シート状物の表面欠陥検査装置
【課題】透明体シート状物表面に発生した曲率変化の小さな凹凸状欠陥でも漏れなく検出し、低コスト、かつ、省スペースで構成できる信頼性の高い欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】走行する透明体のシート状物の幅方向から平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段と、透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーンと、該スクリーンに結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段と、明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する信号処理手段とを具備することを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置により、上記課題を解決しえる。
【解決手段】走行する透明体のシート状物の幅方向から平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段と、透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーンと、該スクリーンに結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段と、明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する信号処理手段とを具備することを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置により、上記課題を解決しえる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明体のシート状物表面の凹凸状欠陥をインラインで検出および判定する低コストの検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶等に用いる光学フィルムや電子機器部品等に用いる高機能性フィルムは、近年ますます異物や欠陥に対する要求規格が厳しくなりつつあり、これらのシート状物はクリーンルームで製造され、製造ライン中にある欠陥検査機によってシート状物の欠陥に関する品質の管理が行われている。しかし、ロール等に付着した異物が原因となってシート状物表面に凹み欠陥や凸状欠陥等（以下、凹凸状欠陥と称す）が発生することがある。そのため、工程内には光の透過濃度変化によって検知する欠陥検査機が設置されているが、この検出方法は光を遮る付着異物等には有効であるが、凹凸状欠陥を見逃すことがある。出荷前の目視検査で品質規格外の凹凸状欠陥が発見されることもあり、その場合、膨大な廃棄損出や機会損出につながるといった問題があった。また、目視検査でも凹凸状欠陥を見逃すリスクがあり、多大な損出をもたらす恐れがある。
【０００３】
この問題を解決するため、シート状物のライン中で、走行方向から蛍光灯の直線状の光を傾けて投射し、透過光をＣＣＤカメラで明暗信号として取り込み、光量ムラを補正しながら打痕等の凹凸状欠陥を検査する方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。しかしながら、曲率変化が小さな凹凸状欠陥は、蛍光灯等で構成した直線状の光では平行性に劣るため、欠陥がないシート状物の透過光との差異が小さく、欠陥を見逃す場合があるといった問題があった。
【０００４】
また、シート状物のライン中で、走行方向からキセノンランプ等の点光源から平行化した均一な平行光を照射し、反射光をスクリーンに投影させ、ＣＣＤカメラで撮像した画像を演算処理して、シート状物のスジ等の表面欠陥を検査する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。しかしながら、この方法は、照明装置の構成にコストがかかり、さらに、広幅のシート状物を検査する際には、複数台の照明装置と撮像手段が必要であるため、非常に高価な検査装置となって採算が合わないといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３６４９３
【特許文献２】特開２００６−１８９０００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来の技術の上記問題点を解決し、透明体シート状物表面に発生した曲率変化の小さな凹凸状欠陥でも漏れなく検出し、しかも、比較的低コストで構成できる信頼性の高い欠陥検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討した結果、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明は、走行する透明体のシート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の検査において、
該シート状物の幅方向から平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段と、
透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーンと、
該スクリーンに結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段と、
明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する信号処理手段と、
を具備することを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置に関する。
【０００９】
好ましい実施態様としては、前記照明手段の光源のシート状物に入射する入射角θが、１０°〜２５°であることを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置に関する。
【００１０】
好ましい実施態様としては、前記撮像手段に一次元イメージセンサを用い、スキャン毎の明暗信号を前記信号処理手段によって一定ライン数を更新しながら蓄積し、しきい値を越えたライン数をシート状物の走行方向の欠陥の大きさとして検知し、欠陥の寸法を判定することを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置に関する。
【００１１】
さらに本発明は、上記記載の表面欠陥判別装置を用いて、上記シート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の寸法及び形状を判別することを特徴とする、欠陥判別方法に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、透明体シート状物表面の曲率変化の小さな凹凸状欠陥でも漏れなく検出し、比較的単純な信号処理によって欠陥形状をリアルタイムに判定することにより、欠陥の要因となる工程異常を早期に発見して損出拡大を防止し、信頼性の高い品質管理ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撮像手段で検出した明暗信号で結像位置によるＴＤ寸法歪みのイメージを示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る平行光の中央部で結像した欠陥画像の二値化のイメージを示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る平行光の端部で結像した欠陥画像の二値化のイメージを示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る透明体シート状物の照明位置とスクリーン上での結像位置との関係の一例を示した図である。
