JPS59196407A - 表面粗さ計測装置 - Google Patents
表面粗さ計測装置Info
- Publication number
- JPS59196407A JPS59196407A JP7185483A JP7185483A JPS59196407A JP S59196407 A JPS59196407 A JP S59196407A JP 7185483 A JP7185483 A JP 7185483A JP 7185483 A JP7185483 A JP 7185483A JP S59196407 A JPS59196407 A JP S59196407A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- data
- measured
- surface roughness
- light
- speckle pattern
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
- G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の分野）
この発明は、レーザによる］ヒーレン１〜光を被測定体
く粗面物体）の表面に照射［２、その拡散反射光により
生ずるスペックル・パターンによって表面の粗さを３１
測する装置に関する。
く粗面物体）の表面に照射［２、その拡散反射光により
生ずるスペックル・パターンによって表面の粗さを３１
測する装置に関する。
（発明の背景）
この種の表面粗ざ計測装置の測定原理は従来から良く知
られており、例えば特開昭５１−１２４４５４号公報に
詳細に記述されている。
られており、例えば特開昭５１−１２４４５４号公報に
詳細に記述されている。
しかし、具体化された従来のこの種の表面粗さ計測装置
は、コヒーレント光の光源としてガスレーザを用い、ス
ペックル・パターンの強度分布（コントラスト）を測定
するための光電検出器として光電子増倍管を用いている
。この装置では、ガスレーザを用いていることから非常
に大型となり、各種の表面加工現場で使用できるような
ものと（よなっていない。また、光電子増（８管でスペ
ックル・パターンの強度分布を測定するには、どうし−
Ｃも機械的な走査機構が必要であり、この点で装置が大
型化すること、機械的走査では高速の計測が行なえない
などの問題があった。
は、コヒーレント光の光源としてガスレーザを用い、ス
ペックル・パターンの強度分布（コントラスト）を測定
するための光電検出器として光電子増倍管を用いている
。この装置では、ガスレーザを用いていることから非常
に大型となり、各種の表面加工現場で使用できるような
ものと（よなっていない。また、光電子増（８管でスペ
ックル・パターンの強度分布を測定するには、どうし−
Ｃも機械的な走査機構が必要であり、この点で装置が大
型化すること、機械的走査では高速の計測が行なえない
などの問題があった。
（発明の目的）
この発明の目的は、例えばホーニング加工の現場におい
て、加工途中の物体表面の粗さを、いわゆるインプロセ
スあるいはオンライン的にＷｌ測することのできる、小
型で機械的走査機構を持たず高速処理が可能で、しかも
高感度、高精度で゛低価格な表面粗さ計測装置を提供す
ることにある。
て、加工途中の物体表面の粗さを、いわゆるインプロセ
スあるいはオンライン的にＷｌ測することのできる、小
型で機械的走査機構を持たず高速処理が可能で、しかも
高感度、高精度で゛低価格な表面粗さ計測装置を提供す
ることにある。
（発明の構成と効果）
上記の目的を達成するために、この発明の表面粗さ計測
装置は、半導体レーザと、この半導体レーザから生ずる
コヒーレント光を被測定体表面に照射づる光学系と、上
記コヒーシンｌ−光による被測定体表面からの拡散反射
光を受（プて？ｉＩＩ！察面にスペックル・パターンを
生じさせる光学系と、上記観察面に配置された自己走査
型固体１最像素子と、この固体撮像素子の画像出力をデ
ィジタル信号に変換するＡ ／ Ｄ変換手段と、この△
、／Ｄ変換手段の出力を受けて上記観察面に生じたスペ
ックル・パターンのコントラストを求める演算手段と、
スペックル・パターンのコン１〜ラストデータと表面粗
さデータの対応関係が記憶されたデータテーブルと、こ
のデータテーブルの内容に基づき、上記演算手段で求め
られたコントラストデータから上記被測定体表面の粗さ
を求める手段とを備えたことを特徴とする。
装置は、半導体レーザと、この半導体レーザから生ずる
コヒーレント光を被測定体表面に照射づる光学系と、上
記コヒーシンｌ−光による被測定体表面からの拡散反射
