JPH0843077A - 表面検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、表面の傷やざらつきなどの表面特徴
を客観的・定量的に測定する。 【構成】被測定物４の表面上に微小な測定子３を接触さ
せて走査させ、このときに測定子３に作用する力を力検
出部２によりＸＹＺの各成分力として検出し、これら成
分力の波形特徴量から判定部１０のニューラルネットワ
ーク部を用いて被測定物４の傷等を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の微小な傷の
検出、さらには表面ざらつき、滑らかさを評価する表面
検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被測定物の表面にある微小な傷を検出し
たり、又は表面ざらつきや滑らかさを評価する場合は、
熟練作業者が被測定物の表面を直接手指などで触れた
り、必要に応じて容易された標準品を用いて接触の感覚
を比較し、その比較感覚により判定を行っている。

【０００３】このような人間の感覚による検査では、た
とえ標準品との比較を行うなどの工夫をしても、客観的
・定量的な判定を行うことは困難である。このため、例
えば機能部品の検査等では、性能検査と関係づけて厳密
な評価基準を決定することが不可能である。

【０００４】又、個人の感覚の鋭敏さの違い、体調や気
分の相違等により判定がばらつく虞がある。一方、表面
形状測定を自動化した触針式表面形状測定装置がある。
この測定装置は、触針を被測定物表面上に２次元的に走
査し、このときの触針の動きから被測定物の表面形状の
情報を得るのである。

【０００５】しかしながら、この測定装置では、被測定
物の表面形状の情報しか得ることができず、被測定部の
表面ざらつきや滑らかさを検出することは困難である。
このため、表面ざらつきや滑らかさを検出するには、人
間が指手などにより直接被測定物に触れて判定しなけれ
ばならない。又、触針を被測定物表面上に２次元的に走
査するために、被測定物の広範囲に亘っての評価には、
多大な時間がかかる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように人間の感
覚による検査では、客観的・定量的な判定を行うことは
困難である。又、測定装置では、被測定物の表面形状の
情報しか得ることができず、被測定部の表面ざらつきや
滑らかさを検出することは困難である。そこで本発明
は、表面の傷やざらつきなどの表面特徴を客観的・定量
的に測定できる表面検査方法及びその装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、被測
定物の表面に微小な測定子を接触させて走査させ、この
ときに測定子に作用する力を少なくとも２方向成分とし
て検出し、この検出された各方向成分に基づいて被測定
物の表面を検出するようにして上記目的を達成しようと
する表面検査方法である。

【０００８】請求項２によれば、被測定物の表面を接触
した状態で走査する微小な測定子と、この測定子に作用
する力を少なくとも２方向成分として検出する力検出手
段と、この力検出手段により検出された各方向成分に基
づいて被測定物の表面を検出する判定手段と、を備えて
上記目的を達成しようとする表面検査装置である。

【０００９】請求項３によれば、測定子は、被測定物表
面との接触形態に応じて点接触タイプ、線接触タイプ、
面接触タイプのいずれかを取付ける。請求項４によれ
ば、被測定物の表面上を接触した状態で走査する微小な
複数の測定子、これら測定子に作用する力をそれぞれ少
なくとも２方向成分として検出する複数の力検出手段、
及びこれら測定子と力検出手段とを一体化して１次元的
又は二次元的に配置するベースから成る測定ヘッドと、
この測定ヘッドにより検出された複数の測定箇所におけ
るそれぞれの少なくとも２方向成分に基づいて被測定物
の表面を検出する判定手段と、を備えて上記目的を達成
しようとする表面検査装置である。

【００１０】請求項５によれば、判定手段は、測定子に
作用する力の少なくとも２方向成分の波形特徴から少な
くとも被測定物の表面のざらつきを判定するニューラル
ネットワークを有している。

【００１１】請求項６によれば、判定手段は、測定子に
作用する力の少なくとも２方向成分をスペクトル分析
し、スペクトル分析結果から少なくとも被測定物の表面
のざらつきを判定するニューラルネットワークを有して
いる。

【００１２】

【作用】請求項１によれば、被測定物の表面上に微小な
測定子を接触させて走査させたときに測定子に作用する
力を少なくとも２方向成分として検出して被測定物の表
面を検出することにより、被測定物表面の傷やざらつき
などの表面特徴を客観的・定量的に測定できる。

