JP5459995B2 - 線条表面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、線材表面の汚れまたは凹凸などの各種欠陥を検査する欠陥検査装置、特に、絶縁層などの被覆層の設けられた線材の表面に存在する欠陥を検査する線条表面検査装置に関する。

携帯電話やゲーム機内のトランス等に使用される多層絶縁電線等の線材の輸出増加に伴い、これらの線材に対する顧客の目視による外観検査が厳しくなり、近年、細かな汚れや疵についても厳しくチェックすることが求められている。このような線材の表面の凹凸や疵を検査する線条表面検査装置としては、線材の中心軸線に対して斜め方向から照射する投光装置を周囲に複数配置して、線材の周囲の欠陥を検出するものや（特許文献１）、２個のレーザ光源により線材の全周に死角無く検査光を照射するようにしたもの等がある（特許文献２参照）。
実開昭４９−０１３６８８号公報 特開平１０―６８７００号公報

しかし、特許文献１及び２の技術では、光の反射による散乱光により線材の欠陥を検知するものであるため、線材表面の汚れや黒点の検知は難しかった。

又、検査対象となる線材の幅方向（軸方向と垂直な方向）の振動により、被検査線条の周縁に照射される検査光が微妙に線材に当たったり当たらなかったりする現象が起こる。これにより、受光素子へ入射される反射光が大きく変動するので、このような幅方向の振動は誤検知を招来することになる。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、被検査線条の振動による誤検知を防止し、線状に伸びる線材（以下、「線条」と称する）の表面の疵（こぶ、削れ、発泡等）や汚れ、変色等の欠陥を正確に検出することのできる線条表面検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、複数の受光素子を被検査線条の幅方向に対称に配置し、対称に配置された受光素子の出力信号を演算処理することにより被検査線条の幅方向の振動成分を相殺することにより、上記課題を解決した。

本発明の第１の態様にかかる線条表面検査装置は、被検査線条の表面に照射する検査光を出力する光源と、
前記光源から出力された検査光を、前記被検査線条の表面に照射する光学処理部と、
前記検査光の前記被検査線条からの反射光を受光する対の受光素子を、前記被検査線条の周囲に、少なくとも１対配置した受光部と、
前記受光部からの出力信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部によって処理された出力信号に基づいて前記被検査線条の表面の欠陥を検出する欠陥検出部と、
を備え、
前記対の受光素子は、前記被検査線条の周囲に、前記被検査線条の中心軸および前記検査光の中心軸を含む平面に対して略対称な位置に配置された２つの受光素子であり、
前記信号処理部は、前記対の受光素子となる前記２つの受光素子の出力信号同士を加算して、前記２つの受光素子の出力信号の前記平面に垂直な方向の振動成分を相殺した１つの信号を生成し、生成した前記１つの信号を当該対の受光素子の処理済み出力信号とする加算処理を有しており、前記加算処理によって前記受光部の前記対の受光素子の前記処理済み出力信号を生成し、
前記欠陥検出部は、前記加算処理によって生成された前記対の受光素子の前記処理済み出力信号に基づいて前記被検査線条の表面の欠陥を検出することを特徴とする。

この態様では、被検査線条の幅方向に対称に配置された受光素子の出力信号同士を加算して、幅方向の振動成分を相殺することにより、出力信号から振動ノイズを除去して、被検査線条の幅方向の振動による誤検知を除去することが可能となる。尚、被検査線条の振動の縦方向成分（長手方向振動成分）は、振動により反射光が線条から外れることがないので、振動による影響はほとんどない。従って、被検査線条の振動の縦方向成分を無視できる。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様にかかる線条表面検査装置おいて、前記光源、前記光学処理部、及び前記受光部を１組として備える検査ユニットが、前記被検査線条の周囲をｎ等分（ただし、ｎは２以上の整数）する均等な角度にｎ組配置されていることを特徴とする。

この態様では、複数組の検査ユニットが前記被検査線条を取り囲むように、配置される。一組の検査ユニットでは、光源から照射できる検査光の範囲に限界があるので、複数の検査ユニットで取り囲むように配置することにより、被検査線条全体を検査可能となる。例えば、４等分する場合を例に挙げて説明すると、各検査ユニットが９０°（±４５°）の角度範囲を確実にカバーすれば、３６０°全部を検知できることになる。

一組の検査ユニットのカバー範囲を９０°とすると、極めて正確な検出が可能となる。例えば、欠陥位置が光源（レーザ）の正面の位置から±６０°ずれた対置（センサを１２０°間隔で配置した場合の端部位置）にあると、端の方では反射光の変化量が小さくなるため欠陥の検出が難しくなる。しかし、本態様のように、±４５°程度ずれた位置（センサを９０°間隔で配置した場合の端部位置）場合には、反射光の変化量も大きいため、精度よく検出することができる。

本発明の第３の態様は、上記第１または第２の態様にかかる線条表面検査装置おいて、前記光学処理部は、前記光源から出力された前記検査光を、前記被検査線条の長手方向が短軸となるように焦点を絞り込むことにより、前記検査光を細長いスリット形状に整形して前記被検査線条に照射することを特徴とする。

