる。
ないし図７を参照して詳細に説明する。図１において、
１は、例えばヘリウムネオンレーザよりなる平行光束発
生部で、この平行光束発生部１から平行光束２が出力さ
れるようになっている。平行光束発生部１の前方には、
平行光束２を被検査面５の材質、曲率に応じた光量に調
整する調光部３が設けられ、更にこの前方にハーフミラ
ー４が設けられ、ここで反射された平行光束２が被検査
面５に対しほぼ法線方向から照射されるようになってい
る。また被検査面５の上方にこれと対向して、ハーフミ
ラー４までの距離より長い距離の位置に、被検査面５の
法線と垂直に散乱光６の強度分布を観察する２次元的に
素子が配列された２次元光電変換素子列７が設けられて
いる。
【００１４】この２次元光電変換素子列７は、ここで検
出した散乱光分布の検出出力を画像データに変換するア
ナログ／デジタル変換器８に接続され、更に変換された
デジタル信号を記憶するメモリ９が接続されている。こ
のメモリ９は、散乱光分布の検出出力を画像データに変
換する画像変換演算手段１０に接続され、更にこれに散
乱光の分布を画像表示するディスプレイ１１が接続され
ている。
出した散乱光分布の検出出力を画像データに変換するア
ナログ／デジタル変換器８に接続され、更に変換された
デジタル信号を記憶するメモリ９が接続されている。こ
のメモリ９は、散乱光分布の検出出力を画像データに変
換する画像変換演算手段１０に接続され、更にこれに散
乱光の分布を画像表示するディスプレイ１１が接続され
ている。
【００１５】またこのディスプレイ１１には、ディスプ
レイ１１またはメモリ９に記憶された画像上で、散乱光
の強度分布を３次元的な立体として考えたときの立体の
重心を求める重心演算手段１２が接続され、更にここに
領域設定演算手段１３が接続されている。またこの領域
設定演算手段１３はＣＡＤデータ１４に接続され、前記
重心演算手段１２で計算された散乱光強度分布の重心の
平面的な位置を中心として、ＣＡＤデータ１４からの被
検査面５の表面形状データから、異なる面積の２つの領
域を設定するようになっている。またＣＡＤデータ１４
は前記調光部３にも出力され、被検査面５の曲率に応じ
た光量に調整するようになっている。
レイ１１またはメモリ９に記憶された画像上で、散乱光
の強度分布を３次元的な立体として考えたときの立体の
重心を求める重心演算手段１２が接続され、更にここに
領域設定演算手段１３が接続されている。またこの領域
設定演算手段１３はＣＡＤデータ１４に接続され、前記
重心演算手段１２で計算された散乱光強度分布の重心の
平面的な位置を中心として、ＣＡＤデータ１４からの被
検査面５の表面形状データから、異なる面積の２つの領
域を設定するようになっている。またＣＡＤデータ１４
は前記調光部３にも出力され、被検査面５の曲率に応じ
た光量に調整するようになっている。
【００１６】また領域設定演算手段１３は、設定された
２つの領域内部における散乱光の総合強度の比を計算す
る総合強度比演算手段１５に接続されている。また１６
は予め測定した総合強度の比と平均粗さを関連づけた評
価データで、この評価データ１６と前記総合強度比演算
手段１５は、求められた総合強度比と評価データ１６と
を対比して被検査面５の粗さを測定する粗さ測定演算手
段１７に接続され、ここで測定された表面粗さをプリン
タ１８に出力するようになっている。
２つの領域内部における散乱光の総合強度の比を計算す
る総合強度比演算手段１５に接続されている。また１６
は予め測定した総合強度の比と平均粗さを関連づけた評
価データで、この評価データ１６と前記総合強度比演算
手段１５は、求められた総合強度比と評価データ１６と
を対比して被検査面５の粗さを測定する粗さ測定演算手
段１７に接続され、ここで測定された表面粗さをプリン
タ１８に出力するようになっている。
【００１７】次に上記構成の測定装置により被検査面５
の表面粗さを測定する方法について説明する。非接触表
面粗さ測定装置をマシニングセンタのツールシャンクな
