JPH0674904A

JPH0674904A - 被検出材の微小欠陥検出方法及び装置

Info

Publication number: JPH0674904A
Application number: JP25226292A
Authority: JP
Inventors: Omitomo Yaoi; 臣知矢追
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1994-03-18

Abstract

(57)【要約】【目的】被検出材の表面粗さと略同じ高さの検出しよ
うとする微小欠陥を、個人差なく、明瞭に顕在化させて
検出する。【構成】被検出材１２を載置してあるステージ１１を
水平面方向における移動機構によって被検出材１２の水
平面方向に所定距離だけ移動させつつ、それぞれの位置
で焦点法により表面高さ量検出装置１５で被検出材１２
の表面高さを検出する動作を繰り返し行うことで、被検
出材１２表面の微細形状を３次元で検出し、微小欠陥１
２ｂを検出する方法において、表面高さ量検出装置１５
の焦点範囲を、予め検出したい微小欠陥１２ｂの大きさ
に設定して被検出材１２表面の微細形状を検出し、この
検出値に基づいて信号処理装置１４で３次元図を作成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車や家電製
品等のアウターパネルとして使用される鋼板表面の微小
表面欠陥を検出する方法及びその検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車のボディに使用される外装
鋼板は、プレス成型等の加工が加わるので、図１１に示
すように、プレス成型時に、被成型板である被検出物１
の裏面側に付着した異物や被検出物１の表面側に発生し
た微小表面欠陥２あるいはプレス金型３に付着した異物
４等によってプレス成型品に微小な欠陥を生じる。この
微小な欠陥は、高さ２〜３μｍ程度であっても、塗装
後、外観にあらわれるので外装鋼板としては使用できな
くなる。従って、プレス成型前、及びプレス成型後に前
記微小表面欠陥を検出することは、品質管理の重要な項
目の１つとなっている。

【０００３】この微小表面欠陥を検出する方法として、
触針で被検出物上をトレースし、触針の水平方向移動
と上下方向移動とから表面欠陥を検出する触針法や、
光ビームで被検出物上をトレースし、光ビームの水平方
向移動と光ビームの被検出物表面までの到達時間によっ
て求められる表面高さ変動とから表面欠陥を検出する光
切断法、等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高さが
２〜３μｍの微小表面欠陥の場合には、被成型板や成型
板等の被検出物の表面粗度の高さが前記微小欠陥と略同
じであるので両者の判別が困難である。すなわち、図１
２に示すような、１ピッチ１０μｍで高さが２〜３μｍ
の表面粗度１ａの被検出物１に略同じ高さの微小表面欠
陥１ｂが存在する場合、この微小表面欠陥１ｂをの触
針法で検出しようとしても、実際上は１０μｍ以下の径
の触針を製造できないので、表面粗度１ａと微小欠陥１
ｂとの区別がつかず、したがって、図１３に示すような
平滑な面として検出してしまうことになる。

【０００５】一方、の光切断法で検出した場合には、
被検出物１の表面を鮮明にトレースでき、図１２に示す
ように、被検出物１の表面状態と同じように検出できる
が、これを定量化する際に、どれが微小欠陥かを判断す
るのが難しい。また、表面粗度は、被検出物１の材質
（成分）によって異なるが、光切断法では、焦点範囲が
固定であるので、異なる表面粗度ごとに異なる焦点範囲
の装置を用意しなければならない。

【０００６】従って、現在では、作業者が目視検査によ
って前記微小欠陥を検出しているのが実情であるが、こ
れでは、作業者の熟練度が介在し易く、検査の均一性に
問題がある。加えて、検査に手間や時間を費やすことに
なるので能率が悪くなる。

【０００７】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、上記した表面粗度と略同じ高さ程
度の微小欠陥を、高精度にかつ作業者の熟練度を必要と
することなく高能率に、しかも短時間に検出できる被検
出材の微小欠陥検出方法及び装置を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、第１の本発明被検出材の微小欠陥検出方法は、
被検出材を載置してあるステージを被検出材の水平面方
向に所定距離だけ移動させつつ、それぞれの位置で焦点
法により被検出材の表面高さを検出する動作を繰り返し
行うことで、被検出材表面の微細形状を３次元で検出
し、微小欠陥を検出する方法において、予め検出したい
微小欠陥の大きさに焦点範囲を設定して被検出材の微小
欠陥を検出することとしているのである。

