JPS60201204A - Measuring instrument for surface property - Google Patents

Measuring instrument for surface property

Info

Publication number
JPS60201204A
JPS60201204A JP59058638A JP5863884A JPS60201204A JP S60201204 A JPS60201204 A JP S60201204A JP 59058638 A JP59058638 A JP 59058638A JP 5863884 A JP5863884 A JP 5863884A JP S60201204 A JPS60201204 A JP S60201204A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
incident
light
information
intensity
measured
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.)
Granted
Application number
JP59058638A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0434682B2 (en
Inventor
Yuichiro Asano
浅野 有一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP59058638A priority Critical patent/JPS60201204A/en
Publication of JPS60201204A publication Critical patent/JPS60201204A/en
Publication of JPH0434682B2 publication Critical patent/JPH0434682B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303Measuring 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)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve precision by processing regular reflection intensity, the quantity of total reflection, and incident light intensity when pieces of luminous flux with the same wavelength are projected on a surface to be measured at angles of incidence satisfying specific expressions, and obtaining surface roughness information. CONSTITUTION:Pieces of luminous flux having the same wavelength are projected on the surface to be measured at angles theta1 and theta2 of incidence from light projecting means 2A and 2B respectively. In this case, theta1 and theta2 are so set that expressions hold, where lambda is the wavelength of the luminous flux and sigma is the dispersion of the height distribution of the profile of the surface to be measured. The pieces of incident luminous flux are guided out partially to detect light intensity proportional to the incident light intensity by the 2nd photodetecting means 6A and 6B. Regular reflection intensity and the quantity of total reflection corresponding to each piece of incident luminous flux is obtained by the 1st photodetecting means 8A and 8B. Then, a divider 12 divides the regular reflection intensity signal by the corresponding incident light intensity or quantity of total reflection and an arithmetic output device 13 calculates and outputs amplitude information and tilt angle information or frequency information.

Description

【発明の詳細な説明】 仁の発明は、各種物体の表面性状、特に表面粗度に関係
する性状を測定する装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Jin's invention relates to an apparatus for measuring the surface properties of various objects, particularly properties related to surface roughness.

一般に各種物質の表面粗度は、単に表面の美観のみなら
ず、その物質の機械的性質や表面物性等に深く関係して
いる。例えば鉄鋼の分野においては、製品である鋼板の
表面粗度は、表面の光沢度等の美感のほか、プレス加工
性あるいは塗装性、メッキ性等に密接な関係があシ、シ
たがって圧延工程等において表面粗度管理を行なうこと
は極めて重要な課題となっている。しかるに従来一般の
表面粗度測定装置や表面粗度表示方法は、真に最適な粗
度管理を行なうためには未だ不充分なものであった。す
なわち、表面性状に関しては、凹凸の情報であるRa 
(中心線平均あらさ)やRmax(最大あらさ)、PP
I (peak per 1nch )が定められてい
るに過ぎず、複雑な表面性状、すなわち不規則に凹凸や
傾斜が変化する粗面の情報としては不充分である。また
測定装置に関しては、従来の最も一般的なものは触針式
粗度計であるが、この粗度計は被測定面の極く一部につ
いてしか測定できず、表面全体の性状についての情報を
得るには適切ではなく、また接触測定であるため高速で
測定することが困難であるとともに、機械的な故障が発
生し易く、また被測定面が傷付く問題もある。
In general, the surface roughness of various substances is deeply related not only to the aesthetic appearance of the surface but also to the mechanical properties and surface physical properties of the substance. For example, in the field of steel, the surface roughness of the steel sheet product is closely related to the aesthetics such as surface gloss, as well as press workability, painting performance, plating performance, etc. Surface roughness control has become an extremely important issue. However, conventional surface roughness measurement devices and surface roughness display methods are still insufficient for truly optimal roughness control. In other words, regarding the surface texture, Ra, which is information about unevenness,
(center line average roughness), Rmax (maximum roughness), PP
I (peak per 1nch) is only determined, which is insufficient as information on complex surface properties, that is, rough surfaces with irregularly changing irregularities and slopes. Regarding measuring devices, the most common conventional one is a stylus-type roughness meter, but this roughness meter can only measure a small part of the surface being measured, and cannot provide information about the properties of the entire surface. Furthermore, since it is a contact measurement, it is difficult to measure at high speed, mechanical failures are likely to occur, and the surface to be measured may be damaged.

そこで最近では光学的な手法によシネ規則面の表面粗度
情報に関する統計的性質を測定する方法が提案されてい
る。すなわち、表面粗度を表わすパラメータとしては、
平均粗さ、平均傾射角、平均山間隔等各種の指数が用い
られているが、これらは表面プロフィルの振幅情報、傾
斜角情報および周波数情報に大別され、通常不規則面の
統計的性質はこれらのうちの2情報で表現できることが
知られておシ、このような観点から光学的に表面プロフ
ィルの情報をめる方法として、特公昭53−46460
号公報に示される方法、および特開昭54−24051
号公報に示される方法が既に提案されている。前者の方
法は、波長の異なる2本の光束を被測定面に投射し、光
拡散の半値幅から前記情報をめるものであるが、この方
法を実際に適用しようとする場合、波長の大きく異なる
2種の光源を必要とし、光源としてレーザを用いる場合
には特に適切な光源が現状では存在しないという問題が
あシ、また装置構成や保守が煩雑であシ、価格も高くな
る等の欠点がある。一方後者の方法は、装置化上の便宜
のため同一波長の光束を異なる2つの入射角で被測定面
に投射することによって前記情報をめるものであ)、前
者の方法の欠点を解消することが可能である。しかしな
がら後者の方法に基いて実際の装置を設計1実現する場
合、次のような欠点あるいは不備な点があった。
Recently, methods have been proposed for measuring statistical properties regarding surface roughness information of cine regular surfaces using optical methods. In other words, the parameters representing surface roughness are:
Various indexes are used, such as average roughness, average inclination angle, and average peak spacing, but these are broadly classified into amplitude information, inclination angle information, and frequency information of the surface profile, and are usually based on statistical properties of irregular surfaces. It is known that the information on the surface profile can be expressed by two of these types of information, and a method for optically obtaining surface profile information from this point of view was proposed in Japanese Patent Publication No. 53-46460.
The method shown in the publication and Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-24051
The method shown in the above publication has already been proposed. In the former method, two beams of light with different wavelengths are projected onto the surface to be measured, and the information is obtained from the half-width of light diffusion. Two different types of light sources are required, and when a laser is used as the light source, there is a problem that no suitable light source currently exists, and disadvantages include the complicated device configuration and maintenance, and the high price. There is. On the other hand, the latter method obtains the information by projecting a beam of the same wavelength onto the surface to be measured at two different incident angles for convenience in equipment implementation), and eliminates the drawbacks of the former method. Is possible. However, when designing and realizing an actual device based on the latter method, there are the following drawbacks or inadequacies.

すなわち、先ず第1には、被測定面に投射する光束の波
長、入射角、被測定面の粗さレンジに関する設定条件が
不明であシ、そのため実際の装置化にあたって、設定条
件によっては測定結果のばらつきが極めて大きくなる場
合がある。塘だ第2には、実際の装置にそのまま適用し
た場合、被測定面の全反射率の違い、光源強度の変動、
また測定対象物が走行している場合における被測定面の
振動等が測定誤差要因となって充分な測定積度が得られ
なくなることがめシ、これらの誤差要因に対して補正を
行なうことが望ましいが、その方法が特に示されていな
い。これらの理由によシ、前述の特開昭54−2405
1号公報に開示されている方法を実際の装置として具体
化した場合には、測定精度等の点で満足し得るものが得
られないのである。
First of all, the setting conditions regarding the wavelength of the light beam projected onto the surface to be measured, the angle of incidence, and the roughness range of the surface to be measured are unknown. In some cases, the variation in the values can become extremely large. Second, when applied directly to an actual device, differences in total reflectance of the surface to be measured, fluctuations in light source intensity,
In addition, when the object to be measured is moving, vibrations on the surface to be measured may cause measurement errors, making it impossible to obtain a sufficient measurement density, so it is desirable to correct for these error factors. However, the method is not specifically shown. For these reasons, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-2405
When the method disclosed in Publication No. 1 is implemented as an actual device, it is not possible to obtain a satisfactory measurement accuracy.

