專利名稱：使用光的缺陷檢查方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于檢測(cè)被檢查物體表面和內(nèi)部的光學(xué)不均勻部分或熱傳導(dǎo)不均勻部分的、使用光的缺陷檢查方法及其裝置的發(fā)明。
首先舉陶瓷基板為被檢查物體的例子，對(duì)其缺陷加以說明。陶瓷有絕緣體陶瓷、壓電體陶瓷等多種類型，它廣泛使用于以電子產(chǎn)品為代表的各種機(jī)械產(chǎn)品中。
在具有光擴(kuò)散性的陶瓷基板中，由于延伸到內(nèi)部的裂紋和封閉在內(nèi)部的氣泡所作用，在這些部分光的反射率和透射率發(fā)生局部性變化，具有光學(xué)上的不均勻性。而且在光擴(kuò)散性低的陶瓷基板中，由于延伸到內(nèi)部的裂紋和封閉在內(nèi)部的氣泡的作用，在這些部分的熱傳導(dǎo)也發(fā)生局部性變化，具有不均勻的溫度分布，另外，對(duì)陶瓷基板，存在于表面和內(nèi)部的、微小的缺陷和裂紋開口寬度雖然是亞微米級(jí)的微裂紋，但是都會(huì)成為破壞發(fā)生的起點(diǎn)，使龜裂發(fā)展產(chǎn)生脆性破壞行為會(huì)造成大問題。通常當(dāng)缺陷是表面和表面附近的裂紋缺陷時(shí)特別成問題，實(shí)際使用時(shí)的界限為長(zhǎng)度30～100微米左右。眾所周知的上述缺陷的檢查方法有例如使用光學(xué)顯微鏡的目視檢查方法、浸泡探傷法、超聲波探傷法、使用超聲波顯微鏡的檢查方法、放射線探傷法和紅外線溫度記錄儀法。
但是上述眾所周知的使用光學(xué)顯微鏡等的目視檢查方法，除了處理能夠檢查出來的裂紋等缺陷的尺寸小以外，還存在由于其對(duì)比度低而產(chǎn)生的缺陷檢查精度不高的問題。
而且由于基板本身的價(jià)格非常便宜，因此要求作為在線檢查裝置的缺陷檢查裝置不僅成本要低，還要求速度要快，但是使用上述周知的檢查精度良好的浸泡探傷法、超聲波探傷法、使用超聲波顯微鏡的檢查方法或放射線探傷法的裝置均不能滿足任何一個(gè)要求。
又，使用上述周知的紅外線溫度記錄儀法時(shí)，如果被檢查物體具有導(dǎo)電性，則在通電時(shí)測(cè)量其發(fā)熱分布，或加熱被檢查物體的內(nèi)側(cè)面，用二維的紅外線傳感器對(duì)在表面?zhèn)人霈F(xiàn)的溫度分布進(jìn)行圖像化的測(cè)量。但是在被檢查物體熱傳導(dǎo)性高的情況下，缺陷部分的不均勻的溫度分布很快就會(huì)消失，因此很難捕捉到溫度分布不均勻部分，故該法在缺陷檢查靈敏度上有問題。
因此本發(fā)明的目的在于解決這些問題，提供能夠高速度、高精度檢查具有光擴(kuò)散性的陶瓷基板和與光擴(kuò)散性有否無關(guān)的金屬和陶瓷基板等被檢查物體的裂紋缺陷等的使用光的缺陷檢查方法及其裝置。
為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明在的特征是被檢查物體表面位置上以強(qiáng)度不同的光線照射，該照射的光線從被檢查物體表面向內(nèi)部滲透后檢測(cè)從被檢查物體表面射出的光線，通過檢測(cè)射出光線的強(qiáng)度變化來檢測(cè)被檢查物體的光學(xué)不均勻部位。
這樣的方法是能夠高精度、高速度檢查被檢查物體的裂紋等缺陷的、使用光線的缺陷檢查方法。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的、使用光的缺陷檢查方法具體化的裝置方框圖。
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施例1的、在照明區(qū)域和攝像區(qū)域之間具有裂紋缺陷情況下的光擴(kuò)散的模式圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施例1的、在照明區(qū)域和攝像區(qū)域之間以外存在裂紋缺陷情況下的光擴(kuò)散的模式圖。
圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例1的、在被檢查物體上的副掃描方向的裂紋缺陷的模式圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的、副掃描方向的裂紋缺陷的檢測(cè)信號(hào)的模式圖。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例1的、由虛線狀照明產(chǎn)生的擴(kuò)散輻射光的模式圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例1的、在被檢查物體上的主掃描方向的裂紋缺陷的模式圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施例1的、主掃描方向的裂紋缺陷的檢測(cè)信號(hào)模式圖。
圖9是本發(fā)明實(shí)施例2的、使用光的缺陷檢查方法具體化的裝置方框圖。
圖10是本發(fā)明實(shí)施例3的、使用光的缺陷檢查方法具體化的裝置方框圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例4的、使用光的缺陷檢查方法具體化的裝置方框圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施例5的、使用光的缺陷檢查方法具體化的裝置方框圖。
圖13是本發(fā)明實(shí)施例5的、副掃描方向的裂紋缺陷的檢測(cè)信號(hào)模式圖。
圖14是本發(fā)明實(shí)施例5的、主掃描方向的裂紋缺陷的檢測(cè)信號(hào)模式圖。
圖15是本發(fā)明實(shí)施例6的、使用光的缺陷檢查方法具體化的裝置方框圖。
圖16是本發(fā)明實(shí)施例6的、表示被檢查物體沒有裂紋缺陷情況下的熱擴(kuò)散模式圖。
圖17是表示本發(fā)明實(shí)施例6的、在照明區(qū)域和攝像區(qū)域之間存在裂紋缺陷情況下的熱擴(kuò)散模式圖。
圖18是表示本發(fā)明實(shí)施例6的、在照明區(qū)域和攝像區(qū)域之間以外存在裂紋缺陷情況下的熱擴(kuò)散模式圖。
圖19是本發(fā)明實(shí)施例6的、副掃描方向的裂紋缺陷檢測(cè)信號(hào)的模式圖。
圖20是本發(fā)明實(shí)施例6的、主掃描方向的裂紋缺陷檢測(cè)信號(hào)的模式圖。
下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說明。
實(shí)施例1圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的使用光的缺陷檢查裝置的結(jié)構(gòu)圖。
在實(shí)施例1的使用光的缺陷檢查裝置上配備照明手段、攝像手段、驅(qū)動(dòng)手段以及圖象處理手段。
上述照明手段由將半導(dǎo)體激光光源一維配置的列狀光源1和投影透鏡2構(gòu)成，借助于該照明手段在被檢查物體6的表面上進(jìn)行照明，這是在表面位置上進(jìn)行強(qiáng)度不同的虛線狀照明。
上述攝像手段由物鏡3、和將CCD元件配置成線狀的線狀傳感器4構(gòu)成，用該攝像手段檢查與用上述照明手段在被檢查物體6的照明區(qū)域12位置相平行的線狀的攝像區(qū)域11所射出的光。
上述驅(qū)動(dòng)手段由安放被檢查物體6并能向規(guī)定方向移動(dòng)的試樣臺(tái)5構(gòu)成，在該驅(qū)動(dòng)手段的驅(qū)動(dòng)下被檢查物體6與所述照明手段及攝像手段可作相對(duì)移動(dòng)。
