JPH1082620A - 加工品表面の光熱的検査方法および装置 - Google Patents

加工品表面の光熱的検査方法および装置

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JPH1082620A
JPH1082620A JP9151166A JP15116697A JPH1082620A JP H1082620 A JPH1082620 A JP H1082620A JP 9151166 A JP9151166 A JP 9151166A JP 15116697 A JP15116697 A JP 15116697A JP H1082620 A JPH1082620 A JP H1082620A
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measuring unit
partial
point
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JP9151166A
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Horst Dr Adams
ホルスト、アダムス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一の励起源を用いて、加工品の表面上の複
数の選択されたポイントの光熱的検査測定ができる方法
および装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 電磁励起ビームを測定ユニットから加工
品表面上の被測定ポイントに向け、さらにそのポイント
から発せられた熱放射を検知し分析する光熱的検査測定
方法において、被測定ポイントが、励起ビームの少なく
とも部分ビームによって照射され、そのポイントから出
る熱線が感知され共通の分析が受けられるようになって
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前文
（preamble）に記載されたような、加工品表面の光熱的
検査方法および装置に関する。さらに具体的には、本発
明は、測定ユニットから電磁励起ビームを加工品表面上
の被測定ポイントに照射して、そのポイントで加工品表
面を加熱するようにし、さらに、前記被測定ポイントか
ら放出された熱放射を検知して分析する加工品表面の光
熱的検査方法および検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この問題に関する公知の方法は、たとえ
ば、DE-A- ３８ ２０ ８６２から得られる。最近数年
間の加工品表面の光熱検査は、非接触および非破壊式で
加工品表面を首尾よく検査する方法であることが実証さ
れてきた。この方法では、強度が変調された励起照射、
特にレーザ照射を用いて、加工品の表面の被測定ポイン
トを加熱し、そのポイントから放射される熱を検知分析
する。
【０００３】また、EP-A- ０ ６０９ １９３によれ
ば、連続的あるいは機械的な遮蔽により変調されたレー
ザビームを、被検査表面に照射する。そしてレーザビー
ムが周期的にこの表面上を加熱し、赤外線センサーによ
ってその加熱が検知されたうえ、変換され、コンピュー
タに入れられて評価される。
【０００４】その他の公知の光熱検査装置の場合、被測
定ポイントに発生したレーザ励起ビームと熱ビームが同
一直線を成す（DE ４３ ４３ ０７６ A １参照の
事）。公報DE-A- ３８ ２０ ８６２の開示によれば、
その測定システムは、パルス状のレーザビームを被検査
体に同時に照射された複数の部分ビームに細分するため
の開口絞りを備えている。検査中の被検査体から発せら
れた熱放射は、熱画像カメラによって感知される。加工
品表面の光学検査装置で、検知ダイオード列を含み、そ
の上で、サンプルの照射されたポイントが画像化される
ようになっているものが、DE-A- ３０ ３７９８３に開
示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、単一
の励起源を用いて、加工品の表面上の複数の選択された
ポイントの光熱的検査測定ができる方法および装置を提
供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１に
定められた方法と請求項５に定められた装置によって達
成される。
【０００７】本発明による方法および本発明による装置
がいずれも特徴としているのは以下の点である。つま
り、たとえば、加工品の表面上で格子パターンを成して
配置している測定のために選択された複数のポイント
を、単一の励起源、特にＣＯ２レーザのようなレーザ、
