JPS6029062B2 - 物体の表面欠陥検出方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、物体の表面欠陥検出方法とその装置、詳し
くは主に金属加工物の表面キズ等の欠陥を、光電子増倍
管等により光電変換し、電気信号として検出する方法と
その装置に関する。

技術的背景 従来この種の方法は、第１図に示す如く、光源１と集光
レンズ２とからなる照明光学系で、例えば円筒状の被検
物Ｗの表面を均一に照明し、ハ−フミラー３、結像レン
ズ４、集光レンズ７等の結像光学系をもって被検物Ｗの
実像を光電子増倍管８等の光電変換手段の前面に結像す
べ〈すると共に、結像光学系中に配置した固定スリット
５、回転スリット６等からなる走査機構により固定スリ
ット５を通過した実像Ｗ′を走査して、その光を光電子
増倍管８に入射せしめて電気信号に変換し、第３図に示
す如く、光電子増情管８の出力を増中器９で増中した電
気信号Ａと、スレッシュホールドレベル設定器１０の設
定信号Ｂとを比較器１１で比較して、その信号Ｃをフリ
ップフロップ回路１２等を介して判定し欠陥の有無を検
出している。

固定スリット５は第２図ａに示す如く、その閉口を紬線
状として、被検物が円筒状のときはその紬線状閉口を円
筒の軸方向に対し光学的に平行に配置して、第２図ｃに
示す如く余分な光が除かれた被検物の細線状実像Ｗ′を
光電子増倍管８の前面に結像すべくなし、これを第２図
ｂの如く放射方向に複数の閉口を設けて固定スリット５
に重ね両閉口がクロスするように配置した回転スリット
６にて第２図ｃに示す如く走査し、固定スリット５と回
転スリット６とを通ったスポット状の光を集光レンズ７
を介して光電子増倍管８に入射し光電変換するのである
。

そしてその信号波形Ａと、スレッシュホールドレベルの
設定信号Ｂとが比較器１１で比較されることになる。と
ころが被検物Ｗは、そのロット毎に、或いは研磨機等に
おける砥石のドレス、交換等により、その表面の明暗状
況が第４図ａ，ｂ，ｃに示す如く変化することがある。
すなわちＷａは両端部が暗く、中央部が明るい被検物を
示し、このときの電気信号波形Ａは同図ａの池の如くな
り、Ｗｂは前記とは反対に、中央部が暗く両端部が明る
い場合で、その電気信号波形は価の如くなる。また一端
部が暗く、他端に行くに従って明るくなる被検物Ｗｃの
ときは、Ａｃに示す如き電気信号波形となる。このよう
な現象は、前記ロット間の差、砥石の交換、ドレス等に
よる被検物の表面アラサ等のバラッキ、すなわち表面状
態の変化、或いは照明系、結像系等の光学系の微妙な変
化等によっても起るものであって、前記信号波形が必ず
しも水平にならなくても表面欠陥があるとは限らず、も
し表面欠陥があるときは、例えば第５図の信号Ａの如く
波形に突然の乱れがあり、これが欠陥信号ＡＬ，，ＡＬ
である。

しかし設定器１０によるスレッシュホールドレベルをＢ
に定めると、前記欠陥信号ＡＬ，は比較器１ １により
検出されて第５図ｂの信号Ｃの如くフリップフロップ回
路１２に入力されるが、欠陥信号ＡＬ２を比較器１ １
で検出することができない。すなわちＡＬの欠陥信号は
、表面欠陥が相当に大きい（深い）場合に現われ、ＡＬ
２の欠陥信号は表面欠陥が極く微細な場合であり、従来
の方法ではこのような欠陥を精度よく検出することがで
きなかった。以上のような欠点を解消するものとして、
被検物一個に対する一走査当りの電気信号波形を複数分
割して、その各分割区分に対応する基準信号と比較する
ことが考えられる。

