JPH04215045A - レーザ検査装置 - 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、レーザビームをシート状物体の表面に照射し
、物体表面の欠陥を検査するレーザ検査装置に関する。

〔従来の技術〕

合成樹脂フィルム等のシート状物体の表面の欠陥、例え
ば傷等を検査する装置として、レーザビームを用いるレ
ーザ検査装置がある。これは欠陥がある場合に発生する
散乱光を検出したり、透過光又は反射光の変化を検出す
ることで、欠陥の有無や程度を識別するものである。シ
ート状物体を全面にわたって検査するため、かかるレー
ザ検査装置ではシート状物体を移動させ、この移動方向
に略垂直な方向にレーザビームを走査している。物体を
走査したレーザビームを捕えるには受光器として光ファ
イバを束ねたセンサヘッドを用いるのが適当であり、第
７図はこのようなレーザ検査装置の基本構成を示してい
る。なお以下の図において、同一の機能を有する部分に
ついては同一番号を付して表わし、第１図は番号のみで
表わし、第２図以降順次アルファベットの小文字を付し
て表わす。第７図において、レーザ光源２ｆから出射さ
れたレーザビームは、レンズ系３ｆにて所望のビーム径
にされ、回転多面鏡４ｆで反射され被検査物体であるシ
ート状物体７ｆに照射される。ここでシート状物体７ｆ
は、その長手方向、すなわち図中の矢印方向に移動して
おり、レーザビームは回転多面鏡４ｆの回転によりシー
ト状物体７ｆの移動方向に対してほぼ垂直なＸ方向に走
査されて、シート状物体７ｆの全面に照射される。シー
ト状物体７ｆの欠陥がある部分では、照射されたレーザ
ビームが散乱を受け、散乱光及び透過光、正反射光が変
化するのでこの変化を検出すれば欠陥の有無が判定でき
る。レーザビームの走査位置は、回転多面鏡の回転位置
により決められるため、回転位置を検出するか又は走査
開始点を光電的に検出することにより特定できるので、
レーザビームの走査位置と同期させて、照射されたレー
ザビームの検出を行なえば、欠陥のシート状物体７ｇ上
での位置も検出できる。第７図は、照射されたレーザビ
ームの反射された光を検出するものであり、反射された
レーザビームは、センサヘッド５ｆにて受光され、光フ
ァイバを介して光電変換器６ｆに与えられ、光信号から
電気信号に変換される。第７図に示す装置は、光電変換
器６ｆが一個であり、散乱された光のみを捕捉するよう
に、センサヘッド５ｆのレーザビームを受ける側では、
多数の光ファイバの一方の端部が第８図に示すように配
列されている。すなわち被検査物の表面が平坦で正常な
部分からは反射光が入射角度に等しくなるように反射し
、凸凹等の欠陥のある部分からは反射光が散乱するため
、正常反射光を受ける中央位置には光ファイバを配置せ
ず、周辺部にのみ光ファイバを配置して散乱光のみを受
光するようにしたものである。なお上記の例は散乱光を
センサヘッドの周辺で受ける例であるが、透過で受光す
る場合も同様であり、その場合は透過したレーザビーム
がセンサヘッドの中央位置（遮光域）に当るようにする
。第８図はセンサヘッドの受光面の図であるが、以下の
説明や他の図においては、受光面上でレーザビームに平
行な方向をＸ方向、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向と呼ぶ
こととする。第７図及び第８図の構成は、光電変換器６
ｆが一個であるため、散乱の有無、すなわち欠陥の有無
の検出と欠陥の大きさのある程度の判定を行なうだけで
ある。しかし近年欠陥の有無及び大きさだけでなく、欠
陥の要因解析が必要となりレーザビームの散乱の様子を
観察することが必要となっている。散乱の様子を観察す
るにはセンサヘッドを幾つかに分割し、分割したセンサ
ヘッド各々に入射する光量の変化によって、散乱要因の
推測を行なうことが考えられる。この意味で光ファイバ
を用いたセンサヘッドは、光ファイバの分割集束によっ
て簡単にセンサヘッドの分割を連続的に行なうことがで
き、第７図のようなレーザ検査装置に適している。欠陥
要因の解析のためには、第９図に示すように正常な透過
又は反射レーザビームを受ける中央位置にも光ファイバ
を配列して一組とし、周辺部に配列された光ファイバも
数組に分け、それぞれ異なる数個の光電変換器と結合さ
せて、電気信号に変換している。これらの電気信号を処
理することで欠陥の要因解析を行っている。なお光電変
換器としてはフォトダイオードやフォトトランジスタ等
の光電変換素子の使用が一般的である。第９図に示した
ような光ファイバの分割集束を行ったセンサヘッドによ
り欠陥の要因解析を行なっているが、この構成ではレー
ザビームの走査方向に垂直な散乱状態変化の検出が容易
であるが、走査方向に平行な方向の散乱状態変化の検出
が難しいという問題がある。これを解決するため第９図
に示したセンサヘッドでの光ファイバの配列を、更にＸ
方向についても組に分け、各組毎にそれぞれの光電変換
素子に結合し、得られた電気信号を処理して傷のすべて
の方向の成分を検出する方法も考えられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