一方、通常の光学的粗度測定においては、被測定面に対
する表面伺着物等による全反射率の変動は測定誤差要因
として単に補正対象として扱かわれているだけであるが
、逆にこの情報を有効に用いれば、表面付着物の有無、
種類等に関する情報を得ることができ、表面品質管理上
、極めて有効となる。
On the other hand, in normal optical roughness measurement, variations in the total reflectance of the surface to be measured due to surface impurities, etc. are simply treated as a measurement error factor and subject to correction. If used effectively, the presence or absence of surface deposits,
It is possible to obtain information regarding the type, etc., which is extremely effective in terms of surface quality control.

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、前
記特開昭54−24051号公報に示される方法を装置
として具体化する上において、前述の問題点を解決し、
常に高精度で表面粗度情報を得ることを可能とした表面
性状測定装置を提供することを基本的な目的とするもの
である。さらにこの発明は、表面粗度情報と同時に表面
付着物についての情報が得られるようにした表面性状測
定装置を提供することを第2の目的とするものである。
The present invention was made against the background of the above-mentioned circumstances, and it solves the above-mentioned problems in embodying the method shown in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-24051 as an apparatus.
The basic objective is to provide a surface texture measuring device that can always obtain surface roughness information with high accuracy. A second object of the present invention is to provide a surface texture measuring device that can obtain surface roughness information and information about surface deposits at the same time.

すなわち本願の第1発明は、同一波長の光束を異なる2
つの入射角で被測定面に投射して、表面粗度についての
独立な2つの情報である振幅情報と傾斜角情報を測定す
るにあたシ、各入射角を粗さレンジ(σ)および波長に
応じた適切な条件を満足するように設定し、同時に被測
定面の全反射率の違いや光源強度の変動、あるいは被測
定面の振動による誤差要因について検出値を補正し、こ
れによって高精度で前記情報が得られるようにした表面
性状測定装置を提供する。また本願の第2発明は、被測
定面の表面付着物がその被測定面の反射率に影響を及ぼ
すことに着目して、前記第1の発明の装置にさらに表面
付着物に関する情報を出力させる機能を付加した装置を
提供する。
In other words, the first invention of the present application separates the luminous flux of the same wavelength into two different
To measure amplitude information and tilt angle information, which are two independent pieces of information about surface roughness, each incident angle is set to the roughness range (σ) and the wavelength. At the same time, the detected value is corrected for error factors such as differences in total reflectance of the surface to be measured, fluctuations in light source intensity, or vibrations of the surface to be measured, thereby achieving high accuracy. The present invention provides a surface texture measuring device capable of obtaining the above information. Further, the second invention of the present application focuses on the fact that surface deposits on the surface to be measured affect the reflectance of the surface to be measured, and causes the apparatus of the first invention to further output information regarding the surface deposits. Provide devices with added functions.

具体的には、第1発明の表面性状測定装置は、同一波長
の光束(2光束)を異なる2つの入射角で被測定面に投
射して得られる反射光強度から、前記被測定面の表面プ
ロフィルの振幅情報および傾斜角情報もしくは周波数情
報をめる装置において;前記光束の波長をλ、被測定面
表面プロフィルの高さ、分布の分散をσ、前記2つの入
射角をノ θ0.θ2として、 (4πσ/λ・cooθ1)≦4 IO≦(4πσ/λ’ cosθ2)≦100を満足す
るように入射角θ8.θ2を設定した光投射手段と;各
入射角0..θ2の入射光束にそれぞれ対応する正反射
強度および全反射量を検出するだめの第1の光検出手段
と:前記入射光束の一部を取出して入射光強度に比例す
る光強度を検出するための第2の光検出手段と;前記各
光検出手段の出力に基いて各入射光束に対応する入射光
強度信号、正反射強度信号、および全反射量信号をめる
信号処理装置と;正反射強度信号を対応する入射光強度
信号もしくは全反射量信号で除算する除算器と:前記除
算器の出力から振幅情報と傾斜角情報もしくは周波数情
報とを演算出力する演算出力装置とを有する構成とする
ことを特徴とするものである。
Specifically, the surface texture measuring device of the first invention determines the surface texture of the surface to be measured based on the intensity of reflected light obtained by projecting light beams of the same wavelength (two beams) onto the surface to be measured at two different incident angles. In a device that records amplitude information and inclination angle information or frequency information of a profile; the wavelength of the light beam is λ, the height of the profile on the surface to be measured, the dispersion of the distribution is σ, and the two incident angles are θ0. As θ2, the incident angle θ8. A light projection means with θ2 set; each incident angle 0. .. a first light detection means for detecting the specular reflection intensity and the total reflection amount respectively corresponding to the incident light flux of θ2; a second light detection means; a signal processing device that generates an incident light intensity signal, a specular reflection intensity signal, and a total reflection amount signal corresponding to each incident light beam based on the output of each of the light detection means; specular reflection intensity; A divider that divides a signal by a corresponding incident light intensity signal or total reflection amount signal; and a calculation output device that calculates and outputs amplitude information and tilt angle information or frequency information from the output of the divider. It is characterized by:

また第2発明の表面性状測定装置は、前記第1発明の装
置における除算器に、前述の如く正反射強度信号を対応
する入射光強度信号もしくは全反射量信号で除算する機
能のほか、全反射量信号を対応する入射光強度信号で除
算する機能を持たせ、前記演算出力装置においては除算
器の出力から振幅情報と傾斜角情報もしくは周波数情報
と表面付着物に関する情報とを演算出力させるようにし
たことを特徴とするものである。
In addition, the surface texture measuring device of the second invention has the function of dividing the specular reflection intensity signal by the corresponding incident light intensity signal or total reflection amount signal in the divider in the device of the first invention as described above. A function is provided to divide the quantity signal by a corresponding incident light intensity signal, and the calculation output device calculates and outputs amplitude information, tilt angle information or frequency information, and information regarding surface deposits from the output of the divider. It is characterized by the fact that

以下この発明の表面性状測定装置について詳細に説明す
る。
The surface texture measuring device of the present invention will be explained in detail below.

先ずこの発明の測定装置の基本原理について、本発明者
等による実験結果を踏まえて説明する。
First, the basic principle of the measuring device of the present invention will be explained based on experimental results by the inventors.

粗度パラメータの振幅情報として表面プロフィルの高さ
分布の分散σ、周波数情報として自己相関関数がl/e
に減少する距離(以下これを自己相関距離と記す)Tを
選べば、傾斜角情報はσ7々で表わされる。この発明の
装置では、上記振幅情報σおよび傾斜角情報φを次のよ
うな原理によってめる。
The amplitude information of the roughness parameter is the variance σ of the height distribution of the surface profile, and the frequency information is the autocorrelation function l/e.
If a distance T that decreases to (hereinafter referred to as an autocorrelation distance) T is selected, the tilt angle information is expressed by σ7. In the apparatus of the present invention, the amplitude information σ and the tilt angle information φ are determined based on the following principle.

