DE19880793C1 - Oberflächenprüfgerät und Oberflächenprüfverfahren - Google Patents

Abstract

Unter Verwendung eines Oberflächenprüfgerätes mit einer Lichtquelle 11 zum Lenken eines Lichtes auf eine Oberfläche eines zu messenden Gegenstandes 2, einer Objektlinse 12 gegenüber der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 zur Aufnahme eines reflektierten Lichtes, welches von der Lichtquelle 11 ausgesandt und auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes reflektiert wird, einer Lichterfassungseinrichtung 13 zur Erfassung einer Komponente, welche in dem reflektierten Licht auf die Objektivlinse 12 aus einer parallelen Richtung zu ihrer optischen Achse auffällt und durch diese Objektivlinse 12 geht, und zum Erhalt ihrer Lichtmenge, und einem in dem Lichtweg zwischen der Objektivlinse 12 und der Lichterfassungseinrichtung 13 angeordneten Schlitz 29 kann, da der Lichterfassungsbereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 mit dem Schlitz 29 verengt werden kann, der Oberflächenzustand mit einer hohen Genauigkeit unabhängig von der Form des zu messenden Gegenstandes gemessen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Oberflächenprüfgerät und ein Oberflächenprüfverfahren, und zwar insbesondere ein Oberflächenprüfgerät und ein Oberflächenprüfverfahren zum Messen von Oberflächenzuständen von Automobilteilen, elektrischen Bürogeräten, elektrischen Haushaltsgeräten oder ähnlichem.

In den Bereichen von Automobilverkleidungsteilen, elektrischen Bürogeräten, Haushaltselektrogeräten oder ähnlichem ist das Anforderungsniveau an die physikalischen Eigenschaften von Produktoberflächen bezüglich ihrer äußeren Erscheinung, genauer gesagt, Beschädigungen, Unebenheiten in Höhe, Ungleichheiten in Glanz, Ungleichheiten in Farbe usw., von Jahr zu Jahr immer höher geworden. Insbesondere bei Produkten aus Kunstharzen sind, zusätzlich zu den oben beschriebenen verschiedenen Eigenschaften, das äußere Erscheinungsbild einer Schweißnaht, das äußere Erscheinungsbild von Fließlinien, von Beanspruchungs Weißheit usw. bezüglich ihrer Warenwerte stark betroffen.

Der Oberflächenzustand eines solchen Produktes wird bis heute geprüft, indem ein Sinnestest durchgeführt wird, bei welchem eine Klassifizierung durch Augenprüfung vorgenommen wird. Bei dem Sinnestest wird jedoch das Testergebnis nur an einer Stelle auf jedem Prüfartikel erhalten und eine sehr genaue Information über den Oberflächenzustand, d. h. eine Information auf der gleichen Ebene wie mit dem Sehvermögen des bloßen Auges kann nicht beibehalten werden, und somit ist dies ein Hindernis bei der Qualitätsprüfung und Materialentwicklung.

Zur Lösung eines solchen Problems wurde der Oberflächenzustand eines Produktes mit einer Photographie oder ähnlichem aufgenommen, aber dies wird nicht als objektive Daten betrachtet, da der Kontrast gemäß den photographischen Bedingungen, Druckbedingungen usw. variiert, so daß ein Verfahren und ein Gerät, mit welchen der Oberflächenzustand eines Produktes oder eines Materials genau geprüft werden kann, dringend gewünscht wird.

Auf der anderen Seite hat der vorliegende Anmelder als ein Verfahren zum Messen des Oberflächenzustandes eines Kunstharzmaterials ein Verfahren zum Messen des Bleichheitsgrades, welcher durch eine Beschädigung in der Oberfläche des Materials hervorgerufen ist (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 52160/1995), vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist ein Verfahren, bei welchem eine Beschädigung von vorbestimmter Form einem Muster aus einem Kunstharz zugefügt wird, der beschädigte blasse Bereich mit einem Licht in Dunkelfeldbeleuchtung bestrahlt wird und die Lichtmenge der Komponente, welche parallel zu der optischen Achse der Objektivlinse in gestreut reflektierten Strahlen des Lichtes vorliegt, gemessen wird, um den Beschädigungsbleichheitsgrad zu messen. Durch Änderung der Vergrößerung der Objektivlinse gemäß der Größe der Beschädigung wird der Lichterfassungsbereich, d. h. der Bereich in der Oberfläche des Musters, welcher der Messung des reflektierten Lichtes unterzogen wird, gesteuert.

Dieses Verfahren ist nützlich für einen Materialtest in der Materialentwicklung oder ähnlichem, aber es weist das Problem auf, daß es nicht bei der Oberflächenprüfung von Produkten in der Qualitätskontrolle angewandt werden kann. Der Grund hierfür bei diesem Verfahren ist, daß eine Beschädigung von vorbestimmter Form einem Muster für die Messung zugefügt werden muß, der Oberflächenzustand des Produktes nicht als solcher geprüft werden kann und außerdem aufgrund der niedrigen Erfassungsgenauigkeit nur der Bereich der Beschädigung von vorbestimmter Form gemessen wird, wobei der Oberflächenzustand des gesamten zu messenden Gegenstandes einschließlich des Bereiches außerhalb der Beschädigung nicht gemessen werden kann.

Da außerdem eine Objektivlinse mit starker Vergrößerung benutzt wird, um den Erfassungsbereich zu verkleinern, wenn der Bleichheitsgrad einer geringfügigen Beschädigung gemessen wird, oder im Falle eines Musters mit komplizierter Form oder ähnlichem, wenn die Beschädigung in der Position variiert, tritt ein Meßfehler aufgrund der Divergenz des Brennpunktes auf, so daß eine sehr genaue Messung nicht durchgeführt werden kann. Wenn eine Objektivlinse mit geringer Vergrößerung benutzt wird, um solch eine Divergenz des Brennpunktes zu verringern, ist der Umfangsbereich der Beschädigung in dem Erfassungsbereich eingeschlossen und somit gibt es das Problem, daß das refelktierte Licht von der Beschädigung nicht mit einer großen Genauigkeit erfaßt werden kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Oberflächenprüfgerät und ein Oberflächenprüfverfahren bereitzustellen, mit welchem der Oberflächenzustand mit einer hohen Genauigkeit unabhängig von der Form eines zu messenden Gegenstandes gemessen werden kann, und welches auch für die Oberflächenprüfung von Produkten eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Oberflächenprüfgerät gelöst, welches die Merkmale des Anspruches 1 oder die Merkmale des Anspruches 2 aufweist.

Außerdem wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Oberflächenprüfverfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruches 5 oder die Merkmale des Anspruches 6 aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Oberflächenprüfgerätes bzw. des erfindungsgemäßen Oberflächenprüfverhaltens sind Gegenstand des auf die Ansprüche 1 und 2 bzw. 5 und 6 rückbezogenen Unteransprüche.

Ein Oberflächenprüfgerät der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtes auf eine Oberfläche eines zu messenden Gegenstandes, eine Objektivlinse gegenüber der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes zum Empfang eines von der Lichtquelle ausgesandten und auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes refelektierten Lichtes, Lichterfassungseinrichtungen zur Erfassung einer Komponente, welche auf die entsprechende Objektivlinse aus einer parallelen Richtung zu ihrer optischen Achse in dem reflektierten durch diese Objektivlinse laufenden Licht auffällt, und welche ihre Lichtmenge erreicht, und einen Schlitz, welcher in der optischen Bahn zwischen der Objektivlinse und den Lichterfassungseinrichtungen angeordnet ist, aufweist.

In der vorliegenden Erfindung wird das von der Lichtquelle ausgesandte Licht auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes reflektiert, und das refelktierte Licht läuft durch die Objektivlinse. Wenn das reflektierte Licht auf die Obejktivlinse auffällt, fällt das parallel mit der optischen Achse der Objektivlinse auffallende Licht auf den Schlitz auf, nachdem es durch die Objektivlinse gelaufen ist, und nur das Licht, welches durch die Öffnung dieses Schlitzes gelaufen ist, wird an die Lichterfassungseinrichtungen geleitet, um seine Lichtmenge zu erhalten.

Da der Schlitz in der Lichtbahn zwischen der Objektivlinse und den Lichterfassungseinrichtungen angeordnet ist und da nur die Komponente, welche in dem in paralleler Richtung zu der optischen Achse der Objektivlinse refelektierten Licht durch die Öffnung des Schlitzes gelaufen ist, herausgezogen und erfaßt werden kann, kann der Erfassungsbereich des reflektierten Lichtes auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes, nämlich der Lichterfassungsbereich, auf diese Weise durch die Öffnung des Schlitzes begrenzt werden. Da das refelektierte Licht innerhalb des Bereiches, welcher durch die Verengung des Lichterfassungsbereiches mit der Objektivlinse und dem Schlitz begrenzt ist, herausgezogen und seine Lichtmenge erhalten werden kann, kann dementsprechend der Oberflächenzustand der avisierten äußeren Erscheinung exakt und mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Wenn der Oberflächenzustand eines zu messenden Gegenstandes mit einer komplizierten Form gemessen wird, kann außerdem im Falle der Verwendung der Objektivlinse mit einer geringen Vergrößerung zur Vermeidung einer Divergenz des Brennpunktes der Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden, da der Erfassungsbereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes von dem Schlitz begrenzt werden kann, und weil die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes in eine Vielzahl von Lichterfassungsbereichen fein unterteilt und erfaßt werden kann.

Da auf diese Weise eine höhere Erfassungsgenauigkeit erreicht werden kann, kann nicht nur der konventionelle Bleichheitsgrad einer Beschädigung, sondern auch ein Unterschied in dem Oberflächenzustand aufgrund von Farbe, Ungleichheit in der Höhe oder ähnlichem gemessen werden, und da die gesamte Oberfläche des zu messenden Gegenstandes einschließlich eines unbeschädigten Bereiches gemessen werden kann, wobei zusätzlich dazu ein Meßergebnis entsprechend der äußeren Erscheinung des zu messenden Gegenstandes erhalten werden kann, und da es vermieden wird, eine vorbestimmte Beschädigung auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes für eine Messung in konventioneller Weise anzubringen, kann das Verfahren nicht nur bei einer Oberflächenprüfung eines Materials, sondern auch bei einer Oberflächenprüfung in der Qualitätsüberwachung von Produkten eingesetzt werden.