欠陥の要因解析を行なう場合には、正常に透過又は反射
したレーザビームを検出する必要がある。シート状物体
の小さな欠陥を検出するためには照射されるレーザビー
ムはできるだけ小さいことが望まれる。そのためレーザ
ビームは通常直径が０．３ｍｍ程度になっている。この
レーザビームを受ける中央位置部分の光ファイバは、直
径があまり大きくなると正常光だけでなく散乱光までも
捕捉してしまい、充分な解析を行なう上で問題がある。

そのため光ファイバの径はあまり大きくできない。照射
されたレーザビームは、欠陥の程度により散乱具合が異
なるが、被検査物体であるシート状物体から離れるに従
って広い範囲に拡がる。散乱の具合を検出するには、セ
ンサヘッドをシート状物体からある程度離し、散乱方向
が異なる光を分離して光ファイバに捕捉する必要がある
。そのためセンサヘッドの受光面はかなりの面積を有す
る必要があり、第９図からも明らかなように光ファイバ
の本数は膨大なものになる。このようなセンサヘッドの
製作は大変である。更に上記のように第９図に示したセ
ンサヘッドの光ファイバをＸ方向にも分割して組にする
場合には、更に多くの工数が必要になる。また光ファイ
バの光電変換素子側の端部は組毎にまとめられ、端部よ
り出射された光が光電変換素子により受光されるように
配置される。ここで光ファイバの数が増加すると光ファ
イバを集束した端面はかなりの大きさとなり、光ファイ
バに入射された光がすべて光電変換素子に入力されるよ
うにするには、受光面の大きい光電変換素子を利用する
ことが必要であり、コスト増加や光電変換部の応答速度
の低下という問題が生じる。本発明は、上記問題点に鑑
みてなされたものであり、被検査物体の欠陥検出能力を
損うことなしに光ファイバの本数を減少させることで、
センサヘッドの製作を容易にすると共に、光電変換素子
との結合を容易にすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するためなされたものであり
、正常な透過又は反射をした光は、受光面においてもビ
ームスポットが絞されているが、散乱された光は拡がり
、正常光から離れるに従がって単位面積当りの強度が弱
くなる点に着目し、センサヘッドの受光面における光フ
ァイバの二次元配列を、拡散状態を判断するのにあまり
解像度の要らないセンサヘッド周辺部の光ファイバの密
度を小さくしたり、断面積の大きな光ファイバを用いて
、扱うファイバの本数及び集束断面積を少なくするもの
である。すなわちこのために、本発明により提供される
ものは、移動する被検物体に対し、レーザ光線を前記移
動方向に略垂直なＸ方向に走査する手段と、前記レーザ
光線の前記被検査物体からの透過光又は反射光を受け、
受光した透過光又は反射光を伝送するように、一方の端
が受光面のＸ方向とこれに垂直なＹ方向に二次元配列さ
れた複数の光ファイバを束ねたセンサヘッドと、前記光
ファイバにより伝送された光信号を電気信号に変換する
光電変換手段と、及び前記光電変換手段からの前記信号
に応答して前記透過光又は反射光の拡散状況を判断する
回路とを備えたレーザ検査装置において、前記光電変換
手段は、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光電変換素子を
有し、前記複数の光ファイバは、前記光電変換手段側の
端がｎ組に分けられて組毎に束ねられ、前記ｎ個の光電
変換素子にそれぞれ結合され、且つ前記センサヘッド側
の他端が、前記センサヘッドの前記レーザ光線のＹ方向
の受光中心から離れるにしたがって、前記光ファイバの
配列密度が粗くなるよう配列されているか又は前記光フ
ァイバの径が大きくなることを特徴とするレーザ検査装
置である。