この態様では、検査光の被検査線条の長手方向の焦点を絞り込むことにより、検査光を細長いスリット状に整形する。このように検査光の短軸を細長いスリット状に絞り込むことにより、被検査線条の長手方向の解像度をあげることができ、長手方向の大きさの小さい欠陥（変色、汚れ、または疵等）であっても検出可能となる。

本発明の第４の態様は、上記第１乃至は第３のいずれか１つの態様にかかる線条表面検査装置おいて、前記光学処理部は、前記検査光の焦点を前記短軸方向に絞り込むシリンドリカル凸レンズと、該絞り込んだ検査光を平行光に変換するシリンドリカル凹レンズと、前記平行光に変換された検査光を、さらに前記短軸方向に焦点を絞り、スリット状のスポット光として前記被検査線条に照射する集光用レンズを備えることを特徴とする。

この態様により、平行光か平行光に近い光の検査光を照射することにより反射光が広がらず、受光センサの大きさが小さくても反射光をすべて受光することができるので、受光感度を上げることができる。また、一度楕円平行光にしてから絞ることにより、より細いスリット状のビームに絞り込むことができる。

すなわち、この態様により、検査光の広がりを抑えつつ、さらに検査光の短軸方向（被検査線条の長手方向）の焦点を絞り込むことが可能となる。最終的には、検査光の短軸方向の長さを数百ミクロン、例えば１００〜１５０ミクロン程度まで絞り込むことができるようになる。このように１００〜１５０ミクロン程度まで絞り込むことにより、１００ミクロン単位の微少な欠陥まで検出することが可能となる。

本発明の第５の態様は、上記第１乃至は第４のいずれか１つの態様にかかる線条表面検査装置おいて、前記光学処理部は、前記光源から出力された前記検査光を、前記被検査線条の短手方向に長辺を有する略楕円形状に整形処理することを特徴とする。

本発明の第６の態様は、上記第１乃至第５のいずれか１つの態様にかかる線条表面検査装置おいて、前記略楕円形状は、長径と短径との比が３０以上であることを特徴とする。

本発明によれば、複数の受光素子を被検査線条の幅方向に対称に配置し、対称に配置された受光素子の出力信号を信号処理装置により加算することにより、被検査対象の幅方向の振れや振動による振動成分を相殺除去した後の出力信号により、線条の表面の汚れや疵を検知するようにしている。このように、幅方向の振動を相殺するので、振動ノイズを除去することが可能となり、幅方向の振動に起因する誤検知を防止することができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の基本原理及び基本構成を説明するための模式図であり、（ａ）は光源１と受光素子３ａ、３ｂを模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明にかかる線条表面検査装置の機能ブロック図である。（ｂ）では光源１と受光素子３ａ、３ｂを真上からみた状態で示している。尚、光源１からの光は、図１（ｂ）に示すように、光学処理部（光学系）２により加工処理されて検査光となるが、図１（ａ）では光学処理部２を省略して示している。

絶縁電線等の線状に伸びる円柱状の線材８０（以下、「線条８０」と称する）は、図で示すＡ方向に高速で引き込まれて巻きとられる。線条８０の表面には、光源１からレーザ光等の検査光３０ａ、３０ｂが照射され、その反射光を受光素子３ａ、３ｂにより受光する。受光素子３ａ、３ｂは、線条８０への垂線Ｏを基準線としたときの中心角γが左右同じ角度（γ１＝γ２）となる位置であって、かつ、光源１から受光素子３ａ、３ｂまでの光路がほぼ同じ距離となるように配置されている。

尚、図１（ａ）では、受光素子３ａ、３ｂは、同心円状の位置に配置されているが、４個以上の受光素子が設けられる場合には、必ずしもすべての受光素子が同心円上に配置される必要はなく、上記条件を満足すれば良く、例えば幅方向に左右（幅方向）に一直線上に対称に配置されていても良い。また、幅方向に対称に配置されていない受光素子（図示せず）を含んでいても良い。

幅方向に対称に配置された受光素子３ａ、３ｂの出力信号は、信号処理部４の加算処理部５に入力されて、互いに加算される。加算処理された出力信号は、欠陥検出部６に出力される。欠陥検出部６では、出力信号が所定の閾値以下であるかどうかに基づいて、欠陥や汚れの有無を検出する。例えば、汚れや欠陥が存在すると、反射光が減少するので受光素子の出力信号が小さくなる。従って、出力信号が閾値より小さい場合には欠陥が存在するものと判定することが可能となる。尚、幅方向に対称に配置されていない受光素子は、加算処理部５を介することなく、欠陥検出部６に入力される。