Wenn der zu messende Gegenstand mit Abtastung überprüft wird, ist es wünschenswert, den Meßbereich, d. h. den Lichterfassungsbereich, zu verengen. Da bei der Abtastung die Gefahr einer Bewegung des Brennpunktes besteht, ist es zur Unterdrückung der Brennpunktsbewegung vorzuziehen, den Lichterfassungsbereich zu verengen, indem die Objektivlinse mit einer so geringen Vergrößerung wie möglich verwendet und die Öffnung des Schlitzes verkleinert wird.

Da außerdem die Objektivlinse mit einer geringen Vergrößerung näher an das äußere Erscheinungsbild der Augenprüfung herankommt, kann eine hohe Korrelation mit dem Augenprüfergebnis errreicht werden. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Objektivlinse mit einer geringen Vergrößerung, z. B. nicht mehr als 10, insbesondere 1 bis 5, zu verwenden.

Wenn die Vergrößerung 1 ist, kann eine nur lichtübertragende Planglasplatte, ein Lichtleiterkabel oder ähnliches als Objektivlinse verwendet werden, oder die Objektivlinse selbst wird nicht verwendet.

Es handelt sich somit um ein Oberflächenprüfgerät, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtes auf eine Oberfläche eines zu messenden Gegenstandes, ein röhrenförmiges Element, z. B. ein Lichtleiterkabel gegenüber der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes zum Empfang eines von der Lichtquelle ausgesandten und auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes refelektierten Lichtes, Lichterfassungseinrichtungen zur Erfassung einer Komponente, welche auf dieses röhrenförmige Element aus einer speziellen Richtung in dem reflektierten Licht auffällt, und welche ihre Lichtmenge erreicht, und einen Schlitz, welcher in der optischen Bahn zwischen dem röhrenförmigen Element und den Lichterfassungseinrichtungen angeordnet ist, aufweist.

Wenn die Spektraleigenschaft der Lichtquelle und die Spektralempfindlichkeit der Lichterfassungseinrichtungen durch Auswahl der Lichtquelle und der Lichterfassungseinrichtungen in Standardausführung bereitgestellt sind, kann außerdem mit dem Gerät der vorliegenden Erfindung die Lichtmenge als ein genormter Wert, wie Farbunterschied und Helligkeit, erhalten werden.

Bezüglich des oben Beschriebenen ist es wünschenswert, daß eine Beleuchtungsumschalteinrichtung in dem Lichtweg zwischen der Lichtquelle und dem zu messenden Gegenstand angeordnet ist, und diese Beleuchtungsumschalteinrichtung ist dafür eingerichtet, von der Hellfeldbeleuchtung, in welcher das Licht von der Lichtquelle parallel zu der optischen Achse der Objektivlinse geführt und auf den zu messenden Gegenstand durch die Obejektivlinse gelenkt wird, auf die Dunkelfeldbeleuchtung umzuschalten, in welcher das Licht von der Lichtquelle ringartig geführt und schräg bezüglich der optischen Achse der Objektivlinse derart gelenkt wird, daß ein Brennpunkt auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes entsteht.

In diesem Fall kann mit der Beleuchtungsumschalteinrichtung unter korrekter Verwendung der Hellfeldbeleuchtung und Dunkelfeldbeleuchtung gemäß des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenstandes oder eines Oberflächenzustandes eines avisierten Artikels der Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes mit einer größeren Genauigkeit gemessen werden.

In dem Fall z. B., wo der zu messende Gegenstand aus einem Kunstharz hergestellt ist, und wo er auf das Vorhandensein einer Beschädigung, die Größe der Beschädigung oder ähnliches überprüft wird, steigt die erfaßte Lichtmenge stark an oder fällt stark entsprechend der Beschädigung, da das Licht leichter gestreut auf der Beschädigung oder ähnlichem reflektiert wird unter Verwendung der Dunkelfeldbeleuchtung, in welcher das Licht aus einer schrägen Richtung ausgesandt wird, und eine größere Korrelation mit dem Augenprüfungsergebnis kann erreicht werden. Auf der anderen Seite, wenn er auf Ungleichheiten in Helligkeit, Ungleichheiten in Glanz, der äußeren Erscheinung einer Schweißnaht, der äußeren Erscheinung von Fließlinien oder ähnlichem überprüft wird, und wenn Hellfeldbeleuchtung und Dunkelfeldbeleuchtung gemäß der Augenprüfung ausgewählt und verwendet werden, kann ein sehr genaues Prüfergebnis entsprechend der Augenprüfung bei jedem Artikel erzielt werden.

Da außerdem bei der Dunkelfeldbeleuchtung die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes mit dem Licht in einer ringartigen Weise aus allen Richtungen bestrahlt wird, kann ein Meßfehler aufgrund des Unterschiedes in der Bestrahlungsrichtung aufgelöst und ein besseres mit dem Augenprüfergebnis korrelierendes Erfassungsergebnis erzielt werden. Dies erklärt sich daher, daß wenn das Licht auf den zu messenden Gegenstand nur aus einer Richtung gelenkt wird, da Minderwertigkeit in der äußeren Erscheinung oder ähnlichem Richtwirkung im allgemeinen hat, es den Fall gibt, daß die erfaßte Lichtmenge des reflektierten Lichtes unterschiedlich ist von dem Fall, wo das Licht aus der anderen Richtung ausgesandt wird, und da außerdem die Sichtrichtung des zu messenden Gegenstandes in dem Augenprüfurteil durch Aussenden des Lichtes in ringartiger Weise nicht immer fixiert ist, kann eine Streuung der Daten entsprechend der Bestrahlungsrichtungen aufgelöst werden.

Wenn außerdem ein anormaler Bereich in der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes unter Verwendung von Dunkelfeldbeleuchtung gemessen wird, ist es wünschenwert, den bestrahlungswinkel mit dem Licht bezüglich der optischen Achse der Objektivlinse auf der Basis des Augenprüfergebnisses einzustellen. Genauer gesagt, ist es wünschenswert, daß der anormale Bereich des zu messenden Gegenstandes mit dem bloßem Auge unter Veränderung des Winkels geprüft wird, wobei ein Winkelzustand, in welchem ein Unterschied zu dem normalen Bereich deutlich erkennbar ist, ausgewählt wird, und dieser gewählte Winkel wird als Bestrahlungswinkel mit dem Licht benutzt. Da der Oberflächenzustand unter derselben Bedingung wie bei der Augenprüfung geprüft werden kann, kann dabei eine Korrelation mit dem Augenprüfungsergebnis erzielt werden.

Es ist wünschenswert, daß die Größe der Öffnung des oben erwähnten Schlitzes veränderbar ist.

Da der Lichterfassungsbereich in der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes willentlich gemäß des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenestandes oder ähnlichem durch Steuerung der Größe der Öffnung des Schlitzes gesteuert werden kann, kann eine wesentlich genauere Prüfung durchgeführt werden.

Als Schlitz kann z. B. einer mit einer kreisförmigen Öffnung verwendet werden, und in diesem Fall beträgt der Durchmesser der Öffnung des Schlitzes wünschenswerterweise 0,2 bis 30 mm. Wenn der Durchmesser der Öffnung des Schlitzes weniger als 0,2 mm beträgt, ist das in den Lichterfassungsbereich eingestrahlte Licht unzureichend und es tritt die Gefahr auf, daß eine Messung kaum durchzuführen ist.

Wenn außerdem der zu messende Gegenstand eine Oberfläche mit ungleichen Kräuselungen aufweist, ist es vorzuziehen, den Lichterfassungsbereich durch Vergrößerung des Durchmessers der Öffnung des Schlitzes zu verbreitern, da eine Änderung des gemessenen Wertes geringer wird.

Außerdem ist es wünschenswert, daß die oben erwähnte Lichterfassungseinrichtung Berechnungseinrichtungen zur Umrechnung der Lichtmenge des Lichtes, welches durch den Schütz gegangen ist, auf der Basis einer erfaßten Lichtmenge aufweist, wenn ein Standardmuster als der zu messende Gegenstand verwendet wird.

Hierbei ist das Standardmuster ein Muster, welches als Standard verwendet wird, dessen jeweilige Eigenschaften denen entsprechen, welche auf dem zu messenden Gegenstand geprüft werden sollen, genauer gesagt, z. B. Helligkeit, Weißheitsgrad, Farbunterschied oder ähnliches, wobei ein Standardmuster auf der Basis eines Standardfarbchips wie einer weißen und Munsell-Frabton-Standardplatte gemeinsam hergestellt wird, ein Standardmuster einzeln und der normale Bereich in dem zu messenden Gegenstand oder ähnlichem hergestellt wird.

Dieses Standardmuster kann genau entsprechend dem Prüfartikel ausgewählt werden.

Wenn solch eine Berechnungseinrichtung angeordnet ist, kann die auf dem zu messenden Gegenstand erfaßte Lichtmenge als ein relativer Wert basierned auf der Lichtmenge des Standardmusters erhalten werden. D. h. nicht nur eine absolute Messung, sondern auch eine Vergleichsmessung kann durchgeführt werden. Dementsprechend kann das Prüfergebnis mit einer guten Reproduzierbarkeit als ein Wert, welcher nahe der Augenprüfung liegt und leicht zu verstehen ist, erhalten werden.

Wenn außerdem ein gutes Augenprüfergebnis als ein Standardmuster benutzt wird, kann der zu messende Gegenstand mit Leichtigkeit bewertet werden, da ein relatives Prüfergebnis basiernd auf diesen Standardmuster erhalten wird.

Wenn außerdem die Prüfungen mit Veränderung der Meßbedingungen unter Verwendung desselben Standardmusters bei jeder Meßbedingung und unter Umrechnung der Lichtmenge des zu messenden Gegenstandes auf der Basis der Lichtmenge dieses Standardmusters durchgeführt werden, kann ein genaues Prüfergebnis erhalten werden, da ein Fehler in dem Prüfergebnis aufgrund des Unterschiedes in der Meßbedingung vermieden werden kann.

Auf der anderen Seite ist ein Oberflächenprüfverfahren der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche eines zu messenden Gegenstandes mit einem Licht bestrahlt wird und das Bestrahlungslicht auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes reflektiert wird, in diesem reflektierten Licht eine Komponente, welche parallel zu der optischen Achse einer gegenüber des zu messenden Gegenstandes angeordneten Objektivlinse liegt, dazu gebracht wird, auf einen Schlitz durch die Objektivlinse zu fallen, in diesem auffallenden Licht nur eine Komponente, welche durch die Öffnung dieses Schlitzes gegangen ist, empfangen wird und die Lichtmenge dieses empfangenen Lichtes erhalten wird.

