JP2018155646A - Surface measuring device and surface measurement method - Google Patents

Abstract

Translated fromJapanese

【課題】被測定物の表面に、実際にある凹凸の高低差を測定可能な表面測定装置及び表面測定方法を提供する。【解決手段】表面測定装置は、被測定物に対する距離センサの相対移動量と、距離センサの測定値から被測定物の表面の位置座標を求め、距離センサの測定値を、位置座標に基づいて距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理し、画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域とし、高低差測定領域の表面の高低差データを出力する。【選択図】図７PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface measuring device and a surface measuring method capable of measuring an actual height difference of unevenness on the surface of an object to be measured. A surface measuring device obtains the position coordinates of the surface of an object to be measured from the relative movement amount of the distance sensor with respect to the object to be measured and the measured value of the distance sensor, and obtains the measured value of the distance sensor based on the position coordinates. It is converted as the gradation of the image at the position on the measurement plane measured by the distance sensor, and the height difference is measured in the area including the mass area in the image that has an area equal to or larger than the predetermined area according to the gradation of the image. The height difference data of the surface of the height difference measurement area is output as a region. [Selection diagram] FIG. 7

Description

Translated fromJapanese

本発明は、微小な凹凸の高低差を測定する表面測定装置及び表面測定方法に関する。  The present invention relates to a surface measuring apparatus and a surface measuring method for measuring a height difference of minute unevenness.

特許文献１には、２次元カメラの焦点を合わせることにより焦点位置の差から、欠陥の高低差を測定する被測定物の表面における欠陥検査方法が記載されている。  Patent Document 1 describes a defect inspection method on the surface of an object to be measured, in which a height difference of a defect is measured from a difference in focus position by focusing a two-dimensional camera.

特開２００６−２５８７２６号公報JP 2006-258726 A特開２０１２−２０８１０２号公報JP2012-208102A

ところで、特許文献１の技術では、三角測距方式で深さを算出しているので、凹凸の斜面角度によっては、反射光の計測に誤差が生じ、精度向上の要望があった。  By the way, in the technique ofPatent Document 1, since the depth is calculated by the triangulation method, an error occurs in the measurement of the reflected light depending on the slope angle of the unevenness, and there is a demand for improvement in accuracy.

そこで、特許文献２に記載の白色同軸共焦点方式によれば、凹凸の斜面角度の影響が抑制された状態で、微小な凹凸の高低差を測定できる。  Therefore, according to the white coaxial confocal method described inPatent Document 2, it is possible to measure the height difference of minute unevenness while the influence of the inclined angle of the unevenness is suppressed.

しかしながら、特許文献２に記載の白色同軸共焦点方式では、微小な凹凸の高低差を測定できるが故に、測定値が、実際にある表面の凹凸の高低差であるのか、表面の凹凸ではなくノイズデータであるのか、判別がつきにくい。ノイズデータを誤って、微小な凹凸の高低差と認識すると、被測定物の表面に、実際にはない凹凸（ゴースト）があると認識される可能性がある。  However, since the white coaxial confocal method described inPatent Document 2 can measure the height difference of minute unevenness, whether the measured value is actually the difference in height of the surface unevenness is not noise on the surface. It is difficult to determine whether it is data. If the noise data is mistakenly recognized as a difference in level of minute unevenness, it may be recognized that there is actually an unevenness (ghost) on the surface of the object to be measured.

本発明の目的は、被測定物の表面に、実際にある凹凸の高低差を測定可能な表面測定装置及び表面測定方法を提供することにある。  An object of the present invention is to provide a surface measuring apparatus and a surface measuring method capable of measuring the height difference of the unevenness actually present on the surface of the object to be measured.

本発明の一態様に係る表面測定装置は、被測定物の表面の高低差を測定する距離センサと、前記被測定物に対する前記距離センサの相対位置が相対的に移動するように走査する走査駆動装置と、前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量と、前記距離センサの測定値から前記被測定物の表面の位置座標を求め、前記距離センサの測定値を、前記位置座標に基づいて前記距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理し、前記画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた前記画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域とし、前記高低差測定領域の被測定物の表面の高低差データを出力する演算装置と、を備える。  A surface measurement apparatus according to an aspect of the present invention includes a distance sensor that measures a height difference of a surface of a measurement object, and a scanning drive that performs scanning so that a relative position of the distance sensor relative to the measurement object moves relatively. A position coordinate of the surface of the object to be measured is obtained from an apparatus, a relative movement amount of the distance sensor with respect to the object to be measured, and a measurement value of the distance sensor, and the measurement value of the distance sensor is calculated based on the position coordinate. A region including a mass region in the image that is converted as a gradation of an image at a position on a measurement plane measured by the distance sensor and has an area of a predetermined area or more according to the gradation of the image. And an arithmetic device that outputs height difference data of the surface of the object to be measured in the height difference measurement area.

この態様によれば、実際にある凹凸が特定され、実際にある凹凸の領域のみに絞って高低差データが出力される。その結果、実際に凹凸がない領域を誤認する可能性が低減される。  According to this aspect, the actual unevenness is specified, and the height difference data is output only on the actual uneven region. As a result, the possibility of misidentifying a region that does not actually have unevenness is reduced.

望ましい態様として、前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量のピッチが、前記距離センサの照射する光のスポット径の１／２以下である。これにより、距離センサが測定した測定平面上の位置の分解能が向上する。その結果、高低差測定領域内の測定点が増えるので、精度の高い凹凸の高低差を測定可能になる。  As a desirable mode, the pitch of the relative movement amount of the distance sensor with respect to the object to be measured is ½ or less of the spot diameter of light irradiated by the distance sensor. Thereby, the resolution of the position on the measurement plane measured by the distance sensor is improved. As a result, since the number of measurement points in the height difference measurement region increases, it becomes possible to measure the height difference of the unevenness with high accuracy.

望ましい態様として、前記演算装置は、前記画像を２値化処理して、前記塊領域を抽出する。これにより、実際にある凹凸の高低差のデータと、ノイズデータとを区別できる。  As a desirable mode, the arithmetic unit binarizes the image and extracts the mass region. As a result, it is possible to distinguish the actually uneven height difference data from the noise data.

望ましい態様として、前記距離センサは、白色同軸共焦点方式により、被測定物の表面の高低差を測定する。これにより、凹凸の斜面角度の影響が抑制された状態で、微小な凹凸の高低差を測定できる。  As a desirable mode, the distance sensor measures the height difference of the surface of the object to be measured by a white coaxial confocal method. Thereby, the height difference of a minute unevenness | corrugation can be measured in the state in which the influence of the inclined angle of the unevenness | corrugation was suppressed.

本発明の一態様に係る表面測定装置は、被測定物の表面の高低差を測定する、白色同軸共焦点方式の距離センサと、前記被測定物に対する前記距離センサの相対位置を相対的に移動させる走査駆動装置と、を含み、前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量のピッチが、前記距離センサの照射する光のスポット径の１／２以下である。  A surface measurement apparatus according to an aspect of the present invention includes a white coaxial confocal distance sensor that measures a difference in height of a surface of an object to be measured, and a relative position of the distance sensor relative to the object to be measured. The pitch of the relative movement amount of the distance sensor with respect to the object to be measured is ½ or less of the spot diameter of the light irradiated by the distance sensor.

この態様によれば、これにより、距離センサが測定した測定平面上の位置の分解能が向上する。その結果、連続的に変化する距離センサの測定値が、不連続となる大きな値があれば、ノイズとして判断し、高低差のデータとして取り扱わないようにすることができる。  According to this aspect, this improves the resolution of the position on the measurement plane measured by the distance sensor. As a result, if the measurement value of the distance sensor that changes continuously is a discontinuous large value, it can be determined as noise and not handled as height difference data.