被測定面に投射される投射光波長をλ、入射角をθとし
た場合、正反射光強度工、と前記粗度パラメータσ、σ
力との関係は、ベックマン(Beckmann)の理論
(注”、 P、 Beckmann他、「The Sc
atlingof Eletromagnetic W
aves from Rough SurfacesJ
Pergamon Press、 1963年発行)に
従ってgをg=(4πσ/λ・cosθ) ・・・・・
・(1)と定義すれば、 g < 1の場合 I、=f、(σ) ・・・・・・(
2)g>to場合 11B = f 2(’/’r )
−・・(3)が成立する。
When the wavelength of the projected light projected onto the surface to be measured is λ and the angle of incidence is θ, the intensity of the specular reflection light, and the roughness parameters σ, σ
The relationship with force is based on Beckmann's theory (note), P. Beckmann et al., “The Sc.
atlingof Electromagnetic W
aves from Rough SurfacesJ
Pergamon Press, published in 1963), g = (4πσ/λ・cosθ)...
・If defined as (1), if g < 1, I, = f, (σ) ・・・・・・(
2) When g>to 11B = f 2 ('/'r)
--(3) holds true.

前述の特公昭53−46460号公報において開示され
ている発明は同様のベックマンの理論に従ったものであ
シ、また特開昭54−24051号に開示されている発
明は前記(2)式の条件がg=1でも成立することを用
いているが、定量的に厳密な条件は明らかにされておら
ず、またこれらの関係を用いた場合の測定精度も不明で
ある。
The invention disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 53-46460 is based on the same Beckmann theory, and the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 54-24051 is based on the above formula (2). Although the condition holds true even when g=1 is used, the quantitatively strict conditions have not been clarified, and the measurement accuracy when these relationships are used is also unknown.

これに対し、この発明では、詳細な理論的、実験的検討
に基いて、通常測定対象とされる粗面(例えば冷延鋼板
、アルミ板等)ではT=20〜100μm程度であるこ
とを前提に次の、結果を導出した。
In contrast, in this invention, based on detailed theoretical and experimental studies, it is assumed that T = approximately 20 to 100 μm for rough surfaces that are usually measured (e.g., cold rolled steel plates, aluminum plates, etc.). We derived the following results.

g≦4 の場合 I、=f、(σ) ・・・・・・(4
)g≧10 の場合 I、 = r2(σ/’r) −
・−・・−(5)このような(4) # (5)式が成
立する根拠は次の通シである。
When g≦4, I, = f, (σ) ・・・・・・(4
) If g≧10, I, = r2(σ/'r) −
・・・・(5) The basis for such equation (4) # (5) to hold is as follows.

I、 トa (〜q)、オヨヒr、 トafi (oc
JT/T )の関係についてベックマンの理論に基いて
数値計算した結果を第1図、第2図に示す。第1図に示
すように、n(”σ)の値が小さい場合にはTの値(但
しto−tooμmの範囲内)にかかわらず工、の値が
47(■σ)に一義的に対応し、Ji: (ocσ)が
大きくなればTの値によって工、の値に対するJii 
(”σ)の値が変動する。すなわち、i7(”σ)の値
が大きくなれば、I8の値から6(ocσ)の値をめる
場合のばらつきが大きくなる。第1図中εは工、の値か
らJii (”σ)の値をめる場合に生じる誤差を示す
が、この図から、■8の測定値によシ高精度(誤差±3
%以下)でσ(” −/ir )の値をめ得る条件は、
9≦2であること、すなわちg≦4であることがわかる
。したがって(4)式はg≦4の条件下で成立する。一
方第2図から、工s (!: 5lii”/T(■”/
T) トノrJA 係1c ライては、Tの値が20〜
100μmの範囲内においてIsの値に対する4γT(
ocσ/T )のばらつきが無視できる程度に小さくな
るのは、g≧10の場合であることがわかる。すなわち
g≧10の場合にI8がσ/’r (”v’r/T )
の−価関数とみなすことができ、したがってg≧10の
条件下で前記(5)式が成立する。
I, toa (~q), oyohir, toafi (oc
Figures 1 and 2 show the results of numerical calculations regarding the relationship JT/T) based on Beckmann's theory. As shown in Fig. 1, when the value of n("σ) is small, the value of 〉 corresponds uniquely to 47(■σ) regardless of the value of T (within the range of too-too μm). Then, Ji: If (ocσ) becomes large, the value of T becomes larger, and Jii for the value of
The value of ("σ) fluctuates. That is, as the value of i7("σ) increases, the variation when subtracting the value of 6(ocσ) from the value of I8 increases. In Figure 1, ε indicates the error that occurs when calculating the value of Jii ("σ) from the value of
The conditions under which the value of σ(” −/ir ) can be obtained with % or less are as follows.
It can be seen that 9≦2, that is, g≦4. Therefore, equation (4) holds true under the condition of g≦4. On the other hand, from Figure 2, we can see that
T) For Tono rJA section 1c, the value of T is 20~
4γT(
It can be seen that the variation in ocσ/T ) becomes negligibly small when g≧10. In other words, when g≧10, I8 becomes σ/'r ("v'r/T)
Therefore, under the condition of g≧10, the above formula (5) holds true.

また前記(5)式に関して、g)100の場合には実際
の測定条件下ではIsの測定値に対するσlのばらつき
が極めて大きく、実際の測定が不可能となる場合がある
。その例をσが0.6〜3.0μmの冷延鋼板ダル材に
ついて第3図、第4図に示す。
Regarding equation (5) above, in the case of g) 100, under actual measurement conditions, the variation in σl with respect to the measured value of Is is extremely large, and actual measurement may become impossible. An example of this is shown in FIGS. 3 and 4 for a cold-rolled steel dull material with σ of 0.6 to 3.0 μm.

第3図の例は、入射波長λ=0.514μm1入射角θ
=100とし、g)100の場合について測定したI′
sの値と、触針粗度計にて測定したσ、々との関係を示
し、また第4図の例は入射波長λ=3.39μm1入射
角θ=100とし、10≦g≦ioo。
In the example in Figure 3, the incident wavelength λ = 0.514 μm1 the incident angle θ
= 100, and g) I' measured for the case of 100
The relationship between the value of s and σ measured with a stylus roughness meter is shown. In the example of FIG. 4, the incident wavelength λ=3.39 μm, the incident angle θ=100, and 10≦g≦ioo.

場合について測定した■5の値を、触針粗度計にて測定
したσ力の値との関係を示すもの士あるが、第4図の1
0≦g≦lOOの場合にはISとσ/Tとの相関度が高
いのに対し、第3図のg)100の場合には極めてばら
つきが大きいことがわかる。
There are some people who show the relationship between the value of ■5 measured for the case and the value of σ force measured with a stylus roughness meter.
It can be seen that in the case of 0≦g≦lOO, the degree of correlation between IS and σ/T is high, whereas in the case of g) 100 in FIG. 3, the variation is extremely large.

この原因は、真値として用いているσ、Tの値が前述の
ように触針粗度計によって得られたものであシ、触針で
は検出不能な、お雇いはσ、Tへの寄与の小さい小振幅
の表面凹凸成分が光反射に影響を与えるため、または表
面プルフィルの自己相関関数形にばらつきがあシ、これ
がgの増大とともに増加するためと推定される。したが
って前記(5)式の成立条件は単にg≧10と規定する
だけではなく、10≦g≦100と規定する必要がある
The reason for this is that the values of σ and T used as true values were obtained using the stylus roughness meter as described above, and the contribution to σ and T that cannot be detected with the stylus It is presumed that this is because a surface unevenness component with a small amplitude affects light reflection, or because there is variation in the autocorrelation function form of the surface pull-fill, which increases as g increases. Therefore, the condition for the above-mentioned formula (5) to hold is not simply defined as g≧10, but also needs to be defined as 10≦g≦100.