〔作　　用〕

第１図は、本発明に基づくレーザ検査装置のレーザビー
ム走査手段とセンサヘッド、及び被検査物体の一例を模
式的に示した図であり、第２図は第１図に示した装置の
センサヘッドの受光面における光ファイバ端の配列を示
す図である。第１図において、７は被検物体であり図中
の矢印の方向に移動する。１はレーザ光線を被検物体７
の移動方向に略垂直なＸ方向に走査する手段である。５
はセンサヘッドであり、被検物体７に照射されたレーザ
光線が透過又は反射された後に受光し、受光した光を伝
送する複数の光ファイバの束である。光ファイバは受光
面においてＸ方向とそれに垂直なＹ方向に第２図に示す
ように配列されている。６は光電変換手段であり、第１
図では６１から６３の３個の光電変換素子で構成されて
いる。光ファイバは、第２図に示した中央位置、第１周
辺、第２周辺毎に束ねられ光電変換素子６１から６３に
それぞれ結合されている。光電変換素子６１から６３は
、第２図のそれぞれの光ファイバの組に入射し、伝送さ
れた光に対応した電気信号を発生する。これらの電気信
号は回路により処理され、照射されたレーザ光線の拡散
状況が判断される。照射されたレーザ光線は、被検査物
体７上の欠陥、例えば傷により散乱されるが、傷の大き
さと反射での散乱状況の例を示したのが第３Ａ図から第
３Ｄ図である。第３Ａ図は計測の位置関係を示す図であ
り第３Ｂ図は傷がない場合を示し、第３Ｃ図は小さな傷
がある場合を示し、第３Ｄ図は大きな傷がある場合を示
している。第３Ｂ図から明らかなように、傷がない場合
には照射されたレーザ光線はほとんどすべてが中央位置
に入る。第３Ｃ図に示すように傷が小さい場合には、中
央位置での光強度が少し低下し、第１周辺での光強度が
少し増加するが、第２周辺では光強度はほとんどゼロで
ある。更に第３Ｄ図に示すように傷が大きくなると中央
位置での光強度は大幅に低下し、第１から第２周辺部ま
で広く光強度が増加している。これらのことから第１周
辺や第２周辺のように中央位置から離れた位置で光強度
が増加する場合は、傷は大きく光は広い範囲に散乱して
いることがわかる。したがって各周辺部では、その範囲
すべてに渡って光を受光しなくとも代表的な点での光強
度を検出すれば照射されたレーザ光線の散乱状況が判断
できることになる。そこで第２図に示すように中央位置
からＹ方向に離れるにしたがって光ファイバの配列密度
を粗くしても、欠陥の要因解析に必要な情報は充分に得
られ、第１０図のように周辺部まで密に光ファイバを配
列した時に比べて使用される光ファイバの数を大幅に減
らし、製作に要する工数を削減できる。更に光電変換素
子６１から６３との結合も容易になり、受光面の小さな
素子も使用できる。もちろん周辺部での光ファイバの密
度が粗くなるため捕捉される光量は低下するが、これを
電気的に調整するのは容易であり何んら問題は無い。