本発明の一態様に係る表面測定方法は、被測定物の表面の高低差を測定する距離センサの相対位置が被測定物に対して相対的に移動するように走査し、前記表面の位置座標を求める走査ステップと、前記距離センサの測定値を、前記位置座標に基づいて前記距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理する階調変換処理ステップと、前記画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた前記画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域として特定する高低差測定領域特定ステップと、前記高低差測定領域の被測定物の表面の高低差データを出力する高低差出力ステップと、を含む。  In the surface measurement method according to one aspect of the present invention, scanning is performed so that the relative position of the distance sensor that measures the height difference of the surface of the object to be measured moves relative to the object to be measured, and the position coordinates of the surface are measured. A scanning step for obtaining a distance, a gradation conversion processing step for converting a measurement value of the distance sensor as a gradation of an image at a position on a measurement plane measured by the distance sensor based on the position coordinates, A height difference measurement region specifying step for specifying, as a height difference measurement region, a region including a mass region in the image that is determined to have an area of a predetermined area or more according to the gradation, and an object to be measured in the height difference measurement region A height difference output step for outputting height difference data of the surface of the surface.

この態様によれば、実際にある凹凸が特定され、実際にある凹凸の領域のみに絞って高低差データが出力される。その結果、実際に凹凸がない領域を誤認する可能性が低減される。  According to this aspect, the actual unevenness is specified, and the height difference data is output only on the actual uneven region. As a result, the possibility of misidentifying a region that does not actually have unevenness is reduced.

望ましい態様として、同軸落射式の照明により、法線方向から被測定物の表面を照射し、法線方向に配置された撮像装置で撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで撮像したデータを演算装置で処理して、該被測定物の表面における凹凸の位置を特定する位置特定ステップと、をさらに含み、前記走査ステップにおいて、前記位置特定ステップにおいて特定した凹凸の位置を走査対象領域とし、前記走査対象領域の前記表面の位置座標を求める。これにより、予め凹凸の位置を高速に特定し、特定された凹凸の位置に対して、精度の高い高低差データが出力される。  As a desirable mode, an imaging step of irradiating the surface of the object to be measured from the normal direction with coaxial epi-illumination, and imaging with an imaging device arranged in the normal direction, and an arithmetic unit for the data captured in the imaging step And a position specifying step for specifying the position of the unevenness on the surface of the object to be measured, wherein in the scanning step, the position of the unevenness specified in the position specifying step is set as a scanning target region, and the scanning is performed. The position coordinates of the surface of the target area are obtained. As a result, the position of the unevenness is specified in advance at high speed, and highly accurate height difference data is output for the specified uneven position.

本発明によれば、被測定物の表面に、実際にある凹凸の高低差を測定可能な表面測定装置及び表面測定方法を提供することができる。  ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the surface measuring apparatus and surface measuring method which can measure the height difference of the unevenness | corrugation which are actually on the surface of a to-be-measured object can be provided.

図１は、表面測定装置の全体構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the surface measuring apparatus.図２は、被測定領域を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a region to be measured.図３は、表面測定装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the surface measuring apparatus.図４は、白色同軸共焦点方式の距離センサを説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a white coaxial confocal distance sensor.図５Ａは、比較例において表面の凹部の測定を説明するための説明図である。FIG. 5A is an explanatory diagram for explaining measurement of a concave portion on a surface in a comparative example.図５Ｂは、実施形態１において表面の凹部の測定を説明するための説明図である。FIG. 5B is an explanatory diagram for explaining the measurement of the recesses on the surface in the first embodiment.図５Ｃは、実施形態１において表面の凸部の測定を説明するための説明図である。FIG. 5C is an explanatory diagram for explaining the measurement of the convex portions on the surface in the first embodiment.図６は、距離センサのスポット径と走査ピッチとの関係を説明するための説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the spot diameter of the distance sensor and the scanning pitch.図７は、実施形態１の表面測定方法のフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart of the surface measurement method according to the first embodiment.図８は、表面測定結果の変換処理例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of the conversion process of the surface measurement result.図９は、画像処理上の塊領域と、高低差測定領域との関係を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a relationship between a mass area in image processing and an elevation difference measurement area.図１０は、被測定物の被検査領域が円筒の円筒表面である場合を説明する説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a case where the inspection region of the object to be measured is a cylindrical surface of a cylinder.図１１は、同軸落射式距離センサを説明するための模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the coaxial incident distance sensor.図１２は、同軸落射式距離センサが測定する測定領域と、白色同軸共焦点方式の距離センサが測定する測定領域との関係を説明するための模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the relationship between the measurement region measured by the coaxial incident distance sensor and the measurement region measured by the white coaxial confocal distance sensor.図１３は、実施形態２の表面測定方法のフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart of the surface measurement method according to the second embodiment.

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき、図面を参照しつつ説明する。なお、下記の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、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。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。  Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range. Furthermore, the constituent elements disclosed in the following embodiments can be appropriately combined.

図１は、表面測定装置の全体構成を示す模式図である。図２は、被測定領域を説明するための説明図である。図３は、表面測定装置の概略構成を示す模式図である。図４は、白色同軸共焦点方式の距離センサを説明するための説明図である。以下、図１から図４を適宜参照して、表面測定装置１を説明する。  FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the surface measuring apparatus. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a region to be measured. FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the surface measuring apparatus. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a white coaxial confocal distance sensor. Hereinafter, thesurface measuring apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 4 as appropriate.

（実施形態１）
図１に示すように、表面測定装置１は、被測定物９の表面を測定する装置である。表面測定装置１は、測定ユニット２と、測定ユニット２を固定する支持部３と、演算装置１０とを有している。(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, thesurface measuring device 1 is a device that measures the surface of theobject 9 to be measured. Thesurface measuring device 1 includes ameasuring unit 2, asupport unit 3 that fixes themeasuring unit 2, and acomputing device 10.

被測定物９は、例えば、熱可塑性樹脂のシートである。例えば、熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル・エチレン−プロピレン−ジエン・スチレン樹脂（ＡＥＳ）、アクリロニトリル・スチレン・アクリレート樹脂（ＡＳＡ）、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂や、これらを２種類以上組み合わせた樹脂、又はこれらの樹脂に繊維や微粒子を加えて形成されている。  TheDUT 9 is, for example, a thermoplastic resin sheet. For example, thermoplastic resins include polycarbonate resin, acrylic resin, polyester resin, acrylonitrile / butadiene / styrene resin (ABS), acrylonitrile / ethylene / propylene / diene / styrene resin (AES), acrylonitrile / styrene / acrylate resin (AES) (ASA), polyolefin resins such as vinyl chloride resin, polyethylene, and polypropylene, resins in which two or more of these are combined, or fibers and fine particles are added to these resins.

図１に示すように、被測定物９の一部が走査対象領域ＳＡとなる。実施形態１においては、被測定物９がシート状であるので、走査対象領域ＳＡは、図２に示すように平面である。  As shown in FIG. 1, a part of themeasurement object 9 becomes a scanning target area SA. In the first embodiment, since theDUT 9 is a sheet, the scanning target area SA is a plane as shown in FIG.

図３において、走査対象領域ＳＡの平面の一方向がＸ方向とされ、走査対象領域ＳＡの平面においてＸ方向と直交する方向がＹ方向とされ、Ｘ−Ｙ平面に直交する方向がＺ方向とされている。  In FIG. 3, one direction of the plane of the scan target area SA is the X direction, the direction perpendicular to the X direction is the Y direction in the plane of the scan target area SA, and the direction perpendicular to the XY plane is the Z direction. Has been.

