JP3289487B2 - 表面検査方法及びその方法に使用する検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検査体の表面状態を
検出するための表面状態検査方法とその方法に使用する
表面状態検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、物品の表面に存在するごみや
傷、表面むら等の表面欠陥などを検査する表面検査方法
及びその装置として、被検査体の表面に光を照射し、そ
の被検査体から得られる反射光の光学的変化を利用して
表面欠陥等の表面状態を光学的に検査するタイプのもの
が知られている。

【０００３】ところで、上記のような表面欠陥は、その
大きさや形態などがそれぞれ異なっているため、かかる
種類の相違により様々な反射特性（反射強度、反射角度
など）を有している。従って、反射光の光学的変化を利
用して表面状態を検査するに当たっては、反射特性の異
なる各種の表面欠陥をより正確にかつ効率よく検査でき
るようにすることが重要な課題になっている。そこで、
このような課題を解決することを主な目的とした表面検
査方法やその装置として、以下に示すような電子写真用
の感光体ドラムなどの表面状態を検査するための方法や
装置が提案されている。

【０００４】例えば、感光体ドラム等の被検査体に光を
照射する手段として単色光をそのまま又は波長を変えて
照射するものを使用し、反射光の強度変化からでは検出
が困難な欠陥でも検出できるようにした技術（特開平３
−２２９１４０号公報）や、被検査体からの反射光を受
光する受光手段を複数使用し、しかもそれらの受光手段
を異なる角度で反射する反射光をそれぞれ取り込むこと
ができるように被検査体の周囲に適宜設置して、反射角
度が異なる欠陥でも容易に検出できるようにした技術
（特開平３−２０６９４９号公報）や、撮像領域と分解
能が異なる複数の撮像手段を被検査体の周囲に適宜設置
し、大きさが異なる欠陥でも容易に検出できるようにし
た技術（特開平４−１５２２５５号公報）が提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の表面検査方法やその装置は、照射光を特定したり
その波長を変更するための手段が必要であったり或いは
反射光を取り込むための受光手段や撮像手段が複数必要
であり、このように何らかの特殊手段を増設したり若し
くは同種の手段を複数使用しなければならないという不
具合がある。また、このように特殊手段を増設したり同
種の手段を複数使用することにより、装置が大型化して
その検査装置を自動生産ライン内に設置することが困難
であること、検査の所要時間が増加すること、初期設定
時並びに被検査体の種類切り替え時における検査装置の
検出条件の調節作業が煩雑で手間取ること、等の種々の
問題がある。

【０００６】従って、本発明は上述したような問題点を
解決するためになされたもので、その目的とするところ
は、（反射光量が）異なる表面状態をきわめて簡易な構
成で、しかも的確にかつ効率よく同時に検出することが
できる表面検査方法とその方法に用いる表面検査装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の表面検査方法
は、感光体ドラムの表面に１つの照明手段から光を照射
し、その感光体ドラムからの反射光を１つの受光手段に
より受光して処理することにより感光体ドラムの反射光
量の異なる表面状態を検出する表面検査方法において、
上記反射光量の異なる表面状態の検出を、上記反射光の
光量変化分を検知し、その検知した光量変化分が閾値以
上になるか否かを判断した結果に基づいて予め当該反射
光のコントラストの高低により複数段階に区分して設定
した適切な検出感度に調節しながら行うことを特徴とす
るものである。

【０００８】また、このような検査方法に使用する本発
明の表面検査装置は、感光体ドラムの表面に光を照射す
る１つの照明手段と、その感光体ドラムからの反射光を
取り込む１つの受光手段と、受光手段により取り込まれ
た反射光を処理して感光体ドラムの反射光量の異なる表
面状態を検出する検出処理手段とを備えており、かつ、
上記検出処理手段は、上記反射光の光量変化分を検知す
るとともに、その検知した光量変化分が閾値以上になる
か否かを判断した結果に基づいて上記反射光量の異なる
表面状態を検出する際の検出感度を予め当該反射光のコ
ントラストの高低により複数段階に区分して設定した最
適な検出感度に調節する制御部を有していることを特徴
とするものである。