【００１３】請求項２によれば、被測定物の表面上に微
小な測定子を接触させて走査させ、このときに測定子に
作用する力を少なくとも２方向成分として力検出手段に
より検出し、この検出された各方向成分に基づいて判定
手段により被測定物の表面を検出する。

【００１４】請求項３によれば、測定子として、被測定
物表面との接触形態に応じて点接触タイプ、線接触タイ
プ、面接触タイプのいずれかが取付けられる。請求項４
によれば、複数の測定子を配列した測定ヘッドを被測定
物の表面上に接触した状態で走査すれば、これら測定子
に作用する少なくとも２方向成分が各力検出手段により
検出され、複数の測定箇所における各方向成分に基づい
て被測定物の表面が検出される。

【００１５】請求項５によれば、判定手段は、測定子に
作用する力の少なくとも２方向成分の波形特徴からニュ
ーラルネットワークを用いて少なくとも被測定物の表面
のざらつきを判定する。

【００１６】請求項６によれば、判定手段は、測定子に
作用する力の少なくとも２方向成分をスペクトル分析
し、このスペクトル分析結果からニューラルネットワー
クにより少なくとも被測定物の表面のざらつきを判定す
る。

【００１７】

【実施例】

(1) 以下、本発明の第１の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は表面検査装置の構成図である。検出
部支持機構１には、力検出器２を介して測定子３が取り
付けられている。

【００１８】このうち検出部支持機構１は、例えばアー
ム機構やコンプライアンス機構が用いられている。又、
測定子３は、被測定物４の表面との接触形態に応じて点
接触タイプ、線接触タイプ、面接触タイプ（多点接触タ
イプ）のいずれかが取付けられる。

【００１９】図２はかかる測定子３の各タイプを示して
いる。各測定子３ａ、３ｂは点接触タイプであり、この
うち測定子３ａは円錐形状、測定子３ｂは角錐形状に形
成されている。

【００２０】測定子３ｃは、線接触タイプであって、ナ
イフエッジ形状に形成されている。又、各測定子３ｄ〜
３ｆは、面接触タイプであって、測定子３ｄは滑らかな
平面形状、測定子３ｅは鋸状の面形状、測定子３ｆは多
数の突起を付けた平面形状にそれぞれ形成されている。

【００２１】これら測定子３は、必ずしも金属やダイヤ
モンドのような剛な材質である必要はなく、特に面接触
タイプでは被測定物４の表面への接触性を考慮し、例え
ばゴム等の弾性体にすることが最適である。

【００２２】力検出器２は、測定子３を被測定物４の表
面上に接触した状態で走査したときに、この測定子３に
作用する力Ｆを法線方向成分（Ｚ成分）、走査方向成分
（Ｘ成分）、及び垂直方向成分（Ｙ成分）の３成分力と
して検出する機能を有している。

【００２３】この力検出器２には、増幅器５を介して計
算機６が接続されている。この計算機６には、ＸＹＺの
各成分力別の各入力部７〜９及び判定部１０が備えられ
ている。

【００２４】このうち判定部１０は、ＸＹＺの各方向成
分力に基づいて被測定物４の表面に付いた微小な傷、表
面のざらつき、滑らかさ等の表面特徴を評価する機能を
有している。

【００２５】図３は判定部１０の具体的な構成図であ
る。特徴抽出部１１は、各入力部７〜９を通して入力さ
れるＸＹＺの各成分力出力を入力し、これら成分力出力
の波形の特徴量１１ａを抽出する機能を有している。

【００２６】ニューラルネットワーク部１２は、ＸＹＺ
の各成分力出力の波形の特徴量に対する被測定物４の傷
や表面ざらつき、滑らかさ等の階層ニューラルネットワ
ークを備え、特徴抽出部１１により抽出されたＸＹＺの
各成分力出力の波形の特徴量１１ａを受け、これら波形
の特徴量１１ａに基づいて情報処理して被測定物４の傷
を検出し、かつ被測定物４の表面ざらつき、滑らかさ等
といった表面特徴を評価する機能を有している。

【００２７】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。測定子３は、被測定物４の表面との接触
形態に応じて点接触タイプ、線接触タイプ、面接触タイ
プのいずれかが力検出部２に取付けられる。

【００２８】検出部支持機構１に力検出部２及び測定子
３が支持された状態で、測定子３が被測定物４の表面上
に走査される。この測定子３の被測定物４の表面上の走
査により、測定子３には力Ｆが作用する。

