JPS60201204A - 金属表面性状測定装置 - 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】 仁の発明は、各種物体の表面性状、特に表面粗度に関係
する性状を測定する装置に関するものである。

一般に各種物質の表面粗度は、単に表面の美観のみなら
ず、その物質の機械的性質や表面物性等に深く関係して
いる。例えば鉄鋼の分野においては、製品である鋼板の
表面粗度は、表面の光沢度等の美感のほか、プレス加工
性あるいは塗装性、メッキ性等に密接な関係があシ、シ
たがって圧延工程等において表面粗度管理を行なうこと
は極めて重要な課題となっている。しかるに従来一般の
表面粗度測定装置や表面粗度表示方法は、真に最適な粗
度管理を行なうためには未だ不充分なものであった。す
なわち、表面性状に関しては、凹凸の情報であるＲａ　
（中心線平均あらさ）やＲｍａｘ（最大あらさ）、ＰＰ
Ｉ　（ｐｅａｋ　ｐｅｒ　１ｎｃｈ　）が定められてい
るに過ぎず、複雑な表面性状、すなわち不規則に凹凸や
傾斜が変化する粗面の情報としては不充分である。また
測定装置に関しては、従来の最も一般的なものは触針式
粗度計であるが、この粗度計は被測定面の極く一部につ
いてしか測定できず、表面全体の性状についての情報を
得るには適切ではなく、また接触測定であるため高速で
測定することが困難であるとともに、機械的な故障が発
生し易く、また被測定面が傷付く問題もある。

そこで最近では光学的な手法によシネ規則面の表面粗度
情報に関する統計的性質を測定する方法が提案されてい
る。すなわち、表面粗度を表わすパラメータとしては、
平均粗さ、平均傾射角、平均山間隔等各種の指数が用い
られているが、これらは表面プロフィルの振幅情報、傾
斜角情報および周波数情報に大別され、通常不規則面の
統計的性質はこれらのうちの２情報で表現できることが
知られておシ、このような観点から光学的に表面プロフ
ィルの情報をめる方法として、特公昭５３−４６４６０
号公報に示される方法、および特開昭５４−２４０５１
号公報に示される方法が既に提案されている。前者の方
法は、波長の異なる２本の光束を被測定面に投射し、光
拡散の半値幅から前記情報をめるものであるが、この方
法を実際に適用しようとする場合、波長の大きく異なる
２種の光源を必要とし、光源としてレーザを用いる場合
には特に適切な光源が現状では存在しないという問題が
あシ、また装置構成や保守が煩雑であシ、価格も高くな
る等の欠点がある。一方後者の方法は、装置化上の便宜
のため同一波長の光束を異なる２つの入射角で被測定面
に投射することによって前記情報をめるものであ）、前
者の方法の欠点を解消することが可能である。しかしな
がら後者の方法に基いて実際の装置を設計１実現する場
合、次のような欠点あるいは不備な点があった。

すなわち、先ず第１には、被測定面に投射する光束の波
長、入射角、被測定面の粗さレンジに関する設定条件が
不明であシ、そのため実際の装置化にあたって、設定条
件によっては測定結果のばらつきが極めて大きくなる場
合がある。塘だ第２には、実際の装置にそのまま適用し
た場合、被測定面の全反射率の違い、光源強度の変動、
また測定対象物が走行している場合における被測定面の
振動等が測定誤差要因となって充分な測定積度が得られ
なくなることがめシ、これらの誤差要因に対して補正を
行なうことが望ましいが、その方法が特に示されていな
い。これらの理由によシ、前述の特開昭５４−２４０５
１号公報に開示されている方法を実際の装置として具体
化した場合には、測定精度等の点で満足し得るものが得
られないのである。

一方、通常の光学的粗度測定においては、被測定面に対
する表面伺着物等による全反射率の変動は測定誤差要因
として単に補正対象として扱かわれているだけであるが
、逆にこの情報を有効に用いれば、表面付着物の有無、
種類等に関する情報を得ることができ、表面品質管理上
、極めて有効となる。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、前
記特開昭５４−２４０５１号公報に示される方法を装置
として具体化する上において、前述の問題点を解決し、
常に高精度で表面粗度情報を得ることを可能とした表面
性状測定装置を提供することを基本的な目的とするもの
である。さらにこの発明は、表面粗度情報と同時に表面
付着物についての情報が得られるようにした表面性状測
定装置を提供することを第２の目的とするものである。