上述圖象處理手段由用線狀傳感器4的信號(hào)和試樣臺(tái)5的移動(dòng)信號(hào)形成圖像的前處理部7和圖像處理部8構(gòu)成，借助于該圖像處理手段，從上述攝像手段檢測(cè)出的攝像信號(hào)中可檢測(cè)出被檢查物體6的光學(xué)不均勻部。
借助于上述結(jié)構(gòu)，來自線狀光源1的像由投影透鏡2投影到被檢查物體6上，在表面位置上進(jìn)行強(qiáng)度不同的虛線狀照明。該照明光13透到被檢查物體6的內(nèi)部，則再度從被檢查物體6的表面輻射出的光線15中包含了被檢查物體6內(nèi)部的信息。這里把這種輻射光稱為擴(kuò)散輻射光。從該照明區(qū)域12擴(kuò)散到被檢查物體6內(nèi)部，從被攝像的攝像區(qū)域11輻射出的擴(kuò)散輻射光15通過攝像手段的物鏡3在線狀傳感器4上成像。
接著，用試樣臺(tái)5使被檢查物體6依序移動(dòng)，一邊對(duì)通過前處理部7輸入到圖像處理部8的圖像信號(hào)進(jìn)行圖象處理，以此檢查出被檢查物體6中的裂紋缺陷。這里稱被檢查物體6的移動(dòng)方向?yàn)橹鲯呙璺较?，稱用線狀傳感器掃描的方向?yàn)楦睊呙璺较颉Ｏ旅媾e出方位上相互垂直的副掃描方向上的缺陷9和主掃描方向上的缺陷10的例子作為具有各種方位的裂紋缺陷的代表，以此為例詳細(xì)說明各情況下的檢測(cè)動(dòng)作。
在本實(shí)施例中，為了檢測(cè)包含被檢查物體6的內(nèi)部信息的從被檢查物體6表面射出的擴(kuò)散輻射光15，最簡(jiǎn)單的手段是，把被檢查物體6上的作為照明手段照射的虛線狀照明區(qū)域12和作為攝像手段拍攝的線狀的攝像區(qū)域11平行配置，在兩個(gè)區(qū)域上設(shè)置分離間隔，使擴(kuò)散輻射光15的攝像區(qū)域11與照明區(qū)域12不重疊。以這樣的配置，在線狀傳感器4上就可以防止來自照明區(qū)域12的高強(qiáng)度的反射光混入，而只檢測(cè)強(qiáng)度低的擴(kuò)散輻射光15。
在被檢查物體6內(nèi)部一旦存在反射率和透射率局部不同的光學(xué)不均勻部，存在該不均勻部的附近的表面輻射出的光的強(qiáng)度與其他表面部分來的輻射光相比會(huì)有變化。這一變化的理由將在下面說明。
圖2和圖3是具有光擴(kuò)散性的被檢查物體6上的裂紋缺陷的剖面模式圖。
照明光13的一部分折射進(jìn)入被檢查物體6的內(nèi)部，光強(qiáng)度在指數(shù)衰減同時(shí)一邊向被檢查物體6內(nèi)部擴(kuò)散。然後，該擴(kuò)散的光線(擴(kuò)散光)14的一部分到達(dá)攝像區(qū)域11，從被檢查物體6的表面輻射出。裂紋缺陷9的剖面形狀如圖2所示，在龜裂面上，一邊是折射率為n的波檢查物體6，而在該龜裂面的間隙處存在折射率為1的空氣層16。因此，在該龜裂的界面處由于存在折射率差，光學(xué)上的反射率和透射率發(fā)生局部變化，所以在被檢查物體6的內(nèi)部擴(kuò)散光14存在不均勻性。
如圖2所示，在照明區(qū)域12和攝像區(qū)域11之間存在缺陷9的情況下，從照明區(qū)域12擴(kuò)散到被檢查物體6內(nèi)部到達(dá)攝像區(qū)域11的擴(kuò)散光14的一部分是透過裂紋缺陷9后到達(dá)攝像區(qū)域11。由于透過裂紋缺陷9的擴(kuò)散光的強(qiáng)度更加衰減，因此，攝像區(qū)域11射出的擴(kuò)散輻射光15的強(qiáng)度比不存在缺陷的情況要低。
另一方面，如圖3所示在裂紋缺陷8存在于攝像區(qū)域11外側(cè)，而照明區(qū)域12和攝像區(qū)域11之間不存在裂紋缺陷的情況下，首先，與不存在裂紋缺陷的情況相同，內(nèi)部的擴(kuò)散光14的一部分從攝像區(qū)域表面作為擴(kuò)散輻射光15射出。在此再加上來自照明區(qū)域12的擴(kuò)散光14的一部分受到裂紋缺陷9的反射到達(dá)攝像區(qū)域11。其結(jié)果是，從攝像區(qū)域11射出的擴(kuò)散輻射光15的強(qiáng)度比不存在裂紋缺陷的情況下增加了。
這樣，在作為裂紋缺陷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)龜裂面上，由于產(chǎn)生折射率差，對(duì)于光擴(kuò)散起到了使一部分透過而一部分反射的作用。
根據(jù)這點(diǎn)，首先如圖4所示，在下面說明沿著副掃描方向的裂紋9的檢查方法。在圖1的被檢查物體6的右側(cè)存在一個(gè)沿著這一副掃描方向的裂紋缺陷9。以使試樣臺(tái)5依序向左側(cè)移動(dòng)、拍攝該被檢查物體6的情況為例用圖5進(jìn)行說明。
采用上述方法，圖5所示的被檢查物體6由線狀傳感器4從左側(cè)向右方向進(jìn)行攝像。用該線狀傳感器4從左側(cè)向右方向?qū)Ρ粰z查物體6進(jìn)行攝像時(shí)，在被檢查物體6的一部分即沿著副掃描方向的裂紋缺陷9通過攝像區(qū)域11前后時(shí)、在線狀傳感器4上的任一像素的攝像信號(hào)的變化示于圖5b。這里把圖中的被檢查物體6的攝像區(qū)域分為A、B、C三個(gè)區(qū)域。攝像區(qū)域A是不受裂紋缺陷9影響的區(qū)域，從而線狀傳感器4的信號(hào)是不受裂紋缺陷9影響的基準(zhǔn)電平。接著，在攝像區(qū)域B，被拍攝的擴(kuò)散輻射光15如上述圖3所示，也包含在裂紋面的反射光，因此，與擴(kuò)散輻射光15的輻射強(qiáng)度增加相對(duì)應(yīng)，線狀傳感器4的信號(hào)也增強(qiáng)。而在攝像區(qū)域C，被拍攝的擴(kuò)散輻射光15如上述圖2所示由于被龜裂面遮蔽而強(qiáng)度下降，與此相應(yīng)線狀傳感器4的信號(hào)也減小。
又，在圖5中像攝像區(qū)域B、C那樣，如果在攝像區(qū)域近旁存在裂紋缺陷9，即使在攝像區(qū)域11內(nèi)不存在裂紋缺陷9，也有信號(hào)變化。
這樣的信號(hào)特性是由被檢查物體6內(nèi)部的裂紋缺陷9的龜裂面尺寸和方向造成的，因此，即使裂紋缺陷9的開口寬度為亞微米級(jí)大小，但是由于確實(shí)存在，可以用幾微米～幾十微米的、攝像手段的像素分辨率檢測(cè)出來。這里像素分辨率是線狀傳感器4的一個(gè)像素的尺寸除以攝像系統(tǒng)的攝像倍率的商。從而，即使是像素分辨率比應(yīng)該檢測(cè)出的裂紋缺陷9的尺寸大的低攝像倍率的攝像手段，也能夠檢測(cè)出比像素分辨率小的裂紋缺陷9，因此，可以用低攝像倍率對(duì)檢查區(qū)域匯總檢查。又，在該圖5以裂紋缺陷9在表面開口的情況進(jìn)行了說明，而對(duì)于在表面沒有開口的內(nèi)部裂紋也有同樣的信號(hào)變化。
這里由于裂紋缺陷9在通過攝像區(qū)域11時(shí)產(chǎn)生最急劇的信號(hào)變化，因此，可以由圖象處理部8對(duì)圖5b的信號(hào)進(jìn)行例如微分等處理，設(shè)定閾值17進(jìn)行雙值化，以此可以如圖5c所示進(jìn)行缺陷檢測(cè)。
下面對(duì)在表面位置使強(qiáng)度發(fā)生變化的、進(jìn)行虛線狀照明的情況下的線狀傳感器4的攝像信號(hào)進(jìn)行說明。