【００２９】力検出部２は、測定子３に作用する力Ｆを
ＸＹＺの各成分力として検出し、これら成分力に応じた
各電気信号を出力する。これらＸＹＺの各成分力の各電
気信号は、増幅器５により処理しやすいレベルに増幅さ
れて計算機６の各入力部７〜９に送られる。

【００３０】この計算機６における特徴抽出部１１は、
各入力部７〜９を通して入力されるＸＹＺの各成分力か
ら、これら成分力出力の波形の特徴量１１ａを抽出す
る。次にニューラルネットワーク部１２は、特徴抽出部
１１により抽出されたＸＹＺの各成分力出力の波形の特
徴量１１ａを受け、これら波形の特徴量１１ａに基づい
て情報処理して被測定物４の傷を検出し、かつ被測定物
４の表面のざらつき、滑らかさ等といった表面特徴を評
価する。

【００３１】このように上記第１の実施例においては、
被測定物４の表面上に微小な測定子３を接触させて走査
させ、このときに測定子３に作用する力をＸＹＺの各成
分力として検出し、これら成分力の波形特徴量からニュ
ーラルネットワーク部１２を用いて被測定物４の傷等を
評価するようにしたので、被測定物４の表面の傷やざら
つき、滑らかさなどの感覚的に捕えていた表面特徴を客
観的・定量的に測定できる。

【００３２】又、測定子３は、点接触タイプ、線接触タ
イプ、面接触タイプのいずれかを取付ける構成としたの
で、被測定物４の表面との接触形態に応じて最適なタイ
プの測定子３を選択して高精度な測定ができる。

【００３３】従って、被測定物４の表面欠陥の有無やざ
らつき、滑らかさといった感覚的な特徴を人間の感覚に
左右されず、客観的かつ定量的に評価できる。又、評価
基準が一定なので、機能部品の検査に応用し、性能試験
と相関関係に基づく実際的かつ厳密な評価ができる。 (2) 次に本発明の第２の実施例について説明する。

【００３４】図４は表面検査装置の構成図である。弾性
体のベース２０には、複数の力検出部２１が２次元的に
配置され、かつこれら力検出部２１にそれぞれ測定子２
２が取り付けられて測定ヘッド２３が構成されている。

【００３５】これら測定子２２は、被測定物の表面との
接触形態に応じて図２に示す点接触タイプ、線接触タイ
プ、面接触タイプのいずれかが取付けられる。各力検出
部２１は、上記同様にそれぞれ各測定子２２を被測定物
の表面上に接触した状態で走査したときに、この測定子
２２に作用する力をＺ成分、Ｘ成分、及びＹ成分の３成
分力として検出する機能を有している。

【００３６】この測定ヘッド２３には、増幅器２４を介
して計算機２５が接続されている。この計算機２５に
は、ＸＹＺの各成分力別の各入力部２６〜２８及び判定
部２９が備えられている。

【００３７】これら入力部２７〜２８は、各力検出部２
１により検出した各成分力をそれぞれ入力するものとな
っている。判定部２９は、ＸＹＺの各方向成分力に基づ
いて被測定物の表面に付いた微小な傷、表面のざらつ
き、滑らかさ等の表面特徴を評価する機能を有するもの
で、上記第１の実施例と同様に、特徴抽出部、及びニュ
ーラルネットワーク部の各機能を有している。

【００３８】特徴抽出部は、各力検出部２１ごとに検出
されたＸＹＺの各成分力出力の波形の特徴量を抽出する
機能を有している。ニューラルネットワーク部は、特徴
抽出部により抽出された各力検出部２１ごとのＸＹＺの
各成分力出力の波形の特徴量を受け、これら波形の特徴
量に基づいて情報処理して被測定物の傷を検出し、かつ
被測定物の表面のざらつき、滑らかさ等といった表面特
徴を評価する機能を有している。

【００３９】このような構成であれば、複数の測定子２
２が被測定物の表面上に走査されると、これら測定子２
２にはそれぞれ力が作用する。このとき複数の力検出部
２１は、複数の測定子２２に作用する力をそれぞれＸＹ
Ｚの各成分力として検出し、これら成分力に応じた各電
気信号を出力する。

【００４０】これらＸＹＺの各成分力の各電気信号は、
増幅器２４により処理しやすいレベルに増幅されて計算
機２５の各入力部２６〜２８に送られる。この計算機２
５における特徴抽出部は、各入力部２６〜２８を通して
入力される複数の力検出部２１により検出されたＸＹＺ
の各成分力から、これら成分力出力の波形の特徴量を抽
出する。

