連続する多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法とその記録媒体を有する多孔質電極基材の巻体
【課題】長尺でロール状の多孔質電極基材の連続移送時において、多種類の外観欠陥を高精度で且つ効率的に自動的に連続検査が可能な外観欠陥の自動検査方法とその検査結果及び欠陥位置を直ちに確定できる多孔質電極基材の巻体を提供する。
【解決手段】多孔質電極基材(1) の表面に検査光を照射し、その透過光、正反射光及び散乱光を撮像し、それらの撮像データを画像処理部(4) にて解析し、その欠陥の種類、存在位置を記録媒体に記録しつつ連続して巻き取る。巻き取られた巻体に、前記外観欠陥自動検査による検査結果を記録した記録媒体が添付される。
【解決手段】多孔質電極基材(1) の表面に検査光を照射し、その透過光、正反射光及び散乱光を撮像し、それらの撮像データを画像処理部(4) にて解析し、その欠陥の種類、存在位置を記録媒体に記録しつつ連続して巻き取る。巻き取られた巻体に、前記外観欠陥自動検査による検査結果を記録した記録媒体が添付される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭素短繊維と炭化樹脂とからなる長尺の連続する多孔質電極基材の外観欠陥を自動的に検査する方法と、特にその連続外観検査に基づく欠陥部分の検査データが自動的に記録された記録媒体を有する多孔質電極基材の巻体に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質電極基材は、通常、固体高分子型燃料電池における水素極（燃料極）と酸素極（空気極）の２極を構成し、それぞれがセパレータと触媒層の間に介装される部材である。各触媒層の間には高分子電界膜（イオン交換樹脂膜）が配され、これらの構成部材が一体化されてセルを構成する。前記多孔質電極基材は、セパレータと触媒層間の電気伝達体として機能するだけでなく、各セパレータから供給される水素や酸素などのガスを触媒層に分配する機能と、触媒層で生成される水を吸収して外部に排出する機能とを併せ持つことを求められており、現在のところ一般的に炭素質が有効とされている。
【０００３】
従来は、機械強度を高めるために、炭素短繊維と樹脂炭化物とを密に結着させるなどの方法が採られていたが、密に結着させ過ぎるとガス透過度が小さくなり、燃料電池に組んだときの発電性能が大幅に低下することが多い。一方、ガス透過度を大きく維持しようとして炭素短繊維と樹脂炭化物と結着を粗にしすぎると機械強度が低下し、燃料電池への組込み時のみならず通常時にあっても、その取扱いには様々な制限を受けることになる。
【０００４】
こうした課題を解消した多孔質電極基材が、例えば特開２００６−４０８８５号公報（特許文献１）や特開２００６−４０８８６号公報（特許文献２）に開示されている。これら特許文献１及び２に開示された多孔質電極基材は、実質的に二次元平面内においてランダムな方向に分散した炭素短繊維同士が不定形の樹脂炭化物で結着され、さらに前記炭素短繊維同士がフィラメント状の樹脂炭化物により架橋されている。前記炭素短繊維の繊維直径は３〜９μｍ、繊維長が２〜１２ｍｍであって、その多孔質電極基材の厚みが１５０μｍ以下という極めて薄手の膜材からなる。かかる構成を備えた多孔質電極基材は、上記炭素短繊維を含む抄紙材料を湿式又は乾式の抄紙法により炭素繊維紙を作り、その炭素繊維紙に熱硬化性樹脂を含浸固化させたのち、不活性ガス雰囲気中で焼成して連続して製造される。こうして得られる長尺の多孔質電極基材は、３×２．５４ｃｍ以下の紙管に巻き取ることができるだけの可撓性を有し、厚みが薄く安価でありながら、ガス透過度及び曲げ強度に優れている。
【０００５】
ところで、これらの多孔質電極基材は、上記炭素繊維紙に熱硬化性樹脂を含浸させてから加熱加圧して表面を平滑化し、その後、焼成炉内の不活性ガス雰囲気中で焼成して熱硬化性樹脂を炭化することにより製造されるが、その製造の間に、例えば炭素繊維が分散せず束となって固まり、それが部分的に残ったり、焼成炉内に堆積する不純物や浮遊する不純物が付着し、或いは熱硬化性樹脂の含浸量が不均一であったりするなどの多様な原因により、多孔質電極基材の本来要求される機能に悪影響を及ぼす様々な欠陥が発生する。
【０００６】
そこで、従来も多孔質電極基材に発生した多様な種類の欠陥を見出すために外観検査が行われている。しかしながら、この検査は、通常、目視によりなされている。この目視による外観欠陥検査でも、仮に例えばバッチ式で製造される板状の多孔質電極基材であれば時間をかけて精査することも可能であるが、上述のように連続して移送される長尺で極めて薄手の多孔質電極基材を対象とする場合には、検査対象自体が黒色である上に、欠陥色も黒色が多いこと、更には表面における色彩や光沢の僅かな差が品質に大きな影響を与えることから、それらの差異を正確に見極めることは、個人差も手伝って容易なことではなく、むしろこれらの欠陥検査は事実上不可能である場合が多い。