すなわち本願の第１発明は、同一波長の光束を異なる２
つの入射角で被測定面に投射して、表面粗度についての
独立な２つの情報である振幅情報と傾斜角情報を測定す
るにあたシ、各入射角を粗さレンジ（σ）および波長に
応じた適切な条件を満足するように設定し、同時に被測
定面の全反射率の違いや光源強度の変動、あるいは被測
定面の振動による誤差要因について検出値を補正し、こ
れによって高精度で前記情報が得られるようにした表面
性状測定装置を提供する。また本願の第２発明は、被測
定面の表面付着物がその被測定面の反射率に影響を及ぼ
すことに着目して、前記第１の発明の装置にさらに表面
付着物に関する情報を出力させる機能を付加した装置を
提供する。

具体的には、第１発明の表面性状測定装置は、同一波長
の光束（２光束）を異なる２つの入射角で被測定面に投
射して得られる反射光強度から、前記被測定面の表面プ
ロフィルの振幅情報および傾斜角情報もしくは周波数情
報をめる装置において；前記光束の波長をλ、被測定面
表面プロフィルの高さ、分布の分散をσ、前記２つの入
射角をノ θ０．θ２として、 （４πσ／λ・ｃｏｏθ１）≦４ ＩＯ≦（４πσ／λ’　ｃｏｓθ２）≦１００を満足す
るように入射角θ８．θ２を設定した光投射手段と；各
入射角０．．θ２の入射光束にそれぞれ対応する正反射
強度および全反射量を検出するだめの第１の光検出手段
と：前記入射光束の一部を取出して入射光強度に比例す
る光強度を検出するための第２の光検出手段と；前記各
光検出手段の出力に基いて各入射光束に対応する入射光
強度信号、正反射強度信号、および全反射量信号をめる
信号処理装置と；正反射強度信号を対応する入射光強度
信号もしくは全反射量信号で除算する除算器と：前記除
算器の出力から振幅情報と傾斜角情報もしくは周波数情
報とを演算出力する演算出力装置とを有する構成とする
ことを特徴とするものである。

また第２発明の表面性状測定装置は、前記第１発明の装
置における除算器に、前述の如く正反射強度信号を対応
する入射光強度信号もしくは全反射量信号で除算する機
能のほか、全反射量信号を対応する入射光強度信号で除
算する機能を持たせ、前記演算出力装置においては除算
器の出力から振幅情報と傾斜角情報もしくは周波数情報
と表面付着物に関する情報とを演算出力させるようにし
たことを特徴とするものである。

以下この発明の表面性状測定装置について詳細に説明す
る。

先ずこの発明の測定装置の基本原理について、本発明者
等による実験結果を踏まえて説明する。

粗度パラメータの振幅情報として表面プロフィルの高さ
分布の分散σ、周波数情報として自己相関関数がｌ／ｅ
に減少する距離（以下これを自己相関距離と記す）Ｔを
選べば、傾斜角情報はσ７々で表わされる。この発明の
装置では、上記振幅情報σおよび傾斜角情報φを次のよ
うな原理によってめる。

被測定面に投射される投射光波長をλ、入射角をθとし
た場合、正反射光強度工、と前記粗度パラメータσ、σ
力との関係は、ベックマン（Ｂｅｃｋｍａｎｎ）の理論
（注”、　Ｐ、　Ｂｅｃｋｍａｎｎ他、「Ｔｈｅ　Ｓｃ
ａｔｌｉｎｇｏｆ　Ｅｌｅｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｗ
ａｖｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｒｏｕｇｈ　ＳｕｒｆａｃｅｓＪ
Ｐｅｒｇａｍｏｎ　Ｐｒｅｓｓ、　１９６３年発行）に
従ってｇをｇ＝（４πσ／λ・ｃｏｓθ）　・・・・・
・（１）と定義すれば、 ｇ　＜　１の場合　Ｉ、＝ｆ、（σ）　・・・・・・（
２）ｇ＞ｔｏ場合　１１Ｂ　＝　ｆ　２（’／’ｒ　）
−・・（３）が成立する。