【００４１】次にニューラルネットワーク部１２は、特
徴抽出部により抽出された複数の力検出部２１別のＸＹ
Ｚの各成分力出力の波形の特徴量を受け、これら波形の
特徴量に基づいて情報処理して被測定物の傷を検出し、
かつ被測定物の表面のざらつき、滑らかさ等といった表
面特徴を評価する。

【００４２】このように上記第２の実施例においては、
複数の測定子２２を配置した測定ヘッド２３を被測定物
の表面上に走査させるので、同時に複数の測定箇所にお
いて被測定物表面上の傷、被測定物の表面の傷やざらつ
き、滑らかさなどの感覚的に捕えていた表面特徴を客観
的・定量的に測定でき、高速に表面特徴に関する測定が
できる。

【００４３】なお、測定ヘッド２３に配置する複数の測
定子２２は、１次元的に配列しても同様の効果を奏する
ことができる。 (3) 次に本発明の第３の実施例について説明する。な
お、図３と同一部分には同一符号を付してその詳しい説
明は省略する。

【００４４】図５は表面検査装置における計算機の構成
図である。スペクトル分析部３０は、各入力部７〜９を
通して入力される測定子３に作用するＸＹＺの各成分力
をスペクトル分析し、このスペクトル分析の結果を学習
のためのニューラルネットワーク部１２の入力とする機
能を有している。

【００４５】ニューラルネットワーク部１２は、スペク
トル分析の結果を入力とし、かつ人間の評価結果を教師
信号として学習する機能を有している。このような構成
であれば、測定子３が被測定物４の表面上に走査される
と、この測定子３には力が作用し、この力が力検出部２
によりＸＹＺの各成分力として検出され、これら成分力
に応じた各電気信号が計算機の各入力部７〜９に送られ
る。

【００４６】この計算機において特徴抽出部１１は、各
入力部７〜９を通して入力されるＸＹＺの各成分力か
ら、これら成分力出力の波形の特徴量１１ａを抽出し、
さらにニューラルネットワーク部１２は、ＸＹＺの各成
分力出力の波形の特徴量１１ａに基づいて情報処理して
被測定物４の傷を検出し、かつ被測定物４の表面ざらつ
き、滑らかさ等といった表面特徴を評価する。

【００４７】一方、スペクトル分析部３０は、各入力部
７〜９を通して入力される測定子３に作用するＸＹＺの
各成分力をスペクトル分析する。図６はかかるスペクト
ル分析結果を示しており、四角形の大きさが該当する時
間及び周波数での信号の大きさを示している。

【００４８】スペクトル分析部３０は、このスペクトル
分析の結果を学習のためのニューラルネットワーク部１
２への入力とする。この結果、ニューラルネットワーク
部１２は、スペクトル分析結果を入力とし、かつ人間の
評価結果を教師信号として学習を行い、例えば階層ニュ
ーラルネットワークの重み係数を変更する。

【００４９】このように上記第３の実施例によれば、上
記第１の実施例の効果に加えて、スペクトル分析部３０
のスペクトル分析結果を用いてニューラルネットワーク
部１２の学習ができる。 (4) 次に本発明の第４の実施例について説明する。な
お、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説
明は省略する。

【００５０】図７は表面検査装置の構成図である。この
装置は、被測定物としてエッジ部４０の感触検査に適用
したものである。計算機４１は、力検出部２により検出
される測定子３のエッジ部４０に対する押付け方向（Ｚ
成分に該当）、及び走査方向（Ｙ成分に該当）の２成分
力を入力する。

【００５１】すなわち、計算機４１は、Ｚ成分力及びＹ
成分力を入力する各入力部４２、４３、及び判定部４４
の各機能を備えている。判定部４４は、各入力部４２、
４３を通して入力されるＺＹの各成分力出力を入力し、
これら成分力出力の波形の特徴量を抽出する特徴抽出部
と、この特徴抽出部により抽出されたＺＹの各成分力出
力の波形の特徴量に基づいて情報処理してエッジ部４０
の傷を検出し、かつエッジ部４０の表面のざらつき、滑
らかさ等といった表面特徴を評価するニューラルネット
ワーク部との各機能を有している。

【００５２】このような構成であれば、エッジ部４０に
対する感触検査を行う場合、測定子３に作用するＺ成分
力、Ｙ成分力が計算機４１に入力する。この計算機４１
の判定部４４は、これら成分力出力の波形の特徴量を抽
出し、これら波形の特徴量に基づいて情報処理してエッ
ジ部４０の傷を検出し、かつエッジ部４０の表面のざら
つき、滑らかさ等といった表面特徴を評価する。

