(57)【要約】      （修正有）【課題】非接触状態で対象物を評価する評価システムを提供する。【解決手段】評価システム２は、対象物に照射領域を移動させつつ光を照射し、反射した反射光を受光する工程Ｓ１と、前記反射光の強度を平均化した第１結果を出力する工程Ｓ２と、前記第１結果と第１評価基準とを比較することによって、前記対象物の表面状態を評価する工程Ｓ３と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に照射領域を移動させつつ光を照射し、反射した反射光を受光する工程と、
前記反射光の強度を平均化した第１結果を出力する工程と、
前記第１結果と第１評価基準とを比較することによって、前記対象物の表面状態を評価する工程と、を備える、評価方法。
【請求項２】
前記第１評価基準は、対象物と同じ材料からなるサンプルを準備し、前記サンプルに光を照射し反射した反射光の強度である、請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
前記第１評価基準は、前記サンプルを、前記対象物と同一の環境で光を照射したときの反射光の強度である、請求項２に記載の評価方法。
【請求項４】
前記第１結果は、前記反射光の強度を基準面からの高さに変換した値である、請求項１に記載の評価方法。
【請求項５】
前記第１結果は、基準面からの高さの異なる凸部を有する複数のサンプルに光を照射し、前記凸部の高さおよび反射光の強度から算出された近似式に基づいて算出される、請求項１に記載の評価方法。
【請求項６】
前記反射光の強度を複数の一定区間に分割して、一定区間ごとの平均値と１つ前の区間の平均値との比である複数の第２結果を出力する工程と、
前記複数の第２結果と第２評価基準とを比較することによって、前記対象物の表面状態を評価する工程と、をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載の評価方法。
【請求項７】
前記複数の一定区間同士は、一部で重複している、請求項６に記載の評価方法。
【請求項８】
前記反射光の強度に基づいた波形を、複数の周波数成分に分離して、前記複数の周波数成分の振幅である第３結果を算出する工程と、
前記第３結果と第３評価基準とを比較することによって、前記対象物の表面状態を評価する工程と、をさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載の評価方法。
【請求項９】
対象物に照射領域を移動させつつ光を照射し反射した反射光を受光する光センサー部と、
前記反射光の強度を平均化した第１結果を出力する演算部と、
前記第１結果と第１評価基準とを比較することによって、前記対象物の表面状態を評価する、判定部と、を備える、評価システム。
【請求項１０】
前記演算部は、前記反射光の強度を複数の一定区間に分割して、一定区間ごとに平均値と１つ前の区間の平均値との比である複数の第２結果をさらに出力し、
前記判定部は、前記複数の第２結果と第２評価基準とを比較することによって、前記対象物の表面状態を評価する、請求項９に記載の評価システム。
【請求項１１】
前記演算部は、前記反射光の強度に基づいた波形を、複数の周波数成分に分離して、前記複数の周波数成分の振幅値である第３結果をさらに出力し、
前記判定部は、前記複数の第３結果と第３評価基準とを比較することによって、前記対象物の表面状態を評価する、請求項９または１０に記載の評価システム。
【請求項１２】
前記評価システムは、材質の異なる複数のサンプルに光を照射して反射した反射光の強度の複数のデータを保管する、データ管理部をさらに備え、
前記判定部は、前記対象物の材質に応じて、前記データ管理部の前記複数のデータから第１評価基準を選択する、請求項９に記載の評価システム。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれかに記載の評価システムと、
前記評価システムの評価に基づいて、製造プロセスを調整する製造装置と、を備える、製造システム。
【請求項１４】
