专利名称：使用光的缺陷检查方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于检测被检查物体表面和内部的光学不均匀部分或热传导不均匀部分的、使用光的缺陷检查方法及其装置的发明。
首先举陶瓷基板为被检查物体的例子，对其缺陷加以说明。陶瓷有绝缘体陶瓷、压电体陶瓷等多种类型，它广泛使用于以电子产品为代表的各种机械产品中。
在具有光扩散性的陶瓷基板中，由于延伸到内部的裂纹和封闭在内部的气泡所作用，在这些部分光的反射率和透射率发生局部性变化，具有光学上的不均匀性。而且在光扩散性低的陶瓷基板中，由于延伸到内部的裂纹和封闭在内部的气泡的作用，在这些部分的热传导也发生局部性变化，具有不均匀的温度分布，另外，对陶瓷基板，存在于表面和内部的、微小的缺陷和裂纹开口宽度虽然是亚微米级的微裂纹，但是都会成为破坏发生的起点，使龟裂发展产生脆性破坏行为会造成大问题。通常当缺陷是表面和表面附近的裂纹缺陷时特别成问题，实际使用时的界限为长度30～100微米左右。众所周知的上述缺陷的检查方法有例如使用光学显微镜的目视检查方法、浸泡探伤法、超声波探伤法、使用超声波显微镜的检查方法、放射线探伤法和红外线温度记录仪法。
但是上述众所周知的使用光学显微镜等的目视检查方法，除了处理能够检查出来的裂纹等缺陷的尺寸小以外，还存在由于其对比度低而产生的缺陷检查精度不高的问题。
而且由于基板本身的价格非常便宜，因此要求作为在线检查装置的缺陷检查装置不仅成本要低，还要求速度要快，但是使用上述周知的检查精度良好的浸泡探伤法、超声波探伤法、使用超声波显微镜的检查方法或放射线探伤法的装置均不能满足任何一个要求。
又，使用上述周知的红外线温度记录仪法时，如果被检查物体具有导电性，则在通电时测量其发热分布，或加热被检查物体的内侧面，用二维的红外线传感器对在表面侧所出现的温度分布进行图像化的测量。但是在被检查物体热传导性高的情况下，缺陷部分的不均匀的温度分布很快就会消失，因此很难捕捉到温度分布不均匀部分，故该法在缺陷检查灵敏度上有问题。
因此本发明的目的在于解决这些问题，提供能够高速度、高精度检查具有光扩散性的陶瓷基板和与光扩散性有否无关的金属和陶瓷基板等被检查物体的裂纹缺陷等的使用光的缺陷检查方法及其装置。
为了达到这一目的，本发明在的特征是被检查物体表面位置上以强度不同的光线照射，该照射的光线从被检查物体表面向内部渗透后检测从被检查物体表面射出的光线，通过检测射出光线的强度变化来检测被检查物体的光学不均匀部位。
这样的方法是能够高精度、高速度检查被检查物体的裂纹等缺陷的、使用光线的缺陷检查方法。
图1是本发明实施例1的、使用光的缺陷检查方法具体化的装置方框图。
图2是表示本发明实施例1的、在照明区域和摄像区域之间具有裂纹缺陷情况下的光扩散的模式图。
图3是表示本发明实施例1的、在照明区域和摄像区域之间以外存在裂纹缺陷情况下的光扩散的模式图。
图4是表示本发明实施例1的、在被检查物体上的副扫描方向的裂纹缺陷的模式图。
图5是本发明实施例1的、副扫描方向的裂纹缺陷的检测信号的模式图。
图6是本发明实施例1的、由虚线状照明产生的扩散辐射光的模式图。
图7是表示本发明实施例1的、在被检查物体上的主扫描方向的裂纹缺陷的模式图。
图8是本发明实施例1的、主扫描方向的裂纹缺陷的检测信号模式图。
图9是本发明实施例2的、使用光的缺陷检查方法具体化的装置方框图。
图10是本发明实施例3的、使用光的缺陷检查方法具体化的装置方框图。
图11是本发明实施例4的、使用光的缺陷检查方法具体化的装置方框图。
图12是本发明实施例5的、使用光的缺陷检查方法具体化的装置方框图。
图13是本发明实施例5的、副扫描方向的裂纹缺陷的检测信号模式图。
图14是本发明实施例5的、主扫描方向的裂纹缺陷的检测信号模式图。
图15是本发明实施例6的、使用光的缺陷检查方法具体化的装置方框图。
图16是本发明实施例6的、表示被检查物体没有裂纹缺陷情况下的热扩散模式图。
图17是表示本发明实施例6的、在照明区域和摄像区域之间存在裂纹缺陷情况下的热扩散模式图。
图18是表示本发明实施例6的、在照明区域和摄像区域之间以外存在裂纹缺陷情况下的热扩散模式图。
图19是本发明实施例6的、副扫描方向的裂纹缺陷检测信号的模式图。
图20是本发明实施例6的、主扫描方向的裂纹缺陷检测信号的模式图。
下面根据附图对本发明的实施例加以说明。
实施例1图1是本发明实施例1的使用光的缺陷检查装置的结构图。
在实施例1的使用光的缺陷检查装置上配备照明手段、摄像手段、驱动手段以及图象处理手段。
上述照明手段由将半导体激光光源一维配置的列状光源1和投影透镜2构成，借助于该照明手段在被检查物体6的表面上进行照明，这是在表面位置上进行强度不同的虚线状照明。
上述摄像手段由物镜3、和将CCD元件配置成线状的线状传感器4构成，用该摄像手段检查与用上述照明手段在被检查物体6的照明区域12位置相平行的线状的摄像区域11所射出的光。
上述驱动手段由安放被检查物体6并能向规定方向移动的试样台5构成，在该驱动手段的驱动下被检查物体6与所述照明手段及摄像手段可作相对移动。
上述图象处理手段由用线状传感器4的信号和试样台5的移动信号形成图像的前处理部7和图像处理部8构成，借助于该图像处理手段，从上述摄像手段检测出的摄像信号中可检测出被检查物体6的光学不均匀部。