測定ユニット２は、白色同軸共焦点方式の距離センサ２１と、Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４を備えている。  Themeasurement unit 2 includes a white coaxialconfocal distance sensor 21, an Xdirection driving device 22, a Ydirection driving device 23, and a Zdirection driving device 24.

Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４は、それぞれ独立駆動して、被測定物９の走査対象領域ＳＡに対する距離センサ２１の相対位置を相対的に移動させる走査駆動装置である。Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４は、電動モータ、ピエゾ素子などで、距離センサ２１が搭載しているステージを、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させることができる。  The Xdirection driving device 22, the Ydirection driving device 23, and the Zdirection driving device 24 are each independently driven to relatively move the relative position of thedistance sensor 21 with respect to the scanning target area SA of theobject 9 to be measured. It is. The Xdirection driving device 22, the Ydirection driving device 23, and the Zdirection driving device 24 are an electric motor, a piezo element, and the like that move the stage on which thedistance sensor 21 is mounted in the X direction, the Y direction, and the Z direction. Can do.

例えば、Ｚ方向駆動装置が駆動することで、走査対象領域ＳＡに対する距離センサ２１のＺ方向の位置が設定される。次に、図２及び図３に示すように、距離センサ２１が照射する光のビームスポットＢＳが、一定期間Ｘ方向に移動して走査する。次に、Ｙ方向駆動装置２３と、Ｘ方向駆動装置２２とが協働して動作することで、距離センサ２１が照射する光のビームスポットＢＳが、一定期間Ｘ方向及びＹ方向に移動して走査する。そして、上述した走査動作が繰り返され、矢印ＳＣＡＮの軌跡を描いて、距離センサ２１が照射する光のビームスポットＢＳが走査対象領域ＳＡを走査する。  For example, the position of thedistance sensor 21 in the Z direction with respect to the scanning target area SA is set by driving the Z direction driving device. Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the beam spot BS of the light emitted from thedistance sensor 21 moves in the X direction for a certain period and scans. Next, the Y-direction driving device 23 and theX-direction driving device 22 operate in cooperation, so that the beam spot BS of the light emitted from thedistance sensor 21 moves in the X direction and the Y direction for a certain period. Scan. Then, the above-described scanning operation is repeated, and the beam spot BS of the light irradiated by thedistance sensor 21 scans the scanning target area SA while drawing the locus of the arrow SCAN.

図４に示すように、白色同軸共焦点方式の距離センサ２１は、白色光源兼受光部２１１と、レンズ２１２とを備える。白色光源兼受光部２１１は、白色光源の機能と、受光の機能とが同軸に配置されている。白色光源兼受光部２１１は、白色光を発光する。白色光源兼受光部２１１からの白色光は、レンズ２１２により、複数の波長ＷＶ１、ＷＶ２、ＷＶ３のそれぞれの軸上の異なる高さで焦点を結ぶように、被測定物９へ照射される。白色光源兼受光部２１１が、被測定物９の表面で焦点を結んだ波長ＷＶ２の光だけを測定できるので、複数の波長ＷＶ１、ＷＶ２、ＷＶ３に応じた、距離センサ２１と被測定物９の表面までの距離が測定できる。  As shown in FIG. 4, the white coaxialconfocal distance sensor 21 includes a white light source /light receiving unit 211 and alens 212. In the white light source /light receiving unit 211, the function of the white light source and the function of light reception are arranged coaxially. The white light source /light receiving unit 211 emits white light. White light from the white light source /light receiving unit 211 is irradiated to theobject 9 to be measured by thelens 212 so as to be focused at different heights on the axes of the plurality of wavelengths WV1, WV2, and WV3. Since the white light source /light receiving unit 211 can measure only the light having the wavelength WV2 focused on the surface of theobject 9 to be measured, thedistance sensor 21 and theobject 9 to be measured corresponding to the plurality of wavelengths WV1, WV2, and WV3. The distance to the surface can be measured.

図１に示すように、Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４により移動した、被測定物９の走査対象領域ＳＡに対する距離センサ２１の相対移動量は、演算装置１０へ入力される。また、距離センサ２１の測定値も演算装置１０へ入力される。  As shown in FIG. 1, the relative movement amount of thedistance sensor 21 relative to the scanning target area SA of theobject 9 moved by the Xdirection driving device 22, the Ydirection driving device 23, and the Zdirection driving device 24 is calculated by thearithmetic unit 10. Is input. The measured value of thedistance sensor 21 is also input to thearithmetic device 10.

演算装置１０は、いわゆるコンピュータであり、入力インターフェースと、出力インターフェースと、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、記憶部１６と、を有している。入力インターフェースには、距離センサ２１が接続されており、出力インターフェースには、表示装置１９が接続されている。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び記憶部１６は、バスで接続されている。ＲＯＭには、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等のプログラムが記憶されている。記憶部１６は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ等であり、オペレーティングシステムプログラムやアプリケーションプログラムを記憶している。ＣＰＵは、演算手段であり、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながらＲＯＭや記憶部１６に記憶されているプログラムを実行することにより、ＸＹ座標取得部１１、Ｚ座標取得部１２、階調変換処理部１３、画像処理部１４、ＸＹＺ座標演算部１５の機能を実現する。記憶部１６は、内蔵であっても外付けであってもよく、ＲＡＭを一時記憶として使ってもよく、あるいは、ネットワーク上の記憶装置やサーバ等であってもよい。  Thearithmetic device 10 is a so-called computer, and includes an input interface, an output interface, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and astorage unit 16. ing. Adistance sensor 21 is connected to the input interface, and adisplay device 19 is connected to the output interface. The CPU, ROM, RAM, andstorage unit 16 are connected by a bus. The ROM stores a program such as BIOS (Basic Input Output System). Thestorage unit 16 is, for example, an HDD (Hard Disk Drive), a flash memory, or the like, and stores an operating system program and an application program. The CPU is a calculation means, and executes a program stored in the ROM or thestorage unit 16 while using the RAM as a work area, thereby obtaining an XY coordinateacquisition unit 11, a Z coordinate acquisition unit 12, and a gradation conversion processing unit. 13. The functions of the image processing unit 14 and the XYZ coordinatecalculation unit 15 are realized. Thestorage unit 16 may be internal or external, may use a RAM as a temporary storage, or may be a storage device or server on a network.

図５Ａは、比較例において表面の凹部の測定を説明するための説明図である。図５に示す比較例は、三角測距方式と呼ばれ、光源、測定対象、受光部が三角形の位置に配置され、測定対象で結像する位置で距離が測定できる。このため、対象物が凹部（又は凸部）であると、凹部（又は凸部）の傾斜部分で、反射角度が変化し、反射光の計測に誤差が生じる可能性がある。  FIG. 5A is an explanatory diagram for explaining measurement of a concave portion on a surface in a comparative example. The comparative example shown in FIG. 5 is called a triangulation system, and the light source, the measurement object, and the light receiving unit are arranged at triangular positions, and the distance can be measured at a position where the image is formed on the measurement object. For this reason, when the object is a concave portion (or convex portion), the reflection angle changes at the inclined portion of the concave portion (or convex portion), and an error may occur in the measurement of reflected light.