【０００７】
一方、例えば特開２００８−８９５３４号公報（特許文献３）には、連続して移送される炭素繊維布帛の開口率などに関する連続検査方法が提案されている。しかし、この検査対象である炭素繊維布帛は、経糸と緯糸とが互いに交差する構造をもつ織物であり、その織物に透過光による撮像データを利用し、織物の開口率、炭素繊維糸条の幅、同糸条の配列密度、糸条の斜行などを演算処理し、その演算結果に基づき布帛の欠陥であるか否かを自動的に判定しようとするものである。
【０００８】
しかるに、上記特許文献３による具体的な各検査項目における検査対象の数値自体及び数値範囲が、上記多孔質電極基材のそれと比較すると大幅に大きいため、その検査精度もさほど高精度が期待されていない。因みに、特許文献３の段落［００９９］には、形状情報が既知の被検査布帛又は決められた検査対象である１２Ｋ織物と３Ｋ織物のマスターワークを例に挙げ、それらを検査対象としているが、その開口幅は１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、０．４ｍｍ×０．４ｍｍと記載されている。これに対して、上記特許文献２に記載された実施例１〜５における細孔の平均半径は８μｍ〜１１μｍとあり、両者を比較しても、５０〜１０００倍以上の差がある。このような大きな差がある場合には、特許文献３により提案された炭素繊維布帛の連続検査手法と特許文献１及び２に記載された多孔質電極基材の外観欠陥検査手法とを同等のものとして取り扱うことができず、仮に前者の連続検査手法を校舎のそれに適用したとしても、高精度の検査結果を期待することは不可能である。
【０００９】
他方、例えば特開２００５−２６５４６７号公報（特許文献４）には、生産ラインを連続して走行する金属板、フィルム、紙、不織布、樹脂板、ガラス板などの検査対象物の表面における薄汚れ、斑、浅い傷などの低コントラスト欠陥を自動的に検出する欠陥検出装置が提案されている。この欠陥検出装置によれば、検査対象物表面に照射される検査光の反射光又は透過光を利用して、これを撮像して画像データを生成し、その画像データを画素の濃度値に基づいて処理し検査対象物の表面の欠陥を検出している。このときの画像処理は、隣接する複数の画素によって構成される欠陥検出用ブロック内の各画素の濃度値を積算して積算値を算出し、その積算値を所定の閾値とを比較することにより欠陥を検出するにあたり、前記欠陥検出用ブロックが隣接する欠陥検出用ブロックと一部分が重なるように設定して、低コントラストの欠陥であっても高精度に検出を可能にしている。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献３及び４に開示された表面の外観欠陥検査方法では、いずれも単一の検査手段（透過光又は反射光を利用する撮像）による検査であるため、単一種類の欠陥を検査するのであれば有効ではあっても、異なる形態や色彩、寸法をもつ多種類の欠陥を同時に高精度に検査することは不可能である。更には、特に上記特許文献１及び２に開示されているようなロール状に巻かれた長尺で薄手の多孔質電極基材にとっては、所定の寸法に切断し、これをセルに組み立てるとき、前述のような多種類の欠陥の存在位置がその場で直ちに判断できず、以降の組み立て作業に様々な支障を来しかねないばかりでなく、必然的に最終製品である燃料電池の欠陥につながりかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−４０８８５号公報
【特許文献２】特開２００６−４０８８６号公報
【特許文献３】特開２００８−８９５３４号公報
【特許文献４】特開２００５−２６５４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の問題点を解消すべく、マーキングなどが付されていない長尺でロール状の多孔質電極基材の連続移送時において、多種類の外観欠陥を高精度で且つ効率的に自動的に連続検査が可能な外観欠陥の自動検査方法を提供することと、前記多孔質電極基材を使って燃料電池を組み立てるにあたり、その組み立て現場において、巻体の状態で同多孔質電極基材の欠陥の種類、その存在位置、大きさの検査結果及び製造履歴を直ちに確定できる多孔質電極基材の巻体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第一の主要な構成は、連続的に走行する炭素短繊維と炭化樹脂とからなる長尺の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法であって、前記多孔質電極基材の表面に光を照射し、その少なくとも透過光、正反射光及び散乱光を撮像し、それらの撮像データを画像処理部にて解析し、その欠陥の種類、存在位置及び大きさを記録媒体に記録しつつ連続して巻き取ることを含んでなる多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法にある。