光を受（プて？ｉＩＩ！察面にスペックル・パターンを
生じさせる光学系と、上記観察面に配置された自己走査
型固体１最像素子と、この固体撮像素子の画像出力をデ
ィジタル信号に変換するＡ ／ Ｄ変換手段と、この△
、／Ｄ変換手段の出力を受けて上記観察面に生じたスペ
ックル・パターンのコントラストを求める演算手段と、
スペックル・パターンのコン１〜ラストデータと表面粗
さデータの対応関係が記憶されたデータテーブルと、こ
のデータテーブルの内容に基づき、上記演算手段で求め
られたコントラストデータから上記被測定体表面の粗さ
を求める手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、半導体レージ゛および固体搬像素子
がとちに極めて小型で安価なこと力日ろ、装置全体を極
めて小型で扱い易いものとすることができ、かつ安価に
実現できる。
がとちに極めて小型で安価なこと力日ろ、装置全体を極
めて小型で扱い易いものとすることができ、かつ安価に
実現できる。
また、例えばＣＯＤなどの自己走査型固体搬像素子を用
いていることから、機械的な走査機構は全く不必要で、
しかも極めて高速で高ｔｉ′ｉ度な測定が容易に実現で
きる。
いていることから、機械的な走査機構は全く不必要で、
しかも極めて高速で高ｔｉ′ｉ度な測定が容易に実現で
きる。
これらのことから、金属加工現場や塗装などの各秤表面
処理の現場において、インプロセス計測あるいはオンラ
イン計測を行うことが可能となる。
処理の現場において、インプロセス計測あるいはオンラ
イン計測を行うことが可能となる。
（実施例の説明）
第１図はこの発明による表面粗さｉｔ測装置の全体的な
構成を示している。この装置では、コヒーシン１−光の
光源としてレーデダイオード１が用いられる。レーザダ
イオード１は、温度条件を一定にして安定なレーザ発振
を行なわせるための温度制御ブロック２に実装されてい
る。温度制御ブロック２には温度８１４節回路３によっ
て吸発熱が制御されるペルヂ］−素子が設けられてン１
３す、温度センサ４で検出されるレーザダイオード１の
周囲温度を一定に保つように制御が加えられる。ま７ｊ
ル−ザダイオード１の発光強度を安−富化させるために
、自動パワー制御（ＡＰＣ）回路５が設けられでいる。
構成を示している。この装置では、コヒーシン１−光の
光源としてレーデダイオード１が用いられる。レーザダ
イオード１は、温度条件を一定にして安定なレーザ発振
を行なわせるための温度制御ブロック２に実装されてい
る。温度制御ブロック２には温度８１４節回路３によっ
て吸発熱が制御されるペルヂ］−素子が設けられてン１
３す、温度センサ４で検出されるレーザダイオード１の
周囲温度を一定に保つように制御が加えられる。ま７ｊ
ル−ザダイオード１の発光強度を安−富化させるために
、自動パワー制御（ＡＰＣ）回路５が設けられでいる。
これらにより、シー＋１ダイオード１からは安定した波
長９強度のレーザ光が発生Ｊる。
長９強度のレーザ光が発生Ｊる。
レーザダイオード１からのコヒーシン１〜光は、コリメ
ートレンズ６を介して、被測定体７の表面に照射される
。被測定体７の表面から生じた拡散反射光は、レンズ８
，９と絞り１０からなる結像光学系によって受光され、
固体ｍ （’ＪＡ Ｆ４子１１の１１ｄ（像面にスペッ
クル・パターンを含んだ被測定休７の表面像が結像され
る。
ートレンズ６を介して、被測定体７の表面に照射される
。被測定体７の表面から生じた拡散反射光は、レンズ８
，９と絞り１０からなる結像光学系によって受光され、
固体ｍ （’ＪＡ Ｆ４子１１の１１ｄ（像面にスペッ
クル・パターンを含んだ被測定休７の表面像が結像され
る。
固体撮像素子１１は、−次元のラインセンＩすあるいは
二次元のエリアセンサと称される、ＣＯＤやＢＢＤなど
の自己走査型の固体撮像素子である。
二次元のエリアセンサと称される、ＣＯＤやＢＢＤなど
の自己走査型の固体撮像素子である。
この撮像索子１１は駆動回路１２によって制御・駆動さ
れ、その撮像面に結像されたスペックル・パターンの強
度分布に対応した画像信号を出力する。
れ、その撮像面に結像されたスペックル・パターンの強
度分布に対応した画像信号を出力する。
撮像索子１１で得られたアナログの画像１５号は駆動回
路１２を介してＡ／Ｄ変換器１３に人力され、ディジタ
ル信号に変換される。つまり、搬像素子１１の各画素の
受光強度が例えば′１バイトのディジタル信号となり、
ｌＩｌ像素子１１の１走査毎に、その画素数に対応した
例えば２５６バイトの一連のディジタル信号列がＡ／Ｄ
変換器１３から出力される。
路１２を介してＡ／Ｄ変換器１３に人力され、ディジタ