【０００９】また、第１の本発明被検出材の微小欠陥検
出装置は、被検出材を載置するステージと、このステー
ジの水平面方向における移動機構と、この移動機構によ
るステージの水平面方向移動量を出力する水平面方向ス
ケーラと、前記ステージ上の被検出材の表面高さ量検出
装置と、この表面高さ量検出装置による検出量を出力す
る高さ方向スケーラと、前記両出力信号に基づいて被検
出材表面の３次元図を作成する信号処理装置を具備させ
ているのである。

【００１０】また、第２の本発明被検出材の微小欠陥検
出方法は、前記第１の検出方法において、検出した微小
欠陥を、前記した焦点範囲によって検出した被検出材の
表面高さに基づいて算出する被検出材の基準平面に基づ
いて補正することとしているのである。

【００１１】また、第２の本発明被検出材の微小欠陥検
出装置は、前記第１の検出装置における信号処理装置に
代えて、高さ方向スケーラからの検出量のうち、任意の
３点以上の検出高さ平面を算出することを複数回繰り返
してそれらの算出値の平均値から基準平面を求め、かつ
前記両出力信号に基づいて被検出材表面の３次元図を作
成した後、この作成した３次元図を前記基準平面に基づ
いて補正し、この補正値から検出しようとする微小表面
欠陥の面積、体積等を演算する信号処理装置を具備させ
ているのである。

【００１２】また、第３の本発明被検出材の微小欠陥検
出方法は、前記第１の検出方法において、検出した微小
欠陥を、前記した焦点範囲によって検出した被検出材の
表面高さのうちの微小欠陥のない部分の表面高さと、既
知の湾曲半径とから算出する被検出材の基準湾曲面の中
心座標に基づいて補正することとしているのである。

【００１３】また、第３の本発明被検出材の微小欠陥検
出装置は、前記第１の検出装置における信号処理装置に
代えて、高さ方向スケーラからの検出量のうち、微小欠
陥のない部分の任意の３点以上の検出高さと既知の湾曲
半径とから基準湾曲面の中心座標を算出することを複数
回繰り返してそれらの算出値の最頻値を基準湾曲面の中
心座標として採用し、かつ前記両出力信号に基づいて被
検出材表面の３次元図を作成した後、この作成した３次
元図を前記基準湾曲面の中心座標に基づいて補正し、こ
の補正値から検出しようとする微小表面欠陥の面積、体
積等を演算する信号処理装置を具備させているのであ
る。

【００１４】

【作用】第１の本発明被検出材の微小欠陥検出装置は、
先ず、検出したい被検出材の大きさに焦点範囲を設定す
る。次に、ステージ上に被検出材を載置し、ステージを
水平面方向に移動させつつ、それぞれの位置において表
面高さ量検出装置で被検出材の表面高さを検出する。な
お、ステージの水平面方向の移動量は、前記決定した焦
点範囲が重ならず、かつ、隙間ができないような移動量
である。そして、前記ステージの水平面方向の移動量と
表面高さ量を信号処理装置に出力し、ここで被検出材表
面の３次元図を作成する。

【００１５】また、第２の本発明被検出材の微小欠陥検
出装置は、その信号処理装置において、前記第１の検出
装置の信号処理装置の作用に代えて、高さ方向スケーラ
からの検出量のうち、任意の３点以上の検出高さ平面を
算出することを複数回繰り返してそれらの算出値の平均
値から基準平面を求めるとともに、ステージの水平面方
向の移動量と表面高さ量から被検出材表面の３次元図を
作成し、その後、作成した３次元図を前記算出した基準
平面に基づいて補正し、この補正値から検出しようとす
る微小表面欠陥の面積、体積等を演算する。

