JP6622646B2 - 透明体の欠陥検出方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明体の欠陥検出方法及び装置に係り、特に、既存の光学式寸法測定器を用いてガラスパネルやレンズ等の透明製品の欠陥を検出することが可能な、透明体の欠陥検出方法及び装置に関する。

ガラスパネルやレンズ等のガラス製品や透明なプラスチック製品の欠陥を検査する技術として、例えば特許文献１に記載された複数の光源を用いる技術、特許文献２に記載された欠陥による偏向や偏光を検出する技術、レーザ干渉計を用いる技術、例えば特許文献３や４に記載されたような輪郭形状測定機を用いる技術がある。

又、対象物の孔径を測定するためのピンゲージや栓ゲージ等の外径を測定するために用いることができる光学式寸法測定器として、出願人が提案した特許文献５、６に記載されたレーザ走査型寸法測定器（レーザスキャンマイクロメータと称する）や、特許文献７に記載されたイメージセンサを用いたイメージセンサ型寸法測定器（イメージセンサ式マイクロメータとも称する）がある。

又、出願人は、特許文献８で、前記レーザ走査型寸法測定器を用いて透明体を測定する技術を提案している。

ＷＯ２０１０／１３３３４１Ａ１号公報 ＥＰ２２５３９４９Ａ１号公報 特開２００２−１３１０４１号公報 特開２００３−１５６３２６号公報 特許第４１６２４２６号公報 特許第４１９１９５３号公報 特許第５５０７８７９号公報 特開平０９−１３８１１５号公報

しかしながら、特許文献１や２に記載された技術は、例えばガラス板製造ラインに組み込む必要があり、省スペースでなく高価格である。

又、レーザ干渉計は、欠陥をカメラ（又は目視）観察によって評価する場合が多く、官能検査であって定量的でない。又、高価格であり省スペースではない。

又、輪郭形状測定機は接触測定であるため、検査対象物を傷つける恐れがある等の問題点を有していた。

一方、特許文献５乃至７に記載された光学式寸法測定器は、非接触測定が可能であるが、従来は、特許文献８に示すように透明体の測定に用いられることはあるものの、透明体の検査に用いることは考えられていなかった。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、低価格で省スペースの光学式寸法測定器を用いて、非接触測定により検査対象を傷つけることなく、透明製品の欠陥の官能検査ではない定量的な高感度検査を実現することを課題とする。

本発明は、相対して配設された投光部と受光部の間に検査対象の透明体を配置すると共に、該透明体と前記受光部の間に遮光物体を配置し、該遮光物体を寸法測定方向に移動しつつ該遮光物体の寸法を測定し、該遮光物体の寸法測定値の変化によって前記透明体の欠陥によって生じた光路の変化を検出することにより該透明体の欠陥を検出することを特徴とする透明体の欠陥検出方法により、前記課題を解決したものである。

ここで、前記投光部がレーザビームを前記遮光物体の寸法測定方向に走査し、前記受光部が、該走査されたレーザビームを集光して検出することにより前記遮光物体の寸法を測定するレーザ走査型寸法測定器を用いることができる。

又、前記投光部が前記遮光物体の寸法測定方向に長い線状光線を投光し、前記受光部が、前記遮光物体の寸法測定方向に長いイメージセンサにより前記線状光線を受光して前記遮光物体の寸法を測定するイメージセンサ型寸法測定器を用いることができる。

又、前記遮光物体をピンゲージとすることができる。

又、前記透明体をレンズとし、該レンズと相補的な断面形状を有する光学素子を組み合わせて用いることができる。

本発明は、又、投光部と、該投光部に相対して配設された受光部と、前記投光部と受光部の間に配設される遮光物体と、該遮光物体を寸法測定方向に移動する手段と、を備え、前記遮光物体の寸法測定値の変化によって前記透明体の欠陥によって生じた光路の変化を検出することにより該透明体の欠陥を検出するようにしたことを特徴とする透明体の欠陥検出装置を提供するものである。