在圖6中，為了說明簡(jiǎn)單，只用點(diǎn)狀照明光18和點(diǎn)狀照明光19兩點(diǎn)作為被檢查物體6上的虛線狀照明光的一部分進(jìn)行照明。各照明光18、19的一部分折射進(jìn)入被檢查物體6內(nèi)部，在光強(qiáng)度指數(shù)衰減的同時(shí)一邊在被檢查物體6內(nèi)部擴(kuò)散。于是，該擴(kuò)散光的一部分到達(dá)攝像區(qū)域11，從被檢查物體6的表面作為擴(kuò)散輻射光15射出。這時(shí)如果以線狀傳感器4的拍攝的任意點(diǎn)20與各點(diǎn)狀照明光18、19的距離為d1、d2，由于通常這兩個(gè)距離是不同的，所以各點(diǎn)狀照明光18、19在線狀傳感器4引起的攝像信號(hào)分別予以考慮，則如圖6b所示，點(diǎn)狀照明光18對(duì)應(yīng)的是攝像信號(hào)21，點(diǎn)狀照明光19對(duì)應(yīng)的是攝像信號(hào)22，兩者的關(guān)系在副掃描方向上成平行移動(dòng)的關(guān)系。實(shí)際上線狀傳感器4檢測(cè)到的是這兩個(gè)信號(hào)的和，因此成為如圖6c所示具有緩慢起伏的曲線。從而，在虛線狀照明的情況下的線狀傳感器的攝像信號(hào)為具有平緩起伏的波形。
根據(jù)上面所述這一點(diǎn)，接著在下面如圖7所示，對(duì)沿主掃描方向的裂紋缺陷10的檢查方法進(jìn)行說明。在圖1的被檢查物體6的右側(cè)存在一沿著主掃描方向的裂紋缺陷10。當(dāng)對(duì)被檢查物體6用照明手段一邊進(jìn)行虛線狀照明一邊使試樣臺(tái)5依序向左側(cè)移動(dòng)進(jìn)行攝像的情況作為例子用圖8加以說明。
采取上述方法以虛線狀的照明光23照射圖8a所示的被檢查物體6，使試樣臺(tái)5在垂直于紙面的方向上一邊移動(dòng)，一邊用線狀傳感器4進(jìn)行攝像。圖8b表示在這種情況下的攝像動(dòng)作中，作為被檢查物體6一部分即沿著主掃描方向有裂紋缺陷10通過攝像區(qū)域11時(shí)線狀傳感器的攝像信號(hào)。這里把圖中被檢查物體6的攝像區(qū)域分成A、B兩個(gè)區(qū)域。攝像區(qū)域A是不受裂紋缺陷的影響的區(qū)域，因此，傳感器4的信號(hào)不受裂紋影響，如圖6所示，具有平緩的波紋。而攝像區(qū)域B是裂紋缺陷10的部分，當(dāng)考慮到達(dá)該缺陷10的擴(kuò)散光有來自左側(cè)的擴(kuò)散光24和來自右側(cè)的擴(kuò)散光25，由于進(jìn)行的是虛線狀的照明，通常兩者的擴(kuò)散距離是不同的。而且該擴(kuò)散光的強(qiáng)度是隨著擴(kuò)散距離呈指數(shù)衰減，故來自左側(cè)的擴(kuò)散光24和來自右側(cè)的擴(kuò)散光25存在著強(qiáng)度差。此外對(duì)裂紋缺陷10如圖2和圖3所述，由于在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的龜裂面上產(chǎn)生折射率差，所以對(duì)于在被檢查物體6內(nèi)部的光擴(kuò)散來講，有使一部分透過使一部分反射的效果，因此使來自左側(cè)的擴(kuò)散光24和來自右側(cè)的擴(kuò)散光25保持著強(qiáng)度差，造成被檢查物體6內(nèi)部的光擴(kuò)散在裂紋缺陷10處發(fā)生局部不連續(xù)的情況。其結(jié)果是，擴(kuò)散輻射光的強(qiáng)度發(fā)生變化，在線狀傳感器4的攝像信號(hào)上發(fā)生急劇變化。
因此，如果用圖像處理部8對(duì)圖8b所示的信號(hào)進(jìn)行例如微分處理等方式的處理，則在平緩波紋的部分基本上無信號(hào)輸出，而只對(duì)裂紋缺陷10部分的信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)。在此設(shè)定閾值26進(jìn)行雙值化，如圖8c所示可以以此進(jìn)行缺陷檢測(cè)。
通常發(fā)生的裂紋缺陷的方向是不一定的，但是不管是什么方向，都可以使用沿副掃描方向的裂紋缺陷9的檢查方法或沿主掃描方向的裂紋缺陷10的檢查方法來進(jìn)行缺陷檢測(cè)。
在這里不使用本發(fā)明用的虛線狀照明光，而使用照明強(qiáng)度均勻的線狀照明光時(shí)，則到達(dá)裂紋缺陷10內(nèi)部的龜裂面的來自左側(cè)的擴(kuò)散光24和來自右側(cè)的擴(kuò)散光25強(qiáng)度相等。這時(shí)，對(duì)于在被檢查物體6內(nèi)部的光擴(kuò)散來講，裂紋缺陷即使起到使一部分透過使一部分反射的作用，左邊和右邊來的擴(kuò)散光也還是相等，所以即使存在裂紋缺陷，在被檢查物體內(nèi)部光的擴(kuò)散也沒有局部不連續(xù)。因此，對(duì)于朝著主檢查方向的裂紋缺陷10，由于攝像信號(hào)沒有發(fā)生明顯的變化，使該缺陷難以檢測(cè)。
而且，為了檢測(cè)上述擴(kuò)散輻射光15的信號(hào)變化，不需要特別高靈敏度的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，用市售的CCD攝像手段和圖像顯示裝置就能夠在監(jiān)控器畫面上以清晰的對(duì)比度顯示裂紋缺陷的存在位置。還有，在本實(shí)施例1中作為攝像手段將CCD元件排列成線狀作為線狀傳感器4使用，但是也可以使用CCD以外的元件作為該攝像元件。
實(shí)施例2圖9表示本發(fā)明實(shí)施例2的使用光的缺陷檢查裝置的結(jié)構(gòu)圖。與實(shí)施例1中圖1的結(jié)構(gòu)相同部分示于相同的符號(hào)并且省略其說明。
在實(shí)施例2的使用光的缺陷檢查裝置中，將實(shí)施例1的照明手段替換為一邊使強(qiáng)度變化一邊對(duì)被檢查物體6進(jìn)行一維掃描照明的照明手段。
該實(shí)施例2的照明手段由激光光源控制部27、激光光源28、準(zhǔn)直透鏡29、多角棱鏡30、反射鏡31和成象透鏡32構(gòu)成。
借助于上述結(jié)構(gòu)，來自激光光源28的激光在準(zhǔn)直透鏡29的作用下變成平行光，在多角棱鏡30、反射鏡31和成象透鏡32的作用下在被檢查物體6上成象為光點(diǎn)S。然後使多角棱鏡30旋轉(zhuǎn)以在副掃描方向上用成象光點(diǎn)S進(jìn)行掃描。在副掃描期間由激光光源控制部27改變激光光強(qiáng)，同時(shí)在線狀傳感器4的測(cè)光期間內(nèi)對(duì)成象光點(diǎn)S進(jìn)行一次以上的掃描，以此對(duì)線狀傳感器4的攝像形成虛線狀的照明區(qū)域12。
該照明光線透入被檢查物體6的內(nèi)部，再度從被檢查物體表面6射出的輻射光15包含被檢查物體6內(nèi)部的信息。從該照明區(qū)域12擴(kuò)散到被檢查物體6內(nèi)部再從攝像區(qū)域11輻射出的擴(kuò)散輻射光15通過攝像手段的物鏡在線狀傳感器4上成象。
接著用試樣臺(tái)5使被檢查物體6一邊移動(dòng)一邊對(duì)經(jīng)過前處理部7向圖像處理部8輸入的圖像信號(hào)進(jìn)行圖像處理，以此可以與實(shí)施例1一樣對(duì)被檢查物體6上的副掃描方向的裂紋缺陷9和主掃描方向的裂紋缺陷10為代表的所有方向上的裂紋缺陷進(jìn)行檢查。
此外本實(shí)施例2也和實(shí)施例1相同，為了檢查出包含被檢查物體6內(nèi)部信息的、從被檢查物體6表面輻射出的擴(kuò)散輻射光15，最簡(jiǎn)單的手段是把被檢查物體6上的作為照明手段的虛線狀照明區(qū)域12與作為攝像手段拍攝的線狀的攝像區(qū)域11平行配置，而且兩個(gè)區(qū)域的設(shè)置分開一段距離，使擴(kuò)散輻射光15的攝像區(qū)域11與照明區(qū)域12不重疊。以這樣的配置，在線狀傳感器4中可以防止來自照明區(qū)域12的高強(qiáng)度的反射光混入，只檢測(cè)強(qiáng)度低的擴(kuò)散輻射光15。