【００１４】
また、本発明の第二の主要な構成は、前記第１の主要な構成である多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法による検査結果を記録した記録媒体を有してなる炭素短繊維と炭化樹脂とからなる長尺の多孔質電極基材の巻体にある。ここで、前記欠陥の種類が、少なくとも黒色欠点、白色欠点、光沢欠点、繊維束欠点、樹脂不足欠点、ピンホール欠点を含んでいることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の多孔質電極基材の連続的な外観欠陥自動検査方法によれば、透過光、正反射光及び散乱光の少なくとも３種類の検査手段を採用して外観欠陥を連続的に検査するため、通常の目視検査では検出し得ない超薄手の多孔質電極基材に発生する欠陥であっても、これらの検査手段を採用することにより、欠陥の種類と、多種類の欠陥に特有の色調や形状、寸法、輝度変化が同時に且つ的確に判定できるようになり、極めて信頼性の高い高精度の検査が可能となる。また本発明の多孔質電極基材の巻体に、その検査結果のデータが記録された、例えば記録紙、記録チップなどの記録媒体を添付してあれば、性能に影響する欠陥部の種類、存在位置、大きさが前記記録媒体の記録によりたやすく特定できるため、燃料電池の組み立て現場においても、多孔質電極基材の巻体を巻き戻しながら所定の寸法に切断してセルを組み立てるにあたり、その記録により知り得る欠陥部分を排除して組み立てることができ、高性能で高品質のセルの組み立てが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の連続走行する長尺の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法を実施するための代表的な装置例とその工程説明図である。
【図２】前記外観欠陥自動検査方法において採用される３種類の光学的検査手段の好適な配置例を示す説明図である。
【図３】上記外観欠陥自動検査装置の画像処理部の概略構成を説明するブロック図である。
【図４】前記外観欠陥自動検査方法によって得られる検反テスト結果を示す判定表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の連続走行する長尺の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法の好適な実施の形態を説明するに先立ち、本発明の検査対象である巻取り可能な長尺の多孔質電極基材について簡単に説明する。
この多孔質電極基材は、上記特許文献１に開示された製造方法により製造されたものである。すなわち、多孔質電極基材は、実質的に二次元平面においてランダムな方向に分散せしめられた繊維直径が３〜９μｍの炭素短繊維および繊維素繊維以外の濾水度が４００〜９００ｍｌのフィブリル状物からなる炭素繊維紙に樹脂を含浸したのち、樹脂を炭素化して製造される。同多孔質電極基材の炭素短繊維には、炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などいずれかが使われる。また、炭素短繊維の生産コスト、分散性、最終多孔質炭素電極基材の平滑性の面から、炭素短繊維の直径を３〜９μｍとして、炭素短繊維の繊維長を、前記樹脂との結着性や分散性の点から、２〜１２ｍｍとしている。
【００１８】
ここで、「実質的に二次元平面内においてランダムな方向に分散」とは、炭素短繊維がおおむね一つの面を形成するように横たわっているということであり、樹脂としては、フェノール樹脂など炭素繊維との結着力が強く、炭化時の残存重量が大きいものが好ましい。この樹脂炭化物は、多孔質電極基材を１００質量％としたときに、その中の樹脂炭化物が２５〜４０質量％である。炭素短繊維同士が不定形の樹脂炭化物で結着されている。
【００１９】