前述の特公昭５３−４６４６０号公報において開示され
ている発明は同様のベックマンの理論に従ったものであ
シ、また特開昭５４−２４０５１号に開示されている発
明は前記（２）式の条件がｇ＝１でも成立することを用
いているが、定量的に厳密な条件は明らかにされておら
ず、またこれらの関係を用いた場合の測定精度も不明で
ある。

これに対し、この発明では、詳細な理論的、実験的検討
に基いて、通常測定対象とされる粗面（例えば冷延鋼板
、アルミ板等）ではＴ＝２０〜１００μｍ程度であるこ
とを前提に次の、結果を導出した。

ｇ≦４　の場合　Ｉ、＝ｆ、（σ）　・・・・・・（４
）ｇ≧１０　の場合　Ｉ、　＝　ｒ２（σ／’ｒ）　−
・−・・−（５）このような（４）　＃　（５）式が成
立する根拠は次の通シである。

Ｉ、　トａ　（〜ｑ）、オヨヒｒ、　トａｆｉ　（ｏｃ
ＪＴ／Ｔ　）の関係についてベックマンの理論に基いて
数値計算した結果を第１図、第２図に示す。第１図に示
すように、ｎ（”σ）の値が小さい場合にはＴの値（但
しｔｏ−ｔｏｏμｍの範囲内）にかかわらず工、の値が
４７（■σ）に一義的に対応し、Ｊｉ：　（ｏｃσ）が
大きくなればＴの値によって工、の値に対するＪｉｉ　
（”σ）の値が変動する。すなわち、ｉ７（”σ）の値
が大きくなれば、Ｉ８の値から６（ｏｃσ）の値をめる
場合のばらつきが大きくなる。第１図中εは工、の値か
らＪｉｉ　（”σ）の値をめる場合に生じる誤差を示す
が、この図から、■８の測定値によシ高精度（誤差±３
％以下）でσ（”　−／ｉｒ　）の値をめ得る条件は、
９≦２であること、すなわちｇ≦４であることがわかる
。したがって（４）式はｇ≦４の条件下で成立する。一
方第２図から、工ｓ　（！：　５ｌｉｉ”／Ｔ（■”／
Ｔ）　トノｒＪＡ　係１ｃ　ライては、Ｔの値が２０〜
１００μｍの範囲内においてＩｓの値に対する４γＴ（
ｏｃσ／Ｔ　）のばらつきが無視できる程度に小さくな
るのは、ｇ≧１０の場合であることがわかる。すなわち
ｇ≧１０の場合にＩ８がσ／’ｒ　（”ｖ’ｒ／Ｔ　）
の−価関数とみなすことができ、したがってｇ≧１０の
条件下で前記（５）式が成立する。

また前記（５）式に関して、ｇ）１００の場合には実際
の測定条件下ではＩｓの測定値に対するσｌのばらつき
が極めて大きく、実際の測定が不可能となる場合がある
。その例をσが０．６〜３．０μｍの冷延鋼板ダル材に
ついて第３図、第４図に示す。

第３図の例は、入射波長λ＝０．５１４μｍ１入射角θ
＝１００とし、ｇ）１００の場合について測定したＩ′
ｓの値と、触針粗度計にて測定したσ、々との関係を示
し、また第４図の例は入射波長λ＝３．３９μｍ１入射
角θ＝１００とし、１０≦ｇ≦ｉｏｏ。

場合について測定した■５の値を、触針粗度計にて測定
したσ力の値との関係を示すもの士あるが、第４図の１
０≦ｇ≦ｌＯＯの場合にはＩＳとσ／Ｔとの相関度が高
いのに対し、第３図のｇ）１００の場合には極めてばら
つきが大きいことがわかる。