ところで、線条８０が横方向に振動する場合、図１（ｂ）から容易に推測できるように、振動幅が大きいと光源１から照射される検査光３０ａ、３０ｂが交互に線条８０から外れてしまう。検査光３０ａ、３０ｂが線条８０から外れると反射光がなくなるため、欠陥等がなくとも受光素子３ａ、３ｂの出力信号が閾値以下となり、誤検知の原因となる。しかし、受光素子３ａ、３ｂは左右対称に配置されているので、振動による受光素子３ａ、３ｂの出力信号は交互に逆方向に変化するため、出力信号が対称的な波形となる。

従って、両出力信号を加算することにより、振動成分が相殺することができる。このように、本発明では、左右対称に配置した受光素子の出力信号を加算することにより、線条８０の幅方向の振動による出力信号の変化分を相殺して振動成分の検出への影響を抑制し、線条８０の表面の疵（こぶ、削れ、発泡等）や汚れ等の欠陥を正確に検出することを可能とした。

また、信号処理部４の上流または信号処理部４中の加算処理部５の前にノイズフィルター等のノイズ処理部７を設けて、出力信号を加算処理する前に、出力信号のノイズを除去することが望ましい。

以下、図２乃至図１５を用いて、本発明のより具体的な実施形態を説明する。図２は、本発明の一実施形態にかかる線条表面検査装置の光源、受光素子等の配置を示す図である。以下の説明においては、図２乃至図１５においては、信号処理部４及び欠陥検査部６については記載を省略している。図２（ａ）は本発明の一実施形態にかかる線条表面検査装置１０の各部の配置を示す側面図を示し、（ｂ）はそのＡ−Ａ’方向の断面図を示す。

投光部１１（１１ａ、１１ｂ）は検査光３０を発光する光源である。投光部（光源）１１としては、レーザその他の発光装置を使用することができる。投光部１１からの検査光３０は、光学処理部（光学系）１２（１２ａ、１２ｂ）を経由して被検査線条８０に照射され、その反射光または散乱光が受光部２０，２１により検知される。光学系１２（１２ａ、１２ｂ）については後述する。

受光部２０，２１は、それぞれ複数の光学センサ等からなる受光素子（以下「光学センサ」という）２０ａ〜２０ｆと光学センサ２１ａ〜２１ｆとから構成されており、受光部２０が被検査線条８０の周囲の上半分を取り巻き、受光部２１が下半分を取り巻くように配置されている。これにより、被検査線条８０の表面の裏表（上下）の全面を死角なく検査することが可能となる。

図２（ｂ）では、１２個の光学センサ２０ａ〜２０ｆ及び２１ａ〜２１ｆが同心円状に被検査線条８０を取り巻いているようにも見えるが、図２（ａ）に示すように、実際の光学センサの位置は受光部２０と受光部２１の位置を被検査線条８０の長手方向にずらして配置されている。このように受光部２０と２１の位置は、互いにずらして配置することが望ましい。これにより、受光部２０に他の投光部１１ｂからの検査光が入射し、受光部２１に他の投光部１１ａからの検査光が入射することを防止することができ、互いの検査光の影響を受けないようにすることができる。

受光部２０の光学センサ２０ａと２０ｆ、２０ｂと２０ｅ、２０ｃと２０ｄの各対の出力信号はそれぞれ信号処理部（図１（ｂ）参照）で加算される。同様に受光部２１の光学センサ２１ａと２１ｆ、２１ｂと２１ｅ、２１ｃと２１ｄの各対がそれぞれ、信号処理部（図１（ｂ）参照）で加算される。また、必ずしも対称に配置された光学センサのすべての対の出力信号を加算せずに、その一部の対の出力信号だけを加算して、他の光学センサの出力はそのまま欠陥検出部６に出力するようにしても良い。例えば、光学センサ２０ａと２０ｆの対、及び光学センサ２１ａと２１ｆの対のみ加算し、他はそのまま出力するようにしても良い。
（検査光の整形処理）

図３は、本発明による検査光の光学系による整形処理の一例を説明するための模式図である。図３（ａ）は、光学系１２を、被検査対象となる被検査線条８０の横方向からみた模式図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す光学系１２を被検査線条８０の真上または真下（光源１１の側）から見た図を示す。図３（ｂ）の右側には、光学系１２により整形された検査光の外形を示している。

光学系１２には、レーザ発光装置等の投光部１１から検査光３１が入射される。光学系１２は、シリンドリカル凸レンズ１３、シリンドリカル凹レンズ１４、シリンドリカル凸レンズ１５の順で配列されている。シリンドリカル凸レンズは、円又は楕円形状の平行光を一つの軸方向に焦点を絞り込むために使用され、シリンドリカル凹レンズは一つの軸方向に所定の角度で絞り込まれた入射光を平行光に変換するために使用される。

投光部１１により生成されたレーザ光は楕円形状の平行光（検査光）３１であり、シリンドリカル凸レンズ１３に入射される。入射された平行光３１は、シリンドリカル凸レンズ１３により、被検査線条８０の長軸方向が短くなるように焦点を絞り込まれ、横長の細い楕円形状の光３２となるように整形される。