すなわち、 lO≦g≦100の場合 I、=−r2(σ/II′)
・・・(6)とする必要がある。
That is, when lO≦g≦100, I, = −r2 (σ/II')
...It is necessary to do (6).

以上の理由から、高精度で振幅情報σをめるだめの投射
光としては、前記(4)式の成立条件よシ、測定対象の
粗さくσ)レンジに応じて波長λおよび入射角θ、が (4πφ・cosθ、)≦4 ・・・・・・(ηを満足
し、また高精度で傾射角情報σ、々を得るための投射光
としては、前記(6)式の成立条件よシ、測定対象の粗
さくσ)レンジに応じて波長λおよび入射角θ2が 10≦(4πσ/λ”Cog 02 )≦too ・・
・・−(8)を満足する必要がある。したがってこの発
明の装置においては、被測定面に対する同一波長λの2
本の投射光束の入射角θ1.θ2が波長λ、粗さレンジ
(σ)に応じて前述の(7) 、 (8)式を満足する
ように、光源を含む光投射手段を設定する。
For the above reasons, the projection light that can obtain the amplitude information σ with high precision should be the wavelength λ, the incident angle θ, (4πφ・cosθ,)≦4 (4πφ・cosθ,)≦4 (The projection light that satisfies η and obtains the tilt angle information σ, etc. with high accuracy is based on the conditions for the above equation (6). The wavelength λ and the incident angle θ2 are 10≦(4πσ/λ”Cog 02 )≦too...
...-(8) must be satisfied. Therefore, in the apparatus of this invention, two wavelengths of the same wavelength λ with respect to the measured surface are
Incident angle θ1 of the book's projected light flux. The light projection means including the light source is set so that θ2 satisfies the above-mentioned equations (7) and (8) according to the wavelength λ and the roughness range (σ).

一方、この発明の装置における光学系の光検出手段とし
ては、入射角θ、、θ2の前記2本の入射光束が被測定
面で反射した各々の散乱光についてその正反射強度18
1 、1.2および全反射量Σ1.Σ8を検出するため
の第1の光検出手段としての1個以上の検出器と、前記
2本の入射光束の一部でこれらに各々比例する光強度I
01. IO,を検出する第2の光検出手段としての光
学系および光検出器とを有する構成とする。なおこζで
符号X3、。
On the other hand, the light detecting means of the optical system in the apparatus of the present invention uses specular reflection intensity 18
1, 1.2 and total reflection amount Σ1. one or more detectors as a first light detection means for detecting Σ8, and a light intensity I that is a part of the two incident light beams and is proportional to each of them.
01. The configuration includes an optical system and a photodetector as a second photodetection means for detecting IO. In addition, the code X3 is ζ.

I :Σ Σ :V、、I のサフィックスは、入82
 l# 2 91 02 射角θ1.θ2のサフィックスに対応させるものとする
。I、、I、□およびΣ1.Σ2を検出するための光検
出器として社、それぞれ別個のものを用μても良φが、
共通の検出器でいくつかの強度を検出するように構成し
ても良く、例えば最も簡単な例としては、1個の検出器
を被測定点の周シに走査して一連の光強度分布をめ、I
 、I81 82 e Σ1.Σ2をめる機構が考えられる。
I :Σ Σ :V,, the suffix of I is 82
l# 2 91 02 Incident angle θ1. It is assumed that this corresponds to the suffix of θ2. I, , I, □ and Σ1. As photodetectors for detecting Σ2, separate ones may be used for μ and φ, respectively.
A common detector may be configured to detect several intensities; for example, in the simplest example, one detector is scanned around the circumference of the measured point to obtain a series of light intensity distributions. Me, I
, I81 82 e Σ1. A mechanism for adding Σ2 can be considered.

上述のような光投射手段および光検出手段を含むこの発
明の測定装置における光学系の一例を第5図に原理的に
示す。
FIG. 5 shows the principle of an example of the optical system in the measuring device of the present invention, which includes the above-described light projection means and light detection means.

第5図において、同一の波長λのレーザビームIA、I
Bを発生するレーザー光源2A、2Bは、前述のように
被測定面3の被測定点4に対し、入射角θ8,0.でレ
ーザビームIA、IBを入射させるように配置されて−
る。またレーザ光源2A。
In FIG. 5, laser beams IA, I with the same wavelength λ
The laser light sources 2A and 2B that generate the light B are incident at angles of incidence θ8, 0, . It is arranged so that the laser beams IA and IB are incident on -
Ru. Also, a laser light source 2A.

2Bから出射されたレーザビームIA、IBの一部は、
ビームスプリッタ5A、5Bによシ第2の光検出手段と
しての光検出器6A、6Bに導かれ、これにより被測定
面に対する入射角θ1.θ2の入射光束(レーザビーム
IA、IB)の光強度に比例する光強度I01 e ”
03が検出される。一方、被測定面3に投射されたレー
ザ光は、被測定点4で反射して、それぞれ光反射強度分
布7A、7Bを生じる。そしてその光反射強度分布7A
、7Bは、シリコンフォトダイオード等からなる第2の
光検出手段としての光検出器8A、8Bによって検出さ
れる。すなわちこれらの光検出器8A、811は、被測
定点(光反射点)4を中心とする円弧上を走査させ、入
射角θ1.θ2のそれぞれに対応する光反射強度分布7
A、7Bを検出する。この例においては、入射角θ1の
光束に対する正反射強度I3゜とじては、光検出器8A
が反射角θ1付近に位置した時点の光検出器8Aの出力
信号の最大値を用いることができ、また入射角θ2の光
束に対する正反射強度■3□としては光検出器8Bが反
射角θ2.付近に位置した時点の光検出器8Bの出力信
号の最÷イIk4田1^L>1−−At+PikL−*
J−j>Ifeb暑−mrΣ2としては、それぞれ反射
角0□、02の周シで得られる光検出器8A、8Bの出
力信号を積分(もしくは加算)した値を用−ることかで
きる。
A part of the laser beams IA and IB emitted from 2B are
The beams are guided by the beam splitters 5A, 5B to the photodetectors 6A, 6B as second photodetecting means, whereby the incident angle θ1. Light intensity I01 e ” which is proportional to the light intensity of the incident light flux (laser beams IA, IB) at θ2
03 is detected. On the other hand, the laser beam projected onto the surface to be measured 3 is reflected at the point to be measured 4, producing light reflection intensity distributions 7A and 7B, respectively. And its light reflection intensity distribution 7A
, 7B are detected by photodetectors 8A and 8B as second photodetection means made of silicon photodiodes or the like. That is, these photodetectors 8A and 811 scan an arc centered on the point to be measured (light reflection point) 4, and set the incident angle θ1. Light reflection intensity distribution 7 corresponding to each of θ2
Detect A and 7B. In this example, the specular reflection intensity I3° for the light beam at the incident angle θ1 is determined by the photodetector 8A.
The maximum value of the output signal of the photodetector 8A at the time when is located near the reflection angle θ1 can be used, and as the specular reflection intensity ■3□ for the light beam at the incident angle θ2, the photodetector 8B has the reflection angle θ2. The maximum output signal of the photodetector 8B at the time when it is located nearby ÷ Ik4田1^L>1−−At+PikL−*
As the J-j>Ifeb heat-mrΣ2, a value obtained by integrating (or adding) the output signals of the photodetectors 8A and 8B obtained at reflection angles of 0□ and 02, respectively, can be used.

上述のような光検出器6A、6B:8A、8Bを用−た
場合のこの発明の測定装置の信号処理系統の一例を第6
図に示す。
An example of the signal processing system of the measuring device of the present invention when using the photodetectors 6A, 6B: 8A, 8B as described above is shown in the sixth section.
As shown in the figure.