この原因は、真値として用いているσ、Ｔの値が前述の
ように触針粗度計によって得られたものであシ、触針で
は検出不能な、お雇いはσ、Ｔへの寄与の小さい小振幅
の表面凹凸成分が光反射に影響を与えるため、または表
面プルフィルの自己相関関数形にばらつきがあシ、これ
がｇの増大とともに増加するためと推定される。したが
って前記（５）式の成立条件は単にｇ≧１０と規定する
だけではなく、１０≦ｇ≦１００と規定する必要がある
。

すなわち、 ｌＯ≦ｇ≦１００の場合　Ｉ、＝−ｒ２（σ／ＩＩ′）
・・・（６）とする必要がある。

以上の理由から、高精度で振幅情報σをめるだめの投射
光としては、前記（４）式の成立条件よシ、測定対象の
粗さくσ）レンジに応じて波長λおよび入射角θ、が （４πφ・ｃｏｓθ、）≦４　・・・・・・（ηを満足
し、また高精度で傾射角情報σ、々を得るための投射光
としては、前記（６）式の成立条件よシ、測定対象の粗
さくσ）レンジに応じて波長λおよび入射角θ２が １０≦（４πσ／λ”Ｃｏｇ　０２　）≦ｔｏｏ　・・
・・−（８）を満足する必要がある。したがってこの発
明の装置においては、被測定面に対する同一波長λの２
本の投射光束の入射角θ１．θ２が波長λ、粗さレンジ
（σ）に応じて前述の（７）　、　（８）式を満足する
ように、光源を含む光投射手段を設定する。

一方、この発明の装置における光学系の光検出手段とし
ては、入射角θ、、θ２の前記２本の入射光束が被測定
面で反射した各々の散乱光についてその正反射強度１８
１　、１．２および全反射量Σ１．Σ８を検出するため
の第１の光検出手段としての１個以上の検出器と、前記
２本の入射光束の一部でこれらに各々比例する光強度Ｉ
０１．　ＩＯ，を検出する第２の光検出手段としての光
学系および光検出器とを有する構成とする。なおこζで
符号Ｘ３、。

Ｉ　：Σ　Σ　：Ｖ、、Ｉ　のサフィックスは、入８２
　ｌ＃　２　９１　０２ 射角θ１．θ２のサフィックスに対応させるものとする
。Ｉ、、Ｉ、□およびΣ１．Σ２を検出するための光検
出器として社、それぞれ別個のものを用μても良φが、
共通の検出器でいくつかの強度を検出するように構成し
ても良く、例えば最も簡単な例としては、１個の検出器
を被測定点の周シに走査して一連の光強度分布をめ、Ｉ
　、Ｉ８１　８２　ｅ Σ１．Σ２をめる機構が考えられる。

上述のような光投射手段および光検出手段を含むこの発
明の測定装置における光学系の一例を第５図に原理的に
示す。

第５図において、同一の波長λのレーザビームＩＡ、Ｉ
Ｂを発生するレーザー光源２Ａ、２Ｂは、前述のように
被測定面３の被測定点４に対し、入射角θ８，０．でレ
ーザビームＩＡ、ＩＢを入射させるように配置されて−
る。またレーザ光源２Ａ。

２Ｂから出射されたレーザビームＩＡ、ＩＢの一部は、
ビームスプリッタ５Ａ、５Ｂによシ第２の光検出手段と
しての光検出器６Ａ、６Ｂに導かれ、これにより被測定
面に対する入射角θ１．θ２の入射光束（レーザビーム
ＩＡ、ＩＢ）の光強度に比例する光強度Ｉ０１　ｅ　”
０３が検出される。一方、被測定面３に投射されたレー
ザ光は、被測定点４で反射して、それぞれ光反射強度分
布７Ａ、７Ｂを生じる。そしてその光反射強度分布７Ａ
、７Ｂは、シリコンフォトダイオード等からなる第２の
光検出手段としての光検出器８Ａ、８Ｂによって検出さ
れる。すなわちこれらの光検出器８Ａ、８１１は、被測
定点（光反射点）４を中心とする円弧上を走査させ、入
射角θ１．θ２のそれぞれに対応する光反射強度分布７
Ａ、７Ｂを検出する。この例においては、入射角θ１の
光束に対する正反射強度Ｉ３゜とじては、光検出器８Ａ
が反射角θ１付近に位置した時点の光検出器８Ａの出力
信号の最大値を用いることができ、また入射角θ２の光
束に対する正反射強度■３□としては光検出器８Ｂが反
射角θ２．付近に位置した時点の光検出器８Ｂの出力信
号の最÷イＩｋ４田１＾Ｌ＞１−−Ａｔ＋ＰｉｋＬ−＊
Ｊ−ｊ＞Ｉｆｅｂ暑−ｍｒΣ２としては、それぞれ反射
角０□、０２の周シで得られる光検出器８Ａ、８Ｂの出
力信号を積分（もしくは加算）した値を用−ることかで
きる。