Da nur die Komponente, welche in dem in paralleler Richtung zu der optischen Achse der Objektivlinse reflektierten Licht durch die Öffnung des Schlitzes gegangen ist, heruasgenommen und erfaßt werden kann, kann der Erfassungsbereich des reflektierten Lichtes auf der Oberflöche des zu messenden Gegenstandes, nämlich der Lichterfassungsbereich durch die Öffnung des Schlitzes begrenzt werden. Da das reflektierte Licht innerhalb des Bereiches, welcher durch Verengung des Lichterfassungsbereiches durch die Objektivlinse und den Schlitz begrenzt ist, herausgenommen und seine Lichtmenge erhalten werden kann, kann dementsprechend der Oberflächenzustand exakt und mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Selbst im Falle der Verwendung der Objektivlinse mit kleiner Vergrößerung, kann außerdem der Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes mit hoher Genauigkeit gemessen werden, da der Erfassungsbereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes durch den Schlitz begrenzt werden kann.

Da eine höhere Erfassungsgenauigkeit erzielt werden kann, kann außerdem nicht nur der konventionelle Bleichheitsgrad einer Beschädigung, sondern auch eine glänzende Beschädigung (auffallende Beschädigung aufgrund erhöhten Glanzes des beschädigten Bereiches, insbesondere Beschädigung, welche auffällt, wenn der zu messende Gegenstand an das Licht gehalten wird) gemessen werden. Außerden kann auch ein Unterschied in dem Oberflächenzustand aufgrund von Farbe, Ungleichheit in Höhe oder ähnlichem gemessen werden, und da die gesamte Oberfläche des zu messenden Gegenstandes einschließlich eines unbeschädigten Bereiches gemessen werden kann, kann ein Prüfergebnis entsprechend der äußeren Erscheinung des zu messenden Gegenstandes erhalten werden.

Da es vermieden wird, der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes für die Messung auf konventionelle Weise eine vorbestimmte Beschädigung zuzufügen, kann das Verfahren nicht nur bei einer Oberflächenprüfung eines Materials, sondern auch bei einer Oberflächenprüfung in der Qualitätsüberwachung von Produkten eingesetzt werden.

Es ist wünschenswert, daß der Lichterfassungsbereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes jeweils durch Änderung der Größe der Öffnung des oben erwähnten Schlitzes und der Vergrößerung der Objektivlinse gesteuert wird.

Da der Lichterfassungsbereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes willentlich gemäß des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenstandes oder ähnlichem durch Kombination der Größe der Öffnung des Schlitzes und der Vergrößerung der Objektivlinse auf diese Weise gesteuert werden kann, kann eine wesentlich genauere Prüfung durchgeführt werden.

Es ist außerdem wünschenswert, daß die Lichtmenge des empfangenen Lichtes auf der Basis einer Lichtmenge umgerechnet wird, welche erfaßt wird, wenn ein Standardmuster als zu messender Gegenstand verwendet wird.

Da die Lichtmenge des auf dem zu messenden Gegenstand aufgenommenen Lichtes als ein relativer Wert basierend auf dem Standardmuster erhalten werden kann, ist die Zuverlässigkeit des Wertes jeder Messung hoch und das Prüfergebnis kann mit einer guten Reproduzierbarkeit als ein Wert erhalten werden, weicher nahe der Augenprüfung liegt und leicht zu verstehen ist.

Wenn außerdem ein gutes Augenprüfergebnis als das Standardmuster verwendet wird, kann der zu messende Gegenstand mit Leichtigkeit beurteilt werden, da ein relatives Prüfergebnis basierend auf diesem Standardmuster erhalten wird.

Wenn außerdem die Prüfungen mit Veränderung der Meßbedingungen unter Verwendung desselben Standardmusters bei jeder Meßbedingung und unter Umrechnung der Lichtmenge des zu messenden Gegenstandes auf der Basis der Lichtmenge dieses Standardmusters durchgeführt werden, kann ein genaues Prüfergebnis erhalten werden, da ein Fehler in dem Prüfergebnis aufgrund des Unterschiedes in der Meßbedingung vermieden werden kann.

Der Lichtbestrahlungswinkel zu dem zu messenden Gegenstand kann entsprechend des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenstandes geändert werden.

Es gibt keine besondere Grenze für diesen Bestrahlungswinkel und er kann frei entsprechend dem Gegenstand der Prüfung und des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenstandes innerhalb eines Bereiches von 0 bis 45 Grad bezüglich der optischen Achse der Objektivlinse eingestellt werden.

Durch Steuerung des Lichtbestrahlungswinkels auf diese Weise, kann der Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden.

Z. B. bei Ungleichheiten in Glanz, der äußeren Erscheinung einer Schweißnaht, von Fließlinien, dem Vorhandensein einer Beschädigung, Ungleichheiten in Höhe oder ähnlichem des zu messenden Gegenstandes aus einem Kunstharz kann ein sehr genaues Prüfergebnis entsprechend der Augenprüfung für jeden Artikel erhalten werden, wenn der Lichtbestrahlungswinkel durch Überprüfung des zu messenden Gegenstandes mit dem bloßen Auge unter Veränderung des Winkels gewählt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Abb. 1 ist eine Ansicht, welche eine Ausführung der vorliegenden Erfindung in ihrem Teilschnitt zeigt.

Abb. 2 ist eine Perspektivansicht, welche die Beleuchtungsumschalteinrichtung der o. g. Ausführung zeigt.

Abb. 3 ist ein Blockdiagramm, welches Lichterfassungseinrichtungen der o. g. Ausführung zeigt.

Abb. 4 ist eine Ansicht, welche ein Ergebnis zeigt, daß die äußere Erscheinung einer Schweißnaht mit dem Oberflächenprüfgerät der o. g. Ausführung geprüft wird. 1 Oberflächenprüfgerät
2 zu messender Gegenstand
11 Lichtquelle
12 Objektivlinse
13 Lichterfassungseinrichtungen
14 Hell-/Dunkelfeldumschaltschieber (Beleuchtungsumschalteinrichtung)
29 Schlitzscheibe
29A, 29B Öffnung
42 photoelektrische Umwandlungseinrichtungen
44 Berechnungseinrichtungen

Hiernach wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung basierend auf den Zeichnungen beschrieben.

In Abb. 1 ist ein Oberflächenprüfgerät 1 dieser Ausführung gezeigt. Dieses Oberflächenprüfgerät 1 weist eine Lichtquelle 11 zum Aussenden eines Lichtes auf eine Oberfläche eines zu messenden Gegenstandes 2, eine in der Position gegenüber der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes angeordnete Objektivlinse 12 und eine Lichterfassungseinrichtung 13 zur Erfassung einer Komponente auf, welche auf diese Objektivlinse 12 in einer parallelen Richtung zu ihrer optischen Achse auffällt, um die Lichtmenge zu erreichen. Genauer gesagt, ist es derart gebaut, daß die Lichterfassungseinrichtung 13 an ein Polarisationsmikroskop 3 der Art der gebrochenen Auflichtbeleuchtung, welches die Lichtquelle 11 und die Objektivlinse 12 beinhaltet, angeschlossen ist.

Der Mikroskophauptkörper 30 des Polarisationsmikroskops 3 weist eine vertikal angeordnete Röhre 31 für den vertikalen Lichtweg und eine Röhre 32 für den sich horizontal von der Röhre 31 für den vertikalen Lichtweg erstreckenden Beleuchtungslichtweg auf. Ein Obejktivlinsentubus 33 ist an dem unteren Endbereich der Röhre 31 für den vertikalen Lichtweg befestigt. Dieser Objektivlinsentubus 33 ist senkrecht zu der Achsenlinie der Röhre 32 für den Beleuchtungslichtweg befestigt.

Im Inneren dieses Objektivlinsentubus 33 ist die Objektivlinse 12 aufgenommen und eine ringförmige Linse 25 für die Dunkelfeldbeleuchtung, welche später beschrieben werden wird, ist auf dem äußeren Umfang der Objektivlinse 12 aufgenommen. Diese Objektivlinse 12 und Linse 25 für die Dunkelfeldbeleuchtung werden derart eingesetzt, daß jeweils eine Linse mit einer vorbestimmten Vergrößerung und eine Linse mit einem vorbestimmten Brechungskoeffizienten selektiv kombiniert wird. Für solche Objektivlinsentubusse 33 stehen mehrere Arten von verschiedenen Vergrößerungen der Objektivlinsen 12 und verschiedene Brechungskoeffizienten der Linsen 25 für die Dunkelfeldbeleuchtung bereit, und durch selektives Anbringen des Objektivlinsentubus 33 auf der Röhre 31 für den vertikalen Lichtweg kann die Vergrößerung der Objektivlinse 12 und der Brechungskoeffizient der Linse 25 für die Dunkelfeldbeleuchtung in der Messung eingestellt werden.

Unterhalb dieses Objektivlinsentubus 33 ist ein Objekttisch 21 für die Anordnung des zu messenden Gegenstandes 2 angeordnet. Dieser Objekttisch 21 ist auf der optischen Achse der Objektivlinse 12 angeordnet und derart eingestellt, daß er horizontal und vertikal beweglich ist.

Die Lichtquelle 11 ist innerhalb der Röhre 32 für den Beleuchtungslichtweg auf einer Achse angeordnet, welche die optische Achse der Objektivlinse 12 senkrecht schneidet. Auf dieser Achse ist eine parallel richtende Linse 22 angeordnet, um ein Licht von der Lichtquelle 11 in parallele Strahlen auszurichten, welche die optische Achse der Objektivlinse 12 senkrecht schneiden.

Außerdem ist an der Position eines Schneidepunktes zwischen der optischen Achse des Lichtes von der Lichtquelle 11 und der optischen Achse der Objektivlinse 12 in der Röhre 31 für den vertikalen Lichtweg ein Hell-/Dunkelfeldumschaltschieber 14 angeordnet, welcher eine Beleuchtungsumschalteinrichtung zum Aussenden des Lichtes von der Lichtquelle 11 auf den zu messenden Gegenstand 2 als Dunkelfeldbeleuchtung oder Hellfeldbeleuchtung ist.