ど工作機械に取付ける。この状態で平行光束発生部１か
ら平行光束２を発生させる。この平行光束２のビーム幅
は、被検査面５の表面形状における最小曲率半径より十
分小さければよい。次にこの平行光束２を調光部３に通
して被検査面５の材質、曲率に応じた光量に調整する。
この調光部３はＣＡＤデータ１４からの曲率データを入
力して光量を調整するようになっている。調光部３を通
過した平行光束２は、この前方に設けたハーフミラー４
で反射して被検査面５に対しほぼ法線方向から照射され
る。被検査面５で反射した散乱光６は上方に配置したハ
ーフミラー４を通過して２次元光電変換素子列７に受光
される。
の表面粗さを測定する方法について説明する。非接触表
面粗さ測定装置をマシニングセンタのツールシャンクな
ど工作機械に取付ける。この状態で平行光束発生部１か
ら平行光束２を発生させる。この平行光束２のビーム幅
は、被検査面５の表面形状における最小曲率半径より十
分小さければよい。次にこの平行光束２を調光部３に通
して被検査面５の材質、曲率に応じた光量に調整する。
この調光部３はＣＡＤデータ１４からの曲率データを入
力して光量を調整するようになっている。調光部３を通
過した平行光束２は、この前方に設けたハーフミラー４
で反射して被検査面５に対しほぼ法線方向から照射され
る。被検査面５で反射した散乱光６は上方に配置したハ
ーフミラー４を通過して２次元光電変換素子列７に受光
される。
【００１８】この散乱光６は、被検査面５が平面の鏡面
の場合には、入射角と反射角が等しいが、表面が粗い場
合には反射光が拡散して散乱光６となり、粗さが大きい
ほどこの散乱光６が広がることになる。この散乱光６を
２次元光電変換素子列７で受光した後、ここで検出した
散乱光分布の検出出力をアナログ／デジタル変換器８に
出力する。更に変換されたデジタル信号はメモリ９で記
憶された後、画像変換演算手段１０で、散乱光６の分布
を画像データに変換する。変換された画像データはディ
スプレイ１１に表示される。
の場合には、入射角と反射角が等しいが、表面が粗い場
合には反射光が拡散して散乱光６となり、粗さが大きい
ほどこの散乱光６が広がることになる。この散乱光６を
２次元光電変換素子列７で受光した後、ここで検出した
散乱光分布の検出出力をアナログ／デジタル変換器８に
出力する。更に変換されたデジタル信号はメモリ９で記
憶された後、画像変換演算手段１０で、散乱光６の分布
を画像データに変換する。変換された画像データはディ
スプレイ１１に表示される。
【００１９】またこのディスプレィ１１に表示されは画
像データは、重心演算手段１２に出力され、画像上で散
乱光６の強度分布を３次元的な立体として考えたときの
立体の重心が求められる。この３次元的な強度分布は図
２に示すように２次元光電変換素子列７で受光された散
乱光６の分布に、その強度を高さ方向にとって立体を形
成した時の重心Ｇを計算で求め、この重心Ｇの平面的な
位置を中心Ｃとして求めるものである。
像データは、重心演算手段１２に出力され、画像上で散
乱光６の強度分布を３次元的な立体として考えたときの
立体の重心が求められる。この３次元的な強度分布は図
２に示すように２次元光電変換素子列７で受光された散
乱光６の分布に、その強度を高さ方向にとって立体を形
成した時の重心Ｇを計算で求め、この重心Ｇの平面的な
位置を中心Ｃとして求めるものである。
【００２０】すなわちｘ方向、ｙ方向を夫々２次元光電
変換素子列７の配列の行方向、列方向に、ｚ方向を強度
にとり、散乱光６の強度分布を立体として考えたとき
の、立体の重心Ｇをｘ−ｙ平面に投影した行、列番号を
画像データから得られた散乱光の強度分布の中心Ｃとし
て計算する。
変換素子列７の配列の行方向、列方向に、ｚ方向を強度
にとり、散乱光６の強度分布を立体として考えたとき
の、立体の重心Ｇをｘ−ｙ平面に投影した行、列番号を
画像データから得られた散乱光の強度分布の中心Ｃとし
て計算する。
【００２１】具体的にはｍｘｎ画素の２次元光電変換素
