JPH0674902A - 湾曲状被検出材の微小欠陥検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検出材の表面粗さと略同じ大きさの検出し
ようとする微小欠陥を、個人差なく、明瞭に顕在化させ
て検出し、かつ基準湾曲面補正により、その検出値の大
きさを正確に求める。 【構成】 被検出材１２を載置してあるステージ１１を
水平面方向における移動機構によって被検出材１２の水
平面方向に所定距離だけ移動させつつ、それぞれの位置
で焦点法により表面高さ量検出装置１５で被検出材１２
の表面高さを検出する動作を繰り返し行うことで、被検
出材１２表面の微細形状を３次元で検出し、微小欠陥１
２ｂを検出する方法において、表面高さ量検出装置１５
の焦点範囲を湾曲状被検出材１２の表面粗さ１２ａより
大きく、かつ微小欠陥１２ｂより小さくなして被検出材
１２表面の微細形状を検出し、この検出値を、検出した
被検出材１２の表面高さに基づいて信号処理装置１４で
算出する被検出材１２の基準湾曲面の中心座標に基づい
て補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車や家電製
品等のアウターパネルとして使用される鋼板表面の微小
表面欠陥を検出する方法及びその検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車のボディに使用される外装
鋼板は、プレス成型等の加工が加わるので、図７に示す
ように、プレス成型時に、被成型板である被検出物１の
裏面側に付着した異物や被検出物１の表面側に発生した
微小表面欠陥２あるいはプレス金型３に付着した異物４
等によってプレス成型品に微小な欠陥を生じる。この微
小な欠陥は、高さ２〜３μｍ程度であっても、塗装後、
外観にあらわれるので外装鋼板としては使用できなくな
る。従って、プレス成型前、及びプレス成型後に前記微
小表面欠陥を検出することは、品質管理の重要な項目の
１つとなっている。

【０００３】この微小表面欠陥を検出する方法として、
触針で被検出物上をトレースし、触針の水平方向移動
と上下方向移動とから表面欠陥を検出する触針法や、
光ビームで被検出物上をトレースし、光ビームの水平方
向移動と光ビームの被検出物表面までの到達時間によっ
て求められる表面高さ変動とから表面欠陥を検出する光
切断法、等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高さが
２〜３μｍの微小表面欠陥の場合には、被成型板や成型
板等の被検出物の表面粗度の高さが前記微小欠陥と略同
じであるので両者の判別が困難である。すなわち、図８
に示すような、１ピッチ１０μｍで高さが２〜３μｍの
表面粗度１ａの被検出物１に略同じ高さの微小表面欠陥
１ｂが存在する場合、この微小表面欠陥１ｂをの触針
法で検出しようとしても、実際上は１０μｍ以下の径の
触針を製造できないので、表面粗度１ａと微小欠陥１ｂ
との区別がつかず、したがって、図９に示すような平滑
な面として検出してしまうことになる。

【０００５】一方、の光切断法で検出した場合には、
被検出物１の表面を鮮明にトレースでき、図８に示すよ
うに、被検出物１の表面状態と同じように検出できる
が、これを定量化する際に、どれが微小欠陥かを判断す
るのが難しい。また、表面粗度は、被検出物１の材質
（成分）によって異なるが、光切断法では、焦点範囲が
固定であるので、異なる表面粗度ごとに異なる焦点範囲
の装置を用意しなければならない。

【０００６】従って、現在では、作業者が目視検査によ
って前記微小欠陥を検出しているのが実情であるが、こ
れでは、作業者の熟練度が介在し易く、検査の均一性に
問題がある。加えて、検査に手間や時間を費やすことに
なるので能率が悪くなる。