借助于上述结构，来自线状光源1的像由投影透镜2投影到被检查物体6上，在表面位置上进行强度不同的虚线状照明。该照明光13透到被检查物体6的内部，则再度从被检查物体6的表面辐射出的光线15中包含了被检查物体6内部的信息。这里把这种辐射光称为扩散辐射光。从该照明区域12扩散到被检查物体6内部，从被摄像的摄像区域11辐射出的扩散辐射光15通过摄像手段的物镜3在线状传感器4上成像。
接着，用试样台5使被检查物体6依序移动，一边对通过前处理部7输入到图像处理部8的图像信号进行图象处理，以此检查出被检查物体6中的裂纹缺陷。这里称被检查物体6的移动方向为主扫描方向，称用线状传感器扫描的方向为副扫描方向。下面举出方位上相互垂直的副扫描方向上的缺陷9和主扫描方向上的缺陷10的例子作为具有各种方位的裂纹缺陷的代表，以此为例详细说明各情况下的检测动作。
在本实施例中，为了检测包含被检查物体6的内部信息的从被检查物体6表面射出的扩散辐射光15，最简单的手段是，把被检查物体6上的作为照明手段照射的虚线状照明区域12和作为摄像手段拍摄的线状的摄像区域11平行配置，在两个区域上设置分离间隔，使扩散辐射光15的摄像区域11与照明区域12不重叠。以这样的配置，在线状传感器4上就可以防止来自照明区域12的高强度的反射光混入，而只检测强度低的扩散辐射光15。
在被检查物体6内部一旦存在反射率和透射率局部不同的光学不均匀部，存在该不均匀部的附近的表面辐射出的光的强度与其他表面部分来的辐射光相比会有变化。这一变化的理由将在下面说明。
图2和图3是具有光扩散性的被检查物体6上的裂纹缺陷的剖面模式图。
照明光13的一部分折射进入被检查物体6的内部，光强度在指数衰减同时一边向被检查物体6内部扩散。然後，该扩散的光线(扩散光)14的一部分到达摄像区域11，从被检查物体6的表面辐射出。裂纹缺陷9的剖面形状如图2所示，在龟裂面上，一边是折射率为n的波检查物体6，而在该龟裂面的间隙处存在折射率为1的空气层16。因此，在该龟裂的界面处由于存在折射率差，光学上的反射率和透射率发生局部变化，所以在被检查物体6的内部扩散光14存在不均匀性。
如图2所示，在照明区域12和摄像区域11之间存在缺陷9的情况下，从照明区域12扩散到被检查物体6内部到达摄像区域11的扩散光14的一部分是透过裂纹缺陷9后到达摄像区域11。由于透过裂纹缺陷9的扩散光的强度更加衰减，因此，摄像区域11射出的扩散辐射光15的强度比不存在缺陷的情况要低。
另一方面，如图3所示在裂纹缺陷8存在于摄像区域11外侧，而照明区域12和摄像区域11之间不存在裂纹缺陷的情况下，首先，与不存在裂纹缺陷的情况相同，内部的扩散光14的一部分从摄像区域表面作为扩散辐射光15射出。在此再加上来自照明区域12的扩散光14的一部分受到裂纹缺陷9的反射到达摄像区域11。其结果是，从摄像区域11射出的扩散辐射光15的强度比不存在裂纹缺陷的情况下增加了。
这样，在作为裂纹缺陷的内部结构龟裂面上，由于产生折射率差，对于光扩散起到了使一部分透过而一部分反射的作用。
根据这点，首先如图4所示，在下面说明沿着副扫描方向的裂纹9的检查方法。在图1的被检查物体6的右侧存在一个沿着这一副扫描方向的裂纹缺陷9。以使试样台5依序向左侧移动、拍摄该被检查物体6的情况为例用图5进行说明。
采用上述方法，图5所示的被检查物体6由线状传感器4从左侧向右方向进行摄像。用该线状传感器4从左侧向右方向对被检查物体6进行摄像时，在被检查物体6的一部分即沿着副扫描方向的裂纹缺陷9通过摄像区域11前后时、在线状传感器4上的任一像素的摄像信号的变化示于图5b。这里把图中的被检查物体6的摄像区域分为A、B、C三个区域。摄像区域A是不受裂纹缺陷9影响的区域，从而线状传感器4的信号是不受裂纹缺陷9影响的基准电平。接着，在摄像区域B，被拍摄的扩散辐射光15如上述图3所示，也包含在裂纹面的反射光，因此，与扩散辐射光15的辐射强度增加相对应，线状传感器4的信号也增强。而在摄像区域C，被拍摄的扩散辐射光15如上述图2所示由于被龟裂面遮蔽而强度下降，与此相应线状传感器4的信号也减小。
又，在图5中像摄像区域B、C那样，如果在摄像区域近旁存在裂纹缺陷9，即使在摄像区域11内不存在裂纹缺陷9，也有信号变化。
这样的信号特性是由被检查物体6内部的裂纹缺陷9的龟裂面尺寸和方向造成的，因此，即使裂纹缺陷9的开口宽度为亚微米级大小，但是由于确实存在，可以用几微米～几十微米的、摄像手段的像素分辨率检测出来。这里像素分辨率是线状传感器4的一个像素的尺寸除以摄像系统的摄像倍率的商。从而，即使是像素分辨率比应该检测出的裂纹缺陷9的尺寸大的低摄像倍率的摄像手段，也能够检测出比像素分辨率小的裂纹缺陷9，因此，可以用低摄像倍率对检查区域汇总检查。又，在该图5以裂纹缺陷9在表面开口的情况进行了说明，而对于在表面没有开口的内部裂纹也有同样的信号变化。
这里由于裂纹缺陷9在通过摄像区域11时产生最急剧的信号变化，因此，可以由图象处理部8对图5b的信号进行例如微分等处理，设定阈值17进行双值化，以此可以如图5c所示进行缺陷检测。
下面对在表面位置使强度发生变化的、进行虚线状照明的情况下的线状传感器4的摄像信号进行说明。