図５Ｂは、実施形態１において表面の凹部の測定を説明するための説明図である。距離センサ２１は、光源と受光部とは同軸に配置されている。このため、凹部５Ｈの傾斜角度の影響を受けにくい。このため、被測定物９に対して、矢印ＳＣＡＮの方向に距離センサ２１が相対移動して走査しながら、高低差を計測すれば、表面の基準距離（地合い）ＢＨに対する凹部５Ｈの深さが連続的に測定できる。  FIG. 5B is an explanatory diagram for explaining the measurement of the recesses on the surface in the first embodiment. In thedistance sensor 21, the light source and the light receiving unit are arranged coaxially. For this reason, it is hard to receive the influence of the inclination-angle of the recessedpart 5H. For this reason, if the height difference is measured while thedistance sensor 21 moves relative to the object to be measured 9 in the direction of the arrow SCAN and scans, the depth of theconcave portion 5H with respect to the reference distance (texture) BH of the surface is determined. Can be measured continuously.

図５Ｃは、実施形態１において表面の凸部の測定を説明するための説明図である。距離センサ２１は、光源と受光部とは同軸に配置されている。このため、凸部５Ｐの傾斜角度の影響を受けにくい。このため、被測定物９に対して、矢印ＳＣＡＮの方向に距離センサ２１が相対移動して走査しながら、高低差を計測すれば、面の基準距離（地合い）ＢＨに対する凸部５Ｐの高さが連続的に測定できる。  FIG. 5C is an explanatory diagram for explaining the measurement of the convex portions on the surface in the first embodiment. In thedistance sensor 21, the light source and the light receiving unit are arranged coaxially. For this reason, it is hard to receive the influence of the inclination-angle of theconvex part 5P. For this reason, if the height difference is measured while thedistance sensor 21 moves relative to themeasurement object 9 in the direction of the arrow SCAN and scans, the height of theconvex portion 5P with respect to the reference distance (texture) BH of the surface. Can be measured continuously.

図６は、距離センサのスポット径と走査ピッチとの関係を説明するための説明図である。Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３の少なくとも１つの駆動装置は、被測定物に対する距離センサの相対移動量のピッチＰが、距離センサの照射する光のスポット直径Ｄの１／２以下であるように、矢印ＳＣＡＮの方向に走査する。これにより、ＸＹ平面における分解能が向上する。その結果、連続的に変化する距離センサ２１の測定値が、不連続となる大きな値があれば、ノイズとして判断し、高低差のデータとして取り扱わないようにすることができる。被測定物に対する距離センサの相対移動量のピッチＰは、距離センサの照射する光のスポット直径Ｄの１／２、１／３、１／４又は１／５のいずれかの値をとり得るが、小さくなるほど、処理時間がかかる。  FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the spot diameter of the distance sensor and the scanning pitch. In at least one of the Xdirection driving device 22 and the Ydirection driving device 23, the pitch P of the relative movement amount of the distance sensor with respect to the object to be measured is less than or equal to ½ of the spot diameter D of the light irradiated by the distance sensor. As shown, scan in the direction of arrow SCAN. Thereby, the resolution in the XY plane is improved. As a result, if the measurement value of thedistance sensor 21 that changes continuously has a large discontinuous value, it can be determined as noise and can not be handled as height difference data. The pitch P of the relative movement amount of the distance sensor with respect to the object to be measured can take a value of 1/2, 1/3, 1/4, or 1/5 of the spot diameter D of the light irradiated by the distance sensor. The smaller it takes, the longer it takes to process.

距離センサ２１は、１μm以上１００μm以下の微小な凹凸の高低差を検出することができる。ここで、被測定物９の走査対象領域ＳＡに対する距離センサ２１の相対移動により、被測定物９の走査対象領域ＳＡの表面が走査されると、ＸＹ平面における距離センサ２１の測定値の面分布データを取得できる。ＸＹ平面における距離センサ２１の測定値の面分布データには、実際にある表面の凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの高低差の測定値も含むが、ノイズデータも含んでしまう。ノイズデータは、実際にある表面の凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの高低差の測定値と大きく異なる大きな値のノイズデータであれば、ノイズデータの除去が可能である。しかしながら、実際にある表面の凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの高低差の測定値のばらつきの範囲内に含まれる測定値がノイズとして含まれてしまう。ノイズデータを誤って、微小な凹凸の高低差と認識すると、被測定物９の表面に、実際にはない凹凸（ゴースト）があると認識されると、測定自体が成り立たなくなる。  Thedistance sensor 21 can detect a height difference of minute unevenness of 1 μm or more and 100 μm or less. Here, when the surface of the scan target area SA of themeasurement object 9 is scanned by the relative movement of thedistance sensor 21 with respect to the scan target area SA of themeasurement object 9, the surface distribution of the measurement values of thedistance sensor 21 on the XY plane. Data can be acquired. The surface distribution data of the measured values of thedistance sensor 21 on the XY plane includes measured values of the height difference of theconcave portion 5H or theconvex portion 5P on the actual surface, but also includes noise data. The noise data can be removed if the noise data is a large value of noise data that is significantly different from the measured height difference of theconcave portion 5H or theconvex portion 5P on the surface. However, the measurement value included in the range of variation in the measured value of the height difference of theconcave portion 5H or theconvex portion 5P on the actual surface is included as noise. If the noise data is mistakenly recognized as a difference in level of minute unevenness, if it is recognized that there is actually an unevenness (ghost) on the surface of theobject 9 to be measured, the measurement itself does not hold.

そこで、被測定物９の表面に、実際にある凹凸の高低差であるのか、実際にはない凹凸なのかを図１、図３、図７及び図８を参照しつつ説明する。図７は、実施形態１の表面測定方法のフローチャートである。図８は、表面測定結果の変換処理例を示す説明図である。  Therefore, whether the surface of theobject 9 is actually uneven or not is described with reference to FIGS. 1, 3, 7, and 8. FIG. FIG. 7 is a flowchart of the surface measurement method according to the first embodiment. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of the conversion process of the surface measurement result.

図７に示すように、ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、Ｘ方向駆動装置２２を駆動させ、Ｘ方向走査中の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを取得する（ステップＳ１１）。座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データは、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の座標からなるＸＹＺ座標系の３次元座標である。座標（Ｘ，Ｙ）は、Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３に取り付けられた位置センサ、又はエンコーダなどの位置データがＸＹ座標取得部１１に送られ、ＸＹ座標取得部１１が座標（Ｘ，Ｙ）を取得できる。Ｚ座標取得部１２は、座標（Ｘ，Ｙ）の場合の距離センサ２１の測定値を座標Ｚとして取得する。実施形態１において、座標Ｚの値は、被測定物９の表面における高低差のデータである。  As shown in FIG. 7, the XY coordinateacquisition unit 11 and the Z coordinate acquisition unit 12 drive the Xdirection driving device 22 to acquire coordinate (X, Y, Z) data during the X direction scanning (step S11). . The coordinate (X, Y, Z) data is a three-dimensional coordinate of the XYZ coordinate system including coordinates in the X direction, the Y direction, and the Z direction. As for the coordinates (X, Y), position data such as a position sensor or an encoder attached to theX-direction drive device 22 and the Y-direction drive device 23 is sent to the XY coordinateacquisition unit 11, and the XY coordinateacquisition unit 11 coordinates ( X, Y) can be acquired. The Z coordinate acquisition unit 12 acquires the measurement value of thedistance sensor 21 in the case of coordinates (X, Y) as the coordinate Z. In the first embodiment, the value of the coordinate Z is height difference data on the surface of themeasurement object 9.

次に、ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、Ｘ方向駆動装置２２及びＹ方向駆動装置２３を駆動させ、Ｘ方向及びＹ方向走査中の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを取得する（ステップＳ１２）。  Next, the XY coordinateacquisition unit 11 and the Z coordinate acquisition unit 12 drive the Xdirection drive device 22 and the Ydirection drive device 23 to acquire coordinate (X, Y, Z) data during scanning in the X direction and the Y direction. (Step S12).