Wie auch in Abb. 2 gezeigt, ist dieser Hell-/Dunkelfeldumschaltschieber 14 derart befestigt, daß er in die Richtung gleiten kann, welche die optische Achse des Lichtes von der Lichtquelle 11 und die optische Achse der Objektivlinse 12 senkrecht schneidet. Entlang dieser Gleitrichtung sind ein kreisförmiger Halbspiegelabschnitt 23 für die Hellfeldbeleuchtung und ein ringartiger Vollreflexionsspiegelabschnitt 24, dessen innerer Bereich ein Lichtdurchlaufbereich 24A ist, parallel angeordnet. Außerdem ist auf dem Umfang der Objektivlinse 12 die ringartige Dunkelfeldbeleuchtungslinse 25 angeordnet, und sie ist derart gestaltet, daß das auf dem ringartigen Vollreflexionsspiegelabschnitt 24 in die Richtung der optischen Achse der Objektivlinse 12 reflektierte Licht aus einer schrägen Richtung ausgesandt wird, um einen Brennpunkt auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 zu erzeugen. Für diese Dunkelfeldbeleuchtungslinsen 25 gibt es mehrere Arten von verschiedenen Brechungskoeffizienten und durch korrekte Auswahl und Verwendung dieser kann der Bestrahlungswinkel zu der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2, nämlich der Lichtbestrahlungswinkel bezüglich der optischen Achse der Objektivlinse 12 eingestellt werden.

In solch einem Polarisationsmikroskop 3 wird durch Gleiten des Hell- /Dunkelfeldumschaltschiebers 14 von der Hellfeldbeleuchtung, bei welcher der zu messende Gegenstand 2 mit dem Licht in dem Bestrahlungswinkel von 0 Grad bestrahlt wird, auf die Dunkelfeldbeleuchtung, bei welcher der zu messende Gegenstand 2 mit dem Licht in einem schrägen Bestrahlungswinkel bezüglich der optischen Achse der Objektivlinse 12 bestrahlt wird, umgeschaltet.

D. h., wie in Abb. 1 gezeigt, wenn der ringartige Vollreflexionsspiegelabschnitt 24 für die Dunkelfeldbeleuchtung auf der optischen Achse angeordnet ist, wird nur das auf den ringartigen Vollreflexionsspiegelabschnitt 24 in parallelen Strahlen von der parallel richtenden Linse 22 gelenkte Licht reflektiert, um in eine Ringform und parallel zu der optischen Achse der Objektivlinse 12 geformt zu werden, geht in die Dunkelfeldbeleuchtungslinse 25 hinein und wird in einem schrägen Winkel bezüglich der optischen Achse der Objektivlinse 12 gebrochen, z. B. um 45 Grad, um auf die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 gelenkt zu werden.

Wenn auf der anderen Seite der kreisförmige Halbspiegelabschnitt 23 für die Hellfeldbeleuchtung (s. Abb. 2) auf der optischen Achse angeordnet ist, wird nur das von der parallel richtenden Linse 22 in parallelen Strahlen auf den kreisförmigen Halbspiegelabschnitt 23 gelenkte Licht refelktiert, um parallel zu der optischen Achse der Objektivlinse 12 zu werden, und es wird durch die Objektivlinse 12 in dem Bestrahlungswinkel von Null Grad bezüglich der optischen Achse der Objektivlinse 12 auf die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 gelenkt.

Solch ein Hell-/Dunkelfeldumschaltschieber 14 ist auf derselben Achsenlinie wie die Objektivlinse 12 und der Objekttisch 21 angeordnet. Oberhalb dieses Hell- /Dunkelfeldumschaltschiebers 14 sind ein Tubus einschließlich eines nicht gezeigten Okulars und die Lichterfassungseinrichtung 13 angeordnet. Dieser Tubus (ausgelassen in der Zeichnung) und dieser Lichterfassungseinrichtung 13 sind auf der optischen Achse der Objektivlinse 12 angeordnet.

In dem Gerät 1 dieser Ausführung wird das von der Lichtquelle 11 durch den Hell- /Dunkelfeldumschaltschieber 14 auf die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 gelenkte Bestrahlungslicht auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 reflektiert, um in die Objektivlinse 12 hineinzugehen. Die Komponente, welche parallel zu der optischen Achse der Objektivlinse 12 in dem auf diese Objektivlinse 12 auffallenden reflektierten Licht ist, wird von der Lichterfassungseinrichtung 13 aufgenommen.

In dem Lichtweg zwischen der Lichterfassungseinrichtung 13 und der Objektivlinse 12, genauer gesagt, zwischen der Lichterfassungseinrichtung 13 und dem Hell- /Dunkelfeldumschaltschieber 14, ist ein scheibenartiger Schlitz 29 angeordnet. Diese Schlitzscheibe 29 ist derart befestigt, daß er horizontal um seinen Mittelpunkt drehbar ist. Die Schlitzscheibe 29 besitzt entlang seiner Umfangsrichtung eine Vielzahl von Öffnungen 29A und 29B, welche unterschiedlich in der Größe sind, und er ist derart befestigt, daß diese Öffnungen 29A und 29B jeweils auf der optischen Achse der Objektivlinse 12 durch Drehung der Schlitzscheibe positioniert werden.

Durch Drehung der Schlitzscheibe 29 werden die Größen der Öffnungen 29A und 29B der Schlitzscheibe 29 auf der optischen Achse der Objektivlinse 12 gewechselt, um nur das Licht P, welches durch die Öffnungen 29A und 29B auf der optischen Achse gegangen ist, in die Lichterfassungseinrichtung 13 zu lenken.

Um außerdem von außen des Mikroskophauptkörpers 30 in Drehung bewegt zu werden, ist die Schlitzscheibe 29 derart angeordnet, daß sein Teilstück nach außen über die Röhre 31 für den vertikalen Lichtweg hinaus vorspringt.

Die Formen der Öffnungen 29A und 29B der Schlitzscheibe 29 sind nicht besonders begrenzt und sie können kreisförmig oder rechteckig sein.

Der oben beschriebene Tubus (ausgelassen in der Zeichnung) einschließlich des Okulars ist unterhalb dieser Schlitzscheibe 29 angeordnet, wobei die Größe der Öffnung der Schlitzscheibe 29 in dem Sichtfeld angezeigt wird, wenn die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 durch das Okular betrachtet wird. Dementsprechend kann bei der Überprüfung der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 die optimale Öffnung der Schlitzscheibe gewählt werden.

Auf der anderen Seite dient die Lichterfassungseinrichtung 13, wie in Abb. 3 gezeigt, dazu, das durch die Schlitzscheibe 29 zum Erhalt seiner Lichtmenge gegangene Licht aufzunehmen und gegebenenfalls diese Lichtmenge basierend auf der Lichtmenge eines Standardmusters umzuwandeln.

Diese Lichterfassungseinrichtung 13 weist eine Eingabeeinrichtung 41 zur Einstellung der Lichtmenge des Standardmusters als ein Standardwert, eine photoelektrisch Umwandlungseinrichtung 42 zur Umwandlung der Lichtmenge des aufgenommenen Lichtes in einen elektrischen Stromwert, einen Analog-Digital-Umwandler 43 zur Digitalisierung des elektrischen Stromwertes aus dieser photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 42 und eine Berechnungseinrichtung 44 zur Umwandlung des digitalen Signals in einen vorbestimmten Wert auf. Eine Anzeigeeinrichtung 45 und eine Speichereinrichtung 46 sind an diese Berechnungseinrichtung 44 angeschlossen und dadurch wird basierend auf einem Einstellbefehl für den Standardwert von der Eingabeeinrichtung 41 die Lichtmenge des zu messenden Gegenstandes von der Berechnungseinrichtung 44 gemäß in der Speichereinrichtung 46 gespeicherten Daten und einem Programm berechnet und von der Anzeigeeinrichtung 45 digital angezeigt.

Nachfolgend wird ein Oberflächenprüfverfahren dieser Ausführung unter Verwendung des Oberflächenprüfgerätes 1 beschrieben werden.

Zuerst wird der zu messende Gegenstand 2 auf dem Objekttisch 21 angeordnet und bei der Überprüfung der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 durch das Okular (ausgelassen in der Zeichnung) wird die Vergrößerung der Objektivlinse 12 durch Veränderung des Objektivtubus 33 gewählt, und die Schlitzscheibe 29 wird gedreht, um die auf der optischen Achse der Objektivlinse 12 angeordneten Öffnungen 29A und 29B auszuwählen, und der Lichterfassungsbereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 wird gesteuert. Bei solch einer Steuerung des Lichterfassungsbereiches wird der von der Objektivlinse 12 begrenzte Lichterfassungsbereich noch weiter von der Schlitzscheibe 29 beschränkt.

Auf der anderen Seite wird durch Verschieben des Hell-/Dunkelfeldumschaltschiebers 14 entsprechend anvisierter Einzelheiten auf dem Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes 2 und des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenstandes 2 die Beleuchtung von der Lichtquelle 11 auf Hellfeldbeleuchtung oder Dunkelfeldbeleuchtung umgeschaltet.

In dem Fall z. B., wo der zu messende Gegenstand 2 aus einem Kunstharz besteht, wird bei der Überprüfung von Einzelheiten wie dem Vorhandensein einer Beschädigung und der Größe der Beschädigung allgemein die Dunkelfeldbeleuchtung verwendet, da das Licht leichter auf dem Bereich der Beschädigung oder ähnlichem gestreut reflektiert wird, wenn das Licht aus einer schrägen Richtung gelenkt wird. Auf der anderen Seite wird bei der Überprüfung von Einzelheiten wie einer Ungleichheit im Glanz, der äußeren Erscheinung einer Schweißnaht und Fließlinien ein Winkel ausgewählt, bei welchem mit dem bloßen Auge ein Unterschied zu dem normalen Bereich deutlich erkannt wird, und es wird die Hellfeldbeleuchtung benutzt, wenn dieser Winkel Null Grad beträgt, und die Dunkelfeldbeleuchtung wird benutzt, wenn ein Winkel abweichend von Null Grad vorliegt. Dadurch wird die Lichtmengte genau auf jeder Einzelheit des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenstandes 2 reflektiert und es kann ein Prüfergebnis entsprechend der Augenprüfung erhalten werden.

Dabei wird der Lichtbestrahlungswinkel bei der Dunkelfeldbeleuchtung entsprechend der Augenprüfung durch Einstellung des Brechungskoeffizienten der Linse 25 für die Dunkelfeldbleuchtung auf der Basis des gewählten Winkels eingestellt und der Bestrahlungswinkel beträgt z. B. 45 Grad. Die Einstellung des Brechungskoeffizienten der Linse 25 für die Dunkelfeldbeleuchtung wird durch Anbringen des Objektivlinsentubus 33 mit der Linse 25 für die Dunkelfeldbeleuchtung mit einem gewünschten Brechungskoeffizienten auf der Röhre 31 für den vertikalen Lichtweg durchgeführt.