在图6中，为了说明简单，只用点状照明光18和点状照明光19两点作为被检查物体6上的虚线状照明光的一部分进行照明。各照明光18、19的一部分折射进入被检查物体6内部，在光强度指数衰减的同时一边在被检查物体6内部扩散。于是，该扩散光的一部分到达摄像区域11，从被检查物体6的表面作为扩散辐射光15射出。这时如果以线状传感器4的拍摄的任意点20与各点状照明光18、19的距离为d1、d2，由于通常这两个距离是不同的，所以各点状照明光18、19在线状传感器4引起的摄像信号分别予以考虑，则如图6b所示，点状照明光18对应的是摄像信号21，点状照明光19对应的是摄像信号22，两者的关系在副扫描方向上成平行移动的关系。实际上线状传感器4检测到的是这两个信号的和，因此成为如图6c所示具有缓慢起伏的曲线。从而，在虚线状照明的情况下的线状传感器的摄像信号为具有平缓起伏的波形。
根据上面所述这一点，接着在下面如图7所示，对沿主扫描方向的裂纹缺陷10的检查方法进行说明。在图1的被检查物体6的右侧存在一沿着主扫描方向的裂纹缺陷10。当对被检查物体6用照明手段一边进行虚线状照明一边使试样台5依序向左侧移动进行摄像的情况作为例子用图8加以说明。
采取上述方法以虚线状的照明光23照射图8a所示的被检查物体6，使试样台5在垂直于纸面的方向上一边移动，一边用线状传感器4进行摄像。图8b表示在这种情况下的摄像动作中，作为被检查物体6一部分即沿着主扫描方向有裂纹缺陷10通过摄像区域11时线状传感器的摄像信号。这里把图中被检查物体6的摄像区域分成A、B两个区域。摄像区域A是不受裂纹缺陷的影响的区域，因此，传感器4的信号不受裂纹影响，如图6所示，具有平缓的波纹。而摄像区域B是裂纹缺陷10的部分，当考虑到达该缺陷10的扩散光有来自左侧的扩散光24和来自右侧的扩散光25，由于进行的是虚线状的照明，通常两者的扩散距离是不同的。而且该扩散光的强度是随着扩散距离呈指数衰减，故来自左侧的扩散光24和来自右侧的扩散光25存在着强度差。此外对裂纹缺陷10如图2和图3所述，由于在其内部结构的龟裂面上产生折射率差，所以对于在被检查物体6内部的光扩散来讲，有使一部分透过使一部分反射的效果，因此使来自左侧的扩散光24和来自右侧的扩散光25保持着强度差，造成被检查物体6内部的光扩散在裂纹缺陷10处发生局部不连续的情况。其结果是，扩散辐射光的强度发生变化，在线状传感器4的摄像信号上发生急剧变化。
因此，如果用图像处理部8对图8b所示的信号进行例如微分处理等方式的处理，则在平缓波纹的部分基本上无信号输出，而只对裂纹缺陷10部分的信号进行强调。在此设定阈值26进行双值化，如图8c所示可以以此进行缺陷检测。
通常发生的裂纹缺陷的方向是不一定的，但是不管是什么方向，都可以使用沿副扫描方向的裂纹缺陷9的检查方法或沿主扫描方向的裂纹缺陷10的检查方法来进行缺陷检测。
在这里不使用本发明用的虚线状照明光，而使用照明强度均匀的线状照明光时，则到达裂纹缺陷10内部的龟裂面的来自左侧的扩散光24和来自右侧的扩散光25强度相等。这时，对于在被检查物体6内部的光扩散来讲，裂纹缺陷即使起到使一部分透过使一部分反射的作用，左边和右边来的扩散光也还是相等，所以即使存在裂纹缺陷，在被检查物体内部光的扩散也没有局部不连续。因此，对于朝着主检查方向的裂纹缺陷10，由于摄像信号没有发生明显的变化，使该缺陷难以检测。
而且，为了检测上述扩散辐射光15的信号变化，不需要特别高灵敏度的信号检测技术，用市售的CCD摄像手段和图像显示装置就能够在监控器画面上以清晰的对比度显示裂纹缺陷的存在位置。还有，在本实施例1中作为摄像手段将CCD元件排列成线状作为线状传感器4使用，但是也可以使用CCD以外的元件作为该摄像元件。
实施例2图9表示本发明实施例2的使用光的缺陷检查装置的结构图。与实施例1中图1的结构相同部分示于相同的符号并且省略其说明。
在实施例2的使用光的缺陷检查装置中，将实施例1的照明手段替换为一边使强度变化一边对被检查物体6进行一维扫描照明的照明手段。
该实施例2的照明手段由激光光源控制部27、激光光源28、准直透镜29、多角棱镜30、反射镜31和成象透镜32构成。
借助于上述结构，来自激光光源28的激光在准直透镜29的作用下变成平行光，在多角棱镜30、反射镜31和成象透镜32的作用下在被检查物体6上成象为光点S。然後使多角棱镜30旋转以在副扫描方向上用成象光点S进行扫描。在副扫描期间由激光光源控制部27改变激光光强，同时在线状传感器4的测光期间内对成象光点S进行一次以上的扫描，以此对线状传感器4的摄像形成虚线状的照明区域12。
该照明光线透入被检查物体6的内部，再度从被检查物体表面6射出的辐射光15包含被检查物体6内部的信息。从该照明区域12扩散到被检查物体6内部再从摄像区域11辐射出的扩散辐射光15通过摄像手段的物镜在线状传感器4上成象。
接着用试样台5使被检查物体6一边移动一边对经过前处理部7向图像处理部8输入的图像信号进行图像处理，以此可以与实施例1一样对被检查物体6上的副扫描方向的裂纹缺陷9和主扫描方向的裂纹缺陷10为代表的所有方向上的裂纹缺陷进行检查。
此外本实施例2也和实施例1相同，为了检查出包含被检查物体6内部信息的、从被检查物体6表面辐射出的扩散辐射光15，最简单的手段是把被检查物体6上的作为照明手段的虚线状照明区域12与作为摄像手段拍摄的线状的摄像区域11平行配置，而且两个区域的设置分开一段距离，使扩散辐射光15的摄像区域11与照明区域12不重叠。以这样的配置，在线状传感器4中可以防止来自照明区域12的高强度的反射光混入，只检测强度低的扩散辐射光15。
