JPH0314123B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は表面欠陥計測装置に係り、特に、各種
被計測物の表面欠陥を計測するのに好適な表面欠
陥計測装置に関する。

〔発明の背景〕

各種被計測物の表面欠陥を計測する装置とし
て、従来光学式表面欠陥計測装置が用いられてい
た。この装置は被計測物の表面に光を照射し、被
計測物の表面に照射された光の反射光を受光し、
この受光量を基に、被計測物の表面に欠陥が生じ
たか否かを計測するように構成されていた。

ところが、従来の装置では、被計測物の表面に
ごみ等が付着されていた場合でも、被計測物の表
面に傷等の欠陥が生じたこととして判定してしま
い、傷等の無い良品の物でも不良品として廃棄さ
れる恐れがあつた。そこで、従来の装置を用いて
検査する場合には、不良品になつた物を人手によ
つて再検査を行なうか又は前工程に洗浄機を設置
し、被計測物の表面を清浄することが行なわれて
いた。その為、従来の装置を用いたのでは、被計
測物の表面欠陥を計測する際、歩留りが低下した
り、再検査工数が増加したり、あるいは設備投資
額が増加するという問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の課題に鑑みて為されたも
のであり、その目的は、被計測物の表面欠陥の有
無を確実に計測することができる表面欠陥計測装
置を提供することにある。

〔発明の概要〕

前記目的を達成する為に、本発明は、被計測物
の表面に光を照射する投光部と、被計測物の表面
に照射された光の反射光を集光しこの光を２系統
の伝送路に分割して伝送する伝送部と、前記一方
の伝送路を伝送する光を受光し受光量に応じたレ
ベルの電気信号を出力する第１の光電変換部と、
前記他方の伝送路を伝送する光のうち、基準伝送
路を伝送する光と基準伝送路から外れた伝送路を
伝送する光を受光可能な受光面を有し、この受光
面に入射した光の位置に応じてレベルの異なる２
系統の電気信号を出力する第２の光電変換部と、
第２の光電変換部の各系統の電気信号を受け、前
記２系統の電気信号のレベルの比を求め、その求
めた比の信号を出力する演算部と、演算部の出力
レベルと被計測物の表面に物が付着したときの演
算部の出力レベルとして定められた第１の基準レ
ベルとを比較すると共に、第１の光電変換部の出
力レベルと被計測物の表面に物が付着したとき又
は被計測物の表面に欠陥が生じたときの第１の光
電変換部の出力レベルとして定められた第２の基
準レベルとを比較し、これらの比較結果を基に被
計測物に対する計測結果を判定し判定出力を発生
する判定部と、を備え、前記判定部は、演算部の
出力レベルが第１の基準レベル以下で、かつ第１
の光電変換部の出力レベルが第２の基準レベル以
下のとき被計測物の表面に欠陥が生じたことを判
定し、演算部の出力レベルが第１の基準レベルを
越え、かつ第１の光電変換部の出力レベルが第２
の基準レベル以下のとき、被計測物の表面に物が
付着したことを判定し、演算部の出力レベルが第
１の基準レベル以下で、かつ第１の光電変換部の
出力レベルが第２の基準レベルを越えたとき、被
計測物が良品であることを判定し、各判定結果に
応じた出力を発生するようにしたことを特徴とす
る。

〔発明の実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を
説明する。

第１図には、本発明の好適な実施例の構成が示
されている。

本実施例における装置は、第１図に示されるよ
うに、投光部１０、伝送部１２、第１の光電変換
部１４、第２の光電変換部１６、演算部１８、判
定部２０等から構成されており、投光部１０と伝
送部１２が、被計測物（以下ワークと称する）２
２の表面上方に設置されている。

投光部１０はレーザ発振器２４、投光レンズ２
６から構成されており、矢印Ｘ方向に移動するワ
ーク２２の表面には、レーザ発振器２４によるレ
ーザ光が投光レンズ２６を介して照射されてい
る。ワーク２２の表面に照射された光はワーク２
２の表面で反射し、その反射光が伝送部１２に反
射している。

伝送部１２は受光レンズ２８、ビームスプリツ
タ３０から構成されており、ワーク２２からの反
射光を受光レンズ２８で集光し、集光した光をビ
ームスプリツタ３０によつて、２系統の伝送路１
００，１０２に分割して伝送するように構成され
ている。

伝送路１００の途中には、第１の光電部１４を
構成する受光素子、例えばフオトダイオード、フ
オトマル等が設置されており、伝送路１００を伝
送した光は受光素子１４によつて受光され、この
受光量に応じたレベルの電気信号が受光素子１４
から出力されている。そして、受光素子１４の出
力信号は増幅器３２で所定のレベルVpに増幅さ
れ判定部２０に供給されている。