【図６】従来の走行方向から照明する形態の透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査方法の一例を示す模式図である。
【図７】従来の走行方向から照明する形態の透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査方法において、複数の光学系で幅方向全体を検査する一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係わる透明体シート状物の欠陥検査装置は、走行する透明体のシート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の検査において、該シート状物の幅方向から平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段と、透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーンと、該スクリーンに結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段と、明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する信号処理手段とを具備することを特徴としている。凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する場合は、幅方向に系統的に歪んだ画像を補正することが好ましい。
【００１５】
ここで、凹凸状欠陥とは、シート状物に異物などが押し当てられた面が、湾曲して凹み、その反対面が凸状に膨らんだ欠陥をいう。
【００１６】
ここで、平行光とは、光束の各光線が重なることがなく、照明方向の光軸に対して平行に近い光線の成分で構成された光をいう。
【００１７】
ここで、一定の拡がりがある平行光の光束をシート状物の幅方向から斜めに入射させることにより、シート状物では平行光の光束の直径よりも広い範囲を照射することができ、スクリーンに結像した画像は、照明手段に近いシート状物の手前側から奥側に向かって幅方向の画像が圧縮される。この画像の圧縮比率は、平行光の光束の拡がり角と入射角とシート状物の屈折率とスクリーンの角度によって決まり、数式演算によって補正が可能な系統誤差となる。
【００１８】
ここで、スクリーンの角度は、平行光の光束の中心軸に対して垂直に配置することが画像の歪みが最も小さくなる点で好ましい。ここでの歪みは、平行光で照射したスクリーン面の中心軸から両外側に向かって像が拡大する現象であり、拡大比率は平行光の光束の拡がり角とスクリーン面上の結像範囲の直径に依存する。一般に平行光の光束の拡がり角は小さいため、これらの歪み量は無視できるレベルに小さいが、必要に応じて二次曲線での補正が可能である。また、二次曲線に合わせてスクリーンを凹面上に湾曲させることでも補正が可能である。
【００１９】
また、シート状物上の照射範囲がスクリーン面上の結像範囲で光学的に圧縮されることにより、画像の光学濃度が強調され、撮像手段で検出すべき視野が狭くなり、少ない台数の撮像手段で対応できる点で優れている。
【００２０】
一方、スクリーンに結像した画像の走行方向の大きさは、シート状物の速度が一定である限り、ＴＤの位置に依存した像の寸法の歪みは生じない。
【００２１】
上記構成によれば、幅方向の斜め方向からシート状物の透過光をスクリーンに結像させた画像を一次元イメージセンサカメラ等で連続的に撮像して信号処理手段で検出することにより、光の照射エリア内で凹凸状の欠陥が通過した場合に、光の屈折方向の変化によって投影像の輝度に比例した明暗信号が変化することを利用して凹凸状欠陥の有無検知が可能となる。この明暗信号は、凹凸状欠陥の曲率変化が大きいほど変化が大きく、また、平行光の入射角度を浅くするほど大きくなる。
【００２２】
また、撮像した一次元の明暗信号を時系列に合成することによって欠陥等の二次元画像が得られ、合成する際に、幅方向の系統的な寸法の歪み補正によって歪みがない欠陥の画像として形状の判定が可能となる。
【００２３】
従って、シート状物の幅方向から斜めに平行光を入射させることにより、シート状物を照射するエリア、すなわち、検査エリアが拡がることにより、さらに、スクリーン上で光学的に圧縮して結像させた画像を撮像させる方法により、少ない照明装置と撮像装置で広幅のシート状物を検査でき、低コストや省スペースの面で優れている。
【００２４】
本発明に係わる透明体シート状物の欠陥検査装置は、前記照明手段の光源のシート状物に入射する入射角θが、１０°〜２５°であることを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置に関する。入射角θとしては、１５°がもっとも好ましい。入射角θが浅いほど検査エリアは広くなるが、入射角θが、１０°より小さくなると、シート状物と空気層の境界面で反射する光が多くなってスクリーン上での明るさが減衰するため、明暗信号のレベルが全体的に低下する問題がある。また入射角θが２５°を超えると、曲率変化の小さな凹凸状欠陥と欠陥のない部位とのコントラストが低下して欠陥の検出が困難になり、また、平行光で照射するシート状物の範囲が狭くなって照明手段の追加が必要になるといった問題がある。
【００２５】
前記照明手段の光源とシート状物との距離および入射角は、前記スクリーンに結像した凹凸状欠陥の部位と凹凸状欠陥がない部位との明暗の差が明暗信号で区別可能で、かつ、シート状物の幅方向で照明光の当たる検査範囲Ｗが最大となるように設定することを特徴としている。
【００２６】
ここで、スクリーンに結像した凹凸状欠陥の部位と凹凸状欠陥がない部位との明暗の差は、凹凸状欠陥の曲率変化および平行光照明の入射角度に依存しており、曲率変化が小さな軽微な凹凸状欠陥でも明暗の光学的濃度差を生じさせるためには、入射角度をシート状物に対して浅くする方が有利である。入射角度を浅くすることで、軽微な凹凸状欠陥でも明暗の光学的濃度差を生じせしめ、シート状物の検査エリアも広くできる一方で、全体的に暗い画像となって地合ノイズも強調されるため、検出が必要な凹凸状欠陥と地合との明暗の差が区別できる範囲で入射角度を調整し、シート状物の検査エリアを設定することが好ましい。
【００２７】
また、照明手段とシート状物との距離を離すことにより、平行光の光束の拡がりに比例してシート状物の検査エリアが広くなり、照明輝度の減衰と設置スペースの制約範囲内で照明手段とシート状物との距離を離すことが好ましい。
【００２８】
従って、照明手段とシート状物との距離および入射角を、スクリーンに結像した明暗信号とシート状物の幅方向の検査エリアの条件から決定することにより、広い検査エリアで軽微な凹凸状欠陥を検出できる点で優れている。
【００２９】
本発明に係わる透明体シート状物の欠陥検査装置は、前記撮像手段に一次元イメージセンサを用い、スキャン毎の明暗信号を前記信号処理手段によって一定ライン数を更新しながら蓄積し、しきい値を越えたライン数をシート状物の走行方向の欠陥の大きさとして検知し、欠陥の寸法を判定することが好ましい。欠陥の寸法を判定する場合には、各ラインの明暗信号の立ち下がり幅は予め設定した補正曲線に応じて歪みを補正して幅方向の欠陥の大きさとして抽出し、走行方向との大きさのデータと合成して二次元化することが好ましい。
【００３０】
ここで、一次元イメージセンサは、スキャンレートに従って連続して一次元の明暗信号が出力され、エンコーダから換算したシート状物のライン速度に基づいて、一次元の明暗信号を信号処理装置で時系列に統合することによって二次元の画像情報が得られる。
【００３１】