次に、焦点を絞り込むために角度のついた検査光３２をシリンドリカル凹レンズ１４により平行光に戻す。平行光に戻された検査光３３は、第２のシリンドリカル凸レンズ１５により再び被検査線条８０の長軸方向に絞り込まれて、被検査線条８０に焦点をあわせられる。これにより、被検査線条８０には、幅方向に伸びる細く鋭いスリット形状の検査光３５がスポット照射されることになる。

すなわち、検査光３５は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、被検査線条８０の長手方向に対しては細く鋭くなるように焦点が絞り込まれる。しかし、図３（ｂ）に示すように、被検査線条８０の幅方向に対しては元の長さのまま維持される。従って、検査光３５は、横長の細いスリット状のビームとして被検査線条８０に照射される。

このように、検査光の一軸の焦点を絞り込むことにより細いスリット条のビームとすることにより、被検査線条の汚れ、疵等の検出時Ｓ／Ｎ比を高くすることができ、これにより微細な汚れ等を検出可能となる。例えば、スリット状に整形した検査光３５の短軸方向の幅を１５０μｍ以下に集光することが可能となる。１５０μｍ以下にすることにより、肉眼での検知限界を超える微細な汚れ等も検出することも可能となる。

スリット状に整形した検査光３５の長軸の長さ（検査光の横方向の長さ）は、被検査線条８０の幅（線径）よりも十分大きな幅とすることが望ましい。例えば、被検査線条８０の線径が１ｍｍ前後だとすると、ビーム状の検査光３５の長い方の幅は５ｍｍ程度とすることが好ましい。

また、検出すべき欠陥サイズ（１５０μｍ）と光源から出射される光のサイズ（５ｍｍ）から、５÷０．１５≒３０となることから、検査光３５の長軸方向の幅と短軸方向の幅との比（アスペクト比）は、３０以上が望ましい。また、例えば、アスペクト比６０ではアスペクト比３０と比較して振動には強くなる。しかし、ビームが広がることにより、被検査線条８０に当たる部分のパワーは半分になる。

パワーが減ると欠陥での信号変化量が減るので、増幅率を２倍にする必要がある。そのとき、外乱光や電磁ノイズも２倍になり、検査のＳ／Ｎ比が悪くなる。また、光源のビームを広げる必要があり、レンズを追加する必要がある。また、使用するレンズ、ミラーのサイズを大きくする必要があり、ヘッドが大きくなってしまう。また、ビームの真ん中の部分しか使わないので、エネルギーロスが大きくなってしまう。これらのトレードオフの関係から、アスペクト比は６０までがより望ましい。

これにより、被検査線条８０を引き出しながら表面検査する場合等に、被検査線条８０が若干横ぶれしても汚れ、疵等を検出することが可能となる。

しかし、横ぶれが大きいときには、出力信号が振動の影響を受けるため、汚れや疵などの正確な検出が困難となる場合がある。本発明は、このような横振れの影響をより確実に除去するために、対称に配置した光学センサの出力を加算処理して、欠陥の検出を行うものである。
（検査光の照射角度）

投光部１１からの検査光３０の照射角度についても、適正な角度が存在する。図４に検査光の照射角度と信号変化率の関係を示す。図４（ａ）は、検査光３０の照射角度αの変化に伴う受光信号の変化率を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のグラフの横軸である被検査線条に対する照射角度αを示す図である。ここで、図４（ａ）のグラフは、投光部１１から照射される検査光３０と被検査線条８０の為す照射角度α（入射角＝９０−α）を変化させた場合の、受光８０信号の変化率を示している。また、受光信号の変化率とは、被検査線条に汚点（基準黒点）がない場合の受光電圧ｖ１と汚点がある場合の受光電圧ｖ２の変化率（ｖ１−ｖ２）／ｖ１を示している。信号変化率が大きいほど、汚点感知能力が高いことを意味する。光学素子１のグラフは、被検査線条８０の真上の光学センサによる測定結果を示し、光学素子２のグラフは、被検査線条８０の真上を基点として同心円上の４５°の角度に配置された光学センサによる測定結果を示している。

測定結果によると、照射角度αが７０度より大きい角度では急激に変化率が落下する。また、照射角度αが小さくなると投光部１１から受光部２０までの横方向の距離が長くなるため、検査装置全体が大きくなる。装置の小型化の観点からは、照射角度αを大きくする方が望ましいが、欠陥検出能力の観点からは、照射角度αは小さい方が望ましい。図４（ａ）のグラフから照射角度αが７０度を超えると、検出能力が低下することがわかる。従って、検査装置の小型化も勘案すると、検査光３０の被検査線条８０に対する照射角度αは、５０度から７０度（入射角２０度から４０度）の範囲とすることが好ましい。

さらに、図５を用いて、受光センサの位置と光学系１２の集光レンズ（シリンドリカル凸レンズ）１５の焦点距離との関係について説明する。図５は、集光レンズ１５の焦点距離と、反射光の散乱範囲の違いを説明するための図である。図５（ａ）は、集光レンズ１５の焦点距離ａ１が短い場合を示し、図５（ｂ）は焦点距離ａ２が長い場合を示している。