還有，在本實(shí)施例2中，作為改變激光強(qiáng)度的手段采用了對(duì)激光光源進(jìn)行控制，但也可以使用別的改變強(qiáng)度的手段。
實(shí)施例3圖10表示本發(fā)明實(shí)施例3的使用光的缺陷檢查裝置的結(jié)構(gòu)圖。與實(shí)施例1中圖1的結(jié)構(gòu)相同部分標(biāo)以相同的符號(hào)并且省略其說明。
在實(shí)施例3的使用光的缺陷檢查裝置中，將實(shí)施例1的照明手段替換為投射虛線狀的狹縫像對(duì)被檢查物體6進(jìn)行照明的照明手段。
實(shí)施例3的照明手段由白色光源33、聚光透鏡34、具有虛線狀開口的狹縫35和投影透鏡36構(gòu)成。
借助于上述結(jié)構(gòu)，來自白色光源33的光通過聚光透鏡34對(duì)具有虛線狀開口的狹縫35進(jìn)行照明，這個(gè)狹縫像通過投影透鏡36投影到被檢查物體6上，該照明光13以強(qiáng)度變化的形式虛線狀地照明被檢查物體6。該照明光13透入被檢查物體6內(nèi)部，再度從被檢查物6表面射出的輻射光15包含被檢查物體6內(nèi)部的信息。從該照明區(qū)域12擴(kuò)散到被檢查物體6內(nèi)部再從攝像區(qū)域11輻射出的擴(kuò)散輻射光15通過物鏡3在線狀傳感器4上成象。
接著用試樣臺(tái)5使被檢查物體6一邊依序移動(dòng)一邊對(duì)經(jīng)過前處理部7向圖像處理部8輸入的圖像信號(hào)進(jìn)行圖像處理，以此可以與實(shí)施例1一樣對(duì)被檢查物體6上的副掃描方向的裂紋缺陷9和主掃描方向的裂紋缺陷10為代表的所有方向上的裂紋缺陷進(jìn)行檢查。
在本實(shí)施例3也和實(shí)施例1相同，為了檢查出包含被檢查物體6內(nèi)部信息的、從被檢查物體6表面輻射出的擴(kuò)散輻射光15，其最簡(jiǎn)單的手段是，把被檢查物體6上作為照明手段的點(diǎn)虛線狀的照明區(qū)域12與作為攝像手段拍攝的線狀的攝像區(qū)域11平行配置，同時(shí)兩個(gè)區(qū)域分開一段距離設(shè)置使擴(kuò)散輻射光15的攝像區(qū)域11與照明區(qū)域12不重疊。以這樣的配置，在線狀傳感器4中可以防止來自照明區(qū)域12的高強(qiáng)度的反射光混入，只檢測(cè)強(qiáng)度低的擴(kuò)散輻射光15。
實(shí)施例4圖11表示本發(fā)明實(shí)施例4的使用光的缺陷檢查裝置的結(jié)構(gòu)圖。與實(shí)施例1中的圖1的結(jié)構(gòu)相同部分標(biāo)以相同的符號(hào)并且省略其說明。
在實(shí)施例4的使用光的缺陷檢查裝置中，將實(shí)施例1的照明手段替換為通過反射鏡對(duì)被檢查物體6進(jìn)行虛線狀照明的照明手段，將實(shí)施例1的攝像手段替換為通過用上述反射鏡來檢測(cè)與所述照明手段在被檢查物體6上的照明區(qū)域相平行的位置上的線狀區(qū)域輻射出的輻射光的攝像手段。又將實(shí)施例1的驅(qū)動(dòng)手段替換為使上述反射鏡按規(guī)定角度、往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)手段。
實(shí)施例4的照明手段由列狀光源1、投影透鏡2和反射鏡43構(gòu)成。
而實(shí)施例4的攝像手段由反射鏡43、物鏡3、和線狀傳感器4構(gòu)成。
而實(shí)施例4的驅(qū)動(dòng)手段由使反射鏡43以規(guī)定的角度往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)的反射鏡旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部44構(gòu)成。
還有，前處理部7通過線狀傳感器4的信號(hào)和反射鏡旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部44的反射鏡旋轉(zhuǎn)信號(hào)形成圖像。
借助于上述結(jié)構(gòu)，來自列狀光源1的像通過投影透鏡2和反射鏡43投影在被檢查物體6上，在表面位置上進(jìn)行強(qiáng)度不同的虛線狀照明。該照明光13透入被檢查物體6內(nèi)部，包含被檢查物體6內(nèi)部信息的擴(kuò)散輻射光15再度從被檢查物體6表面射出。從該照明區(qū)域12擴(kuò)散到被檢查物體6內(nèi)部再從攝像區(qū)域11輻射出的擴(kuò)散輻射光15通過反射鏡43、由物鏡3在線狀傳感器4上成象。
接著用反射鏡旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部使反射鏡43旋轉(zhuǎn)、使被檢查物體6上的照明區(qū)域12和攝像區(qū)域11一邊依序在主掃描方向上移動(dòng)一邊對(duì)經(jīng)過前處理部7向圖像處理部8輸入的圖像信號(hào)進(jìn)行圖像處理，以此可以與實(shí)施例1一樣對(duì)被檢查物體6上的副掃描方向的裂紋缺陷9和主掃描方向的裂紋缺陷10為代表的所有方向上的裂紋缺陷進(jìn)行檢查。
在本實(shí)施例4也和實(shí)施例1相同，為了檢查出包含被檢查物體6內(nèi)部信息的、從被檢查物體6表面輻射出的擴(kuò)散輻射光15，其最簡(jiǎn)單的手段是，把被檢查物體6上作為照明手段虛線狀的照明區(qū)域12與作為攝像手段拍攝的線狀的攝像區(qū)域11平行配置，在兩個(gè)區(qū)域設(shè)置分離間隔使擴(kuò)散輻射光15的攝像區(qū)域11與照明區(qū)域12不重疊。以這樣的配置，在線狀傳感器4中可以防止來自照明區(qū)域12的高強(qiáng)度的反射光混入，只檢測(cè)強(qiáng)度低的擴(kuò)散輻射光15。
又，在本實(shí)施例4，不需用圖1的實(shí)施例1那種用于攝像動(dòng)作的試樣臺(tái)5，使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。這樣的借助于旋轉(zhuǎn)的反射鏡43向時(shí)掃描照明區(qū)域12和攝像區(qū)域11的方法與圖9的實(shí)施例2和圖10的實(shí)施例3組合的話，也可以不要試樣臺(tái)5。
實(shí)施例5圖12表示本發(fā)明實(shí)施例5的使用光的缺陷檢查裝置的結(jié)構(gòu)圖。與實(shí)施例1中的圖1結(jié)構(gòu)相同的部分標(biāo)以相同的符號(hào)并且省略其說明。
在實(shí)施例5的使用光的缺陷檢查裝置中，將實(shí)施例1的照明手段替換為在被檢查物體6表面上不重疊地照射在表面位置強(qiáng)度不同的多種波長(zhǎng)的光的照明手段，將實(shí)施例1的攝像手段替換為對(duì)與所述照明手段在被檢查物體上的照明區(qū)域相平行的位置上的線狀區(qū)域輻射出的光按各自的波長(zhǎng)分離后進(jìn)行檢測(cè)的波長(zhǎng)分解式的彩色分離攝像手段。
實(shí)施例5的照明手段由白色光源33、聚光透鏡34、具有線狀開口的狹縫37、只使波段a通過的區(qū)域與只使波段b通過的區(qū)域交互配置的帶通濾波器38以及投影透鏡36構(gòu)成。
