JPH01107103A - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

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〕 本発明は表面欠陥検査装置、特に自動車や家電製品など
の金属或いはプラスチック塗装面その他の平滑表面の欠
陥を検査光を用いて非接触で検査可能な改良された表面
欠陥検査装置に関するものである。

〔従来の技術〕

工業製品の平滑表面における欠陥は、これら製品の外観
品質を低下させ、また製品の種類によっては、防錆特性
、絶縁特性、あるいは導電特性などの機能面における重
要な特性劣化を招く場合があり、これらの表面欠陥は厳
密に検査しなければならない。

従来の最も一般的な欠陥検査は検査員が検査対象を目視
して、各種の表面欠陥を検査することにより行われてい
た。しかしながら、この様な一般的な検査方法では、検
査員の熟練を必要とし、また熟練検査員によっても、見
落とし、見誤りあるいは検査員の疲労が大きいという問
題があり、近年においては、このような欠陥検査は光反
射を利用した非接触の機器検査に移行しつつある。

従来におけるこのような表面欠陥の機器検査における困
難性は表面欠陥が各検査対象において極めて広範囲の欠
陥種類を含むことであり、これらの欠陥の代表的な事例
としては、傷（５μｍ以下の幅）、ブツ（直径１１１１
０１以下）、肌荒れあるいはうねり（１−１０ｍｍの波
長）、光沢むら或いは粗さ（０，１ｍｍ以下の波長）等
があり、これら各種の欠陥を一度にかつ簡便に機器検査
する装置を得ることが極めて困難であった。

第４図にはレーザビーム等の検査光を利用した表面欠陥
検査装置の原理が示されており、レーザ発振器１０から
照射されたレーザビームＬを被検査面１２に供給し、こ
の時の正反射光ＬＯを光電センサ１４にて受光して電気
信号を得る。

第４図の従来における欠陥検査装置の原理によれば、被
検査面１２の傷あるいはブッ等の凹凸欠陥がある場合に
は、前記照射されたレーザビームＬがこの欠陥で散乱さ
れ、光電センサ１４の光電変換出力が変化するので、こ
の出力変化により、被検査面１２の欠陥の合否を判定す
ることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来の単純な検査光を用いた
装置では、前述した各種の異なる大きさあるいは傷特性
を有する種々の欠陥を一度に検査することができないと
いう問題があった。

即ち、第４図において、欠陥検出感度を考えると、この
感度を向上させるためには、レーザビームＬのビーム径
をできるだけ小さくしなければならない。

そして、このビーム径を小さくするための改良された従
来装置が第５図に示されており、レーザビームＬの光路
に短焦点距離の凸レンズ１６が設けられる。この結果、
レーザビームＬのビーム径が大きくとも、被検査面１２
の表面ではビームが集束されて検査ビーム径を著しく小
さくすることができ、これによって、検出感度を向上さ
せることが可能となる。

しかしながら、実際上、前述した凸レンズ１６はその光
学特性から被検査面１２に対して高精度に固定位置を保
つ必要があり、実際上、このような集束装置を簡単に得
ることが極めて困難であった。

また、第４，５図の従来装置においては、単に正反射光
のみが検出されるだけで、被検査面１２の表面における
乱反射を正しく受光することができないので、全ての欠
陥に対する検査を行い得ないという問題があった。

第６図は前記凸レンズ１６に変えてビームエキスパンダ
１８を集束用に用いた従来装置を示し、レーザビームＬ
のビーム径を小さくすることが可能となる。

しかしながら、この従来装置においては、ビームエキス
パンダ１８の配置が容易になる反面、ビーム径の縮小に
従い回折が大きくなり、実際」ニビーム径の細小化には
限度があった。

以上のように、従来におけるレーザビーム径の実際上の
大きさとしては、波長０．７〜０．８μｍのヘリウムネ
オンレーザや半導体レーザを用いる場合０．５１１Ｉｌ
程度が限度であった。

従って、このようなレーザビームでは、ｌｎｍ以」−の
ブツに対しては良好な感度で検査することができるが、
一方において、幅が５μｍ前後の傷を検査することがで
きないという問題があった。