Wenn das Licht von der Lichtquelle 11 ausgesandt wird, läuft dieses Bestrahlungslicht durch die parallel richtende Linse 22, um zu parallelen Strahlen geformt zu werden, und wird durch den Hell-/Dunkelfeldumschaltschieber 14 auf die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 gelenkt. Dieses Bestrahlungslicht wird auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 reflektiert, die parallel zu der optischen Achse der Objektivlinse 12 liegende Komponente in diesem reflektierten Licht läuft durch die Objektivlinse 12, um auf die Schlitzscheibe 29 aufzufallen und nur die Komponente, welche durch die Öffnungen 29A und 29B der Schlitzscheibe 29 in diesem auffallenden Licht gelaufen ist, wird von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 42 der Lichterfassungseinrichtung 13 erfaßt, um seine Lichtmenge in einen elektrischen Stromwert umzuwandeln. Dieser elektrische Stromwert wird von dem Analog-Digital-Umwandler 43 digitalisiert, und wenn nicht ein Berechnungsvorgang durchgeführt wird, wird der elektrische Stromwert digital von der Anzeigeeinrichtung 45, so wie er ist, angezeigt.

Dabei variiert die von der Lichterfassungseinrichtung 13 erfaßte Lichtmenge, nämlich der angezeigte elektrische Stromwert, entsprechend des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenstandes 2, da aufgrund des Reflexionswinkels des auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 reflektierten Lichtes die Intensität des reflektierten Lichtes (Reflexionsvermögen) und ähnliches entsprechend des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenstandes 2 variieren.

Wenn z. B. eine Weißheitsbeschädigung (ein Riß aufgrund von Oberflächensprüngen) in der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 vorliegt, gibt es, da das auf den Bereich der Beschädigung gelenkte Licht gestreut reflektiert wird, zwischen dem Bereich der Beschädigung und dem Bereich, wo keine Beschädigung vorliegt, einen Unterschied in der auf die Objektivlinse 12 auffallenden und durch die Schlitzscheibe 29 laufenden Lichtmenge, nämlich in der erfaßten Lichtmenge.

Wenn außerdem die Farbe der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2, genauer gesagt, der Farbton, die Helligkeit, die Farbsättigung oder ähnliches variiert, variiert die erfaßte Lichtmenge entsprechend der Farbe der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2, da das Reflexionsvermögen des Lichtes variiert.

Wenn solch eine Überprüfung an einem gewissen Bereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 oder auf der gesamten Oberfläche durchgeführt wird, nämlich wenn mit Abtastung überprüft wird, wird die Überprüfung durchgeführt, indem der zu messende Gegenstand 2 horizontal bewegt wird, indem der Objektisch 21 bei der Messung horizonzontal bewegt wird, und das Licht wird durch Abtastung in regelmäßigen Abständen in der Lichterfassungseinrichtung 13 verarbeitet. Hierbei kann der Objekttisch 21 kontinuierlich oder mit Unterbrechungen bewegt werden.

Auf der anderen Seite wird in dem Fall, wo die bei der Überprüfung des zu messenden Gegenstandes 2 erfaßte Lichtmenge auf der Basis der Lichtmenge umgewandelt wird, welche erfaßt wird, wenn das Standardmuster als der zu messende Gegenstand verwendet wird, der Oberflächenzustand des Standardmusters vorab wie in der oben beschriebenen Überprüfung Eingabeeinrichtung 41 als Standardwert eingestellt und in der Speichereinrichtung 46 gespeichert.

Mittels der Eingabeeinrichtung 41 wird das Verfahren zur Umwandlung der Lichtmenge des zu messenden Gegenstandes 2 auf der Basis des gespeicherten Standardwertes eingestellt und der Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes 2 wird überprüft. Somit wird in der Lichterfassungseinrichtung 13 die von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung 42 empfangene Lichtmenge in einen elektrischen Stromwert umgewandelt, und der elektrische Stromwert wird von dem Analog-Digital-Umwandler 43 digitalisiert, um in die Umrechnungseinrichtung 44 eingegeben zu werden. In dieser Umrechnungseinrichtung 44 wird der digitalisierte elektrische Stromwert mit dem in der Speichereinrichtung 46 gespeicherten Standardwert verglichen, um in einen relativen Wert umgerechnet zu werden und dieser Wert wird von der Anzeigeeinrichtung 45 digital angezeigt.

Dieses Standardmuster wird genau entsprechend den anvisierten Einzelheiten auf dem Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes, einem Prüfgegenstand oder ähnlichem ausgewählt.

Im Falle z. B. einer Qualitätsprüfung von Produkten oder einer Überprüfung eines anormalen Musters sind ein normales Muster als das Standardmuster verwendet und ein Vergleichsergebnis mit dem normalen Muster kann erhalten werden. Genau gesagt, wenn ein Kunstharzprodukt überprüft wird auf anvisierte Einzelheiten wie die Helligkeit, den Glanz, das äußere Erscheinungsbild einer Schweißnaht und das äußere Erscheinungsbild von Fließlinien, werden durch Überprüfung des Produktes als der zu überprüfende Gegenstand oder durch Vergleich des anormalen Musters mit dem Standardmuster des Produktes mit einem guten Augenprüfergebnis dieser Einzelheiten die Lichtmengen dieser reflektierten Lichter als Vergleichsergebnisse mit der Lichtmenge des guten Produktes angezeigt.

Außerdem kann ein genormtes Muster, welches die Basis für eine für die Überprüfung anvisierte Einzelheit wird, als Standardmuster verwendet werden. Wenn z. B. die Farbe des Musters bewertet wird unter Verwendung eines allgemein benutzten Standards für Gegenstandsfarben, genau gesagt, eines Farbmusters basierend auf einer Standardfarbsättigung wie das Munsellchroma als das Standardmuster, wird die Lichtmenge des als Prüfgegenstand zu messenden Gegenstandes 2 als ein Farbunterschied zu dem Standardmuster angezeigt.

Wenn außerdem an einem zu messenden Gegenstand 2 die Ungleichheit in seinem Oberflächenzustand, genau gesagt, die Ungleichheit in Helligkeit, Ungleichheit in Glanz, Ungleichheit in Höhe, Ungleichheit in Farbe oder ähnliches überprüft wird, kann ein vorbestimmter Bereich auf seiner Oberfläche als das Standardmuster verwendet werden und der andere Bereich kann mit dem Standardwert der Lichtmenge, welche in diesem als Standardmuster verwendeten Bereich erfaßt wurde, gemessen werden. In diesem Fall wird die erfaßte Lichtmenge als eine Differenz zu der Lichtmenge des als Standardmuster verwendeten Bereiches dargestellt.

Gemäß dieser oben beschriebenen Ausführung werden die folgenden Wirkungen erhalten.

Da die Schlitzscheibe 29 in dem Lichtweg zwischen der Objektivlinse 12 und der Lichterfassungseinrichtung 13 angeordnet ist, und da nur die Komponente, welche durch die Öffnung 29A oder 29B der Schlitzscheibe 29 in dem in paralleler Richtung zu der optischen Achse der Objektivlinse 12 reflektierten Licht gegangen ist, herausgenommen und erfaßt werden kann, kann der Erfassungsbereich für das reflektierte Licht auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2, nämlich der Lichterfassungsbereich durch die Öffnung 29A oder 29B der Schlitzscheibe 29 begrenzt werden. Dementsprechend kann der Oberflächenzustand exakt und mit hoher Genauigkeit gemessen werden, da das reflektierte Licht innerhalb des Bereiches, welcher durch Verengung des Lichterfassungsbereiches mit der Objektivlinse 12 und der Schlitzscheibe 29 begrenzt ist, herausgenommen und seine Lichtmenge erhalten werden kann.

Insbesondere wenn der Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes mit einer komplizierten Form gemessen wird, kann in dem Fall der Verwendung der Objektivlinse 12 mit einer geringen Vergrößerung zur Vermeidung einer Abweichung des Brennpunktes und selbst in dem Fall der Verwendung keiner Objektivlinse der Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes 2 mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden, da der Erfassungsbereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 durch die Schlitzscheibe 29 begrenzt werden kann und da die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes in eine Vielzahl von Erfassungsbereichen fein unterteilt werden und in der geringen Vergrößerung erfaßt werden kann wie sie ist.

Da außerdem eine höhere Erfassungsgenauigkeit erzielt werden kann, kann nicht nur der Weißheitsgrad einer Beschädigung, sondern auch ein Unterschied in dem Oberflächenzustand aufgrund von Farbe, Glanz, Ungleichheit in Höhe oder ähnlichem gemessen werden, und da die gesamte Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 gemessen werden kann, kann zusätzlich dazu ein Bewertungsergebnis entsprechend der äußeren Erscheinung des zu messenden Gegenstandes 2 erhalten werden, und da es vermieden wird, der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes für eine Messung auf konventionelle Weise eine vorbestimmte Beschädigung zuzufügen, kann das Verfahren nicht nur bei einer Oberflächenprüfung eines Materials, sondern auch bei einer Oberflächenprüfung in der Qualitätskontrolle von Produkten eingesetzt werden.

Da der Hell-/Dunkelfeldumschaltschieber 14 in dem Lichtweg zwischen der Lichtquelle 11 und dem zu messenden Gegenstand 2 angeordnet ist, kann unter korrekter Verwendung der Hellfeldbeleuchtung und Dunkelfeldbleuchtung entsprechend des Betrachtungswinkels, welcher durch die Überprüfung des Oberflächenzustandes des zu messenden Gegenstandes 2 auf eine gewünschte Einzelheit mit dem bloßen Auge ausgewählt wurde, der Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes 2 mit einer höheren Genauigkeit gemessen werden.

Da außerdem bei der Dunkelfeldbeleuchtung die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes 2 mit dem Licht in einer ringartigen Weise aus allen Richtungen bestrahlt wird, kann ein Meßfehler aufgrund des Unterschiedes in der Bestrahlungsrichtung vermieden und ein besseres, mit dem Augenprüfergebnis korrelierendes Erfassungsergebnis kann erhalten werden. Dies bedeutet, daß wenn das Licht auf den zu messenden Gegenstand nur aus einer Richtung gelenkt wird, der Fall auftreten kann, daß die erfaßte Lichtmenge unterschiedlich zu dem Fall ist, wo das Licht aus einer anderen Richtung gelenkt wird, und da außerdem die Betrachtungsrichtung des zu messenden Gegenstandes 2 bei der Augenprüfbeurteilung nicht immer feststehend ist, kann durch Aussenden des Lichtes in einer ringartigen Weise eine Streuung von Daten entsprechend den Bestrahlungsrichtungen vermieden und der Oberflächenzustand kann unter ähnlichen Bedingungen wie denen der Augenprüfung bewertet werden.