【０００９】更に、本発明の表面検査装置は、上記の装
置に係る技術的手段において、検出処理手段の制御部
が、反射光の光量を検出する光量検出用領域と感光体ド
ラムの表面状態を検出する表面状態検出用領域とで構成
される検出処理領域を備え、その光量検出用領域におい
て反射光の光量変化分を検知するとともにその表面状態
検出用領域における検出感度を調節するように構成され
ていることを特徴とするものである。

【００１０】次に、これらの技術的手段について図面を
参照しながら説明する。

【００１１】まず、上記技術的手段における反射光の光
量変化分は、被検査体である感光体ドラムの表面状態の
種類によりその反射光の光量（コントラスト）が異なる
ことに着目して求めるものであって、検査対象となる表
面状態と非検査部分の間において発生する光量の差分に
相当するものである。また、上記表面状態を検出する際
の検出感度は、この光量変化分について所定の閾値を設
定するとともにその閾値を境にして所定の感度値を設定
し、光量変化分が所定の設定閾値以上になるか否かに応
じて所定の感度値にそれぞれ調節されるものである。

【００１２】図１は、表面検査装置の主要部の構成を例
示するもので、図中１は被検査体（感光体ドラム）、２
と３は被検査体１に対して所定の位置関係で設置される
照明手段と受光手段、４は検出処理手段、５は反射光の
光量変化分を検知するとともにその検知情報に基づいて
検出感度を調節する制御部である。

【００１３】照明手段２としては被検査体１に光を照射
できるものであれば特に限定されないが、例えば、拡散
光を発する光源を使用できる。また、受光手段３として
は被検査体１からの反射光を受光できるものであれば特
に限定されないが、例えば、検査所要時間の短縮化や反
射の光量変化を特定の範囲をもって把握することができ
る観点からＣＣＤ（電荷結合素子）カメラなどを、好ま
しくはエリアセンサを備えたＣＣＤカメラを使用でき
る。この照明手段２及び受光手段３の数量は、特に限定
されないが、好ましくは共に１つである。

【００１４】上記検出処理手段４の制御部５において
は、例えば、光量変化分についての閾値を１つ設定しか
つその閾値を境にして２つの検出感度を設定した場合、
図２に例示するような検出感度に関する制御が行われ
る。すなわち、反射光の光量が検出されると（ステップ
ＳＴ１）、その光量の変化分が検知されてその変化分が
設定閾値以上になるか否かが判断される（ＳＴ２）。そ
して、閾値に達していなければ検出感度が所定の感度Ａ
に調節され（ＳＴ３）、閾値以上であれば検出感度が所
定の感度Ｂに調節される（ＳＴ４）。

【００１５】制御部５は、反射光の光量変化分の検知と
表面状態の検出を行うための検出処理領域を有してお
り、好ましくは、光量検出用領域と表面状態検出用領域
とで構成される検出処理領域を有している。

【００１６】その検出処理領域としては、例えば、図３
に例示するように、１つの光量検出用領域６と１つの表
面状態検出用領域７とを互いに重ねるような位置関係で
配置設定したものを適用することができる。図中８は被
検査体表面の検査対象となる表面状態部分（表面欠陥な
ど）を示し、この表面状態部分８は各検出用領域に対し
て矢印で示す方向から進入して通過するようになってい
る。

【００１７】この検出処理領域の場合には、図４に例示
するように、光量検出用領域６において被検査体からの
反射光量を検出し、表面状態検出用領域７において基本
設定されている検出感度Ａでもって被検査体の表面状態
を検出する。表面状態の検出は、具体的には、その検出
用領域７から得られる反射光に関する電気信号出力につ
いてモニターすることにより行われる。

【００１８】また、光量検出用領域６においては検査対
象の表面状態部分８が進入して通過する際に発生する光
量の変化分ΔＬが検知される。すなわち、検査対象の表
面状態部分が進入したときの光量とその表面状態が侵入
する直前の記憶されている光量との光量差ΔＬが計測さ
れる。