第6図にお−て、各光検出器6A、6B:8A。In FIG. 6, each photodetector 6A, 6B: 8A.

8Bの出力信号はそれぞれ増幅器9 A 、 9 B、
 :10A、IOHによって増幅され、微弱な電気信号
から次段の信号処理装置11に充分な感度で入力可能な
電気信号となる。それらの増幅器9A。
The output signals of 8B are sent to amplifiers 9A, 9B,
:10A, is amplified by IOH, and becomes an electrical signal that can be inputted from a weak electrical signal to the next stage signal processing device 11 with sufficient sensitivity. Their amplifier 9A.

9B:lOA、IOHの出力信号は、信号処理装置11
に入力され、正反射強度l11m ”82 、全反射量
Σ8.Σ2、入射光強度I01. I。2と各々一定の
比例関係を持つ信号、すなわち正反射強度信号工、、′
t I82’、全反射量信号Σ1′、Σ2′、入射光強
度信号I0、′、IO2′に変換される。すなわち前述
の検出器構成の場合、正反射強度Is□、1.2に比例
する正反射強度信号”81’ # ”@2’として、光
検出器8A、8Bがそれぞれ反射角θ、、0.付近に位
置した時点の信号の最大値をめ、また全反射量Σ1.Σ
2に比例する全反射量信号Σ1′、Σ2′として、光検
出器8A 、8Bの反射角θ0,0□の周シで得られる
信号を積分(もしくは加算)した量をめれば良い。この
ようにして信号処理装置11から出力された工、□′、
■、□′、ΣI′、Σ2′、’o1’p ”。□′の各
信号は、除算器12に入力され、次の(9)式、61式
で規定されるη1.η2が算出されるOこのようにII
、′p I82’をそれぞれΣ、′、Σ2′によシ除算
して得られるη8.η2の値は、入射角θ1゜θ2に対
応する正反射強度について、光源強度の変動、被測定面
の全反射率の変動による誤差要因を除去した値に相当す
る。したがってη1.η2をそれぞれ(4)式、(6)
式におけるIr、(正反射強度)として使用することに
よって、光源強度の変動、被測定面の全反射率の変動に
よる粗度測定誤差を補正もしくは軽減することが可能と
なる。そこでこの発明の装置では、除算器12から出力
されたη8.η2が演算出力装置13に入力され、この
演算出力装置13において、予め記憶されている(4)
式、(6)式の関係からσおよびσ、々の値をめ、その
値が出力される。すなわち入射角θ、に対応するη が
(4)式におけるI、として、また入射角θ2に対応す
るη2が(6)式におけるI、として用いられて、σ、
σ7々の値が出力される。ここで、(4)式、(6)式
の関係は理論計算によってめることも可能であるが、実
際には、実験的にめられた検量線を用いることが容易で
ある。すなわち予め実験によってη1とσの関係を定め
る検量線およびη2とσAの関係を定める検量線を作成
しておき、それらの検量線に基いてη1.η2からσ、
σAをめることができる。
9B: The output signals of lOA and IOH are sent to the signal processing device 11
, and has a fixed proportional relationship with the specular reflection intensity l11m ''82, the total reflection amount Σ8.Σ2, and the incident light intensity I01.I.2, that is, the specular reflection intensity signal signal,
t I82', total reflection amount signals Σ1', Σ2', and incident light intensity signals I0,', IO2'. That is, in the case of the above-mentioned detector configuration, the photodetectors 8A and 8B receive the specular reflection intensity signal "81'#"@2' which is proportional to the specular reflection intensity Is□, 1.2, respectively, at the reflection angle θ, 0. Determine the maximum value of the signal at the time when the signal is located nearby, and also calculate the total reflection amount Σ1. Σ
As the total reflection amount signals Σ1' and Σ2' proportional to 2, the amount obtained by integrating (or adding) the signals obtained over the reflection angles θ0 and 0□ of the photodetectors 8A and 8B can be calculated. The signals outputted from the signal processing device 11 in this way, □′,
■, □', ΣI', Σ2', 'o1'p''. Each signal of □' is input to the divider 12, and η1 and η2 defined by the following equations (9) and 61 are calculated. Ruo like this II
, 'p I82' are divided by Σ, ', Σ2', respectively. The value of η2 corresponds to a value obtained by removing error factors caused by fluctuations in light source intensity and fluctuations in total reflectance of the surface to be measured with respect to the specular reflection intensity corresponding to the incident angle θ1° θ2. Therefore η1. η2 is expressed as (4) and (6), respectively.
By using Ir as (specular reflection intensity) in the equation, it is possible to correct or reduce roughness measurement errors due to variations in light source intensity and variations in total reflectance of the surface to be measured. Therefore, in the device of the present invention, η8. η2 is input to the calculation output device 13, and is stored in advance in this calculation output device 13 (4)
The values of σ and σ are determined from the relationship in equation (6), and the values are output. That is, η corresponding to the incident angle θ is used as I in equation (4), and η2 corresponding to the incident angle θ2 is used as I in equation (6), and σ,
The values of σ7 are output. Here, although the relationship between equations (4) and (6) can be determined by theoretical calculation, it is actually easier to use a calibration curve determined experimentally. That is, a calibration curve that determines the relationship between η1 and σ and a calibration curve that determines the relationship between η2 and σA are created in advance through experiments, and based on these calibration curves, η1. η2 to σ,
σA can be calculated.

上述のようにして、振幅情報としての表面プロフィルの
高さ分布の分散σと、そのσと自己相関距離Tとの比で
ある傾斜角情報σ2々を粗度ノくラメータとして得るこ
とができるのである妙(、もちろん場合によっては演算
出力装置13にσとσ力からTを算出する機能を持たせ
て、σとT(したがりて振幅情報と周波数情報)を出力
させることもできる。
As described above, the variance σ of the height distribution of the surface profile as amplitude information and the slope information σ2, which is the ratio of that σ to the autocorrelation distance T, can be obtained as a roughness parameter. Of course, depending on the situation, the arithmetic output device 13 may be provided with a function of calculating T from σ and σ force, and output σ and T (therefore, amplitude information and frequency information).

なお前述の例では、正反射強度に相当する信号として、
正確に反射角01.θ2の位置における反射強度検出信
号を用いるのではなく、反射角θ1゜θ□付近における
最大反射強度I、1′、 1.、Iを用いているため、
被測定物に振動等の幾何学的配置の変化が生じた場合(
例えば走行物体表面の粗度測定)でも正しい値を検出す
ることができる。
In the above example, the signal corresponding to the specular reflection intensity is
Reflection angle exactly 01. Instead of using the reflection intensity detection signal at the position θ2, the maximum reflection intensity I, 1', 1. around the reflection angle θ1° θ□ is used. , I is used, so
When a change in the geometrical arrangement such as vibration occurs in the object to be measured (
For example, correct values can be detected even when measuring the roughness of the surface of a moving object.

また前述の例では、η1.η2をめるために前記(9)
式、四式で示されるように18□′1mlを全反射量に
比例する信号Σ1′、Σ2′で除算しているが、全反射
率が#1ぼ一定とみなせる場合には、(9) 、61式
のΣ1′、Σ2′を入射光強度に比例する信号■。、′
Furthermore, in the above example, η1. In order to calculate η2, use (9) above.
As shown in Equation 4, 18□'1ml is divided by signals Σ1' and Σ2' that are proportional to the amount of total reflection, but if the total reflectance can be considered to be approximately constant #1, (9) , Σ1' and Σ2' of Equation 61 are signals proportional to the incident light intensity. ,′
.