【００１６】また、第３の本発明被検出材の微小欠陥検
出装置は、その信号処理装置において、前記第１の検出
装置の信号処理装置の作用に代えて、高さ方向スケーラ
からの検出量のうち、微小欠陥のない部分の任意の３点
以上の検出高さと既知の湾曲半径とから基準湾曲面の中
心座標を算出することを複数回繰り返してそれらの算出
値の最頻値を基準湾曲面の中心座標として採用し、かつ
前記ステージの水平面方向の移動量と表面高さ量から被
検出材表面の３次元図を作成した後、この作成した３次
元図を前記基準湾曲面の中心座標に基づいて補正し、こ
の補正値から検出しようとする微小表面欠陥の面積、体
積等を演算する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の平板状被検出材の微小欠陥検
出方法及び検出装置を図１〜図１０に示す１実施例に基
づいて説明する。図１は本発明装置の全体構成を示す概
略図、図２は本発明に使用する表面高さ量検出装置の自
動焦点法の説明図、図３は第２の本発明装置を用いて第
２の本発明方法を実施した場合の微小欠陥を含むプレス
成型品の基準平面補正する前の断面形状の３次元図、図
４は図３の基準平面補正をした後の断面形状の３次元
図、図５は図３に対応する微小欠陥を含むプレス成型品
の実際の断面形状を示す図面、図６は第３の本発明装置
を用いて第３の本発明方法を実施した場合の微小欠陥を
含むプレス成型品の基準湾曲面補正する前の断面形状の
３次元図、図７は図６の基準湾曲面補正をした後の断面
形状の３次元図、図８は図６に対応する微小欠陥を含む
プレス成型品の実際の断面形状を示す図面、図９は第２
の本発明方法の概略を示すフローチャート、図１０は第
３の本発明方法の概略を示すフローチャートである。

【００１８】図１において、１１は被検出材１２を載置
するステージであり、例えば親ねじ送り機構等の周知の
正逆移動機構によって、水平面方向に所定のピッチで間
欠的に移動できるように構成されている。この移動ピッ
チは、検出したい微小欠陥の大きさに後述する表面高さ
量検出装置の焦点範囲を設定した後、この設定した焦点
範囲が重ならず、かつ、隙間ができないような移動量と
する。すなわち、この移動ピッチを前記設定した焦点範
囲に等しくすることで、被検出材１２の表面を連続的に
検出したのと同じ結果を得ることができるのである。

【００１９】前記正逆移動機構によって所定のピッチで
移動するステージ１１の移動量は、マグネスケール等の
水平面方向スケーラ１３から信号処理装置１４に、例え
ばデジタル通信によって送信される。１５は前記ステー
ジ１１の上方位置に、鉛直方向に配置され、ステージ１
１上の被検出材１２の表面高さ量を検出する表面高さ量
検出装置であり、オートフォーカスカメラ等のように焦
点を自動的に合わせる装置とほぼ同じ自動焦点法によっ
て被検出材１２の高さを求める。

【００２０】すなわち、図２に示すように、まず、ター
ゲット１６を可視光線等で被検出材１２上に投影すると
ターゲット１６の陰１６ａが検出器１７に入力される。
被検出材１２は単色の場合が多く、単色であると焦点が
合わせにくいので、被検出材１２に陰をつけるためにタ
ーゲット１６がある。そして、この検出器入力信号のう
ち予め設定しておいた面積の画像処理を行う（焦点範
囲）。ここで行う画像処理とは、ターゲット１６の陰１
６ａの境界線が最もはっきりする波長別に画素度数分布
位置へ対物レンズ１８を移動させ、そのときの対物レン
ズ１８の位置から距離を導くことをいう。したがって、
自動焦点法による測定距離は画素色調全部で判断するた
め焦点範囲内の平均値となる。なお、図２中の１９は接
眼レンズ、２０はターゲット１６の陰１６ａを被検出材
１２へ投射するスプリットプリズムである。

【００２１】前記した表面高さ量検出装置１５による各
測定点での高さ検出量は、高さ方向スケーラ２１によっ
て信号処理装置１４に例えばデジタル通信で送信され
る。このようにして水平方向スケーラ１３と高さ方向ス
ケーラ２１とから送信された両出力信号に基づいて、信
号処理装置１４では次のような処理を行う。

【００２２】先ず、第１の検出装置における信号処理装
置１４では、図３や図６に示すように、被検出材１２の
表面の３次元図を作成（復元）するのであり、この第１
の本発明装置を使用した第１の本発明方法によれば、図
５や図８に示すように、被検出材１２表面の実際の形状
では、表面粗さ１２ａと判別しにくい微小欠陥１２ｂ
を、図３や図６に示すように、表面高さ量検出装置１５
の焦点範囲を、検出したい微小欠陥１２ｂの大きさに設
定しているので、微小欠陥１２ｂの判別が極めて容易と
なる。