子列７で受光した画像データについて行番号ｋ，列番号
ｈにおける強度をＩｋ，ｈとしたときの、式（１）の
ｉ，式（２）のｊをそれぞれ散乱光の強度分布の中心位
置Ｃの行番号ｉ、列番号ｊとするものである。
子列７で受光した画像データについて行番号ｋ，列番号
ｈにおける強度をＩｋ，ｈとしたときの、式（１）の
ｉ，式（２）のｊをそれぞれ散乱光の強度分布の中心位
置Ｃの行番号ｉ、列番号ｊとするものである。
【００２２】
【数１】
【００２３】
【数２】
【００２４】次に重心Ｇの平面的な位置を中心Ｃとし
て、領域設定演算手段１３で異なる面積の２つの領域を
設定する。この領域設定はＣＡＤデータ１４からの被検
査面５の表面形状データから２つの領域形状を設定す
る。この場合、異なる面積の２つの領域Ｎ１、Ｎ２の面
積比Ｓ１：Ｓ２を１．４〜５０にすると良い。これを図
で説明すると図４（Ａ）のようにディスプレイ１１に画
像表示された散乱光６の重心Ｇの平面的な位置を中心Ｃ
とし、この中心Ｃから半径の異なる２つの領域Ｎ１、Ｎ
２を設定する。この２つの領域の形状は、ＣＡＤデータ
１４からの被検査面５の表面形状データから設定する。
て、領域設定演算手段１３で異なる面積の２つの領域を
設定する。この領域設定はＣＡＤデータ１４からの被検
査面５の表面形状データから２つの領域形状を設定す
る。この場合、異なる面積の２つの領域Ｎ１、Ｎ２の面
積比Ｓ１：Ｓ２を１．４〜５０にすると良い。これを図
で説明すると図４（Ａ）のようにディスプレイ１１に画
像表示された散乱光６の重心Ｇの平面的な位置を中心Ｃ
とし、この中心Ｃから半径の異なる２つの領域Ｎ１、Ｎ
２を設定する。この２つの領域の形状は、ＣＡＤデータ
１４からの被検査面５の表面形状データから設定する。
【００２５】この設定方法としては、被検査面５の曲率
半径ｒと散乱光６の広がり距離との関係が例えば図３に
示すような関係になり、この関係から求める。つまり曲
率半径ｒが小さいほど散乱光６の広がり距離が大きくな
り、曲率半径ｒが大きくなって平面に近くなるほど散乱
光６の広がり距離が小さくなる。従って、被検査面５が
平面の場合には、図４（Ａ）に示すように２つの領域Ｎ
１、Ｎ２は円形となる。なお図では散乱光６を受光した
明るい部分を便宜上、黒色で示す。また球状凸曲面の場
合には、図５に示すように領域Ｎ１、Ｎ２は半径が大き
い円形となる。また円筒表面のように軸方向には平面で
周方向に湾曲している場合には、図６に示すように、散
乱が少ない中心側では半径が小さく、散乱が広がる両側
では半径が大きくなり全体として領域Ｎ１、Ｎ２は楕円
形になる。
半径ｒと散乱光６の広がり距離との関係が例えば図３に
示すような関係になり、この関係から求める。つまり曲
率半径ｒが小さいほど散乱光６の広がり距離が大きくな
り、曲率半径ｒが大きくなって平面に近くなるほど散乱
光６の広がり距離が小さくなる。従って、被検査面５が
平面の場合には、図４（Ａ）に示すように２つの領域Ｎ
１、Ｎ２は円形となる。なお図では散乱光６を受光した
明るい部分を便宜上、黒色で示す。また球状凸曲面の場
合には、図５に示すように領域Ｎ１、Ｎ２は半径が大き
い円形となる。また円筒表面のように軸方向には平面で
周方向に湾曲している場合には、図６に示すように、散
乱が少ない中心側では半径が小さく、散乱が広がる両側
では半径が大きくなり全体として領域Ｎ１、Ｎ２は楕円
形になる。
【００２６】また図７に示すように被検査面５が球面か
ら平面に連続的に変化する部分では、球面部分からの散
乱領域では半径が大きく、平面部分からの散乱領域では
半径が小さくなり、全体として卵状となる。これらをま
とめると、領域形状は領域中心Ｃから放射状の半径が、
被検査面５の曲率半径ｒにほぼ逆比例して設定され、非
検査面５が平面または球面などの等方性形状をなす場
合、領域形状は円形となる。
ら平面に連続的に変化する部分では、球面部分からの散
乱領域では半径が大きく、平面部分からの散乱領域では
半径が小さくなり、全体として卵状となる。これらをま