而實(shí)施例5的彩色分離攝像手段由物鏡3、使波段a的光線通過而使波段b的光線反射的分色鏡40、以及拍攝各波段的光線的兩個(gè)線狀傳感器4構(gòu)成。
還有，作為圖象處理手段的前處理部7用兩個(gè)線狀傳感器4將各自的信號(hào)和搭載被檢查物體6的試樣臺(tái)5的移動(dòng)信號(hào)分別形成圖像，該圖像信號(hào)被輸出到按波段分別設(shè)置的兩個(gè)圖象處理部8。
借助于上述結(jié)構(gòu)，來自白色光源33的光線通過聚光透鏡34對(duì)具有線狀開口的狹縫37進(jìn)行照明，該狹縫的像由投影透鏡36投射在被檢查物體6上。這時(shí)，用只使波段a通過的區(qū)域與只使波段b通過的區(qū)域交互配置的帶通濾波器38形成以波段a的照明區(qū)域和波段b的照明區(qū)域交互配置的線狀照明光39照射被檢查物體6。
該波段a和波段b各自的照明光39透入被檢查物體6內(nèi)部，再度從被檢查物體6表面射出的輻射光43包含被檢查物體6內(nèi)部的信息。從照明區(qū)域12擴(kuò)散到被檢查物體6內(nèi)部，從攝像區(qū)域11輻射出的波段a和波段b的各擴(kuò)散輻射光43射入到攝像手段的物鏡3。接著，分色鏡40使波段a的光線透過，而使波段b的光線反射。在它們各自的成像位置上配置線狀傳感器4進(jìn)行攝像。
接著用試樣臺(tái)5依序一邊使被檢查物體6移動(dòng)一邊對(duì)經(jīng)過用兩個(gè)線狀傳感器4的信號(hào)和試樣臺(tái)5的信號(hào)形成圖像的前處理部按波段向兩個(gè)圖象處理部8輸入的圖像信號(hào)進(jìn)行圖象處理，以此可以對(duì)被檢查物體6上的副掃描方向的裂紋缺陷9和主掃描方向的裂紋缺陷10為代表的所有方向上的裂紋缺陷進(jìn)行檢查。
在本實(shí)施例5也和實(shí)施例1相同，為了檢查出包含被檢查物體6內(nèi)部信息的、從被檢查物體6表面輻射出的擴(kuò)散輻射光43，其最簡(jiǎn)單的手段是，把被檢查物體6上作為照明手段的波段a的照明區(qū)域與波段b的照明區(qū)域交互配置的線狀照明區(qū)域12與作為攝像手段拍攝的線狀的攝像區(qū)域11平行配置，在兩個(gè)區(qū)域設(shè)置分離間隔使拍攝擴(kuò)散輻射光43的攝像區(qū)域11與照明區(qū)域12不重疊。以這樣的配置，用線狀傳感器4可以防止來自照明區(qū)域12的高強(qiáng)度的反射光混入，只檢測(cè)強(qiáng)度低的擴(kuò)散輻射光43。
下面舉出方位相互垂直的副掃描方向上的缺陷9和主掃描方向上的缺陷10的例子作為具有各種方位的裂紋缺陷的代表，以此為例說明各情況下的檢測(cè)動(dòng)作。
首先對(duì)裂紋缺陷沿著副掃描方向的情況下的裂紋缺陷9的檢查方法進(jìn)行說明。圖12的被檢查物體6的右側(cè)存在沿著該副掃描方向的裂紋缺陷9。圖13所示為當(dāng)試樣臺(tái)5依序向左側(cè)移動(dòng)時(shí)對(duì)該被檢查物體6進(jìn)行攝像情況的例子。
采用上述方法，圖13a所示的被檢查物體6由兩個(gè)線狀傳感器4從左側(cè)向右進(jìn)行攝像。在各線狀傳感器4從左側(cè)向右對(duì)被檢查物體6進(jìn)行攝像時(shí)，當(dāng)被檢查物體6的一部分的、沿著副掃描方向的裂紋缺陷9通過攝像區(qū)域11前後各線狀傳感器4上任一像素的攝像信號(hào)變化情況，對(duì)于波段a示于圖13b，波段b示于圖13d。兩者幾乎相等，顯示出與圖5所示的裂紋檢測(cè)信號(hào)有相同的信號(hào)變化。對(duì)于各攝像信號(hào)用各圖象處理部8進(jìn)行例如微分等處理，再設(shè)定閾值17使其雙值化，就能進(jìn)行如圖13c與13e所示的缺陷檢查。
下面對(duì)沿著主掃描方向的裂紋缺陷10的檢查方法進(jìn)行說明。圖12的被檢查物體6的右側(cè)存在著沿著主掃描方向的裂紋缺陷10。下面以一邊用照明手段對(duì)被檢查物體6進(jìn)行虛線狀照明，一邊使試樣臺(tái)5依序向左移動(dòng)進(jìn)行攝影的情況為例用圖14進(jìn)行說明。
采用上述方法，用波段a的虛線狀照明光41和波段b的虛線狀照明光42(以虛線表示)照明，一邊使試樣臺(tái)5在垂直于紙面的方向移動(dòng)一邊用兩個(gè)線狀傳感器4按波段分別進(jìn)行攝像。在該攝像動(dòng)作中，在被檢查物體6的一部分的、沿著主掃描方向的裂紋缺陷10通過攝像區(qū)域11時(shí)各線狀傳感器4的攝像信號(hào)，對(duì)于波段a示于圖14b，波段b示于圖14d。
在這里首先考慮波段a的攝像，把圖中的被檢查物體6上的攝像區(qū)域分成A、B二區(qū)。攝像區(qū)域A是不受裂紋缺陷10影響的區(qū)域，因此各線狀傳感器4的信號(hào)不受裂紋缺陷10的影響，如圖8所述具有平緩的波紋。而攝像區(qū)域B是裂紋缺陷10的部分，當(dāng)考慮到達(dá)該裂紋缺陷10的擴(kuò)散光有來自左側(cè)的擴(kuò)散光24和來自右側(cè)的擴(kuò)散光25，由于進(jìn)行虛線狀的照明，通常二者的擴(kuò)散距離是不同的。該擴(kuò)散光的強(qiáng)度隨著擴(kuò)散距離的增加而指數(shù)減少，因此來自左側(cè)的擴(kuò)散光24和來自右側(cè)的擴(kuò)散光25存在強(qiáng)度差。裂紋缺陷10由于作為內(nèi)部結(jié)構(gòu)的龜裂面而產(chǎn)生折射率差，所以對(duì)被檢查物體6內(nèi)部的光擴(kuò)散存在著有部分透射有部分反射的作用，因此，使來自左側(cè)的擴(kuò)散光24和來自右側(cè)的擴(kuò)散光25仍存在強(qiáng)度差，在裂紋缺陷10處，產(chǎn)生被檢查物體內(nèi)部的光擴(kuò)散有局部不連續(xù)。其結(jié)果是擴(kuò)散輻射光43的強(qiáng)度發(fā)生變化，拍攝波段a的線狀傳感器4的攝像信號(hào)如圖14b所示在裂紋部分處急劇減少。
下面考慮波段b的攝像情況，由于與波段a的照明有不同的照明區(qū)域，同樣當(dāng)考慮到達(dá)裂紋缺陷10的擴(kuò)散光有來自左側(cè)的擴(kuò)散光24和來自右側(cè)的擴(kuò)散光25，則兩者的強(qiáng)度差與波段a的情況相反。其結(jié)果是，拍攝波段b的線狀傳感器4的攝像信號(hào)如圖14d所示，在裂紋部分處急劇增加。
接著，如果分別用圖象處理部8對(duì)圖14b和圖14d所示的信號(hào)進(jìn)行例如微分等處理，則在波紋平緩的部分幾乎不存在信號(hào)，只有裂紋缺陷10的部分信號(hào)得到強(qiáng)調(diào)，波段a的信號(hào)如圖14c所示，而波段b的信號(hào)如圖14e所示。
取兩個(gè)信號(hào)的差則得到圖14f所示的信號(hào)，可以使裂紋缺陷10的檢測(cè)靈敏度得到提高。這里通過設(shè)定閾值26并進(jìn)行雙值化，就可以檢測(cè)裂紋缺陷10。