次に、ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、図２に示す走査対象領域ＳＡの全部を終了していない場合は、ステップＳ１１に処理を戻す（ステップＳ１３、Ｎｏ）。ＸＹ座標取得部１１は、図２に示す走査対象領域ＳＡの全部を終了している場合は、ステップＳ１４に処理を進める（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）。以上、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を繰り返すことにより、被測定物９の表面の高低差を測定する距離センサ２１の相対位置が被測定物９に対して相対的に移動するように走査し、表面の位置座標を求める走査ステップが処理される。表面測定装置１が走査対象領域ＳＡ全部を走査できれば、走査方向の向きは限定されない。  Next, the XY coordinateacquisition unit 11 and the Z coordinate acquisition unit 12 return the process to step S11 if the scanning target area SA illustrated in FIG. 2 has not been completed (No in step S13). The XY coordinateacquisition part 11 advances a process to step S14, when all the scanning object area | regions SA shown in FIG. 2 are complete | finished (step S13, Yes). As described above, by repeating the processes of steps S11, S12, and S13, scanning is performed so that the relative position of thedistance sensor 21 that measures the height difference of the surface of theobject 9 to be measured moves relative to theobject 9 to be measured. The scanning step for determining the surface position coordinates is processed. As long as thesurface measuring apparatus 1 can scan the entire scanning target area SA, the direction of the scanning direction is not limited.

次に、ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、所定閾値以上の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データをノイズデータとして削除する（ステップＳ１４）。実際にある表面の凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの高低差の測定値と大きく異なる、所定の閾値を超えた大きな値のノイズデータであれば、ノイズデータの除去が可能である。ここで、所定の閾値を超えないノイズデータが、実際にはない表面の凹凸として認識される可能性がある。このため、実施形態１の表面測定方法は、以下に説明するステップＳ１５以降の処理を実行する。  Next, the XY coordinateacquisition unit 11 and the Z coordinate acquisition unit 12 delete coordinate (X, Y, Z) data equal to or greater than a predetermined threshold as noise data (step S14). The noise data can be removed if the noise data has a large value exceeding a predetermined threshold value, which is greatly different from the measured value of the height difference of theconcave portion 5H or theconvex portion 5P on the surface. Here, there is a possibility that noise data that does not exceed a predetermined threshold is recognized as surface irregularities that are not actually present. For this reason, the surface measurement method ofEmbodiment 1 performs the process after step S15 demonstrated below.

ＸＹ座標取得部１１及びＺ座標取得部１２は、記憶部１６に、ステップＳ１４のノイズ除去済みの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データをマスターデータとして保存する（ステップＳ１５）。  The XY coordinateacquisition unit 11 and the Z coordinate acquisition unit 12 store the coordinate-removed coordinate (X, Y, Z) data in step S14 as master data in the storage unit 16 (step S15).

次に、階調変換処理部１３は、マスターデータの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データのうち、Ｚ座標データの値（ｚ１からｚｎの値）を階調の値（ｔ１からｔｎ）に変換する（ステップＳ１６）。階調は、８ビットの階調を使ってもよいし、１６ビットの階調を使ってもよいし、２４ビットの階調を使ってもよい。ビット数の多い階調ほど、分解能が高くなる。  Next, the gradationconversion processing unit 13 converts the Z coordinate data value (z1 to zn value) out of the coordinate (X, Y, Z) data of the master data into a gradation value (t1 to tn). (Step S16). As the gradation, an 8-bit gradation may be used, a 16-bit gradation may be used, or a 24-bit gradation may be used. As the number of bits increases, the resolution increases.

図８に示すように、例えば、データＩＤが、１からｎの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データが記憶部１６に記憶されている。階調変換処理部１３は、データＩＤに対するＸ座標データと、Ｙ座標データは変更せず、Ｚ座標データのみを階調データへ変換する。例えば、Ｚ座標データｚ１からｚｎは、各距離の大きさに応じて、階調ｔ１からｔｎにそれぞれ変換される。これにより、距離センサ２１の測定値は、ＸＹ平面上の位置が特定された画像の階調に変換される。その結果、変換後は、画像データとして処理できる。このように、ステップＳ１６の階調変換処理ステップによれば、距離センサ２１の測定値が、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データ（位置座標）に基づいて距離センサ２１が測定した測定平面上の位置（座標（Ｘ，Ｙ））における画像の階調として変換する。  As shown in FIG. 8, for example, coordinate (X, Y, Z) data having a data ID of 1 to n is stored in thestorage unit 16. The gradationconversion processing unit 13 converts only the Z coordinate data into gradation data without changing the X coordinate data and Y coordinate data for the data ID. For example, the Z coordinate data z1 to zn are converted into gradations t1 to tn, respectively, according to the size of each distance. Thereby, the measurement value of thedistance sensor 21 is converted into the gradation of the image whose position on the XY plane is specified. As a result, after conversion, it can be processed as image data. Thus, according to the gradation conversion processing step of step S16, the measured value of thedistance sensor 21 is on the measurement plane measured by thedistance sensor 21 based on the coordinate (X, Y, Z) data (positional coordinates). Conversion is performed as the gradation of the image at the position (coordinates (X, Y)).

そこで、画像処理部１４は、ステップＳ１６で得られた画像データに、既知の画像前処理をする（ステップＳ１７）。画像前処理としては、平滑化処理、フィルタ処理、強調処理、鮮明化処理などである。ステップＳ１７は、省略することもできる。  Therefore, the image processing unit 14 performs known image preprocessing on the image data obtained in step S16 (step S17). Image preprocessing includes smoothing processing, filter processing, enhancement processing, sharpening processing, and the like. Step S17 can be omitted.

次に、画像処理部１４は、ステップＳ１７において画像前処理した画像に画像処理を行う（ステップＳ１８）。ステップＳ１８の画像処理は、例えば、表面の基準距離（地合い）ＢＨに対する基準閾値ＴＨ１（図５Ｂ参照）を境界として、ステップＳ１７で得られた画像データを２値化処理する。あるいは、表面の基準距離（地合い）ＢＨに対する基準閾値ＴＨ２（図５Ｃ参照）を境界として、ステップＳ１７で得られた画像データを２値化処理する。  Next, the image processing unit 14 performs image processing on the image preprocessed in step S17 (step S18). In the image processing in step S18, for example, the image data obtained in step S17 is binarized using the reference threshold value TH1 (see FIG. 5B) for the reference distance (texture) BH of the surface as a boundary. Alternatively, the image data obtained in step S17 is binarized using the reference threshold TH2 (see FIG. 5C) for the reference distance (texture) BH of the surface as a boundary.

図９は、画像処理上の塊領域と、高低差測定領域との関係を示す説明図である。画像処理部１４は、２値化した画像から、図９に示す塊領域ＳＰを抽出する（ステップＳ１９）。塊領域ＳＰは、周囲（地合い）とは異なる色（例えば、白）の領域である。塊領域ＳＰは、上述した凹部５Ｈ又は凸部５Ｐの領域に対応する。  FIG. 9 is an explanatory diagram showing a relationship between a mass area in image processing and an elevation difference measurement area. The image processing unit 14 extracts the block region SP shown in FIG. 9 from the binarized image (step S19). The lump area SP is an area having a color (for example, white) different from the surrounding area (texture). The lump region SP corresponds to the region of theconcave portion 5H or theconvex portion 5P described above.