とめると、領域形状は領域中心Ｃから放射状の半径が、
被検査面５の曲率半径ｒにほぼ逆比例して設定され、非
検査面５が平面または球面などの等方性形状をなす場
合、領域形状は円形となる。
【００２７】このように異なる面積の２つの領域Ｎ１、
Ｎ２の面積比Ｓ１：Ｓ２を１．４〜５０に設定してか
ら、総合強度比演算手段１５で各領域Ｎ１、Ｎ２の内部
における散乱光６の総合強度を求めて、その比を計算す
る。この計算された総合強度の比と、予め測定した総合
強度の比と平均粗さを関連づけた評価データ１６とを粗
さ測定演算手段１７で対比して被検査面５の粗さを測定
し、その結果をプリンタ１８でプリントアウトする。
Ｎ２の面積比Ｓ１：Ｓ２を１．４〜５０に設定してか
ら、総合強度比演算手段１５で各領域Ｎ１、Ｎ２の内部
における散乱光６の総合強度を求めて、その比を計算す
る。この計算された総合強度の比と、予め測定した総合
強度の比と平均粗さを関連づけた評価データ１６とを粗
さ測定演算手段１７で対比して被検査面５の粗さを測定
し、その結果をプリンタ１８でプリントアウトする。
【００２８】このように被検査面５の表面形状から設定
した異なる面積の２つの領域Ｎ１、Ｎ２の総合強度の比
を測定すれば、散乱光６の強度分布の広がり状態が見ら
れ、これが被検査面５の粗さと対応していることから、
測定が可能となる。例えば被検査面５が平面で散乱光６
の分布範囲が狭い場合には、図４に示すように、２つの
領域Ｎ１、Ｎ２の外側の領域Ｎ２の総合強度を分母と
し、内側の領域Ｎ１の総合強度を分子として総合強度比
を求める。
した異なる面積の２つの領域Ｎ１、Ｎ２の総合強度の比
を測定すれば、散乱光６の強度分布の広がり状態が見ら
れ、これが被検査面５の粗さと対応していることから、
測定が可能となる。例えば被検査面５が平面で散乱光６
の分布範囲が狭い場合には、図４に示すように、２つの
領域Ｎ１、Ｎ２の外側の領域Ｎ２の総合強度を分母と
し、内側の領域Ｎ１の総合強度を分子として総合強度比
を求める。
【００２９】例えば図４（Ａ）は平均粗さが０．０１μ
ｍで、同図（Ｂ）は平均粗さが０．０２μｍで、同図
（Ｃ）は平均粗さが０．０３μｍの場合の画像であると
すると、２つの領域Ｎ１、Ｎ２の面積Ｓ１、Ｓ２が各図
において同じで、この総合強度比を求めると、被検査面
５の粗さが大きい程、散乱光６が広がり、領域Ｎ１、Ｎ
２内の総合強度比が小さくなることが分かる。また球状
凸曲面の場合には、図５に示すように散乱光６が大きく
広がるので領域Ｎ１、Ｎ２の半径は大きくなる。この場
合、異なる面積の２つの領域Ｎ１、Ｎ２の面積比Ｓ１：
Ｓ２を１．４〜５０に設定したのは、１．４未満では、
対比する領域の面積比が少なく散乱光６の分布状態を正
確に反映できず、また５０を超えると散乱光６の範囲が
広い場合に、散乱光６の分布状態を正確に反映できなく
なるからである。
ｍで、同図（Ｂ）は平均粗さが０．０２μｍで、同図
（Ｃ）は平均粗さが０．０３μｍの場合の画像であると
すると、２つの領域Ｎ１、Ｎ２の面積Ｓ１、Ｓ２が各図
において同じで、この総合強度比を求めると、被検査面
５の粗さが大きい程、散乱光６が広がり、領域Ｎ１、Ｎ
２内の総合強度比が小さくなることが分かる。また球状
凸曲面の場合には、図５に示すように散乱光６が大きく
広がるので領域Ｎ１、Ｎ２の半径は大きくなる。この場
合、異なる面積の２つの領域Ｎ１、Ｎ２の面積比Ｓ１：
Ｓ２を１．４〜５０に設定したのは、１．４未満では、
対比する領域の面積比が少なく散乱光６の分布状態を正
確に反映できず、また５０を超えると散乱光６の範囲が
広い場合に、散乱光６の分布状態を正確に反映できなく
なるからである。
【００３０】
【実施例】平行光束発生部１としては半導体レーザ（波
長λ＝６３５ｎｍ）と半導体レーザの楕円形の発振光を
円形に修正するアナモルフィックプリズム等の光学素子
を配置したものとした。なおビーム径は０．４ｍｍに調
整した。また調光部３上には透過率可変の減光フィルタ