【００２３】また、第２の検出装置における信号処理装
置１４では、先ず、前記高さ方向スケーラ２１から送信
されてきた検出量のうち、例えば任意の３点の検出高さ
平面を平面の方程式（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＝ｄ）から算出
することを複数回繰り返してそれらの算出値の平均値か
ら基準平面を求めるのである。ここで、ｄの値は任意で
あり、ａ、ｂ、ｃの値の比率を求める。そして、さら
に、前記水平方向スケーラ１３と高さ方向スケーラ２１
から出力されてきたステージ１１の水平面方向の移動量
と表面高さ量から被検出材１２表面の３次元図を作成す
るのである。その後、作成した３次元図を前記算出した
基準平面に基づいて補正し、この補正値から検出しよう
とする微小表面欠陥の面積、体積等を演算するのであ
る。以上の第２の本発明方法における概略フローチャー
トを図９に示す。また、前記信号処理装置１４で作成し
た基準平面補正前の３次元図の１例を図３に、また基準
平面補正後の３次元図の１例を図４に示す。なお、図５
は被検出材１２表面の実際の形状である。

【００２４】第２の本発明装置を使用した第２の本発明
方法によれば、図５に示すように、被検出材１２表面の
実際の形状では、表面粗さ１２ａと判別しにくい微小欠
陥１２ｂを、図３に示すように、表面高さ量検出装置１
５の焦点範囲を、検出したい微小欠陥１２ｂの大きさに
設定しているので、検出したい微小欠陥１２ｂの判別が
極めて容易となり、かつ図４に示すように、検出したい
微小欠陥１２ｂの大きさも正確に求めることができる。

【００２５】また、第３の検出装置における信号処理装
置１４では、先ず、前記高さ方向スケーラ２１から送信
されてきた検出量のうち、微小欠陥のない部分の例えば
任意の３点の検出高さと既知の湾曲半径とから球の方程
式〔（ｘ−ａ）²＋（ｙ−ｂ）²＋（ｚ−ｃ）²＝
ｒ²〕を用いて基準湾曲面の中心座標を算出することを
複数回繰り返してそれらの算出値の最頻値を基準湾曲面
の中心座標（ａ，ｂ，ｃ）として採用するのである。微
小欠陥のない部分の判断として２回微分の値が一定の部
位（曲率変化のない部分）を求めればよい。そして、さ
らに、前記水平方向スケーラ１３と高さ方向スケーラ２
１から出力されてきたステージ１１の水平面方向の移動
量と表面高さ量から被検出材１２表面の３次元図を作成
するのである。その後、作成した３次元図を前記算出し
た基準湾曲面の中心座標に基づいて補正し、この補正値
から検出しようとする微小表面欠陥の面積、体積等を演
算するのである。以上の第３の本発明方法における概略
フローチャートを図１０に示す。また、前記信号処理装
置１４で作成した基準湾曲面補正前の３次元図の１例を
図６に、また基準湾曲面補正後の３次元図の１例を図７
に示す。なお、図８は被検出材１２表面の実際の形状で
ある。

【００２６】第３の本発明装置を使用した第３の本発明
方法によれば、図８に示すように、被検出材１２表面の
実際の形状では、表面粗さ１２ａと判別しにくい微小欠
陥１２ｂを、図６に示すように、表面高さ量検出装置１
５の焦点範囲を、検出したい微小欠陥１２ｂの大きさに
設定しているので、検出したい微小欠陥１２ｂの判別が
極めて容易となり、かつ図７に示すように、検出したい
微小欠陥１２ｂの大きさも正確に求めることができる。
なお、図１中の２２は表示装置を示す。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面高さ量検出装置の焦点範囲を、検出したい微小欠陥
の大きさに設定しているので、表面粗さによる凹凸を平
準化し、検出しようとする微小欠陥を顕在化させること
ができ、また、その処理時間の短縮が図れる。また、第
２の本発明によれば、前記顕在化させた微小欠陥を表面
高さ量検出値を用いて算出した基準平面に基づいて補正
することで正確な大きさを求めることができる。さら
に、第３の本発明によれば、前記顕在化させた微小欠陥
を表面高さ量検出値を用いて算出した基準湾曲面に基づ
いて補正することで正確な大きさを求めることができ
る。

【００２８】したがって、本発明によれば、触針法で検
出不可能な微小欠陥や、光切断法で検出したデータに基
づき判定が困難な表面粗さと略同じ程度の微小欠陥を明
瞭に検出でき、正確な大きさを求めることができる。ま
た、目視による検出のような個人差もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の全体構成を示す概略図である。