図５から明らかなように、受光部２０までの距離ｌを同じとする場合には、（ｂ）に示す焦点距離ａ２が長い方が、受光部２０における散乱角度が小さくなることが理解できる。例えば焦点距離５０ｍｍの場合には反射光が短い距離で広がるため、受光センサを近づけないとすべての反射光を受光することができないとするのに対して、焦点距離１５０ｍｍの場合には、反射光が広がる距離が長くなるため、同じ受光センサを遠ざけて配置してもすべての反射光を受光できる。

実験の結果、一般的な受光センサを使用した場合において、被検査線条８０から受光部２０までの距離を１０ｍｍから２０ｍｍとすると、集光レンズ１５の焦点距離は１００ｍｍ以上であることが望ましく、特に１５０ｍｍ程度が好ましいことが判明した。

図５（ａ）に示す被検査線条８０から受光部２０までの距離（光路）ｌ及び受光面の幅ｗを一定としたときの、反射光の集光角θの最大値は次式で表される。すなわち、次式で示す集光角θ以下であれば、距離ｌに設置された幅ｗの受光センサにより受光可能となる。

また、集光した検査光３５の光強度Ｐは、図６に破線３６として示すようなガウシアン分布となる。そこで、回折型光学部品を用いることにより、実線３７として示すように検査光３５の長軸方向の強度Ｐを均一化することが望ましい。
（受光部の配置及び構成）

図７に、被検査線条上の円周上における黒点の位置（角度βで表す）と受光電圧の関係を示す。図７（ａ）は、黒点（汚点）の円周上の位置を示す角度βを説明するための概念図である。投光部１１からみて、被検査線条８０の真上の位置（黒点８１の位置）を基点（β＝０°）として、中心から基点に向かう線分と中心から黒点に向かう線分の為す角βにより、被検査線条８０の円周上の黒点の位置を定義している。左右対象であるので、黒点８２と８３は、同じ位置として扱われる。従って、０°≦β≦９０°となる。すなわち、黒点の幅方向（円周上）の位置は、被検査線条８０の真上の位置を基点として、そこからのずれ角βで表される。

図７（ｂ）は、黒点の位置とそれに対する受光信号の測定結果を示すグラフである。被検査線条８０から受光部２０までの距離（光路）ｌが１１ｍｍ、１７ｍｍの場合の測定結果を示している。黒点の位置を示す角度βは、左右対称であり受光電圧は同じであるので、グラフでは片方しか測定していない。

黒点があると照射した光エネルギーが吸収され、反射光量が減少する。よって受光量が減少し、受光部２０の出力電圧が低下する。つまり、電圧が低いほど、黒点の認識感度が高いことを示している。尚、グラフにおいて受光信号の電圧の大きさは問題ではなく、黒点位置の違いによる受光信号の変化量が重要である。

受光部２０の位置が被検査線条８０から約１１〜１７ｍｍの時、受光部２０（受光センサ）１個は約１５°〜２２．５°分の正反射光を受光する。よって被検査線条８０をまわしていくと、受光部２０が正反射光を受ける部分には黒点がなくなる。黒点には大きさがあるので、１５°〜２２．５°回転させても正反射光を受ける部分に黒点が完全になくなるわけではない。被検査線条８０を回転して受光量が一定になっている部分では、受光部２０が正反射光を受ける部分に黒点が完全になくなっているため、その部分を良品部分とし、良品部分と欠陥部分の受光量の差によって黒点の認識感度を評価した。

図７（ｂ）の被検査線条８０から受光部２０までの距離（光路）ｌが１１ｍｍのときは良品部分のベースレベルは約６．５Ｖであり、被検査線条８０から受光部２０までの距離（光路）ｌが１７ｍｍのときは良品部分のベースレベルは約５．５Ｖである。測定結果から、角度０度から２０度までが最も感度がよく、角度３５度位までは黒点の検出が十分可能であることがわかる。角度４０度を超えると電圧の変化が少ない。すなわち、黒点の位置が端の方に偏ると、正確な検知が難しくなるという傾向を示している。

従って、１つのセンサとの関係では検知角度の端部に位置することになるため検出精度が低下する欠陥は、隣接する他のセンサにより検出することができるように、検査対象線条の軸の周囲に複数の受光センサを適切な角度間隔で配置することが望ましい。

なお、同じ欠陥でもその位置によって検知感度が異なり、また、光の反射量が異なるため、各センサにおけるベースレベルが異なる。このため、各センサにおける検知感度を揃えるために、ベースレベルを所定値に調整し、かつ、閾値をそれぞれのセンサの位置によって異なる値に設定することが更に望ましい。

また、検知感度の調整としては、上記の方法の他に、同じ欠陥を周方向にずらした場合の各センサの検出信号のレベル（ベースレベルからの差分）をゲイン調整等によって揃え、その後ベースレベルを揃える方法や、検出信号を調整せずに、同じ欠陥を検出できるように閾値を各センサによって設定する等の方法がある。

