JPS6177709A - Surface roughness tester - Google Patents

Surface roughness tester

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JPS6177709A
JPS6177709A JP20004884A JP20004884A JPS6177709A JP S6177709 A JPS6177709 A JP S6177709A JP 20004884 A JP20004884 A JP 20004884A JP 20004884 A JP20004884 A JP 20004884A JP S6177709 A JPS6177709 A JP S6177709A
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surface roughness
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sample
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博史 北島
Maki Yamashita
山下 牧
Nobuo Nakatsuka
中塚 信雄
Koji Morishita
森下 耕次
Tomiyoshi Yoshida
吉田 富省
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Omron Tateisi Electronics Co
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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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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to perform highly sensitive measurement, by providing an operating means, which obtains the surface roughness of a body to be measured, based on contrast data of a contrast operating means and corresponding data of a corresponding data table. CONSTITUTION:A central processing unit (CPU)14 comprises a microprocessor and the like, operates in accordance with algorithm specified by programs in a ROM17, computes the surface roughness of a body to be measured 7 based on the data received by an A/D converter 13, displays the results on a display device 19 and records the results with a plotter 20. Based on the image data including a speckle pattern from the A/D converter 13, at first contrast is computed. In a RAM18, a data table, which shows the corresponding relation of the contrast data of the speckle pattern and the surface roughness data, is formed beforehand. Based on the data table, the surface roughness is obtained from the computed contrast data. Thus the highly sensitive measurement can be performed.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) この発明は、レーザによるコヒーレント光を被測定体(
粗面物体)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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of the Invention) The present invention provides a method for transmitting coherent light from a laser to a measured object (
The present invention relates to a device that measures surface roughness by irradiating the surface of an object (with a rough surface) and using a speckle pattern generated by the diffusely reflected light.

(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(知
られており、例えば特開昭51−124454号公報に
詳細に記述されている。
(Background of the Invention) The measurement principle of this type of surface roughness measuring device has been well known for a long time, and is described in detail in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 51-124454.

しかし、具体化された従来のこの種の表面粗さ計測装置
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(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。
However, the conventional surface roughness measurement device of this type uses a gas laser as a coherent light source and a photomultiplier tube as a photodetector to measure the intensity distribution (contrast) of the speckle pattern. I am using it.

この装置では、ガスレーザ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等の問題が
あった。
Since this device uses a gas laser, it is extremely large and cannot be used in various surface processing sites. Furthermore, in order to measure the intensity distribution of a speckle pattern using a photomultiplier tube, a mechanical scanning mechanism is absolutely necessary, which increases the size of the device and makes it impossible to perform high-speed measurements with mechanical scanning. There were other problems.

(発明の目的) この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その
目的は以下の技術的課題を克服できる表面粗さ計測装置
を提供することにある。
(Objective of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a surface roughness measuring device that can overcome the following technical problems.

まず移動される被測定体表面の粗さを面的に計測するに
際し、被測定体表面を傷(プないこと。
First, when measuring the roughness of the surface of the object to be measured, the surface of the object to be measured must not be scratched.

インプロセス的、準インプロセス的あるいはオンライン
的に粗さ計測でき、被測定体が高速に移動しても測定が
可能であり、特に計測のために加工作業などを中断させ
ないことっ 機械的な操作機構を持たず、小型かつ軽量で操作性が良
いこと。
Roughness can be measured in-process, semi-in-process, or online, and measurement can be performed even when the object to be measured moves at high speed.In particular, it is possible to perform mechanical operations without interrupting machining operations for measurement. It has no mechanism, is small and lightweight, and has good operability.

計測が高感度、高精度かつ高速で行なわれ、極めて高性
能であること。
Measurements must be performed with high sensitivity, high precision, and high speed, with extremely high performance.

機械的、!気的な周囲条件あるいはその他の周囲条件に
対する耐環境性が高いこと。
mechanical,! High environmental resistance against atmospheric or other ambient conditions.

長い寿命を有し、低価格であり、計測動作が安定してい
ること。
It has a long lifespan, is low cost, and has stable measurement operation.

そして被測定体反射光の強度分布の低周波成分が変化し
ても影響を受けずに高精度な測定が可能であること。
Furthermore, highly accurate measurement is possible without being affected even if the low frequency component of the intensity distribution of the reflected light from the object to be measured changes.

(発明の構成と効果) 上記目的を達成するために、この発明に係る表面粗さ計
測装置は、 計測用コヒーレント光を発生する半導体レーザと、 半導体レーザの温度条件を一定に制御するレーザ一度制
御系と、 半導体レーザの発光強度を安定化させる発光強度制御回
路と、 移動される被測定体の表面へ半導体レーザのコヒーレン
ト光を照射する光学系と、 被測定体の表面における拡散反射で生ずるスペックルパ
ターンの変化を電気信号に変換する自己走査形固体撮像
素子と、 自己走査形固体la@素子の電気信号値を所定時間保持
するサンプルアンドホールド回路と、サンプルアンドホ
ールド回路において保持された電気信号値をデジタル量
に変換するアナログ−デジタル変換器と、 アナログ−デジタル変換器と中央処理装置とのインター
フェースをとるI/Oポートと、サンプルアンドホール
ド回路にタイミング信号を与えるとともにI/Oポート
を介して供給された電気信号値をランダムアクセスメモ
リへ格納するダイレクトメモリアクセスコントローラと
、ランダムアクセスメモリに格納された電気信号値に基
づいてスペックルパターンのコントラストデータを求め
るコントラスト演算手段と、コントラストデータと表面
粗さデータとの対応データが格納された対応データテー
ブルと、コントラスト演算手段のコントラストデータお
よび対応データテーブルの対応データに基づき被測定体
表面の粗さを求める表面粗ざ演痺手段と、を有すること
を特徴とする。
(Structure and Effects of the Invention) In order to achieve the above object, the surface roughness measuring device according to the present invention includes a semiconductor laser that generates coherent light for measurement, and a laser single-time control that controls the temperature condition of the semiconductor laser to be constant. system, an emission intensity control circuit that stabilizes the emission intensity of the semiconductor laser, an optical system that irradiates the coherent light of the semiconductor laser onto the surface of the object to be measured, and specs caused by diffuse reflection on the surface of the object to be measured. A self-scanning solid-state image sensor that converts changes in the LA element into an electrical signal, a sample-and-hold circuit that holds the electrical signal value of the self-scanning solid-state LA element for a predetermined period of time, and an electrical signal held in the sample-and-hold circuit. an analog-to-digital converter that converts the value into a digital quantity; an I/O port that interfaces the analog-to-digital converter with the central processing unit; and an I/O port that provides timing signals to the sample-and-hold circuit. a direct memory access controller that stores electrical signal values supplied to the random access memory in a random access memory; a contrast calculation means that calculates contrast data of a speckle pattern based on the electrical signal values stored in the random access memory; It has a corresponding data table storing data corresponding to the roughness data, and a surface roughness simulation means for calculating the roughness of the surface of the object to be measured based on the contrast data of the contrast calculation means and the corresponding data of the corresponding data table. It is characterized by

この発明によれば、以下の多くの効果が表面粗さ計測装
置において得ることが可能となる。
According to the present invention, many of the following effects can be obtained in the surface roughness measuring device.

まず、レーザスペックルが粗さ測定に利用され 7てい
るので、次の効果が得られる。
First, since laser speckle is used for roughness measurement, the following effects can be obtained.

一般の接針法では線に沿った粗さ測定が行われるのに対
し、而についての計測が可能となる。
In contrast to the general proximal method, which measures roughness along a line, it is now possible to measure roughness along a line.

粗さ測定のために被測定体表面に計測部材が接しないの
で、被測定体表面を傷けることはない。
Since the measuring member does not come into contact with the surface of the object to be measured for roughness measurement, the surface of the object to be measured will not be damaged.

光の干渉現象を利用しているので、波長オーダーで計測
でき、このため高感度な計測が可能となる。
Since it utilizes the interference phenomenon of light, it can be measured on the order of wavelengths, making it possible to perform highly sensitive measurements.

多量なデータの統計演算処理を行なうことにより高精度
な計測が可能となる。
Highly accurate measurement becomes possible by performing statistical calculation processing on a large amount of data.

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
、インプロセス計測、準インプロセス計測、あるいはオ
ンライン計測が可能となり、その測定は被測定体が高速
移動しても可能となる。
In-process measurement, semi-in-process measurement, or online measurement can be performed at metal processing sites and various surface treatment sites such as painting, and the measurement can be performed even when the object to be measured moves at high speed.

探傷センサとしても使用することが可能であり、従って
その応用分野が極めて広い。
It can also be used as a flaw detection sensor, so its application fields are extremely wide.

また移動される被測定体表面が測定の対象とされたので
、次の効果を得ることが可能である。
Furthermore, since the surface of the object to be measured that is being moved is the object of measurement, the following effects can be obtained.

例えばホーニング加工の現場において、その加工作業を
中断することなく測定を行なうことが可能となる。
For example, at a honing site, it becomes possible to perform measurements without interrupting the machining operation.

CODなどの自己走査形固体踏像素子を使用できるので
、機械的な走査機構は全く不要で完全静止型とすること
が可能となる。このため機械的可動部の故障がなく、さ
らに小型I’ll化により現場における操作性を向上で
き、そして高速なデータ取込みが可能となるとともに装
置の低価格化を図ることが可能となる。
Since a self-scanning solid-state image device such as a COD can be used, a mechanical scanning mechanism is not required at all and a completely stationary type can be used. Therefore, there is no failure of mechanical movable parts, and furthermore, by making the device smaller, operability on site can be improved, high-speed data acquisition becomes possible, and the cost of the device can be reduced.

さらに半導体レーザが使用されるので、次の効果を得る
ことが可能である。
Furthermore, since a semiconductor laser is used, the following effects can be obtained.

装置の小型軽量化を図ることにより操作性を高めること
が可能となり、また装置の低価格化を図ることも可能と
なる。
By making the device smaller and lighter, it becomes possible to improve the operability and also to reduce the cost of the device.

その温度、出力が制御されるので、機械的、電気的その
他の周囲条件に対する耐環境性が高(、このため出力お
よび波長の安定化が可能となり、従って安定した計測が
可能となる。
Since its temperature and output are controlled, it has high environmental resistance against mechanical, electrical, and other ambient conditions (this makes it possible to stabilize the output and wavelength, and therefore enables stable measurements).

また、それらが使用されるので、装置の長寿命化を図る
ことも可能となる。
Moreover, since they are used, it is also possible to extend the life of the device.

そして拡散光を一点で検出することが可能となるので、
次の効果を得ることが可能となる。
And since it becomes possible to detect diffused light at one point,
It becomes possible to obtain the following effects.

入力部の信号処理回路を簡略化でき、このため高速なA
/D変換処理が可能となる。
The signal processing circuit in the input section can be simplified, resulting in high-speed A
/D conversion processing becomes possible.

被測定体の反射光強度分布の低周波成分が変化しても、
その影響を受けずに高精度な測定が可能となる。
Even if the low frequency component of the reflected light intensity distribution of the measured object changes,
Highly accurate measurement is possible without being affected by this.

またDMA方式が採用されているので、高速なデータ取
り込みが可能となるという効果が得られる。
Furthermore, since the DMA method is adopted, it is possible to obtain data at high speed.

さらにマイクロプロセッサシステムを使用できるので、
次の効果を得ることが可能となる。
In addition, microprocessor systems can be used,
It becomes possible to obtain the following effects.

高速なデータ処理が可能であり、またソフトウェアの変
更、追加により新たな機能を付加することが容易である
High-speed data processing is possible, and new functions can be easily added by changing or adding software.

計測時の操作が簡単化され、このため装置の操作性を向
上させることが可能となる。
The operation during measurement is simplified, and it is therefore possible to improve the operability of the device.

出力形態をデジタル、アナログ、シリアル、パラレル、
GB−ISなどから自由に選択でき、外部トリガとの同
期も容易となる。
Output format can be digital, analog, serial, parallel,
It can be freely selected from GB-IS, etc., and synchronization with external triggers is also easy.

また測定結果をアナログなどの信号形式として加工を我
械にフィードバックすることによりその高精度な制御が
可能となる。
In addition, by feeding back the measurement results to the processing machine in the form of an analog signal, it is possible to control the processing with high precision.

ホストコンピュータとの接続によりファクトリ−オート
メーションシステム化を図ることが可能である。
By connecting to a host computer, it is possible to create a factory automation system.

そして本装置はインテリジェントセンサとしても利用す
る゛ことが可能である。
This device can also be used as an intelligent sensor.

(実施例の説明) 第1図はこの考案に係る表面粗さ計測装置の全体的な構
成を示している。この装置では、コヒーレント光の光源
としてレーザダイオード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安定なレーザ発振を行
なわせるための墓麿制御ブロック2に実装されている。
(Description of Embodiments) FIG. 1 shows the overall configuration of a surface roughness measuring device according to this invention. In this device, a laser diode 1 is used as a coherent light source. The laser diode 1 is mounted in a control block 2 for stably performing laser oscillation by keeping temperature conditions constant.

温度制御ブロック2には温度調節回路3によって吸排熱
が制御されるペルチェ素子が設けられており、温度セン
サ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、レーザダイオー
ド1の発光強度を安定化させるために、自動パワー制t
Il(APC)回路5が設けられている。これらにより
、レーザダイオード1からは安定した波長1強度のレー
ザ光が発生する。
The temperature control block 2 is provided with a Peltier element whose heat absorption and exhaustion is controlled by a temperature control circuit 3, and control is applied to keep the ambient temperature of the laser diode 1, which is detected by a temperature sensor 4, constant. In addition, in order to stabilize the emission intensity of the laser diode 1, an automatic power control t
An Il (APC) circuit 5 is provided. As a result, the laser diode 1 generates a stable laser beam with a single wavelength and intensity.

レーザダイオード1からのコヒーレント光はコリメート
レンズ6を介して被測定体7の表面に照射される。その
被測定体7の表面から生じた拡散反射光はスペックルパ
ターンを形成し、その一部は充電変換素子11によって
受光される。
Coherent light from the laser diode 1 is irradiated onto the surface of the object to be measured 7 via the collimating lens 6 . The diffusely reflected light generated from the surface of the object to be measured 7 forms a speckle pattern, a part of which is received by the charge conversion element 11.

この光電変換素子11は一次元のラインセンサあるいは
二次元のエリアセンサと称されるCODやBBDなどの
自己走査形固体踊像素子で欄成されている。そしてこの
光電変換素子11は図示されていない駆動回路により駆
動制御されており、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電気信号を出力する。
The photoelectric conversion element 11 is composed of a self-scanning solid-state image element such as a COD or a BBD, which is called a one-dimensional line sensor or a two-dimensional area sensor. The photoelectric conversion element 11 is driven and controlled by a drive circuit (not shown), and outputs an electric signal corresponding to the intensity distribution of the speckle pattern imaged on its imaging surface.

さらに光電変換素子11の電気信号はサンプルアンドホ
ールド回路12に供給されており、被測・定休7が移動
されると、光電変換素子11からはスペックルパターン
の強度変化に対応した一連の電圧信号が得られる。
Furthermore, the electrical signal of the photoelectric conversion element 11 is supplied to a sample-and-hold circuit 12, and when the measured/fixed holiday 7 is moved, the photoelectric conversion element 11 generates a series of voltage signals corresponding to the intensity changes of the speckle pattern. is obtained.

サンプルアンドホールド回路12に保持されたアナログ
信号(電圧信号)はA/D変換器13に入力され、デジ
タル信号に変換される。つまり、ある時刻においてサン
プルアンドホールド回路12でサンプリングされた受光
強度が所定ビット数(例えば8ビツトないし14ピツト
)のデジタル信号へA/D変換器13で変換され、所定
時間毎にその時間内のサンプル数に応じたデータ数(例
えば2にバイト)の一連のデジタル信号列がA/D変換
器13の出力側で得られる。
The analog signal (voltage signal) held in the sample-and-hold circuit 12 is input to the A/D converter 13 and converted into a digital signal. That is, the received light intensity sampled by the sample-and-hold circuit 12 at a certain time is converted into a digital signal of a predetermined number of bits (for example, 8 bits to 14 bits) by the A/D converter 13, A series of digital signal strings having the number of data (for example, 2 bytes) corresponding to the number of samples are obtained at the output side of the A/D converter 13.

DMA 16はサンプルアンドホールド回路12にタイ
ミング信号を与えるとともにI10ポート15を介して
入力されたデータ゛(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)をRAM18へ高速に
格納する。
The DMA 16 provides a timing signal to the sample-and-hold circuit 12, and also stores data (image data including a speckle pattern from the A/D converter 13) inputted through the I10 port 15 into the RAM 18 at high speed.

中央処理ユニット(CPU)14はマイクロプロセッサ
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から取込まれたデータに基づい
て被測定体7の表面粗さを算出し、表示器17に表示す
るともに、プロッタ18で記録する。
The central processing unit (CPU) 14 is composed of a microprocessor, etc., operates according to the control algorithm and arithmetic processing algorithm prescribed in the program in the ROM 15, and operates on the object to be measured 7 based on the data taken in from the A/D converter 13. The surface roughness is calculated and displayed on the display 17 and recorded on the plotter 18.

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(
強度分布)が算出される。また、RAM16には、スペ
ックルパターンのコントラストデータと表面粗さデータ
の対応関係を示すデータテーブルが予め作成されている
。このデータテーブルに基づいて、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。これが表示器
17で表示され、プロッタ18で記録される。
That is, based on the image data including the speckle pattern from the A/D converter 13, the contrast (
intensity distribution) is calculated. Further, a data table showing the correspondence between speckle pattern contrast data and surface roughness data is created in advance in the RAM 16. Based on this data table, surface roughness data is determined from the calculated contrast data. This is displayed on the display 17 and recorded on the plotter 18.

第2図はCPU14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。
FIG. 2 shows in detail the contents of the surface roughness calculation processing performed by the CPU 14. Hereinafter, the surface roughness calculation process will be explained in order according to this figure.

CPU14は、まず固体撮像素子11の1走査分の画像
データをA/D変換器13からDMA 16を用いて取
込む(ステップ100)。次に、上記1走査分の画像デ
ータをRAM16にヒストグラムの形で一時記憶する(
ステップ101)。ざらに、RAM16に記憶した画像
データに基づいて、各画素の受光強度■のアンサンプル
平均値(統計的な集合平均)〈I〉を計算する(ステッ
プ102〉。そして、上記強度■の二乗平均値〈I2〉
を計算する(ステップ103)。また、上記<I>およ
び〈I2〉に基づいて、強度Iの標準偏差σを計算する
(ステップ104)。ざらに、上記<l>と標準偏差σ
に基づいて、コントラストC−σ/〈■〉を計算する(
ステップ105)。
The CPU 14 first takes in image data for one scan of the solid-state image sensor 11 from the A/D converter 13 using the DMA 16 (step 100). Next, the image data for one scan is temporarily stored in the RAM 16 in the form of a histogram (
Step 101). Roughly, based on the image data stored in the RAM 16, an unsampled average value (statistical collective average) <I> of the received light intensity ■ of each pixel is calculated (step 102). Then, the root mean square of the intensity ■ Value <I2>
is calculated (step 103). Furthermore, the standard deviation σ of the intensity I is calculated based on the above <I> and <I2> (step 104). Roughly speaking, the above <l> and standard deviation σ
Calculate the contrast C-σ/〈■〉 based on (
Step 105).

上記のようにして、暉像素子11の1走査分の画像デー
タについてコントラストCを計算する。
As described above, the contrast C is calculated for one scan of image data of the optical imaging element 11.

その後、ステップ106で示しているように、固体撮像
素子11の予め設定した複数回口について上記と同じ処
理、計算を行ない、その0回の走査で得られたコントラ
ストCの平均値を求める。そして、n回分の平均コント
ラストCが計算されたならばそのCt、=基づいてRA
M16に設定されている上記データテーブルを引き、そ
のCに対応する表面粗さデータRを求める(ステップ1
07)第3図<A>、(8)、(C)は、被測定体7の
表面にコヒーレント光を照射する光学系の他の例を示し
ている。
Thereafter, as shown in step 106, the same processing and calculations as above are performed for a preset plurality of scans of the solid-state image sensor 11, and the average value of the contrast C obtained in the zero scans is determined. Then, if the average contrast C for n times is calculated, then based on that Ct, RA
The above data table set in M16 is retrieved and the surface roughness data R corresponding to C is determined (Step 1
07) FIGS. 3A, 8, and 3C show other examples of optical systems that irradiate the surface of the object 7 with coherent light.

第3図(A>では、レーザダイオード1から発生しコリ
メートレンズ6を経た楕円ビームを、プリズムやシリン
ドリカルレンズを用いた真円光学系61によって真円ビ
ームに変換し、被測定体7の表面に照射するようにして
いる。このように照射ビームを真円化することにより、
パワー効率が良く、ビームの強度分布がガウス分布ある
いはそれに近似したものとなり、面粗さの計測精度が向
上する。
In FIG. 3 (A>), an elliptical beam generated from the laser diode 1 and passed through the collimating lens 6 is converted into a perfect circular beam by a perfect circular optical system 61 using a prism or cylindrical lens, and is applied to the surface of the object to be measured 7. By making the irradiation beam a perfect circle in this way,
The power efficiency is good, the beam intensity distribution becomes Gaussian distribution or something similar to Gaussian distribution, and the measurement accuracy of surface roughness is improved.

第3図(B)では、レーザダイオード1がらの光をビー
ムスプリッタ62を通し、一定方向の偏光ビームを被測
定体7の表面に照射するようにしている。このように偏
光ビームを被測定体7の表面に照射することにより、ス
ペックルパターンのコントラストが^くなり、測定精度
が向上する。
In FIG. 3(B), the light from the laser diode 1 is passed through a beam splitter 62 to irradiate the surface of the object to be measured 7 with a polarized beam in a fixed direction. By irradiating the surface of the object to be measured 7 with the polarized beam in this manner, the contrast of the speckle pattern is increased and measurement accuracy is improved.

第3図(C)では、上述の真円光学系61と偏光ビーム
スプリッタ62の双方用いたちので、上述の効果がとも
に得られる。
In FIG. 3(C), since both the above-mentioned perfect circular optical system 61 and the polarizing beam splitter 62 are used, both of the above-mentioned effects can be obtained.

第4図(A>、(8)、(C)は、被測定体7の表面に
異なる波長の2色のコヒーレント光を重ねて照射するよ
うした実施例における照射光学系を示している。同図(
A>がその基本構成を示している。この例では、発光波
長の異なる2種のレーザダイオード1a、1bを用い、
両者からのコヒーレント光をそれぞれコリメートレンズ
6a。
4(A), (8), and (C) show an irradiation optical system in an embodiment in which two colors of coherent light of different wavelengths are superimposed on the surface of the object to be measured 7. figure(
A> shows its basic configuration. In this example, two types of laser diodes 1a and 1b with different emission wavelengths are used,
Coherent light from both is collimated by a collimating lens 6a.

6bを通し、ミラー63およびハルツミラー64によっ
て両ビームを重ね、被測定体7の表面に照射している。
6b, the two beams are overlapped by a mirror 63 and a Hartz mirror 64, and are irradiated onto the surface of the object to be measured 7.

なお、この場合の結像系および固体語像素子側の構成は
第1図と同様で良い。
In this case, the structure of the imaging system and the solid-state image element side may be the same as that shown in FIG.

このように、被測定体の表面に異なる波長の2色ノコヒ
ーレント光を照射することで、単一色のコヒーレント光
を照射する場合に比べて、表面粗さの測定範囲を拡張す
ることができる。
In this way, by irradiating the surface of the object to be measured with two-color non-coherent light of different wavelengths, the measurement range of surface roughness can be expanded compared to the case of irradiating with single-color coherent light.

第4図(B)は同図(A>に加えて、照射ビームを真円
化するための真円光学系81a 、61bを設けたもの
である。また、同図(C)は<8>の構成に加えて照射
ビームを偏光するための偏光ビームスプリッタ62を設
けたものである。これらのものの効果については先に述
べた通りである。
FIG. 4(B) shows a device in which, in addition to the device shown in FIG. In addition to the above configuration, a polarizing beam splitter 62 for polarizing the irradiation beam is provided.The effects of these components are as described above.

第5図は、被測定体7の表面からの拡散反射光を受光す
る光学系の他の例を示している。
FIG. 5 shows another example of an optical system that receives diffusely reflected light from the surface of the object 7 to be measured.

反射光はレンズ8,9と絞り10からなる結像光学系に
よって受光され、スペックルパターンを含んだ被測定体
7の表面像が結像される。
The reflected light is received by an imaging optical system consisting of lenses 8 and 9 and an aperture 10, and a surface image of the object to be measured 7 including a speckle pattern is formed.

この結像面に光電変換素子11が設けられており、これ
により反射光の検出が行なわれている。
A photoelectric conversion element 11 is provided on this imaging plane, and the reflected light is detected by this element.

この例によれば、絞り10の開口の大きざを調整するこ
とにより、スペックルの平均的大きさを自由に変更でき
、このためスペックル変化が装置の処理能力に比べて速
過ぎたり遅過ぎたりしたときにこの絞り10の調整によ
って、常にvi、置の能力に見合った処理速度とするこ
とが可能となる。
According to this example, by adjusting the size of the aperture of the diaphragm 10, the average size of speckles can be freely changed, so that speckle changes may be too fast or too slow compared to the processing capacity of the device. By adjusting the diaphragm 10, it is possible to always achieve a processing speed commensurate with the capacity of the vi and the machine.

なお、被測定体7は平面的に移動している場合に限られ
ることはなく、例えば第6図に示すように回転体の表面
であっても良い。
Note that the object to be measured 7 is not limited to a case where it is moving in a plane, and may be the surface of a rotating body, for example, as shown in FIG. 6.

また測定対象となる物体の材質としては鉄、軟質金屑を
含む非鉄金属、プラスチックス、セラミックス、ゴム、
紙などを挙げることが可能である。
The materials to be measured include iron, non-ferrous metals including soft metal scraps, plastics, ceramics, rubber,
Possible examples include paper.

具体的には、ビデオ用ヘッドなどのV T R3[13
1部品、ビデオテ〜ブ、レーザプリントに使用されるポ
リコンミラーなどを計測対象にでき、特にこれらについ
ての=+測では極めて良好な計測結果が1qられる。
Specifically, VTR3 [13
Single parts, video cameras, polycon mirrors used in laser printing, etc. can be measured, and extremely good measurement results can be obtained especially when measuring these items.

さらに、本装置は探傷センサとしても使用でき、被測定
体7の表面に傷がある場合にこの傷がコヒーレント光の
照射領域に入ると、スペックルパターンは通常より高い
コントラストを示し、他の部分の平均的な粗さによるコ
ントラストと顕著な差が表れるので、この傷を確実に検
出することが可能となる。
Furthermore, this device can also be used as a flaw detection sensor, and if there is a flaw on the surface of the object to be measured 7 and this flaw enters the irradiation area of the coherent light, the speckle pattern will show a higher contrast than normal, and other parts will Since there is a noticeable difference in the contrast due to the average roughness of the scratches, it is possible to reliably detect these scratches.

そしてこの装置はフィルムシート、糸、電線。And this device is made of film sheets, threads, and electric wires.

ファイバなどの線状体の粗さ計測や探傷も可能であり、
さらに塗装面の探傷やインテリア、墓石。
It is also possible to measure the roughness and flaw detection of linear objects such as fibers.
In addition, inspection of painted surfaces, interior design, and tombstones.

芸術品などを対中として広い範囲において計測に利用で
きる。
It can be used to measure a wide range of objects such as works of art.