Durch Änderung jeweils der Vergrößerung der Objektivlinse 12 und der Größen der Öffnungen 29A und 29B der Schlitzscheibe 29, kann eine Überprüfung mit einer höheren Genauigkeit durchgeführt werden, da der Lichterfassungsbereich auf der Oberflöche des zu messenden Gegenstandes 2 gesteuert werden kann.

Da die Lichterfassungseinrichtung 13 außerdem die Umrechungseinrichtung 44 aufweist, und da die auf dem zu messenden Gegenstand 2 erfaßte Lichtmenge als ein Wert basierend auf der Lichtmenge des Standardmusters erhalten werden kann, kann das Prüfergebnis als der Wert erhalten werden, welcher nahe an dem Augenprüfergebnis liegt und einfach zu verstehen ist.

Außerdem kann unter Verwendung eines guten Augenprüfergebnisses als Standardmuster der zu messende Gegenstand 2 mit Leichtigkeit bewertet werden, da ein relatives Prüfergebnis basierend auf diesem Standardmuster erhalten werden kann.

Außerdem, selbst im Falle einer Überprüfung mit variierenden Meßbedingungen kann bei Verwendung desselben Standardmusters bei jeder Meßbedingung und bei Umwandlung der Lichtmenge des zu messenden Gegenstandes 2 auf der Basis der Lichtmenge dieses Standardmusters ein genaues Prüfergebnis erhalten werden, da ein Fehler in der Überprüfung aufgrund von unterschiedlichen Meßbedingungen vermieden werden kann.

Da außerdem das Oberflächenprüfgerät unter Verwendung des bereits vorhandenen Polarisationsmikroskops 3 nur durch Einsetzen der Schlitzscheibe 29 in das Polarisationsmikroskop 3 und sein Anschließen an die Lichterfassungseinrichtung 13 gebildet ist, kann das Gerät 1 mit Leichtigkeit und niedrigen Kosten zusammengebaut werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die o. g. Ausführung beschränkt und beinhaltet weitere Ausführungen und ähnliches, welche das Ziel der vorliegenden Erfindung erreichen können, und solche Abänderungen wie unten gezeigt sind ebenfalls in der vorliegenden Erfindung enthalten.

Obwohl außerdem der Schlitz in der obigen Ausführung eine scheibenartige Form aufweist, ist er nicht darauf beschränkt, und z. B. kann der Schlitz eine bandartige Form aufweisen, Öffnungen können parallel entlang seiner Längsrichtung angeordnet sein und die auf der optischen Achse der Objektivlinse anzuordnende Öffnung kann gewählt werden, indem der Schlitz entlang der Längsrichtung gleitet, oder es kann eine Vielzahl von Öffnungen, welche verschiedene Öffnungsgrößen aufweisen, angeordnet sein und die Größe der Öffnung auf der optischen Achse kann verändert werden, indem dieser Schlitz korrekt gewählt und angebracht wird. Außerdem kann die Öffnung des Schlitzes im Bedarfsfall an einer Position gebildet sein, welche sich nicht auf der optischen Achse der Objektivlinse befindet.

Obwohl durch Benutzung des Hell-/Dunkelfeldschiebers 14 zwischen Hellfeldbeleuchtung und Dunkelfeldbeleuchtung in der obigen Ausführung umgeschaltet wird, ist die Beleuchtungsumschalteinrichtung nicht auf die Bauart beschränkt, welche den Hell- /Dunkelfeldschieber 14 verwendet, und z. B. kann eine Bauart eingesetzt werden, welche einen Schieber verwendet, der sich in der Form von dem Schieber 14 der obigen Ausführung unterscheidet, oder Fasern für die Beleuchtung können ringförmig auf dem Umfang der Objektivlinse angeordnet sein, um eine Dunkelfeldbeleuchtung durchzuführen. Insgesamt ist, wenn eine Hellfeldbeleuchtung und Dunkelfeldbeleuchtung durchgeführt werden kann, die Bauart optional und eine bereits vorhandene Konstruktion kann passend gewählt und verwendet werden.

Außerdem sind die Arten der Lichtquelle und der Lichterfassungseinrichtung nicht besonders begrenzt, und z. B. kann eine in einem bereits vorhandenen Farbenmesser verwendete Lichtquelle und Lichterfassungseinrichtung eingesetzt werden, um ein Oberflächenprüfgerät zum Messen von Farbe zu bauen. Als bereits vorhandener Farbenmesser gibt es z. B. das sehr kleine Oberflächenspektrokolorimeter MSP-Ó90 von NIPPON DENSHOKUKOGYO CO., LTD., usw.

Auf diese Weise wird die Lichtmenge des zu messenden Gegenstandes als ein genormter Wert erhalten, genau gesagt, die Farbe der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes kann mit dem L*a*b*-Farbsystem, dem XYZ-Farbsystem oder ähnlichem spezifiziert werden.

Auf der anderen Seite kann eine in einem bereits vorhandenen Helligkeitsmesser verwendete Lichtquelle und Lichterfassungseinrichtung eingesetzt werden, um ein Oberflächenprüfgerät zur Messung von Helligkeit zu bauen. Dadurch wird die Lichtmenge des zu messenden Gegenstandes als ein genormter Helligkeitswert erhalten.

Insgesamt sind die Art und Bauweise der Lichterfassungseinrichtung nicht im besonderen begrenzt, solange sie die Lichtmenge des empfangenen Lichtes erhalten kann.

Obwohl außerdem der elektrische Stromwert oder der Wert, in den der elektrische Stromwert umgewandelt wird, digital von der Anzeigeeinrichtung in der obigen Ausführung angezeigt wird, kann er auch in einer analogen Form angezeigt werden.

Obwohl das Oberflächenprüfgerät unter Verwendung des bereits vorhandenen Polarisationsmikroskops in der obigen Ausführung gebildet ist, kann das Oberflächenprüfgerät ohne Verwendung des Polarisationsmikroskops durch Zusammenbau jedes einzelnen Teils wie der Lichtquelle, der Objektivlinse, der Lichterfassungseinrichtung und des Schlitzes etc. gebildet werden.

Außerdem können in der vorliegenden Erfindung Lichtleitfaserkabel wie folgt verwendet werden.

Dies bedeutet, daß obwohl der Objektivlinsentubus 33 in der obigen Ausführung benutzt wird, der Objektivlinsentubus 33 durch Lichtleitfaserkabel ersetzt werden kann. In diesem Fall wird das Licht von der Lichtquelle durch eine Kollektivlinse in Lichtleitfasern eingeführt. Die Lichtleitfaserkabel können aus denjenigen, welche allgemein verwendet werden, ausgewählt werden. Es gibt z. B. welche, bei denen die gleiche Menge von mehreren feinen Lichtleitfasern jeweils in jedem Kabel gebündelt ist, und welche, bei denen eine dicke Lichtleitfaser jeweils als Kabel benutzt wird. Die Lichtleitfasern können gemeinsam zum Übertragen und Empfangen verwendet werden, es ist jedoch wünschenswert, sie derart zu verwenden, daß diejenigen für die Übertragung und diejenigen für den Empfang sich voneinander unterscheiden. In diesem Fall werden bei den Lichtleitfasern auf der Seite der Lichtquelle die Lichtleitfasern zur Übertragung und zum Empfang wünschenswerterweise jeweils in gebündelter Form verwendet, um das durch die Kollektivlinse gebündelte Licht von der Lichtquelle auszusenden, und um das Licht nur durch die Lichtleitfasern zu der Schlitzscheibe zu lenken zur Aufnahme des von dem zu messenden Gegenstand reflektierten Lichtes. Auf der anderen Seite ist es auf der Seite des zu messenden Gegenstandes wünschenswert, die Lichtleitfasern jeweils zur Übertragung und zum Empfang wahllos zu bündeln, damit das von den Lichtleitfasern auf den zu messenden Gegenstand gelenkte Licht und das reflektierte Licht, welches in die Lichtleitfasern von dem zu messenden Gegenstand hineingeht, gleichmäßig innerhalb des Meßbereiches verteilt sind. In dem Fall der Verwendung einer Vielzahl von Lichtleitfasern in der Weise, daß sich diejenigen zur Übertragung und diejenigen zum Empfang voneinander unterscheiden, gibt es keine bestimmte Grenze für die Proportion der jeweils verwendeten Anzahlen, aber es ist wünschenswert, fast dieselbe Anzahl von Lichtleitfasern zu verwenden. Außerdem ist es wünschenswert, röhrenförmige Vorsätze an den anderen Enden der Lichtleitfasern anzubringen. Indem die Spitzen der Vorsätze mit der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes in Kontakt gebracht werden, kann die Messung unter Beibehaltung eines konstanten Abstandes von dem zu messenden Gegenstand oder eines konstanten Lichtbestrahlungswinkels zu dem zu messenden Gegenstand durchgeführt werden. Die Form des Vorsatzes ist nicht im besonderen begrenzt, solange es sich um eine Form handelt, bei welcher das von den Lichtleitfasern gelenkte Licht die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes erreicht und das reflektierte Licht die Lichtleitfasern erreicht, und sie kann zylindrisch, fächerartig oder eine Gerüstbauweise sein, so daß die Wandfläche eines Zylinders offen ist.

Außerdem kann der Objektivlinsentubus 33 an den Spitzen der Lichtleitfasern befestigt sein, um den Oberflächenzustand mit einer noch größeren Genauigkeit zu messen. Selbst in diesem Fall ist es wünschenswert, den o. g. Vorsatz an der Spitze des Objektivlinsentubus 33 zu befestigen.

Unter Verwendung solcher biegsamen und langen Lichtleitfasern kann, ohne daß der zu messende Gegenstand auf den Objekttisch 21 gelegt wird, sein Oberflächenzustand gemessen werden. Dementsprechend ist die Messung unabhängig von der Größe des Gegenstandes und dem Ort der Messung möglich. Z. B. kann selbst ein besonders groß dimensioniertes Endprodukt gemessen werden oder die Messung kann durchgeführt werden, wenn man sich an einem Arbeitsplatz wie einer Fabrik mit großem Abstand von dem Hauptkörper des Meßgerätes befindet.