在本實(shí)施例5中使用了兩個(gè)波段的照明光，但是也可以使用兩個(gè)以上的波段照明。又，在本實(shí)施例5使用白色光源33、狹縫37和帶通濾波器38形成具有多個(gè)波段的照明光，除了這種方法以外，也可以使用如激光、LED這種方式預(yù)先用波段不同的多種光源構(gòu)成照明手段。又可以使用多種波段的點(diǎn)狀照明光構(gòu)成如圖9的實(shí)施例4中所說明的掃描式照明手段如上所述，采用實(shí)施例1～實(shí)施例5，從限定的照明區(qū)域12向攝像區(qū)域11進(jìn)行光擴(kuò)散、從被檢查物體6表面輻射出的擴(kuò)散輻射光15或43由于受攝像區(qū)域11或其周邊的裂紋缺陷的影響，強(qiáng)度發(fā)生變化，對(duì)此加以利用、并突出對(duì)裂紋缺陷進(jìn)行檢測(cè)，因此即使是與攝像手段的像素分辨率相比裂紋開口寬度微小的缺陷也能夠檢測(cè)出，其結(jié)果是，能夠提供不管有無光擴(kuò)散性都能夠高精度、廉價(jià)、高速度地檢查表面裂紋缺陷和內(nèi)部裂紋缺陷的缺陷檢查裝置。
實(shí)施例6圖15表示本發(fā)明實(shí)施例6的使用光的缺陷檢查裝置的結(jié)構(gòu)圖。與實(shí)施例1中的圖1部分相同部分標(biāo)以相同的符號(hào)并且省略其說明。
在實(shí)施例6的使用光的缺陷檢查裝置中，將實(shí)施例1的照明手段替換為一邊使強(qiáng)度變化一邊對(duì)被檢查物體6進(jìn)行掃描加熱的加熱手段，將實(shí)施例1的攝像手段替換為對(duì)與所述加熱手段在被檢查物體6上的加熱區(qū)域相平行的位置上的線狀區(qū)域輻射出的紅外線進(jìn)行檢測(cè)的攝像手段。
還有，作為圖象處理手段從上述攝像手段檢測(cè)出的攝像信號(hào)中檢測(cè)出被檢查物體6的熱傳導(dǎo)不均勻部分。
實(shí)施例6的加熱手段由激光光源控制部27、激光光源28、準(zhǔn)直透鏡29、多角棱鏡30、反射鏡31和成象透鏡32構(gòu)成。
而實(shí)施例6的攝像手段由物鏡3、和檢測(cè)紅外線的線狀傳感器45構(gòu)成。
借助于上述結(jié)構(gòu)，來自激光光源28的激光通過準(zhǔn)直透鏡29變成平行光，由多角棱鏡30、反射鏡31和成象透鏡32的作用在被檢查物體6上成像為光點(diǎn)S。然後使多角棱鏡30旋轉(zhuǎn)，以使上述成像的光點(diǎn)在副掃描方向上掃描。在進(jìn)行該副掃描方向上的掃描時(shí)，激光光源控制部27改變激光的強(qiáng)度，在紅外線檢測(cè)用的線狀傳感器45的受光時(shí)間內(nèi)，使成像光點(diǎn)進(jìn)行一次以上的掃描，使激光成虛線狀地照射在被檢查物體6上，被檢查物體6的照射激光的區(qū)域由于吸收光線而發(fā)熱，因而形成虛線狀的加熱區(qū)域46。
該熱量在被檢查物體6內(nèi)部熱傳導(dǎo)，熱量以紅外線形式從被檢查物體6的熱量傳導(dǎo)過的區(qū)域表面輻射出來，該紅外線輻射光包含被檢查物體6的內(nèi)部信息。這里稱該輻射光為紅外擴(kuò)散輻射光。從該加熱區(qū)域46熱傳導(dǎo)到被檢查物體6內(nèi)部，再從攝像區(qū)域11輻射出的紅外擴(kuò)散輻射光48，然后通過攝像手段的物鏡3在紅外線檢測(cè)用的線狀傳感器45上成像。
接著，用試樣臺(tái)5使被檢查物體6依序一邊移動(dòng)一邊通過根據(jù)線狀傳感器45的信號(hào)與試樣臺(tái)5的信號(hào)通過形成圖像的前處理部7向圖象處理部輸入，對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行圖象處理，以此檢查出被檢查物體6中的裂紋缺陷。
在實(shí)施例6中，為了檢測(cè)從被檢查物體6表面射出的包含被檢查物體6的內(nèi)部信息的紅外擴(kuò)散輻射光48，作為最簡(jiǎn)單的手段，將被檢查物體6上的作為加熱手段進(jìn)行虛線狀加熱的加熱區(qū)域46與作為攝像手段進(jìn)行攝像的線狀攝像區(qū)域11兩個(gè)區(qū)域平行配置，中間隔開一段距離，使拍攝紅外擴(kuò)散輻射光48的區(qū)域11與加熱區(qū)域46不重迭。以這樣的配置可以防止在檢測(cè)紅外線用的線性傳感器45中混入從加熱區(qū)域46來的高強(qiáng)度紅外光，而只檢測(cè)強(qiáng)度低的紅外擴(kuò)散輻射光48。
在被檢查物體6的內(nèi)部，如果存在熱傳導(dǎo)局部性不均勻，則在該不均勻處存在的附近表面輻射的紅外光的強(qiáng)度與其他表面處的紅外輻射光相比有所不同。該不同的原因說明如下。
圖16a是從被檢查物體6的加熱區(qū)域46向被檢查物體6的內(nèi)部傳熱，在被檢查物體6內(nèi)部進(jìn)行熱擴(kuò)散，該擴(kuò)散的熱47的一部分從攝像區(qū)域11輻射出紅外擴(kuò)散輻射光48的模式圖。這里，設(shè)加熱前的被檢查物體6的表面溫度為t0，設(shè)加熱區(qū)域46的溫度為t1，則加熱時(shí)被檢查物體6的表面溫度分布如圖16b所示，攝像區(qū)域11的溫度設(shè)為t。
圖17表示被檢查物體6上存在裂紋缺陷9的剖面模式圖。擴(kuò)散的熱47的一部分到達(dá)被檢查物體6的攝像區(qū)域11，輻射出紅外擴(kuò)散輻射光48。又，裂紋缺陷9的剖面形狀如圖17所示，在被檢查物體6的內(nèi)部存在一個(gè)龜裂面，在該龜裂面的間隙，存在著與一般的金屬、塑料等構(gòu)成的被檢查物體6的傳導(dǎo)率λ相比其熱傳導(dǎo)率要小得多的空氣層16。因此，在龜裂的界面上產(chǎn)生熱導(dǎo)率的差異，造成被檢查物體6的內(nèi)部擴(kuò)散的熱47不均勻。
如圖17a所示，在加熱區(qū)域46與攝像區(qū)域11之間存在裂紋缺陷9的情況下，從加熱區(qū)域46向被檢查物體6的內(nèi)部熱擴(kuò)散到達(dá)攝像區(qū)域11的擴(kuò)散熱47的一部分是經(jīng)過裂紋缺陷9傳導(dǎo)到達(dá)攝像區(qū)域11的。而經(jīng)過裂紋缺陷9傳導(dǎo)的熱擴(kuò)散受到空氣層16的隔熱作用，因而到達(dá)攝影區(qū)域11的熱量減少。這里以t0表示加熱前的被檢查物體6的表面溫度，而以t1表示加熱區(qū)域46的溫度，則加熱時(shí)被檢查物體6的表面溫度分布為圖17b所示，攝像區(qū)域11的溫度與沒有裂紋缺陷9的情況下的溫度t相比要低，其溫度以t’表示。其結(jié)果是，從攝像區(qū)域11輻射出的紅外擴(kuò)散輻射光48的強(qiáng)度與沒有裂紋缺陷9的情況相比要低。
另一方面，如圖18a所示在攝像區(qū)域11的外面存在裂紋缺陷9，在加熱區(qū)域46與攝像區(qū)域11之間不存在裂紋缺陷的情況下，此時(shí)首先與不存在裂紋的情況相同，擴(kuò)散的熱47的一部分到達(dá)攝像區(qū)域11。再加上，擴(kuò)散熱47的一部分由于裂紋缺陷9的隔熱作用，使熱擴(kuò)散受到抑制，反過來又造成抑制的擴(kuò)散熱的一部分達(dá)到攝像區(qū)域11。這里以t0表示加熱前的被檢查物體6的表面溫度，以t1表示加熱區(qū)域46的溫度，則加熱時(shí)的被檢查物體6的表面溫度分布為圖18b所示，攝像區(qū)域的溫度與不存在裂紋缺陷的情況下的溫度t相比上升為t”。其結(jié)果是，從攝像區(qū)域11輻射出的紅外擴(kuò)散輻射光48的強(qiáng)度與不存在裂紋缺陷9的情況相比有所增加。
這樣，裂紋缺陷由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的龜裂面上存在著空氣層16，造成了熱傳導(dǎo)率差，從而對(duì)熱擴(kuò)散起著部分隔熱作用。
根據(jù)這一點(diǎn)，下面首先對(duì)沿著副掃描方向的裂紋缺陷9的檢查方法加以說明。在圖15的被檢查物體6右側(cè)存在著沿該副掃描方向的裂紋缺陷9。下面以使試樣臺(tái)5依序向左側(cè)移動(dòng)、對(duì)該被檢查物體6進(jìn)行攝像的情況為例用圖19加以說明。
