JPS59196408A - 表面粗さ計測装置 - Google Patents
表面粗さ計測装置Info
- Publication number
- JPS59196408A JPS59196408A JP7185583A JP7185583A JPS59196408A JP S59196408 A JPS59196408 A JP S59196408A JP 7185583 A JP7185583 A JP 7185583A JP 7185583 A JP7185583 A JP 7185583A JP S59196408 A JPS59196408 A JP S59196408A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- measured
- reflected light
- beam splitter
- wavelength plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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、レーデによるコヒーレント光を被測定体（
相部物体）の表面に照射し、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計測する
装置に関する。
相部物体）の表面に照射し、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計測する
装置に関する。
（発明の背景）
この種の表面粗さ計測装置の測定原理は従来から良く知
られてＪ５す、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Ｊ５す、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ｔ４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くコントラスト）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、ガスレーリ７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
うなものとはなっていない。また、光電子増倍管でスペ
ックル・パターンの強度分布を測定するには、どうして
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。
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くコントラスト）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、ガスレーリ７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
うなものとはなっていない。また、光電子増倍管でスペ
ックル・パターンの強度分布を測定するには、どうして
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計測で−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計測で−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。
（発明の構成と効宋）
上記の目的を達成づるために、この発明の表面粗さＪ１
測装置は、半導体レーザと、この半導（ホレーザから生
り”るコヒーレント光を被測定体表面に照射する光学系
と、上記コヒーシン１〜光による被測定体表面からの反
射光を受（プて観察面にスペックル・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＠像素子と、この固体１１１像素子の画像出力をディ
ジタル信号に変換する△／］つ変換手段と、このＡ／Ｄ
変換手段の出力を受ｔプで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帰手段と、スペ
ックル・パターンのコントラスｈデータと表面粗さデー
タの対応関係が記憶されたチータテ−プルと、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１〜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、かつ、上記２系統の光学系は共通の
光路上に共通の偏光ビームスプリッタと１／４波長板を
イｊし、これにより被測定体表面への照射光とこれから
の反射光が分岐されることを特徴とする。
測装置は、半導体レーザと、この半導（ホレーザから生
り”るコヒーレント光を被測定体表面に照射する光学系
と、上記コヒーシン１〜光による被測定体表面からの反
射光を受（プて観察面にスペックル・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＠像素子と、この固体１１１像素子の画像出力をディ
ジタル信号に変換する△／］つ変換手段と、このＡ／Ｄ
変換手段の出力を受ｔプで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帰手段と、スペ
ックル・パターンのコントラスｈデータと表面粗さデー
タの対応関係が記憶されたチータテ−プルと、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１〜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、かつ、上記２系統の光学系は共通の
光路上に共通の偏光ビームスプリッタと１／４波長板を
イｊし、これにより被測定体表面への照射光とこれから
の反射光が分岐されることを特徴とする。
この構成によれば、半導体レーザおよび固体撮像素子が
ともに極めて小型で安価なことから、装釘全体を極めて
小型で扱い易いものとり−ることかでき、かつ安価に実
現できる。
ともに極めて小型で安価なことから、装釘全体を極めて