■。2′に置換し、I81’+I84’をそれぞれ”0
1’ j I03’で除算した値をη、、η2として用
いることもできる。この場合被測定面の全反射率の変動
による粗度測定誤差については補正されないが、光源強
度の変動による誤差につ−ては補正もしくは軽減される
ことになる。
■. 2' and replace I81'+I84' with "0"
The value divided by 1' j I03' can also be used as η,, η2. In this case, roughness measurement errors due to variations in the total reflectance of the surface to be measured are not corrected, but errors due to variations in light source intensity are corrected or reduced.

なおまた、第5図、第6図の例において、光検出器8A
、8Bの走査は、例えば演算出力装置13からのタイミ
ング信号に従い、ステッピングモータ14およびそのド
ライバ15によって行なうようにすれば良い。また光検
出器8A、8Bとしては固体素子カメラ等のイメージセ
ンサを用いることも可能であシ、この場合には光検出器
の走査機能は不要である・ さらにこの発明の装置では、前述のようにして得られる
情報の一部を利用して、被測定面上の汚れ、油膜等の付
着物に関する情報を得ることもできる。すなわち本願の
第2発明に係る機能でおシ、次にこれについて説明する
Furthermore, in the examples of FIGS. 5 and 6, the photodetector 8A
, 8B may be performed by the stepping motor 14 and its driver 15 in accordance with a timing signal from the arithmetic output device 13, for example. It is also possible to use image sensors such as solid-state cameras as the photodetectors 8A and 8B, and in this case, the scanning function of the photodetectors is not necessary. Using some of the information obtained in this way, it is also possible to obtain information regarding deposits such as dirt and oil films on the surface to be measured. That is, this is a function related to the second invention of the present application, which will be explained next.

一般に物体表面の反射率(反射光が散乱する場合には全
反射率)は、フレネル(Fresnel )の公式から
、入射角θおよび表面の屈折率nと第7図に示すような
関係を持つ。すなわち、入射角θおよび表面の屈折率n
によって反射率が一定の関係で変化し、かつ表面の屈折
率nは表面に付着した物質の種類、厚みに関係するから
、次のαn 、 on式で示すように異なる入射角θ8
.θ2における全反射量に比例する信号Σ、′、Σ2′
と入射光強度に比例する信号I。、′、I02′との比
ζ0.ζ2をめれば、表面付着物に関する情報(物質の
種類、膜厚等)を得ることができる。
In general, the reflectance (total reflectance when reflected light is scattered) of an object surface has a relationship with the incident angle θ and the refractive index n of the surface as shown in FIG. 7, based on Fresnel's formula. That is, the angle of incidence θ and the refractive index n of the surface
Since the reflectance changes in a fixed relationship and the refractive index n of the surface is related to the type and thickness of the substance attached to the surface, different incident angles θ8 can be obtained as shown in the following αn,on formula.
.. Signals Σ, ′, Σ2′ proportional to the amount of total reflection at θ2
and a signal I proportional to the incident light intensity. , ', I02' ratio ζ0. By subtracting ζ2, information regarding the surface deposits (type of substance, film thickness, etc.) can be obtained.

ζ1=Σ、/、/1 o 、 / ・・・・・・QカJ
・=X、/x・・′ ・・・・・・0埠ここで付着物情
報についてさらに詳しく説明すると、まず付着物の有無
を検知する最も簡単な方法としては全反射量に対応する
信号Σ1′またはΣ2′の変動を検出する方法があるが
、それだけでは付着物の情報としては極めて不充分であ
シ、そこでこの発明の場合、次のようにして付着物質の
種類や付着量(膜厚)を推定する。
ζ1=Σ, /, /1 o, / ...QkaJ
・=X, /x・・・' ・・・・・・0埠Here, to explain the deposit information in more detail, the easiest way to detect the presence or absence of deposits is to use the signal Σ1 corresponding to the amount of total reflection. There is a method for detecting fluctuations in Σ or Σ2', but this alone is extremely insufficient as information on the deposits, so in the case of the present invention, the type and amount of deposits (film thickness) are determined as follows. ) is estimated.

すなわち、入射角0□、θ2における付着物のない場合
の反射率をrl、rQ、付着物のある場合の反射率をR
1,R2とすれば、一般に次の関係が成立する。
In other words, the reflectance when there is no deposit at the incident angle 0□, θ2 is rl, rQ, and the reflectance when there is deposit is R.
1, R2, the following relationship generally holds.

R,= 、e−に1d”5eC01、、曲QIH2= 
C26−に2d+secθ2 、−10.(14ここで
dは付着物の膜厚、K、 、 K2は付着物固有の定数
である。またri 、 C2は、付着物のない場合にお
ける被測定面に固有の定数となる。付着物のある場合の
反射率R1,R2は、前記C1n式、H式から、C0,
C2を定数として、 R,=α1ζ1 ・・・・・・0時 R2=C2C2・・・・・・α・ で表わされるから、al、(ト)式および(14,06
式から、ξ11−1o〔α1ζ□/r1’) =−に1
clsecθ、・・・αηξ2−10g (α2ζ2/
”2 :) =に2d ”Secθ2・・・0呻となる
R,= ,e-to 1d"5eC01, ,song QIH2=
2d+secθ2 to C26-, -10. (14 Here, d is the film thickness of the deposit, K, , K2 are constants specific to the deposit. Also, ri, C2 are constants specific to the surface to be measured in the case where there is no deposit. The reflectances R1 and R2 in a certain case can be calculated from the C1n formula and H formula as C0,
With C2 as a constant, it is expressed as R, = α1ζ1 ...... 0 o'clock R2 = C2C2 ...... α. Therefore, al, formula (G) and (14,06
From the formula, ξ11-1o [α1ζ□/r1') = -1
clsecθ, ...αηξ2−10g (α2ζ2/
``2:) = 2d'' Secθ2...0.

ここでξ1.ξ2はαη、a樽式に示すようにζ、。Here ξ1. ξ2 is αη, ζ as shown in the a barrel formula.

C2の関数となっているから、結局Qη、(2)式から
められたC1.C2の値からに1d 、 K2dの値を
導き出すことができる。さらにαη、 C11式からξ
、/e2= K1/に2 ・・・・・・ (至)で表わ
せる。K、) K2である物質についてはに1゜K2は
前述のように付着物質に固有の値であるから、K、/に
2から付着物質の種類を推定することができる。また、
K1A2の値が一定である場合、(至)、αφ式から付
着物膜厚dの値を推定することができる。
Since it is a function of C2, in the end Qη, C1. The values of 1d and K2d can be derived from the value of C2. Furthermore, αη, ξ from formula C11
, /e2=K1/ can be expressed as 2... (to). For a substance with K, ) K2, 1°K2 is a value specific to the adhered substance as described above, so the type of the adhered substance can be estimated from K,/2. Also,
When the value of K1A2 is constant, the value of the deposit film thickness d can be estimated from the αφ equation.

そこで第6図に示す例において、除算器12において<
II) 、 on式に従ってC1,C2の値を算出し、
そのC1,C2の信号を演算出力装置13に入力させて
、その演算出力装置13において前述のように例えばに
1A2の値をめ、それを付着物に関する情報として出力
させることができる。
Therefore, in the example shown in FIG. 6, in the divider 12
II) Calculate the values of C1 and C2 according to the on formula,
The C1 and C2 signals are input to the calculation output device 13, and the calculation output device 13 calculates the value of 1A2, for example, as described above, and outputs it as information regarding the deposit.

次にこの発明の測定装置にょシ実際に表面粗度を測定し
た例を記す。
Next, an example of actually measuring surface roughness using the measuring device of the present invention will be described.