前記製造装置は、前記第１結果、前記第２結果および前記第３結果の評価結果の組合せにより、前記製造プロセスの調整事項を変更する、請求項１３に記載の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価方法、評価システムおよび製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、対象物の表面状態を接触式のセンサーで測定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９―１３３７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような評価方法では、対象物を傷つけることがある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて案出されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の評価方法は、対象物に照射領域を移動させつつ光を照射し、反射した反射光を受光する工程と、前記反射光の強度を平均化した第１結果を出力する工程と、前記第１結果と第１評価基準とを比較することによって、前記対象物の表面状態を評価する工程と、を備える。
【０００７】
本開示の評価システムは、光センサー部と、演算部と、判定部とを備える。光センサー部は、対象物に照射領域を移動させつつ光を照射し反射した反射光を受光する。演算部は、前記反射光の強度を平均化した第１結果を出力する。判定部は、前記第１結果と第１評価基準とを比較することによって、前記対象物の表面状態について評価を行なう。
【０００８】
本開示の製造システムは、上記の評価システムと、前記評価システムの評価に基づいて、製造プロセスを調整する製造装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の評価方法は、非接触状態で対象物を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の製造システムの一例を示すブロック図である。
【図２】本開示の評価システムの一例を示すブロック図である。
【図３】本開示の評価システムの一部の構造を示す模式図である。
【図４】本開示の評価方法の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本開示の評価方法、評価システムおよび製造システムについて、図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、便宜的に直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義し、Ｚ軸方向の正側を上方とする。
【００１２】
＜製造システム＞
図１に、本発明の一実施形態に係る製造システムの一例を示す。
【００１３】
本開示の製造システム１は、評価システム２と、製造装置３とを備えている。製造システム１は、製造装置３で対象物を製造し、評価システム２で製造物の品質を評価する。また、評価システム２で製造物の品質が悪かった場合には、製造装置３の製造プロセスを補正することができる。
【００１４】
本開示の製造システム１は、例えば、工作機械などに搭載されて、粉体加工または金属加工などに使用される。本開示の製造システム１は、例えば、錠剤の製造、セラミック製品の製造、感光体の製造や、工具を使用した金属体の製造などに使用される。具体的には、製造システム１は、感光体表面の粗化加工などに利用される。
【００１５】
＜評価システム＞
図２に、本発明の一実施形態に係る評価システムの一例を示す。
【００１６】
評価システム２は、光センサー部４と、データ処理部５とを備えている。その結果、例えば、評価システム２は、光センサー部４によって対象物（評価物）での反射光の強度のデータを収集することができる。そして、評価システム２は、データ処理部５によって収集したデータを演算処理して対象物の評価を行なうことができる。本発明に係る評価システム２は、光信号によって対象物を評価することから、対象物に接触することなく、対象物を評価することができる。
【００１７】
図３に、本発明の一実施形態に係る光センサー部の一部の構造を示す。
【００１８】