図８は、被検査線条の横揺れの大きさと受光信号の変化について測定した結果を示す図である。縦軸は横揺れがない場合の受光部２０の受光信号（出力電圧）と横揺れがある場合の受光信号（出力電圧）の差を「信号変動量（Ｖ）」として示しており、横軸は横揺れの大きさ（振幅）を示している。検査光３５の形状及び大きさは、前述したように５ｍｍ×０．１５ｍｍのスリット状に絞り込んだものを用いている。グラフは、被検査線条８０と受光部２０（受光センサ）の距離（光路）ｌ（図５（ａ）参照）が、ｌ＝１０ｍｍ、ｌ＝１５ｍｍ、ｌ＝２５ｍｍの場合についての測定結果を示している。

これらの測定結果から、横揺れが少ない方が受光信号の変動量は少ないことがわかる。また、被検査線条８０からの受光センサまでの距離を離した方が、横触れの影響は少ないことがわかる。しかし、距離が離れると、被検査線条８０の全周をカバーするのに多くの受光センサが必要となる。被検査線条８０から受光装置までの距離を１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍと変化させた場合に、必要となる受光センサの数の違いを図９（ａ）、（ｂ）（ｃ）に示す。図９では上半分を示しているが、下半分も同様である。

図９（ａ）に示すように距離が１０ｍｍのときに、被検査線条８０の上半分を死角なくカバーするには４個の受光センサ２０ａ〜２０ｄが必要であり、下半分を含めると合計８個の受光センサが必要になる。距離が２０ｍｍになると、（ｂ）に示すように上半分で６個の受光センサ２０ａ〜２０ｆが必要であり、全体で１２個が必要となる。距離が３０ｍｍのときには、（ｃ）に示すように上半分で８個の受光センサ２０ａ〜２０ｈが必要となり、全体で１６個の受光センサが必要となる。このように、被検査線条８０からの距離ｌが離れると多くの受光センサが必要となる。横揺れの影響を抑えつつ、受光センサの数を多く必要としない距離として、被検査線条８０から受光センサまでの距離ｌは、１５ｍｍから２０ｍｍ程度とすることが望ましい。

受光部２０、２１を構成する光学センサ２０ａから２０ｆ、２１ａから２１ｆの配置方法について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、被検査線条８０に対して光学センサ２０ａから２０ｆを垂直に配置した場合を示す図であり、（ｂ）は光学センサ２０ａから２０ｆの受光面を被検査線条８０に対して平行に配置した状態を示す図である。

図１０（ａ）からわかるように、光学センサ２０ａから２０ｆを被検査線条８０の長手方向に対して垂直に配置すると、受光センサで感知できない不感帯領域４０ができるが、このように垂直に設置した方が、反射光が受光センサの真ん中を通ることになる。

尚、図９（ａ）の配置の場合には、受光素子２０ａと２０ｄ、受光素子２０ｂと２０ｃがそれぞれ、加算処理の対象となる対の受光素子となる。また、図９（ｂ）の配置では、受光素子２０ａと２０ｆ、受光素子２０ｂと２０ｅ、受光素子２０ｃと２０ｄがそれぞれ、加算処理の対象となる対の受光素子となる。図９（ｃ）の配置の場合には、受光素子２０ａと２０ｈ、受光素子２０ｂと２０ｇ、受光素子２０ｃと２０ｆ、受光素子２０ｄと２０ｅがそれぞれ、加算処理の対象となる対の受光素子となる。以下に説明する例でも、同様に対称位置に配置された受光素子がペアとなるので、以下の例においては、どの受光素子が対になるかの説明は省略する。

図２（ａ）に示すように、本発明の線条表面検査装置１０は、投光部１１、光学系１２、受光部２０からなる１組の検査ユニットを、被検査線条８０の長手方向の位置をずらし、かつ被検査線条８０の軸方向の角度を互いにずらして、複数組配置している。このように長手方向の位置をずらして配置することは、異なる組の検査光による反射光が他の組の受光部に入射することによる悪影響を防止するために有効である。

図２の例では、２組の検査ユニットを設けた例を示したが、検査ユニットを、３組、４組、５組又は６組等自由な数を設けることができる。３組の検査ユニットを設ける場合には、各組の長手方向の位置をずらすとともに、被検査線条８０の軸方向に対する配置角度を１２０度ずつずらすことが望ましい。また、検査ユニットを４組使用する場合の配置角度は９０度ずつ、５組使用する場合には７２度ずつ、６組使用する場合には６０度ずつずらすことが好ましい。

図１１に、４組の検査ユニット５１乃至５４を設けた場合の検査ユニットの配置の一例を示す。図１１に示す例では、各検査ユニット５１〜５４は、それぞれ４個の光学センサを備えており、各検査ユニット５１〜５４は、それぞれ約１５０度の範囲をカバーしている。図１１（ａ）は、４組の検査ユニット５１〜５４を備える線条表面検査装置を側面から見た状態を模式的に示す図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線方向の断面図である。各検査ユニット５１乃至５４は、それぞれ４個の光学センサ２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４ｄ、及び２５ａ〜２５ｄを備えている。