第６図はそのような場合の具体的信号処理回路の一例を
示すブロック図、第７図はそのタイムチャートを示して
いる。すなわち被検物Ｗの実像Ｗ′を走査するに当り、
その信号波形Ａをｎ分割（第６，７図の場合４分割）し
、その分割数だけ設定器１０，，１０２・・…・１０４
、比較器１１，，１１２，・・・・・・１１４、および
アンド回路１３，，１３２，・・・・・・，１３４を設
ける。また一走査当りの信号波形Ａの同期信号Ｗｓに同
期して一走査当りの信号波形Ａをｎ分割するためのゲー
ト信号Ｔ，，Ｔ２・・・・・・Ｔ４を作ってアンド回路
１３，，３１３２，・・・・・・１３４を各入力とする
ように構成し、設定器１０，，１０２，・・…・１０４
は、欠陥のない被検物表面により作られる電気信号波
形の波高波に応じたスレッシュホールドレベルＢ，，Ｂ
，…・・・Ｂ４を設定する。すなわち設定器１０．で設
定されたスレツシュホールドレベルＢを比較器１１，に
入れ、増中器９を経て比較器１１．に入った電気信号波
形Ａと比較して検出信号Ｃ４をアンド回路１３，に送る
。アンド回路１３，は、同期信号Ｗｓをｎ分割した１番
目のゲート信号Ｔ，により作動してその出力をオア回路
１４に入れる。同様に、設定器１０２ により設定した
スレッシュホールドレベル弦と電気信号波形Ａとを比較
器１１２ によって検出した検出信号Ｃ２は、２番目の
ゲート信号Ｔ２により作動するァンド回路１３２ によ
り規制され、その信号がオア回路１４に入る。

以下同様に、設定器１０３ で設定したスレッシュホー
ルドレベル＆と電気信号波形Ａとを比較器１ １３ で
比較し、その検出信号Ｃ３とゲート信号Ｔ３をアンド回
路１３４ に入れ、その出力をオア回路１４に入れる。

設定器１０４ で設定したスレツシュホールドレベルＢ
４と電気信号波形Ａとの比較検出信号Ｃ４も同じくゲー
ト信号Ｔ４で規制するアンド回路１ ３４を経てオア回
路１４に入れる。以上の如くゲート信号Ｔ，〜Ｌと比較
器１ １，〜１ １４ の検出信号Ｃ，〜Ｃ４とのアン
ドをとり、個々の信号について欠陥の有無を調べるわけ
であった、設定器１０，〜１０４ で設定した各スレッ
シュホールドレベルＢ〜Ｂ４は、ゲート信号Ｔ，〜ｔに
よって第７図に示す如くゲート信号Ｔ，〜Ｔ４にそれぞ
れ対応する部分（大綾で示す部分）が有効なスレツシュ
ホールドレベルＢＬ，ＢＬ，＆Ｌ，耳Ｌとなる。

そして各アンド回路１３，，１３４ の出力信号のオア
回路１４でとってフリツプフロツプ回路１２に出力する
。

すなわち有効な各スレッシュホールドレベルＢ，Ｌ，Ｂ
山で欠陥の有無を検出してフリップフロップ回路１２に
出力し記憶することになる。以上により例えば第５図ａ
のＡＬ２で示すような欠陥信号も極めて精度よく検出で
きるわけであるが、ゲート信号Ｔ，〜Ｔ４・・・・・・
Ｔｎによる一走査当りの電気信号波形Ａの分割数が多い
程、スレッシュホールドレベルＢ〜＆……Ｂｎによる波
形修正のための追従性、すなわち検出精度が向上し、分
割数は回路素子の周波数特性が許す限り多くできる。

第８図は第６図の回路と同様の機能を持つ検出回路のブ
ロック図であって、この場合、前記と同様の複数のスレ
ツシュホールドレベルＢ，，＆…・・・Ｂｎとゲート信
号Ｔ，，Ｔ２・・・・・・Ｔｎを作り、これをアナログ
マルチプレクサー１５に入力し、その出力信号Ｄと、光
電子増情管８、増中器９を経た電気信号波形Ａとを比較
器１１で比較し、その出力信号をフリツプフロップ回路
１２に記憶する。