采用上述方法，圖19a所示的被檢查物體6用紅外線檢測(cè)用的線狀傳感器45從左側(cè)起向右方向攝像。在這時(shí)用線狀傳感器進(jìn)行的從左側(cè)起向右方向?qū)Ρ粰z查物體6的攝像中，在被檢查物體6的一部分即沿著副掃描方向的裂紋缺陷9通過攝像區(qū)域11前后，線狀傳感器45上的任一像素中攝像信號(hào)的變化示于圖19b。這里把圖中的被檢查物體6上的攝像區(qū)域分為A、B、C三個(gè)區(qū)域。攝像區(qū)域A是不受裂紋缺陷9影響的區(qū)域，因此，線狀傳感器45的信號(hào)是不受裂紋缺陷9影響的基準(zhǔn)電平。其次是在攝影區(qū)域B，拍攝的紅外擴(kuò)散輻射光48如上述圖18所示，紅外擴(kuò)散輻射光48的強(qiáng)度增加，造成線狀傳感器45的信號(hào)也相應(yīng)增加。而在攝像區(qū)域C，拍攝的紅外擴(kuò)散輻射光48如前述圖17所示，由于裂紋缺陷9的空氣層16的隔熱而強(qiáng)度低下，與此相應(yīng)線狀傳感器45的信號(hào)也低下。
這樣的信號(hào)特性取決于被檢查物體6內(nèi)部的裂紋缺陷9的空氣層16的厚度、尺寸及方向，正如圖19所示的攝像區(qū)域B、C那樣，只要在攝像區(qū)域旁邊存在裂紋缺陷9，則即使在攝像區(qū)域11內(nèi)不存在裂紋缺陷9，由于也有信號(hào)的變化，相當(dāng)于是對(duì)裂紋缺陷進(jìn)行擴(kuò)大強(qiáng)調(diào)后進(jìn)行檢測(cè)。這里若以線狀傳感器45的一個(gè)像素的尺寸除以攝像手段的攝像倍率的商為像素分辨率，則即使采用像素分辨率比應(yīng)該檢測(cè)出的裂紋缺陷9的尺寸大的低攝像倍率的攝像手段，也能夠檢測(cè)出比像素分辨率小的裂紋缺陷9，因此能夠以低攝像倍率匯總檢查較大的檢查區(qū)域。又，在該圖19中用裂紋缺陷9是表面有開口的情況作了說明，但是對(duì)在表面沒有開口的內(nèi)部裂紋也會(huì)引起同樣的信號(hào)變化。這里由于裂紋缺陷9通過攝像區(qū)域11時(shí)顯示出最陡峻的信號(hào)變化，因此用圖像處理部8對(duì)圖19(b)的信號(hào)進(jìn)行例如微分等處理，通過設(shè)定閾值26并進(jìn)行雙值化，就可以檢測(cè)出如圖19(c)所示的裂紋缺陷9。
下面在設(shè)置虛線狀加熱區(qū)域46的情況下對(duì)檢測(cè)紅外光用的線狀傳感器45的攝像信號(hào)進(jìn)行說明。先把該線狀傳感器45上任意一個(gè)攝像點(diǎn)作為參照點(diǎn)，則各加熱區(qū)域46與該攝像點(diǎn)的距離通常是不同的，因此，從各加熱區(qū)域46傳到該攝像點(diǎn)的熱量不同。因此，線狀傳感器45的檢測(cè)信號(hào)是具有平緩波紋的波形。下面據(jù)此說明沿著主掃描方向的裂紋缺陷10的檢測(cè)方法。在圖15的被檢查物體6的右側(cè)有沿著主掃描方向的裂紋缺陷10。下面以用加熱手段對(duì)該被檢查物體6進(jìn)行虛線狀加熱，一邊加熱一邊依序向左移動(dòng)試樣臺(tái)5對(duì)該被檢查物體6進(jìn)行攝像的情況為例用圖20進(jìn)行說明。
采用上述方法，在圖20a所示的被檢查物體6上設(shè)置虛線狀的加熱區(qū)域46，一邊使試樣臺(tái)在垂直于紙面的方向上移動(dòng)一邊用紅外線檢測(cè)用的線狀傳感器45進(jìn)行攝像。在這時(shí)進(jìn)行的攝像動(dòng)作中，在被檢查物體6的一部分即沿著主掃描方向的裂紋缺陷10通過攝像區(qū)域11時(shí)，線狀傳感器45的攝像信號(hào)示于圖20b。這里把圖中被檢查物體6上的攝像區(qū)域分成A、B二個(gè)區(qū)域。攝像區(qū)域A是不受裂紋缺陷10影響的區(qū)域，因此，線狀傳感器45的信號(hào)不受裂紋缺陷10的影響，具有平緩的波紋。而攝像區(qū)域B是裂紋缺陷10的部分，考慮到達(dá)該缺陷10的擴(kuò)散熱有從左側(cè)擴(kuò)散來的熱49和從右側(cè)擴(kuò)散來的熱50，由于設(shè)定的是虛線狀的加熱區(qū)域，故左、右側(cè)兩者通常有不同的擴(kuò)散距離。同時(shí)該熱擴(kuò)散的熱量隨著擴(kuò)散距離的增加而減少，故從左側(cè)擴(kuò)散來的熱量49與從右側(cè)擴(kuò)散來的熱量50存在熱量差。裂紋缺陷10由于其內(nèi)部的空氣層結(jié)構(gòu)16而產(chǎn)生熱傳導(dǎo)率差，因此，對(duì)被檢查物體6內(nèi)部的熱擴(kuò)散起著絕熱作用，所以從左側(cè)擴(kuò)散來的熱49和從右側(cè)來的擴(kuò)散熱50可依然保持熱量差，由于裂紋缺陷10的關(guān)系，被檢查物體6的內(nèi)部溫度分布局部存在不連續(xù)。其結(jié)果是，紅外擴(kuò)散輻射光48的強(qiáng)度發(fā)生變化，紅外光檢測(cè)用的線性傳感器45的攝像信號(hào)急劇變化。
從而，如果用圖像處理部8對(duì)圖20b所示的信號(hào)進(jìn)行例如微分等處理，則對(duì)平緩波紋的部分幾乎不產(chǎn)生信號(hào)，只突出裂紋缺陷10部分的信號(hào)。同樣通過設(shè)定閥值26并實(shí)行雙值化，從而能夠如圖20c所示檢測(cè)裂紋缺陷10。
通常發(fā)生的裂紋缺陷的方向是不確定的，但是任何方向的裂紋缺陷都能夠用副掃描方向的裂紋缺陷9的檢查方法或主掃描方向的裂紋缺陷10的檢查方法進(jìn)行檢測(cè)。
在這里，不采用本發(fā)明使用的虛線狀的加熱區(qū)域46，而是使用均勻的線狀加熱區(qū)域，在此情況下，到達(dá)裂紋缺陷10內(nèi)部的空氣層16的來自左側(cè)的擴(kuò)散熱49與來自右側(cè)的擴(kuò)散熱50相等。從而，即使裂紋缺陷10對(duì)被檢查物體6內(nèi)部的熱擴(kuò)散起著絕熱作用，由于來自左右兩邊的熱擴(kuò)散相等，即使存在裂紋缺陷10，被檢查物體6內(nèi)部的熱擴(kuò)散也不產(chǎn)生局部的不連續(xù)。因而，對(duì)于沿著主掃描方向的裂紋缺陷10，由于攝像信號(hào)沒有發(fā)生清晰的變化，對(duì)該裂紋缺陷的檢測(cè)是困難的。
還有，在本實(shí)施例6中，不是像已往的紅外線溫度記錄法所進(jìn)行的那樣對(duì)整個(gè)被檢查物體6進(jìn)行加熱，而只對(duì)攝像區(qū)域近旁依序進(jìn)行加熱，故能及早地檢測(cè)出局部熱傳導(dǎo)不均勻的地方，因此，即使對(duì)熱傳導(dǎo)性能好的被檢查物體用已往的方法很難檢測(cè)出缺陷，用本法也能夠進(jìn)行高靈敏度的缺陷檢測(cè)。
采用該實(shí)施例6，從限定的加熱區(qū)域46向攝像區(qū)域11熱擴(kuò)散，從被檢查物體6表面發(fā)射的紅外擴(kuò)散輻射光48，由于攝像區(qū)域11及其周邊存在的裂紋缺陷而發(fā)生強(qiáng)度變化，利用這一變化突出裂紋缺陷進(jìn)行檢測(cè)，故即使與攝像手段的像素分解能力相比裂紋開口寬度微小的裂紋缺陷也能測(cè)出，其結(jié)果是，可以提供不管有否光擴(kuò)散性能都能夠高精度、廉價(jià)、快速地檢查被檢查物體中發(fā)生的表面裂紋缺陷和內(nèi)部裂紋等缺陷的缺陷檢查裝置。