を用いて扱えるということである。これは、特定の実施
態様に応じて、同時にあるいは連続的に達成される。同
時操作の場合、励起ビーム
【０００８】は強度が等しい部分ビームに分割され、さ
らに、同時に測定される複数のポイントに照射されるよ
うになっている。
【０００９】もっとも一般的な実施形態においては、本
発明による装置は、励起ビームのなかで少なくとも部分
ビームを、加工品の表面上で測定のために選択された複
数のポイントに照射するための、光学的手段を含む。こ
の場合の検知手段は、測定されているすべてのポイント
によって発せられた熱放射を感知するように構成され
た、多重検知器によって、具体化される。本発明の好適
な実施形態においては、光学手段および多重検知器が測
定ユニット内に一体となって収められている。
【００１０】本願の光学手段の第１の変更である実施形
態によれば、この光学手段は、励起ビームのビーム路内
で一列に配列された複数の部分反射鏡を含む。多重検知
器は、検知器を複数有し、それぞれの検知器がそれぞれ
の部分反射鏡に対応するような関係になっている。
【００１１】あるいは、多重検知器が、線状またはマト
リックス状に構成された感熱検知器であってもよい。
【００１２】また、本発明の有益な形態として、光学手
段が２本の枢軸のまわりに旋回可能な鏡になっている場
合に、検知器がマトリックス形に配列されていると好ま
しい。
【００１３】本発明による方法および装置は、特に、加
工品のコーティング膜またはコーティング層の厚さを測
定するのに有利である。とりわけ、焼成や焼きなましが
ない微粉膜の厚さを測定するのに有利である。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態について、
図１および２を参照しながら説明する。
【００１５】符合２は、矢印Ａの方向に動く移動路４に
沿って連続的に移動する加工品である。この加工品は、
この図面を上からみている人に対面する側の表面の少な
くとも一部は顔料粉でコーティングされており、まだ焼
成や焼きなましがされていない。
【００１６】符合６は、基本となる主装置８および２個
の準装置１０、１２から構成される測定ユニットであ
る。一般的に、測定ユニット６は、双方向矢印Ｂの方向
に移動可能であり、言い換えると、加工品に平行にそし
て加工品と同調して、さらに反対方向にも、移動できる
ということである。主装置８は、励起ビーム１６を発す
るレーザ１４を収容している。励起ビーム１６は、チョ
ッパー１８のような従来の変調手段によってモジュール
化され、すなわち周期的に割り込みを受け、そして鏡２
０、２２によって反射する。部分反射鏡２４が、反射ビ
ーム１６のビーム光路に配置されている。さらに主装置
８は感熱検知器、つまり赤外線（infrared；IR）検知器
３０を収容している。
【００１７】励起ビームの部分ビーム１６a が、部分反
射鏡２４によって反射されており、その他の部分ビーム
１６b は、もとの励起ビーム１６からの連なりとして、
部分反射鏡２４を透過する。部分ビーム１６b は別の部
分反射鏡２６に入射し、反射する部分ビーム１６c と透
過する部分ビーム１６d とに再度分割する。透過した部
分ビーム１６d もまた必要に応じて、反射する部分ビー
ム１６e と透過する部分ビーム１６f に分解される。た
だしこの場合、準装置１０、１２のようなものが、さら
に設けられていなければならない。このような三度目の
ビームの分割がない場合は、部分ビーム１６d は、部分
反射鏡２８で全反射する。
【００１８】部分ビーム１６d の完全再反射の場合、部
分ビームの反射と透過の割合は、部分反射鏡２４におい
て１：３、部分反射鏡２６において１：１、部分反射鏡
２８において１：０である。この割合は一般的に、部分
ビーム１６a 、１６c 、および１６e が同一の放射強度
を有するように、選択されなければならない。さらにこ
の割合は、準装置の数が異なる場合（２個以上）に、そ
れにしたがって決められる。
【００１９】部分ビーム１６a 、１６c 、および１６e
が、加工品表面のラインl １に沿って存する選択された
被測定ポイントP １、P ２、P ３に当たる。主装置８内
に設置され たIR検知器３０は、被測定中のポイントP
１から加工品２に垂直な方向で発せら れる熱線１７
を、受ける。
【００２０】準装置１０、１２にも同様に、IR検知器３
２、３４が設置され、各検知器は、測定中のポイントP
２、P ３から垂直に発せられる熱線１７を受ける。
【００２１】動作に際しては、第１ステップの間、主装
置８および２個の準装置１０、１２から構成される測定
ユニット６は、加工品２と同調して、加工品２と平行
に、移動する。したがって、加工品２と測定ユニット６
のあいだでは相対的には動いていないことになる。単一
励起ビーム１６から得られた、部分励起ビーム１６a 、