ル信号に変換される。つまり、搬像素子１１の各画素の
受光強度が例えば′１バイトのディジタル信号となり、
ｌＩｌ像素子１１の１走査毎に、その画素数に対応した
例えば２５６バイトの一連のディジタル信号列がＡ／Ｄ
変換器１３から出力される。
中央処理コーニット（ＣＰＵ）１４はマイクロプロセッ
サなどからなり、ＲＯＭ１５のプログラムに：ｉａ定さ
れた制御アルゴリズムおよび演算処理アルゴリズムに従
って動作し、Ａ／Ｄ変換器１３からのデータに基づいて
被測定体７の表面粗さを算出し、表示器１７に表示する
どしに、プロッタ１８で記録する。
サなどからなり、ＲＯＭ１５のプログラムに：ｉａ定さ
れた制御アルゴリズムおよび演算処理アルゴリズムに従
って動作し、Ａ／Ｄ変換器１３からのデータに基づいて
被測定体７の表面粗さを算出し、表示器１７に表示する
どしに、プロッタ１８で記録する。
つまり、Ａ 、／ Ｄ変操器１３からのスペックル・パ
ターンを含んだ画像データに基づいて、まずそのコント
ラス１〜（強度分イｌｉ ）が算出される。また、ＲＡ
ｔｖｌ １６には、スペックル・パターンのコントラ
ス１〜データと表面粗さデータの対応関係を承りデータ
テーブルが予め作成されている。このＹ −タデ−プル
に基づいて、算出され７ｊコントラス１ヘデータから表
面粗さデータが求まる。これが表示器１７で表示され、
プロッタ１Ｂで記録される。
ターンを含んだ画像データに基づいて、まずそのコント
ラス１〜（強度分イｌｉ ）が算出される。また、ＲＡ
ｔｖｌ １６には、スペックル・パターンのコントラ
ス１〜データと表面粗さデータの対応関係を承りデータ
テーブルが予め作成されている。このＹ −タデ−プル
に基づいて、算出され７ｊコントラス１ヘデータから表
面粗さデータが求まる。これが表示器１７で表示され、
プロッタ１Ｂで記録される。
第２図はＣＰＵ１４による表面粗さの演幹処理の内容を
詳細に示している。以下、この図に従って表面粗さの演
算過程を順番に説明する。
詳細に示している。以下、この図に従って表面粗さの演
算過程を順番に説明する。
ＣＰＵ１４は、ます“固体撮像索子１１の１走査分の画
像データをＡ／Ｄ変摸器１３ｈ）ら取込む（ステップ１
００）。次に、上記１走査分の画像データをＲＡＭ１６
にヒストグラムの形で一時記憶する（ステップ１０１）
。次に、ＲＡＭ１６に記憶した両像データに基づいて、
各画素の受光強Ｉｆｆ Ｉの平均値＜ｒ＞を計算する（
ステップ１０２）。次に、上記強度Ｉの二乗平均値〈Ｉ
２〉を引締する（ステップ１０３）、、次に、上記＜ｌ
＞および〈１２〉に基づいて、強度Ｉの標準偏差σを目
算する（ステップ１０４）。次に、上記＜ｒ＞と４票準
偏差σに基づいて、＝１ントラスｌ＝ Ｃ−σ／＜ｒ＞
を計算する（ステップ１０５）。
像データをＡ／Ｄ変摸器１３ｈ）ら取込む（ステップ１
００）。次に、上記１走査分の画像データをＲＡＭ１６
にヒストグラムの形で一時記憶する（ステップ１０１）
。次に、ＲＡＭ１６に記憶した両像データに基づいて、
各画素の受光強Ｉｆｆ Ｉの平均値＜ｒ＞を計算する（
ステップ１０２）。次に、上記強度Ｉの二乗平均値〈Ｉ
２〉を引締する（ステップ１０３）、、次に、上記＜ｌ
＞および〈１２〉に基づいて、強度Ｉの標準偏差σを目
算する（ステップ１０４）。次に、上記＜ｒ＞と４票準
偏差σに基づいて、＝１ントラスｌ＝ Ｃ−σ／＜ｒ＞
を計算する（ステップ１０５）。
上記のようにｌノで、１ＩｉＪ像素子１１の１走査分の
画像データについてコントラスｌ−Ｃをδ１幹する。
画像データについてコントラスｌ−Ｃをδ１幹する。
その後、ステップ１０６で示しているように、固体撮像
索子１１の予め設定し／ζ複数回１１について上記と同
じ処理・計算を行ない、そのｎ回の走査で得られたコン
１ヘラストＣの平均値を求める。そして、ｎ回分の平均
コン１〜ラスｈ Ｃが計算されたならばそのＣに基づい
てＲＡＭ１６に設定されている上記データテーブルを引
き、そのＣに対応づる表面粗さデータＩＲを求める（ス
テップ１０７）。
索子１１の予め設定し／ζ複数回１１について上記と同
じ処理・計算を行ない、そのｎ回の走査で得られたコン
１ヘラストＣの平均値を求める。そして、ｎ回分の平均
コン１〜ラスｈ Ｃが計算されたならばそのＣに基づい
てＲＡＭ１６に設定されている上記データテーブルを引
き、そのＣに対応づる表面粗さデータＩＲを求める（ス
テップ１０７）。
第３図（Ａ）（８）（Ｃ）は、被測定体７の表？
面にコヒーレント光を照射する光学系の他の実施態様を
示している。
示している。
第３図（Ａ）では、レーザダイオード１から発生しコリ
メートレンズ６を経た楕円ビームを、プリズムやシリン