すなわちアナログマルチプレクサー１５にて階段波を作
り出し、これを比較器１ １の比較入力として欠陥信号
を検出するものである。さらに第９図は、アナログマル
チプレクサ−Ｉ５の出力信号Ｄ（階段波）と増中器９の
出力Ａ（一走査当りの電気信号波形）とを割算機１６に
入力してその出力信号Ｄ′と一定値Ｅとを比較器１１に
入れ欠陥信号を検出するもので、この場合も第８図と同
じ作用効果をもつ。

解決しようとする問題点 ところで以上の検出方法によれば、平坦でない信号波形
Ａから欠陥を検出する目的を達成することはできるが、
これを実際の生産ラインに設置するときは、なお実用上
にいくつかの問題点が生ずる。

すなわち、この種の装置は、一般的には研磨機械の次段
工程として設置されるが、ロット変更、砥石のドレス或
いは交換等による被検物表面状態の既述したような不連
続的な変化による電気信号波形の不連続的変化（例えば
第４図の舷→Ａｂの変化、Ａｂ→Ａｃの変化等）とか、
同一ロット内、或いは砥石のドレス、交換後の研削個数
による連続的な表面状態の変化による電気信号波形の連
続的な変化（例えば、Ａａの信号が研削個数の増加にし
たがって次第に変化して行くような場合）があり、前記
装置は、このような段階的不連続的変化、或いは連続的
変化によ追従することができない。

従ってこのような場合、作業者が常に（いまいま）信号
波形を観測しながら適当な時期にスレッシュホールドレ
ベル等の設定値を再調整する必要がある。しかしながら
この再調整のためには、波形観測を頻繁に、または常時
行う必要があり、再設定を効果的に行うには経験による
ところが大きく、作業者の熟練を必要とする等、実質的
に省力化の効果が低い。

目的 この発明は前記問題点を解消し得る物体の表面欠陥検出
方法とその装置を提供することを目的とする。

構成 そこでこの発明では、被検物の表面を照射し、その反射
光を電気信号に変換し、その電気信号波形より物体の表
面欠陥を検出する方法において、被検物一個に対する一
走査当りの電気信号波形を複数分割し、複数個の被検物
より検出した電気信号波形を平均化および分割して得た
前記各分割部分に対応する複数の設定信号と、前記分割
された波形の対応する部分とを比較して欠陥を検出する
検出方法が探られる。

また装置としては、固定スリットで制限された被検物の
実像を走査して電気信号に変換し、その電気信号波形に
より物体の表面欠陥を検出する装置において、前記電気
信号波形を複数に分割する分割手段と、該分割数と同数
で、複数個の被検物より検出した各同一分割区分に対応
する電気信号波形どうしを平均化して前記分割部分に対
応する複数の設定信号を設定する複数の設定器と、分割
された電気信号波形の各部分と、それに対応する設定器
の出力とを比較する比較器とが備えられる。実施例 第１０図以下に示されるこの発明の−実施例について説
明すれば、第１０図は電気回路のブロック結線図であっ
て、複数のそれぞれ異なったスレッシュホールドレベル
を設定するための設定器ｌｏ，〜１０ｎ、同数の比較器
１１，〜１１ｎ、アンド回路１ ３，〜１ ３ｎ、 ゲ
ート信号Ｔ，〜Ｔｎを有し、前記と同様にゲート信号Ｔ
．〜Ｔｎで規制される個々の信号について一走査当りの
電気信号波形における欠陥信号の有無を検出するわけで
あって、光電子増倍管８により光電変換し、増中器９で
増中した電気信号が、比較器１ １，〜１１ｎに入るが
、その一方で該電気信号を、ローパスフィルター１７を
経てＡＤ変換器１８に導く。