を用いた。２次元光電変換素子列７としては７６８
（Ｈ）×４９３（Ｖ）画素、イメージサイズ８．８
（Ｈ）×６．６（Ｖ）ｍｍのＣＣＤエリアセンサを用い
た。また被検査面５からレンズ１９までの距離は、レン
ズ１９の焦点距離の８０ｍｍ、レンズ１９から２次元光
電変換素子列７までの距離は８０ｍｍとした。
長λ＝６３５ｎｍ）と半導体レーザの楕円形の発振光を
円形に修正するアナモルフィックプリズム等の光学素子
を配置したものとした。なおビーム径は０．４ｍｍに調
整した。また調光部３上には透過率可変の減光フィルタ
を用いた。２次元光電変換素子列７としては７６８
（Ｈ）×４９３（Ｖ）画素、イメージサイズ８．８
（Ｈ）×６．６（Ｖ）ｍｍのＣＣＤエリアセンサを用い
た。また被検査面５からレンズ１９までの距離は、レン
ズ１９の焦点距離の８０ｍｍ、レンズ１９から２次元光
電変換素子列７までの距離は８０ｍｍとした。
【００３１】また被検査面５が平面の場合には円形領域
Ｎ１の直径を４０画素、外側の円形領域Ｎ２の直径を２
８０画素（面積比４９）とした。また被検査面５が球面
（曲率半径６０ｍｍの凸曲面）の場合には、円形領域Ｎ
１の直径を８０画素、外側の円形領域Ｎ２の直径を３０
０画素（面積比１４）とした。また試料としてはＳ５５
Ｃのシート研磨およびバフ研磨した試料を用いた。
Ｎ１の直径を４０画素、外側の円形領域Ｎ２の直径を２
８０画素（面積比４９）とした。また被検査面５が球面
（曲率半径６０ｍｍの凸曲面）の場合には、円形領域Ｎ
１の直径を８０画素、外側の円形領域Ｎ２の直径を３０
０画素（面積比１４）とした。また試料としてはＳ５５
Ｃのシート研磨およびバフ研磨した試料を用いた。
【００３２】上記条件で７種類の平面試料と３種類の球
面試料について、本発明方法により表面粗さを測定し
た。また同一の試料について、従来の機械的触針装置を
用い、触針を複数回、直交方向に走査して得られた中心
線平均粗さを測定した。このように本発明方法により測
定した粗さと、触針により測定した粗さを図８のグラフ
に示した。この結果から、本発明方法による測定結果と
触針による測定結果はほぼ同じ結果が得られ、また球面
の場合にも同様であった。
面試料について、本発明方法により表面粗さを測定し
た。また同一の試料について、従来の機械的触針装置を
用い、触針を複数回、直交方向に走査して得られた中心
線平均粗さを測定した。このように本発明方法により測
定した粗さと、触針により測定した粗さを図８のグラフ
に示した。この結果から、本発明方法による測定結果と
触針による測定結果はほぼ同じ結果が得られ、また球面
の場合にも同様であった。
【００３３】
【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る非接触表
面粗さ測定方法およびその測定装置によれば、被検査面
で散乱した散乱光を２次元光電変換素子列で受光して、
この強度分布を、設定した異なる面積の２つの領域内部
における散乱光の総合強度の比を計算して解析すること
により、非接触の状態で、被検査物の微少な変位に影響
されず、自由曲面でも短時間で信頼性の高い２次元的平
均粗さの測定を行なえ、オンラインでの測定も可能であ
る。
面粗さ測定方法およびその測定装置によれば、被検査面
で散乱した散乱光を２次元光電変換素子列で受光して、
この強度分布を、設定した異なる面積の２つの領域内部
における散乱光の総合強度の比を計算して解析すること
により、非接触の状態で、被検査物の微少な変位に影響
されず、自由曲面でも短時間で信頼性の高い２次元的平
均粗さの測定を行なえ、オンラインでの測定も可能であ
る。
【図１】本発明の実施の一形態による非接触表面粗さ測
定装置の構成を示すブロック図である。
定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ディスプレイの画像から強度分布を３次元的に
表した状態を示す説明図である。
表した状態を示す説明図である。
【図３】被検査面の曲率半径ｒと散乱光の広がり距離と