１６c 、および１６e は、加工品表面のラインl １（必
ずしも直線でなくともよい）に沿って存する選択された
被測定ポイントP １、P ２、P ３に同時に向かう。こう
して、被測定ポイントが加熱される。加熱によって生成
された熱放射は、被測定ポイントP １、P ２、P ３か
ら、垂直に、もっとも高い強度で、測定ユニット６に反
射して戻る。測定ユニット内では、熱放射が種々の検知
器３０、３２、３４で検知され、層の厚さを示す信号へ
の変換と後続処理のような、それ自体は従来より知られ
た分析評価を受ける。
【００２２】第２ステップでは、測定ユニット６が、加
工品２と同じ速度で移動しながら、同時に、垂直方向に
も距離ａだけずれる。この垂直方向の距離ａは、１番目
のラインl １と被測定ポイントP １、P ２、P ３の存す
る２番目のラインl ２との間の距離に相当する。ここ
で、上述の放射と検知のプロセスを繰り返す。最後に、
第３ステップで、もういちど、測定ユニット６は、距離
ａと同じ大きさの距離ｂだけずれて、ラインl ３に沿っ
て存する選択された被測定ポイントP ７、P ８、P ９に
対して、先の操作をもういちど繰り返す。
【００２３】このようにして、単一のレーザ１４を使用
し、１回の操作サイクルだけで、複数のポイント、任意
に与えられた実例では格子状に配された被測定ポイント
P １からP ９を測定できる。
【００２４】図３および４は、変形実施形態を示してい
る。図１および２に示されたものと同様のものおよび同
様の機能を有するものについては、同一の参照番号を用
いて、説明は省くことにする。
【００２５】図３および４による実施形態が、先の実施
形態と異なるのは、検知手段にかかわることのみであ
る。主装置８は、３個の別々の検知器３０、３２、３４
の替りに、IR感知の線状検知アレイを備えている。これ
は、ビデオカメラに用いられている光学センサーアレイ
がビデオ画像を対象にするときと同様に、被測定ポイン
トP １からP ３、P ４からP ６、およびP ７からP ９か
ら発せられる熱線を同時感知するものである。図３およ
び４においては、この検知アレイは参照番号４０であ
る。
【００２６】図１および２の実施形態を参照して述べた
ように、測定ユニット６は、垂直方向に段階的に移動可
能で、更なるラインl ２、l ３に沿って配置された被測
定ポイントも、扱えるようになっている。
【００２７】図５に示された実施例では、この点が異な
る。ここでは、再び参照番号６とした測定ユニットが、
測定処理のあいだ加工品に対して相対的には移動してい
ないことになる。言い換えれば、加工品２が移動されて
いるとき、測定ユニット６は加工品に沿って同じ速度で
移動される。レーザ１４および反射鏡２０、２２は、図
３および４に示された実施例と同様の構造、配列であ
る。この実施例の検知アレイは、２次元マトリックスと
して構成されている。また、複数の部分反射鏡の組み合
わせの替りに、２本の枢軸のまわりを旋回し傾動するよ
うにされた単一の鏡５０が用いられている。この鏡５０
は、部分反射しないので、常に励起ビームを完全反射
し、所定のタイミングで（１から５秒間の継続照射が、
１ポイントを測定するのに必要とされる）旋回傾動する
ように、制御されている。これはたとえば、加工品の位
置に応じて鏡の旋回および傾動を制御する走査システム
（図示せず）によって、達成される。
【００２８】赤外線画像感知によって提供される信号の
評価には、標準的な画像検知システムおよび画像分析シ
ステムを、利用できる。
【００２９】以上述べた３件の実施形態はすべて、必要
な場合に加工品表面の凹部分や凸部分の測定ができるよ
うに、測定ユニット６が加工品表面の横方向にも動くた
めの制御を追加できる仕掛けになっている。
【００３０】本発明の有益な実施形態のひとつでは、レ
ーザが水冷式のＣＯ２レーザになっている。実用に際し
ては、加工品２は、０から１０m ／min の速度で、矢印
Ａの方向に動く。（焼成層の厚さに基づいた）測定レン
ジは５０から１５０μm であり、測定精度は膜の厚さに
対しておよそプラスマイナス３％である。各被測定ポイ
ントにおける、測定スポットの実際の寸法は、測定ユニ
ット６と加工品２の間の作動距離が５００から８００mm
の場合には、１００mm2 の大きさ程度におさまる。検知
器は、アンチモン化インジウムによって、それ自体が従
来から知られた方法で製造され、液体窒素で冷却されて
いるものでよいが、この液体窒素は、使用中に、１２時
間ごとに消費されてしまうので、この間隔で再補給が必
要となる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、以上のような光熱検査
測定方法および装置により、単一のレーザなどの励起源