小型で扱い易いものとり−ることかでき、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撮像素子を用
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精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精度な測定が容易に実現できる。
特ニ（−の発明では、被測定体表面にコヒーレント光を
照射する光学系とこれからの反射光を受光する光学系を
、偏光ビームスプリッタと１／４波長板により両者の光
路を結合・分岐する構成としたので、この光学系部分も
極めてコンパクトな装置にまとめることができるととも
に、コントラストの高いスペックル・パターンを得るこ
とができる。
照射する光学系とこれからの反射光を受光する光学系を
、偏光ビームスプリッタと１／４波長板により両者の光
路を結合・分岐する構成としたので、この光学系部分も
極めてコンパクトな装置にまとめることができるととも
に、コントラストの高いスペックル・パターンを得るこ
とができる。
これらのことから、金属加工現場や塗装などの各種表面
処理の現場において、インプロセス開側あるいはオンラ
イン泪測を行うことが可能となる。
処理の現場において、インプロセス開側あるいはオンラ
イン泪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も」測駅附の全体的な
構成を示している。この装置では、コヒーレント光の光
源としてレーリ゛グイＡ−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２ビ定なレーザ発
振を行なりけるｌｃ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には湿度調節回路３によっ
て吸発熱が制御されるペルヂＪ素了が設（プられてａ３
す、温麿ケンザ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。また、レ
ーザタイオード１の発光強度を安定化させるために、自
動パワー制御（Ａ ＩＤ Ｃ＞回路５が段（］られてい
る。これらにより、レーリ“ダイオード１からは安定し
た波長１強度のレーザ光が発生覆る。
構成を示している。この装置では、コヒーレント光の光
源としてレーリ゛グイＡ−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２ビ定なレーザ発
振を行なりけるｌｃ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には湿度調節回路３によっ
て吸発熱が制御されるペルヂＪ素了が設（プられてａ３
す、温麿ケンザ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。また、レ
ーザタイオード１の発光強度を安定化させるために、自
動パワー制御（Ａ ＩＤ Ｃ＞回路５が段（］られてい
る。これらにより、レーリ“ダイオード１からは安定し
た波長１強度のレーザ光が発生覆る。
レーザターイオード１力日ろのコヒーレン１へな楕円ビ
ームは、まず凸レンズ６１．凸シリンダレンズ６２およ
び凹シリンタ゛レンス′６３からなる真円化光学系によ
り真円ビームに変換される。真円ビーム化されたコヒー
レント光はレンズ６４で集光され、偏光ビームスプリン
タ６５を直進し、更に１／４波長板６６を透過して被測
定ｆホ７の表面に集光・照射される。
ームは、まず凸レンズ６１．凸シリンダレンズ６２およ
び凹シリンタ゛レンス′６３からなる真円化光学系によ
り真円ビームに変換される。真円ビーム化されたコヒー
レント光はレンズ６４で集光され、偏光ビームスプリン
タ６５を直進し、更に１／４波長板６６を透過して被測
定ｆホ７の表面に集光・照射される。
被測定体７の表面から生じた散乱反射光のうち照射光の
光路側に進む反射光は、再び１／／′１波長板６６を透
過して、偏光ビームスプリッタ６５に大剣する。この反
射光（よ、照射時と合わせて２回１、／４波長板６６を
透過していることがら、偏光ビームスプリッタ６５で反
射され、これの側方に置かれた固体撮像索子１−１の撮
像面にスペックル・パターンを生じさける。
光路側に進む反射光は、再び１／／′１波長板６６を透
過して、偏光ビームスプリッタ６５に大剣する。この反
射光（よ、照射時と合わせて２回１、／４波長板６６を
透過していることがら、偏光ビームスプリッタ６５で反
射され、これの側方に置かれた固体撮像索子１−１の撮
像面にスペックル・パターンを生じさける。
固体撮像索子１１は、−次元のラインセンサあるいは二
次元のエリアセンサど称される、ＣＯＤや［３Ｂ Ｄな
どの自己走査型の固体撮像索子である。
次元のエリアセンサど称される、ＣＯＤや［３Ｂ Ｄな
どの自己走査型の固体撮像索子である。
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１１１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１１１号を出力する。
撮像索子１１で得られたアナＩ：Ｉグの画像信号は駆動
回路１２を介してＡ／Ｄ変換器１３に入力され、ディジ
タル信号に変換される。つＪ、す、撮像索子１１の各画
素の受光強度が例えば１バイ１−のディジタル信号とな
り、擾像素子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△７・
′Ｄ変換器１３がら出力される。
回路１２を介してＡ／Ｄ変換器１３に入力され、ディジ
タル信号に変換される。つＪ、す、撮像索子１１の各画
素の受光強度が例えば１バイ１−のディジタル信号とな
り、擾像素子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△７・
′Ｄ変換器１３がら出力される。
中央処理ユニット（Ｃ１〕ＬＪ）１４はマイクロプロセ
ツサなどからなり、ＲＯＭ１５のプログラムに規定され
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の表面粗さを紳出し、表示器１７に表示すると
もに、プロッタ１８で記録する。
ツサなどからなり、ＲＯＭ１５のプログラムに規定され
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の表面粗さを紳出し、表示器１７に表示すると
もに、プロッタ１８で記録する。
つまり、Ａ／Ｄ変換器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ト
（強度分イｌｉ ）が算出される。また、ＲＡＭ′１６
には、スペックル・パターンのコントラストデー、夕と
表面粗さデータの対応関係を示すｆ−タデ−プルが予め
作成されている。このデータデープルに基づいて、算出
されたコントラストデータから表面粗さデータが求まる
。これか表示器１７で表示され、プロッタ１８で記録さ
れる。
を含んだ画像データに基づいて、まずそのコントラスト
（強度分イｌｉ ）が算出される。また、ＲＡＭ′１６
には、スペックル・パターンのコントラストデー、夕と
表面粗さデータの対応関係を示すｆ−タデ−プルが予め
作成されている。このデータデープルに基づいて、算出
されたコントラストデータから表面粗さデータが求まる
。これか表示器１７で表示され、プロッタ１８で記録さ
れる。
第２図はＣＩ’：）Ｕｌ／ｌによる表面粗さの演算処理
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。
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。
ＣＰ Ｕ １ ／Ｉは、まず固体撮像索子１１の１走査
分の画像データをＡ／Ｄ変換器１３から取込むくステッ
プ１００）。次に、上記１走査分の画像データをＲＡＭ
１６にヒストグラムの形ぐ一時記憶する（ステップ１０
１）。次に、ＲＡ ＩＶ’ｌ １６に記憶した画像デー
タに基づいて、各画素の受光強度Ｉの平均値〈１〉を計
樟する（ステップ１０２）。１次に、上記強度■の二乗
平均値〈Ｉ２〉を計算覆る（ステップ１０３）。次に、
上記＜ｒ＞および〈Ｉ２〉に基づいて、強度Ｉの標準偏
差σをｈｌ綽する（ステップ１０４）。次に、上記＜１
＞と標準偏差σに基づいて、コントラストＣ−σ／＜
１＞ をｉｔｌする（ステラ７１０５）。
分の画像データをＡ／Ｄ変換器１３から取込むくステッ
プ１００）。次に、上記１走査分の画像データをＲＡＭ
１６にヒストグラムの形ぐ一時記憶する（ステップ１０
１）。次に、ＲＡ ＩＶ’ｌ １６に記憶した画像デー
タに基づいて、各画素の受光強度Ｉの平均値〈１〉を計
樟する（ステップ１０２）。１次に、上記強度■の二乗
平均値〈Ｉ２〉を計算覆る（ステップ１０３）。次に、
上記＜ｒ＞および〈Ｉ２〉に基づいて、強度Ｉの標準偏
差σをｈｌ綽する（ステップ１０４）。次に、上記＜１
＞と標準偏差σに基づいて、コントラストＣ−σ／＜
１＞ をｉｔｌする（ステラ７１０５）。
上記のようにして、九像索子１１の１走査分の画像デー
タについて」ン１ヘラストＣをＪ１紳する。
タについて」ン１ヘラストＣをＪ１紳する。
その後、ステップ１０６て・示しているように、固体撮
像索子１１の予め設定しｌζ複数回１］について上記と
同じ処理・３１算を行ない、その１）回の走査で１（７
られた＝１ン１ヘラストＣの平均値を求める。そして、
１１回分の平均コントラストＣが計障されたならばその
Ｃに基づいてＲＡＭ１６に設定されている上記データテ
ーブルを引さ、そのＣに対応する表面粗ざｆ−タＲを求
める（ステップ１０７ ）、。
像索子１１の予め設定しｌζ複数回１］について上記と
同じ処理・３１算を行ない、その１）回の走査で１（７
られた＝１ン１ヘラストＣの平均値を求める。そして、
１１回分の平均コントラストＣが計障されたならばその
Ｃに基づいてＲＡＭ１６に設定されている上記データテ
ーブルを引さ、そのＣに対応する表面粗ざｆ−タＲを求
める（ステップ１０７ ）、。
第３図はこの発明の他の実施例を示す。この実施例は、
被測定体７の表面に異なる波］（の２色の」ヒーレン１
〜光を重ねて照射するように構成している。つまり、発
光波長の異なる２種のレーリ゛ダイオード１ａ、Ｉｂを
用い、両者り目らの二１ヒーレン１へ光をそれぞれ真円
化光学系６１，６２．６３を通し、ミラー６７およびハ
ーフミラ−６８によって両ビームを重ね、集光レンズ６
４．偏光ビームスプリッタ６５．１／４波長板６６を介
して被測定体７の表面に集光・照射づる構成となってい
る。
被測定体７の表面に異なる波］（の２色の」ヒーレン１
〜光を重ねて照射するように構成している。つまり、発
光波長の異なる２種のレーリ゛ダイオード１ａ、Ｉｂを
用い、両者り目らの二１ヒーレン１へ光をそれぞれ真円
化光学系６１，６２．６３を通し、ミラー６７およびハ
ーフミラ−６８によって両ビームを重ね、集光レンズ６
４．偏光ビームスプリッタ６５．１／４波長板６６を介
して被測定体７の表面に集光・照射づる構成となってい
る。
このように、被測定体７の表面に異なる波長の２色のコ
ヒーシン１〜光を照射することで、１１ｉ−色のコヒー
シン１−光を照射する場合に比べて、表面粗さの測定範
囲を変えあるいは拡張することができる。例えば、単色
光方式では０〜０．１５μｍのＲＭ Ｓ相ざが測定でき
るのに対し、７８０ ｎｍおよび８０Ｑｎｍの２色光方
式で゛は１〜１０μ、ＩｌｌのＲＭＳ粗さが測定でさ−
る。
ヒーシン１〜光を照射することで、１１ｉ−色のコヒー
シン１−光を照射する場合に比べて、表面粗さの測定範
囲を変えあるいは拡張することができる。例えば、単色
光方式では０〜０．１５μｍのＲＭ Ｓ相ざが測定でき
るのに対し、７８０ ｎｍおよび８０Ｑｎｍの２色光方
式で゛は１〜１０μ、ＩｌｌのＲＭＳ粗さが測定でさ−
る。
第１図はこの発明の一実施例による表面粗さの計測装置
の全体構成を示す図、第２図は第１図に１１５けるＣ
Ｐ ｔＪ １４にＪ、って行なわれる表面粗さを求める
ための演算処理の手順を示すフローチャート、第３図は
この発明の他の実施例に係る２邑光方式の表面粗さ測定
装置の要部構成図で゛ある。 １・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