Wenn außerdem ein Netzwerk von Lichtleitfaserkabeln im voraus in einem großen Bereich wie einem Labor und einer Fabrik gelegt wird, und wenn das Meßteil mit den Lichtleitfasern und den Vorsätzen und entsprechend der Umstände der Objektivlinsentubus getrennt tragbar gestaltet sind, ist es auch möglich, in dem Netzwerk frei zu messen. Auf der anderen Seite ist es auch möglich, wenn das Meßgerät selbst kompakt gebaut ist, ein tragbares Handmeßgerät bereitzustellen.

Im Falle der Tragbarkeit und der Verwendung der Lichtleitfasern ist die Messung unabhängig von der Größe des zu messenden Gegenstandes und dem Ort der Messung möglich. Durch Anbringen der Vorsätze an seinem äußersten Ende ist es auch möglich, ein tragbares Handmeßgerät bereitzustellen.

Außerdem kann die an dem Objektivlinsentubus 33 befestigte Objektivlinse eine Planlinse mit der Vergrößerung 1 sein. Im Falle der Vergrößerung 1 wird die Objektivlinse selbst unnötig, aber es ist wünschenswert, das Planglas an der Vorsatzposition der Objektivlinse zu befestigen, um die Lichtquelle 11 und die Lichterfassungseinrichtung 13 vor Staub und anderen in der Luft fliegenden Substanzen zu schützen.

Die Art des zu messenden Gegenstandes, genauer gesagt, die Qualität des Materials, Form, Größe, Farbe oder ähnliches ist freigestellt.

Beispiel

Unter Verwendung von Mustern aus Kunstharz als in der obigen Ausführung zu messender Gegenstand 2 wurden jeweils der Glanz der Beschädigung, Ungleichheit in Glanz und die äußere Erscheinung von Schweißnähten bewertet.

Bewertung des Beschädigungsglanzes

Bewertungen des Beschädigungsglanzes wurden an vier Mustern A bis D durchgeführt, welche mit unterschiedlichen Beschädigungen versehen waren.

Das Muster A wurde derart erhalten, daß ein flaches plattenartiges Teststück (120 mm × 120 mm × 3 mm) aus einer Polypropylenharzverbindung, in welcher 23 Gew.-% Talk, 4 Gew.-% Ethylenpropylenelastomer und 1,3 Gew.-% eines Pigmentes (dunkelgrau) gemischt waren, hergestellt wurde und diesem Teststück mit einem spitz zulaufenden Ritzprüfgerät von TOYO SEIKI, LTD. Eine Beschädigung mit einer Länge von 50 mm zugefügt wurde.

Das Anbringen der Beschädigung auf dem Teststück wurde unter Verwendung eines zylindrischen Metallstabs mit einem Durchmesser von 3 mm, anstelle einer Schneidevorrichtung zum Zufügen der Beschädigung, unter einer Belastung von 20 gf durchgeführt, wobei der äußere Umfang seiner Außenfläche mit 4 mmR zugeschärft war. Wenn die Beschädigung mit solch einem Metallstab zugefügt wird, wird der beschädigte Bereich glatt und der Glanz wird größer als zuvor ohne Beschädigung.

Das Muster B wurde auf dieselbe Weise wie das Muster A erhalten, aber es wurde eine Belastung von 100 gf bei dem Anbringen einer Beschädigung auf dem Teststück angelegt.

Das Muster C wurde auf dieselbe Weise wie das Muster A erhalten, aber es wurde eine Belastung von 300 gf bei dem Anbringen einer Beschädigung auf dem Teststück angelegt.

Das Muster D wurde auf dieselbe Weise wie das Muster A erhalten, aber es wurde eine Belastung von 500 gf bei dem Anbringen einer Beschädigung auf dem Teststück angelegt.

Meßbeispiel

Für diese vier Muster A bis D wurden Oberflächenprüfungen mit dem Oberflächenprüfgerät 1 der obigen Ausführung durchgeführt. Diese Überprüfungen wurden jeweils an dem beschädigten Bereich, dem die Beschädigung hinzugefügt worden war, und einem unbeschädigten Bereich, wo es keine Beschädigung gab, auf jeder Oberfläche der Muster A bis D durchgeführt. Die Meßbedingungen waren die folgenden:
Vergrößerung der Objektivlinse: 5
Öffnung des Schlitzes: Kreis mit einem Durchmesser von 2 mm
Art der Beleuchtung: Dunkelfeldbeleuchtung
(Bestrahlungswinkel von 45 Grad).

Bei diesen Überprüfungen wurden erfaßte Lichtmengen wie folgt angezeigt. Eine Überprüfung einer weißen Standardplatte wurde im voraus unter denselben Meßbedingungen wie für die Muster A bis D durchgeführt, und die erfaßte Lichtmenge der weißen Standardplatte wurde als ein Standardwert benutzt, und die bei der Überprüfung der Muster A bis D erfaßten Lichtmengen wurden unter Berücksichtigung des Standardwertes als Basis von 100% erfaßt und angezeigt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Vergleichsbeispiel

Auf der anderen Seite wurden Messungen jeweils an den beschädigten Bereichen und den unbeschädigten Bereichen jedes der Muster A bis D mittels des Verfahrens der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52160/1995 durchgeführt, und die Lichtmengen der reflektierten Lichter wurden als Belichtungszeiten einer Kamera erhalten. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Die auffallende Beschädigungshärte wurde an jedem der Muster A bis D durch Augenprüfung bewertet und gemäß dem abnehmenden Grad der auffallenden Härte eingeordnet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist zu verstehen, daß mit der Durchführung der Oberflächenprüfung mit dem Oberflächenprüfgerät 1 der obigen Ausführung der Unterschied in Glanz zwischen dem beschädigten Bereich und dem unbeschädigten Bereich deutlich erfaßt werden kann und ein sehr genaues Prüfergebnis entsprechend dem Augenprüfergebnis erhalten werden kann.

Auf der anderen Seite wurde mit dem Verfahren der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52160/1995 kein Unterschied in der Belichtungszeit zwischen dem beschädigten Bereich und dem unbeschädigten Bereich gefunden, und es wurde keine Korrelation mit dem Augenprüfergebnis erzielt. Es ist daher zu verstehen, daß das Verfahren der obigen Ausführung eine Oberflächenprüfung mit einer größeren Genauigkeit durchführen kann als das Verfahren der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52160/1995.

Bewertung der Ungleichheit im Glanz

Bewertungen von Ungleichheiten im Glanz wurden mit dem Oberflächenprüfgerät 1 der obigen Ausführung an Autostoßstangen, welche durch Spritzguß mit demselben Harz wie die oben erwähnten Muster A bis D hergestellt wurden, durchgeführt.

Drei Stoßstangen wurden als Muster E bis G hergestellt, und ein Bereich von 13 mm × 31 mm, welcher einen im Glanz ungleichen Bereich auf der unteren Seite eines auf jedem der Muster E bis G gebildeten Sigels, d. h. auf der unteren Seite des Harzflusses, beinhaltete, wurde als Meßbereich verwendet. Diese Meßbereiche befanden sich bei jedem der Muster E bis G an derselben Position.

Die Meßbedingungen waren die folgenden:
Vergrößerung der Objektivlinse: 5
Öffnung der Schlitzscheibe: Kreis mit einem Durchmesser von 5 mm
Art der Beleuchtung: Hellfeldbeleuchtung
(Bestrahlungswinkel von Null Grad).

Bei diesen Überprüfungen wurde der Lichterfassungsbereich von dem Oberflächenprüfgerät 1 auf einen Bereich von 1 mm² innerhalb des oben erwähnten Meßbereiches verengt, und die Oberfläche in dem Meßbereich wurde durch Überprüfung der Bereiche von 1 mm² abgetastet, indem das Muster jeweils 1 mm diskontinuierlich bewegt wurde. Die erfaßten Lichtmengen wurden angezeigt, nachdem sie in Raten (%) bezüglich der Lichtmenge der weißen Standardplatte (Standardmuster), welche 100% betrug, umgewandelt worden waren, wie die oben erwähnten Muster A bis D.

Der Maximalwert, der Minimalwert und die Differenz zwischen ihnen in jedem Meßbereich der Muster E bis G sind in einer Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Wie in Tabelle 2 gezeigt, ist aufgrund der Tatsache, daß die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert in dem Meßbereich des Musters E gering im Vergleich zu denjenigen der Muster F und G ist, zu verstehen, daß das Muster E ein Muster mit einer geringen Ungleichheit im Glanz ist. Auf der anderen Seite ist die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Musters G (Anmerkung: wohl eher Muster F) die größte unter den drei Mustern E bis G und es ist zu verstehen, daß es sich um ein Muster mit großer Ungleichheit im Glanz handelt.

Auf diese Weise wird deutlich, daß durch Durchführung der Oberflächenprüfung mit dem Oberflächenprüfgerät 1 dieser Ausführung die Ungleichheit im Glanz in einem vorbestimmten Meßbereich mit großer Genauigkeit gemessen werden kann.

Bewertung der äußeren Erscheinung einer Schweißnaht

Bewertungen des äußeren Erscheinungsbildes einer Schweißnaht wurden mit dem Oberflächenprüfgerät 1 der obigen Ausführung an flachen plattenartigen Mustern H und I durchgeführt, auf deren Oberflächen Falten (Muster durch Ungleichheit in Höhe) vorhanden waren. Diese Muster H und I wurden aus Gußformen durch Spritzguß hergestellt, in deren Mitten geradlinige Schweißnähte gebildet waren, und das Muster H hat eine auffallende Schweißnaht und das Muster I hat eine kaum auffallende Schweißnaht. Die Meßbedingungen bei diesen Überprüfungen waren die folgenden:
Vergrößerung der Objektivlinse: 5
Öffnung des Schlitzes: Kreis mit einem Durchmesser von 5 mm
Beleuchtungsart: Hellfeldbeleuchtung
(Bestrahlungswinkel Null Grad).

Bei diesen Überprüfungen wurde ein die Schweißnaht senkrecht schneidender Bereich von 20 mm × 1 mm als ein Meßbereich auf jeder Oberfläche der Muster H und I verwendet, und die Schweißnähte wurden jeweils in den Mittelbereichen der Meßbereiche positioniert. Die Meßbereiche der Muster H und I wurden so eingestellt, daß sie bei beiden Mustern an derselben Position angeordnet waren.