ここで、明暗信号の立ち下がり幅の補正曲線は、平行光の入射角度とシート状物の屈折率とスクリーンの角度に依存し、スクリーンの角度を平行光の光束の中心軸に対して垂直に配置すれば二次曲線で近似できる。
【００３２】
上記構成によれば、シート状物の走行方向の欠陥の大きさを明暗信号のライン数で検知し、シート状物の幅方向の欠陥の大きさを明暗信号の立ち下がり幅の補正後のデータを用いて、走行方向と幅方向のデータを合成することにより、欠陥の寸法や面積や形状を判定することが可能となる。
【００３３】
以下に、本発明に係わる透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査装置に関して図１に基づいて説明する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態に係る透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査装置の一例を示す模式図である。
【００３５】
図１において、透明体シート状物５の走行方向をＭＤとし、幅方向をＴＤとし、その走行する透明体シート状物５のＴＤから平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段１と、透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーン２と、スクリーン２に結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段３と、透明体シート状物５に図示していない凹凸状欠陥がある場合に、明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、ＴＤに系統的に歪んだ画像を補正して凹凸状欠陥の形状を判定する信号処理手段４とを具備している。
【００３６】
また、透明体シート状物５の走行速度は、図示していない近傍のロールに設置したエンコーダから換算することができる。
【００３７】
ここで、凹凸状欠陥とは、ロール上やニップロールにおいて、シート状物に異物などが押し当てられた面が、湾曲して凹み、その反対面が凸状に膨らんだ欠陥をいう。当然ながら、凹凸の向きや大きさや高低差は、接触する異物の大きさや硬さなどによって変化する。
【００３８】
ここで、平行光とは、光束の各光線が重なることがなく、照明方向の光軸に対して平行に近い光線の成分で構成された光をいう。図１において、照明手段１の光束の出射窓の直径がφｓの場合、光束の中心が透明体シート状物５に交わる位置での直径は、光束の拡がり角と透明体シート状物５との距離に比例してφｔとなり、さらに、スクリーン２の表面上ではφｐに拡がる。照明手段１は、光束の各光線が重なり合わない平行光の照明とするために、キセノン光源のように点光源であることが好ましく、点光源の出射窓にコリメータレンズなどによって平行光とすることができる。
【００３９】
また、一定の拡がりがある平行光の光束を透明体シート状物５のＴＤから斜めの角度θで入射させることにより、透明体シート状物５では平行光の光束の直径φｔよりも広い範囲Ｗを照射することができ、スクリーン２に結像した画像は、照明手段１に近い透明体シート状物５の手前側から奥側に向かってＴＤの画像が圧縮される。この画像のＴＤの圧縮比率は、平行光の光束の拡がり角と入射角θと透明体シート状物５の屈折率とスクリーン２の角度によって決まり、数式演算によって補正が可能な系統誤差となる。平行光を斜めに入射させることによって、透明体シート状物５を通過、すなわち、照射範囲Ｗは、透明体シート状物５と光束の中心軸との交点ｃに対して、照明手段１の近い手前側が狭く、奥側が広くなり、そのときの平行光の入射角度は手前側がθ＋αとなり、奥側がθ−αとなる。
【００４０】
ここで、スクリーン２の角度は、平行光の光束の中心軸に対して垂直に配置することが画像の歪みが最も小さくなる点で好ましい。ここでの歪みは、平行光で照射したスクリーン２上面の中心点ｃ'から両外側に向かって像が拡大する現象であり、拡大比率は平行光の光束の拡がり角とスクリーン２面上の結像範囲の直径φｐに依存する。一般に平行光の光束の拡がり角は小さいため、これらの歪み量は無視できるレベルに小さいが、必要に応じて二次曲線での補正が可能である。また、二次曲線に合わせてスクリーンを凹面上に湾曲させることでも補正が可能である。スクリーン２の面は、拡散反射する材質を選択し、白色系で色斑がないことが好ましい。
【００４１】
また、透明体シート状物５上の照射範囲Ｗがスクリーン２面上の結像範囲の直径φｐで光学的に圧縮されることにより、画像の光学濃度が強調され、一次元のイメージセンサカメラなどの撮像手段３で検出すべき視野が狭くなり、少ない台数のイメージセンサカメラで対応できる点で優れている。図１において、シート状物上の照射範囲Ｗがスクリーン２面上の結像範囲の直径φｐに圧縮させることになる。
【００４２】
一方、スクリーン２に結像した画像のＭＤの大きさは、透明体シート状物５の速度が一定である限り、撮像手段３である一次元のイメージセンサカメラの視野において、ＴＤの位置に依存した像の寸法の歪みは生じない。
【００４３】
上記構成によれば、ＴＤ斜め方向から透明体シート状物５の透過光をスクリーン２に結像させた画像を撮像手段３である一次元のイメージセンサカメラ等で連続的に撮像して信号処理手段４で検出ことにより、透明体シート状物５の光の照射範囲Ｗ内で凹凸状欠陥が通過した場合に、光の屈折方向の変化によって投影像の輝度に比例した明暗信号が変化することを利用して凹凸状欠陥の有無検知が可能となる。この明暗信号は、凹凸状欠陥の曲率変化が大きいほど光の屈折方向の影響が大きくなって明暗の差が大きくなり、また、平行光の入射角度θを浅くするほど明暗の差が大きくなる。
【００４４】
また、撮像した一次元の明暗信号を信号処理手段４に蓄積して時系列に合成することによって欠陥等の二次元画像が得られ、合成する際に、ＴＤの系統的な寸法の歪み補正によって歪みがない欠陥の画像として形状の判定が可能となる。
【００４５】
従って、透明体シート状物５のＴＤから斜めに平行光を入射させることにより、透明体シート状物５の照射範囲Ｗ、すなわち、検査エリアが拡がることにより、さらに、スクリーン２上で光学的に圧縮して結像させた画像を撮像させる方法により、少ない照明手段１と撮像手段３で広幅の透明体シート状物５を検査でき、低コストや省スペースの面で優れている。
【００４６】
図１において、照明手段１の光源と透明体シート状物５との距離および入射角θは、スクリーン２に結像した凹凸状欠陥の部位と凹凸状欠陥がない部位との明暗の差が明暗信号で区別可能で、かつ、透明体シート状物５のＴＤで照明光の当たる検査範囲Ｗが最大となるように設定する。ここで、スクリーン２に結像した凹凸状欠陥の部位と凹凸状欠陥がない部位との明暗の差は、凹凸状欠陥の曲率変化および平行光照明の入射角度θに依存しており、曲率変化が小さな軽微な凹凸状欠陥でも明暗の光学的濃度差を生じさせるためには、入射角度θを透明体シート状物５に対して浅くする方が有利である。入射角度θを浅くすることで、軽微な凹凸状欠陥でも明暗の光学的濃度差を生じせしめ、透明体シート状物５の検査範囲Ｗも広くできる一方で、全体的に暗い画像となって地合ノイズも強調されるため、検出が必要な凹凸状欠陥と地合との明暗の差が区別できる範囲で入射角度θを調整し、透明体シート状物５の検査範囲Ｗを設定することが好ましい。
【００４７】
凹凸状欠陥の厚みの最大の高低差が１〜３μｍで、直径が０．５ｍｍ〜３ｍｍの軽微な凹凸状欠陥を検出する場合、平行光の入射角度θは１０°〜２５°とし、平行光の光束の拡がり角が５°〜１０°とすることが好ましい。
【００４８】