ドリカルレンズを用いた真円光学系６１によって真円ビ
ームに変換し、被測定体７の表面に照射するようにしで
いる。このように照射ビームを真円化することにより、
パワークツ率が良く、ビームの強度分布がガウス分布と
なり、面粗さの計測精度が向上する。
メートレンズ６を経た楕円ビームを、プリズムやシリン
ドリカルレンズを用いた真円光学系６１によって真円ビ
ームに変換し、被測定体７の表面に照射するようにしで
いる。このように照射ビームを真円化することにより、
パワークツ率が良く、ビームの強度分布がガウス分布と
なり、面粗さの計測精度が向上する。
第３図（Ｂ）では、レーザダイオード１からの光をビー
ムスプリッタ６２を通し、一定方向の偏光ビームを被測
定体７の表面に照射するようにしている。このように偏
光ビームを被測定体７の表面に照射することにより、ス
ペックル・パターンのコントラストが高くなり、測定精
度が向上する。
ムスプリッタ６２を通し、一定方向の偏光ビームを被測
定体７の表面に照射するようにしている。このように偏
光ビームを被測定体７の表面に照射することにより、ス
ペックル・パターンのコントラストが高くなり、測定精
度が向上する。
第３図（Ｃ）では、上述の真円光学系６１と偏光ビーム
スプリッタ６２を両方と６川いたしので・、上述の効果
がともに得られる。
スプリッタ６２を両方と６川いたしので・、上述の効果
がともに得られる。
第４図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）ｔま、被測定体７の表面にＦ
Ａなる波長の２色のコヒージン１〜光を重ねて１１、α
川するにうにした実施例にお【プる照射光学系を示して
いる。同図（Ａ）がその基本構成を示している。この例
では、発光波長の異なる２種のレーザダイオードｉａ、
１ｂを用い、両者からのコヒーレン１へ光をそれぞれコ
リター１−レンズ６ａ、６ｂを通し、ミラー６３および
ハーフミラ−６４に」；って両ビームを重ね、被測定体
７の表面に照射している。なお、この場合の結像系ｄ）
よび固体撮像索子側の構成は第１図と同様で良い。
Ａなる波長の２色のコヒージン１〜光を重ねて１１、α
川するにうにした実施例にお【プる照射光学系を示して
いる。同図（Ａ）がその基本構成を示している。この例
では、発光波長の異なる２種のレーザダイオードｉａ、
１ｂを用い、両者からのコヒーレン１へ光をそれぞれコ
リター１−レンズ６ａ、６ｂを通し、ミラー６３および
ハーフミラ−６４に」；って両ビームを重ね、被測定体
７の表面に照射している。なお、この場合の結像系ｄ）
よび固体撮像索子側の構成は第１図と同様で良い。
このように、被測定体７の表面に異なる波長の２色のコ
ヒーレント光を照射することで、単一色のコヒーレン１
へ光を照射する場合に比べて、表面粗さの測定範囲を拡
張することができる。
ヒーレント光を照射することで、単一色のコヒーレン１
へ光を照射する場合に比べて、表面粗さの測定範囲を拡
張することができる。
第４図（Ｂ）は同図（Ａ）に加えて、照射ビームを真円
化するための真円光学系６’ｌａ 、６１ｂを設りたも
のである。また、同図（Ｃ）は（Ｂ）の構成に加えて照
射ビームを偏光するだめの偏光ビームスプリンタ６２を
設【プたものである。これらのものの効果については先
に述べた通りである。
化するための真円光学系６’ｌａ 、６１ｂを設りたも
のである。また、同図（Ｃ）は（Ｂ）の構成に加えて照
射ビームを偏光するだめの偏光ビームスプリンタ６２を
設【プたものである。これらのものの効果については先
に述べた通りである。
第１図はこの発明の一実施例による表面粗さ計副装置の
全イ４−構成を示す図、第２図は第１図におけるＣＰＵ
１４によって行なわれる表面粗さを求めるだめの演算処
理の手順を示すフローチト一ト、第３図および第４図は
被測定体表面にコヒーシン１−光を照射する光学系の伯
の実施態様を示す図である。 １・・・・・・・・・・・・レーザダイオード２・・・
・・・・・・・・・温度制御ブロック６・・・・・・・
・・・・・コリメートレンズ７・・・・・・・・・・・
・被測定体 ８．９・・・・・・結像レンズ １０・・・・・・・・・・・・絞り １１・・・・・・・・・・・・固体撮像素子１４・・・
・・・・・・・・・中央処理ユニット１６・・・・・・
・・・・・・テ゛−タデ−プルを含んたＲＡＭ６１・・
・・・・・・・・・・真円光学系６２・・・・・・・・
・・・・偏光ビームスプリッタ特許出願人 立石電機株式会社 第１図 ３２− 第２図
全イ４−構成を示す図、第２図は第１図におけるＣＰＵ
１４によって行なわれる表面粗さを求めるだめの演算処
理の手順を示すフローチト一ト、第３図および第４図は