【０００７】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、上記した表面粗度と略同じ高さ程
度の微小欠陥を、高精度にかつ作業者の熟練度を必要と
することなく高能率に検出できる湾曲状被検出材の微小
欠陥検出方法及び装置を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の湾曲状被検出材の微小欠陥検出方法
は、被検出材を載置してあるステージを被検出材の水平
面方向に所定距離だけ移動させつつ、それぞれの位置で
焦点法により被検出材の表面高さを検出する動作を繰り
返し行うことで、被検出材表面の微細形状を３次元で検
出し、微小欠陥を検出する方法において、湾曲状被検出
材の表面粗度より大きく、かつ微小表面欠陥より小さく
なした焦点範囲で被検出材表面の微細形状を検出し、こ
の検出値を、検出した被検出材の表面高さのうちの微小
欠陥のない部分の表面高さと、既知の湾曲半径とから算
出する被検出材の基準湾曲面の中心座標に基づいて補正
することとしているのである。

【０００９】また、本発明の湾曲状被検出材の微小欠陥
検出装置は、上記した本発明検出方法に使用する装置で
あって、湾曲状被検出材を載置するステージと、このス
テージの水平面方向における移動機構と、この移動機構
によるステージの水平面方向移動量を出力する水平面方
向スケーラと、前記ステージ上の被検出材の表面高さ量
検出装置と、この表面高さ量検出装置による検出量を出
力する高さ方向スケーラと、この高さ方向スケーラから
の検出量のうち、微小欠陥のない部分の任意の３点以上
の検出高さと既知の湾曲半径とから基準湾曲面の中心座
標を算出することを複数回繰り返してそれらの算出値の
最頻値を基準湾曲面の中心座標として採用し、かつ前記
両出力信号に基づいて被検出材表面の３次元図を作成し
た後、この作成した３次元図を前記基準湾曲面の中心座
標に基づいて補正し、この補正値から検出しようとする
微小表面欠陥の面積、体積等を演算する信号処理装置を
具備させているのである。

【００１０】

【作用】本発明の湾曲状被検出材の微小欠陥検出装置
は、先ず、湾曲状被検出材の表面粗度を測定し、測定し
た表面粗度の１０〜５００倍となるように、表面高さ量
検出装置の焦点範囲を決定する。これは、１０倍以上で
ないと表面粗度の影響を受けるためである。次に、ステ
ージ上に被検出材を載置し、ステージを水平面方向に移
動させつつ、それぞれの位置において表面高さ量検出装
置で被検出材の表面高さを検出する。なお、ステージの
水平面方向の移動量は、前記決定した焦点範囲が重なら
ず、かつ、隙間ができないような移動量である。

【００１１】そして、信号処理装置において、前記高さ
方向スケーラからの検出量のうち、微小欠陥のない部分
の任意の３点以上の検出高さと既知の湾曲半径とから基
準湾曲面の中心座標を算出することを複数回繰り返して
それらの算出値の最頻値を基準湾曲面の中心座標として
採用し、かつ前記ステージの水平面方向の移動量と表面
高さ量から被検出材表面の３次元図を作成した後、この
作成した３次元図を前記基準湾曲面の中心座標に基づい
て補正し、この補正値から検出しようとする微小表面欠
陥の面積、体積等を演算する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の湾曲状被検出材の微小欠陥検
出方法及び検出装置を図１〜図６に示す１実施例に基づ
いて説明する。図１は本発明装置の全体構成を示す概略
図、図２は本発明に使用する表面高さ量検出装置の自動
焦点法の説明図、図３は本発明装置を用いて本発明方法
を実施した場合の微小欠陥を含むプレス成型品の基準湾
曲面補正する前の断面形状の３次元図、図４は図３の基
準湾曲面補正をした後の断面形状の３次元図、図５は微
小欠陥を含むプレス成型品の実際の断面形状を示す図
面、図６は本発明方法の概略を示すフローチャートであ
る。