还有，在本实施例2中，作为改变激光强度的手段采用了对激光光源进行控制，但也可以使用别的改变强度的手段。
实施例3图10表示本发明实施例3的使用光的缺陷检查装置的结构图。与实施例1中图1的结构相同部分标以相同的符号并且省略其说明。
在实施例3的使用光的缺陷检查装置中，将实施例1的照明手段替换为投射虚线状的狭缝像对被检查物体6进行照明的照明手段。
实施例3的照明手段由白色光源33、聚光透镜34、具有虚线状开口的狭缝35和投影透镜36构成。
借助于上述结构，来自白色光源33的光通过聚光透镜34对具有虚线状开口的狭缝35进行照明，这个狭缝像通过投影透镜36投影到被检查物体6上，该照明光13以强度变化的形式虚线状地照明被检查物体6。该照明光13透入被检查物体6内部，再度从被检查物6表面射出的辐射光15包含被检查物体6内部的信息。从该照明区域12扩散到被检查物体6内部再从摄像区域11辐射出的扩散辐射光15通过物镜3在线状传感器4上成象。
接着用试样台5使被检查物体6一边依序移动一边对经过前处理部7向图像处理部8输入的图像信号进行图像处理，以此可以与实施例1一样对被检查物体6上的副扫描方向的裂纹缺陷9和主扫描方向的裂纹缺陷10为代表的所有方向上的裂纹缺陷进行检查。
在本实施例3也和实施例1相同，为了检查出包含被检查物体6内部信息的、从被检查物体6表面辐射出的扩散辐射光15，其最简单的手段是，把被检查物体6上作为照明手段的点虚线状的照明区域12与作为摄像手段拍摄的线状的摄像区域11平行配置，同时两个区域分开一段距离设置使扩散辐射光15的摄像区域11与照明区域12不重叠。以这样的配置，在线状传感器4中可以防止来自照明区域12的高强度的反射光混入，只检测强度低的扩散辐射光15。
实施例4图11表示本发明实施例4的使用光的缺陷检查装置的结构图。与实施例1中的图1的结构相同部分标以相同的符号并且省略其说明。
在实施例4的使用光的缺陷检查装置中，将实施例1的照明手段替换为通过反射镜对被检查物体6进行虚线状照明的照明手段，将实施例1的摄像手段替换为通过用上述反射镜来检测与所述照明手段在被检查物体6上的照明区域相平行的位置上的线状区域辐射出的辐射光的摄像手段。又将实施例1的驱动手段替换为使上述反射镜按规定角度、往复转动的驱动手段。
实施例4的照明手段由列状光源1、投影透镜2和反射镜43构成。
而实施例4的摄像手段由反射镜43、物镜3、和线状传感器4构成。
而实施例4的驱动手段由使反射镜43以规定的角度往复转动的反射镜旋转驱动部44构成。
还有，前处理部7通过线状传感器4的信号和反射镜旋转驱动部44的反射镜旋转信号形成图像。
借助于上述结构，来自列状光源1的像通过投影透镜2和反射镜43投影在被检查物体6上，在表面位置上进行强度不同的虚线状照明。该照明光13透入被检查物体6内部，包含被检查物体6内部信息的扩散辐射光15再度从被检查物体6表面射出。从该照明区域12扩散到被检查物体6内部再从摄像区域11辐射出的扩散辐射光15通过反射镜43、由物镜3在线状传感器4上成象。
接着用反射镜旋转驱动部使反射镜43旋转、使被检查物体6上的照明区域12和摄像区域11一边依序在主扫描方向上移动一边对经过前处理部7向图像处理部8输入的图像信号进行图像处理，以此可以与实施例1一样对被检查物体6上的副扫描方向的裂纹缺陷9和主扫描方向的裂纹缺陷10为代表的所有方向上的裂纹缺陷进行检查。
在本实施例4也和实施例1相同，为了检查出包含被检查物体6内部信息的、从被检查物体6表面辐射出的扩散辐射光15，其最简单的手段是，把被检查物体6上作为照明手段虚线状的照明区域12与作为摄像手段拍摄的线状的摄像区域11平行配置，在两个区域设置分离间隔使扩散辐射光15的摄像区域11与照明区域12不重叠。以这样的配置，在线状传感器4中可以防止来自照明区域12的高强度的反射光混入，只检测强度低的扩散辐射光15。
又，在本实施例4，不需用图1的实施例1那种用于摄像动作的试样台5，使结构更简单。这样的借助于旋转的反射镜43向时扫描照明区域12和摄像区域11的方法与图9的实施例2和图10的实施例3组合的话，也可以不要试样台5。
实施例5图12表示本发明实施例5的使用光的缺陷检查装置的结构图。与实施例1中的图1结构相同的部分标以相同的符号并且省略其说明。
在实施例5的使用光的缺陷检查装置中，将实施例1的照明手段替换为在被检查物体6表面上不重叠地照射在表面位置强度不同的多种波长的光的照明手段，将实施例1的摄像手段替换为对与所述照明手段在被检查物体上的照明区域相平行的位置上的线状区域辐射出的光按各自的波长分离后进行检测的波长分解式的彩色分离摄像手段。
实施例5的照明手段由白色光源33、聚光透镜34、具有线状开口的狭缝37、只使波段a通过的区域与只使波段b通过的区域交互配置的带通滤波器38以及投影透镜36构成。
而实施例5的彩色分离摄像手段由物镜3、使波段a的光线通过而使波段b的光线反射的分色镜40、以及拍摄各波段的光线的两个线状传感器4构成。
还有，作为图象处理手段的前处理部7用两个线状传感器4将各自的信号和搭载被检查物体6的试样台5的移动信号分别形成图像，该图像信号被输出到按波段分别设置的两个图象处理部8。