ステップＳ１８において、２値化処理の代わりに、背景差分処理を行ってもよい。背景差分処理を行う場合には、凹凸のない背景画像データが予め記憶部１６に記憶されている。画像処理部１４は、記憶部１６に記憶されている凹凸のない背景画像データと、ステップＳ１７で得られた画像データとの差分を抽出し、生成した差分画像を記憶部１６に記憶する。次に、画像処理部１４は、差分画像から図９に示す塊領域ＳＰを抽出する。  In step S18, a background difference process may be performed instead of the binarization process. When performing the background difference process, background image data without unevenness is stored in thestorage unit 16 in advance. The image processing unit 14 extracts a difference between the background image data without unevenness stored in thestorage unit 16 and the image data obtained in step S <b> 17, and stores the generated difference image in thestorage unit 16. Next, the image processing unit 14 extracts the block region SP shown in FIG. 9 from the difference image.

ステップＳ１４で除去しきれない、ノイズデータは、ステップＳ１８の画像処理により、基準面積を下回る点又は、小面積のノイズデータとなることが多い。  In many cases, the noise data that cannot be removed in step S14 becomes noise data that is smaller than the reference area or small in area by the image processing in step S18.

画像処理部１４は、面積ＡＳが基準面積以上ではない場合（ステップＳ２０、Ｎｏ）、ノイズとして除去する。  When the area AS is not equal to or larger than the reference area (No at Step S20), the image processing unit 14 removes the noise as noise.

画像処理部１４は、面積ＡＳが基準面積以上である場合（ステップＳ２０、Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２１へ進める。  If the area AS is equal to or larger than the reference area (step S20, Yes), the image processing unit 14 advances the processing to step S21.

次に、ＸＹＺ座標演算部１５は、図９に示す、塊領域ＳＰの重心ＣＧを基準として、フィレ径ＦＤｘよりも所定量以上大きな測定範囲ＭＤｘと、フィレ径ＦＤｙよりも所定量以上大きな測定範囲ＭＤｙとで囲まれる範囲を高低差測定領域ＰＰとする。そして、ＸＹＺ座標演算部１５は、高低差測定領域ＰＰ内に特定された階調データの座標（Ｘ，Ｙ）を出力する（ステップＳ２１）。実施形態１において、高低差測定領域ＰＰは、矩形であるが、塊領域ＳＰを内部に含む領域であれば、どのような外形状であってもよい。例えば、高低差測定領域ＰＰは、塊領域ＳＰを内部に含み、重心ＣＧを中心とした円形であってもよい。  Next, the XYZ coordinatecalculation unit 15 has a measurement range MDx larger than the fillet diameter FDx by a predetermined amount and a measurement range larger than the fillet diameter FDy by a predetermined amount with reference to the center of gravity CG of the mass region SP shown in FIG. A range surrounded by MDy is defined as an elevation difference measurement region PP. Then, the XYZ coordinatecalculation unit 15 outputs the coordinates (X, Y) of the gradation data specified in the height difference measurement region PP (step S21). In the first embodiment, the height difference measurement region PP is rectangular, but may have any outer shape as long as the region includes the lump region SP. For example, the height difference measurement region PP may be a circle including the mass region SP inside and centering on the center of gravity CG.

次に、ＸＹＺ座標演算部１５は、ステップＳ２１で出力された座標（Ｘ，Ｙ）に対応する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をステップＳ１５で記憶部１６に記憶したマスターデータの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データから抽出して、高低差測定領域ＰＰの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを出力する（ステップＳ２２）。  Next, the XYZ coordinatecalculation unit 15 stores the coordinates (X, Y, Z) corresponding to the coordinates (X, Y) output in step S21 in the master data stored in thestorage unit 16 in step S15 (X, Y, Z). Y, Z) data is extracted, and the coordinate (X, Y, Z) data of the height difference measurement region PP is output (step S22).

ＸＹＺ座標演算部１５は、ステップＳ２１において、高低差測定領域ＰＰ内に特定された階調データのデータＩＤを出力し、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で出力されたデータＩＤに基づいて、ステップＳ１５で記憶部１６に記憶したマスターデータの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データから抽出して、高低差測定領域ＰＰの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを出力するようにしてもよい。  In step S21, the XYZ coordinatecalculation unit 15 outputs the data ID of the gradation data specified in the height difference measurement region PP, and in step S22, based on the data ID output in step S21, in step S15. It may be extracted from the coordinate (X, Y, Z) data of the master data stored in thestorage unit 16, and the coordinate (X, Y, Z) data of the height difference measurement region PP may be output.

以上説明したように、表面測定装置１は、距離センサ２１と、Ｘ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４で構成された走査駆動装置と、演算装置１０を備えている。演算装置１０は、被測定物９に対する距離センサ２１の相対移動量と、距離センサ２１の測定値から被測定物９に対する距離センサ２１の相対位置座標、すなわちマスターデータの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを求める。演算装置１０は、距離センサ２１の測定値を、上述した相対移動量で測定平面上の位置（座標（Ｘ，Ｙ））が特定される画像の階調として変換処理する。演算装置１０は、画像の階調に応じて、所定面積ＡＳ以上の面積があるとされた画像内の塊領域ＳＰを含む領域を高低差測定領域ＰＰとし、この高低差測定領域ＰＰの被測定物９の表面の高低差データを出力する。例えば、表示装置１９は、高低差測定領域ＰＰの被測定物９の表面の高低差をグラフィック表示する。  As described above, thesurface measuring apparatus 1 includes thedistance sensor 21, the scanning drive device including theX-direction drive device 22, the Y-direction drive device 23, and the Z-direction drive device 24, and thearithmetic device 10. . Thearithmetic unit 10 calculates the relative movement amount of thedistance sensor 21 with respect to theobject 9 to be measured and the relative position coordinates of thedistance sensor 21 with respect to theobject 9 to be measured, that is, the coordinates (X, Y, Z) of the master data. ) Ask for data. Thearithmetic unit 10 converts the measurement value of thedistance sensor 21 as a gradation of an image in which the position (coordinates (X, Y)) on the measurement plane is specified by the above-described relative movement amount. Thearithmetic unit 10 sets a region including the mass region SP in the image, which has an area greater than or equal to the predetermined area AS, according to the gradation of the image as the height difference measurement region PP, and the height difference measurement region PP to be measured. The height difference data of the surface of theobject 9 is output. For example, thedisplay device 19 graphically displays the height difference of the surface of theDUT 9 in the height difference measurement region PP.

これにより、被測定物９の表面に、実際に凹凸がある高低差測定領域ＰＰのみに絞って高低差データが出力されるので、実際に凹凸がない領域を誤認する可能性が低減される。  Thereby, since the height difference data is output only on the height difference measurement region PP that actually has unevenness on the surface of theobject 9 to be measured, the possibility of erroneously recognizing a region that does not actually have unevenness is reduced.

（実施形態２）
図１０は、被測定物の被検査領域が円筒の円筒表面である場合を説明する説明図である。図１１は、同軸落射式距離センサを説明するための模式図である。図１２は、同軸落射式距離センサが測定する測定領域と、白色同軸共焦点方式の距離センサが測定する測定領域との関係を説明するための模式図である。図１３は、実施形態２の表面測定方法のフローチャートである。実施形態２では、実施形態１とは異なり、被測定物が円筒であり、表面が円筒周面である。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素、には同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、図１３に示すステップの処理は、図７に示すステップの処理と同じ処理の場合は同じ符号を付して、説明を省略する。(Embodiment 2)
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a case where the inspection region of the object to be measured is a cylindrical surface of a cylinder. FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the coaxial incident distance sensor. FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the relationship between the measurement region measured by the coaxial incident distance sensor and the measurement region measured by the white coaxial confocal distance sensor. FIG. 13 is a flowchart of the surface measurement method according to the second embodiment. In the second embodiment, unlike the first embodiment, the object to be measured is a cylinder and the surface is a cylindrical circumferential surface. Note that the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the processing of the step shown in FIG. 13 is denoted by the same reference numeral in the case of the same processing as the processing of the step shown in FIG.