また、照明手段１と透明体シート状物５との距離を離すことにより、平行光の光束の拡がりに比例して透明体シート状物５の検査範囲Ｗが広くなり、照明輝度の減衰と設置スペースの制約範囲内で照明手段１と透明体シート状物５との距離を離すことが好ましく、照明手段１と透明体シート状物５との距離を５００ｍｍ〜１５００ｍｍとし、透明体シート状物５とスクリーン２との距離を２００ｍｍ〜６００ｍｍとすることが好ましい。また、透明体シート状物５と照明手段との距離Ｌは、２００ｍｍ以上離すことが好ましい。
【００４９】
従って、照明手段１と透明体シート状物５との距離および入射角を、スクリーンに結像した明暗信号と透明体シート状物５のＴＤの検査範囲Ｗの条件から決定することにより、広い検査範囲Ｗで軽微な凹凸状欠陥を検出できる点で優れている。
【００５０】
図１において、撮像手段３には一次元イメージセンサを用い、スキャン毎の明暗信号を信号処理手段４によって一定ライン数を更新しながら蓄積し、しきい値を越えたライン数を透明体シート状物５のＭＤの欠陥の大きさとして検知し、各ラインの明暗信号の立ち下がり幅は予め設定した補正曲線に応じて歪みを補正してＴＤの欠陥の大きさとして抽出し、ＭＤの大きさのデータと合成して二次元化し、欠陥の寸法や面積や形状を判定することが好ましい。
【００５１】
ここで、撮像手段３の一次元イメージセンサは、スキャンレートに従って連続して一次元の明暗信号が出力され、図示していないエンコーダから換算した透明体シート状物５のライン速度に基づいて、一次元の明暗信号を信号処理装置４で時系列に統合することによって二次元の画像情報が得られる。信号処理装置４ではエンコーダから換算したライン速度とスキャンレートから、１スキャン当たりの距離をＭＤ最小単位とし、検知したライン数とかけ合わせて凹凸状欠陥のＭＤ長さとして換算できる。
【００５２】
ここで、明暗信号の立ち下がり幅の補正曲線は、平行光の入射角度θと透明体シート状物５の屈折率とスクリーン２の角度に依存し、スクリーン２の角度を平行光の光束の中心軸に対して垂直に配置すれば二次曲線で近似できる。
【００５３】
上記構成によれば、透明体シート状物５のＭＤの欠陥の大きさを明暗信号のライン数で検知し、透明体シート状物５のＴＤの欠陥の大きさを明暗信号の立ち下がり幅の補正後のデータを用いて、ＭＤとＴＤのデータを合成することにより、欠陥の寸法や面積や形状を判定することが可能となる。
【００５４】
図２は、スクリーン２の面を一次元イメージセンサカメラで検出した１スキャン分の明暗信号において、同寸法の円状の欠陥が結像位置によるＴＤの寸法歪みのイメージを示した図である。平行光の光束の中心軸で透明体シート状物５のｃ点を通過して結像したスクリーン上の点ｃ'で円状となる場合、照明手段１に近い手前側の点ｎの結像点ｎ'はＴＤに拡大し、奥側の点ｆの結像点ｆ'はＴＤに圧縮した画像となる。
【００５５】
図３、図４は、図２における点ｃ'と点ｎ'の位置にある画像を信号処理装置４で二値化した場合のイメージを示した一例である。図のマス目は、ＭＤおよびＴＤの最小単位を示しており、前者はライン速度とスキャンレートと決定し、後者はイメージセンサカメラの素子数と素子ピッチとカメラの結像倍率で決定され、欠陥で遮られないマス目を明部とし、欠陥で遮られたマス目を暗部Ｂとして示した。点ｃ'と点ｎ'の二値化画像から欠陥のＭＤおよびＴＤの最大寸法が検出でき、両者のＭＤ最大寸法はＹc＝Ｙnとなって同じ値となり、両者のＴＤ最大寸法はＸc＜Ｘnの関係となる。
【実施例】
【００５６】
（実施例１）
平均厚みが約５０μｍ、屈折率が１．５８のＰＣ系透明フィルムについて、最大高低差約１．５μｍ〜２．０μｍ，最大直径約０.５〜２．０ｍｍの楕円凹凸状欠陥サンプルを１００ｍｍ／秒で移動させ、５００Ｗのキセノン光源にコリメータで平行化した照明を用い、白色系スクリーンに結像した画像を４０００ビットの一次元ＣＣＤカメラで撮像する図１に示す構成とした。
【００５７】
平行光の入射角度を１５°とし、拡がり角約９°の照明光において、対象フィルムとの距離を１ｍとしたとき、対象フィルム上のＴＤ照明範囲を約８５０ｍｍとすることができ、対象フィルムから８００ｍｍ位置に平行光と垂直に配置したスクリーンでのＴＤ結像範囲は約３３０ｍｍとなった。
【００５８】
上述の条件で評価した結果、対象フィルム上のＴＤ照明範囲を欠陥が通過した際に、明暗信号が立ち下がりを生じ、二値化処理後に欠陥の寸法判定が可能であることを確認した。
【００５９】
図５は、対象フィルム上のＴＤ位置の各点とスクリーンと結像位置を示した図であり、二次式の曲線でフィッティングでき、この曲線を基に補正できることを確認した。
【００６０】
（比較例１）
図６は、従来の凹凸状表面欠陥の検出方法に基づいて、平均厚みが約５０μｍ、屈折率が１．５８のＰＣ系透明フィルムについて、最大高低差約１．５μｍ〜２．０μｍ，最大直径約０.５〜２．０ｍｍの楕円凹凸状欠陥サンプルを１００ｍｍ／秒で移動させ、５００Ｗのキセノン光源にコリメータで平行化した照明を用い、白色系スクリーンに結像した画像を４０００ビットの一次元ＣＣＤカメラで撮像する構成とした。
【００６１】
平行光はＭＤと垂直とし、入射角度を１５°とし、拡がり角約９°の照明光において、対象フィルムとの距離を１ｍとしたとき、対象フィルム上のＴＤ照明範囲を約２００ｍｍとなり、対象フィルムから８００ｍｍ位置に平行光と垂直に配置したスクリーンでのＴＤ結像範囲は約３１０ｍｍとなった。
【００６２】
対象フィルムからスクリーンに拡大して結像するため、凹凸状表面欠陥の画像は上記実施例１よりもボヤけた画像となった。
【００６３】
図７は、対象フィルム上のＴＤ照明範囲を約２００ｍｍの場合、１１００ｍｍ幅のフィルム全域を検査するために、照明手段とスクリーンと撮像手段を含む６式の光学系が必要となる一例を示した。上記実施例１の方法では、２式の光学系でフィルム全域の検査が可能となることを確認した。
【符号の説明】
【００６４】
１ 照明手段
２ スクリーン
３ 撮像手段
４ 信号処理手段
５ 透明体シート状物
ＭＤ 透明体シート状物の走行方向
ＴＤ 透明体シート状物の幅方向
θ 照明手段の平行光の中心の入射角
α 照明手段の平行光の拡がりに伴う入射角のズレ
φｓ 照明手段の光束の出射窓での直径
φｔ 照明手段の光束の中心と透明体シート状物が交わる位置での直径
φｐ 照明手段の光束がスクリーン上で結像した直径
Ｗ 透明体シート状物の平行光の照射範囲
ｃ 透明体シート状物と照明手段の光束の中心軸との交点
ｎ 透明体シート状物と照明手段の光束の中心軸との交点
ｆ 透明体シート状物と照明手段の光束の中心軸との交点
ｃ' スクリーン面での中心の結像点
ｎ' 照明手段の光束の手前端のスクリーン面での結像点
ｆ' 照明手段の光束の奥端のスクリーン面での結像点
Ｂ 二値化した画像で暗部のマス目
Ｙc 点ｃ上の欠陥の二値化画像のＭＤ最大寸法
Ｙn 点ｎ上の欠陥の二値化画像のＭＤ最大寸法
Ｘc 点ｃ上の欠陥の二値化画像のＴＤ最大寸法
Ｘn 点ｎ上の欠陥の二値化画像のＴＤ最大寸法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明体のシート状物表面の凹凸状欠陥をインラインで検出および判定する低コストの検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶等に用いる光学フィルムや電子機器部品等に用いる高機能性フィルムは、近年ますます異物や欠陥に対する要求規格が厳しくなりつつあり、これらのシート状物はクリーンルームで製造され、製造ライン中にある欠陥検査機によってシート状物の欠陥に関する品質の管理が行われている。しかし、ロール等に付着した異物が原因となってシート状物表面に凹み欠陥や凸状欠陥等（以下、凹凸状欠陥と称す）が発生することがある。そのため、工程内には光の透過濃度変化によって検知する欠陥検査機が設置されているが、この検出方法は光を遮る付着異物等には有効であるが、凹凸状欠陥を見逃すことがある。出荷前の目視検査で品質規格外の凹凸状欠陥が発見されることもあり、その場合、膨大な廃棄損出や機会損出につながるといった問題があった。また、目視検査でも凹凸状欠陥を見逃すリスクがあり、多大な損出をもたらす恐れがある。