借助于上述结构，来自白色光源33的光线通过聚光透镜34对具有线状开口的狭缝37进行照明，该狭缝的像由投影透镜36投射在被检查物体6上。这时，用只使波段a通过的区域与只使波段b通过的区域交互配置的带通滤波器38形成以波段a的照明区域和波段b的照明区域交互配置的线状照明光39照射被检查物体6。
该波段a和波段b各自的照明光39透入被检查物体6内部，再度从被检查物体6表面射出的辐射光43包含被检查物体6内部的信息。从照明区域12扩散到被检查物体6内部，从摄像区域11辐射出的波段a和波段b的各扩散辐射光43射入到摄像手段的物镜3。接着，分色镜40使波段a的光线透过，而使波段b的光线反射。在它们各自的成像位置上配置线状传感器4进行摄像。
接着用试样台5依序一边使被检查物体6移动一边对经过用两个线状传感器4的信号和试样台5的信号形成图像的前处理部按波段向两个图象处理部8输入的图像信号进行图象处理，以此可以对被检查物体6上的副扫描方向的裂纹缺陷9和主扫描方向的裂纹缺陷10为代表的所有方向上的裂纹缺陷进行检查。
在本实施例5也和实施例1相同，为了检查出包含被检查物体6内部信息的、从被检查物体6表面辐射出的扩散辐射光43，其最简单的手段是，把被检查物体6上作为照明手段的波段a的照明区域与波段b的照明区域交互配置的线状照明区域12与作为摄像手段拍摄的线状的摄像区域11平行配置，在两个区域设置分离间隔使拍摄扩散辐射光43的摄像区域11与照明区域12不重叠。以这样的配置，用线状传感器4可以防止来自照明区域12的高强度的反射光混入，只检测强度低的扩散辐射光43。
下面举出方位相互垂直的副扫描方向上的缺陷9和主扫描方向上的缺陷10的例子作为具有各种方位的裂纹缺陷的代表，以此为例说明各情况下的检测动作。
首先对裂纹缺陷沿着副扫描方向的情况下的裂纹缺陷9的检查方法进行说明。图12的被检查物体6的右侧存在沿着该副扫描方向的裂纹缺陷9。图13所示为当试样台5依序向左侧移动时对该被检查物体6进行摄像情况的例子。
采用上述方法，图13a所示的被检查物体6由两个线状传感器4从左侧向右进行摄像。在各线状传感器4从左侧向右对被检查物体6进行摄像时，当被检查物体6的一部分的、沿着副扫描方向的裂纹缺陷9通过摄像区域11前後各线状传感器4上任一像素的摄像信号变化情况，对于波段a示于图13b，波段b示于图13d。两者几乎相等，显示出与图5所示的裂纹检测信号有相同的信号变化。对于各摄像信号用各图象处理部8进行例如微分等处理，再设定阈值17使其双值化，就能进行如图13c与13e所示的缺陷检查。
下面对沿着主扫描方向的裂纹缺陷10的检查方法进行说明。图12的被检查物体6的右侧存在着沿着主扫描方向的裂纹缺陷10。下面以一边用照明手段对被检查物体6进行虚线状照明，一边使试样台5依序向左移动进行摄影的情况为例用图14进行说明。
采用上述方法，用波段a的虚线状照明光41和波段b的虚线状照明光42(以虚线表示)照明，一边使试样台5在垂直于纸面的方向移动一边用两个线状传感器4按波段分别进行摄像。在该摄像动作中，在被检查物体6的一部分的、沿着主扫描方向的裂纹缺陷10通过摄像区域11时各线状传感器4的摄像信号，对于波段a示于图14b，波段b示于图14d。
在这里首先考虑波段a的摄像，把图中的被检查物体6上的摄像区域分成A、B二区。摄像区域A是不受裂纹缺陷10影响的区域，因此各线状传感器4的信号不受裂纹缺陷10的影响，如图8所述具有平缓的波纹。而摄像区域B是裂纹缺陷10的部分，当考虑到达该裂纹缺陷10的扩散光有来自左侧的扩散光24和来自右侧的扩散光25，由于进行虚线状的照明，通常二者的扩散距离是不同的。该扩散光的强度随着扩散距离的增加而指数减少，因此来自左侧的扩散光24和来自右侧的扩散光25存在强度差。裂纹缺陷10由于作为内部结构的龟裂面而产生折射率差，所以对被检查物体6内部的光扩散存在着有部分透射有部分反射的作用，因此，使来自左侧的扩散光24和来自右侧的扩散光25仍存在强度差，在裂纹缺陷10处，产生被检查物体内部的光扩散有局部不连续。其结果是扩散辐射光43的强度发生变化，拍摄波段a的线状传感器4的摄像信号如图14b所示在裂纹部分处急剧减少。
下面考虑波段b的摄像情况，由于与波段a的照明有不同的照明区域，同样当考虑到达裂纹缺陷10的扩散光有来自左侧的扩散光24和来自右侧的扩散光25，则两者的强度差与波段a的情况相反。其结果是，拍摄波段b的线状传感器4的摄像信号如图14d所示，在裂纹部分处急剧增加。
接着，如果分别用图象处理部8对图14b和图14d所示的信号进行例如微分等处理，则在波纹平缓的部分几乎不存在信号，只有裂纹缺陷10的部分信号得到强调，波段a的信号如图14c所示，而波段b的信号如图14e所示。
取两个信号的差则得到图14f所示的信号，可以使裂纹缺陷10的检测灵敏度得到提高。这里通过设定阈值26并进行双值化，就可以检测裂纹缺陷10。
在本实施例5中使用了两个波段的照明光，但是也可以使用两个以上的波段照明。又，在本实施例5使用白色光源33、狭缝37和带通滤波器38形成具有多个波段的照明光，除了这种方法以外，也可以使用如激光、LED这种方式预先用波段不同的多种光源构成照明手段。又可以使用多种波段的点状照明光构成如图9的实施例4中所说明的扫描式照明手段如上所述，采用实施例1～实施例5，从限定的照明区域12向摄像区域11进行光扩散、从被检查物体6表面辐射出的扩散辐射光15或43由于受摄像区域11或其周边的裂纹缺陷的影响，强度发生变化，对此加以利用、并突出对裂纹缺陷进行检测，因此即使是与摄像手段的像素分辨率相比裂纹开口宽度微小的缺陷也能够检测出，其结果是，能够提供不管有无光扩散性都能够高精度、廉价、高速度地检查表面裂纹缺陷和内部裂纹缺陷的缺陷检查装置。