上面根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說明。以上各實(shí)施例使用于陶瓷基板的裂紋缺陷檢測(cè)，但是從本發(fā)明的原理可知，對(duì)滲透到被檢查物體6的內(nèi)部，包含其光學(xué)不均勻部分的信息從被檢查物體6表面輻射出的光，或者在被檢查物體6的內(nèi)部傳導(dǎo)熱量，包含其熱傳導(dǎo)不均勻信息從被檢查物體表面輻射出的光進(jìn)行檢測(cè)，通過對(duì)這兩種光色的檢測(cè)，檢測(cè)出被檢查物體的光學(xué)不均勻的部分或熱傳導(dǎo)不均勻的部分，這樣的發(fā)明也可以適用于除裂紋缺陷以外的檢測(cè)。
例如，也可檢測(cè)在內(nèi)部局部存在的反射率高的界面和局部存在的熱傳導(dǎo)低的界面等。
權(quán)利要求
1.一種使用光的缺陷檢查方法，其特征在于，在被檢查物體表面，照射在表面位置上強(qiáng)度不同的光，檢測(cè)該照射光從上述被檢查物體表面透入內(nèi)部后從所述被檢查物體表面輻射出的輻射光，檢測(cè)所述被檢測(cè)的輻射光的強(qiáng)度變化以檢測(cè)出被檢查物體的光學(xué)不均勻部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用光的缺陷檢查方法，其特征在于，照射在被檢查物體表面的光是成虛線狀照射的光，檢測(cè)輻射光的區(qū)域是線狀區(qū)域。
3.一種使用光的缺陷檢查方法，其特征在于，在表面位置上強(qiáng)度不同的多種波段的光不重疊地照射在被檢查物體的表面上，分別檢測(cè)各照射光從上述被檢查物體表面透入內(nèi)部后從所述被檢查物體表面輻射出的輻射光，檢測(cè)所述被檢測(cè)的各輻射光的強(qiáng)度變化以檢測(cè)出被檢查物體的光學(xué)不均勻部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用光的缺陷檢查方法，其特征在于，照射在被檢查物體表面的各種波段不同的光是虛線狀照射的光，檢測(cè)輻射光的區(qū)域是線狀區(qū)域。
5.一種使用光的缺陷檢查方法，其特征在于，在被檢查物體表面，照射在表面位置上強(qiáng)度不同的光，對(duì)該被檢查物體進(jìn)行加熱，檢測(cè)熱量從上述被檢查物體表面向內(nèi)部傳導(dǎo)后從所述被檢查物體表面輻射出的紅外光，檢測(cè)所述被檢測(cè)的紅外光的強(qiáng)度變化，以檢測(cè)出被檢查物體的熱傳導(dǎo)不均勻部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用光的缺陷檢查方法，其特征在于，照射在被檢查物體表面的光是虛線狀照射的光，檢測(cè)紅外光的區(qū)域是線狀區(qū)域。
7.一種使用光的缺陷檢查裝置，其特征在于，具備對(duì)被檢查物體進(jìn)行虛線狀照明的照明手段，檢測(cè)與所述照明手段在被檢查物體的照明區(qū)域處于平行位置的線狀區(qū)域輻射出的輻射光的攝像手段，根據(jù)由所述攝像手段檢測(cè)出的攝像信號(hào)檢測(cè)上述被檢查物體的光學(xué)不均勻部分的圖象處理手段，以及使所述被檢查物體與所述照明手段及攝像手段相對(duì)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)手段。
8.一種使用光的缺陷檢查裝置，其特征在于，具備一邊改變強(qiáng)度一邊進(jìn)行一維掃描地對(duì)被檢查物體進(jìn)行照明的照明手段，檢測(cè)與所述照明手段在被檢查物體的照明區(qū)域處于平行位置的線狀區(qū)域輻射出的輻射光的攝像手段，根據(jù)由所述攝像手段檢測(cè)出的攝像信號(hào)檢測(cè)上述被檢查物體的光學(xué)不均勻部分的圖象處理手段，以及使所述被檢查物體與所述照明手段及攝像手段相對(duì)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)手段。
9.一種使用光的缺陷檢查裝置，其特征在于，具備投影虛線狀狹縫像對(duì)被檢查物體進(jìn)行照明的照明手段，檢測(cè)與所述照明手段在被檢查物體的照明區(qū)域處于平行位置的線狀區(qū)域輻射出的輻射光的攝像手段，根據(jù)由所述攝像手段檢測(cè)出的攝像信號(hào)檢測(cè)上述被檢查物體的光學(xué)不均勻部分的圖象處理手段，以及使所述被檢查物體對(duì)所述照明手段及攝像手段相對(duì)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)手段。
10.一種使用光的缺陷檢查裝置，其特征在于，具備通過反射鏡對(duì)被檢查物體進(jìn)行虛線狀照明的照明手段，通過所述反射鏡檢測(cè)與所述照明手段在被檢查物體上的照明區(qū)域處于平行位置的線狀區(qū)域輻射出的輻射光的攝像手段，根據(jù)由所述攝像手段檢測(cè)出的攝像信號(hào)檢測(cè)上述被檢查物體的光學(xué)不均勻部分的圖象處理手段，以及使所述反射鏡以規(guī)定的角度往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)手段。
11.一種使用光的缺陷檢查裝置，其特征在于，具備在表面位置上把強(qiáng)度不同的多種波段的光不重疊地照射在被檢查物體的表面上的照明手段，把與所述照明手段在被檢查物體上的照明區(qū)域處于平行位置的線狀區(qū)域輻射出的光按各波段進(jìn)行分離后檢測(cè)的彩色分離攝像手段，根據(jù)由這些攝像手段檢測(cè)出的攝像信號(hào)檢測(cè)上述被檢查物體的光學(xué)不均勻部分的圖象處理手段，以及使所述被檢查物體對(duì)所述照明手段及攝像手段相對(duì)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)手段。
12.一種使用光的缺陷檢查裝置，其特征在于，具備一邊改變強(qiáng)度一邊進(jìn)行一維掃描地對(duì)被檢查物體進(jìn)行加熱的加熱手段，檢測(cè)與所述加熱手段在被檢查物體的加熱區(qū)域處于平行位置的線狀區(qū)域輻射出的紅外光的攝像手段，根據(jù)由所述攝像手段檢測(cè)出的攝像信號(hào)檢測(cè)上述被檢查物體的熱傳導(dǎo)不均勻部分的圖象處理手段，以及使所述被檢查物體對(duì)所述照明手段及攝像手段相對(duì)移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)手段。
全文摘要
本發(fā)明是使用光的缺陷檢查方法及其檢查裝置。用由半導(dǎo)體激光一維配置的列狀光源和投影透鏡在被檢查物體上進(jìn)行強(qiáng)度變化的虛線狀照明。用線狀傳感器通過物鏡攝像。接著一邊用試樣臺(tái)使被檢查物體依序移動(dòng)一邊通過用線狀傳感器的信號(hào)和試樣臺(tái)的信號(hào)形成圖像的前處理部向圖象處理部輸入圖像信號(hào)并進(jìn)行圖象處理,以此可以檢測(cè)被檢查物體上的光學(xué)不均勻部分,確認(rèn)有否裂紋缺陷。以此方法可高精度、高速度地檢測(cè)陶瓷基板和金屬燒結(jié)材料等的裂紋缺陷。
文檔編號(hào)G01N21/88GK1182211SQ9711144
公開日1998年5月20日 申請(qǐng)日期1997年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月22日
發(fā)明者高本健治, 西井完治, 伊藤正彌, 福井厚司, 高田和政 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社