この例においては、測定装置の具体的構成としては、第
5図、第6図に示すようなもの、すなわち反射光検出器
8A、8Bとして走査型のシリコンフォトダイオードを
用い、また測定対象物は粗さレンジσが0.2〜0.5
μm程度の冷延鋼板ブライト材とし、その冷延鋼板が約
100−m1nの速度で走行している状態で測定を行な
った。
In this example, the specific configuration of the measurement device is as shown in FIGS. 5 and 6, that is, scanning type silicon photodiodes are used as the reflected light detectors 8A and 8B, and the measurement target is Roughness range σ is 0.2 to 0.5
A cold-rolled steel plate bright material having a diameter of approximately μm was used, and the measurement was carried out while the cold-rolled steel plate was traveling at a speed of approximately 100 m1n.

光源2A、2BとしてはHe−Neレーザ光源(波長λ
=0.633μm)を用い、入射角はθ、=750、θ
2=to0として、前記(7) 、 (8)式を満足さ
せた。そして光検出器6A、6B:8A、8Bの出力信
号を増幅器9A、9B:IOA、IOBにて増幅し、信
号処理装置11において前述のようにして’III’ 
s ”s3’ l ’01’ + I02’ #Σ1/
、Σ21を算出し、さらに除算器12において前記η1
.η2゜C0,C2を算出し、演算出力装置13におい
て、η1とσとの関係を定める検量線およびη2とσ/
Tとの関係を定める検量線を用いてσ、σ2々をめると
ともに、前記K 1.n2を算出し、これらのσ。
The light sources 2A and 2B are He-Ne laser light sources (wavelength λ
= 0.633 μm), and the incident angle is θ, = 750, θ
By setting 2=to0, the above formulas (7) and (8) were satisfied. Then, the output signals of the photodetectors 6A, 6B: 8A, 8B are amplified by the amplifiers 9A, 9B: IOA, IOB, and the output signals of the photodetectors 6A, 6B: IOA, IOB are amplified by the signal processing device 11 as described above.
s ``s3' l '01' + I02'#Σ1/
, Σ21, and the divider 12 calculates the η1
.. η2゜C0,C2 is calculated, and the calculation output device 13 calculates a calibration curve that determines the relationship between η1 and σ, and calculates η2 and σ/
Determine σ and σ2 using a calibration curve that determines the relationship with T, and also calculate the above-mentioned K1. Calculate n2 and calculate these σ.

C2べp K IA2を出力させた。C2vepK IA2 was output.

この例におけるσ、σAについての検量線および出力デ
ータを、第8図、第9図に示す。
The calibration curve and output data for σ and σA in this example are shown in FIGS. 8 and 9.

以上の説明で明らかなように、第1発明の表面性状測定
装置は、被測定面の粗さレンジ、入射光束の波長に応じ
て、高精度で表面粗度情報を得ることができる入射光の
入射角θ1.θ2の範囲を具体的に設定したものであシ
、シたがって第1発明の装置によれば、常に高精度で表
面粗度情報すなわち振幅情報σおよび傾斜角情報σA(
もしくは周波数情報T)を得ることができ、また光源強
度の変動や被測定面の全反射率の変動等の誤差要因につ
いて考慮した検出信号処理を行なっているため、これら
の誤差要因による測定精度の低下を極力抑えて、より高
精度の表面粗度測定ができる顕著な効果が得られる。
As is clear from the above description, the surface texture measuring device of the first invention is capable of obtaining surface roughness information with high accuracy according to the roughness range of the surface to be measured and the wavelength of the incident light beam. Incident angle θ1. The range of θ2 is specifically set. Therefore, according to the apparatus of the first invention, surface roughness information, that is, amplitude information σ and inclination information σA (
In addition, the detection signal processing takes into consideration error factors such as fluctuations in light source intensity and total reflectance of the surface to be measured, so measurement accuracy due to these error factors may be reduced. The remarkable effect of suppressing the decrease as much as possible and being able to measure the surface roughness with higher accuracy can be obtained.