検出範囲を狭めることなく光ファイバの本数を減すには
、光ファイバの径を大きくすることが考えられる。しか
し正常光を受光する中央位置ではレーザ光線のビーム径
との関係で、光ファイバの径をあまり大きくできないこ
とは、すでに説明した。ところがレーザ光線の受光中心
である中央位置より離れた周辺部では入射する光は散乱
光のみであり、中央位置のような直径の小さな光ファイ
バである必要はない。そこで中央位置よりＹ方向に離れ
るに従って光ファイバの径を大きくしても欠陥の要因解
析に必要な情報が得られることは第３Ａ図から第３Ｄ図
でも明らかである。このようにセンサヘッドの受光面で
中央位置から離れるに従って光ファイバの径を大きくし
た例が第４図の配列である。第４図において光ファイバ
の径は、それぞれ０．５ｍｍ，１．０ｍｍ，２．０ｍｍ
になっている。これにより光ファイバの本数は、大幅に
少なくなる。

〔実施例〕

第２図及び第４図に示した光ファイバの配列では散乱光
のＸ方向の成分は検出できない。そこで散乱光のＸ方向
の成分も検出可能なように、光ファイバをＸ方向につい
ても組み分けした実施例について説明する。本実施例は
、第１図に示した装置に類似したレーザ検査装置である
が、光電変換素子が１５個あり、光ファイバはセンサヘ
ッドの受光面において第５図に示すように配列されてい
る。第５図においてＦ１からＦ１５は光ファイバの組を
表わしており、各組毎に束ねられ１５個の光電変換素子
にそれぞれ結合されている。なお本実施例では第２図と
異なり中央位置の光ファイバは１列としてあるが、径の
小さい光ファイバを４本組み合せてももちろんかまわな
い。いまレーザビームの正常光が図示したようにＦ１の
光ファイバに入射しているとすると、散乱光はＦ１の光
ファイバの周囲に分布していると考えられる。そこでこ
の分布特性を測定すれば、散乱の原因である欠陥の状態
が把握できる。そこで例えばＸ方向の散乱光が入射する
光ファイバＦ２，Ｆ３，Ｆ１４，Ｆ１５の和とＹ方向の
散乱光が入射するＦ６とＦ１１の和を正常光が入射する
光ファイバＦ１の光電変換器出力や所定値と比較して、
Ｘ及Ｙ方向それぞれの散乱状況を測定する。更には斜め
方向の散乱成分を求めたり、光電変換素子の出力をより
細かく解析する等の処理が行なわれる。これらの処理は
、光電変換器の出力をデジタル変換した後に行なわれる
が、これらのデジタル処理は一般に良く知られたもので
あるので、ここでは説明を省く。いずれにしろ第５図に
示したセンサヘッドによりＸ，Ｙの両方向の散乱成分に
ついて解析することが可能になる。解析をより精密にす
るには広い範囲の散乱光を捕捉する必要があるが、この
範囲をすべて密に配列した光ファイバで覆うためには、
非常に多数の光ファイバが必要になる。しかもこれら多
数の光ファイバを多数の組に分けて配列する必要があり
、このようなセンサヘッドを製作するには非常に多くの
工数が必要である。それに比べて第５図に示したセンサ
ヘッドでは、周辺部において光ファイバの本数が大幅に
削減されており、センサヘッド製作工数を大幅に減すこ
とが可能になる。しかもこのように光ファイバの本数を
大幅に減しても、前記のようにこれら周辺部での散乱光
は広い範囲に渡って広がっているため欠陥の要因解析の
精度はほとんど影響を受けない。次に、周辺部で光ファ
イバの配列密度が粗いセンサヘッドをどのように製作す
るかについて説明する。第２図に示すように配列するに
は、中心の２列についてはファイバがあらかじめ配列し
た状態で接着してあるファイバシートを並べて接着する
。２本及び４本に一本の配置は第６図に示すような一定
の間隔でファイバを固定できる溝を備えた樹脂成形品ま
たは金属加工品を用いてその間隔及び本数を規定して積
層する方法を用いている。第５図に示すような配列の場
合は、上記はファイバシートを用いて、隣接する列との
間隔に相当する樹脂成形品のスペーサを積層する。