ＡＤ変換器１８は、マイクロプロセッサー１９の指示に
よりＡＤ変換を行い、その信号をマイクロプロセッサー
１９に入力する。マイクロプロセッサー１９では、回転
スリットの同期信号Ｒｓと呼応してローパスフィルター
１７の電気信号波形を第１１図に示す如くｎ分割し、そ
の各々の値を記憶するが、これは被検物の同期信号Ｗｓ
と呼応して、１個の被検物について数十個以上測定し、
最終的にはそれらの平均値を記憶する。

そしてこの操作を、被検物の加工個数信号Ｎｓにより数
個以上の被検物について行い、すべての平均化を行う。
また、各データに重みづけをし、平均化する場合もある
。そしてその結果により電気信号波形のパターン（例え
ば第４図のＡａ，Ａｂ，Ａｃなど）を調べ、再調整が必
要であればその形に即した設定値に設定器１０，，１０
ｎを再調整する。マイクロプロセッサーでのデータ処理
方法は、第１２図に示す如く、平均すべき被検物の個数
Ｎ分だけのデータが記憶されており、新しい測定データ
入る毎に最も古いデータを捨てる。

そしてその時点のＮ個のデー外こより再設定を行うべき
か杏かを判断し、必要があれば再設定を行う。すなわち
第１２図において、現時点では１〜ＮまでのＮ個のデー
タを記憶して、つぎの被検物Ｎ＋１に対して設定値の再
設定を行うべきか否かを判断し、また新しいデータＮ＋
１が入ると、最初の１のデータをキャンセルし、２から
Ｎ十１までのＮ個のデータについてそのつぎの被検物に
対して設定値の再設定の要否を判断する。電気信号波形
の変化が連続的（同一ロット内の変化率）であれば再設
定の要否の判断は以上の通りでよいが、それが不連続的
、階段的（砥石のドレス、交換等）である場合には状況
が異なってくる。

このようなときには、研削機から砥石の交換、或いはド
レス等を行ったという信号Ｃｓをマイクロプロセッサー
１９に入れる。砥石交換やドレス後の最初の被検物が入
ってくると、それ以前のデータをすべてキャンセルし、
その被検物の波形に即したスレッシュホールドレベルと
ゲート信号の設定を行う（実際にはスレッシュホールド
レベルだけでよい。

）。そしてそれ以降は前記の方法によるが、データがＮ
個に達しないまでの間は、２個、３個……Ｎ−１個のデ
ータの平均をとりながら前記の判断が行われる。一方、
マイクロプロセッサー１川こ記憶された情報と、ある一
定値以上異なったものは不良品と判定してデータに加え
ない場合がある。なお以上の設明は、第６図の電気回路
に、ローパスフィルター、ＡＤ変換器、マイクロプロセ
ッサーを加えたものについて説明したが、これは第８図
、第９図のものについても同様に実施し得ることはいう
までもない。

この発明によれば、物体の表面キズ等を検出する基準信
号は、複数の被検物についての情報を平均して得るから
、キズのないまたは少ない被検物からの情報でキズによ
る情報ノイズが無視できる程度に希釈化され、キズのな
い被検物から得るものに近く、基準信号と各被検物から
の検出信号との各分割区分毎の比較検出方式と相俊って
、従来よりも高精度な検出を行える。