光センサー部４は、受光素子６および発光素子７を有している。その結果、光センサー部４は、対象物に発光素子７から光を照射して、対象物で反射した反射光を受光素子６で受光することができる。なお、本発明に係る評価システム２では、単純な反射光の強度を評価していることから、ＣＣＤカメラなどの撮像素子を使用する場合と比較して、データ処理が容易になり、評価スピードを向上させることができる。
【００１９】
受光素子６は、光を受光して、光信号を電気信号に変換することができる。受光素子６は、例えば、フォトトランジスタ（ＰＴ）またはフォトダイオード（ＰＤ）などである。なお、本開示の受光素子６は、ＰＤである。
【００２０】
本開示の受光素子６は、基板８を有している。図３に示したように、基板８は、一部に他導電型の第２領域Ｒ２を含んでいる、一導電型の板状の部材である。言い換えれば、基板８は、一導電型の第１領域Ｒ１および他導電型の第２領域Ｒ２からなり、基板８の一部分は第２領域Ｒ２であり、基板８の第２領域Ｒ２を除く領域の全ては、第１領域Ｒ１であってもよい。その結果、基板８内の第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間にｐｎ接合を形成することができ、受光素子６は光信号を電気信号に変換することができる。
【００２１】
基板８は、例えば、半導体材料からなればよい。本開示の基板８は、例えば、シリコン（Ｓｉ）のウェハであればよい。また、本開示の基板８は、シリコン（Ｓｉ）基板にｎ型の不純物をドーピングしており、かつ一部の領域にｐ型の不純物をドーピングしている。その結果、基板８に第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２が形成される。ｎ型の不純物は、例えば、リン（Ｐ）または窒素（Ｎ）などである。また、ｐ型の不純物は、例えば、ホウ素（Ｂ）または亜鉛（Ｚｎ）などである。基板８は、従来周知の方法によって形成することができる。
【００２２】
なお、本明細書において、「一導電型」は「ｎ型」とし、「他導電型」は「ｐ型」とする。しかしながら、本発明において、「一導電型」は「ｎ型」に限られず、「一導電型」
を「ｐ型」としても構わない。また、「一導電型」を「ｐ型」としたとき「他導電型」は「ｎ型」である。
【００２３】
発光素子７は、電流が流れることによって、発光することができる。発光素子７は、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ）また発光ダイオード（ＬＥＤ）などであればよい。なお、本開示の発光素子７は、ＬＥＤである。発光素子７としてＬＥＤを使用した場合、ＬＤに比較して、光の位相がランダムに変動することから干渉縞の発生を低減でき、照射領域中に暗部が形成されるのを低減することができる。したがって、評価精度を向上させることができる。
【００２４】
発光素子７は、基板８の上面に配された複数の半導体層９を有している。その結果、複数の半導体層９に電圧を印加することができ、複数の半導体層９の一部を発光させることができる。複数の半導体層９は、従来周知の方法によって形成することができる。
【００２５】
光センサー部４の発光素子７は、点光源である。その結果、照射領域を限定することができ、対象物から不要な反射光を低減することができるため、評価精度を向上させることができる。
【００２６】
光センサー部４は、１つの発光素子７に対して、複数の受光素子６を有していてもよい。その結果、１つの受光素子６で対象物から正反射した第１反射光を受光し、その他の受光素子６で対象物から散乱反射した第２反射光を受光してもよい。このとき、複数の受光素子６が２つの受光素子６であれば、２つの受光素子６は、例えば、１つの発光素子７を挟んで位置していてもよい。また、複数の受光素子６が３つ以上の受光素子６であれば、３つ以上の受光素子６は、例えば、１つの発光素子７を囲んで位置していてもよい。
【００２７】
光センサー部４は、１つの受光素子６に対して、複数の発光素子７を有していてもよい。その結果、光の強度を大きくすることができる。このとき、複数の発光素子７は、１つの受光素子６の周囲に位置していればよい。
【００２８】
光センサー部４は、センサー制御部１０をさらに有してもよい。センサー制御部１０は、光センサー部４を制御することができる。具体的に、本開示のセンサー制御部４は、受発光部４を移動させたり、発光素子７をパルス駆動させたり、発光素子７の光の強度を補正したりすることができる。
【００２９】