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

第1図はこの発明に係る装置の全体構成説明図、第2図
は第1図におけるCPU14によ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、第4図は被測定体7の表面にコヒーレント光
を照射する光学系の他の例を示す構成説明図、第5図は
被測定体7表面からの拡散反射光を受光する光学系の他
の例を示す構成説明図、第6図は被測定体7の他の例を
示す構成説明図である。 1・・・レーザダイオード 2・・・温度制御ブロック 3・・・温a調節回路 4・・・温度センサ 5・・・自動パワー制御回路 6・・・コリメートレンズ 7・・・被測定体 11・・・充電変換素子 12・・・サンプルアンドホールド回路13・・・A/
D変換器 14・・・中央処理装置 15・・・I/Oポート 17・・・DMA 18・・・RAM
FIG. 1 is an explanatory diagram of the overall configuration of the apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of arithmetic processing for determining surface roughness performed by the CPU 14 in FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are A configuration explanatory diagram showing another example of an optical system that irradiates the surface of the object to be measured 7 with coherent light, and FIG. 5 is a configuration diagram showing another example of an optical system that receives diffuse reflected light from the surface of the object to be measured 7. The explanatory diagram, FIG. 6, is a configuration explanatory diagram showing another example of the object 7 to be measured. 1... Laser diode 2... Temperature control block 3... Temperature adjustment circuit 4... Temperature sensor 5... Automatic power control circuit 6... Collimating lens 7... Measured object 11. ...Charging conversion element 12...Sample and hold circuit 13...A/
D converter 14...Central processing unit 15...I/O port 17...DMA 18...RAM

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)計測用コヒーレント光を発生する半導体レーザと
、 半導体レーザの温度条件を一定に制御するレーザ温度制
御系と、 半導体レーザの発光強度を安定化させる発光強度制御回
路と、 移動される被測定体の表面へ半導体レーザのコヒーレン
ト光を照射する光学系と、 被測定体の表面における拡散反射で生ずるスペックルパ
ターンの変化を電気信号に変換する自己走査形固体撮像
素子と、 自己走査形固体撮像素子の電気信号値を所定時間保持す
るサンプルアンドホールド回路と、サンプルアンドホー
ルド回路において保持された電気信号値をデジタル量に
変換するアナログ−デジタル変換器と、 アナログ−デジタル変換器と中央処理装置とのインター
フェースをとるI/Oポートと、 サンプルアンドホールド回路にタイミング信号を与える
とともにI/Oポートを介して供給された電気信号値を
ランダムアクセスメモリへ格納するダイレクトメモリア
クセスコントローラと、ランダムアクセスメモリに格納
された電気信号値に基づいてスペックルパターンのコン
トラストデータを求めるコントラスト演算手段と、 コントラストデータと表面粗さデータとの対応データが
格納された対応データテーブルと、コントラスト演算手
段のコントラストデータおよび対応データテーブルの対
応データに基づき被測定体表面の粗さを求める表面粗さ
演算手段と、を有することを特徴とする表面粗さ計測装
置。
(1) A semiconductor laser that generates coherent light for measurement, a laser temperature control system that keeps the temperature conditions of the semiconductor laser constant, a light emission intensity control circuit that stabilizes the light emission intensity of the semiconductor laser, and a moving object to be measured. An optical system that irradiates coherent light from a semiconductor laser onto the surface of the body, a self-scanning solid-state imaging device that converts changes in speckle patterns caused by diffuse reflection on the surface of the object into electrical signals, and a self-scanning solid-state imaging device. A sample and hold circuit that holds the electric signal value of the element for a predetermined period of time, an analog-digital converter that converts the electric signal value held in the sample-and-hold circuit into a digital quantity, an analog-digital converter and a central processing unit. an I/O port that interfaces with the sample-and-hold circuit; a direct memory access controller that provides timing signals to the sample-and-hold circuit and stores electrical signal values supplied through the I/O port to the random access memory; A contrast calculation means for calculating contrast data of a speckle pattern based on stored electrical signal values, a correspondence data table storing correspondence data between contrast data and surface roughness data, and contrast data and correspondence of the contrast calculation means. A surface roughness measuring device comprising: surface roughness calculating means for calculating the roughness of a surface of a measured object based on corresponding data in a data table.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0586795A1 (en) * 1992-09-09 1994-03-16 TZN Forschungs- und Entwicklungszentrum Unterlüss GmbH Procedure and device for the contactless determination of the roughness of surface of objects

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0586795A1 (en) * 1992-09-09 1994-03-16 TZN Forschungs- und Entwicklungszentrum Unterlüss GmbH Procedure and device for the contactless determination of the roughness of surface of objects

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