ここで、前記投光部がレーザビームを前記遮光物体の寸法測定方向に走査する走査手段を備え、前記受光部が、該走査されたレーザビームを集光する集光手段を備えたレーザ走査型とすることができる。

又、前記投光部が前記遮光物体の寸法測定方向に長い線状光線を投光する投光手段を備え、前記受光部が、前記遮光物体の寸法測定方向に長いイメージセンサを備えたイメージセンサ型とすることができる。

又、前記遮光物体をピンゲージとすることができる。

又、前記透明体がレンズであり、該レンズと相補的な断面形状を有し、該レンズと組み合わせて用いられる光学素子を備えることができる。

本発明によれば、低価格で省スペースの光学式寸法測定器を用いて、非接触測定により検査対象を傷つけることなく、透明製品の欠陥の官能検査ではない定量的な高感度検査が可能となる。

本発明で用いることが可能なレーザ走査型光学式寸法測定器の一例の構成を示すブロック図 本発明の第１実施形態の要部構成を示す断面図 同じく欠陥検出の原理を示す断面図 同じく欠陥の有無による外径測定値の変動の例を比較して示す線図 同じく欠陥がある検査対象のレーザ干渉計観察像を示す図 本発明の第２実施形態の要部構成を示す断面図 参考形態の要部構成を示す断面図 本発明で用いることが可能なイメージセンサ型光学式寸法測定器の一例の要部構成を示すブロック図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

まず、本発明で用いることが可能な光学式寸法測定器の一例である、出願人が特許文献５、６、８等に記載したレーザ走査型寸法測定器について説明する。

このレーザ走査型寸法測定器は、図１に例示する如く構成されている。即ち、投光部２０は、レーザビーム３３を発生するレーザ光源（例えばレーザダイオードＬＤ）３２及びレーザドライバ３４を含む発光部３０と、前記レーザビーム３３を反射する反射ミラー４２、扇状走査ビーム４５を発生するポリゴンミラー４４、該ポリゴンミラー４４を回転するモータ４６、モータドライバ４８、前記扇状走査ビーム４５を平行走査ビーム５１に変えるコリメートレンズ５０及び測定範囲外で基準信号を発生するための受光素子５２で構成される走査部４０を含んでいる。

測定対象物４を透過した平行走査ビーム５１を受光する受光部６０は、前記平行走査ビーム５１を集光させる集光レンズ６２と、計測信号用の受光素子６４と、アンプ６６とを含んで構成されている。

前記投光部２０及び受光部６０を制御して測定値を得るためのコントローラ７０は、ＣＰＵ７２と、メインバス７４と、入出力回路７６と、キーボード７８と、記憶部８０と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８２と、クロック回路８４と、モータ同期回路８６と、前記受光部６０から出力される計測信号中のエッジを検出するエッジ検出回路８８と、該エッジ間のクロック信号を計数して測定値を得るためのゲート回路９０及びカウンタ９２と、前記基準信号に応じて測定をリセットするためのリセット回路９４とを含んで構成されている。

即ち、レーザ光源３２から発生されるレーザビーム３３は、反射ミラー４２で反射された後、ポリゴンミラー４４に入射され、扇状走査ビーム４５に変えられた後、コリメートレンズ５０で平行走査ビーム５１に変換される。平行走査ビーム５１の光路中に置かれた測定対象物４によって一部が遮蔽された平行走査ビーム５１は、集光レンズ６２で集光され、その明暗を検出する計測信号用の受光素子６４に入射される。該受光素子６４出力の計測信号は、アンプ６６で増幅された後、エッジ検出回路８８により明暗の境界を示すエッジ信号が抽出され、測定対象部分を選択するゲート回路９０に入力される。

前記扇状走査ビーム４５のコリメートレンズ５０の近傍には基準信号発生用の受光素子５２が設けられている。この受光素子５２により得られる走査開始を示す基準信号が、リセット回路９４に入力される。