又、受光素子１４は、受光量に応じたレベルの
電気信号を出力するように構成されているので、
増幅器３２の出力電圧Vpは、ワーク２２の表面
にごみ等の物が付着したり、ワーク２２の表面に
傷等の欠陥が生じて無いときには、乱反射は少な
い為高い電圧値となり、又、ワーク２２の表面に
物が付着していたり、あるいはワーク２２の表面
に傷等の欠陥が生じていたときには、乱反射が増
え受光量が減少する為、低い電圧値となる。その
為、増幅器３２の出力電圧Vpは、ワーク２２の
表面に物が付着していたり、あるいはワーク２２
の表面に傷等の欠陥が生じていた場合には、第２
図に示されるように、ワーク２２の移動に伴なつ
てワーク２２の傷又はごみ等に照射された光に対
応した部位の電圧レベルが低下する。

一方、伝送路１０２の途中には、第２の光電変
換部１６を構成する受光素子、例えば半導体位置
検出素子、イメージセンサ等が設置されている。
この受光素子１６は、第３図に示されるように、
ワーク２２の表面にごみ等が付着してないときの
基準伝送路１０２Ａを伝送する光と、ワーク２２
の表面にごみ３４等が付着して受光レンズ２８か
らビームスプリツタ３０を介して伝送する光が基
準伝送路１０２Ａから外れた伝送路１０２Ｂを伝
送する光を受光可能な受光面を有し、この受光面
に入射した光の位置に応じてレベルの異なる２系
統の電気信号を出力するように構成されている。
すなわち、受光素子１６はＰ・Ｉ・Ｎの３層で構
成されたPIN形位置検出素子であり、受光面が抵
抗層であるＰ層で構成され、受光面の両端（第１
図の上下方向両端）にそれぞれ電極が設けられて
いる。そして受光面に光が入射すると入射した光
のエネルギーに比例して生じたキヤリアが電流源
となり、入射点と各電極との間の抵抗に逆比例し
て分配される電流が各電極から取り出される。こ
こで、両電極間の抵抗をＲとし、入射点と各電極
間の抵抗をR₁，R₂とすると、各電極からは次式
で示される電流i₁，i₂が出力される。

i₁＝R₂／R₁＋R₂ｉ ……(1) i₂＝R₁／R₁＋R₂ｉ ……(2) ここに、ｉは発生した全電流（ｉ＝i₁＋i₂）を
示す 上記(1)，(2)式から、受光素子１６の各電極の出
力電圧V_A，V_Bは次式によつて表わされる。

V_A＝i₁×R₁ ……(3) V_B＝i₂×R₂ ……(4) 従つて、ワーク２２で反射した光が基準伝送路
１０２Ａを介て受光素子１６の受光面中央部に入
射した場合と、反射光が伝送路１０２Ｂを介して
受光素子１６の受光面端部に入射した場合とでは
異なるレベルの信号が各電極から出力される。

ここでワーク２２の表面にごみが付着していな
い場合、レーザ光はワーク２２の表面で反射し、
基準伝送路１０２Ａを伝送して受光素子１６の受
光面X₀の位置に入射する。

一方、ワーク２２の表面に高さｈのごみ３４が
付着していた場合、レーザ光はごみ３４の上部で
反射するので、その反射光は伝送路１０２Ｂを伝
送して受光素子１６の受光面X₁の位置に入射す
る。ここに、x₀とx₁の位置関係は、x₁＝x₀＋2h
となる。そして、受光素子１６の２系統の電気信
号は、第４図のａ，ｂに示されるような信号とな
つて出力され、演算部１８の増幅器３６，３８に
供給される。

演算部１８は増幅器３６，３８、演算器４０か
ら構成されている。増幅器３６，３８は、受光素
子１６の出力信号V_A，V_Bの各信号をそれぞれ所
定のレベルV_A′，V_B′に増幅し演算器４０に供給
する。演算器４０は増幅器３６，３８の各出力信
号V_A′，V_B′を加算した信号（V_A′＋V_B′）と減算
した信号（V_A′−V_B′）との割算した信号
（V_A′−V_B′／V_A′＋V_B′）Voutを出力するように構成
されて いる。その為、第４図のａ，ｂに示される信号が
演算器４０に供給されたときには、演算器４０の
出力信号Voutは第４図のｃに示されるような波
形となり、この出力信号Voutが判定部２０に供
給される。