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図４】被検査面が平面の場合の、ディスプレイ上に表
した散乱光の強度分布と領域を示す説明図である。
した散乱光の強度分布と領域を示す説明図である。
【図５】被検査面が球面の場合の、ディスプレイ上に表
した散乱光の強度分布と領域を示す説明図である。
した散乱光の強度分布と領域を示す説明図である。
【図６】被検査面が円筒体表面の場合の、表面形状およ
び、ディスプレイ上に表した散乱光の強度分布と領域を
示す説明図である。
び、ディスプレイ上に表した散乱光の強度分布と領域を
示す説明図である。
【図７】被検査面が自由曲面の場合の、表面形状およ
び、ディスプレイ上に表した散乱光の強度分布と領域を
示す説明図である。
び、ディスプレイ上に表した散乱光の強度分布と領域を
示す説明図である。
【図８】本発明方法により測定した粗さと、触針により
測定した粗さとの関係を示すグラフである。
測定した粗さとの関係を示すグラフである。
１ 平行光束発生部 ２ 平行光束 ３ 調光部 ４ ハーフミラー ５ 被検査面 ６ 散乱光 ７ ２次元光電変換素子列 ８ アナログ／デジタル変換器 ９ メモリ １０ 画像変換演算手段 １１ ディスプレイ １２ 重心演算手段 １３ 領域設定演算手段 １４ ＣＡＤデータ １５ 総合強度比演算手段 １６ 評価データ １７ 粗さ測定演算手段 １８ プリンタ １９ レンズ
Claims (5)
- 【請求項１】 被検査面に対してほぼ法線方向から平行
光束を照射し、被検査面からの散乱光分布を２次元光電
変換素子列で受光して、この素子列の検知出力から画像
データを構成し、散乱光分布の広がり具合パラメータと
してディスプレイ画面に表示した画像上、またはメモリ
に記憶された画像上で散乱光の強度分布を３次元的な立
体として考えたときの立体の重心を、強度分布の重心と
し、この重心の平面的な位置を中心とする異なる面積の
２つの領域内部における散乱光の総合強度の比を計算
し、この計算された比と、予め測定した総合強度の比と
総合粗さを関連づけたデータとを対比して被検査面の２
次元的平均粗さを評価する非接触表面粗さ測定方法。 - 【請求項２】 異なる面積の２つの領域の面積比を
１．４〜５０にしたことを特徴とする請求項１記載の非
接触表面粗さ測定方法。 - 【請求項３】 異なる面積の２つの領域の形状を、領域
中心から放射状の半径が、非検査面の曲率半径にほぼ逆
比例して設定することを特徴とする請求項１または２記
載の非接触表面粗さ測定方法。 - 【請求項４】 非検査面が平面または球面などの等方性
形状をなす場合、２つ領域の形状が円形であることを特
徴とする請求項１記載の非接触表面粗さ測定方法。 - 【請求項５】 被検査面に対してほぼ法線方向から平行
光束を照射する平行光束発生部と、被検査面に対向して
この法線と垂直に配置された２次元光電変換素子列と、
この２次元光電変換素子列で検出した散乱光分布の検出
出力を画像データに変換する演算手段と、画像データを
表示するディスプレイまたは記憶するメモリと、ディス
プレイまたはメモリに記憶された画像上で、散乱光の強
度分布を３次元的な立体として考えたときの立体の重心
を求める演算手段と、強度分布の重心の平面的な位置を
中心とする異なる面積の２つの領域を設定する演算手段
と、２つの領域内部における散乱光の総合強度の比を計
算する演算手段と、この計算された比と、予め測定した
総合強度の比と平均粗さを関連づけたデータとを対比し
て被検査面の粗さを評価する演算手段とからなることを