【００１９】そして、その光量の変化分ΔＬが設定した
閾値Ｓ以上になった場合には、表面状態検出用領域７の
検出感度が感度Ａから感度Ｂに調節され、表面状態につ
いて検出感度Ｂでもって検出する。また、その光量の変
化分ΔＬが設定した閾値Ｓ未満であったり或いは閾値Ｓ
未満に戻った場合には、表面状態検出用領域７の検出感
度が引き続いて感度Ａのままか或いは感度Ｂから感度Ａ
に調節され、表面状態について検出感度Ａでもって検出
する。

【００２０】また、検出処理領域としては、図５に例示
するように、２つの光量検出用領域６０、６１と１つの
表面状態検出用領域７０とを組み合せ、光量検出用領域
についてはその１つを表面状態検出用領域７０に重ねて
配置するとともに、その残り１つを重ねて配置した光量
検出用領域６０の表面状態部分８の進入方向手前側に連
続して配置設定したものを適用することができる。

【００２１】このような検出処理領域の場合には、図６
に例示するように、前例の場合とほぼ同様にして、光量
検出用領域６０、６１において被検査体からの反射光量
を検出し、表面状態検出用領域７０において基本的に設
定されている検出感度Ａでもって被検査体の表面状態を
検出する。

【００２２】また、検査対象の表面状態が進入して通過
する際に発生する光量の変化分の検知は、光量検出用領
域６０、６１において行われる。すなわち、検査対象の
表面状態部分８が進入したときの２つの光量検出用領域
６０、６１の間における光量差ΔＬを計測することによ
り行われる。そして、その光量の変化分ΔＬが設定した
閾値Ｓ以上になるか否かを判断し、前例の場合と同様
に、その結果に応じて表面状態検出用領域７０の検出感
度を感度Ａ又は感度Ｂに調節し、その各感度でもって表
面状態についてそれぞれ検出する。

【００２３】なお、図４及び図６中のＧは、各光量検出
用領域における光量の変化分の許容変化分を示す。すな
わち、この範囲内の変化分は、被検査体の種類の違いに
より或いは同種の被検査体間又は同一の被検査体の部位
間において発生する反射光量の許容される変動幅とみな
すようにする。これにより、上記の要因により発生する
不要な反射光量の変動を検査過程においてキャンセルす
ることができる。

【００２４】上記した光量変化分の閾値、検出感度、各
検出領域などの大きさ、種類、組み合せ等の構成につい
ては、上述した例のものに限定されず、被検査体の種
類、検査対象となる表面状態の種類等に応じて適宜設定
することができる。

【００２５】また、検出対象となる被検査体の表面状態
は、その反射光の光量（コントラスト）が検査対象部と
非検査部との間で異なるものであれば如何なるものであ
ってもよく、その種類や形態等は特に限定されない。表
面状態として表面欠陥を検査する場合には、比較的コン
トラストが高い部類の表面欠陥としては、付着物、傷な
どがある。また、比較的コントラストが低い部類の表面
欠陥としては、表面に塗工層がある場合にはその塗布む
ら、だれ、色むら、しみすじなどがある。

【００２６】例えば、検出対象の表面状態をコントラス
トの高低により区分した場合には、検出感度について
は、例えば、その高コントラストの表面状態の検出に最
適な感度を、低コントラストの表面状態の検出に最適な
感度をそれぞれ設定すればよい。また、コントラストの
高低をさらに多段階に区分した場合には、検出感度につ
いてもその区分数に応じて複数設定すればよい。

【００２７】

【作用】このような技術的手段によれば、被検査体であ
る感光体ドラムの表面状態については、光を照射したと
きに得られる被検査体からの反射光の光量変化分を検知
し、その光量変化分の大きさに応じて適宜設定された所
定の検出感度でもって検出される。従って、反射光量が
異なる表面状態を、その光量の変化分に照らして適切な
感度値に設定した検出感度に調節するだけで同時にかつ
容易に検査することができる。