データ処理部５は、演算部１１と、判定部１２を有している。演算部１１は、光センサー部４で得られたデータを演算処理して、評価に適した形式の結果を出力することができる。判定部１２は、演算部１１で出力された結果と評価基準とを比較して、対象物を評価することができる。
【００３０】
なお、光センサー部４およびデータ処理部５は、それぞれ必要な電子部品が搭載された電気回路によって電気信号により制御される。すなわち、光センサー部４の発光素子７はセンサー制御部１０を介して電気信号によって駆動し、光センサー部４の受光素子６によって対象物からの反射光を電気信号に変換する。その後、データ処理部５において、受光素子６で変換された電気信号を処理することができる。
【００３１】
＜製造装置＞
製造装置３は、対象物を製造することができる。製造装置３は、従来周知の種々の製造装置に、本開示の光センサー部４の受光素子６および発光素子７が搭載されたものである。本開示の製造装置３は、例えば、錠剤の製造、感光体の製造または工具を使用した金属体の製造などに使用される。
【００３２】
本開示の製造装置３が錠剤の製造装置である場合、本開示の製造システム１は、例えば評価システム２において錠剤を対象物として評価する。具体的には、評価システム２は、錠剤表面に光を当て、錠剤表面での反射光から錠剤の表面粗さ、または疎密度などを評価することができる。そして、錠剤の表面粗さから、錠剤を粉体から締め固める打錠器の寿命を判断したり、打錠器の圧力、締め固め時間などを調整したり、または締め固め前の複数の粉体の混合比を調整したりなどの事をすることができる。
【００３３】
また、本開示の製造装置３が感光体の製造装置である場合、本開示の製造システム１は、例えば評価システム２において感光体を対象物として評価する。具体的には、評価システム２は、感光体表面に光を当て、感光体での反射光から感光体の表面粗さを評価することができる。感光体の製造では、例えば最終工程において、表面を所定の表面粗さに粗化するブラスト加工を行なうことがある。したがって、評価システム２によって、感光体の表面粗さを評価することによって、ブラスト加工の結果を評価することができる。また、感光体の表面粗さから、ブラストの粒径、噴射の圧力、加工面からの距離などを調整することができる。
【００３４】
また、本開示の製造装置３が工具を使用した金属体の製造（加工）などに使用される場合、本開示の製造システム１は、例えば評価システム２において加工後の金属体を対象物として評価する。具体的には、評価システム２は、加工後の金属体に光を当て、金属体の表面粗さを評価する。そして、金属体の表面粗さから、金属体（被削体）の送り速度、工具の回転速度、工具の移動速度または工具の圧力などを調整することができる。なお、本発明に係る製造装置３を工具用途に適用する場合、製造装置３は、例えば、研削加工用の装置でもよいし、切削加工用の装置でもよい。
【００３５】
また、本開示の製造装置３において、上記の説明では、対象物の表面粗さを評価する例を説明したが、対象物が光の一部を透過する部材であれば、対象物の内部構造を評価することができる。
【００３６】
＜評価方法＞
次に、本実施形態に係る評価方法について、説明する。図４は、本実施形態に係る評価方法の一例を説明するフローチャートである。
【００３７】
対象物を準備する。対象物は、例えば、粒状、円筒状または平板状などの部材であればよい。具体的には、対象物は、例えば、錠剤、感光体ドラムまたは機械加工された金属体（被削材）などであればよい。
【００３８】
対象物に照射領域を移動させつつ光を照射し、対象物で反射した反射光を受光する（Ｓ１）。具体的には、対象物を所定の場所に設置して、光センサー部４の発光素子７から、対象物に光を照射する。そして、対象物で反射した光を光センサー部４の受光素子６で受光する。
【００３９】
対象物に光を照射するとき、対象物の表面には、光の当たっている領域（照射領域）が形成される。そして、発光素子７を移動させることによって、照射領域も対象物の表面を移動する。その結果、対象物表面の広い領域の反射光のデータを取得することができる。なお、発光素子７の移動は、対象物に対して相対的に移動すればよい。すなわち、実際には、対象物を固定して発光素子７を移動させてもよいし、発光素子７を固定して対象物を移動させてもよい。また、発光素子７とともに受光素子６も移動する。