【０００３】
この問題を解決するため、シート状物のライン中で、走行方向から蛍光灯の直線状の光を傾けて投射し、透過光をＣＣＤカメラで明暗信号として取り込み、光量ムラを補正しながら打痕等の凹凸状欠陥を検査する方法（例えば、特許文献１参照）が提案されている。しかしながら、曲率変化が小さな凹凸状欠陥は、蛍光灯等で構成した直線状の光では平行性に劣るため、欠陥がないシート状物の透過光との差異が小さく、欠陥を見逃す場合があるといった問題があった。
【０００４】
また、シート状物のライン中で、走行方向からキセノンランプ等の点光源から平行化した均一な平行光を照射し、反射光をスクリーンに投影させ、ＣＣＤカメラで撮像した画像を演算処理して、シート状物のスジ等の表面欠陥を検査する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。しかしながら、この方法は、照明装置の構成にコストがかかり、さらに、広幅のシート状物を検査する際には、複数台の照明装置と撮像手段が必要であるため、非常に高価な検査装置となって採算が合わないといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３６４９３
【特許文献２】特開２００６−１８９０００
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来の技術の上記問題点を解決し、透明体シート状物表面に発生した曲率変化の小さな凹凸状欠陥でも漏れなく検出し、しかも、比較的低コストで構成できる信頼性の高い欠陥検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討した結果、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明は、走行する透明体のシート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の検査において、
該シート状物の幅方向から平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段と、
透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーンと、
該スクリーンに結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段と、
明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する信号処理手段と、
を具備することを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置に関する。
【０００９】
好ましい実施態様としては、前記照明手段の光源のシート状物に入射する入射角θが、１０°〜２５°であることを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置に関する。
【００１０】
好ましい実施態様としては、前記撮像手段に一次元イメージセンサを用い、スキャン毎の明暗信号を前記信号処理手段によって一定ライン数を更新しながら蓄積し、しきい値を越えたライン数をシート状物の走行方向の欠陥の大きさとして検知し、欠陥の寸法を判定することを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置に関する。
【００１１】
さらに本発明は、上記記載の表面欠陥判別装置を用いて、上記シート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の寸法及び形状を判別することを特徴とする、欠陥判別方法に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、透明体シート状物表面の曲率変化の小さな凹凸状欠陥でも漏れなく検出し、比較的単純な信号処理によって欠陥形状をリアルタイムに判定することにより、欠陥の要因となる工程異常を早期に発見して損出拡大を防止し、信頼性の高い品質管理ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撮像手段で検出した明暗信号で結像位置によるＴＤ寸法歪みのイメージを示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る平行光の中央部で結像した欠陥画像の二値化のイメージを示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る平行光の端部で結像した欠陥画像の二値化のイメージを示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る透明体シート状物の照明位置とスクリーン上での結像位置との関係の一例を示した図である。
【図６】従来の走行方向から照明する形態の透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査方法の一例を示す模式図である。
【図７】従来の走行方向から照明する形態の透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査方法において、複数の光学系で幅方向全体を検査する一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係わる透明体シート状物の欠陥検査装置は、走行する透明体のシート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の検査において、該シート状物の幅方向から平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段と、透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーンと、該スクリーンに結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段と、明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する信号処理手段とを具備することを特徴としている。凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する場合は、幅方向に系統的に歪んだ画像を補正することが好ましい。
【００１５】
ここで、凹凸状欠陥とは、シート状物に異物などが押し当てられた面が、湾曲して凹み、その反対面が凸状に膨らんだ欠陥をいう。
【００１６】
ここで、平行光とは、光束の各光線が重なることがなく、照明方向の光軸に対して平行に近い光線の成分で構成された光をいう。
【００１７】
ここで、一定の拡がりがある平行光の光束をシート状物の幅方向から斜めに入射させることにより、シート状物では平行光の光束の直径よりも広い範囲を照射することができ、スクリーンに結像した画像は、照明手段に近いシート状物の手前側から奥側に向かって幅方向の画像が圧縮される。この画像の圧縮比率は、平行光の光束の拡がり角と入射角とシート状物の屈折率とスクリーンの角度によって決まり、数式演算によって補正が可能な系統誤差となる。
【００１８】
ここで、スクリーンの角度は、平行光の光束の中心軸に対して垂直に配置することが画像の歪みが最も小さくなる点で好ましい。ここでの歪みは、平行光で照射したスクリーン面の中心軸から両外側に向かって像が拡大する現象であり、拡大比率は平行光の光束の拡がり角とスクリーン面上の結像範囲の直径に依存する。一般に平行光の光束の拡がり角は小さいため、これらの歪み量は無視できるレベルに小さいが、必要に応じて二次曲線での補正が可能である。また、二次曲線に合わせてスクリーンを凹面上に湾曲させることでも補正が可能である。