【００２８】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。図７は、この実施例に係る表面検査装置を示すも
のである。

【００２９】この図において１０は、被検査体としての
感光体ドラムであり、この感光体ドラム１０は被検査体
回転用の駆動モータ１１により回転軸１２を中心にして
矢印方向に回転するようになっている。

【００３０】２０は照明手段としての拡散光を発する光
源（具体的にはキセノンランプ）であり、感光体ドラム
１０に対してその全面を照らすように所定の位置に固定
されている。３０は受光手段としてのＣＣＤカメラであ
り、このＣＣＤカメラ３０は感光体ドラム１０に対して
所定の位置に設置され、しかも移動手段の移動用モータ
３１により感光体ドラム１０の軸方向（図中の両矢印Ｘ
方向）に変位するようになっている。

【００３１】４０は検出処理手段としての中央制御装置
であり、ＣＣＤカメラで受光した反射光の電気信号処理
などを行うようになっている。中央制御装置４０は制御
部５０を備えており、この制御部５０において反射光量
の変化分の検知と検出感度の調整を行うようになってい
る。これにより、感光体ドラム１０の全面について検査
がなされる。

【００３２】４１はパルス信号発生器であり、検出タイ
ミングをつくるためのパルス信号を検出処理手段に送っ
ている。また、４２は出力信号をモニターするためのデ
ィスプレイである。

【００３３】制御部５０は、図８に示すように２つの光
量検出用領域６０、６１と１つの表面状態検出用領域７
０とで構成される検出領域が設定されている。光量検出
用領域６０、６１は、図５に例示したように、領域６０
が領域７０に重ねて配置されるとともに、領域６１が領
域６０の検査対象の侵入（図中矢印）方向手前側に連続
して配置されている。表面状態検出用領域７０は、例え
ば、図７に示すように感光体ドラム１０の点線で示す表
面部分の表面状態について検出できるようになってい
る。

【００３４】この実施例では、感光体ドラム１０の表面
に付着する異物、傷等の不要な微細凹凸などからなる反
射光量の差が比較的大きい、いわゆる高コントラストの
表面欠陥と、感光体ドラム１０の感光材料の塗布むら、
だれ、しみすじ等からなる反射光量の差が比較的小さ
い、いわゆる低コントラストの表面欠陥とを検査するよ
うにしている。

【００３５】このため、上記検出部５０の各検出用領域
の大きさは検出対象となる表面状態の種類により適宜設
定されるものであるが、この実施例においては表面状態
検出用領域７０について、図８に示すように、感光体ド
ラムの軸方向の幅ａを１０ｍｍ、感光体ドラムの周方向
の幅ｂを１ｍｍのサイズに設定している。つまり、この
検出用領域７０のサイズは、検出対象である上記低コン
トラストの表面欠陥を充分に検出できるような大きさに
設定されている。また、光量検出用領域６０、６１の大
きさはいずれも、感光体ドラムの軸方向の幅が１ｍｍ、
感光体ドラムの周方向の幅が１ｍｍのサイズに設定され
ている。図８中の８０は検査対象である低コントラスト
の表面欠陥を示す。

【００３６】また、反射光の変化分については、前記の
ごとき反射光量の許容変化分Ｇを設定した上で、その許
容変化分Ｇにその変化分の１０％を加えた光量変化分を
閾値Ｓとして設定した。また、反射光量の変化分が閾値
Ｓ未満の場合においては、検出領域７０の検出感度が基
本感度Ａになるようにし、その変化分が閾値Ｓ以上にな
った場合においては検出領域７０の検出感度が基本感度
Ａの５０％増幅した感度Ｂになるように設定した。図９
に、この反射光の変化分と検出感度の関係について示
す。