【００１３】図１において、１１は被検出材１２を載置
するステージであり、例えば親ねじ送り機構等の周知の
正逆移動機構によって、水平面方向に所定のピッチで間
欠的に移動できるように構成されている。この移動ピッ
チは、検出しようとする被検出材１２の表面粗度を予め
測定し、この測定した表面粗度の１０〜５００倍となる
ように後述する表面高さ量検出装置の焦点範囲を決定し
た後、この決定した焦点範囲が重ならず、かつ、隙間が
できないような移動量とする。すなわち、この移動ピッ
チを前記決定した焦点範囲に等しくすることで、被検出
材１２の表面を連続的に検出したのと同じ結果を得るこ
とができるのである。

【００１４】前記正逆移動機構によって所定のピッチで
移動するステージ１１の移動量は、マグネスケール等の
水平面方向スケーラ１３から信号処理装置１４に、例え
ばデジタル通信によって送信される。１５は前記ステー
ジ１１の上方位置に、鉛直方向に配置され、ステージ１
１上の被検出材１２の表面高さ量を検出する表面高さ量
検出装置であり、オートフォーカスカメラ等のように焦
点を自動的に合わせる装置とほぼ同じ自動焦点法によっ
て被検出材１２の高さを求める。

【００１５】すなわち、図２に示すように、まず、ター
ゲット１６を可視光線等で被検出材１２上に投影すると
ターゲット１６の陰１６ａが検出器１７に入力される。
被検出材１２は単色の場合が多く、単色であると焦点が
合わせにくいので、被検出材１２に陰をつけるためにタ
ーゲット１６がある。そして、この検出器入力信号のう
ち予め設定しておいた面積の画像処理を行う（焦点範
囲）。ここで行う画像処理とは、ターゲット１６の陰１
６ａの境界線が最もはっきりする波長別に画素度数分布
位置へ対物レンズ１８を移動させ、そのときの対物レン
ズ１８の位置から距離を導くことをいう。したがって、
自動焦点法による測定距離は画素色調全部で判断するた
め焦点範囲内の平均値となる。なお、図２中の１９は接
眼レンズ、２０はターゲット１６の陰１６ａを被検出材
１２へ投影するスプリットプリズムである。

【００１６】前記した表面高さ量検出装置１５による各
測定点での高さ検出量は、高さ方向スケーラ２１によっ
て信号処理装置１４に例えばデジタル通信で送信され
る。このようにして水平方向スケーラ１３と高さ方向ス
ケーラ２１とから送信された両出力信号に基づいて、信
号処理装置１４では次のような処理を行う。

【００１７】すなわち、信号処理装置１４では、先ず、
前記高さ方向スケーラ２１から送信されてきた検出量の
うち、微小欠陥のない部分の例えば任意の３点の検出高
さと既知の湾曲半径とから球の方程式〔（ｘ−ａ）² ＋
（ｙ−ｂ）² ＋（ｚ−ｃ）²＝ｒ² 〕より基準湾曲面の
中心座標を算出することを複数回繰り返してそれらの算
出値の最頻値を基準湾曲面の中心座標（ａ，ｂ，ｃ）と
して採用するのである。ここで、微小欠陥のない部分の
判断として２回微分の値が一定の部位（曲率変化のない
部分）を求めればよい。そして、さらに、前記水平方向
スケーラ１３と高さ方向スケーラ２１から出力されてき
たステージ１１の水平面方向の移動量と表面高さ量から
被検出材１２表面の３次元図を作成するのである。その
後、作成した３次元図を前記算出した基準湾曲面の中心
座標に基づいて補正し、この補正値から検出しようとす
る微小表面欠陥の面積、体積等を演算するのである。以
上の本発明方法の、概略フローチャートを図６に示す。
また、前記信号処理装置１４で作成した基準湾曲面補正
前の３次元図の１例を図３に、また基準湾曲面補正後の
３次元図の１例を図４に示す。なお、図５は被検出材１
２表面の実際の形状である。