また、前述したように、被検査面例えば塗装面のような
場合、照射されたビームＬは大部分が正反射ビームＬＯ
となってしまい、その他の欠陥例えば光沢むら等による
正反射ビーム変化は血かしか受光することができず、こ
の結果、光沢むらの検査には不向きであるという問題が
あった。

以上のように、従来装置では、特性の異なる各種の表面
欠陥に対して一度に検査する装置を得ることが極めて困
難である。

本発明の目的は、前述した披検査面上に存在する大小様
々の凹凸欠陥を一度に検査することかでき、特に塗装面
上に存在する傷、ブッ、肌荒れ、光沢むら等を簡単に検
査可能な改良された表面欠陥検査装置を提供することに
ある。

ｒ問題点を解決するための手段］ 上記従来の課題を解決するために、本発明は、検査光の
反射には正反射と乱反射とが存在することに着目し、両
者を異なる光電検知手段にて検知することを特徴とする
。

即ち、レーザビーム等の検査光が傷に照射されると、傷
の長手方向と直交する方向に回折現象を生じ、また、肌
荒れ（凹凸の波長が小さく振幅が大きい）がある場合、
正反射ビームの方向が変動し、更に光沢むら（粗さ変化
）がある場合、正反射の偏れが増加することが知られて
おり、これらの光特性に対応して、２種類の光電検知手
段、即ち正反射光検知手段及び乱反射光検知手段を設け
たものである。

更に、詳述するならば、本発明は、被検査面に対して検
査光を照射する検査光供給手段と、被検査面で反射され
た正反射光を受光して電気信号に変換出力する正反射光
検知手段と、被検査面で反射された拡散反射光及び零次
以外の回折光を含む乱反射光を受光して電気信号に変換
出力する乱反射光検知手段と、 前記両検知手段の電気信号を演算処理して被検査面上の
欠陥の合否判別を行なう演算処理手段と、を含み、 前記正反射光検知手段は正反射光の光路、］−に配置さ
れた正反射用光電変換器を含み、 前記乱反射光検知手段は、前記正反射用光電変換器と被
検査面との間に配置され正反射光の光路に対して開口部
が設けられ比較的広い受光面を有する乱反射用光電変換
器を含む、 ことを特徴とする。

従って、本発明によれば、正反射光検知手段は正反射光
の強度と位置を光電検出し、また乱反射検知手段は検査
面からの散乱反射光および零次（正反射光）以外の回折
光を含む乱反射光を光電検出し、これら２種類の検知信
号によって複数種類の欠陥を同時に検出して表面欠陥の
合否を判定可能としたものである。

第１図には本発明にかかる表面欠陥検査装置の原理が示
されており、レーザ発振器等の検査光供給手段２０から
照射されたレーザビームして示される検査光は被検査面
２２に照射され、その反射光は正反射光ＬＯの光路に配
置された正反射光検知手段２４及びこの正反射光検知手
段２４と被検査面２２との間に配置され、前記１′−、
反射光ＬＯの光路には開口部２６ａが設けられた乱反射
光検知手段２６にて受光される。

そして、両検知手段２４．２６はそれぞれ光電変換器か
らなり、乱反射光検知手段２６の乱反射光電変換器は、
正反射光検知手段２４の光電変換器より比較的広い受光
面を宵する。

そして、両検知手段２４．２６の出力は演算処理手段２
８に供給され所望の合否判別が行われる。

［作用］ 第１図において、検査光供給手段２０から照射されたレ
ー・ザビームＬは被検査面１２において正反射あるいは
乱反射される。

仮に、被検査面２２が表面欠陥を有さず、良好な平滑状
態に保たれている場合には、レーザビームしは大部分が
正反射ビームＬＯとなり、残りの僅かな量が拡散反射光
Ｌ２となる。

第１図から明らかなように、正反射ビームＬＯは乱反射
光検知手段２６の開口部２６ａを通過して正反射光検知
手段２４に到達し、これに対応した電気信号が演算処理
手段２８に供給される。−方、僅かな量の拡散反射光Ｌ
２は前記開口部２６ａを通過することができないので、
乱反射光検知手段２６に受光され、演算処理手段２８に
所定の電気信号を供給する。

