JPS5960344A - 表面をコヒ−レントレ−ザ光束で自動的に検査する方法および装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明ｉ１７上、表面をコヒー　レントレーリ゛光束で
゛自動的に検査する方法および装置に関する。

本発明は、特許請求の範囲第１項の１．意概念記載の方
法から出発する。この＋Ｉ１１の多数の方法および装置
４は光学的方法で作動し、そのためもっばら非コヒー　
レントの白色光で照射ぜる際に明視野中で別種の反射能
を有する欠陥位置が、後接さｉｔだ個々の受光装置を有
する先導体装置、リニアセンサ捷だはカメラのような適
当な検知装置により検出される。このような装置で測定
した場合、スクラッチおよび類似の不規則面に寸ぎず、
その結果費用のかかる信号処理が心安であり、その［↓
１合表面の殊に長周期形の自然反射変動が補１′ＩＸさ
れなけ」ｔばならない。

さらに、ノーぐに１クエブ拐事・１（例えば薄幅、紙、
織物）の表面検査に１／−リ’走査装置を使用すること
が公知であるが、この装置は表面検査が明視野中か；１
：だは暗視野中の制限された範囲内で許容さ」するにす
ぎない。

こＡｔに対し、本発明による表面を自動的に検査する方
法＋、；よびその装置け、・１弔な方法で、被加工材の
表面欠陥の位置、指向角度および価に関する正確な表示
が行なわれることができるという利点を有する。このこ
とは、明視野および暗視野を同時に測定し、その場合暗
視野測定が角度解析により実施されることにより可能に
なる。とくに、表面欠陥による散乱光は、表面走査が大
きい光密度および大きい位置解像力のコヒーレントレー
ザ光を使用し実施さＪｔだ場合、さらに表面損傷の角度
位置に直角に整列する顕著な指向構造を有する。殊に有
利なのをよ、照射面から得られた、表面におけるレ−」
ノ゛光束の種々の位置に対し移動により不変である回折
像の、レンズを通して得られたフーリエ変換像をとｉｔ
ら検知素子が検出する場合である。このことｄ２、公知
のように、被加工材表面十のレーザ光束の入射点と無関
係に同種の表面１ｉｌ傷（例えば同じ深さおよび角度配
向を有するスクラッチ）が、使用されたレンズの焦点面
の同じ位置に同じ回折像を生じることを表わす。

信号処理に当り、暗視野中へ故乱せる光束が解析さ」す
る場合、孔および溝のような表面凹孔が、評価に際し費
用のかかる泪算工活“なしに自動的に分離さＪする。場
合により、欠陥と見なすべきでない縁面取り部が、波加
工拐表面により散乱さ」ｔだ光束の対称性から検出さ」
しることができる。斑点、スクラッチ等が、暗視１１１
ｆ中に、明視野反射と対称である最乱ローゾを生じる。

縁面取り部において、散乱ローブは極めて著しく非対称
である。

暗視野信けりこ個別的に、明視野信号をも解析され、分
離さＪしるか捷たは暗視野測定と合ぜられることかでき
る。これにより、空洞外たけ亀裂のような特７；どの表
面欠陥が同じ〈検出さり、るか、捷たは一般に光学的に
コントラストをさらに引続き増大させることができる。

本発明による方法を使用し、表面を、無接触で大きい解
像力で検査することが可能になる。

この方法は、わずかな費用で工業的に実現可能でありか
つ殊に簡単な方法で自動化を許容し、この自動化が殊に
用産製品を検査する際に著しい費用節減をｔ＋Ｊ能にす
る。

従属請求項記載の方法および装置により、特許請求の範
囲第１項記載の方法および同第７項記載の装置の有利な
発展および改善がＩＩＪ能である。殊にイ１利かつ容易
に実現可能なのは、部分的に透過１ノ１．のミラーを使
用した場合の方法であり、このミラー−が、■方で発信
光束を静止せる被加工拐の表面へ導きかつ他方で被加工
材表面から反射さ」した光束が評価装置−＼通過するこ
とをｉｉＪ能にすることである。こＡしに上り、装置が
殊に筒中に形成されることができる。