实施例6图15表示本发明实施例6的使用光的缺陷检查装置的结构图。与实施例1中的图1部分相同部分标以相同的符号并且省略其说明。
在实施例6的使用光的缺陷检查装置中，将实施例1的照明手段替换为一边使强度变化一边对被检查物体6进行扫描加热的加热手段，将实施例1的摄像手段替换为对与所述加热手段在被检查物体6上的加热区域相平行的位置上的线状区域辐射出的红外线进行检测的摄像手段。
还有，作为图象处理手段从上述摄像手段检测出的摄像信号中检测出被检查物体6的热传导不均匀部分。
实施例6的加热手段由激光光源控制部27、激光光源28、准直透镜29、多角棱镜30、反射镜31和成象透镜32构成。
而实施例6的摄像手段由物镜3、和检测红外线的线状传感器45构成。
借助于上述结构，来自激光光源28的激光通过准直透镜29变成平行光，由多角棱镜30、反射镜31和成象透镜32的作用在被检查物体6上成像为光点S。然後使多角棱镜30旋转，以使上述成像的光点在副扫描方向上扫描。在进行该副扫描方向上的扫描时，激光光源控制部27改变激光的强度，在红外线检测用的线状传感器45的受光时间内，使成像光点进行一次以上的扫描，使激光成虚线状地照射在被检查物体6上，被检查物体6的照射激光的区域由于吸收光线而发热，因而形成虚线状的加热区域46。
该热量在被检查物体6内部热传导，热量以红外线形式从被检查物体6的热量传导过的区域表面辐射出来，该红外线辐射光包含被检查物体6的内部信息。这里称该辐射光为红外扩散辐射光。从该加热区域46热传导到被检查物体6内部，再从摄像区域11辐射出的红外扩散辐射光48，然后通过摄像手段的物镜3在红外线检测用的线状传感器45上成像。
接着，用试样台5使被检查物体6依序一边移动一边通过根据线状传感器45的信号与试样台5的信号通过形成图像的前处理部7向图象处理部输入，对图像信号进行图象处理，以此检查出被检查物体6中的裂纹缺陷。
在实施例6中，为了检测从被检查物体6表面射出的包含被检查物体6的内部信息的红外扩散辐射光48，作为最简单的手段，将被检查物体6上的作为加热手段进行虚线状加热的加热区域46与作为摄像手段进行摄像的线状摄像区域11两个区域平行配置，中间隔开一段距离，使拍摄红外扩散辐射光48的区域11与加热区域46不重迭。以这样的配置可以防止在检测红外线用的线性传感器45中混入从加热区域46来的高强度红外光，而只检测强度低的红外扩散辐射光48。
在被检查物体6的内部，如果存在热传导局部性不均匀，则在该不均匀处存在的附近表面辐射的红外光的强度与其他表面处的红外辐射光相比有所不同。该不同的原因说明如下。
图16a是从被检查物体6的加热区域46向被检查物体6的内部传热，在被检查物体6内部进行热扩散，该扩散的热47的一部分从摄像区域11辐射出红外扩散辐射光48的模式图。这里，设加热前的被检查物体6的表面温度为t0，设加热区域46的温度为t1，则加热时被检查物体6的表面温度分布如图16b所示，摄像区域11的温度设为t。
图17表示被检查物体6上存在裂纹缺陷9的剖面模式图。扩散的热47的一部分到达被检查物体6的摄像区域11，辐射出红外扩散辐射光48。又，裂纹缺陷9的剖面形状如图17所示，在被检查物体6的内部存在一个龟裂面，在该龟裂面的间隙，存在着与一般的金属、塑料等构成的被检查物体6的传导率λ相比其热传导率要小得多的空气层16。因此，在龟裂的界面上产生热导率的差异，造成被检查物体6的内部扩散的热47不均匀。
如图17a所示，在加热区域46与摄像区域11之间存在裂纹缺陷9的情况下，从加热区域46向被检查物体6的内部热扩散到达摄像区域11的扩散热47的一部分是经过裂纹缺陷9传导到达摄像区域11的。而经过裂纹缺陷9传导的热扩散受到空气层16的隔热作用，因而到达摄影区域11的热量减少。这里以t0表示加热前的被检查物体6的表面温度，而以t1表示加热区域46的温度，则加热时被检查物体6的表面温度分布为图17b所示，摄像区域11的温度与没有裂纹缺陷9的情况下的温度t相比要低，其温度以t’表示。其结果是，从摄像区域11辐射出的红外扩散辐射光48的强度与没有裂纹缺陷9的情况相比要低。
另一方面，如图18a所示在摄像区域11的外面存在裂纹缺陷9，在加热区域46与摄像区域11之间不存在裂纹缺陷的情况下，此时首先与不存在裂纹的情况相同，扩散的热47的一部分到达摄像区域11。再加上，扩散热47的一部分由于裂纹缺陷9的隔热作用，使热扩散受到抑制，反过来又造成抑制的扩散热的一部分达到摄像区域11。这里以t0表示加热前的被检查物体6的表面温度，以t1表示加热区域46的温度，则加热时的被检查物体6的表面温度分布为图18b所示，摄像区域的温度与不存在裂纹缺陷的情况下的温度t相比上升为t”。其结果是，从摄像区域11辐射出的红外扩散辐射光48的强度与不存在裂纹缺陷9的情况相比有所增加。
这样，裂纹缺陷由于其内部结构的龟裂面上存在着空气层16，造成了热传导率差，从而对热扩散起着部分隔热作用。