上述のような光検出器６Ａ、６Ｂ：８Ａ、８Ｂを用−た
場合のこの発明の測定装置の信号処理系統の一例を第６
図に示す。

第６図にお−て、各光検出器６Ａ、６Ｂ：８Ａ。

８Ｂの出力信号はそれぞれ増幅器９　Ａ　、　９　Ｂ、
　：１０Ａ、ＩＯＨによって増幅され、微弱な電気信号
から次段の信号処理装置１１に充分な感度で入力可能な
電気信号となる。それらの増幅器９Ａ。

９Ｂ：ｌＯＡ、ＩＯＨの出力信号は、信号処理装置１１
に入力され、正反射強度ｌ１１ｍ　”８２　、全反射量
Σ８．Σ２、入射光強度Ｉ０１．　Ｉ。２と各々一定の
比例関係を持つ信号、すなわち正反射強度信号工、、′
ｔ　Ｉ８２’、全反射量信号Σ１′、Σ２′、入射光強
度信号Ｉ０、′、ＩＯ２′に変換される。すなわち前述
の検出器構成の場合、正反射強度Ｉｓ□、１．２に比例
する正反射強度信号”８１’　＃　”＠２’として、光
検出器８Ａ、８Ｂがそれぞれ反射角θ、、０．付近に位
置した時点の信号の最大値をめ、また全反射量Σ１．Σ
２に比例する全反射量信号Σ１′、Σ２′として、光検
出器８Ａ　、８Ｂの反射角θ０，０□の周シで得られる
信号を積分（もしくは加算）した量をめれば良い。この
ようにして信号処理装置１１から出力された工、□′、
■、□′、ΣＩ′、Σ２′、’ｏ１’ｐ　”。□′の各
信号は、除算器１２に入力され、次の（９）式、６１式
で規定されるη１．η２が算出されるＯこのようにＩＩ
、′ｐ　Ｉ８２’をそれぞれΣ、′、Σ２′によシ除算
して得られるη８．η２の値は、入射角θ１゜θ２に対
応する正反射強度について、光源強度の変動、被測定面
の全反射率の変動による誤差要因を除去した値に相当す
る。したがってη１．η２をそれぞれ（４）式、（６）
式におけるＩｒ、（正反射強度）として使用することに
よって、光源強度の変動、被測定面の全反射率の変動に
よる粗度測定誤差を補正もしくは軽減することが可能と
なる。そこでこの発明の装置では、除算器１２から出力
されたη８．η２が演算出力装置１３に入力され、この
演算出力装置１３において、予め記憶されている（４）
式、（６）式の関係からσおよびσ、々の値をめ、その
値が出力される。すなわち入射角θ、に対応するη　が
（４）式におけるＩ、として、また入射角θ２に対応す
るη２が（６）式におけるＩ、として用いられて、σ、
σ７々の値が出力される。ここで、（４）式、（６）式
の関係は理論計算によってめることも可能であるが、実
際には、実験的にめられた検量線を用いることが容易で
ある。すなわち予め実験によってη１とσの関係を定め
る検量線およびη２とσＡの関係を定める検量線を作成
しておき、それらの検量線に基いてη１．η２からσ、
σＡをめることができる。

上述のようにして、振幅情報としての表面プロフィルの
高さ分布の分散σと、そのσと自己相関距離Ｔとの比で
ある傾斜角情報σ２々を粗度ノくラメータとして得るこ
とができるのである妙（、もちろん場合によっては演算
出力装置１３にσとσ力からＴを算出する機能を持たせ
て、σとＴ（したがりて振幅情報と周波数情報）を出力
させることもできる。