【図２】本発明に使用する表面高さ量検出装置の自動焦
点法の説明図である。

【図３】第２の本発明装置を用いて第２の本発明方法を
実施した場合の微小欠陥を含むプレス成型品の基準平面
補正する前の断面形状の３次元図である。

【図４】図３の基準平面補正をした後の断面形状の３次
元図である。

【図５】図３に対応する微小欠陥を含むプレス成型品の
実際の断面形状を示す図面である。

【図６】第３の本発明装置を用いて第３の本発明方法を
実施した場合の微小欠陥を含むプレス成型品の基準湾曲
面補正する前の断面形状の３次元図である。

【図７】図６の基準湾曲面補正をした後の断面形状の３
次元図である。

【図８】図６に対応する微小欠陥を含むプレス成型品の
実際の断面形状を示す図面である。

【図９】第２の本発明方法の概略を示すフローチャート
である。

【図１０】第３の本発明方法の概略を示すフローチャー
トである。

【図１１】プレス成型時における微小欠陥の発生の説明
図である。

【図１２】本発明によって検出しようとする微小欠陥の
略式図である。

【図１３】図１２に示す微小欠陥を触針法によって検出
した時のデータの略式図である。

【符号の説明】

１１ステージ１２被検出材１２ａ表面粗さ１２ｂ微小欠陥１３水平面方向スケーラ１４信号処理装置１５表面高さ量検出装置２１高さ方向スケーラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検出材を載置してあるステージを被検
出材の水平面方向に所定距離だけ移動させつつ、それぞ
れの位置で焦点法により被検出材の表面高さを検出する
動作を繰り返し行うことで、被検出材表面の微細形状を
３次元で検出し、微小欠陥を検出する方法において、予
め検出したい微小欠陥の大きさに焦点範囲を設定して被
検出材の微小欠陥を検出することを特徴とする被検出材
の微小欠陥検出方法。
【請求項２】請求項１記載の検出方法に使用する装置
であって、被検出材を載置するステージと、このステー
ジの水平面方向における移動機構と、この移動機構によ
るステージの水平面方向移動量を出力する水平面方向ス
ケーラと、前記ステージ上の被検出材の表面高さ量検出
装置と、この表面高さ量検出装置による検出量を出力す
る高さ方向スケーラと、前記両出力信号に基づいて被検
出材表面の３次元図を作成する信号処理装置を具備した
ことを特徴とする被検出材の微小欠陥検出装置。
【請求項３】請求項１記載の検出方法において、検出
した微小欠陥を、前記した焦点範囲によって検出した被
検出材の表面高さに基づいて算出する被検出材の基準平
面に基づいて補正することを特徴とする被検出材の微小
欠陥検出方法。
【請求項４】請求項２記載の検出装置における信号処
理装置に代えて、高さ方向スケーラからの検出量のう
ち、任意の３点以上の検出高さ平面を算出することを複
数回繰り返してそれらの算出値の平均値から基準平面を
求め、かつ前記両出力信号に基づいて被検出材表面の３
次元図を作成した後、この作成した３次元図を前記基準
平面に基づいて補正し、この補正値から検出しようとす
る微小表面欠陥の面積、体積等を演算する信号処理装置
を具備したことを特徴とする請求項３記載の検出方法に
使用する被検出材の微小欠陥検出装置。
【請求項５】請求項１記載の検出方法において、検出
した微小欠陥を、前記した焦点範囲によって検出した被
検出材の表面高さのうちの微小欠陥のない部分の表面高
さと、既知の湾曲半径とから算出する被検出材の基準湾
曲面の中心座標に基づいて補正することを特徴とする被
検出材の微小欠陥検出方法。
【請求項６】請求項１記載の検出装置における信号処
理装置に代えて、高さ方向スケーラからの検出量のう
ち、微小欠陥のない部分の任意の３点以上の検出高さと
既知の湾曲半径とから基準湾曲面の中心座標を算出する
ことを複数回繰り返してそれらの算出値の最頻値を基準
湾曲面の中心座標として採用し、かつ前記両出力信号に
基づいて被検出材表面の３次元図を作成した後、この作
成した３次元図を前記基準湾曲面の中心座標に基づいて
補正し、この補正値から検出しようとする微小表面欠陥
の面積、体積等を演算する信号処理装置を具備したこと
を特徴とする請求項５記載の検出方法に使用する被検出
材の微小欠陥検出装置。