被測定体表面にコヒーシン１−光を照射する光学系の伯
の実施態様を示す図である。 １・・・・・・・・・・・・レーザダイオード２・・・
・・・・・・・・・温度制御ブロック６・・・・・・・
・・・・・コリメートレンズ７・・・・・・・・・・・
・被測定体 ８．９・・・・・・結像レンズ １０・・・・・・・・・・・・絞り １１・・・・・・・・・・・・固体撮像素子１４・・・
・・・・・・・・・中央処理ユニット１６・・・・・・
・・・・・・テ゛−タデ−プルを含んたＲＡＭ６１・・
・・・・・・・・・・真円光学系６２・・・・・・・・
・・・・偏光ビームスプリッタ特許出願人 立石電機株式会社 第１図 ３２− 第２図
Claims (1)
- （１）半導体レーザと、この半導体１ノーザから生ずる
コヒーシン１〜光を被測定体表面に照射する光学系と、
上記コヒーシンｌ−光による被測定体表面からの拡散反
則光を受けてＩ東面にスペックル・パターンを生じさせ
る光学系と、上記観察面に配置された自己走査型固体撤
像素子と、この固１ホ撮像素子の画像出力をディジタル
信号に変ｅ−するＡ、／Ｑ変換手段と、このＡ／Ｄ変換
手段の出力を受【ノてト記観東面に生じたスペックル・
パターンのコン１−ラストを求める演算手段ど、スペッ
クル・パターンの：１ントラストデータど表面粗さデー
タの対応関係が記憶されたデータテーブルと、このデ〜
クデーブルの内容に基づき、上記演算手段で求められた
コントラストデータｈ日ら上記被測定体表面の粗さを求
める手段とをＮ６えてなる表面粗さ目測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7185483A JPS59196407A (ja) | 1983-04-23 | 1983-04-23 | 表面粗さ計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7185483A JPS59196407A (ja) | 1983-04-23 | 1983-04-23 | 表面粗さ計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59196407A true JPS59196407A (ja) | 1984-11-07 |
Family
ID=13472532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7185483A Pending JPS59196407A (ja) | 1983-04-23 | 1983-04-23 | 表面粗さ計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59196407A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62250305A (ja) * | 1986-04-23 | 1987-10-31 | Sunstar Giken Kk | 塗布膜検査装置 |
| JPS62282207A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-08 | Sunstar Giken Kk | 塗布膜検査装置 |
| JPS62282208A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-08 | Sunstar Giken Kk | 塗布膜検査装置 |
-
1983
- 1983-04-23 JP JP7185483A patent/JPS59196407A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62250305A (ja) * | 1986-04-23 | 1987-10-31 | Sunstar Giken Kk | 塗布膜検査装置 |
| JPS62282207A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-08 | Sunstar Giken Kk | 塗布膜検査装置 |
| JPS62282208A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-08 | Sunstar Giken Kk | 塗布膜検査装置 |
| JPH0575244B2 (ja) * | 1986-05-30 | 1993-10-20 | Sunstar Engineering Inc |
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