【００５３】このように上記第４の実施例によれば、エ
ッジ部４０に対する感触検査を行う場合、測定子３に作
用するＺ成分力、Ｙ成分力を用いることにより、エッジ
部４０の傷の検出、エッジ部４０の表面のざらつき、滑
らかさ等といった表面特徴の評価ができる。

【００５４】なお、本発明は、上記各実施例に限定され
るものでなく次の通り変形してもよい。例えば、測定子
３は、通常、上記の如くアーム機構やコンプライアンス
機構のような検出部支持機構１により概略一定の押付け
力により被測定物４の表面に接触しており、測定子３の
応答性は検出部支持機構１の動特性により一意に定まり
可変することはできない。

【００５５】これに対し、図８に示すように例えばＰＺ
Ｔ等のアクチュエータ５０を設けてこれをアクチュエー
タ駆動装置５１により駆動し、かつ力検出部２により検
出されるＺ成分力を増幅器５２を通して補償要素５３に
送り、この補償要素５３の伝達特性を変化させることに
より目標値との偏差をアクチュエータ駆動装置５１に送
ってフィードバック制御する構成としてもよい。これに
より、測定子３の動特性を任意に設定することが可能と
なる。

【００５６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、表
面の傷やざらつきなどの表面特徴を客観的・定量的に測
定できる表面検査方法及びその装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる表面検査装置の第１の実施例を
示す構成図。

【図２】測定子の各タイプを示す図。

【図３】判定部の具体的な構成図。

【図４】本発明に係わる表面検査装置の第２の実施例を
示す構成図。

【図５】本発明に係わる表面検査装置の第３の実施例を
示す計算機の機能ブロック図。

【図６】スペクトル分析結果を示す図。

【図７】本発明に係わる表面検査装置の第４の実施例を
示す構成図。

【図８】本発明の変形例を示す構成図。

【符号の説明】

１…検出部支持機構、２…力検出器、３…測定子、４…
被測定物、６…計算機、１０…判定部、１１…特徴抽出
部、１２…ニューラルネットワーク部、２０…ベース、
２１…力検出部、２２…測定子、２３…測定ヘッド、２
５…計算機、２９…判定部、３０…スペクトル分析部、
４１…計算機、４４…判定部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物の表面に微小な測定子を接触さ
   せて走査させ、このときに前記測定子に作用する力を少
   なくとも２方向成分として検出し、この検出された各方
   向成分に基づいて前記被測定物の表面を検出することを
   特徴とする表面検査方法。
2. 【請求項２】 被測定物の表面を接触した状態で走査す
   る微小な測定子と、 この測定子に作用する力を少なくとも２方向成分として
   検出する力検出手段と、 この力検出手段により検出された各方向成分に基づいて
   前記被測定物の表面を検出する判定手段と、を具備した
   ことを特徴とする表面検査装置。
3. 【請求項３】 前記測定子は、前記被測定物表面との接
   触形態に応じて点接触タイプ、線接触タイプ、面接触タ
   イプのいずれかを取付けることを特徴とする請求項２記
   載の表面検査装置。
4. 【請求項４】 被測定物の表面上を接触した状態で走査
   する微小な複数の測定子、これら測定子に作用する力を
   それぞれ少なくとも２方向成分として検出する複数の力
   検出手段、及びこれら測定子と力検出手段とを一体化し
   て１次元的又は二次元的に配置するベースから成る測定
   ヘッドと、 この測定ヘッドにより検出された複数の測定箇所におけ
   るそれぞれ少なくとも２方向成分に基づいて前記被測定
   物の表面を検出する判定手段と、を具備したことを特徴
   とする表面検査装置。
5. 【請求項５】 前記判定手段は、前記測定子に作用する
   力の少なくとも２方向成分の波形特徴から少なくとも前
   記被測定物の表面ざらつきを判定するニューラルネット
   ワークを有することを特徴とする請求項２又は４記載の
   表面検査装置。
6. 【請求項６】 前記判定手段は、前記測定子に作用する
   力の少なくとも２方向成分をスペクトル分析し、このス
   ペクトル分析結果から少なくとも前記被測定物の表面ざ
   らつきを判定するニューラルネットワークを有すること
   を特徴とする請求項２又は４記載の表面検査装置。