なお前述の例では、正反射強度に相当する信号として、
正確に反射角０１．θ２の位置における反射強度検出信
号を用いるのではなく、反射角θ１゜θ□付近における
最大反射強度Ｉ、１′、　１．、Ｉを用いているため、
被測定物に振動等の幾何学的配置の変化が生じた場合（
例えば走行物体表面の粗度測定）でも正しい値を検出す
ることができる。

また前述の例では、η１．η２をめるために前記（９）
式、四式で示されるように１８□′１ｍｌを全反射量に
比例する信号Σ１′、Σ２′で除算しているが、全反射
率が＃１ぼ一定とみなせる場合には、（９）　、６１式
のΣ１′、Σ２′を入射光強度に比例する信号■。、′
。

■。２′に置換し、Ｉ８１’＋Ｉ８４’をそれぞれ”０
１’　ｊ　Ｉ０３’で除算した値をη、、η２として用
いることもできる。この場合被測定面の全反射率の変動
による粗度測定誤差については補正されないが、光源強
度の変動による誤差につ−ては補正もしくは軽減される
ことになる。

なおまた、第５図、第６図の例において、光検出器８Ａ
、８Ｂの走査は、例えば演算出力装置１３からのタイミ
ング信号に従い、ステッピングモータ１４およびそのド
ライバ１５によって行なうようにすれば良い。また光検
出器８Ａ、８Ｂとしては固体素子カメラ等のイメージセ
ンサを用いることも可能であシ、この場合には光検出器
の走査機能は不要である・ さらにこの発明の装置では、前述のようにして得られる
情報の一部を利用して、被測定面上の汚れ、油膜等の付
着物に関する情報を得ることもできる。すなわち本願の
第２発明に係る機能でおシ、次にこれについて説明する
。

一般に物体表面の反射率（反射光が散乱する場合には全
反射率）は、フレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ　）の公式から
、入射角θおよび表面の屈折率ｎと第７図に示すような
関係を持つ。すなわち、入射角θおよび表面の屈折率ｎ
によって反射率が一定の関係で変化し、かつ表面の屈折
率ｎは表面に付着した物質の種類、厚みに関係するから
、次のαｎ　、　ｏｎ式で示すように異なる入射角θ８
．θ２における全反射量に比例する信号Σ、′、Σ２′
と入射光強度に比例する信号Ｉ。、′、Ｉ０２′との比
ζ０．ζ２をめれば、表面付着物に関する情報（物質の
種類、膜厚等）を得ることができる。

ζ１＝Σ、／、／１　ｏ　、　／　・・・・・・ＱカＪ
・＝Ｘ、／ｘ・・′　・・・・・・０埠ここで付着物情
報についてさらに詳しく説明すると、まず付着物の有無
を検知する最も簡単な方法としては全反射量に対応する
信号Σ１′またはΣ２′の変動を検出する方法があるが
、それだけでは付着物の情報としては極めて不充分であ
シ、そこでこの発明の場合、次のようにして付着物質の
種類や付着量（膜厚）を推定する。

すなわち、入射角０□、θ２における付着物のない場合
の反射率をｒｌ、ｒＱ、付着物のある場合の反射率をＲ
１，Ｒ２とすれば、一般に次の関係が成立する。

Ｒ，＝　、ｅ−に１ｄ”５ｅＣ０１、、曲ＱＩＨ２＝　
Ｃ２６−に２ｄ＋ｓｅｃθ２　、−１０．（１４ここで
ｄは付着物の膜厚、Ｋ、　、　Ｋ２は付着物固有の定数
である。またｒｉ　、　Ｃ２は、付着物のない場合にお
ける被測定面に固有の定数となる。付着物のある場合の
反射率Ｒ１，Ｒ２は、前記Ｃ１ｎ式、Ｈ式から、Ｃ０，
Ｃ２を定数として、 Ｒ，＝α１ζ１　・・・・・・０時 Ｒ２＝Ｃ２Ｃ２・・・・・・α・ で表わされるから、ａｌ、（ト）式および（１４，０６
式から、ξ１１−１ｏ〔α１ζ□／ｒ１’）　＝−に１
ｃｌｓｅｃθ、・・・αηξ２−１０ｇ　（α２ζ２／
”２　：）　＝に２ｄ　”Ｓｅｃθ２・・・０呻となる
。