前記クロック回路８４から出力されるクロックパルスは、モータ同期回路８６を介してポリゴンミラー４４駆動用のモータ４６に入力され、モータ４６の回転との同期を取ると共に、前記ゲート回路９０に入力され、エッジ検出回路８８によりゲート回路９０が開かれている間だけゲート回路９０を通過する。ゲート回路９０を通過したクロックパルスはカウンタ９２に入力され、測定対象物４の影の長さに対応するクロックパルス数から測定対象物４の寸法を得ることができる。

このようなレーザ走査型寸法測定器を用いて本発明を実施する際に、図２に要部を模式的に示す第１実施形態では、前記平行走査ビーム５１の中に検査対象、例えばガラス板（被検ガラスと称する）６を配置すると共に、該被検ガラス６と受光部６０の間に、例えばピンケージ（栓ゲージとも呼ばれる）１００を配置し、該ピンゲージ１００をピンゲージ駆動機構１０２によって被検ガラス６の表面と平行に移動させる。

すると、平行走査ビーム５１が被検ガラス６を透過する際に、図３に例示する如く、被検ガラス６の欠陥６ａによって屈折・回折等の現象が起こり、ピンゲージ１００の外径測定値が変動するので、被検ガラス６の欠陥６ａを検出することができる。

具体的には、図３に示した如く、ピンゲージ１００を上下方向に移動させ、各ピンゲージ位置Ｚでのピンゲージ外径の測定値を取得する。図３に示したように、ピンゲージ１００の上端及び下端が被検ガラス６の欠陥６ａの位置と交差するときに外径測定値が変動するので、このピンゲージ外径の測定値変動から、被検ガラス６の欠陥６ａの有無を確認することができる。

直径４ｍｍのピンゲージを用いて、欠陥が無いガラス板を配置したときのピンゲージ外径の測定値変動の例を図４（Ａ）に示す。又、欠陥が有るガラス板を配置したときのピンゲージ外径の測定値変動の例を図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）、（Ｂ）を比較すれば明らかなように、欠陥が有るピンゲージ位置Ｚで外径測定値が変動している。

図４（Ｂ）に対応するレーザ干渉計観察像を図５に示す。図５からガラス中心部に欠陥が有り、この欠陥に対応するピンゲージ位置で外径測定値が変動していることが明らかである。

前記実施形態においては、検査対象がガラス板であったが、本発明の適用対象はこれに限定されず、レンズの検査にも適用可能である。

レンズの検査に適用した本発明の第２実施形態を図６に示す。本実施形態では、検査対象を、例えば凸レンズであるレンズ（被検レンズと称する）８とすると共に、平行走査ビーム５１中のピンゲージ１００との間に、被検レンズ８を透過した平行走査ビーム５１が受光素子６４に到達するような光学素子１０４（図では被検レンズ８が凸レンズであるので、これに対応する形状の凹レンズ）を固定台１０６に配置している。

構成については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。

このように光学素子１０４を追加することによって、被検レンズ８を透過した光を受光素子６４に到達させることができ、第１実施形態と同様に欠陥を検出することができる。

なお、被検レンズ８が凹レンズである場合には、光学素子１０４を凸レンズすることができる。又、レンズ形状によっては、光学素子１０４を省略することもできる。

なお、前記実施形態においては、いずれもピンゲージ１００を測定方向（図の上下方向）に移動させるようにしていたが、遮光物体はピンゲージに限定されない。例えば図７に示す参考形態のように、被検ガラス６の欠陥よりも小さな間隔の明暗を有する光学格子１１０を固定台１１２上に配置して用いることもできる。この場合には、ピンゲージのように移動させる必要がなく、構成が簡略である。