【００１９】
また、シート状物上の照射範囲がスクリーン面上の結像範囲で光学的に圧縮されることにより、画像の光学濃度が強調され、撮像手段で検出すべき視野が狭くなり、少ない台数の撮像手段で対応できる点で優れている。
【００２０】
一方、スクリーンに結像した画像の走行方向の大きさは、シート状物の速度が一定である限り、ＴＤの位置に依存した像の寸法の歪みは生じない。
【００２１】
上記構成によれば、幅方向の斜め方向からシート状物の透過光をスクリーンに結像させた画像を一次元イメージセンサカメラ等で連続的に撮像して信号処理手段で検出することにより、光の照射エリア内で凹凸状の欠陥が通過した場合に、光の屈折方向の変化によって投影像の輝度に比例した明暗信号が変化することを利用して凹凸状欠陥の有無検知が可能となる。この明暗信号は、凹凸状欠陥の曲率変化が大きいほど変化が大きく、また、平行光の入射角度を浅くするほど大きくなる。
【００２２】
また、撮像した一次元の明暗信号を時系列に合成することによって欠陥等の二次元画像が得られ、合成する際に、幅方向の系統的な寸法の歪み補正によって歪みがない欠陥の画像として形状の判定が可能となる。
【００２３】
従って、シート状物の幅方向から斜めに平行光を入射させることにより、シート状物を照射するエリア、すなわち、検査エリアが拡がることにより、さらに、スクリーン上で光学的に圧縮して結像させた画像を撮像させる方法により、少ない照明装置と撮像装置で広幅のシート状物を検査でき、低コストや省スペースの面で優れている。
【００２４】
本発明に係わる透明体シート状物の欠陥検査装置は、前記照明手段の光源のシート状物に入射する入射角θが、１０°〜２５°であることを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置に関する。入射角θとしては、１５°がもっとも好ましい。入射角θが浅いほど検査エリアは広くなるが、入射角θが、１０°より小さくなると、シート状物と空気層の境界面で反射する光が多くなってスクリーン上での明るさが減衰するため、明暗信号のレベルが全体的に低下する問題がある。また入射角θが２５°を超えると、曲率変化の小さな凹凸状欠陥と欠陥のない部位とのコントラストが低下して欠陥の検出が困難になり、また、平行光で照射するシート状物の範囲が狭くなって照明手段の追加が必要になるといった問題がある。
【００２５】
前記照明手段の光源とシート状物との距離および入射角は、前記スクリーンに結像した凹凸状欠陥の部位と凹凸状欠陥がない部位との明暗の差が明暗信号で区別可能で、かつ、シート状物の幅方向で照明光の当たる検査範囲Ｗが最大となるように設定することを特徴としている。
【００２６】
ここで、スクリーンに結像した凹凸状欠陥の部位と凹凸状欠陥がない部位との明暗の差は、凹凸状欠陥の曲率変化および平行光照明の入射角度に依存しており、曲率変化が小さな軽微な凹凸状欠陥でも明暗の光学的濃度差を生じさせるためには、入射角度をシート状物に対して浅くする方が有利である。入射角度を浅くすることで、軽微な凹凸状欠陥でも明暗の光学的濃度差を生じせしめ、シート状物の検査エリアも広くできる一方で、全体的に暗い画像となって地合ノイズも強調されるため、検出が必要な凹凸状欠陥と地合との明暗の差が区別できる範囲で入射角度を調整し、シート状物の検査エリアを設定することが好ましい。
【００２７】
また、照明手段とシート状物との距離を離すことにより、平行光の光束の拡がりに比例してシート状物の検査エリアが広くなり、照明輝度の減衰と設置スペースの制約範囲内で照明手段とシート状物との距離を離すことが好ましい。
【００２８】
従って、照明手段とシート状物との距離および入射角を、スクリーンに結像した明暗信号とシート状物の幅方向の検査エリアの条件から決定することにより、広い検査エリアで軽微な凹凸状欠陥を検出できる点で優れている。
【００２９】
本発明に係わる透明体シート状物の欠陥検査装置は、前記撮像手段に一次元イメージセンサを用い、スキャン毎の明暗信号を前記信号処理手段によって一定ライン数を更新しながら蓄積し、しきい値を越えたライン数をシート状物の走行方向の欠陥の大きさとして検知し、欠陥の寸法を判定することが好ましい。欠陥の寸法を判定する場合には、各ラインの明暗信号の立ち下がり幅は予め設定した補正曲線に応じて歪みを補正して幅方向の欠陥の大きさとして抽出し、走行方向との大きさのデータと合成して二次元化することが好ましい。
【００３０】
ここで、一次元イメージセンサは、スキャンレートに従って連続して一次元の明暗信号が出力され、エンコーダから換算したシート状物のライン速度に基づいて、一次元の明暗信号を信号処理装置で時系列に統合することによって二次元の画像情報が得られる。
【００３１】
ここで、明暗信号の立ち下がり幅の補正曲線は、平行光の入射角度とシート状物の屈折率とスクリーンの角度に依存し、スクリーンの角度を平行光の光束の中心軸に対して垂直に配置すれば二次曲線で近似できる。
【００３２】
上記構成によれば、シート状物の走行方向の欠陥の大きさを明暗信号のライン数で検知し、シート状物の幅方向の欠陥の大きさを明暗信号の立ち下がり幅の補正後のデータを用いて、走行方向と幅方向のデータを合成することにより、欠陥の寸法や面積や形状を判定することが可能となる。
【００３３】
以下に、本発明に係わる透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査装置に関して図１に基づいて説明する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００３４】
図１は、本発明の実施形態に係る透明体シート状物表面の凹凸状の欠陥検査装置の一例を示す模式図である。
【００３５】
図１において、透明体シート状物５の走行方向をＭＤとし、幅方向をＴＤとし、その走行する透明体シート状物５のＴＤから平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段１と、透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーン２と、スクリーン２に結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段３と、透明体シート状物５に図示していない凹凸状欠陥がある場合に、明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、ＴＤに系統的に歪んだ画像を補正して凹凸状欠陥の形状を判定する信号処理手段４とを具備している。
【００３６】
また、透明体シート状物５の走行速度は、図示していない近傍のロールに設置したエンコーダから換算することができる。
【００３７】
ここで、凹凸状欠陥とは、ロール上やニップロールにおいて、シート状物に異物などが押し当てられた面が、湾曲して凹み、その反対面が凸状に膨らんだ欠陥をいう。当然ながら、凹凸の向きや大きさや高低差は、接触する異物の大きさや硬さなどによって変化する。
【００３８】
ここで、平行光とは、光束の各光線が重なることがなく、照明方向の光軸に対して平行に近い光線の成分で構成された光をいう。図１において、照明手段１の光束の出射窓の直径がφｓの場合、光束の中心が透明体シート状物５に交わる位置での直径は、光束の拡がり角と透明体シート状物５との距離に比例してφｔとなり、さらに、スクリーン２の表面上ではφｐに拡がる。照明手段１は、光束の各光線が重なり合わない平行光の照明とするために、キセノン光源のように点光源であることが好ましく、点光源の出射窓にコリメータレンズなどによって平行光とすることができる。
【００３９】