ここでξ１．ξ２はαη、ａ樽式に示すようにζ、。

Ｃ２の関数となっているから、結局Ｑη、（２）式から
められたＣ１．Ｃ２の値からに１ｄ　、　Ｋ２ｄの値を
導き出すことができる。さらにαη、　Ｃ１１式からξ
、／ｅ２＝　Ｋ１／に２　・・・・・・　（至）で表わ
せる。Ｋ、）　Ｋ２である物質についてはに１゜Ｋ２は
前述のように付着物質に固有の値であるから、Ｋ、／に
２から付着物質の種類を推定することができる。また、
Ｋ１Ａ２の値が一定である場合、（至）、αφ式から付
着物膜厚ｄの値を推定することができる。

そこで第６図に示す例において、除算器１２において＜
ＩＩ）　、　ｏｎ式に従ってＣ１，Ｃ２の値を算出し、
そのＣ１，Ｃ２の信号を演算出力装置１３に入力させて
、その演算出力装置１３において前述のように例えばに
１Ａ２の値をめ、それを付着物に関する情報として出力
させることができる。

次にこの発明の測定装置にょシ実際に表面粗度を測定し
た例を記す。

この例においては、測定装置の具体的構成としては、第
５図、第６図に示すようなもの、すなわち反射光検出器
８Ａ、８Ｂとして走査型のシリコンフォトダイオードを
用い、また測定対象物は粗さレンジσが０．２〜０．５
μｍ程度の冷延鋼板ブライト材とし、その冷延鋼板が約
１００−ｍ１ｎの速度で走行している状態で測定を行な
った。

光源２Ａ、２ＢとしてはＨｅ−Ｎｅレーザ光源（波長λ
＝０．６３３μｍ）を用い、入射角はθ、＝７５０、θ
２＝ｔｏ０として、前記（７）　、　（８）式を満足さ
せた。そして光検出器６Ａ、６Ｂ：８Ａ、８Ｂの出力信
号を増幅器９Ａ、９Ｂ：ＩＯＡ、ＩＯＢにて増幅し、信
号処理装置１１において前述のようにして’ＩＩＩ’　
ｓ　”ｓ３’　ｌ　’０１’　＋　Ｉ０２’　＃Σ１／
、Σ２１を算出し、さらに除算器１２において前記η１
．η２゜Ｃ０，Ｃ２を算出し、演算出力装置１３におい
て、η１とσとの関係を定める検量線およびη２とσ／
Ｔとの関係を定める検量線を用いてσ、σ２々をめると
ともに、前記Ｋ　１．ｎ２を算出し、これらのσ。

Ｃ２べｐ　Ｋ　ＩＡ２を出力させた。

この例におけるσ、σＡについての検量線および出力デ
ータを、第８図、第９図に示す。

以上の説明で明らかなように、第１発明の表面性状測定
装置は、被測定面の粗さレンジ、入射光束の波長に応じ
て、高精度で表面粗度情報を得ることができる入射光の
入射角θ１．θ２の範囲を具体的に設定したものであシ
、シたがって第１発明の装置によれば、常に高精度で表
面粗度情報すなわち振幅情報σおよび傾斜角情報σＡ（
もしくは周波数情報Ｔ）を得ることができ、また光源強
度の変動や被測定面の全反射率の変動等の誤差要因につ
いて考慮した検出信号処理を行なっているため、これら
の誤差要因による測定精度の低下を極力抑えて、より高
精度の表面粗度測定ができる顕著な効果が得られる。

また第２発明の表面性状測定装置によれば、上述のよう
な表面粗度情報のみならず、被測定面上の汚れ、油膜等
の付着物に関する情報も同時に得ることができ、したが
って例えば冷延鋼板製造工程等において製品板等の品質
管理をよシ一層容易に行ない得る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は粗面に投射した光に対する正反射強度ＩＳと４
７（父σ）との関係を示す線図、第２図は粗面に投射し
た光に対する正反射強度Ｉｓと４カ（父σ２々）との関
係を示す線図、第３図はｇの値が１００〜３０００の範
囲内の場合のＩｓと一／′ｉ￥／４ｒ（■σ、々）の関
係を示す相関図、第４図はｇの値が１０〜１００の範囲
内の場合の■８とＪｉｉ７’ｒ　（ｏｃａ／ｌＩ′）　
（Ｄ関係を示ｆ相関図、第５図はこの発明の測定装置に
おける光学系の一例を原理的に示す略解図、 第６図は第５図に示される光学系を用した場合のこの発
明の定装置における信号処理系を示すブロック図、 第７図は表面の反射率と入射角および表面屈折率との関
係を示す線図、 第８図はこの発明の装置を用いて測定したη、とσに関
するデータおよび検量線を示す図、第９図はこの発明の
装置を用いて測定したη２とσ／Ｔに関するデータおよ
び検量線を示す図である。 ＬＡ、ＩＢ・・・レーザビーム（入射光束）、２Ａ。 ２Ｂ・・・レーザ光源（光投射手段）、３・・・被測定
Ｌｉ１ｌｒ１６Ａ、６Ｂ・・・光検出器（第２の光検出
手段）、８Ａ、８Ｂ・・・光検出器（第１の光検出手段
）、１１・・・信号処理装置、１２・・・除算器、１３
・・・演算出力装置。 第２図 第３図 ０　２．０　４．０　６．０ 第７図 入射角　θ 第８図 テ（μｍ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　同一波長の光束を異なる２つの入射角で被測定
   面に投射して得られる反射光強度から、前記被測定面の
   表面プロフィルの振幅情報および傾斜角情報もしくは周
   波数情報をめる装置におｉて、前記光束の波長をλ、被
   測定面表面プロフィルの高さ分布の分散をσ、前記２つ
   の入射角をθ！　。 θ、として１ （４πσ／λ・ｃｏｓθ１）≦４ １０≦（４πσ／λ’　ｃｏｓθ２）≦１００を満足す
   るように入射角θ１．θ２を設定した光投射手段と； 各入射角０□、θ２の入射光束にそれぞれ対応する正反
   射強度および全反射量を検出するための第１の光検出手
   段と； 各入射光束の一部を取出して入射光強度に比例する光強
   度を検出するための第２の光検出手段と：前記各光検出
   手段の出力に基いて各入射光束に対応する入射光強度信
   号、正反射強度信号、および全反射量信号をめる信号処
   理装置と；正反射強度信号を対応する入射光強度信号も
   しくは全反射量信号で除算する除算器と：前記除算器の
   出力から振幅情報と傾斜角情報もしくは周波数情報とを
   演算出力する演算出力装置とからなることを特徴とする
   表面性状測定装置。
2. （２）　同一波長の光束を異なる２つの入射角で被測定
   面に投射して得られる反射光強度から、前記被測定面の
   表面プロフィルの振幅情報および傾斜角情報もしくは周
   波数情報をめる装置において、前記光束の波長をλ、被
   測定面の表面プロフィルの高さ分布の分散をσ、前記２
   つの入射角をθ１，０２として、 （４πσ／λ・ｃｏｓθ、）≦４ １０≦（４πσ／λ’ｃｏｓθ２）≦１００を満足する
   ように入射角９□、θ２を設定した光投射手段と： 各入射角θ８．θ２の入射光束にそれぞれ対応する正反
   射強度および全反射量を検出する第１の光検出手段と； 各入射光束の一部を取出して各入射光強度に比例する光
   強度を検出する第２の光検出手段と：前記各党検出手段
   の出力に基いて各入射光束に対応する入射光強度信号、
   正反射強度信号、および全反射量信号をめる信号処理装
   置と：正反射強度信号を対応する入射光強度信号もしく
   は全反射量信号で除算するとともに、全反射量信号を対
   応する入射光強度信号で除算する除算器と； 前記除算器の出力から、振幅情報と傾斜角情報もしくは
   周波数情報と表面付着物に関する情報とを演算出力する
   演算出力装置とを有してなることを特徴とする表面性状
   測定装置。