第４図に示すように光ファイバの径が変わる場合には、
異なる径のファイバシートを用いる。

〔発明の効果〕

本発明により、レーザ検査装置において、欠陥の要因解
析の精度を低下させること無しに、光ファイバの本数を
大幅に削減したセンサヘッドが実現でき、センサヘッド
製作時の配列に要する工数を削減すると共に、端部に結
合する光電変換素子の受光面積を小さくすることが可能
になり、コスト低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のレーザ検査装置の全体を模式的に示
した図であり、第２図は、第１図のセンサヘッドの受光
面での光ファイバの配列の例を示す図であり、第３Ａ図
は、欠陥による反射レーザビームの散乱を計測する位置
関係を示す図であり、第３Ｂ図から第３Ｄ図は、欠陥の
状態による散乱状況の差を示す図であり、第４図は、周
辺程光ファイバの径を大きくした配列の例を示す図であ
り、第５図は、センサヘッドの受光面でＸ方向にも組分
けした光ファイバの配列の例を示す図であり、これによ
りＸ方向の散乱状況も検出可能になる。第６図は、光フ
ァイバを間隔をおいて配列する場合の製作方法を示す図
であり、第７図は、散乱光のみを検出する光電変換素子
が１個のレーザ検査装置の模式図であり、第８図は、第
７図の光電変換素子が一個のレーザ検査装置のセンサヘ
ッドの受光面での光ファイバの配列を示す図であり、第
９図は、欠陥要因解析のため組分けした光ファイバを広
い範囲に渡って密に配列した例を示す図である。図にお
いて、 １…レーザ光線走査手段、　　２…レーザ光源、３…レ
ンズ系、　　　　　　　　　　　　４…回転多面鏡、５
…センサヘッド、　　　　　　　　６…光電変換手段、
７…シート状物体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．移動する被検査物体に対し、レーザ光線を前記移動
   方向に略垂直なＸ方向に走査する手段と、前記レーザ光
   線の前記被検査物体からの透過光又は反射光を受け、受
   光した透過光又は反射光を伝送するように、一方の端が
   受光面のＸ方向とこれに垂直なＹ方向に二次元配列され
   た複数の光ファイバを束ねたセンサヘッドと、前記光フ
   ァイバにより伝送された光信号を電気信号に変換する光
   電変換手段と、及び前記光電変換手段からの前記信号に
   応答して前記透過光又は反射光の拡散状況を判断する回
   路とを備えたレーザ検査装置において、前記光電変換手
   段は、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光電変換素子を有
   し、前記複数の光ファイバは、前記光電変換手段側の端
   がｎ組に分けられて組毎に束ねられ、前記ｎ個の光電変
   換素子にそれぞれ結合され、且つ前記センサヘッド側の
   他端が、前記センサヘッドの前記レーザ光線のＹ方向の
   受光中心から離れるにしたがって、前記光ファイバの配
   列密度が粗くなるよう配列されていることを特徴とする
   レーザ検査装置。 ２　　移動する被検査物体に対し、レーザ光線を前記移
   動方向に略垂直なＸ方向に走査する手段と、前記レーザ
   光線の前記被検査物体からの透過光又は反射光を受け、
   受光した透過光又は反射光を伝送するように、一方の端
   が受光面のＸ方向とこれに垂直なＹ方向に二次元配列さ
   れた複数の光ファイバを束ねたセンサヘッドと、前記光
   ファイバにより伝送された光信号を電気信号に変換する
   光電変換手段と、及び前記光電変換手段からの前記信号
   に応答して前記透過光又は反射光の拡散状況を判断する
   回路とを備えたレーザ検査装置において、前記光電変換
   手段は、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の光電変換素子を
   有し、前記複数の光ファイバは、前記光電変換手段側の
   端がｎ組に分けられて組毎に束ねられ、前記ｎ個の光電
   変換素子にそれぞれ結合され、且つ前記センサヘッド側
   の他端が、前記センサヘッドの前記レーザ光線のＹ方向
   の受光中心から離れるにしたがって、前記光ファイバの
   径が大きくなることを特徴とするレーザ検査装置。