また、一定の拡がりがある平行光の光束を透明体シート状物５のＴＤから斜めの角度θで入射させることにより、透明体シート状物５では平行光の光束の直径φｔよりも広い範囲Ｗを照射することができ、スクリーン２に結像した画像は、照明手段１に近い透明体シート状物５の手前側から奥側に向かってＴＤの画像が圧縮される。この画像のＴＤの圧縮比率は、平行光の光束の拡がり角と入射角θと透明体シート状物５の屈折率とスクリーン２の角度によって決まり、数式演算によって補正が可能な系統誤差となる。平行光を斜めに入射させることによって、透明体シート状物５を通過、すなわち、照射範囲Ｗは、透明体シート状物５と光束の中心軸との交点ｃに対して、照明手段１の近い手前側が狭く、奥側が広くなり、そのときの平行光の入射角度は手前側がθ＋αとなり、奥側がθ−αとなる。
【００４０】
ここで、スクリーン２の角度は、平行光の光束の中心軸に対して垂直に配置することが画像の歪みが最も小さくなる点で好ましい。ここでの歪みは、平行光で照射したスクリーン２上面の中心点ｃ'から両外側に向かって像が拡大する現象であり、拡大比率は平行光の光束の拡がり角とスクリーン２面上の結像範囲の直径φｐに依存する。一般に平行光の光束の拡がり角は小さいため、これらの歪み量は無視できるレベルに小さいが、必要に応じて二次曲線での補正が可能である。また、二次曲線に合わせてスクリーンを凹面上に湾曲させることでも補正が可能である。スクリーン２の面は、拡散反射する材質を選択し、白色系で色斑がないことが好ましい。
【００４１】
また、透明体シート状物５上の照射範囲Ｗがスクリーン２面上の結像範囲の直径φｐで光学的に圧縮されることにより、画像の光学濃度が強調され、一次元のイメージセンサカメラなどの撮像手段３で検出すべき視野が狭くなり、少ない台数のイメージセンサカメラで対応できる点で優れている。図１において、シート状物上の照射範囲Ｗがスクリーン２面上の結像範囲の直径φｐに圧縮させることになる。
【００４２】
一方、スクリーン２に結像した画像のＭＤの大きさは、透明体シート状物５の速度が一定である限り、撮像手段３である一次元のイメージセンサカメラの視野において、ＴＤの位置に依存した像の寸法の歪みは生じない。
【００４３】
上記構成によれば、ＴＤ斜め方向から透明体シート状物５の透過光をスクリーン２に結像させた画像を撮像手段３である一次元のイメージセンサカメラ等で連続的に撮像して信号処理手段４で検出ことにより、透明体シート状物５の光の照射範囲Ｗ内で凹凸状欠陥が通過した場合に、光の屈折方向の変化によって投影像の輝度に比例した明暗信号が変化することを利用して凹凸状欠陥の有無検知が可能となる。この明暗信号は、凹凸状欠陥の曲率変化が大きいほど光の屈折方向の影響が大きくなって明暗の差が大きくなり、また、平行光の入射角度θを浅くするほど明暗の差が大きくなる。
【００４４】
また、撮像した一次元の明暗信号を信号処理手段４に蓄積して時系列に合成することによって欠陥等の二次元画像が得られ、合成する際に、ＴＤの系統的な寸法の歪み補正によって歪みがない欠陥の画像として形状の判定が可能となる。
【００４５】
従って、透明体シート状物５のＴＤから斜めに平行光を入射させることにより、透明体シート状物５の照射範囲Ｗ、すなわち、検査エリアが拡がることにより、さらに、スクリーン２上で光学的に圧縮して結像させた画像を撮像させる方法により、少ない照明手段１と撮像手段３で広幅の透明体シート状物５を検査でき、低コストや省スペースの面で優れている。
【００４６】
図１において、照明手段１の光源と透明体シート状物５との距離および入射角θは、スクリーン２に結像した凹凸状欠陥の部位と凹凸状欠陥がない部位との明暗の差が明暗信号で区別可能で、かつ、透明体シート状物５のＴＤで照明光の当たる検査範囲Ｗが最大となるように設定する。ここで、スクリーン２に結像した凹凸状欠陥の部位と凹凸状欠陥がない部位との明暗の差は、凹凸状欠陥の曲率変化および平行光照明の入射角度θに依存しており、曲率変化が小さな軽微な凹凸状欠陥でも明暗の光学的濃度差を生じさせるためには、入射角度θを透明体シート状物５に対して浅くする方が有利である。入射角度θを浅くすることで、軽微な凹凸状欠陥でも明暗の光学的濃度差を生じせしめ、透明体シート状物５の検査範囲Ｗも広くできる一方で、全体的に暗い画像となって地合ノイズも強調されるため、検出が必要な凹凸状欠陥と地合との明暗の差が区別できる範囲で入射角度θを調整し、透明体シート状物５の検査範囲Ｗを設定することが好ましい。
【００４７】
凹凸状欠陥の厚みの最大の高低差が１〜３μｍで、直径が０．５ｍｍ〜３ｍｍの軽微な凹凸状欠陥を検出する場合、平行光の入射角度θは１０°〜２５°とし、平行光の光束の拡がり角が５°〜１０°とすることが好ましい。
【００４８】
また、照明手段１と透明体シート状物５との距離を離すことにより、平行光の光束の拡がりに比例して透明体シート状物５の検査範囲Ｗが広くなり、照明輝度の減衰と設置スペースの制約範囲内で照明手段１と透明体シート状物５との距離を離すことが好ましく、照明手段１と透明体シート状物５との距離を５００ｍｍ〜１５００ｍｍとし、透明体シート状物５とスクリーン２との距離を２００ｍｍ〜６００ｍｍとすることが好ましい。また、透明体シート状物５と照明手段との距離Ｌは、２００ｍｍ以上離すことが好ましい。
【００４９】
従って、照明手段１と透明体シート状物５との距離および入射角を、スクリーンに結像した明暗信号と透明体シート状物５のＴＤの検査範囲Ｗの条件から決定することにより、広い検査範囲Ｗで軽微な凹凸状欠陥を検出できる点で優れている。
【００５０】
図１において、撮像手段３には一次元イメージセンサを用い、スキャン毎の明暗信号を信号処理手段４によって一定ライン数を更新しながら蓄積し、しきい値を越えたライン数を透明体シート状物５のＭＤの欠陥の大きさとして検知し、各ラインの明暗信号の立ち下がり幅は予め設定した補正曲線に応じて歪みを補正してＴＤの欠陥の大きさとして抽出し、ＭＤの大きさのデータと合成して二次元化し、欠陥の寸法や面積や形状を判定することが好ましい。
【００５１】
ここで、撮像手段３の一次元イメージセンサは、スキャンレートに従って連続して一次元の明暗信号が出力され、図示していないエンコーダから換算した透明体シート状物５のライン速度に基づいて、一次元の明暗信号を信号処理装置４で時系列に統合することによって二次元の画像情報が得られる。信号処理装置４ではエンコーダから換算したライン速度とスキャンレートから、１スキャン当たりの距離をＭＤ最小単位とし、検知したライン数とかけ合わせて凹凸状欠陥のＭＤ長さとして換算できる。
【００５２】
ここで、明暗信号の立ち下がり幅の補正曲線は、平行光の入射角度θと透明体シート状物５の屈折率とスクリーン２の角度に依存し、スクリーン２の角度を平行光の光束の中心軸に対して垂直に配置すれば二次曲線で近似できる。
【００５３】
上記構成によれば、透明体シート状物５のＭＤの欠陥の大きさを明暗信号のライン数で検知し、透明体シート状物５のＴＤの欠陥の大きさを明暗信号の立ち下がり幅の補正後のデータを用いて、ＭＤとＴＤのデータを合成することにより、欠陥の寸法や面積や形状を判定することが可能となる。
【００５４】
図２は、スクリーン２の面を一次元イメージセンサカメラで検出した１スキャン分の明暗信号において、同寸法の円状の欠陥が結像位置によるＴＤの寸法歪みのイメージを示した図である。平行光の光束の中心軸で透明体シート状物５のｃ点を通過して結像したスクリーン上の点ｃ'で円状となる場合、照明手段１に近い手前側の点ｎの結像点ｎ'はＴＤに拡大し、奥側の点ｆの結像点ｆ'はＴＤに圧縮した画像となる。
【００５５】