さらに、極めて有利であると判明したのは、レーーーリ
゛光束が鮮鋭に集束さ末して検査ずべき被加工材表面へ
入射（〜、このことが入射１／−ヂ光束の光路中の収束
レンズにより達１３にされる場合である。この場合有利
に、はじめに光束面径約１ｍｍを有するレーザ光束を、
その光束直径が検査すべき表面に入射する際わずか約０
．１．　ｍｍであるように収束させる。

以下に、本発明による方法オ・；よび−’ｊ−；ｈを実
施する装置６の有利な発展形態を図面実／／ｉ＋ｉ　１
ｕｌｌにつき詳説する。

第１図において、１０は１ｌｅＮ＋３レ−リ゛・１、装
置を表ワシ、その光束１１が、第１のレンズ１２、反射
装置１：う、第２のレンズ系１４１６．！、び部分的に
透過性のミラー旧５を経て被加エイ１１７の検査すべき
表面］６に入射する。被加工４Ｊ表面Ｊ６で、レーザ光
束が反射および散乱さ」しろ。破線により略示した反射
光束１８が、部分的に透過性のミラ−１５を透過し、第
３のレンズｔ９に入射しかつその後に、この第３のレン
ズ１９がらその焦点距離ｒ：、たけ距離をおいた倹知素
子装［酋２１に入射する。セグメント形の受光面を実現
するだめ、検知素子２１前に必要に応じ断面変換器２０
が配置さ、Ｉすることかできる。このだめ、レン７′″
１９が焦点距離ｆ′３を有し、従って断面変換２汁の入
射面が同じく焦点面にある。

これらレンズ１２．１４および１９は、個々のレンズで
あるか斗たはレンズ系であることができる。反射シ冒ｉ
′ｊ　ｌ　３は、被加工材表面１６を線状にポｒｉ：す
る唯一のミラーより成るか、捷だは２つまたＱ、」、そ
Ｊし以上のミラーを有する装置よ抄成り、こり、ら複数
のミラーを使用した場合レーザ光束１１が、（Ｖ−らな
被加工材表面１６を面状に走査するため２つの異なる方
向に偏向される。反射装置Ｊ：３が２つのｉ１動ミラー
より成る場合、１ｆｌ１１合ぜレンズ１４が有利に球面
−および円筒面レンズ１４ａ、、ｂから形成さｈ、それ
により組合せレンズ１４は、レンズ開口の２つの相１′
ｉに直角な消去部で２つの異なる焦点距１ζ１１ｔ２お
よび「′２が得られる。この」場合、光束を円筒面レン
ズ１４しの＋ＩｇＩ＋に平行に偏向さぜるミラーが、長
い焦点距離ｆ２に相応する焦点に配置さ」１．る。光束
灸円筒レンズ１４ｂの軸に直角に偏向させるミラーが、
短かい焦点距離１′舅の距離に配置６゛される。ミラー
１５の反射／透過比は有利に５０　／　５０　％である
。図面にｔ、；いて、簡単化の理由から、利用されなか
った光束成分の吸収については図示されていない。

第１図の実施例において、検知素子装置２１を、１方で
断面図および他方で平面図で示す。

千１ｍ図は、表面散乱を価および方向によりＭｔ１１定
するだめ、中心に固定された検知素１′Ｉ〕。回りに円
形ｉ／（ｍ多数の他の検知素子ＩＪ、〜１）、ｌが配置
されていることを示す。第２図は他の１実施例を示す平
面図であり、その場合偶数−けたは奇数量の検知素子よ
り成る内円回りに外円が開扉されている。開田の検知素
子に［、それぞれ内側素子の間隙に配置されている。

第３図にＬ１環状セグメント形の受光面し、〜ＤＩＩを
有する１実施例を示す平面図である。実現に際し困難か
つ費用のかかるこの検知装置に対し選択的に、実際の検
知素子の前方に光ファイバより成る断泊を変換器２０が
配置されることができる。この断面変換器の入射面は、
第：３図の装置平面図に相応する。射出面は、第１図１
だは第２図ｋｃ相応するか、ま／ヒにｔ光検知素子の適
当な配列に相応することができる。前述の方法で、検査
すべき面がレーザ光束１１で線状捷だは面状に走査され
、その場合光束偏向を制御するだめ反射装置１３が使用
される。この場合有利に、電磁制御形の２つの偏向装置
が挙げられ、と」ｔら装置がレーザ光束１１の行方向偏
向および列方向偏向を惹起する。この場合１／−ザ光束
は、差当り行形に被加工１１７０表面１６を経て導かｈ
かつ行の末端で行間距離だけ移動し、その結果表面１６
の面状走査が得らｈる。