特徴とする非接触表面粗さ測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8359429A JP2899875B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 非接触表面粗さ測定方法およびその測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8359429A JP2899875B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 非接触表面粗さ測定方法およびその測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10170247A true JPH10170247A (ja) | 1998-06-26 |
| JP2899875B2 JP2899875B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18464459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8359429A Expired - Fee Related JP2899875B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 非接触表面粗さ測定方法およびその測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2899875B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006113462A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Tohoku Univ | 単粒子三次元位置追跡方法 |
| JP2013061239A (ja) * | 2011-09-13 | 2013-04-04 | Toshiba Corp | マスク表面粗さ測定方法及び測定装置 |
| JP2016075650A (ja) * | 2014-10-09 | 2016-05-12 | 株式会社フジエンジニアリング | 表面清浄度判定装置および表面清浄度判定プログラム |
| CN115388817A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-11-25 | 山东微晶自动化有限公司 | 基于图像处理分析实现铸造件打磨质量检测的方法 |
| CN115984267A (zh) * | 2023-03-20 | 2023-04-18 | 青岛鼎信通讯科技有限公司 | 一种适用于超声水表的注塑气泡检测方法 |
-
1996
- 1996-12-11 JP JP8359429A patent/JP2899875B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006113462A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-04-27 | Tohoku Univ | 単粒子三次元位置追跡方法 |
| JP2013061239A (ja) * | 2011-09-13 | 2013-04-04 | Toshiba Corp | マスク表面粗さ測定方法及び測定装置 |
| JP2016075650A (ja) * | 2014-10-09 | 2016-05-12 | 株式会社フジエンジニアリング | 表面清浄度判定装置および表面清浄度判定プログラム |
| CN115388817A (zh) * | 2022-10-27 | 2022-11-25 | 山东微晶自动化有限公司 | 基于图像处理分析实现铸造件打磨质量检测的方法 |
| CN115984267A (zh) * | 2023-03-20 | 2023-04-18 | 青岛鼎信通讯科技有限公司 | 一种适用于超声水表的注塑气泡检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2899875B2 (ja) | 1999-06-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |