JPS6073409A - 外観検査方法およびその装置 - 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】 技術分野 この発明は外観検査方法およびその装置に関する。

従来技術 金属加工面、フィルム、圧延鉄板、Ｌｉ９１用ｓ１ウエ
ハーなどの外観あるいは疵の有無の検査には、従来よシ
種々の方式の自動検査装置が用いられておシ１その方式
として例えば撮像管を用いる方式、半導体ライン・セン
サーを用いる方式、走査レーザー光による方式などが知
られている。また疵検出の方法にも一被検査面からの反
射光量を２値化してその大小によシ疵の有無を判別する
単純なものから１空間フィルタリング、回折パターンの
マツチング状態を調べる方法、あるいはホログラフィ−
技術を応用するものなどがあるが、これらの方法のほと
んどは、単に被検査面上における疵の有無を判断するの
みで、疵の凹凸状態までを検出するものは少ない。

また近年は、多品種・小ロツト生産の必要上、ＦＡが強
力に推進されているが、それに伴って加工工程の途中な
ど環境のあまシ良くない場所で、如上の自動検査装置が
使用されることが多くなシ、凹状を呈する本来の加工流
に加えて、汚れ、切削ぐず、ごみなどが被検査面上に付
着して凸状を呈し、これが誤判定の原因となシ、結果的
に自動検査装置の信頼性を低下させることになる。

第１図は、従来よシ行われている外観検査方式の１つで
あるレーザー走査型外観検査方式を示す模式図で、Ｈｅ
　−Ｈｅレーザー（６３２８ｘ赤色）を光源とするレー
ザー管ｌよルレーザー光が投光される。このレーザー光
は全反射ミラー２で反射されて、図中に矢符号Ｒで示す
方向に所定の周期で揺動する振動ミラー３に入射される
。この振動ミラー３０反射光は扇状に拡がりながら光走
査用のビームとなるが、振動ミラー３上の反射点からの
距離が自己の焦点距離と等りくなる位置に置かれた対物
レンズ４を通過することにより、扇状から平行に走査さ
れるビームに変換されたのち、被検査面Ｓ上に照射され
る。被検査面Ｓからの反射光は、幾何光学的な反射の法
則（スネルの法則）を満たすような、直反射光を中心に
被検査面Ｓ上のランダムな粗さに起因して散乱された拡
散反射光のほか一被検査面Ｓの粗さが加工方法によっで
ある程度の規則性をもつときに、その規則性が回折格子
として作用するために生じる回折光による拡が）を含ん
でいる。しかし、概して一様（正常）な被検査面Ｓから
の反射光は、直反射方向を中心とするかなシ小さな立体
角内に収まる。まだ直反射光、拡散反射光、回折光成分
の割合いは、被検査面Ｓの加工方法によって異るが、一
般に光の波長に比べて被検査面Ｓの面粗さが大きくなる
程、直反射成分が減シ拡散反射収分が増大する傾向を示
す。

一方、被検査面Ｓの疵からの反射においては、■　直反
射光のスネルの法則による反射方向は、正常な被検査面
Ｓの場合の反射方向と異ったものになる。

■　疵エツジなどからの回折に起因す・る反射光の拡が
シが加わる。

という２つの特徴的な現象がみられる０これら２つの現
象によって、疵からの反射の場合のビームの反射方向お
よび拡がシの立体角は、正常な被検査面Ｓでの反射のさ
いの反射方向および立体角と大きく異なることになる。

したがって、この場合に受光レンズ６に入る光は、一般
には、正常反射時の入光量に比べて減少する傾向を示す
（ただし、疵の種類によっては、正常反射方向に鋭い指
向性を有する場合もある）。

被検査面Ｓに関するこのような情報を含む反射光は受光
レンズ６によシ集光され、光彩絞シフ、レンズ８、干渉
フィルター９を通過して光電子増倍管１０によ）光電変
換され、その受光量は電圧の大小として検出される。光
彩絞シフは、被検査面Ｓの反射点から受光部を見込む立
体角（疵検重性能は、この立体角に大きく依存する）を
適当に制限し、レンズ８はレンズ６によシラ光した光の
収束をさらに強める。干渉フィルター９は、レンズ８を
通過した光の中から単一波長光（６３２８χ）を取シ出
し、外乱光による雑音を除去して良好なＳ／Ｈの疵情報
が得られるようにするだめのものである。光電子増倍管
ｌＯよシ取り出された電圧信号は、被検査面Ｓにおける
反射状態に対応して変化するので、増幅器１１で増幅し
たその信号波形を観測することによシ、正常反射面か異
常反射面かの判定、すなわち被検査面Ｓにおける疵の有
無の判定が行われる。

以上が、従来行われている疵検出方法の１つであるフラ
イング・スポットレーザ−走査方式であるが上記の説明
で明らかな通シ、仁の方式は疵の凹凸状態までを判別す
るものではない。

目　的 この発明は、被検査面の疵の有無の判別だけでなく、疵
と判断された箇所の凹凸状態をも同時に検出して、如上
の従来例にみられるような被検査面に付着したごみ、切
削ぐず、研削ぐず、汚れなどによる誤判定を回避し、検
査の信頼性の向上および装置のメインテナンス、操作性
の向上をはかることのできる外観検査方法およびその装
置を提供することを目的とする。

概　要 本発明は、投受光系が含まれる面を挾む左右に補助光学
系を分配して、前記受光系による受光量から被検査面に
おける異常反射の有無を判別する一方、２つの補助光学
系の間での受光量変化時刻の差から被検査面上の凹凸状
態を判別するものである。

実施例 この発明の一実施例を第２図ないし第９図に基づいて以
下に説明する。

第２図において、１２はフライング・スポットレーザ−
走査方式の外観検査機構の投光系であって、Ｌ／−ザー
管１、全反射ミラー２、振動ミラー３、対物レンズ４な
どからなシ、１３はその外観検査機構の受光系で、受光
レンズ６、光電子増倍管１０、増幅器１１などからなる
。この投受光系は、第１［４に示す従来のフライング・
スポットレーザ−走査方式の光学系と同一の構成であっ
て・各構成要素の符号は第１図のものと同じにしている
。第２図では、概略の構成のみを示すため、受光系１３
において第１図のような光彩絞り７、レンズ８、干渉フ
ィルター９などは省略している。

そして、この投受光系は、被検査面Ｓを第２図において
紙面に対し垂直な方向に光走査する。

この発明は以上の投受光系に加えて、この投受光系が含
まれる面（第２図における紙面）を挾む左右に第１およ
び第２の補助受光系１４．１５を分けて配置し、前記受
光系１３による受光量から被検査面Ｓにおける異常反射
の有無を判別する一方、２つの補助受光系１４．１５の
間で生じる後述する受光量変化時刻の差から被検査面Ｓ
の凹凸状態を判別するものである。

この実施例では２つの補助受光系１４．１５は、第２図
において矢符号ＩＩ［−Ｉの方向からみた状態を示す第
３図のように、先の投受光系が含まれる面に対して垂直
な面（第３図における紙面と平行な面）内、すなわち光
走査方向Ｐと平行な面内にあって、被検査面Ｓに異常反
射が生じた場合、その異常反射成分を補助受光系１４．
１５でそれぞれ受光する。補助受光系１４は受光レンズ
１６、光電子増倍管１７、増幅器１８からなり、補助受
光系１５は受光レンズ１９、光電子増倍管２０、増幅器
２１からなる。

受光系１３、補助受光系１４．１５の各増幅器１１．１
８，２１よシ取シ出された電圧信号は、第４図に示す信
号処理系によって処理され、その処理結果によシ、被検
査面Ｓにおける疵の有無および疵の凹凸状態が判定され
る。

被検査面Ｓが疵や汚れなどのない正常反射面の場合、投
光糸１２よす被検査面Ｓに照射された光は、はぼ正常反
射方向すなわち受光系１３に向けて反射され、補助受光
系１４，１５の方向へはほとんど反射されない。

これに対して被検査面Ｓが異常反射面である場合には、
正常反射方向への反射光量が減少する一方、補助受光系
１４．１５が含まれる面の方向への反射光量が増大し、
その反射パターンは第６図および第７図のようになる。

すなわち、第６図（勾。

（Ｂ）は被検査面Ｓに切削ぐず、研削ぐず、汚れの付着
などによる凸状部がある場合の反射パターンを示し、反
射メインビームは光走査の進行に伴い、始め第６図（Ａ
）のように光走査方向Ｐの開始側へ反射して主として補
助受光系１４で受光され、しだいに光走査方向Ｐの終了
側へ反射方向が移って第６図（Ｂ）のように主として補
助受光系１５で受光される。一方、第７図（Ａ）　、　
（Ｂ）は被検査面Ｓに加工流などの凹状部がある場合の
反射パターンを示し、凸状部の場合とは逆に反射メイン
ビームは光走査の進行に伴い、始め第７図（Ａ）のよう
に光走査方向Ｐの終了側へ反射して主として補助受光系
１５で受光され、反射方向はしだいに光走査方向Ｐの開
始側へ移って第７図（Ｂ）のように主として補助受光系
１４で受光される。このことは、異常反射の場合におい
て、受光量のピーク時が、光走査方向Ｐの終了側に位置
する補助受光系１５で先にきて、光走査方向Ｐの開始側
の補助受光系１４ではこれよυ少し遅れるときには、被
検査面Ｓに凹状部があると判断され、逆に光走査方向Ｐ
の開始側の補助受光系１４において受光量のピークが先
に生じるときには、被検査面Ｓに凸状部を呈する切削く
ずなどが付着していると判断されることを意味する。

前記信号処理系では、受光系１３の電圧信号ａを増幅器
２２で受けて、異常反射の有無を判断する判定系と、補
助受光系１４の電圧信号すを増幅器２３によシ、また補
助受光系１５の電圧信号Ｃを増幅器２４によシそれぞれ
受けて、異常反射が被検査面Ｓの凹状によるか凸状によ
るかを判断する判定系とを有する。増幅器２２の出力ａ
′は疵の有無あるいは異常反射の有無を検出するための
比較器２５に入力され、ここで所定の基準レベルと比較
される。例えば、異常反射のあるときには受光系１３の
受光量は減少し、比較器２５への入力信号ａ′のレベル
が前記基準レベルを下まわシ、比較器２５の出力ｄは異
常反射があることに相当するＬ信号となる。前記基準レ
ベルは、最小どの程度の大きさまでの疵を検出するかに
よって設定レベルが異る。

増幅器２２の出力ａ′は、これと並行して計測タイミン
グ・セット用比較器２６および異常反射区間検出用比較
器２７へそれぞれ入力される。比較器２６において信号
ａ′と比較される基準レベルは、異常反射時の信号ａ′
のピークレベルよシもさらに暗レベル側に近く設定され
、これによって投光系１２からのレーザー光が被検査面
Ｓを正味照射する走査区間が計測区間として検出される
。比較器２７において信号ａ′と比較される基準レベル
ｖｔｈは、第８図（蜀および第９図（Ａ）に示すように
、明レベル付近すなわち受光系１３の受光量増大に対応
するレベル側に近く設定され、受光量の減少がはじまる
と、すなわち異常反射が起ると直ちに異常反射区間の検
出が開始されるようになっている。

比較器２５および２６の出力ｄｉｅは次段の疵有無判別
部２８へ入力され、その判定出力ｆは最終段の総合判定
部２９へ入力される。一方、異常反射区間検出用比較器
２７の出力ｇは別の比較部３０へ入力される。なお、第
８図（Ａ）〜（Ｈ）は、被検査面Ｓの凹状流に起因する
異常反射の場合の、前記信号処理系の各部の出力波形を
示し、第９図（Ａ）〜（Ｈ）は、凸状流（切削ぐず、ご
みの付着など）に起因する異常反射の場合の信号処理系
の各部の出力波形を示している。

他方、増幅器２３の出力ｂ′は微分器３１で微分処理さ
れ、その微分出力りは次段のゼロクロス検出器３２へ入
力される。増幅器２４の出力Ｃ′も同様に微分器３３で
微分処理され、その微分出力ｊは次段のゼロクロス検出
器３４へ入力される。

第６図のように補助受光系１４の配置側から補助受光系
１５の配置側へ向けて光走査が行われているとき、被検
査面Ｓに凸状流（切削ぐず、ごみの付着など）がある場
合の信号処理を、第８図（Ａ）〜（Ｈ）に基づいて説明
すれば以下のようになる。

第８図（Ｂ）のように比較器２７が異常反射区間の検出
を開始すると、はじめ同図（０）のように補助受光系１
４に対応する信号ｂ′にパルス波形が生じ、これが微分
器３１によシ同図（Ｅ）のような微分信号りに処理され
る。ゼロクロス検出器３２では、入力される微分信号五
がゼロレベルとクロスする時点ｔＲにのみ同図（ＩＩり
のような単発パルス波形の出力ｋを得て、この出力信号
には次段の比較部３０へ入力される。第６図（６）、（
Ｂ）に示されるように、異常反射光の補助受光系１５で
の受光は補助受光系１４よシ遅れるので、第８図（Ｉり
のように補助受光系１５に対応する信号ｃ′にパルス波
形が生じるのは異常反射検出区間において時点ｔＲより
少し遅れた時点となる。この信号Ｃ′も同様に微分器３
３で同図（Ｇ）のような微分信号ｊに処理され、次段の
ゼロクロス検出器３４では、微分信号ｊがゼロレベルと
クロスする時点ｔｚで同図（Ｈ）のような単発パルス波
形の出力ｍを得て、この出力信号ｍは比較部３０へ入力
される。比較部３０では、補助受光系１４に対応する出
力にと補助受光糸１５に対応する出力ｍの単発パルス波
形発生時点ｔ１１．ｔＬの先後が比較され、その比較結
果は次段の凹凸判定回路３５へ入力される。

以上の場合と異なシ、被検査面Ｓに凹状疵がある場合の
信号処理では、第９図（０）〜（Ｅ）および（Ｆ）〜（
切に示すように、出力ｋ　ｐ　ｍの単発パルス波形発生
時点ｔＲＩｔＬの先後は先の場合とは逆にｔＲ〉ｔＬと
なる。

第８図および第９図による説明では、補助受光系１４の
配置側から補助受光系１５の配置側へ向けて光走査が行
われる場合を例示したので、被検査面Ｓの凹状疵に対し
てｔＬ　＞　ｔＲ％凹状疵に対してｔしくｔＲという結
果が得られたが、光走査方向が前記と逆の場合は、被検
査面Ｓの凹凸とｔＲ＋ｔＬの先後の関係は全く逆になる
。そこで、第４図に示す信号処理系では、投光系１２の
振動ミラー３に付属の図示しないタコ・ゼネレータから
振動ミラー３の揺動方向に関する２値信号ｎを得て、こ
れが比較器３６で所定の基準レベルと比較され、その比
較結果は走査方向判別信号ｑとして凹凸判定回路３５へ
入力されるようになっている。例えば、この実施例では
、第６図および第７図のように補助受光系１４の配置側
から補助受光系１５の配置側へ走査されるとき（左方向
）、前記走査方向判別信号ｑはＨ信号となシ、逆に右方
向へ走査されるとき走査方向判別信号ｑはＬ信号となる
ように設定される。

凹凸判定回路３５の判定出力および疵有無判別部２８の
判定出力ｆを受けて、総合判定部２９では、被検査面Ｓ
に加工疵などの凹状疵の存在を知らせる凹状判定信号ｒ
および切削くずやごみなどの付着を知らせる凸状判定信
号Ｕが出力される。

異常反射の起らない場合には、これらの判定信号ｒｌｕ
は出力されない。

一方、第４図の信号処理系では、受光系１３に対応する
信号ａ′、補助受光系１４１１５に対応する信号ｂ′お
よびｃ′がアナログ加算器３７により加算されて、その
加算出力Ｖが総合判定部２９へ入力される。この加算出
力Ｖは、光吸収性を有する被検査面Ｓ上の汚れとそのほ
かの疵、ごみなどの非吸収性の欠陥との識別に供される
。すなわち、被検査面Ｓに光吸収性を有する汚れが存在
するときは、受光系１３の受光量が大幅に低減するので
、疵有無判別部２８の出力ｆは異常反射の場合に似た出
力波形を示す一方、補助受光系１４．１５でも異常反射
光は受光されないため、凹凸判定回路３５からは凹凸の
判定結果は得られない。この場合、アナログ加算器３７
の加算出力Ｖのレベルが非吸収性の欠陥の場合に比べて
低くなるから、総合判定部２９において所定の基準レベ
ルと比較することにより、汚れ判定信号Ｗが得られる。

被検査面Ｓの欠陥が非吸収性の場合は、被検査面Ｓが正
常面である場合と反射率は変らないので、このときの加
算出力Ｖのレベルは正常面の場合と同程度となる。

補助受光系１４および１５にそれぞれ対応するゼロクロ
ス検出器３２および３４の出力に、ｍの単発パルス波形
発生時点ｔ　Ｒ＋　ｔｚの先後を判定する比較部３０の
具体的な回路構成の一例を第５図に示している。同図に
おいて、ｐ、は図示しないパルス発生回路より出力され
るリセット・パルスであシ、異常反射区間検出出力ｇの
立上υエツジにおいてパルス幅の短かい（０，１μｓｅ
ｃ以下）単発波形として得られる。このリセット・パル
スＰｎを受けて図中の全てのフリップ・フロップＩＰＩ
〜ＩＦ、はリセットされ、ゼロクロス検出器３２および
３４の出力に＋ｍの受入れの可能な待機状態となる。出
力に＋ｍがともに入力されたあとは、この２つの信号に
、ｍのいずれが早く入力されたかに依存して、フリップ
・フ算ツブＦ３＋Ｆ６の一方がセット状態となシ、他方
はリセット状態を保つ。この状態によってｔＲ＋ｔＬの
大小関係が判定されることになる。第６図に示す例では
、ｔしくｔＩｌの場合、７リツプ・フロップＦ３がセッ
トされ、ｔＬ＞ｔＲの場合、フリップ・７０ツブＦ６が
セットされる。

効　果 この発明によれば、被検査面への切削ぐず、ごみなどの
付着あるいは加工きずなどに起因する異常反射の有無を
判別できるだけでなく、その異常反射が被検査面の凹状
個所の存在によるものか凸状個所の存在によるものかを
も判別できるので、加工きずの存在（凹状個所）や切削
ぐず、ごみなどの付着（凸状個所）を識別することが可
能となシ、外観検査の信頼性が大幅に向上する。

とくに実施例の装置のように、受光系１３および補助受
光系１４．１５のそれぞれの検出出力をアナログ加算器
３７で加算して、その出力を欠陥判定情報の１つに加え
ることによシ、その出力レベルから光吸収性を呈する汚
れなどによる異常反射をも識別することができ、検査精
度を一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の外観検査方式の一例を示す模式図、第２
図はこの発明の一実施例の光学系を示す模式図、第３図
は第２図の■−■線矢視図、第４図は信号処理系のブロ
ック図、第５図は信号処理系の比較部の具体的構成の一
例を示す回路図、第６図（Ａ）　、　（Ｂ）および第７
図（Ａ）　、　（Ｂ）はそれぞれ異常反射の場合の反射
パターンを示す説明図、第８図（（転）〜（Ｈ）および
第９図（Ａ）〜（Ｈ）はそれぞれ信号処理系の各部の出
力波形図である。 １・・・レーザー管、２・・・全反射ミラー、３・・・
振動ミラー、４・・・対物レンズ、６・・・受光レンズ
、１０・・・光電子増倍管、１１・・・増幅器、１２・
・・投光糸、１３・・・受光糸、１４．１５・・・補助
受光系、１６・・・受光レンズ、１７・・・光電子増倍
管、１９・・・受光レンズ、２０・・・光電子増倍管、
２１・・・増幅器、２５・・・比較器（異常反射検出用
）、２６・・・比較器（計測タイミング・セット用）、
２７・・・比較器（異常反射区間検出用）、２８・・・
疵有無判別部、２９・・・総合判別部、３０・・・比較
部、３１１３３・・・微分器、３２＋３４・・・ゼロク
ロス検出器、３５・・・凹凸判定回路 出願人　光洋精工株式会社 代理人　五　歩　−敬　治；、１ ； 第１図 第２図 第３図 第５図 第８図　第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光系と受光系の対向方向と交差する所定方向に
   被検査面を光走査して、その反射光量を検出するようＫ
   した外観検査方法において、前記投受光系が含まれる面
   を挾む左右に補助受光系を分配して、前記受光系による
   受光量から被検査面における異常反射の有無を判別する
   一方、２つの補助受光系の間での受光量変化時刻の差か
   ら被検査面上の凹凸状態を判別することを特徴とする外
   観検査装置
2. （２）投光系と受光系を対向させてその対向方向と交差
   する所定方向に被検査面を光走査する走査光学系、前記
   投受光系が含まれる面を挾む左右に分配した第１・第２
   の補助受光系、前記受光系での光入力を光電変換しこれ
   を所定レベルと比較して異常反射の有無を判別する異常
   反射検出手段、第１の補助受光系での光入力を光電変換
   し入力のピーク時を検出する第１の受光ピーク時検出手
   段、第２の補助受光系での光入力を光電変換し入力のピ
   ーク時を検出する第２の受光ピーク時検出手段、第１・
   第２の受光ピーク時検出手段の出力する検出時刻の先後
   を比較する時刻比較手段、前記走査光学系による走査方
   向を検出する走査方向検出手段、この走査方向検出手段
   の出力および前記時刻比較手段の出力を受け被検査面の
   凹凸状態を判別する凹凸判別手段からなる外観検査装置