第１のし／ンズ１２が、１方で存在するレーザ光束１１
の発散を肖１止し、さらにこれが第２のしンズ系】４と
共働してレーザ光束を収束させ、その結果このレーザ光
束が、そのＵ［じめの光束直径の約１０分の１で被加工
ＩＡ’　＋　７の表面１（５に入射する。し／ンズ系１
４が、ｊ！射装ｊＩ″ｉ　ｌ　：３により偏向さ１ｔだ
光束の規準化を、ｔ′２、起し７、その結果この光束が
平行化さ第１．て部分的に１〕５過性のミラー　１５を
経て波加工Ｈ表面１Ｇへ入射する。

従って、レンズ系】２および１４に、Ｉ、す、レーヅ゛
光束１１が１方で規準化さλしかつ他方で部分的に透過
性のミラー　１５を経て被加工材表面１Ｇへ大きい焦点
深度で結像する。１２１而に示し７０表面１６の」烏合
、静止する被加工材の１′−らな表面が挙げも」しる。

湾曲面の場合、！１４１殊なＬζ置を必要とする。

円部形の表面の場合、面が線状にｆｉＪ線に７］）い走
査さり、るとともに、被加工材が円筒１１ｑＩ＋回りで
１Ｍ　ＩＤＩさ］しる。過小てない直径／孔ＩＣ、ｌｌ
；イ（有する貫通孔の場合、内筒面の類似の倹外が、測
定装置直前方の偏向ミラーの補助下に＋ｉＪ能−’ｅ　
ｔｂｒる。

被加工材表面１６から反射さ」した光束１８がレンズ１
０後方の焦点面に配置された検知素子装置２１で受光さ
れる。被加工材表面１６を走査するためコヒーレントレ
ーザ光束が使用さ）するので・、例えばスクラッチによ
る表面損傷により、直接的反射光のわずかな光強度低減
にイー１加的に、スクラッチの方向に直角な回折像が得
ら」Ｌる。レンズ１りの後方の距１’Ｊｃ　１．’　ニ
ー＜の焦点面に、この回折像のソーリエ変換像が現われ
、これはその状態が、被加］−４シ表面１６上で同じ角
度配向を有するスクラッチの種々の位置に対し変動する
ことがない。従って、レンズ】９の焦点に固定さ」しだ
検知素子［〕。を使用し被加工材表面１６の反身、１能
が記録され、かつ１つ捷だはそｈ以−にの円に；［／こ
は環状七グメントの形に固定耐直さＡした他の）６１知
素子Ｄ１−〜Ｄ１１を使用し表面散乱が価］・；、１．
びノＪ向により表面１６」二のそれぞれの走査点と、＜
ｌｊ（関係に記録されることができる。

表面ハタ乱が価１．９よび方向により氾［１定されるの
で、欠陥と見なすべきでない研削痕による表面組織が、
市：　ｒ□　旧字的方法により図示せざる信号評価回路
で除去されることができる。

