JPS6098305A - 構造部材表面の検査法および装置 - Google Patents

構造部材表面の検査法および装置

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JPS6098305A
JPS6098305A JP21407684A JP21407684A JPS6098305A JP S6098305 A JPS6098305 A JP S6098305A JP 21407684 A JP21407684 A JP 21407684A JP 21407684 A JP21407684 A JP 21407684A JP S6098305 A JPS6098305 A JP S6098305A
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light
lens system
detector array
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JP21407684A
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ライナー.ブロドマン
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Optische Werke G Rodenstock
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    • 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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〕 本発明は、楼換表面に光束を照射し、反射光を測定して
表面構造を決定する形式の、構造部材表面の検知法およ
び装置に関する。
(従来の技術) この種の方法および装置は、ドイツ連邦共和国特許M2
β13,97B号、ドイツ連邦共和国特許公開第2,8
20910号または公開第3ρ37,622号から公知
である。
ドイツ連邦共和国特許第2ρ13,978号に記載の装
置は、光を反射する、特に、帯状またはリボン状の工作
物の表面品質、即ち、表面欠陥(例えば・掻き傷、et
c−)の有無の監視に使用する。この場合、工作物に光
を照射し、1つの実施例では、複数の検知器で反射光を
測定する。評価回路によって、検知器の出力信号から積
換表面の欠陥に関する情報を得る。
表面構造、特に、荒さを測定する方法および装置は、上
述のドイツ連邦共和国特許公開第2,820910号お
よび第3.037β22号力)ら公知である。この方法
および装置の場合、積換表面を光束で走査する。検知器
アレー(例えば、ダイオードセル)によって、理想表面
の反射角度に刻する反射光の角度分布を測定し、この角
度分布から表面構造(ドイツ連邦共和国特許公開第3,
037.fi22号の場合は、特に、荒さのq1性積分
量)をめる。
(発明が解決しようとする問題点) 上述の公報に記載の方法および装置は、何れも、補助手
段を使用しなけnば、積換表面の幾何学的形状に測定信
号を正確に関連させることができない。帯状またはリボ
ン状工作物の(暗に一定と仮定した)送シにもとづき送
り方向に対して直角な特定の表面部分に測定信号を関連
させることを試みているが(ド・rソ連邦共和国特許第
21313978号)、おるいは・この種の関連づけに
ついては全く言及してない(ドイツ連邦共和国特許公開
第2,820゜−910号および第3/J37β22号
)。
木登用の日I!l/1は、ネ)う称表面の蒔定節囲f泪
11定結果を簡単に関連づけ得るよう、構造部材表面の
検を方法および装置を改良することにある。
(問題を解決するための手段) この目的は、本発明にもとづき、特許請求の範囲第1項
および第3項の特徴部分に記載の構成要件によって達成
される。
本発明にもとづき、検知器アレーで受信した測定信号を
積換表面の始端または終端の識別信号としても使用し、
上記信号によって測定操作を制御する。従って、測定値
受信プロセスと積換表面の供給プロセスまたは走査プロ
セスとを同期させる必要はない。表面から反射さnた光
の強度を表面の幾何学的形状に関連づけることによって
、常に、例えば、表面欠陥の位はを知ることができる。
本発明に係るこの基本的考え方によって、特に、構造部
材の連続検査が可能である。構造部材は、例えば、順次
に測定光束内を通過させる。被検17ff造部材および
積換表面の幾何学的形状に関連づける際、反射光の強度
から、植換表面の始端または終端を確認でき、従って、
この場合も、測定値受信プロセスと供給プロセスとを同
期させる必要はない。従って、測定装置の位置が幾分不
正確であっても且つまた不規則な間隔でも積換構造部材
を供給することができる。
特許請求の範囲第5項および第6項に、検知器アレーの
検知器の出力信号から、測定光束内への植換表面の供給
を決定できる強度信号を得る方式を示した。
この場合、特許請求の範囲第7項にもとづき、検知器を
ホトダイオードとして構成すれは有利である。
特許請求の範囲第8項に開示の、構造部材の連続的供給
方式は、送り方向に対して直角な方向の植換表面の方法
が、極めて小さく、測定光束の径にほぼ対応い従って1
測定光束が、送り方向に対して直角でない方向へ植換表
面を走査しなければならない場合に、特に好適である。
この場合、表面から反射された光の、送り方向に直角な
方向の角度分布を測定する線形の検知器アレー、即ち、
−列の検知器を使用できる。
供給装置によって光束の範囲に順次に送らnる構造部材
を連続的に検査する場合、表面構造の測定(特に、荒さ
の測定)tc使用する装置が大きな焦点深度を有してい
れば、特に有利である。何故ならば、この場合、装置の
センサから植換表面までの距離の変動を許容できるから
である。特許請求の範囲第9項および第10項に、焦点
深夏の大きい2つの装置を開示した。
図示の実施例を参照して以下に本発明の詳細な説明する
■ (実施例) 第1図に、構造部材の連萩検査装置の略図を示した。積
換構造部材x、i’、r・・・・・・は、光学式表面検
査装置のセンサ3に構造部材を送る供給装置2上にある
。センサ3は、積換構造部材に光束4を照射し、検知器
アレーによって、反射光の分布を測定する(第3.4図
参照)。評価回路(図示せず)によって、反射光の分布
から表面構造に関する情報を得る。
センサ3は、植換表面をX方向およびX方向へ走査でき
る。この場合、検査中の構造部材は停止させる。植換表
面の走査中、センサに対して構造部材1を移動すること
もできる。
しかしながら、植換表面のX方向の長さが、植換表面に
照射さnfc光束の径にほぼ等しい場合は、供給装置2
によってセンサ3の下方を積換構造部材Ll’、1’を
連続的に通過させることができる。
第2図に、連続的に送シなから植換表面の検査を行う積
換部材10例を示した。
第2a図に、供給装置(図示せず)上にあるテープレコ
ーダ用トーンヘッドの複数のヘッド半部を示した。
最新のトーンヘッドの間隙中は151Lrn である。
間隙6を限定する双方の面5,5′は、特に正確に加ニ
レなければならない。何故ならば、表面荒さに帰因する
間隔の変化は、間隙中の]0チ以下でなければならない
からである。
更に、テープに直接に接触するトーンヘッド表面にも関
度の要求が課せられる。何故ならば、表面荒さが太きす
ぎると、音響品質お\ よびテープの摩耗に不利な影響が現nるからでおる。従
つで、olt徳よりも小さい表面荒さを目標とする。
図示の実施例の場合、間隙を限定する間隙面の寸法は、
約Ofi>’0.8 g+であり、光学式荒さ測定装置
の測定スポットの径は0.3悶である。
第26図に、<ilF II’9せるl・−ンヘッド半
部がセンサの下方の通過する際にセンナの出力信号とし
て得られる強度曲線を示した。同期回路(図示せず)が
、反射光の強度を評価し、研会せるトーンヘッド半部5
,5′に対応する強度ピークが覗、れた場合に限り評価
回路がセ/す下方を通過する表面の荒さ特性値をめるよ
う、評価回路を制御する。かくして、反射光の強度に対
応する信号によって、本来の測定操作が制御される。
評価回路および同期回路は、任意の態様(例えば、固定
配線した論理回路)に構成できる。経過プログラムにも
とづき評価回路の機能も同期回路の機能も果すマイクロ
コンピュータを使用すれば、特に有利である。
第3図に、大きな焦点深度を有し、従って、積換表面の
2軸方向の大きな位置変動を許容できるセンサの構造を
示した。模式的に示したこのセンサは、光源7、コリメ
ータ8、測定用対物レンズ9およびダイオードセル10
を有する。
積換表面には、測定用対物レンズ9の焦点距離5にほぼ
等しい距離だけセンサ、即ち、測定用対物レンズ9の前
部主要面から離れている。
光源7(例えば、レーザダイオード)から出た光は、コ
リメータ8によって平行化され、測定用対物レンズ9の
光軸12外で上記レンズに入射する。平行光束は、測定
用対物レンズ9によって試料表面ll上に集光される。
いわゆる視射角に対して表面4の荒さに対応する角度分
布を有する反射光束は、同じく、測定用対物レンズ9を
通シ、上記レンズによって平行化される。この′平行光
束は、測定用対物レンズの後部焦点面に位置し軸線が紙
面に垂直をなすダイオードセル5に入射する。
試料から同一角度で散乱された光束は、上記角度に一義
的に関連するダイオードセル上の個所に入射する。ダイ
オードセルは、測定用対物レンズの焦点面にあるので、
“測定用対物レンズ9/試料表面11″間の距離が太き
く変化しても、特定の角度(立体角)で反射された光と
ダイメートセル10の各ダイオードとの間の関係は、実
際上、変化しない。
換言すれば、測定用対物レンズ9とダイオードセル10
とは、フーリエ系を形成する。
±30% 以下の距離変化は、表面構造の測定に有意な
影−9を与えないと云うことが、実験から判った。
試料表面上の光点の径は、通常、2順である。しかしな
がら、第3図に示したセンサの特殊性(反射角匹とダイ
オードセルの測定素子(ダイオード)とが厳密に関連づ
けられると云う性質)にもとづき、光点径は広い範囲に
変更することができる。例えば、コリメータの焦点距離
を5〜30關の範囲で変更することによっておよびまた
は光源70種類を変更することによって、光点径を5a
〜4−の範囲で変化させて、極めて小さい測定対象も比
較的大きい測定対象も処理することができる。
この操作は、コリメータ8と測定用対物レンズ9との間
の光路がテレセンドリンクであることによって、可能で
ある。
光源としては、レーザダイオード、発光ダイオード、白
熱電球などを使用できる。更に・光源7およびコリメー
タ8の代わりにレーザを使用することもできる。
もちろん、同視範囲外の光も使用できる。
更に、ダイオードセル10は、検知器パネル(例えば、
ダイオードパネル、ホトトランジスタパネル)であって
よい。この種の光検知器パネルを使用す7′Lば、広い
面積の散乱光分布を即座tこ測定できる。更に、列に配
置した検知器プレーを使用した場合、上記アレーを回転
して広い面積の散乱光分布を測定できる。
第4図に、焦点深匠が大きいので本発明に係る装置に特
に有利に使用できる別のセンサを示した。
光源7の光は、レンズ13によって、測定用対物レンズ
9の後部焦点に集光され、(測定用対物レンズによって
)平行化され、積換表面にほぼ垂直に入射する。
特定の角度分布で散乱反射された光は、同じく、測定用
対物レンズ9を通り、ハーフミラ−14によって方向変
更さfしてダイオードセル10に入射する。ダイオード
セル10は、測定用対物レンズ9の焦点距離f・に対応
する距離だけ上記レンズ力・ら離nている。従って、ダ
イオードセルlOと測定用対物レンズ9は、同じく、フ
ーリエ系を形成する。
従って、特定角度で散乱反射される光とダイオードセル
上の上記光の位置との間に一義的な角度/距離関連性が
得らnる。この一義的な関連性は、被検異面11と測定
用対物レンズ9との間の距離が比較的大きく変化しても
、保持さ几る。
第3図のセンサの場合と同様、このセンサの場合も、別
種の光源7を使用でき、おるいは、ダイオードセルの代
わりに検知器パネルを使用できる。
設計データおよび使用光源を変更することによって、1
叫未満から10間までの範囲の光点径を作成できる。
(作 用) 表面構造(’tゲに、荒さ)の特性量を得るため、ダイ
オードセルまたは検知器パネルの出力信号を任意の態様
で評価できる。特に、荒さの積分特性値を与える評価回
路(例えば、ドイツ連邦共第11国特許公開第3ρ37
β22号に記載の如き回路)を使用できる。上記公報で
は、荒さの特性量をめるため、下式にもとづき、測定素
子の出力信号を評価回路により評価する。
Sx−Σ 1w+ wlx−plj x=1または2(
a)!=1 W=Σw+pI(b) 1=1 pI= D1gl/Σl)Igl (e)1=1 ここで、 wi:当該の測定素子で検知した散乱光の角度 n:評価に利用した検知器(ダイオード)の数 i:数値pl、wlの平均値 p+:(c1式により正規化した測定信号D1gI=測
定信号D1の補正係数 もちろん、別の方法で検知器アレーの出方信号を評価し
て荒さをめることもできる。
更に、場合によっては、別の構造の光学式検知機構の出
力信号を評価して、表面を特徴づける別の量をめること
もできる。例えば、構造部材の連続検査において、ドイ
ツ連邦共和国特許第2,613,978号と同様の方法
で表面欠陥を検知することもできる。
(発明の効果) 光を使用して構造部材の表面を非接融方式で検査する方
法および装置を記述した。本発明に係る方法および本発
明に係る装置は、反射光を表面検査に利用するのみなら
ず、被検表面の始端分よび終端の検知にも使用し、反射
光の強度に対応する信号で測定操作を制御することを特
徴とす。
【図面の簡単な説明】
第1図は、構造部材の連続検査装置の略図、第2a図及
び第2b図は、植換t4’を造部材の幾何学的形状と強
度信号との関係を示す図、第3図は、センサの構造を示
す図、第4図は、別のセンサの構造を示す図である。 1・・・構造部材、2・・・供給装置、3・・・センサ
、4・・・光束。 %f’Ftt[j人 オフライツシエ、ウエルケ、ゲー
、ローデンスドック1、−’−’ 代理人 押 1) 良 久、 ′、゛pj第2b図 +−一 0mm 、11 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)積換表面に光束を照掬し、反射光を測定して表面構
    造を決定する形式の、構造部材表面の検査法において、
    積換表面の始端および終端の検知のために反射光を使用
    し、強度信号で測定操作を制御することを特徴とする方
    法。 2)連続検査のため、光束の範囲に構造部材を順次に導
    入することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方
    法。 3)測定光束(4)で積換表面(5,5’;11)を走
    食し、表面において反射された光の1次元または2次元
    強度分布を検知器アレーαQで測定し、評価回路により
    上記分布から表面構造の特性量をめる形式の、構造部材
    (1)の表面の検丘装置において、同期回路が、検知器
    アレー〇〇(第 2頁) 部材(1)の幾何学的形状に関連する峰時的強匹変化に
    対応して測定操作を制御することを特徴とする装置。 4)構造部材の連続検査のために、供給装置が、光束(
    4)の範囲に構造部材を順次に送ることを特徴とする特
    許請求の範囲第3項記載の装置。 5)経時的強度変化をめるために、同期回路が、検知器
    アレーα0のすべての検知器の出力信号を加算すること
    を特徴とする特許請求の範囲第3項または第4項記載の
    装置。 6)経時的強度変化をめるために、同期回路が・中央の
    検知器の出力信号を利用することを特徴とする特許 は第4項記載の装置。 7)検知器アレー01の検知器がホトダイオードでおる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第3〜6項のいずrし
    か1つに記載の方法。 8)構造部材(1)の連続検量の場合、供給装的に送る
    ことを特徴とする特許請求の範囲第3〜7項のいずれか
    1つに記載の装置。 9)結像レンズ系の焦点距離(f)にほぼ等しい距離だ
    け積換表面から離れた結像レンズ系(9〕が、平行光束
    を表面(11)上に集光し、集光された光束の軸線が、
    表面の法線に対してゼロ以外の角度をなし、レンズ系(
    9ンが、レンズ系(9)の焦点距離(f)にほぼ等しい
    距離だけレンズ系から離れた検知器アレー(IQ上に、
    表面(11)から反射された光束を結像することを特徴
    とする特許請求の範囲第3〜8項のいずれか1つに記載
    の装置。 10)レンズ系(9膜” %被検表面(11)には1丁
    垂直に平行光束を照射し、レンズ系(9)の焦点距離(
    f)にほぼ等しい距離だけレンズ系(9)から離れた検
    知器アレー←Q上に分光器(14)を介して反末光束を
    集光することを特徴とする特許請求の範囲第3〜8項の
    いずnか1つに記載の装置。
JP21407684A 1983-10-14 1984-10-12 構造部材表面の検査法および装置 Pending JPS6098305A (ja)

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DE19833337468 DE3337468A1 (de) 1983-10-14 1983-10-14 Verfahren und vorrichtung zur pruefung der oberflaeche von bauteilen
DE3337468.6 1983-10-14

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