前記演算処理手段２８は、両人力信号と予め設定された
基準値とを比較演算処理し、正反射光が基準値より大き
く、また乱反射光が基準値より小さい場合には、良信号
を出力する。

一方、被検査面２２にブツ等の大きな凹凸結果がある場
合、レーザビームしは大部分が正反射ビ−ムＬＯの方向
から大きく外れた方向に反射され、不整反射ビームＬ１
となり、両検知手段２４，２６には残りの僅かの正反射
ビームＬＯ及び拡散反射光Ｌ２が照射されるのみである
。

従って、演算処理手段２８はこれらの両検知手段２４．
２６からの出力信号をそれぞれ前述した基準値と比較し
て正反射光が基準値より小さい場合あるいは乱反射光が
基準値より大きい場合には否信号を出力する。

次に、被検査面２２に傷等の細長い凹凸欠陥があると、
レーザビームしは凹凸の長手方向に直交する方向に回折
される。

この場合、回折光のうち、零次の回折光は正反射ビーム
ＬＯと区別できないので、正反射光検知手段２４に照射
されるが、零次より高次の回折光Ｌ３は乱反射光検知手
段２６にて受光される。

従って演算処理手段２８は正反射光が基準値より小さい
場合或いは乱反射光が基準値より大きい場合には否信号
を、一方正反射光が基準値より大きく乱反射光が基準値
より小さい場合には良信号を出力する。

更に、被検査面２２に光沢むらがある場合、光沢の悪い
部分において、レーザビームＬの大部分は輝度の低下し
た正反射ビームＬＯとなり、また拡散反射光Ｌ２も若干
増加する。従って、演算処理手段２８は正反射光が基準
値より小さいか、乱反射光が基準値より大きい場合には
、否信号を、そして正反射光が基準値より大きくかつ乱
反射光が基準値より小さい場合には良信号を出力する。

次に、被検査面２２に肌荒れがある場合、レーザビーム
Ｌの大部分は僅かに反射角度の異なる正反射ビームＬＯ
−となる。この時の正反射光検知手段２４での受光位置
は肌荒れの状態によってずれが生じ、この位置によって
ずれ量に対応する電気信号を得ることができる。

従って、演算処理手段２８はこのずれ量が所定の基準値
を超えた時に否信号を出力し、また正反射光が前記基準
値より小さいかあるいは乱反射光が前記基準値より大き
い場合も同様に否信号を出力する。

以−りのように、本発明によれば、各種の異なる欠陥に
対してそれぞれ被検査面２２はその状態に応じた異なる
反射特性を示すことに着目し、正反射光及び乱反射光を
異なる検知手段によって受光し、各受光手段からの電気
信号を演算処理することによって表面欠陥の良否を判別
することができる。

【実施例１ 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２図には本発明の表面欠陥検査装置の好適な実施例が
示されており、図示した実施例は据置型検査装置を示し
、装置の光学系はフレーム３０内に組込み固定されてい
る。

そしてこのフレーム３０の下面には位置決め足３２．３
４が設けられており、被検査面２２の所定位置にフレー
ム３０を正しく位置決め保持することができる。

勿論、本発明において、フレーム３０は、連続的に移動
する被検査面２２に近接して被検査面２２と非接触状態
に保持することも可能である。

前記フレーム３０内には検査光供給手段２０が設けられ
ており、実施例における検査光Ｏ１−１手段２０は半導
体レーザ３６とコリメータレンズ３８とを含み、レーザ
ビームが検査光として用いられる。このレーザビーム検
査光りはフレーム３０内に設けられているミラー４０に
てその光路が折り曲げられ、被検査面２２の所定検査部
に検査光が照射される。

被検査面２２からの反射光はフレーム３０に固定された
ミラー４２によって受光側に導かれ、フレーム３０の受
光部には本発明の特徴である正反射光検知手段２４及び
乱反射光検知手段２６が配置されている。

実施例において前記検査光りはコリメータレンズ３８に
よって１ａ＋ｉ径の平行ビームとして被検査面２２に照
射され、前記各検査手段２４．２６もこの反射光に対応
した大きさの受光面を有する。

実施例において、正反射光検知手段２４はＣＣＤイメー
ジセンサからなり、その感光部中心は正反射光の光路と
一致するようにその固定位置が選択されている。

従って、正反射光検知手段２４は被検査面２２からの正
反射方向の反射光を受光し、反射光強度及びＣＣＤイメ
ージセンサ−Ｌのビームスポット位置を光電検出し、正
反射光の大きさ及びその振れ量を電気信号として出力す
ることができる。

一方、乱反射光検知手段２６は実施例においてフォトダ
イオードからなり、前述したごとく、このフォトダイオ
ードは前記正反射光検知手段２４と被検査面２２との間
に配置され、正反射光の光路に対して開口部２６ａが設
けられている。従って、検知手段２４は正反射光あるい
は前記開口部２６ａで許容される所定偏り量の正反射光
の受光を可能としている。そして、乱反射光検出手段２
６を構成するフォトダイオード自体は、前記正反射光検
知手段２４のＣＣＤイメージセンサより、大きな受光面
を形成している。

従って、このフォトダイオードは正反射光の周りの拡散
反射光及び回折光を含む乱反射光を確実に受光し、この
乱反射光強度を光電検出することができる。前記両検知
手段２４．２６の出力であるアナログ電気信号は演算処
理手段２８にて処理される。

実施例において、この演算処理手段２８は、正反射光検
知手段２４の出力を増幅する増幅器４４ａ及びフィルタ
４６ａそして乱反射光検知手段２６の出力を増幅する増
幅器４４ｂ及びフィルタ４６ｂを含む。そして、両フィ
ルタ４６ａ、４６ｂの出力はＡＤコンバータ４８にてデ
ジタル信号に変換され、ＣＰＵ５０にこのデジタル信号
が出力される。ＣＰＵ５０は各信号に対する基準値を保
持しており、各入力信号とこれらの基準値とを比較して
表面欠陥の合否判別を行ない、実施例においては、その
合否結果が表示器５２にて欠陥の合否判定結果として表
示される。

本実施例は以上の構成からなり、以下にその作用を説明
する。

被検査面２２の一例として、直径１ｍｓ前後のブツ、幅
５μｍ前後の傷、波長が１−１０ｍｍ程度の肌荒れある
いはうねり、波長が０．１ｍｍ以下の光沢むら（粗さ）
が混在する塗装面の欠陥を検査する場合を考える。

実施例の表面欠陥検査装置により、前述した塗装面の検
査を行なう場合、装置のフレーム３０は被検査面２２上
に位置決め足３２．３４にて載置され、所定の被検査面
に検査光が照射される。

本発明において、前記演算処理手段２８は、フレーム３
０内に組込まれても、あるいはフレーム３０からケーブ
ル等にて信号を導き、検査部とは異なる場所にて所定の
演算処理及び表示を行なうことも可能である。

このような分離型装置によれば、作業環境の悪い部位で
の検査あるいは危険な場所での検査に好適である。

前記フレームの位置決めが完了すると、装置の電源がオ
ン操作され、この結果、検査光供給手段２０の半導体レ
ーザ３６からはレーザビームが放射され、前述した光路
をたどってビーム径１ｗａの平行ビームが被検査面２２
の所定検査部に照射される。

前記ミラー４０は１１５＠のビーム折り曲げを行ない、
この結果、被検査面２２では入射角６５＠のレーザビー
ム検査光が照射される。

被検査面２２では、前述した各種の表面欠陥に応じた正
反射あるいは乱反射が起こり、これらの反射光がミラー
４２によって１１５＠の折り曲げ角度で各検知手段２４
．２６に導かれる。

正反射光検知手段２４を形成するＣＣＤイメージセンサ
上に照射された正反射光はイメージセンサの各ビクセル
毎に順次アナログ電気信号に変換され、演算処理手段２
８に供給される。

第３図には、前記正反射光検知手段２４のＣＣＤイメー
ジセンサの受光面が模式的に示されており、図において
、受光面をＸＹ座標で区切った各ピクセルが符号６０で
示されている。

前記演算処理手段２８において、前記各ピクセル６０毎
のアナログ電気信号は増幅器４４ａで増幅された後にフ
ィルタ４６ａにてノイズ成分が除去され、ＡＤコンバー
タ４８によってデジタル信号としてＣＰＵ５０に供給さ
れる。一方、被検査面２２の凹凸欠陥に応じた反射光分
布を有する反射のうち乱反射光はミラー４２で１１５　
’折り曲げられたのち乱反射光検知手段２６のフォトダ
イオード上に照射される。