本発明による測定法において、楯’？ｌ’ｉ　Ｔ’Ｓ械
加工に際し、斗たはその前に生じた研磨欠陥、スクラッ
プ等のような表面欠陥が、欠陥の７１！１ｔ／Ｌを表示
する回折像により、ないしはその）　リエ変換像により
検出さｊする。孔寸たは、例えば黒色に着色さ」した、
仕上げ加工せざるｉ′１ＩｌｌＩυ、［、光束を暗視野
中に反射しないか件だは極めてわずかに反射するにすぎ
ないので、表面のこの上うな遮光部が評価に際し自動的
に分離さｈる。縁面取り部ｄ：、スクラッチと別種の散
乱像を生じ、従って必要に応じ同じく評価に際し分離さ
れることができる。表面第６上の空洞および他の暗黒位
置が、検知素子■〕。を使用し反射率低減により検出さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の■実Ｍ１１例をその光路
とともに銘水する縦断面図、オ、マよび第２図および第
３図は、第１図中の部分的装置のそれぞれ他の１実施例
を示す平面図−〇ある。 １０・・・ｌ＋＋！＋−１トレーザ装置、１１・・・レ
ーザ光束、１２・・・第１のレンズ、１３・・・反射装
置、第４・・第２のし／イ系、第５・・部分透過形ミラ
ー、１６・・・被加１１４Ａ表向、１７・・・被加工材
、１８・・・反射光束、１１）・・・第；３の１／ンズ
、２０・・断面変換器、２Ｉ・検知素子≠１４．１〕。 、１〕１〜１〕＋１゛°検知素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、線状または面状に被加工材表面を経て導かれるコヒ
   ーレントレーザ光束を使用し、その場合この表面から反
   射された光束を表面状態の判定基漁として評価し表面を
   検査するに当り、反射された光束（１８）を、■方で明
   視野中の感光性検知素子（１〕。）へ入射させ、かつ他
   方で同じ平面中に第１の検知素子（Ｌｌｏ）回りに配置
   された多数の感光性検知素子（Ｄよ〜Ｄｎ）へ入射させ
   、これら検知素子（Ｄ、〜Ｄｎ）が、暗視野中に被加工
   材表面（＋、　（ｉ　）から散乱反射せる光の総角度分
   布を計１１１１１技術的に検出することを特徴とする表
   面を＝！ヒーレントレーザ光束で自動的に検査する方法
   。 ２、外側の感光性検知素子（Ｄ、〜Ｉ）、、　）により
   、反射光束（１８）の暗視野中の変動が価お上び方向に
   より検出されることを特徴とする特許請求の１１１Σ囲
   第１項記載の表面をコヒーレントレ　リ゛光束で自動的
   に検査する方法。 ３、　レーーーリ゛尤束（１１）および反射光束（１８
   ）が、部分的に透過性のミラー（１５）を経て被加工材
   表面（１６）ないしは検知素子（Ｉ〕。、１〕１〜Ｉ〕
   １□）へ導□かれることを特徴とする特許請求の範囲第
   １まだは第２項のいずれかに記載の表面をコヒーレント
   レーザ光束で自動的に検査する方法。 ４、静止ぼる被加工材（１７）の表面（１６）から反射
   さ」した光束（１８）が、レンズ（１９）を経て、その
   後方に配置された感光性の検知素子（１）。、（〕１〜
   Ｄｎ）へ投射されることを特徴とする、！＋’ｒ許請求
   の範囲第１〜第３項のいず、ｌＬかしこ記載の表面をコ
   ヒーレントレーザ光束で自動的に検査する方法。 ５、　レージ４光束（１１）が、レンズ系（１２゜１４
   ）を経て、焦点調節および規準化され、かつ鮮鋭に収束
   されて被加工材表面（１６）へ入射することを特徴とす
   る、ｑ’：ｌ　＋’ｔ’ｆ　、ｌｌ’Ｉ求の範囲第１〜
   第４項のいずれかに記載の表面をコヒー１／ントレ−ヂ
   光束で自動的に検査する方法。 ６　レーザ光束（ｊｌ）が、最低１つの用動偏向ミラー
   （１；（）を経て静止４そる被加エイ′、Ａ（１７）の
   表面（１６）−＼導か」しることを特徴とする、！１５
   許請求の範囲第１〜第５項のいずれかに記・成の表面を
   コヒーレントレーザ光束で自動的に検査する方法。 ７　線状または面状に被加工材表面を経て導かれるコヒ
   ーレントレーザ光束を使用し、その場合この表面から反
   射された光束を表面状態の判定基準として評価し表面を