図１０に示すように同軸落射式の表面測定装置６及び実施形態１において説明した表面測定装置１が被測定物７の表面を測定する。被測定物７は、円筒形状を有している。被測定物７は、転写体と呼ばれるローラであり、例えばシートを搬送する際に用いられる。  As shown in FIG. 10, the coaxial incident surface measurement device 6 and thesurface measurement device 1 described in the first embodiment measure the surface of theobject 7 to be measured. TheDUT 7 has a cylindrical shape. The object to be measured 7 is a roller called a transfer body, and is used when conveying a sheet, for example.

表面測定装置６は、内部に上述したＸ方向駆動装置２２、Ｙ方向駆動装置２３及びＺ方向駆動装置２４と同じ機構を備えている。また、被測定物７が円筒であるので、被測定物７を回転させる回転駆動装置がＹ方向の走査駆動装置となる。  The surface measuring device 6 includes the same mechanism as theX-direction driving device 22, the Y-direction driving device 23, and the Z-direction driving device 24 described above. In addition, since theDUT 7 is a cylinder, the rotation drive device that rotates theDUT 7 is a Y-direction scanning drive device.

図１１に示すように、照明６２は、光源６３と、ハーフミラー６４と、を有する。光源６３は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光体を有する。光源６３は、ハーフミラー６４を介して被測定物７に垂直に照明光Ｌを入射させる。被測定物７の円筒周面で反射した照明光Ｌは、撮像装置６１に入射する。照明６２は、撮像装置６１の光軸の方向から照明光Ｌを被測定物７に入射させる同軸落射照明である。表面測定装置６は、同軸落射式の照明により、法線方向から被測定物７の表面を照射し、法線方向に配置された撮像装置６１で表面の状態を撮像する。  As shown in FIG. 11, theillumination 62 includes alight source 63 and ahalf mirror 64. Thelight source 63 includes a light emitter such as an LED (Light Emitting Diode). Thelight source 63 causes the illumination light L to enter the device undertest 7 perpendicularly via thehalf mirror 64. The illumination light L reflected by the cylindrical peripheral surface of themeasurement object 7 enters theimaging device 61. Theillumination 62 is coaxial epi-illumination that causes the illumination light L to enter the device undertest 7 from the direction of the optical axis of theimaging device 61. The surface measuring device 6 irradiates the surface of theobject 7 to be measured from the normal direction by coaxial epi-illumination, and images the surface state by theimaging device 61 arranged in the normal direction.

図１２に示すように、表面測定装置６は、撮像単位ＵＡ毎に、凹凸があるかどうかを、表面測定装置１よりも高速に走査できる。図１３に示すように、表面測定装置６は、撮像装置６１で撮像したデータを、表面測定装置１へ送信する。表面測定装置１は、演算装置１０で処理して、被測定物７の表面における凹凸の位置を特定する（ステップＳ１）。例えば、表面測定装置１は、撮像単位ＵＡ毎に、凹凸があり高低差を確認するべき走査対象領域ＳＡ１、ＳＡ２及びＳＡ３を特定する。次に、表面測定装置１は、走査対象領域ＳＡ１、ＳＡ２及びＳＡ３のそれぞれについて、図１３に示すステップＳ１１の処理を時分割で処理する。  As shown in FIG. 12, the surface measuring device 6 can scan at higher speed than thesurface measuring device 1 whether there is unevenness for each imaging unit UA. As shown in FIG. 13, the surface measuring device 6 transmits the data imaged by theimaging device 61 to thesurface measuring device 1. Thesurface measuring device 1 is processed by thearithmetic device 10 to specify the position of the unevenness on the surface of the object to be measured 7 (step S1). For example, thesurface measuring apparatus 1 specifies the scanning target areas SA1, SA2, and SA3 that are uneven and have a difference in height for each imaging unit UA. Next, thesurface measuring apparatus 1 processes the process of step S11 shown in FIG. 13 in a time-sharing manner for each of the scan target areas SA1, SA2, and SA3.

実施形態２において、被測定物７が円筒であり、表面が円筒周面である。このため、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を繰り返すことにより、走査ステップが処理されても、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データは、円筒周面の曲率の影響を受ける。このため、演算装置１０は、円筒周面の曲率の影響が相殺されるように、ステップＳ１３の処理後の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データに、円筒周面を平面とする補正係数をかける。これにより、ステップＳ１５で保存される座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データは、実施形態１のＸＹＺ座標系と同じ処理が可能となる。実施形態２において、座標Ｚの値は、被測定物７の表面における高低差のデータである。  In the second embodiment, theDUT 7 is a cylinder, and the surface is a cylindrical circumferential surface. For this reason, by repeating the processes of steps S11, S12, and S13, even if the scanning step is processed, the coordinate (X, Y, Z) data is affected by the curvature of the cylindrical peripheral surface. For this reason, thearithmetic unit 10 multiplies the coordinate (X, Y, Z) data after the processing in step S13 by using a correction coefficient with the cylindrical peripheral surface as a plane so that the influence of the curvature of the cylindrical peripheral surface is offset. . Thereby, the coordinate (X, Y, Z) data stored in step S15 can be processed in the same way as the XYZ coordinate system of the first embodiment. In the second embodiment, the value of the coordinate Z is height difference data on the surface of theDUT 7.

以上説明したように、実施形態２において、表面測定方法は、同軸落射式の照明により、法線方向から被測定物９の表面を照射し、法線方向に配置された撮像装置で撮像する撮像ステップと、撮像ステップで撮像したデータを演算装置１０で処理して、該被測定物９の表面における凹凸の位置を特定する位置特定ステップと、をさらに含む。そして、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理を繰り返すことによる走査ステップにおいて、位置特定ステップにおいて特定した凹凸の位置を走査対象領域ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３とし、走査対象領域ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３のいずれかの表面の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データを求める。これにより、表面測定装置６が予め凹凸の位置を高速に特定し、特定された凹凸の位置に対して、表面測定装置１が精度の高い高低差データを出力する。  As described above, in the second embodiment, the surface measurement method irradiates the surface of theobject 9 to be measured from the normal direction with coaxial epi-illumination, and performs imaging with an imaging device arranged in the normal direction. And a position specifying step of processing the data imaged in the imaging step by thearithmetic device 10 to specify the position of the unevenness on the surface of theobject 9 to be measured. Then, in the scanning step by repeating the processing of steps S11, S12, and S13, the positions of the unevenness specified in the position specifying step are set as the scanning target areas SA1, SA2, and SA3, and any one of the scanning target areas SA1, SA2, and SA3 Surface coordinate (X, Y, Z) data is obtained. Thereby, the surface measuring device 6 specifies the position of the unevenness in advance at high speed, and thesurface measuring device 1 outputs highly accurate height difference data for the specified uneven position.

以上、好適な実施形態を説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した発明を基にして当業者が適宜設計変更して実施しうる全ての発明も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の技術的範囲に属する。  The preferred embodiments have been described above, but the present invention is not limited to such embodiments. The content disclosed in the embodiment is merely an example, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Appropriate changes made without departing from the spirit of the present invention naturally belong to the technical scope of the present invention. All the inventions that can be implemented by those skilled in the art based on the above-described inventions are also within the technical scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention.