図１１（ａ）に示すように、各光学センサの位置は、被検査線条８０の長手方向の位置がずれているが、図１１（ｂ）からわかるように、光学センサ全体として被検査線条８０の周囲を取り巻くように配置されており、被検査線条８０は軸方向に引き込まれ又は送り出されるように移動されるので、被検査線条８０全体を漏れなく検査することができる。また、各検査ユニット５１乃至５４は、光学センサの端部が重なり合うように配置されて、検査光の端の方の欠陥の検出精度を高めている。隣接する各検査ユニット５１〜５４は、互いの検査光の影響をなくすために、互いに１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度離して設置することが好ましい。

図１２に、光学センサの他の配置例を示す。図１２の例では、図１０に示すような６個の光学センサ２０ａ乃至２０ｆを、被検査線条８０の周囲２００°に亘りカバーしている。これにより、被検査線条８０の反射光をもれなく検出することが可能となる。図１２では、１組の光学センサのみを示しているが、このような配置の光学センサを被検査線条８０の周囲を覆うように、２組、３組、４組と所望の数だけ設けることができる。

図１３は、光学センサの他の配置例を説明するための図である。図１３に示す例でも、図１２と同様に６個の光学センサ２０ａ〜２０ｆを使用するものとして説明する。図１３では、光学センサ２０ａ〜２０ｆの感知部２５を示している。図１３（ａ）は、図１２と同様に配置した状態を示し、図１３（ｂ）は、一部の光学センサ２０ｂと２０ｅの位置をずらして配置した状態を示す図である。

光学センサ２０ａ〜２０ｆの感知部２５は光学センサの外形より少し小さいので、光学センサ２０ａ〜２０ｆを図１３（ａ）に示すように光学センサの前面が接するように配置すると、隣接する光学センサの感知部２５の間に不感帯領域４１が生じる。

不感帯領域４１は、図１３（ｂ）に示すように、一部の光学センサ２０ｂ、２０ｅの位置を被検査線条８０の方向にずらして配置すると減少する。このように、光学センサの位置を被検査線条８０の方にずらして配置することにより、不感帯領域４１を低減させることが可能となる。また、被検査線条８０と光学センサの距離が変わることからその感度を調整することもできる。

図１３（ｂ）においては、光学センサ２０ｂと２０ｅの位置をずらした例を示しているが、他の光学センサ（例えば２０ｃ、２０ｄ）の位置をずらすことにより、一部の不感帯領域４１を低減させることもできる。図１３に示す例では、図１３（ｂ）に示すように、光学センサ２０ｂ、２０ｅの位置をずらすのが最も効率的であるが、どの光学センサの位置をずらすかは、装置の構造等に応じて、適宜変更可能な選択事項である。

尚、以上の説明においては、シリンドリカル凸レンズ１３、シリンドリカル凹レンズ１４及び集光レンズ（シリンドリカル凸レンズ）１５等を用いて、検査光を絞り込みスリット状の検査光に整形する実施形態のみを示しているが、光源からの検査光を細いスリット（幅１００〜数百ミクロン程度のスリット）に照射し、スリットからの透過光により、細いスリット状の検査光に整形するようにしても良い。

光源としては、レーザ光源の他、レーザ以外の光源（例えば、ＬＥＤ等）を使用することも可能である。この場合でも、出力光は平行光とすることが望ましい。例えば、放物面の反射鏡（放物面鏡）の焦点部に光源を配置することにより、放物面鏡の反射光として平行光を出力させることが可能である。

図１４に、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、４個の検査ユニット６０〜６３が、線条８０の周りに均等間隔で配置されている。各検査ユニット６０〜６３は重ならないように、軸方向にずれて配置されている。このように、４個の検査ユニット６０〜６３により、３６０°の範囲を検出することにより、全周を確実に検査することが可能となる。軸方向にまた、各検査ユニット６０〜６３はそれぞれ対称に配置された６個（３組）の受光素子（６０ａ乃至６０ｆ、６１ａ乃至６１ｆ、６２ａ乃至６２ｆ、６３ａ乃至６３ｆ）を備えている。これにより、各検査ユニット６０〜６３のそれぞれの検査範囲の反射光を正確に捉えることが可能となる。線条８０の表面上の欠陥を確実に検出するには、このように４個の検査ユニット６０〜６３と、６個（３組）の受光素子を配置することが好ましい。

加算される受光素子の出力を、検査ユニット６０を用いて説明すると、受光素子６０ａと６０ｆ、受光素子６０ｂと６０ｅ、及び受光素子６０ｃと６０ｄの出力が、それぞれ加算された後、欠陥検出部６(図１(ｂ)参照)に出力される。これらの組の一つ、例えば受光素子６０ａと６０ｆのみを加算するようにしても良い。この場合、加算されなかった出力は、直接欠陥検出部６に出力される。他の検査ユニット６１〜６３の受光素子の出力信号処理についても、検査ユニット６０と同様である。