【００３７】次に、この表面検査装置による検査方法に
ついて説明する。

【００３８】所定の回転速度で回転する感光体ドラム１
０に対し、光源２０から拡散光を照射する。そして、感
光体ドラム１０からの反射光を所定の割合で移動するＣ
ＣＤカメラ３０により受光し、その反射光について中央
制御装置４０においてデータ処理する。すなわち、中央
制御装置４０の制御部５０における光量検出用領域６
０、６１において反射光量を検出し、例えば、パルス信
号による検出タイミング毎に、図２に示すように検出用
領域６０、６１の間における反射光量の変化分ΔＬが検
知される。そして、その変化分ΔＬが閾値Ｓ以上である
か否かについて逐次確認される。

【００３９】このときの変化分ΔＬが閾値Ｓ未満である
場合には、図６や図９に示すように、表面状態検出用領
域７０の検出感度が基本感度Ａにされ、その感度Ａでも
って感光体ドラム１０の高コントラストの表面欠陥につ
いての検出がなされる。すなわち、このときの反射光量
の出力信号についてディスプレイ４２によりモニターす
ることにより、高コントラストの表面欠陥の有無やその
程度が検査される。

【００４０】また、反射光量の変化分ΔＬが微小である
が閾値Ｓ以上になった場合には、図６や図９に示すよう
に、表面状態検出用領域７０の検出感度が基本感度Ａか
ら感度Ｂに増幅調節され、その増幅感度Ｂでもって感光
体ドラム１０の低コントラストの表面欠陥についての検
出がなされる。前記の場合と同様に、反射光量の出力信
号についてディスプレイ４２によりモニターすることに
より、低コントラストの表面欠陥の有無やその程度が検
査される。

【００４１】この実施例の場合によれば、感光体ドラム
１０に付着する異物、傷等の不要な微細凹凸などからな
る高コントラストの表面欠陥は、低い感度Ａにて確実に
検出される。しかし、この検出感度Ａでは低コントラス
トの表面欠陥を検出できない。そこで、感光体ドラム１
０の感光材料の塗布むら、だれ、しみすじ等からなる低
コントラストの表面欠陥は、感度Ａよりも高めの感度Ｂ
にて確実に検出される。このようにして、高コントラス
ト及び低コントラストの異なる表面欠陥が判別されなが
ら確実にかつ同時に検出される。

【００４２】また、この実施例のように検出領域６０、
６１、７０のサイズ（大きさ）に設定した場合には、高
コントラストの表面欠陥は反射光量の変化分として検出
されない。一方、低コントラストの表面欠陥は、正常面
と欠陥部との境界は不明瞭であるものの、その面積が高
コントラストの表面欠陥に比べて大きいため、反射光量
の変化分として検出される。その結果、両表面欠陥は、
反射光量の変化分の違いにより最適な検出感度にそれぞ
れ調節されることで確実に検出されることになる。

【００４３】特に、このような検査手段を感光体ドラム
などの製造過程の品質管理に適用した場合においては、
上記のような高コントラストと低コントラストの表面欠
陥についての有無とその程度を検査できるので、製品の
品質管理を効率よく的確に行うことができる。なかで
も、塗布むらや色むらの表面欠陥が確実になされるよう
になり、本発明者等の実験によれば、かかる表面欠陥の
検出が従来においては困難であったが、この検査手段で
はほぼ１００％の検出が可能であることが確認されてい
る。これにより、感光体ドラム上の画像濃度むらの原因
とされている感光体ドラムの塗布むらや色むらの表面欠
陥を確実に排除することができ、実益大である。なお、
この表面欠陥と画像むらとの相関性は相関関数が０．７
８になることが確認されている。

【００４４】更に、この実施例の検査装置は、光源２０
とＣＣＤカメラ３０がいずれも１台ずつ使用されている
だけで、特に特殊な測定機器なども使用しておらず、そ
の構成がきわめて簡易なものである。そのため、単一の
光学条件下でしかも単一の受光手段により、反射光量
（コントラスト）が異なる表面欠陥を同時に検出するこ
とができる。また、感光体ドラム等の被検査体の製造ラ
インや検査ライン内に煩雑は設置作業を要せず簡単に設
置することができ、しかも安価に提供できるものであ
る。