判定部２０は、第５図に示されるように、平均
化回路４１，４２、レベル判定回路４４，４６、
論理演算回路４８、クロツク発振器５０、タイミ
ングロジツク回路５２から構成されており、論理
演算回路４８の出力が表示器５４に供給されてい
る。

クロツク発振器５０は、第４図のｌに示される
ようなクロツクパルスを発生するように構成され
ており、このクロツクパルスがタイミングロジツ
ク回路５２に供給されている。タイミングロジツ
ク回路５２は、クロツク発振器５０からのクロツ
クパルスを基に、第４図のｍに示される所定周期
のパルス信号を生成し、このパルス信号を平均化
回路４１，４２、論理演算回路４８に供給するよ
うに構成されている。そして、平均化回路４１，
４２、論理演算回路４８は、タイミングロジツク
回路５２の出力パルスの立ち上りで計測演算を開
始し、パルスの立ち下りで計測演算を完了するよ
うに作動する。

平均化回路４１は、演算器４０から第４図のｃ
に示される信号が与えられたとき、この信号を平
均化処理し、第４図のｄに示される信号波形をレ
ベル判定回路４４に供給することができる。すな
わち、平均化回路４１は入力信号の単位時間当た
りの平均値の信号を順次出力するローパスフイル
タの機能を有し、演算器４０の出力信号にノイズ
が重畳していた場合には、ノイズ成分が除去され
る。レベル判定回路４４には、演算器４０の出力
信号Voutが平均化回路４１を介して供給されて
おり、レベル判定回路４４は、前記出力信号を基
に、第４図のｅに示されるように、演算器４０の
出力レベル（ノイズ成分の除去された平均化回路
４１の出力信号のレベルと等価なレベルと、ワー
ク２２の表面にごみ３４等の物が付着したときの
演算器４０の出力レベルとして定められた第１の
基準レベルV₁とを比較し、演算器４０の出力レ
ベルが基準レベルV₁を越えたとき、第４図のｆ
に示される比較出力を論理演算回路４８に供給す
るように構成されている。

平均化回路４２は、増幅器３２の出力信号を平
均化し、平均化された信号をレベル判定回路４６
に供給するように構成されている。そして、平均
化回路４２に、増幅器３２から第４図のｇに示さ
れる信号が供給されたとき、この出力信号を第４
図のｈに示される信号に平均化し、この信号をレ
ベル判定回路４６に供給することができる。すな
わち、ノイズ成分を除去した信号をレベル判定回
路４６に供給することができる。そして、レベル
判定回路４６は、増幅器３２の出力レベルV_p（ノ
イズ成分が除去された平均化回路４２の出力信号
のレベルと等価なレベル）と、ワーク２２の表面
にごみ等の物が付着したとき又はワーク２２の表
面に傷等の欠陥が生じたときの受光素子１４の出
力レベルとして定められた第２の基準レベルV₂
とを比較し、増幅器３２の出力レベルV_pが基準
レベルV₂以下のとき、第４図のｊに示されるよ
うな比較出力を論理演算回路４８に供給するよう
に構成されている。

論理演算回路４８は、レベル判定回路４４，４
６の出力信号を基に、ワーク２２に対する計測結
果を判定し、判定出力を表示器５４に供給するよ
うに構成されている。

例えば、第６図に示されるように、演算器４０
の出力レベルVoutが第１の基準レベルV₁以下
で、かつ受光素子１４の出力レベル、即ち増幅器
３２の出力レベルV_pが第２の基準レベルV₂以下
のときワーク２２の表面に傷等の欠陥が生じたこ
とを判定し、第４図のｋに示される信号を表示器
５４に与え、表示器５４に、ワーク２２の表面に
欠陥が生じたことを表示させる。

又、演算器４０の出力レベルVoutが第１の基
準レベルV₁を越え、かつ増幅器３２の出力レベ
ルV_pが第２の基準レベルV₂以下のとき、ワーク
２２の表面にごみ３４等の物が付着したことを判
定し、第４図のｆに示される信号と同じ信号を表
示器５４に与え、ワーク２２の表面に物が付着し
たことを表示させる。

又、さらに演算器４０の出力レベルVoutが第
１の基準レベルV₁以下で、かつ増幅器３２の出
力レベルV_pが第２の基準レベルV₂を越えたとき
ワーク２２が良品であることを判定し、この判定
結果を表示器５４に与え、ワーク２２が良品であ
ることを表示器５４に表示させる。