図１５は、図１４に示す検査ユニット６０の各受光素子６０ａ〜６０ｆの出力信号を示すグラフである。欠陥のない部分における、振動発生時の出力信号を示している。

図１５からわかるように、受光素子６０ａと６０ｆ、受光素子６０ｂと６０ｅ、及び受光素子６０ｃと６０ｄがそれぞれほぼ対称的な波形となっている。従って、これら対照的な組の受光素子の出力を加算することにより、振動成分を除去することが可能となる。

本発明の基本原理及び基本構成を説明するための模式図である。 本発明の一実施形態にかかる線条表面検査装置の外観を模式的に示す図である。 本発明による検査光の光学系による整形処理の一例を説明するための模式図である。 検査光の照射角度と信号変化率の関係を説明するための図である。 集光レンズの焦点距離と、反射光の散乱範囲の違いを説明するための図である。 回折型光学部品を用いることにより、検査光の長軸方向の光強度の均一化について説明する図である。 被検査線条上の幅方向の汚点位置（角度βで表す）と受光電圧の関係を示す。 被検査線条の横揺れの大きさと受光信号の変化について測定した結果を示す図である。 被検査線条から受光装置までの距離を１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍと変化させた場合の受光センサの数を説明するための図である。 光学センサを後方に傾斜させることにより、隣接する光学センサ間の隙間（不感帯領域）が減少することを説明するための図である。 ４組の検査ユニットを設けた場合の検査ユニットの配置の一例を示す図である。 光学センサの他の配置例を示す図である。 不感帯領域を低減するための光学センサの他の配置例を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す。 図１４に示す実施形態の一つの検査ユニット中の６個の受光素子の出力信号を示すグラフである。

符号の説明

１０：線条表面検査装置
１１：投光部
１２：光学系（光学処理部）
１３：シリンドリカル凸レンズ
１４：シリンドリカル凹レンズ
１５：第２のシリンドリカル凸レンズ(集光レンズ)
２０〜２５：受光部
２０ａ〜２０ｆ、２１ａ〜２１ｆ、２２ａ〜２２ｄ、２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４ｄ、２５ａ〜２５ｆ：光学センサ（光学素子）
２５：感知部
３０、３１、３２、３３、３４、３５：検査光
４０、４１：不感帯領域
５１〜５４、６０〜６３：検査ユニット
８０：被検査線条

Claims (5)

1. 被検査線条の表面に照射する検査光を出力する光源と、
   前記光源から出力された検査光を、前記被検査線条の表面に照射する光学処理部と、
   前記検査光の前記被検査線条からの反射光を受光する対の受光素子を、前記被検査線条の周囲に、少なくとも１対配置した受光部と、
   前記受光部からの出力信号を処理する信号処理部と、
   前記信号処理部によって処理された出力信号に基づいて前記被検査線条の表面の欠陥を検出する欠陥検出部と、
   を備え、
   前記対の受光素子は、前記被検査線条の周囲に、前記被検査線条の中心軸および前記検査光の中心軸を含む平面に対して略対称な位置に配置された２つの受光素子であり、
   前記信号処理部は、前記対の受光素子となる前記２つの受光素子の出力信号同士を加算して、前記２つの受光素子の出力信号の前記平面に垂直な方向の振動成分を相殺した１つの信号を生成し、生成した前記１つの信号を当該対の受光素子の処理済み出力信号とする加算処理を有しており、前記加算処理によって前記受光部の前記対の受光素子の前記処理済み出力信号を生成し、
   前記欠陥検出部は、前記加算処理によって生成された前記対の受光素子の前記処理済み出力信号に基づいて前記被検査線条の表面の欠陥を検出することを特徴とする線条表面検査装置。
2. 前記光源、前記光学処理部、及び前記受光部を１組として備える検査ユニットが、前記被検査線条の周囲をｎ等分（ただし、ｎは２以上の整数）する均等な角度にｎ組配置されていることを特徴とする請求項１に記載の線条表面検査装置。
3. 前記光学処理部は、前記光源から出力された前記検査光を、前記被検査線条の長手方向が短軸となるように焦点を絞り込むことにより、前記検査光を細長いスリット形状に整形して前記被検査線条に照射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線条表面検査装置。
4. 前記光学処理部は、前記検査光の焦点を前記短軸方向に絞り込むシリンドリカル凸レンズと、該絞り込んだ検査光を平行光に変換するシリンドリカル凹レンズと、前記平行光に変換された検査光を、さらに前記短軸方向に焦点を絞り、スリット状のスポット光として前記被検査線条に照射する集光用レンズを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の線条表面検査装置。
5. 前記光学処理部は、前記光源から出力された前記検査光を、前記被検査線条の短手方向に長辺を有する略楕円形状に整形処理することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の線条表面検査装置。

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