   検査するに当り、反射された光束（１８）を、１方で明
   視野中の感光性検知素子（１〕。）へ入射させ、かつ他
   方で同じ平面中に第１の検知素子（［）。）回りに配置
   ６１された多数の感光性検知素子（Ｄ□〜ｌ）　　）へ
   入射させ、これら検知素子（Ｄ□〜Ｄｎ■〕 ）が、暗視野中に被加工材表面（ｔ　ＣＪ　）から散乱
   反射ぜる尤の総角度分布を泪測技術的に検出する方法を
   実施する′ＩＡ置において、検査すべき被加エイ」表面
   （１６）から反射された光束（１８）のだめの検知素子
   装置（２１）が、明視野を測定するだめの中心検知素子
   （Ｄ。）および、中心検知素子（し。）回りに円環状に
   配置さＪｌ、だ、暗視野を測定するだめの多数の検知素
   子（＋）１）〜（し、１）を有することを特徴とする表
   面をコヒーレン！・レーザ光束で自動的に検査する装置
   。 ８　倹知素イ装置（２１）か、中心検知素子（１、ｌｏ
   ）、ｌｌ′、；よび、中心検知素子のつ。）回りの２つ
   才だにそれ以」二の円環中に配置さｈた検知素子（１バ
   ー）〜（Ｄ、　）より成ることを特徴とする特許請求の
   範囲第７項記載の表面をコヒーレントレーザ光束で自動
   的に検査する装置ｉ＆：　０ ９　検知素子（Ｄｌ）〜（Ｄ１１’）が、環状セグメン
   トの形で中心検知素子（ＩＪ。）回りに配置されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７捷たは第８項のい
   ずれかに７１１１載の表面をコヒーレントレーザ光束で
   自ｆＪＵ、ｒ的に検査する装置。 １０　　検知素子（Ｌ〕。、Ｌｌ、〜ｃＩ＋１）が、感
   光性の平面、とくにフ第１・ダイオードゝから形成さ」
   ｔていることを特徴とする特許 〕ｎ記載の表向をコヒーレンＩ・１／リ゛尤束で自動的
   に検査する装置。 １１、　　検知素子装置（　２　１　）の前方に、検知
   １ｎｉｌ．、＋。 、１つ１〜Ｄ　に相応に中心素子回りＶこ１１個の環状
   セグメント形素子が配ｉ浜された形の入射面を有する、
   光導体材料より成る断面変換器（２０）が配置されてい
   ることを！１！１徴とする、特許請求の範囲第７〜第１
   ０項のいずれかに記載の表面をコヒーレン１・レーザ光
   束で自動的に検査する装置。 ｌ２　　断面変換器（　２　（＋　）の１１個の環状セ
   グメン）・の円形まだｄ：矩形の射出面が、１つ寸だは
   そ」′シ以上の円環に配置されていることを！１！［徴
   とする、特許請求の範囲第１１項１；｛ｉ載の表面をコ
   ヒーレン１・レーザ光束で自動的に検査する装置。 １３、該装置が、′，ｂ磁制御形の２つの偏向ミラー（
   １３）よシ成り、これらミラーにょりレーザ光束（１１
   ）が、静止せる平らな被加工材（１７）の表面（１Ｇ）
   を経て１行宛導かれることを７Ｒｌ，徴とする、生１１
   ′約゛ハ１ー求の而）間第７〜第１２項のいずれかに記
   載の表面をコヒーレン１・し　−リ゛光東で自動的に検
   査する装置。 １４人射光束（ｌｌ）の光路中に反射装置（】３）およ
   び、球面一および円筒ｍｉレンズ（１４ａ，ｂ）より成
   るレンズ系（１４）が配置され、ぞの」１７１合それぞ
   れ１つの偏向ミラー（１３）がこのレンズ系の２つの焦
   点に配ｊ％′さ」・シていることるで特徴とする、特許
   請求の範囲第７〜第１３項のいずれかに記載の表面をコ
   ヒーレン１・レー　リ’光束で自動的に検査する装ｉｉ
   ’ｊ。 １５、彼方「１二材表面（１６）および検知素子装置（
   ２１）間の光路（１８）中に部分的に透過性のミラ　（
   １５）およびレンズ（１９）が配置と１１さ牙ｔ１　こ
   のレンズが、その焦点距離（ｆ３）の価たけ検知素子装
   置（２１）と距離がおか」しるかないしはその焦点距離
   （＋’、、　）の価だけ断面変換器（２０）の入射面と
   距離がおかれていることを！［！１徴とする、）ｌ！＋
   ”　、ｉ／、請求の１１１）間第７〜第１１１項のいず
   れかに記載の表面をコヒーレントレーザ光束で自動的に
   検査する装置。