このように本実施例においては、ワーク２２の
表面欠陥を計測する際、ワーク２２の表面に物が
付着しているか、あるいはワーク２２の表面に欠
陥が生じているか、又、ワーク２２が良品である
か否かをそれぞれ判定し、各判定結果をそれぞれ
表示器５４に表示することができるので、ワーク
２２にごみ等が付着していて良品を不良品として
判定することが無いので、不良品を再検査する必
要もなく、又前工程に洗浄器を設置する必要がな
いので、歩留りの向上、再検査工数の削減、設備
投資額を低減することができる。

又前記実施例によれば、目視によつてワーク２
２の表面欠陥を検査しなくてもワーク２２の表面
欠陥の計測を確実に行なえるので、計測作業の能
率向上が図れると共に品質の向上を図ることがで
きる。

又前記実施例において、第１の基準レベルV₁、
第２の基準レベルV₂をそれぞれ受光素子１４，
１６の出力レベルに応じてフローチングさせるこ
とにより、レーザ発振器２４の劣下、投光レンズ
２６の汚れ、ワーク２２の表面の状態、受光素子
１４，１６の劣下等によつて受光素子１４，１６
の出力レベルが変動した場合でも、ワーク２２の
表面欠陥を確実に、精度良く計測することが可能
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、被計測
物の表面に光を照射し、被計測物の表面に照射さ
れた光の反射光を２系統の伝送路に分割して伝送
し、各系統の光をそれぞれ複数の受光素子に入射
し、各受光素子の出力レベルを基に被計測物が良
品であるか、被計測物の表面に物が付着したか、
あるいは被計測物の表面に欠陥が生じたか否かを
判定するようにしたので、被計測物の表面欠陥を
確実に計測することができ、表面欠陥計測の作業
能率の向上を図れると共に被測定物の品質の向上
を図ることができ、又さらに前工程の洗浄機が不
要になるので、設備費の低減を図ることができる
という優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は増幅器３２の出力レベルV_pとワークの移動
方向Ｘとの関係を示す線図、第３図は第１図に示
す受光素子１６の構成を説明する為の図、第４図
ａ〜ｍはそれぞれ第１図に示す装置の作用を説明
する為の波形図、第５図は第１図に示す判定部の
構成を説明する為の構成図、第６図は増幅器３２
の出力レベルV_p、演算器４０の出力レベルVout
とワークの移動方向Ｘとの関係を示す線図であ
る。 １０…投光部、１２…伝送部、１４，１６…受
光素子、１８…演算部、２０…判定部、２４…レ
ーザ発振器、２６…投光レンズ、２８…受光レン
ズ、３０…ビームスプリツタ、３２，３６，３８
…増幅器、４０…演算器、４１，４２…平均化回
路、４４，４６…レベル判定回路、４８…論理演
算回路、５４…表示器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被計測物の表面に光を照射する投光部と、被
   計測物の表面に照射された光の反射光を集光しこ
   の光を２系統の伝送路に分割して伝送する伝送部
   と、前記一方の伝送路を伝送する光を受光し受光
   量に応じたレベルの電気信号を出力する第１の光
   電変換部と、前記他方の伝送路を伝送する光のう
   ち、基準伝送路を伝送する光と基準伝送路から外
   れた伝送路を伝送する光を受光可能な受光面を有
   し、この受光面に入射した光の位置に応じてレベ
   ルの異なる２系統の電気信号を出力する第２の光
   電変換部と、第２の光電変換部の各系統の電気信
   号を受け、前記２系統の電気信号のレベルの比を
   求め、その求めた比の信号を出力する演算部と、
   演算部の出力レベルと被計測物の表面に物が付着
   したときの演算部の出力レベルとして定められた
   第１の基準レベルとを比較すると共に、第１の光
   電変換部の出力レベルと被計測物の表面に物が付
   着したとき又は被計測物の表面に欠陥が生じたと
   きの第１の光電変換部の出力レベルとして定めら
   れた第２の基準レベルとを比較し、これらの比較
   結果を基に被計測物に対する計測結果を判定し判
   定出力を発生する判定部と、を備え、前記判定部
   は、演算部の出力レベルが第１の基準レベル以下
   で、かつ第１の光電変換部の出力レベルが第２の
   基準レベル以下のとき被計測物の表面に欠陥が生
   じたことを判定し、演算部の出力レベルが第１の
   基準レベルを越え、かつ、第１の光電変換部の出
   力レベルが第２の基準レベル以下のとき、被計測
   物の表面に物が付着したことを判定し、演算部の
   出力レベルが第１の基準レベル以下で、かつ第１
   の光電変換部の出力レベルが第２の基準レベルを
   越えたとき、被計測物が良品であることを判定
   し、各判定結果に応じた出力を発生することを特
   徴とする表面欠陥計測装置。