根据这一点，下面首先对沿着副扫描方向的裂纹缺陷9的检查方法加以说明。在图15的被检查物体6右侧存在着沿该副扫描方向的裂纹缺陷9。下面以使试样台5依序向左侧移动、对该被检查物体6进行摄像的情况为例用图19加以说明。
采用上述方法，图19a所示的被检查物体6用红外线检测用的线状传感器45从左侧起向右方向摄像。在这时用线状传感器进行的从左侧起向右方向对被检查物体6的摄像中，在被检查物体6的一部分即沿着副扫描方向的裂纹缺陷9通过摄像区域11前后，线状传感器45上的任一像素中摄像信号的变化示于图19b。这里把图中的被检查物体6上的摄像区域分为A、B、C三个区域。摄像区域A是不受裂纹缺陷9影响的区域，因此，线状传感器45的信号是不受裂纹缺陷9影响的基准电平。其次是在摄影区域B，拍摄的红外扩散辐射光48如上述图18所示，红外扩散辐射光48的强度增加，造成线状传感器45的信号也相应增加。而在摄像区域C，拍摄的红外扩散辐射光48如前述图17所示，由于裂纹缺陷9的空气层16的隔热而强度低下，与此相应线状传感器45的信号也低下。
这样的信号特性取决于被检查物体6内部的裂纹缺陷9的空气层16的厚度、尺寸及方向，正如图19所示的摄像区域B、C那样，只要在摄像区域旁边存在裂纹缺陷9，则即使在摄像区域11内不存在裂纹缺陷9，由于也有信号的变化，相当于是对裂纹缺陷进行扩大强调后进行检测。这里若以线状传感器45的一个像素的尺寸除以摄像手段的摄像倍率的商为像素分辨率，则即使采用像素分辨率比应该检测出的裂纹缺陷9的尺寸大的低摄像倍率的摄像手段，也能够检测出比像素分辨率小的裂纹缺陷9，因此能够以低摄像倍率汇总检查较大的检查区域。又，在该图19中用裂纹缺陷9是表面有开口的情况作了说明，但是对在表面没有开口的内部裂纹也会引起同样的信号变化。这里由于裂纹缺陷9通过摄像区域11时显示出最陡峻的信号变化，因此用图像处理部8对图19(b)的信号进行例如微分等处理，通过设定阈值26并进行双值化，就可以检测出如图19(c)所示的裂纹缺陷9。
下面在设置虚线状加热区域46的情况下对检测红外光用的线状传感器45的摄像信号进行说明。先把该线状传感器45上任意一个摄像点作为参照点，则各加热区域46与该摄像点的距离通常是不同的，因此，从各加热区域46传到该摄像点的热量不同。因此，线状传感器45的检测信号是具有平缓波纹的波形。下面据此说明沿着主扫描方向的裂纹缺陷10的检测方法。在图15的被检查物体6的右侧有沿着主扫描方向的裂纹缺陷10。下面以用加热手段对该被检查物体6进行虚线状加热，一边加热一边依序向左移动试样台5对该被检查物体6进行摄像的情况为例用图20进行说明。
采用上述方法，在图20a所示的被检查物体6上设置虚线状的加热区域46，一边使试样台在垂直于纸面的方向上移动一边用红外线检测用的线状传感器45进行摄像。在这时进行的摄像动作中，在被检查物体6的一部分即沿着主扫描方向的裂纹缺陷10通过摄像区域11时，线状传感器45的摄像信号示于图20b。这里把图中被检查物体6上的摄像区域分成A、B二个区域。摄像区域A是不受裂纹缺陷10影响的区域，因此，线状传感器45的信号不受裂纹缺陷10的影响，具有平缓的波纹。而摄像区域B是裂纹缺陷10的部分，考虑到达该缺陷10的扩散热有从左侧扩散来的热49和从右侧扩散来的热50，由于设定的是虚线状的加热区域，故左、右侧两者通常有不同的扩散距离。同时该热扩散的热量随着扩散距离的增加而减少，故从左侧扩散来的热量49与从右侧扩散来的热量50存在热量差。裂纹缺陷10由于其内部的空气层结构16而产生热传导率差，因此，对被检查物体6内部的热扩散起着绝热作用，所以从左侧扩散来的热49和从右侧来的扩散热50可依然保持热量差，由于裂纹缺陷10的关系，被检查物体6的内部温度分布局部存在不连续。其结果是，红外扩散辐射光48的强度发生变化，红外光检测用的线性传感器45的摄像信号急剧变化。
从而，如果用图像处理部8对图20b所示的信号进行例如微分等处理，则对平缓波纹的部分几乎不产生信号，只突出裂纹缺陷10部分的信号。同样通过设定阀值26并实行双值化，从而能够如图20c所示检测裂纹缺陷10。
通常发生的裂纹缺陷的方向是不确定的，但是任何方向的裂纹缺陷都能够用副扫描方向的裂纹缺陷9的检查方法或主扫描方向的裂纹缺陷10的检查方法进行检测。
在这里，不采用本发明使用的虚线状的加热区域46，而是使用均匀的线状加热区域，在此情况下，到达裂纹缺陷10内部的空气层16的来自左侧的扩散热49与来自右侧的扩散热50相等。从而，即使裂纹缺陷10对被检查物体6内部的热扩散起着绝热作用，由于来自左右两边的热扩散相等，即使存在裂纹缺陷10，被检查物体6内部的热扩散也不产生局部的不连续。因而，对于沿着主扫描方向的裂纹缺陷10，由于摄像信号没有发生清晰的变化，对该裂纹缺陷的检测是困难的。
还有，在本实施例6中，不是像已往的红外线温度记录法所进行的那样对整个被检查物体6进行加热，而只对摄像区域近旁依序进行加热，故能及早地检测出局部热传导不均匀的地方，因此，即使对热传导性能好的被检查物体用已往的方法很难检测出缺陷，用本法也能够进行高灵敏度的缺陷检测。
采用该实施例6，从限定的加热区域46向摄像区域11热扩散，从被检查物体6表面发射的红外扩散辐射光48，由于摄像区域11及其周边存在的裂纹缺陷而发生强度变化，利用这一变化突出裂纹缺陷进行检测，故即使与摄像手段的像素分解能力相比裂纹开口宽度微小的裂纹缺陷也能测出，其结果是，可以提供不管有否光扩散性能都能够高精度、廉价、快速地检查被检查物体中发生的表面裂纹缺陷和内部裂纹等缺陷的缺陷检查装置。