【００４０】
発光素子７は、対象物の測定領域に応じて移動すればよい。例えば、対象物が円筒状の
部材である場合、発光素子７を対象物の長手方向に沿って一方向に動かしてもよいし、対象物の周方向に沿って一方向に動かしてもよい。また、例えば、発光素子７を対象物の長手方向に沿って一方向に動かしつつ、対象物の長手方向を回転軸にして対象物を自転させて、発光素子７を対象物に対して２次元に動かしてもよい。発光素子７を２次元に移動させることによって、対象物の表面全体のデータを収集することができる。
【００４１】
発光素子７は、パルス駆動させてもよい。すなわち、発光素子７は、点滅させてもよい。その結果、発光素子７の寿命を長くすることができる。また、発光素子７をパルス駆動する場合、対象物の表面の照射領域が、1つ前の発光素子７の点灯時の照射領域と一部が重なっていてもよい。その結果、対象物表面の光の当たらない領域を小さくすることができ、評価精度を向上させることができる。
【００４２】
なお、発光素子７の移動および点滅などは、センサー制御部１０によって制御されればよい。
【００４３】
反射光の強度を平均化した第１結果を出力する（Ｓ２）。すなわち、受光素子６で受光した光の強度のデータを演算して、第１結果とする。なお、本実施形態では、反射光の強度は電圧値で表れる。
【００４４】
対象物の表面状態は、対象物で反射した光の強度に影響する。言い換えれば、対象物の表面状態に起因して、反射光の強度は変動する。具体的には、対象物の表面が粗化されている場合、対象物の表面には微細な凹凸が形成される。そして、対象物表面の凹部の底面で反射した光と、凸部の頂点部で反射した光とは、光の移動距離が異なるため、光の強度も変動する。したがって、反射光の強度のデータは、対象物の表面状態を表している。よって、例えば対象物表面の凹部の底面を基準面としたときに、対象物表面の凸部の高さを推定することができ、対象物の表面粗さの指標となる。
【００４５】
第１結果は、反射光の強度の平均値である。すなわち、第１結果は、対象物の測定領域における算術平均粗さ（Ｒａ）の指標となる。なお、本実施形態では、第１結果は、電圧値であるが、第１結果は電圧値に限られない。第１結果は、次の工程において、評価基準と比較可能な物性値とすればよい。
【００４６】
第１結果と第１評価基準とを比較することによって、対象物の表面状態を評価する（Ｓ３）。その結果、例えば、対象物の表面状態が適正なものか否かを判定することができる。具体的には、第１評価基準は上限値および下限値が設定された数値範囲である。そして、第１結果が第１評価基準の上限値を上回った場合、および第１結果が第１評価基準の下限値を下回った場合は、対象物の表面状態は不適正と判定することができる。一方で、第１結果が第１評価基準の上限値を下回り、かつ第１評価基準の下限値を上回った場合には、対象物の表面状態は適正と判定することができる。
【００４７】
なお、上記の通り、第１結果は対象物の測定領域における算術平均粗さ（Ｒａ）であるから、第１評価基準は、算術平均粗さ（Ｒａ）の要求値であればよい。実際には、技術分野、対象物等によって要求値は異なる値となる。
【００４８】
第１評価基準は、対象物と同じ材料からなる第１サンプルを準備し、第１サンプルに光を照射し反射した反射光の強度であってもよい。すなわち、対象物の表面粗さなどの表面状態の要求を満たした第１サンプルを準備して、その第１サンプルでの反射光の強度を得られれば、第１結果と第１評価基準を、例えば電圧値としてそのまま比較することができる。
【００４９】
また、第１評価基準は、第１サンプルを、対象物と同じ環境で光を照射したときの反射光の強度であってもよい。すなわち、第１評価基準は、対象物と同一の工程で取得されたデータであってもよい。その結果、環境の違いに起因した誤差を低減することができ、評価精度を向上させることができる。
【００５０】
第１結果は、反射光の強度を基準面からの高さに変換した値であってもよい。すなわち、本実施形態では、第１結果である電圧値を、対象物表面の基準面からの高さ相当の値に変換してもよい。なお、この場合、第１結果は、基準面からの高さの異なる凸部を有する複数の第２サンプルに光を照射し、第２サンプル表面の凸部の高さおよび反射光の強度から求められた近似式に基づいて算出されてもよい。