従って、この乱反射光はフォトダイオードによってアナ
ログ電気信号に変換され、前記正反射光と同様に増幅及
びノイズ成分の除去が行われた後、デジタル信号として
ＣＰＵ５０に供給される。ＣＰＵ５０は前記両検知手段
２４．２６からの信号を基準値と比較して所定の合否判
定を行なう。正反射光に対して、ＣＣＤイメージセンサ
の各ピクセル６０から得られる信号はその位置及び大き
さが予め定められた基準値と比較される。例えば直径１
１以上のブツに対しては、反射光はほとんど正反射光路
から外れ、この結果、ＣＣＤイメージセンサ上に照射さ
れる反射光強度は著しく減少するので、この大きさが基
準値より小さい場合には否信号を出力する。

一方、正反射光の強度が基準値より大きい場合において
も、その位置即ち受光したピクセルの座標が例えば原点
イから所定値以上離れた口にある場合、正反射光の偏れ
部は被検査面２２の肌荒れ　　　　　〜あるいはうねり
等を示すこととなり、この偏れ量が所定値を超えた場合
にも否信号を出力する。

一方、乱反射光検知手段２６からの信号はフォトダイオ
ードの出力強度と基桑値との比較を行なって合否の判定
に洪される。

即ち、被検査面２２の表面に光沢むらがある場合、また
被検査面に傷、表面粗さによる拡散あるいは傷による回
折がある場合、前記乱反射光が増加し、ＣＰＵ５０は乱
反射光が所定値を超えたときに否信号を出力する。

以上のようにＣＰＵ５０は予め定められた基準値に対し
て各検知手段２４．２６の出力を比較し、この結果に応
じて被検査面の合否を判定し、表示器５０によってその
結果を表示する。

従って、本発明によれば、被検査面２２上に大小の凹凸
欠陥が異なる種類として混在する場合においても、この
ような欠陥を一度に正確に検査することが可能となる。

前述した実施例は、塗装面の凹凸欠陥検査に対して説明
したが、本発明は、勿論、各種の製品あるいは物体表面
の欠陥検査として広範囲に利用可能である。

「発明の効果〕 以」ユ説明したように、本発明によれば、被検査面から
の反射光を２種類の検知手段すなわち正反射光検知手段
と乱反射光検知手段によって光電変換し、この結果、正
反射光の大きさ及び偏れ量、そして乱反射光の大きさを
それぞれ別個に電気信号として険出し、この結果、被検
査面の異なる種類の凹凸欠陥に対して一度に迅速かつ正
確に表面欠陥の検査を行なうことができるという優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる表面欠陥検査装置の原理を説明
する構成図、 第２図は本発明にかかる表面欠陥検査装置の好適な実施
例を示す説明図、 第３図は第２図の実施例における正反射光検知手段２４
のＣＣＤイメージセンサの受光面を示す説明図、 第４．　５．　６図は従来の表面欠陥検査装置の原理を
示す説明図である。 ２０・・・検査光供給手段 ２２・・・被検査面 ２４・・・正反射光検知手段 ２６・・・乱反射光検知手段 ２８・・・演算処理手段 ２６ａ・・・開口部 出願人　株式会社　豊田中央研究所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検査面に対して検査光を照射する検査光供給手
   段と、 被検査面で反射された正反射光を受光して電気信号に変
   換出力する正反射光検知手段と、 被検査面で反射された拡散反射光及び零次以外の回折光
   を含む乱反射光を受光して電気信号に変換出力する乱反
   射光検知手段と、 前記両検知手段の電気信号を演算処理して被検査面上の
   欠陥の合否判別を行なう演算処理手段と、を含み、 前記正反射光検知手段は正反射光の光路上に配置された
   正反射用光電変換器を含み、 前記乱反射光検知手段は、前記正反射用光電変換器と被
   検査面との間に配置され正反射光の光路に対して開口部
   が設けられ比較的広い受光面を有する乱反射用光電変換
   器を含む、 ことを特徴とする表面欠陥検査装置。