なお、前記実施形態においては、いずれも本発明が特許文献５、６、８に記載したようなレーザ走査型寸法測定器を用いて実現されていたが、本発明を実現する光学式寸法測定器はこれに限定されず、例えば特許文献７に記載されたような、図８に示す如く、投光部１２０が、扇状光線１３３を出射するレーザ光源１３２と、前記扇状光線１３３を平行光線１５１化するコリメートレンズ１５０とを備え、受光部１６０が、例えばＣＣＤのような一次元のイメージセンサ１６４を備えたイメージセンサ型寸法測定器にも同様に適用できる。

この図８の例では、投光部１２０と受光部１６０は一体でなくてもよい。

なお、レーザ走査型寸法測定器を用いた場合、検査対象は１０〜３００ｍｍ程度が好適であるが、例えば１０００ｍｍ程度のより大きなフィルムやガラスパネルにも適用可能である。

前記実施形態においては、いずれも検査対象がガラスとされていたが、検査対象はこれに限定されず、透明なプラスチック一般にも同様にも適用できる。

４…測定対象物
６…ガラス板（被検ガラス）
６ａ…欠陥
８…レンズ（被検レンズ）
２０、１２０…投光部
３２、１３２…レーザ光源
４４…ポリゴンミラー
４５…扇状走査ビーム
５０、１５０…コリメートレンズ
５１…平行走査ビーム
６０、１６０…受光部
６２…集光レンズ
６４…受光素子
１００…ピンゲージ
１０２…ピンゲージ駆動機構
１０４…光学素子
１１０…光学格子
１３３…扇状光線
１５１…平行光線
１６４…イメージセンサ

Claims (10)

1. 相対して配設された投光部と受光部の間に検査対象の透明体を配置すると共に、
   該透明体と前記受光部の間に遮光物体を配置し、
   該遮光物体を寸法測定方向に移動しつつ該遮光物体の寸法を測定し、
   該遮光物体の寸法測定値の変化によって前記透明体の欠陥によって生じた光路の変化を検出することにより該透明体の欠陥を検出することを特徴とする透明体の欠陥検出方法。
2. 前記投光部がレーザビームを前記遮光物体の寸法測定方向に走査し、前記受光部が、該走査されたレーザビームを集光して検出することにより前記遮光物体の寸法を測定するレーザ走査型寸法測定器を用いることを特徴とする請求項１に記載の透明体の欠陥検出方法。
3. 前記投光部が前記遮光物体の寸法測定方向に長い線状光線を投光し、前記受光部が、前記遮光物体の寸法測定方向に長いイメージセンサにより前記線状光線を受光して前記遮光物体の寸法を測定するイメージセンサ型寸法測定器を用いることを特徴とする請求項１に記載の透明体の欠陥検出方法。
4. 前記遮光物体をピンゲージとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の透明体の欠陥検出方法。
5. 前記透明体がレンズであり、該レンズと相補的な断面形状を有する光学素子を組み合わせて用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の透明体の欠陥検出方法。
6. 投光部と、
   該投光部に相対して配設された受光部と、
   前記投光部と受光部の間に配設される遮光物体と、
   該遮光物体を寸法測定方向に移動する手段と、を備え、
   前記遮光物体の寸法測定値の変化によって前記透明体の欠陥によって生じた光路の変化を検出することにより該透明体の欠陥を検出するようにしたことを特徴とする透明体の欠陥検出装置。
7. 前記投光部がレーザビームを前記遮光物体の寸法測定方向に走査する走査手段を備え、前記受光部が、該走査されたレーザビームを集光する集光手段を備えたレーザ走査型であることを特徴とする請求項６に記載の透明体の欠陥検出装置。
8. 前記投光部が前記遮光物体の寸法測定方向に長い線状光線を投光する投光手段を備え、前記受光部が、前記遮光物体の寸法測定方向に長いイメージセンサを備えたイメージセンサ型であることを特徴とする請求項６に記載の透明体の欠陥検出装置。
9. 前記遮光物体がピンゲージであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の透明体の欠陥検出装置。
10. 前記透明体がレンズであり、該レンズと相補的な断面形状を有し、該レンズと組み合わせて用いられる光学素子を備えたことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の透明体の欠陥検出装置。