【００５１】
反射光の強度を複数の一定区間に分割し、一定区間ごとの平均値と１つ前の区間の平均値との比である複数の第２結果を出力する（Ｓ４）。すなわち、まず、対象物の測定領域を複数の区間に分割して、複数の区間ごとの反射光の強度の平均値を算出する。次に、それぞれの平均値と、その平均値の１つ前の区間の平均値との比を複数の第２結果とする。具体的には、対象物の測定領域をｎ個に分割して、一定区間後の平均値をＸｎとした場合、第２結果は、例えば｜Ｘｎ−１−Ｘｎ｜／Ｘｎ−１で表わされる。
【００５２】
複数の第２結果と第２評価基準とを比較することによって、対象物の表面状態を評価してもよい（Ｓ５）。第２評価基準は、変化率であり、１つの数値である。すなわち、例えば、第２評価基準が０．２（２０％）に設定された場合、複数の第２結果のうち１つでも第２評価基準を上回っていれば、対象物の表面状態は不適正と判定することができる。一方で、複数の第２結果の全てが、第２評価基準を下回っていれば、対象物の表面状態は適正と判定することができる。
【００５３】
複数の一定区間同士は、一部で重複していてもよい。すなわち、複数の第２結果を出力するときに、ある区間の一部は、その１つ前の区間に重なっていてもよい。その結果、評価精度を向上させることができる。
【００５４】
反射光の強度に基づいた波形を、複数の周波数成分に分離して、複数の周波数成分の振幅である複数の第３結果を出力する（Ｓ６）。具体的には、発光素子７の移動に沿って反射光の強度を連続して並べた反射光強度の波形を、例えばフーリエ変換することによって複数の周波数成分に分離する。そして、それぞれの周波数の振幅値を第３結果とする。
【００５５】
複数の第３結果と第３評価基準とを比較することによって、対象物の表面状態を評価してもよい（Ｓ７）。ここで、対象物が、例えば、工具によって研削加工される被切削物などである場合、被切削物には周期的な筋（びびり）などが形成される。したがって、複数の第３結果によって反射光の強度の周期性を評価することによって、加工プロセスの不具合の有無を判断することができる。
【００５６】
第３評価基準は、１つの数値である。したがって、複数の第３結果のうち１つでも第３評価基準を上回っていれば、対象物の表面状態は不適正と判定することができる。一方で、複数の第３結果の全てが、第３評価基準を下回っていれば、対象物の表面状態は適正と判定することができる。
【００５７】
また、第３評価基準は、上記の第１サンプルの反射光の強度に基づいた波形であってもよい。この場合、第３結果の波形が、第３評価基準からどれだけずれているかで、対象物を評価してもよい。
【００５８】
本開示の評価方法は、受発光素子６から得られる１回のデータから、第１結果、第２結
果および第３結果を出力しているため、１回の測定から、複数項目を評価することができる。また、本開示の評価方法では、第１結果、第２結果および第３結果における評価を行なった後に、その評価のパターンによって、製造装置３における調整項目を変更してもよい。すなわち、第１結果、第２結果および第３結果のそれぞれにおいて、ＯＫとＮＧを判定する場合、第１結果、第２結果および第３結果における評価結果の組合せは、８パターンあるが、そのパターンごとに製造装置３の調整項目を変更してもよい。
【００５９】
また、本開示の評価システム２では、材質の異なる複数のサンプルに光を照射して反射した反射光の強度の複数のデータを保管する、データ管理部１３をさらに備えていてもよい。そして、評価システム２の判定部１２は、対象物の材質に応じて、データ管理部１３の複数のデータから第１評価基準を選択してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  製造システム
２  評価システム
３  製造装置
４  光センサー部
５  データ処理部
６  受光素子
７  発光素子
８  基板
９  複数の半導体層
１０  センサー制御部
１１  演算部
１２  判定部
１３  データ管理部
Ｒ１  第１領域
Ｒ２  第２領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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