また第2発明の表面性状測定装置によれば、上述のよう
な表面粗度情報のみならず、被測定面上の汚れ、油膜等
の付着物に関する情報も同時に得ることができ、したが
って例えば冷延鋼板製造工程等において製品板等の品質
管理をよシ一層容易に行ない得る効果が得られる。
Further, according to the surface texture measuring device of the second invention, not only the surface roughness information as described above but also information regarding deposits such as dirt and oil film on the surface to be measured can be obtained at the same time. It is possible to achieve the effect that quality control of product sheets and the like can be more easily performed in the steel sheet manufacturing process and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は粗面に投射した光に対する正反射強度ISと4
7(父σ)との関係を示す線図、第2図は粗面に投射し
た光に対する正反射強度Isと4カ(父σ2々)との関
係を示す線図、第3図はgの値が100〜3000の範
囲内の場合のIsと一/′i¥/4r(■σ、々)の関
係を示す相関図、第4図はgの値が10〜100の範囲
内の場合の■8とJii7’r (oca/lI′) 
(D関係を示f相関図、第5図はこの発明の測定装置に
おける光学系の一例を原理的に示す略解図、 第6図は第5図に示される光学系を用した場合のこの発
明の定装置における信号処理系を示すブロック図、 第7図は表面の反射率と入射角および表面屈折率との関
係を示す線図、 第8図はこの発明の装置を用いて測定したη、とσに関
するデータおよび検量線を示す図、第9図はこの発明の
装置を用いて測定したη2とσ/Tに関するデータおよ
び検量線を示す図である。 LA、IB・・・レーザビーム(入射光束)、2A。 2B・・・レーザ光源(光投射手段)、3・・・被測定
Li1lr16A、6B・・・光検出器(第2の光検出
手段)、8A、8B・・・光検出器(第1の光検出手段
)、11・・・信号処理装置、12・・・除算器、13
・・・演算出力装置。 第2図 第3図 0 2.0 4.0 6.0 第7図 入射角 θ 第8図 テ(μm)
Figure 1 shows the specular reflection intensity IS and 4 for light projected onto a rough surface.
7 (father σ), Figure 2 is a diagram showing the relationship between specular reflection intensity Is for light projected onto a rough surface and 4 forces (father σ2), and Figure 3 is a diagram showing the relationship between g. A correlation diagram showing the relationship between Is and 1/'i\/4r (■σ, etc.) when the value is within the range of 100 to 3000. Figure 4 is a correlation diagram showing the relationship between Is and 1/'i\/4r (■σ, etc.) when the value of g is within the range of 10 to 100. ■8 and Jii7'r (oca/lI')
(F correlation diagram showing the D relationship, Fig. 5 is a schematic diagram showing the principle of an example of the optical system in the measuring device of the present invention, Fig. 6 is the present invention when the optical system shown in Fig. 5 is used) Fig. 7 is a diagram showing the relationship between surface reflectance, incident angle, and surface refractive index; Fig. 8 is a block diagram showing the signal processing system in a device for determining η, and σ, and FIG. 9 is a diagram showing data and a calibration curve regarding η2 and σ/T measured using the apparatus of the present invention. LA, IB... Laser beam (incident 2B... Laser light source (light projection means), 3... Measured Li1lr16A, 6B... Photodetector (second light detection means), 8A, 8B... Photodetector (first photodetection means), 11... signal processing device, 12... divider, 13
...Arithmetic output device. Figure 2 Figure 3 0 2.0 4.0 6.0 Figure 7 Angle of incidence θ Figure 8 Te (μm)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 同一波長の光束を異なる2つの入射角で被測定
面に投射して得られる反射光強度から、前記被測定面の
表面プロフィルの振幅情報および傾斜角情報もしくは周
波数情報をめる装置におiて、前記光束の波長をλ、被
測定面表面プロフィルの高さ分布の分散をσ、前記2つ
の入射角をθ! 。 θ、として1 (4πσ/λ・cosθ1)≦4 10≦(4πσ/λ’ cosθ2)≦100を満足す
るように入射角θ1.θ2を設定した光投射手段と; 各入射角0□、θ2の入射光束にそれぞれ対応する正反
射強度および全反射量を検出するための第1の光検出手
段と; 各入射光束の一部を取出して入射光強度に比例する光強
度を検出するための第2の光検出手段と:前記各光検出
手段の出力に基いて各入射光束に対応する入射光強度信
号、正反射強度信号、および全反射量信号をめる信号処
理装置と;正反射強度信号を対応する入射光強度信号も
しくは全反射量信号で除算する除算器と:前記除算器の
出力から振幅情報と傾斜角情報もしくは周波数情報とを
演算出力する演算出力装置とからなることを特徴とする
表面性状測定装置。
(1) A device that obtains amplitude information, tilt angle information, or frequency information of the surface profile of the surface to be measured from the intensity of reflected light obtained by projecting a beam of the same wavelength onto the surface to be measured at two different incident angles. In addition, the wavelength of the light beam is λ, the dispersion of the height distribution of the surface profile of the measured surface is σ, and the two incident angles are θ! . θ, the incident angle θ1. a light projection means for setting θ2; a first light detection means for detecting the specular reflection intensity and total reflection amount corresponding to the incident light beams at each incident angle of 0□ and θ2; a first light detection means for detecting a part of each incident light beam a second light detection means for extracting and detecting a light intensity proportional to the incident light intensity; and: an incident light intensity signal corresponding to each incident light flux, a specular reflection intensity signal, and A signal processing device that receives a total reflection amount signal; A divider that divides a specular reflection intensity signal by a corresponding incident light intensity signal or total reflection amount signal: Amplitude information and tilt angle information or frequency information from the output of the divider. and a calculation output device that calculates and outputs.
(2) 同一波長の光束を異なる2つの入射角で被測定
面に投射して得られる反射光強度から、前記被測定面の
表面プロフィルの振幅情報および傾斜角情報もしくは周
波数情報をめる装置において、前記光束の波長をλ、被
測定面の表面プロフィルの高さ分布の分散をσ、前記2
つの入射角をθ1,02として、 (4πσ/λ・cosθ、)≦4 10≦(4πσ/λ’cosθ2)≦100を満足する
ように入射角9□、θ2を設定した光投射手段と: 各入射角θ8.θ2の入射光束にそれぞれ対応する正反
射強度および全反射量を検出する第1の光検出手段と; 各入射光束の一部を取出して各入射光強度に比例する光
強度を検出する第2の光検出手段と:前記各党検出手段
の出力に基いて各入射光束に対応する入射光強度信号、
正反射強度信号、および全反射量信号をめる信号処理装
置と:正反射強度信号を対応する入射光強度信号もしく
は全反射量信号で除算するとともに、全反射量信号を対
応する入射光強度信号で除算する除算器と; 前記除算器の出力から、振幅情報と傾斜角情報もしくは
周波数情報と表面付着物に関する情報とを演算出力する
演算出力装置とを有してなることを特徴とする表面性状
測定装置。
(2) In a device that obtains amplitude information and tilt angle information or frequency information of a surface profile of a surface to be measured from the intensity of reflected light obtained by projecting a light beam of the same wavelength onto the surface to be measured at two different incident angles. , the wavelength of the light beam is λ, the dispersion of the height distribution of the surface profile of the surface to be measured is σ, and the above 2
A light projection means in which the incident angles 9□, θ2 are set to satisfy (4πσ/λ・cosθ,)≦4 10≦(4πσ/λ'cosθ2)≦100, where the two incident angles are θ1,02; Incident angle θ8. a first light detection means for detecting specular reflection intensity and total reflection amount corresponding to each incident light flux of θ2; and a second light detection means for extracting a part of each incident light flux and detecting a light intensity proportional to each incident light intensity. and a light detection means: an incident light intensity signal corresponding to each incident light beam based on the output of the respective party detection means;
A signal processing device that receives a specular reflection intensity signal and a total reflection amount signal: divides the specular reflection intensity signal by the corresponding incident light intensity signal or total reflection amount signal, and divides the total reflection amount signal by the corresponding incident light intensity signal. and a calculation output device that calculates and outputs amplitude information, tilt angle information, or frequency information and information regarding surface deposits from the output of the divider. measuring device.
JP59058638A 1984-03-27 1984-03-27 Measuring instrument for surface property Granted JPS60201204A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59058638A JPS60201204A (en) 1984-03-27 1984-03-27 Measuring instrument for surface property

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59058638A JPS60201204A (en) 1984-03-27 1984-03-27 Measuring instrument for surface property

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60201204A true JPS60201204A (en) 1985-10-11
JPH0434682B2 JPH0434682B2 (en) 1992-06-08

Family

ID=13090121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59058638A Granted JPS60201204A (en) 1984-03-27 1984-03-27 Measuring instrument for surface property

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60201204A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5240629A (en) * 1975-09-26 1977-03-29 Whitin Machine Works Bobbin handling apparatus and instrument
JPS5332828A (en) * 1976-09-08 1978-03-28 Osaka Seikou Kk Method and device for disposing of iron metallurgy dross
JPS54143828U (en) * 1978-03-31 1979-10-05

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5240629A (en) * 1975-09-26 1977-03-29 Whitin Machine Works Bobbin handling apparatus and instrument
JPS5332828A (en) * 1976-09-08 1978-03-28 Osaka Seikou Kk Method and device for disposing of iron metallurgy dross
JPS54143828U (en) * 1978-03-31 1979-10-05

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0434682B2 (en) 1992-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7892855B2 (en) Surface plasmon resonance sensors and methods for detecting samples using the same
US6392756B1 (en) Method and apparatus for optically determining physical parameters of thin films deposited on a complex substrate
US4999014A (en) Method and apparatus for measuring thickness of thin films
US4606641A (en) Apparatus for measuring film thickness
CN110470231B (en) Transparent object thickness laser measurement method and system
JP2637820B2 (en) Optical film thickness measuring device
JP3366993B2 (en) Apparatus for detecting collimation state and angle of light beam and method for detecting focal position
CN104833433B (en) A kind of system and method for the system and method for detecting phase and detection refractive index
US6417924B1 (en) Surface plasmon sensor obtaining total reflection break angle based on difference from critical angle
JPH06317408A (en) Determination of characteristic value of transparent layer using polarization analysis method
US4647205A (en) Method and interferometer for the measurement of short distances
JPS60201204A (en) Measuring instrument for surface property
WO2019176938A1 (en) Wavelength detection device and confocal measurement device
TW201305530A (en) Measurement method of small angle and small displacement and the device thereof
US9019484B2 (en) Combining normal-incidence reflectance and transmittance with non-normal-incidence reflectance for model-free characterization of single-layer films
KR101063753B1 (en) Method for measuring characteristics of thin film formed on substrate with textured surface and spectro reflectometer using the same
JPH04313007A (en) Film inspecting device
JP2003139511A (en) Interference fringe analyzing method for surface shape measurement and thickness ununiformity measurement of transparent parallel flat plate
JPH09178669A (en) Surface inspection device
KR100277075B1 (en) Method of measuring surface roughness of steel sheet having periodic surface roughness by electric discharge processing roll
JP2842241B2 (en) Film thickness measurement method
JP2522480B2 (en) Refractive index measurement method
JPH06281418A (en) Optical thickness measuring method of plate-shaped transparent body having ruggedness
JPH049704A (en) Optical interference film thickness measuring apparatus
Hane et al. Tilt-insensitive film thickness measurement using a double twin-path interferometer