また前記数個以上の被検物についてその情報の平均化を
行なうことにより、スレッシュホールドレベルの再設定
等の操作を自動的に実施することを可能とし、実際の生
産ラインに設置して、生産の合理化、省力化を達成する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は物体の表面欠陥検出装置の構成を示す図、第２
図ａ，ｂ，ｃは固定スリット、および回転スリットとそ
れによる走査機構を示す図、第３図は第１図による電気
信号の処理回路のブロック図、第４図ａ，ｂ，ｃはそれ
ぞれ被検物の表面状態とその検出電気信号波形を例示す
る図、第５図ａ，ｂは第３図の回路による欠陥信号の検
出機構と欠陥信号を示す図、第６図は第１図のものをさ
らに発展させて表面欠陥検出のための基準信号と検出信
号との比較を分割区分毎にする場合を示すフロック図、
第７図はそのタイムチャート、第８図、第９図はそれぞ
れ第６図の検出方式の他の例を示すブロック図、第１０
図はさらに他の実施例のブロック図、第１１図はローバ
スフィルターの出力信号を示す図、第１２図はこの発明
の処理方法の設明図である。 １．．・光源、２…集光レンズ、３・・・ハーフミラー
、４・・・結像レンズ、５・・・固定スリット、６・・
・回転スリット、７…集光レンズ、８・・・光電子増倍
管、９・・・増中器、１０，１０・，１０２・・・・・
・１０ｎ・・・設定器、１１，１１，，１ １２・・・
・・・１ １ｎ・・・比較器、１２・・・フリップフロ
ップ回路、１３，，１３２……１３ｎ・・・アンド回路
、１４…オア回路、１５…アナログマルチプレクサ−、
１６…割算機、１７・・・ローパスフィルタ−、１８・
・・ＡＤ変換器、１９…マイクロプロセッサーＡ，Ａａ
，Ａｂ，Ａｃ・・・電気信号波形、ＡＬ，ＡＬ２・・・
欠陥信号、Ｂ，Ｂ，Ｂ……Ｂｎ…スレツシユホールドレ
ベル、Ｔ．，Ｔ２…・・・Ｔｎ・・・ゲート信号、Ｗ・
・・被検物。 第１図第２図 第３図 第５図 第４図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第一１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検物の表面を照射し、その反射光を電気信号に変
   換し、その電気信号波形より物体の表面欠陥を検出する
   方法において、被検物一個に対する一走査当りの電気信
   号波形を複数分割し、複数個の被検物より検出した電気
   信号波形を平均化および分割して得た前記各分割部分に
   対応する複数の設定信号と、前記分割された波形の対応
   する部分とを比較して欠陥をを検出することを特徴とす
   る物体の表面欠陥検出方法。 ２ 前記複数の設定信号を設定するに当り、それまでに
   検出された複数個の被検物についてのデータを平均化し
   、該平均化されたデータにより前記設定信号の再設定の
   可否を判断することを特徴とする特許請求の範囲１記載
   の検出方法。 ３ 前記データを平均化する工程において、前記複数個
   の被検物より検出して平均化される電気信号波形が非連
   続的に変化したとき、それまでに記憶されたデータをキ
   ヤンセルして、非連続的変化の最初の被検物の電気信号
   波形に合致する前記複数の設定信号を設定することを特
   徴とする特許請求の範囲２記載の検出方法。 ４ 固定スリツトで制限された被検物の実像を走査して
   電気信号に変換し、その電気信号波形により物体の表面
   欠陥を検出する装置であつて、前記電気信号波形を複数
   に分割する分割手段と、該分割数と同数で、複数個の被
   検物より検出した各同一分割区分に対応する電気信号波
   形どうしを平均化して前記分割部分に対応する複数の設
   定信号を設定する複数の設定器と、分割された電気信号
   波形の各部分と、それに対応する設定器の出力とを比較
   する比較器とを備えたことを特徴とする物体の表面欠陥
   検出装置。 ５ 前記電気信号波形を複数に分割してＡＤ変換し、そ
   のデータを記憶して平均化し、一定個数の被検物の平均
   化したデータにより前記各設定器の設定値の再設定の可
   否を判断する回路を備えた特許請求の範囲４記載の検出
   方法。 ６ 前記回路は、前記被検物の電気信号波形が非連続的
   に変化したとき、それまでに記憶したデータをキヤンセ
   ルし、非連続的変化の最初の被検物の電気信号に合致す
   る前記各設定器出力を設定する如く判断するようになさ
   れた特許請求の範囲５記載の検出装置。