図３、図４は、図２における点ｃ'と点ｎ'の位置にある画像を信号処理装置４で二値化した場合のイメージを示した一例である。図のマス目は、ＭＤおよびＴＤの最小単位を示しており、前者はライン速度とスキャンレートと決定し、後者はイメージセンサカメラの素子数と素子ピッチとカメラの結像倍率で決定され、欠陥で遮られないマス目を明部とし、欠陥で遮られたマス目を暗部Ｂとして示した。点ｃ'と点ｎ'の二値化画像から欠陥のＭＤおよびＴＤの最大寸法が検出でき、両者のＭＤ最大寸法はＹc＝Ｙnとなって同じ値となり、両者のＴＤ最大寸法はＸc＜Ｘnの関係となる。
【実施例】
【００５６】
（実施例１）
平均厚みが約５０μｍ、屈折率が１．５８のＰＣ系透明フィルムについて、最大高低差約１．５μｍ〜２．０μｍ，最大直径約０.５〜２．０ｍｍの楕円凹凸状欠陥サンプルを１００ｍｍ／秒で移動させ、５００Ｗのキセノン光源にコリメータで平行化した照明を用い、白色系スクリーンに結像した画像を４０００ビットの一次元ＣＣＤカメラで撮像する図１に示す構成とした。
【００５７】
平行光の入射角度を１５°とし、拡がり角約９°の照明光において、対象フィルムとの距離を１ｍとしたとき、対象フィルム上のＴＤ照明範囲を約８５０ｍｍとすることができ、対象フィルムから８００ｍｍ位置に平行光と垂直に配置したスクリーンでのＴＤ結像範囲は約３３０ｍｍとなった。
【００５８】
上述の条件で評価した結果、対象フィルム上のＴＤ照明範囲を欠陥が通過した際に、明暗信号が立ち下がりを生じ、二値化処理後に欠陥の寸法判定が可能であることを確認した。
【００５９】
図５は、対象フィルム上のＴＤ位置の各点とスクリーンと結像位置を示した図であり、二次式の曲線でフィッティングでき、この曲線を基に補正できることを確認した。
【００６０】
（比較例１）
図６は、従来の凹凸状表面欠陥の検出方法に基づいて、平均厚みが約５０μｍ、屈折率が１．５８のＰＣ系透明フィルムについて、最大高低差約１．５μｍ〜２．０μｍ，最大直径約０.５〜２．０ｍｍの楕円凹凸状欠陥サンプルを１００ｍｍ／秒で移動させ、５００Ｗのキセノン光源にコリメータで平行化した照明を用い、白色系スクリーンに結像した画像を４０００ビットの一次元ＣＣＤカメラで撮像する構成とした。
【００６１】
平行光はＭＤと垂直とし、入射角度を１５°とし、拡がり角約９°の照明光において、対象フィルムとの距離を１ｍとしたとき、対象フィルム上のＴＤ照明範囲を約２００ｍｍとなり、対象フィルムから８００ｍｍ位置に平行光と垂直に配置したスクリーンでのＴＤ結像範囲は約３１０ｍｍとなった。
【００６２】
対象フィルムからスクリーンに拡大して結像するため、凹凸状表面欠陥の画像は上記実施例１よりもボヤけた画像となった。
【００６３】
図７は、対象フィルム上のＴＤ照明範囲を約２００ｍｍの場合、１１００ｍｍ幅のフィルム全域を検査するために、照明手段とスクリーンと撮像手段を含む６式の光学系が必要となる一例を示した。上記実施例１の方法では、２式の光学系でフィルム全域の検査が可能となることを確認した。
【符号の説明】
【００６４】
１ 照明手段
２ スクリーン
３ 撮像手段
４ 信号処理手段
５ 透明体シート状物
ＭＤ 透明体シート状物の走行方向
ＴＤ 透明体シート状物の幅方向
θ 照明手段の平行光の中心の入射角
α 照明手段の平行光の拡がりに伴う入射角のズレ
φｓ 照明手段の光束の出射窓での直径
φｔ 照明手段の光束の中心と透明体シート状物が交わる位置での直径
φｐ 照明手段の光束がスクリーン上で結像した直径
Ｗ 透明体シート状物の平行光の照射範囲
ｃ 透明体シート状物と照明手段の光束の中心軸との交点
ｎ 透明体シート状物と照明手段の光束の中心軸との交点
ｆ 透明体シート状物と照明手段の光束の中心軸との交点
ｃ' スクリーン面での中心の結像点
ｎ' 照明手段の光束の手前端のスクリーン面での結像点
ｆ' 照明手段の光束の奥端のスクリーン面での結像点
Ｂ 二値化した画像で暗部のマス目
Ｙc 点ｃ上の欠陥の二値化画像のＭＤ最大寸法
Ｙn 点ｎ上の欠陥の二値化画像のＭＤ最大寸法
Ｘc 点ｃ上の欠陥の二値化画像のＴＤ最大寸法
Ｘn 点ｎ上の欠陥の二値化画像のＴＤ最大寸法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行する透明体のシート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の検査において、
該シート状物の幅方向から平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段と、
透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーンと、
該スクリーンに結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段と、
明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する信号処理手段と、
を具備することを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記照明手段の光源のシート状物に入射する入射角θが、１０°〜２５°であることを特徴とする請求項１に記載のシート状物の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記撮像手段に一次元イメージセンサを用い、スキャン毎の明暗信号を前記信号処理手段によって一定ライン数を更新しながら蓄積し、しきい値を越えたライン数をシート状物の走行方向の欠陥の大きさとして検知し、欠陥の寸法を判定することを特徴とする請求項１または２に記載のシート状物の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の表面欠陥判別装置を用いて、上記シート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の寸法及び形状を判別することを特徴とする、欠陥判別方法。
【請求項１】
走行する透明体のシート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の検査において、
該シート状物の幅方向から平行光を斜めに透過させて広範囲を照射する照明手段と、
透過した光を光学的に圧縮させる配置で結像させるスクリーンと、
該スクリーンに結像した画像を明暗信号として検出する撮像手段と、
明暗信号のレベルをしきい値によって凹凸状欠陥として検知し、凹凸状欠陥の寸法及び形状を判定する信号処理手段と、
を具備することを特徴とするシート状物の表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記照明手段の光源のシート状物に入射する入射角θが、１０°〜２５°であることを特徴とする請求項１に記載のシート状物の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記撮像手段に一次元イメージセンサを用い、スキャン毎の明暗信号を前記信号処理手段によって一定ライン数を更新しながら蓄積し、しきい値を越えたライン数をシート状物の走行方向の欠陥の大きさとして検知し、欠陥の寸法を判定することを特徴とする請求項１または２に記載のシート状物の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の表面欠陥判別装置を用いて、上記シート状物表面に発生した凹凸状の欠陥の寸法及び形状を判別することを特徴とする、欠陥判別方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４５０８２（Ｐ２０１１−１４５０８２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３８２３（Ｐ２０１０−３８２３）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
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