【００１８】本発明装置を使用した本発明方法によれ
ば、図５に示すように、被検出材１２表面の実際の形状
では、表面粗さ１２ａと判別しにくい微小欠陥１２ｂ
を、図３に示すように、表面高さ量検出装置１５の焦点
範囲を、被検出材１２の表面粗度（表面粗さ１２ａ）よ
り大きく、かつ微小欠陥１２ｂより小さくなしているの
で、検出したい微小欠陥１２ｂの判別が極めて容易とな
り、かつ図４に示すように、検出したい微小欠陥１２ｂ
の大きさも正確に求めることができる。なお、図１中の
２２は表示装置を、また図３〜図５中の１２ｃは検出不
要な微小欠陥を示す。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面高さ量検出装置の焦点範囲を、被検出材の表面粗度
より大きく、かつ検出しようとする微小欠陥より小さく
なしているので、表面粗さによる凹凸を平準化し、検出
しようとする微小欠陥を顕在化させることができ、か
つ、この顕在化させた微小欠陥を表面高さ量検出値を用
いて算出した基準湾曲面に基づいて補正することで正確
な大きさを求めることができる。したがって、本発明に
よれば、触針法で検出不可能な微小欠陥や、光切断法で
検出したデータに基づき判定が困難な表面粗さと略同じ
程度の微小欠陥を明瞭に検出でき、正確な大きさを求め
ることができる。また、目視による検出のような個人差
もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の全体構成を示す概略図である。

【図２】本発明に使用する表面高さ量検出装置の自動焦
点法の説明図である。

【図３】本発明装置を用いて本発明方法を実施した場合
の微小欠陥を含むプレス成型品の基準湾曲面補正する前
の断面形状の３次元図である。

【図４】図３の基準湾曲面補正をした後の断面形状の３
次元図である。

【図５】微小欠陥を含むプレス成型品の実際の断面形状
を示す図面である。

【図６】本発明方法の概略を示すフローチャートであ
る。

【図７】プレス成型時における微小欠陥の発生の説明図
である。

【図８】本発明によって検出しようとする微小欠陥の略
式図である。

【図９】図７に示す微小欠陥を触針法によって検出した
時のデータの略式図である。

【符号の説明】

１１ ステージ １２ 被検出材 １２ａ 表面粗さ １２ｂ 微小欠陥 １３ 水平面方向スケーラ １４ 信号処理装置 １５ 表面高さ量検出装置 ２１ 高さ方向スケーラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出材を載置してあるステージを被検
   出材の水平面方向に所定距離だけ移動させつつ、それぞ
   れの位置で焦点法により被検出材の表面高さを検出する
   動作を繰り返し行うことで、被検出材表面の微細形状を
   ３次元で検出し、微小欠陥を検出する方法において、湾
   曲状被検出材の表面粗度より大きく、かつ微小表面欠陥
   より小さくなした焦点範囲で被検出材表面の微細形状を
   検出し、この検出値を、検出した被検出材の表面高さの
   うちの微小欠陥のない部分の表面高さと、既知の湾曲半
   径とから算出する被検出材の基準湾曲面の中心座標に基
   づいて補正することを特徴とする湾曲状被検出材の微小
   欠陥検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の検出方法に使用する装置
   であって、湾曲状被検出材を載置するステージと、この
   ステージの水平面方向における移動機構と、この移動機
   構によるステージの水平面方向移動量を出力する水平面
   方向スケーラと、前記ステージ上の被検出材の表面高さ
   量検出装置と、この表面高さ量検出装置による検出量を
   出力する高さ方向スケーラと、この高さ方向スケーラか
   らの検出量のうち、微小欠陥のない部分の任意の３点以
   上の検出高さと既知の湾曲半径とから基準湾曲面の中心
   座標を算出することを複数回繰り返してそれらの算出値
   の最頻値を基準湾曲面の中心座標として採用し、かつ前
   記両出力信号に基づいて被検出材表面の３次元図を作成
   した後、この作成した３次元図を前記基準湾曲面の中心
   座標に基づいて補正し、この補正値から検出しようとす
   る微小表面欠陥の面積、体積等を演算する信号処理装置
   を具備したことを特徴とする湾曲状被検出材の微小欠陥
   検出装置。