上面根据实施例对本发明作了详细说明。以上各实施例使用于陶瓷基板的裂纹缺陷检测，但是从本发明的原理可知，对渗透到被检查物体6的内部，包含其光学不均匀部分的信息从被检查物体6表面辐射出的光，或者在被检查物体6的内部传导热量，包含其热传导不均匀信息从被检查物体表面辐射出的光进行检测，通过对这两种光色的检测，检测出被检查物体的光学不均匀的部分或热传导不均匀的部分，这样的发明也可以适用于除裂纹缺陷以外的检测。
例如，也可检测在内部局部存在的反射率高的界面和局部存在的热传导低的界面等。
权利要求
1.一种使用光的缺陷检查方法，其特征在于，在被检查物体表面，照射在表面位置上强度不同的光，检测该照射光从上述被检查物体表面透入内部后从所述被检查物体表面辐射出的辐射光，检测所述被检测的辐射光的强度变化以检测出被检查物体的光学不均匀部分。
2.根据权利要求1所述的使用光的缺陷检查方法，其特征在于，照射在被检查物体表面的光是成虚线状照射的光，检测辐射光的区域是线状区域。
3.一种使用光的缺陷检查方法，其特征在于，在表面位置上强度不同的多种波段的光不重叠地照射在被检查物体的表面上，分别检测各照射光从上述被检查物体表面透入内部后从所述被检查物体表面辐射出的辐射光，检测所述被检测的各辐射光的强度变化以检测出被检查物体的光学不均匀部分。
4.根据权利要求3所述的使用光的缺陷检查方法，其特征在于，照射在被检查物体表面的各种波段不同的光是虚线状照射的光，检测辐射光的区域是线状区域。
5.一种使用光的缺陷检查方法，其特征在于，在被检查物体表面，照射在表面位置上强度不同的光，对该被检查物体进行加热，检测热量从上述被检查物体表面向内部传导后从所述被检查物体表面辐射出的红外光，检测所述被检测的红外光的强度变化，以检测出被检查物体的热传导不均匀部分。
6.根据权利要求5所述的使用光的缺陷检查方法，其特征在于，照射在被检查物体表面的光是虚线状照射的光，检测红外光的区域是线状区域。
7.一种使用光的缺陷检查装置，其特征在于，具备对被检查物体进行虚线状照明的照明手段，检测与所述照明手段在被检查物体的照明区域处于平行位置的线状区域辐射出的辐射光的摄像手段，根据由所述摄像手段检测出的摄像信号检测上述被检查物体的光学不均匀部分的图象处理手段，以及使所述被检查物体与所述照明手段及摄像手段相对移动的驱动手段。
8.一种使用光的缺陷检查装置，其特征在于，具备一边改变强度一边进行一维扫描地对被检查物体进行照明的照明手段，检测与所述照明手段在被检查物体的照明区域处于平行位置的线状区域辐射出的辐射光的摄像手段，根据由所述摄像手段检测出的摄像信号检测上述被检查物体的光学不均匀部分的图象处理手段，以及使所述被检查物体与所述照明手段及摄像手段相对移动的驱动手段。
9.一种使用光的缺陷检查装置，其特征在于，具备投影虚线状狭缝像对被检查物体进行照明的照明手段，检测与所述照明手段在被检查物体的照明区域处于平行位置的线状区域辐射出的辐射光的摄像手段，根据由所述摄像手段检测出的摄像信号检测上述被检查物体的光学不均匀部分的图象处理手段，以及使所述被检查物体对所述照明手段及摄像手段相对移动的驱动手段。
10.一种使用光的缺陷检查装置，其特征在于，具备通过反射镜对被检查物体进行虚线状照明的照明手段，通过所述反射镜检测与所述照明手段在被检查物体上的照明区域处于平行位置的线状区域辐射出的辐射光的摄像手段，根据由所述摄像手段检测出的摄像信号检测上述被检查物体的光学不均匀部分的图象处理手段，以及使所述反射镜以规定的角度往复转动的驱动手段。
11.一种使用光的缺陷检查装置，其特征在于，具备在表面位置上把强度不同的多种波段的光不重叠地照射在被检查物体的表面上的照明手段，把与所述照明手段在被检查物体上的照明区域处于平行位置的线状区域辐射出的光按各波段进行分离后检测的彩色分离摄像手段，根据由这些摄像手段检测出的摄像信号检测上述被检查物体的光学不均匀部分的图象处理手段，以及使所述被检查物体对所述照明手段及摄像手段相对移动的驱动手段。
12.一种使用光的缺陷检查装置，其特征在于，具备一边改变强度一边进行一维扫描地对被检查物体进行加热的加热手段，检测与所述加热手段在被检查物体的加热区域处于平行位置的线状区域辐射出的红外光的摄像手段，根据由所述摄像手段检测出的摄像信号检测上述被检查物体的热传导不均匀部分的图象处理手段，以及使所述被检查物体对所述照明手段及摄像手段相对移动的驱动手段。
全文摘要
本发明是使用光的缺陷检查方法及其检查装置。用由半导体激光一维配置的列状光源和投影透镜在被检查物体上进行强度变化的虚线状照明。用线状传感器通过物镜摄像。接着一边用试样台使被检查物体依序移动一边通过用线状传感器的信号和试样台的信号形成图像的前处理部向图象处理部输入图像信号并进行图象处理,以此可以检测被检查物体上的光学不均匀部分,确认有否裂纹缺陷。以此方法可高精度、高速度地检测陶瓷基板和金属烧结材料等的裂纹缺陷。
文档编号G01N21/88GK1182211SQ9711144
公开日1998年5月20日 申请日期1997年5月22日 优先权日1996年5月22日
发明者高本健治, 西井完治, 伊藤正弥, 福井厚司, 高田和政 申请人:松下电器产业株式会社