を用いて、加工品の表面を複数の測定ポイントで検査す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の斜視図である。
【図２】図１に示された実施形態の線図的な平面図であ
り、図１には示されていない集合体を略図的に表して追
加したものを含んでいる。
【図３】本発明の第２実施形態の斜視図である。
【図４】図３に示された実施形態の平面図であり、図３
には示されていない集合体を略図的に表して追加したも
のを含んでいる。
【図５】本発明の第３実施形態の斜視図である。
【符号の説明】
２ 加工品 ４ 移動路 ６ 測定ユニット ８ 主装置 １０、１２ 準装置 １４ レーザ １６ 励起ビーム １６a 、１６b 、．．． 部分ビーム １７ 熱線 １８ チョッパー（変調手段） ２０、２２ 鏡 ２４、２６、２８ 部分反射鏡 ３０、３２、３４ 赤外線検知器 ４０ 検知アレイ 矢印Ａ、矢印Ｂ、矢印Ｃ 移動方向 l １、l ２、l ３ 加工品表面のライン P １、P ２、P ３ 被測定ポイント

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電磁励起ビームを測定ユニットから加工品
    表面上の被測定ポイントに照射してそのポイントで加工
    品表面を加熱するようにし、さらに、前記被測定ポイン
    トから放出された熱放射を検知して分析する加工品表面
    の光熱的検査方法であって、加工品表面上の選択された
    複数の被測定ポイント（P １−P ９）を励起ビーム（１
    ６）の少なくとも一部のビーム（１６a 、１６c 、１６
    e ）により照射し、前記被測定ポイントから放出される
    熱線を感知して共通の分析を行い、励起ビーム（１６）
    は部分ビーム（１６a 、１６c 、１６e ）を分割して実
    質的に同時に複数の被測定ポイント（P １、P ２、P
    ３）に照射するようになっている前記方法において：前
    記測定ユニット（６）が部分ビームを更なる次の被測定
    ポイント（P ４、P５、P ６；P ７、P ８、P ９）に照
    射するために移動し；そして被測定ポイント（P １−P
    ３、P ４−P ６、P ７−P ９）から放射される熱線をそ
    れぞれに対応する検知要素（３０、３２、３４）によっ
    て検知することを特徴とする前記加工品表面の光熱的検
    査方法。
  2. 【請求項２】前記加工品表面は一方向に動き、前記測定
    ユニット（６）は、必要に応じて、前記加工品表面
    （２）と同調して、もしくは加工品表面（２）に対して
    相対的に移動することを特徴とする請求項１記載の加工
    品表面の光熱的検査方法。
  3. 【請求項３】前記励起ビーム（１６）は加工品表面上の
    選択された被測定ポイント（P １−P ９）に連続的に照
    射されることを特徴とする請求項１または２記載の加工
    品表面の光熱的検査方法。
  4. 【請求項４】前記部分ビーム（１６a 、１６c 、１６e
    ）は、ライン（ｌ１）にそって配置された被測定ポイ
    ント（P １、P ２、P ３）に対して、前記測定ユニット
    （６）から同時に照射され、 加工品表面とは平行であるが、前記ラインとは平行でな
    い方向で、測定ユニット（６）が移動する毎に、前記部
    分ビームは、更なる次のライン（ｌ２、ｌ３）に沿って
    配置されている被測定ポイント（P ４−P ６、P ７−P
    ９）に再び照射されることを特徴とする請求項１〜３の
    いずれか１つに記載の加工品表面の光熱的検査方法。
  5. 【請求項５】加工品表面の光熱的検査装置であって、加
    工品上の選択された被測定ポイントに励起ビームを照射
    する、電磁放射（１６）、特にレーザ、の励起ビーム生
    成器（１４）を有する測定ユニット（６）と、被測定ポ
    イントで生じた加熱を検知しそれを分析する検知手段
    と、少なくとも励起ビーム（１６）の部分ビーム（１６
    a 、１６c 、１６e ）を、加工品表面の選択された複数
    の被測定ポイント（P １−P ３、P ４−P ６、P ７−P
    ９）に照射する光学手段（２４、２６、２８；５０）と
    を備えた前記光熱的検査装置において前記検知手段は、
    照射されたそれぞれの被測定ポイント（P １−P ３、P
    ４−P ６、P ７−P ９）から放出された熱線を感知する
    ように構成された多重検知器（３０、３２、３４； ４
    ０）であり、 前記測定ユニット（６）は、前記加工品表面に対して相
    対的に移動可能であることを特徴とする光熱的検査装
    置。
  6. 【請求項６】前記光学手段（２４、２６、２８； ５