Die Oberflächenprüfung in jedem Meßbereich wurde durch Abtastung durchgeführt, indem die Muster H und I ähnlich der Durchführung der oben erwähnten Überprüfungen der Ungleichheit im Glanz (Muster E bis G) bewegt wurden. D. h. die Lichterfassungsbereiche auf den Oberflächen der Muster H und I wurden auf Bereiche von 1 mm² verengt und die Überprüfung wurde an den Bereichen von 1 mm² durchgeführt, indem das Muster jeweils 1 mm diskontinuierlich in die Längsrichtung des Meßbereiches, d. h. geradlinig in die senkrechte Richtung zu der Schweißnaht, bewegt wurde.

Bei diesen Überprüfungen wurden die erfaßten Lichtmengen angezeigt, nachdem sie in Raten (%) bezüglich der Lichtmenge der weißen Standardplatte (Stndardmuster), welche 100% betrug, umgewandelt worden waren, wie die oben erwähnten Muster A bis D und E bis G. Die Ergebnisse sind in Abb. 4 gezeigt.

Aus Abb. 4 geht hervor, daß das auf der Oberfläche von Muster H reflektierte Licht weiter variiert als dasjenige von Muster I und die Schweißnaht des Musters H ist auffallender als diejenige des Musters I. Auf diese Weise wird deutlich, daß durch Durchführung der Oberflächenprüfung mit dem Oberflächenprüfgerät 1 dieser Ausführung, die äußere Erscheinung der Schweißnaht, d. h. eine leicht zu erkennende Auffälligkeit, als ein Unterschied in dem von dem Umfangsbereich reflektierten Licht erfaßt werden und ein sehr genaues Prüfergebnis entsprechend dem Augenprüfergebnis erhalten werden kann.

Möglichkeit der industriellen Nutzung

Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch Anordnung eines Schlitzes in dem Lichtweg zwischen der Objektivlinse zur Aufnahme eines auf einer Oberfläche eines zu messenden Gegenstandes reflektierten Lichtes und einer Lichterfassungseinrichtung zur Erfassung einer Komponente, welche auf diese Objektivlinse in einer parallelen Richtung zu ihrer optischen Achse auffällt, und durch Erfassung ihrer Lichtmenge und durch das Herausnehmen von nur der Komponente, welche durch eine Öffnung des Erfassungsschlitzes gegangen ist, da der Erfassungsbereich des auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes reflektierten Lichtes, d. h. der Lichterfassungsbereich, mit der Öffnung der Schlitzscheibe begrenzt werden kann, der Oberflächenzustand exakt und mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

Außerdem selbst in dem Fall der Verwendung der Objektivlinse mit einer geringen Vergrößerung kann der Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden, da der Erfassungsbereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes durch den Schlitz begrenzt werden kann, und da die Oberfläche des zu messenden Gegenstandes in eine Vielzahl von Lichterfassungsbereichen fein unterteilt und erfaßt werden kann.

Da außerdem eine höhere Erfassungsgenauigkeit erzielt werden kann, kann nicht nur der konventionelle Weißheitsgrad einer Beschädigung, sondern auch ein Unterschied in dem Oberflächenzustand aufgrund von Glanz, Farbe, Ungleichheit in Höhe oder ähnlichem gemessen werden, und da die gesamte Oberfläche des zu messenden Gegenstandes einschließlich eines unbeschädigten Bereiches gemessen werden kann, kann zusätzlich dazu ein Prüfergebnis entsprechend der äußeren Erscheinung des zu messenden Gegenstandes erhalten werden, und da es vermieden wird, eine vorbestimmte Beschädigung auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes für die Messung auf konventionelle Weise anzubringen, kann das Verfahren nicht nur bei einer Oberflächenprüfung eines Materials, sondern auch bei einer Oberflächenprüfung in der Qualitätsüberwachung von Produkten eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Oberflächenprüfgerät (1), mit
einer Lichtquelle (11) und einer Linse (22) zum Erzeugen einer parallelen Strahlung,
einer im Lichtweg zwischen der Lichtquelle (11) mit der Linse (22) und dem zu messenden Gegenstand (2) verschiebbar angeordneten, Spiegelabschnitte (23, 24), aufweisenden Beleuchtungsumschalteinrichtung (14) zum Umschalten zwischen Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung,
einer Hellfeldbeleuchtung, bei der das Licht von der Lichtquelle (11) über einen kreisförmigen Spiegelabschnitt (23) auf eine gegenüber dem Gegenstand befindliche Objektivlinse (12) geleitet wird und parallel zur optischen Achse der Objektivlinse (12) auf der Oberfläche des zu prüfenden Gegenstandes (2) auftrifft,
einer Dunkelfeldbeleuchtung, bei der das Licht von der Lichtquelle (11) über einen ringförmigen Spiegelabschnitt (24) auf eine auf dem Umfang der Objektivlinse (12) ringartig angeordnete Dunkelfeldbeleuchtungslinse (25) geleitet wird und schräg auf der Oberfläche des Gegenstandes (2) auftrifft, so dass ein Brennpunkt entsteht,
einer Lichterfassungseinrichtung (13) zum Ermitteln derjenigen Lichtkomponente, die parallel zur optischen Achse der Objektivlinse (12) von der Oberfläche reflektiert wird, und
einer im Lichtweg zwischen Objektivlinse (12) und Lichterfassungseinrichtung (13) angeordneten Schlitzscheibe (29).

2. Oberflächenprüfgerät (1), mit
einer Lichtquelle (11) und einer Linse (22) zum Erzeugen einer parallelen Strahlung,
einer im Lichtweg zwischen der Lichtquelle (11) mit der Linse (22) und dem zu messenden Gegenstand (2) verschiebbar angeordneten, Spiegelabschnitte (23, 24) aufweisenden Beleuchtungsumschalteinrichtung (14) zum Umschalten zwischen Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung,
einer Hellfeldbeleuchtung, bei der das Licht von der Lichtquelle (11) über einen kreisförmigen Spiegelabschnitt (23) auf ein gegenüber dem Gegenstand befindliches Lichtleitfaserkabel geleitet wird und parallel zur optischen Achse des Lichtleitfaserkabels auf der Oberfläche des zu prüfenden Gegenstandes (2) auftrifft,
einer Dunkelfeldbeleuchtung, bei der das Licht von der Lichtquelle (11) über einen ringförmigen Spiegelabschnitt (24) auf eine auf dem Umfang des Lichtleitfaserkabels ringartig angeordnete Dunkelfeldbeleuchtungslinse (25) geleitet wird und schräg auf der Oberfläche des Gegenstandes (2) auftrifft, so dass ein Brennpunkt entsteht,
einer Lichterfassungseinrichtung (13) zum Ermitteln derjenigen Lichtkomponente, die parallel zur optischen Achse des Lichtleitfaserkabels von der Oberfläche reflektiert wird, und
einer im Lichtweg zwischen Lichtleitfaserkabel und Lichterfassungseinrichtung (13) angeordneten Schlitzscheibe (29).

3. Prüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzscheibe (29) in ihrer Größe unterschiedliche Öffnungen (29A, 29B) enthält.

4. Prüfgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichterfassungseinrichtung (13) eine Umrechnungseinrichtung (44) zum Umrechnen der Menge des durch die Schlitzscheibe (29) hindurchgegangenen Lichtes auf der Basis einer Lichtmenge, welche erfasst wird, wenn ein Standardmuster als zu messender Gegenstand verwendet wird, aufweist.

5. Oberflächenprüfverfahren, mit folgenden Schritten
Erzeugen einer parallelen Strahlung,
Umschalten zwischen einer Hellfeld- und einer Dunkelfeldbeleuchtung durch Verschieben einer mit Spiegelabschnitten versehenen Beleuchtungsumschalteinrichtung,
Erzeugen der Hellfeldbeleuchtung, bei der das Licht über einen kreisförmigen Spiegelabschnitt und durch eine Objektivlinse geleitet und parallel zur optischen Achse dieser Linse auf der Oberfläche des zu prüfenden Gegenstandes auftrifft,
Erzeugen der Dunkelfeldbeleuchtung, bei der das Licht über einen ringförmigen Spiegelabschnitt und eine ringförmige Dunkelfeldbeleuchtungslinse geleitet wird und schräg zur optischen Achse der Objektivlinse auf der Oberfläche des zu prüfenden Gegenstandes auftrifft, so dass ein Brennpunkt entsteht, und
Auswerten der Lichtkomponente, die parallel zur optischen Achse der Objektivlinse von der Oberfläche des Gegenstandes reflektiert wird und die durch eine Öffnung einer Schlitzscheibe zur Lichterfassungseinrichtung gelangt.

6. Oberflächenprüfverfahren, mit folgenden Schritten
Erzeugen einer parallelen Strahlung,
Umschalten zwischen einer Hellfeld- und einer Dunkelfeldbeleuchtung durch Verschieben einer mit Spiegelabschnitten versehenen Beleuchtungsumschalteinrichtung,
Erzeugen der Hellfeldbeleuchtung, bei der das Licht über einen kreisförmigen Spiegelabschnitt und durch ein Lichtleitfaserkabel geleitet und parallel zur optischen Achse dieses Lichtleitfaserkabels auf der Oberfläche des zu prüfenden Gegenstandes auftrifft,
Erzeugen der Dunkelfeldbeleuchtung, bei der das Licht über einen ringförmigen Spiegelabschnitt und eine ringförmige Dunkelfeldbeleuchtungslinse geleitet wird und schräg zur optischen Achse des Lichtleitfaserkabels auf der Oberfläche des zu prüfenden Gegenstandes auftrifft, so dass ein Brennpunkt entsteht, und
Auswerten der Lichtkomponente, die parallel zur optischen Achse des Lichtleitfaserkabels von der Oberfläche des Gegenstandes reflektiert wird und die durch eine Öffnung einer Schlitzscheibe zur Lichterfassungseinrichtung gelangt.

7. Prüfverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichterfassungsbereich auf der Oberfläche des zu messenden Gegenstandes eingestellt wird, indem die Größe der Öffnung der Schlitzscheibe oder die Vergrößerung der Objektivlinse geändert wird.

8. Prüfverfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmenge des aufgenommenen Lichtes auf der Basis einer Lichtmenge umgewandelt wird, welche erfasst wird, wenn ein Standardmuster als zu messender Gegenstand verwendet wird.

9. Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbestrahlungswinkel zu dem zu messenden Gegenstand entsprechend dem Oberflächenzustand des zu messenden Gegenstandes verändert wird.