一般的に「シート」とは、ＪＩＳにおける定義上、薄く、一般にその厚みが長さと幅のわりには小さく平らな製品をいい、一般的に「フィルム」とは、長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さく、最大厚みが任意に限定されている薄い平らな製品で、通常、ロールの形で供給されるものをいい（日本工業規格ＪＩＳＫ６９００）、しかし、シートとフィルムの境界は定かでなく、実施形態１においては両者を同義として用い、統一して「シート」と記す。  “Sheet” is generally a thin product as defined by JIS and generally has a thickness that is small and flat for the length and width. In general, “film” is a thickness compared to the length and width. Is a thin flat product with an extremely small maximum thickness, and is usually supplied in the form of a roll (Japanese Industrial Standard JISK6900). However, the boundary between the sheet and the film is not clear, In the first embodiment, both are used synonymously and are collectively referred to as “sheet”.

１、６ 表面測定装置
２ 測定ユニット
３ 支持部
５Ｈ 凹部
５Ｐ 凸部
７、９ 被測定物
１０ 演算装置
１１ ＸＹ座標取得部
１２ Ｚ座標取得部
１３ 階調変換処理部
１４ 画像処理部
１５ ＸＹＺ座標演算部
１６ 記憶部
１９ 表示装置
２１ 距離センサ
２２ Ｘ方向駆動装置
２３ Ｙ方向駆動装置
２４ Ｚ方向駆動装置
６１ 撮像装置
６２ 照明
６３ 光源
６４ ハーフミラー
２１１ 白色光源
２１２ レンズ
ＡＳ 面積
ＢＳ ビームスポット
Ｄ スポット直径
ＦＤｘ、ＦＤｙ フィレ径
ＩＤ データ
ＭＤｘ、ＭＤｙ 測定範囲
ＰＰ 高低差測定領域
ＳＡ、ＳＡ１、ＳＡ２、ＳＡ３ 走査対象領域
ＳＰ 塊領域
ＰＰ 高低差測定領域DESCRIPTION OFSYMBOLS 1, 6Surface measuring apparatus 2Measuring unit 3Support part5H Concave part5P Convex part 7, 9 Measuredobject 10Calculation apparatus 11 XY coordinate acquisition part 12 Z coordinateacquisition part 13 Gradation conversion processing part 14Image processing part 15 XYZ coordinatecalculation Unit 16Storage unit 19Display device 21 Distance sensor 22 X direction drive device 23 Y direction drive device 24 Zdirection drive device 61Imaging device 62Illumination 63Light source 64Half mirror 211 Whitelight source 212 Lens AS Area BS Beam spot D Spot diameter FDx, FDy Fillet ID data MDx, MDy Measurement range PP Height difference measurement area SA, SA1, SA2, SA3 Scan target area SP Mass area PP Height difference measurement area

Claims (7)

Translated fromJapanese

被測定物の表面の高低差を測定する距離センサと、
前記被測定物に対する前記距離センサの相対位置が相対的に移動するように走査する走査駆動装置と、
前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量と、前記距離センサの測定値から前記被測定物の表面の位置座標を求め、
前記距離センサの測定値を、前記位置座標に基づいて前記距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理し、
前記画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた前記画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域とし、
前記高低差測定領域の表面の高低差データを出力する演算装置と、を備えることを特徴とする表面測定装置。A distance sensor that measures the height difference of the surface of the object to be measured;
A scanning drive device that scans so that the relative position of the distance sensor with respect to the object to be measured moves relatively;
The relative movement amount of the distance sensor with respect to the object to be measured and the position coordinates of the surface of the object to be measured from the measured value of the distance sensor,
The measured value of the distance sensor is converted as a gradation of an image at a position on the measurement plane measured by the distance sensor based on the position coordinates,
According to the gradation of the image, a region including a mass region in the image that is said to have an area of a predetermined area or more is an elevation difference measurement region,
A surface measuring device comprising: an arithmetic device that outputs height difference data of the surface of the height difference measuring region. 前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量のピッチが、前記距離センサの照射する光のスポット径の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の表面測定装置。  The surface measuring apparatus according to claim 1, wherein a pitch of a relative movement amount of the distance sensor with respect to the object to be measured is ½ or less of a spot diameter of light irradiated by the distance sensor. 前記演算装置は、前記画像を２値化処理して、前記塊領域を抽出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の表面測定装置。  The surface measurement apparatus according to claim 1, wherein the arithmetic device performs binarization processing on the image and extracts the mass region. 前記距離センサは、白色同軸共焦点方式により、被測定物の表面の高低差を測定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面測定装置。  4. The surface measuring apparatus according to claim 1, wherein the distance sensor measures a height difference of the surface of the object to be measured by a white coaxial confocal method. 5. 被測定物の表面の高低差を測定する、白色同軸共焦点方式の距離センサと、
前記被測定物に対する前記距離センサの相対位置を相対的に移動させる走査駆動装置と、を含み、
前記被測定物に対する前記距離センサの相対移動量のピッチが、前記距離センサの照射する光のスポット径の１／２以下であることを特徴とする表面測定装置。A white coaxial confocal distance sensor that measures the height difference of the surface of the object to be measured;
A scanning drive device that relatively moves the relative position of the distance sensor with respect to the object to be measured,
A surface measuring apparatus, wherein a pitch of a relative movement amount of the distance sensor with respect to the object to be measured is ½ or less of a spot diameter of light irradiated by the distance sensor. 被測定物の表面の高低差を測定する距離センサの相対位置が被測定物に対して相対的に移動するように走査し、前記表面の位置座標を求める走査ステップと、
前記距離センサの測定値を、前記位置座標に基づいて前記距離センサが測定した測定平面上の位置における画像の階調として変換処理する階調変換処理ステップと、
前記画像の階調に応じて、所定面積以上の面積があるとされた前記画像内の塊領域を含む領域を高低差測定領域として特定する高低差測定領域特定ステップと、
前記高低差測定領域の被測定物の表面の高低差データを出力する高低差出力ステップと、
を含むことを特徴とする表面測定方法。A scanning step of scanning the relative position of the distance sensor for measuring the height difference of the surface of the object to be measured to move relative to the object to be measured, and obtaining the position coordinates of the surface;
A gradation conversion processing step for converting the measurement value of the distance sensor as a gradation of an image at a position on a measurement plane measured by the distance sensor based on the position coordinates;
A height difference measurement region specifying step for specifying a region including a mass region in the image that has an area of a predetermined area or more as the height difference measurement region according to the gradation of the image,
A height difference output step for outputting height difference data of the surface of the object to be measured in the height difference measurement region;
A surface measurement method comprising: 同軸落射式の照明により、法線方向から被測定物の表面を照射し、法線方向に配置された撮像装置で撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで撮像したデータを演算装置で処理して、該被測定物の表面における凹凸の位置を特定する位置特定ステップと、をさらに含み、
前記走査ステップにおいて、前記位置特定ステップにおいて特定した凹凸の位置を走査対象領域とし、前記走査対象領域の前記表面の位置座標を求めることを特徴とする請求項６に記載の表面測定方法。An imaging step of irradiating the surface of the object to be measured from the normal direction with coaxial epi-illumination and imaging with an imaging device arranged in the normal direction;
Processing the data imaged in the imaging step with an arithmetic device, and further including a position specifying step for specifying the position of the unevenness on the surface of the object to be measured,
The surface measurement method according to claim 6, wherein in the scanning step, the position of the unevenness specified in the position specifying step is set as a scanning target region, and the position coordinates of the surface of the scanning target region are obtained.

Images