    ０）および多重検知器（３０、３２、３４； ４０）
    が、前記測定ユニット（６）内に一体化されていること
    を特徴とする請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】前記光学手段は、前記励起ビームのビーム
    光路上に一列に配置され、数本の平行なライン（ｌ１、
    ｌ２、ｌ３）のそれぞれに沿って配置された被測定ポイ
    ントの数に対応する数の、複数の部分反射鏡（２４、２
    ６、２８）を備え、前記鏡は、励起ビーム（１６）の部
    分ビーム（１６a 、１６c 、１６e ）を、対応する被測
    定ポイント（P １−P ９）に反射し、残りの部分ビーム
    （１６b 、１６d 、１６f ）を次の部分反射鏡に向かっ
    て透過させることを特徴とする請求項５または６に記載
    の装置。
  8. 【請求項８】反射ビーム部分と透過ビーム部分との間の
    関係は、すべての前記部分反射鏡において、それぞれの
    被測定ポイントに照射して反射されるビーム部分が同一
    の強度になるように設定されていることを特徴とする請
    求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】前記多重検知器は、複数の検知器（３０、
    ３２、３４）を備え、それぞれの検知器は部分反射鏡
    （２４、２６、２８）と組み合わせられていることを特
    徴とする請求項７または８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記多重検知器は、感熱式の線状もしく
    はマトリックス状検知アレイ（４０）であることを特徴
    とする請求項５〜９のいずれか１つに記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記測定ユニット（６）は、加工品表面
    （２）に対して移動でき、加工品表面が所定の方向に移
    動しつつ、前記測定ユニットは加工品表面に同調するこ
    とを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１つに記載の
    装置。
  12. 【請求項１２】前記加工品（２）と前記測定ユニット
    （６）とは、測定中に、共に連続的に同一速度で相互に
    平行に移動可能であることを特徴とする請求項６〜１１
    のいずれか１つに記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記測定ユニット（６）は、加工品表面
    に平行であり被測定ポイントのライン列（ｌ１、ｌ２、
    ｌ３）に垂直である方向（Ｃ）に向かって、加工品に対
    して段階的に移動できることを特徴とする請求項６〜１
    ２のいずれか１つに記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記被測定ポイント（Ｐ１−Ｐ３）は、
    加工品表面上に格子状に配列されていることを特徴とす
    る請求項５〜１２のいずれか１つに記載の装置。
  15. 【請求項１５】前記光学手段は、２本の枢軸に関して旋
    回、傾動されるようになっている鏡（５０）によって形
    成され、 前記測定ユニット（６）は、測定中は、前記加工品
    （２）に対して相対的に移動しないことを特徴とする請
    求項５〜１４のいずれか１つに記載の装置。
  16. 【請求項１６】前記鏡（５０）の旋回および傾動は制御
    可能であり、特に、自動的に制御可能であって、加工品
    の形状配置に適合するようにされていることを特徴とす
    る請求項１５記載の装置。
  17. 【請求項１７】前記分析は、標準的な画像検知手段と画
    像分析システムとによって実行されることを特徴とする
    請求項５〜１６のいずれか１つに記載の装置。
  18. 【請求項１８】請求項１〜４のいずれかに記載の方法に
    よって、加工品上のコーティング、特に、焼成も焼きな
    ましも施されていない加工品の微粉コーティングの被膜
    厚さを測定する方法。
  19. 【請求項１９】請求項５〜１７のいずれかに記載の装置
    を用いて、加工品上のコーティング、特に、焼成も焼き
    なましもしていない加工品の微粉コーティングの被膜厚
    さを測定する方法。
JP9151166A 1996-06-10 1997-06-09 加工品表面の光熱的検査方法および装置 Withdrawn JPH1082620A (ja)

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