レーザダイオード２・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・温度制御１０ツク６１、Ｇ２．６３・
・・真円化光学系 ６４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・集光
レンズ６５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・偏光ビームスプリッタ６６・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・１／４波長板７・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・被測定体１１・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・β１定撤象系子１
／１・・・・・・・・・−・・・・・・・・・・・中央
処理ユニット１６・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・データラ−プルを含んだＡＭ 特許出願人
の全体構成を示す図、第２図は第１図に１１５けるＣ
Ｐ ｔＪ １４にＪ、って行なわれる表面粗さを求める
ための演算処理の手順を示すフローチャート、第３図は
この発明の他の実施例に係る２邑光方式の表面粗さ測定
装置の要部構成図で゛ある。 １・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
レーザダイオード２・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・温度制御１０ツク６１、Ｇ２．６３・
・・真円化光学系 ６４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・集光
レンズ６５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・偏光ビームスプリッタ６６・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・１／４波長板７・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・被測定体１１・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・β１定撤象系子１
／１・・・・・・・・・−・・・・・・・・・・・中央
処理ユニット１６・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・データラ−プルを含んだＡＭ 特許出願人
Claims (1)
- （１〉半導体レーザと、この半導体レーザカ日ら生ずる
コヒーシン１〜光を被測定体表面に照射する光学系と、
−Ｆ１記コヒーレント光による被測定体表面からの反射
光を受けて観察面にスペックル・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撮像
素子と、この固体撮像素子の画像出力をディジタル信号
に変換づ−るＡ／［〕変変換段と、この△／Ｄ変換手段
の出力を受けて上記観察面に〆ｔ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、このデータテーブ
ルの内容に基づき、上記演偉Ｊ段で求められたコントラ
ストデー０７３日ろ上記被測定体表面の粗さを求める手
段とを備え、かつ、上記２系統の光学系は共通の光路上
に共通の偏光ビームスプリッタと１７′４波長板を有し
、これにより被測定体表面への照射光とこれからの反ひ
１光が分岐されることを特徴とづ−る表面粗さａ１測装
訪。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7185583A JPS59196408A (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 |
|---|---|---|---|
| JP7185583A JPS59196408A (ja) | 1983-04-23 | 1983-04-23 | 表面粗さ計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59196408A true JPS59196408A (ja) | 1984-11-07 |
Family
ID=13472560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7185583A Pending JPS59196408A (ja) | 1983-04-23 | 1983-04-23 | 表面粗さ計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59196408A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0238907A (ja) * | 1988-07-29 | 1990-02-08 | Komatsu Ltd | トンネルクラック検出装置 |
| CN103393406A (zh) * | 2013-07-29 | 2013-11-20 | 深圳先进技术研究院 | 简易手持式光声成像探头 |
-
1983
- 1983-04-23 JP JP7185583A patent/JPS59196408A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0238907A (ja) * | 1988-07-29 | 1990-02-08 | Komatsu Ltd | トンネルクラック検出装置 |
| CN103393406A (zh) * | 2013-07-29 | 2013-11-20 | 深圳先进技术研究院 | 简易手持式光声成像探头 |
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