【００４５】そのうえ、反射光量の変化分の検知や検出
感度の調節も中央制御装置４０内において演算処理回路
などにより高速で行われるため、種類の異なる表面欠陥
などを同時に検査する場合であっても、その検査の所要
時間が増加することがなく比較的短時間で検査すること
が可能であり、また、検査対象となる表面状態や被検査
体などの種類が変更される場合であっても、その検出条
件の設定作業を簡単に行うことができる。

【００４６】なお、前記実施例では、検出部５０の検出
処理領域として２つの光量検出用領域６０、６１を使用
する場合について例示したが、本発明ではこれに限定さ
れず、例えば、図３に例示したように１つの光量検出用
領域６を使用するように構成してもよい。

【００４７】また、前記実施例では光量検出用領域につ
いて前記のごとき２つの領域６０、６１とで構成される
場合について説明したが、本発明ではこれに限定され
ず、例えば、図１０に示すように、検出用領域７０内に
複数個ｎの領域６０（１〜ｎ）を配設すると共にその検
査対象侵入方向（図中矢印方向）手前側に対状態で複数
個ｎの領域６１（１〜ｎ）を配設して構成することがで
きる。このように構成した場合には、光量検出もれを確
実に回避してより正確な検査を行うことが可能になる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の検査方法
やその装置によれば、反射光量が異なる表面状態をきわ
めて簡易な構成で、しかも的確にかつ効率よく同時に検
出することができる。また、本発明の装置は、特殊手段
を増設したり同種の手段を複数使用する必要がなく、自
動生産ライン等に簡単に設置することができ、検査対象
が変更される場合であってもその検出条件等の調節作業
を簡単に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の表面検査装置の基本構成を示す概念
図である。

【図２】 検出処理手段の制御部による検出感度の制御
過程を示すフローチャート図である。

【図３】 検出処理手段の制御部における検出処理領域
の構成例を示す説明図である。

【図４】 図３に示す検出処理領域の場合における反射
光量の変化と検出感度の関係を示す説明図である。

【図５】 検出処理手段の制御部における検出処理領域
の他の構成例を示す説明図である。

【図６】 図４に示す検出処理領域の場合における反射
光量の変化と検出感度の関係を示す説明図である。

【図７】 本発明の実施例に係る表面検査装置を示す概
略構成図である。

【図８】 図７の制御部における検出処理領域の構成例
を示す説明図である。

【図９】 図７の実施例における反射光量の変化と検出
感度の関係を示す説明図である。

【図１０】 検出処理領域の他の構成例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】 １、１０…被検査体、２、２０…照明手段、３、３０…
受光手段、４、４０…検出処理手段、５、５０…制御
部、６、６０、６１…光量検出用領域、７、７０…表面
状態検出用領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 勝 神奈川県南足柄市竹松1600番地、富士ゼ ロックス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−135751（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−72145（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−152255（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−273046（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−188364（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光体ドラムの表面に光を照射する１つ
   の照明手段と、その感光体ドラムからの反射光を取り込
   む１つの受光手段と、受光手段により取り込まれた反射
   光を処理して感光体ドラムの反射光量の異なる表面状態
   を検出する検出処理手段とを備えており、 かつ、上記検出処理手段は、上記反射光の光量変化分を
   検知するとともに、その検知した光量変化分が閾値以上
   になるか否かを判断した結果に基づいて上記反射光量の
   異なる表面状態を検出する際の検出感度を予め当該反射
   光のコントラストの高低により複数段階に区分して設定
   した最適な検出感度に調節する制御部を有し、 上記制御部は、反射光の光量を検出する光量検出用領域
   と感光体ドラムの表面状態を検出する表面状態検出用領
   域とで構成される検出処理領域を備え、その光量検出用
   領域において反射光の光量変化分を検知するとともにそ
   の表面状態検出用領域における検出感度を調節するよう
   に構成されている ことを特徴とする表面検査装置。