不定形の樹脂炭化物は最小繊維径３μｍ以下で網状を呈し、炭素短繊維と炭素短繊維とを網状の樹脂炭化物で架橋させて、直径２μｍ程度の小さな孔と直径５０μｍ程度の大きな孔とが混在している。このように大小の孔が混在することにより、多孔質電極基材は、反応ガスを反応部（触媒層）に効率よく送り届ける機能だけでなく、反応ガスに含まれている水や発電により発生する水を効率よく排出する機能も有することとなる。この多孔質電極基材のガス透過度を、２０００ｍ／ｓｅｃ／ＭＰａ以下とすることにより、目付が小さくても割れずらく、また、嵩密度が小さくても基材の厚み方向に延びる炭素短繊維が殆ど存在しない。この多孔質電極基材は可撓性があり、３×２．５４ｃｍ以下の直径を有する紙管に巻くことができ、梱包品がコンパクト化でき、持ち運び及び取り扱いが容易である。この多孔質電極基材の更なる具体的な構成については、上記特許文献１の記載に委ねる。
【００２０】
さて、以上の構成を備えたロール状に巻かれた薄手の多孔質電極基材に本発明の外観欠陥自動検査方法を実施するには、図１に示すように、多孔質電極基材１の巻体であるロール体２を架台３に巻き戻し可能に支持させ、このロール体２から多孔質電極基材１を連続して引き出しながら、後述する検査手段により外観欠陥を自動的に検出し、その検出データを画像処理部４において解析し、その解析結果に基づく半径結果を逐次コンピュータ５内の図示せぬ記憶部に収納する。外観欠陥の検出が終了した多孔質電極基材１はその巻取部６にてロール状に巻き戻される。
【００２１】
このときの外観欠陥検査の基本的な手法は、低コントラストの欠陥であっても高精度に検出が可能な上記特許文献４に記載された手法に基づいているが、同文献４に記載された手法と異なる本発明に係る外観欠陥自動検査方法の最も特徴とする構成は、外観欠陥の検査手段が同文献４のごとく単一種類ではなく、３種類の異なる特定の検査手段を採用して、その各検査結果を組み合わせて最終的な判定を行っていることである。
【００２２】
これは、検査対象である多孔質電極基材が極めて薄手であるため色調変化や欠陥寸法を特定することが難しく、しかも基材自体が黒色であって、欠陥部分の大半が同じく黒色であり、上記特許文献３や４に開示されているように、基材表面に照明光を照射して、その反射光や透過光を単一種類の検査手段をもって撮像して、その撮像データを分析するだけでは、多種類で多様の欠陥をもつ多孔質電極基材の全ての欠陥部分の種類を特定し、その欠陥の程度までも同時に判定することは到底不可能である。
【００２３】
そこで、本発明にあっては、上述のように３種類の異なる検査手段を採用して、その各検査結果を組み合わせて総合的な判定を行うことによって、目視では到底検査が不可能なような極めて薄手で且つ他種類で多様な大きさの欠陥を含む多孔質電極基材の色調変化や欠陥寸法をも同時に的確に特定することが初めて可能となる。
本発明において外観欠陥として多孔質電極基材の表面に表出する欠陥の種類には、黒色欠点・白色欠点・光沢欠点・繊維束・樹脂不足・ピンホールなどの種類があり、通常では表出しない正常でない外観部分である。
【００２４】
ここで、黒色欠点には、欠陥の種類として２つある。
その１つは、(1) 炭素化炉内に堆積した不純物や浮遊している不純物が、多孔質炭素電極基材に付着・反応してできる黒色部分であり、見た目は焦げ目に近い。２つ目は、(2) 抄紙バインダーの分散ムラにより付着した炭化樹脂の表面形状が複雑になっているもので、光をよく散乱させるため黒く見える。ただし、目視及び光学的検査では両者を明確な区別しにくいが、電子顕微鏡によると、(1) は繊維が切断され、その剪断屑が散らばっており、(2) では細かい網目状の繊維が集まっている、ことが観察される。
【００２５】
上記白色欠点では、黒色欠点(2) の場合と同じく、抄紙バインダーの分散ムラにより極端に炭化樹脂比率が高くなっている部分であるが、その表面形状は上記黒色欠点とは異なり平滑である。そのため、光をよく反射させるため白く見える。
上記光沢欠点は、例えば黒鉛粉やグラファイト粉等の不純物が混合している場合に見られる。白色欠点よりも光って見える。
【００２６】
上記繊維束欠点は、抄紙の段階で繊維間の分散ムラにより発生する。繊維が束になっているため黒く見える。
上記樹脂不足は樹脂の含浸不良により発生する。樹脂が少ないため黒く見える。
ここで、繊維束欠点の場合の黒色欠点は長さが１０ｍｍより大きく、且つ長さと幅との比が４：１以上であり、樹脂不足の場合の黒色欠点は長さが１０ｍｍより小さくななっている。
【００２７】
上記ピンホール欠点は、黒色欠点(1) の場合と同じく、炭素化炉内に堆積した不純物や浮遊している不純物が、多孔質炭素電極基材に付着・反応してできるものであるが、上記黒色欠点(1) は傷が浅い場合に発生し、その傷が大きくなるとピンホールとなる。
【００２８】
本発明にあっては、外観欠陥の検査手段として、記述したとおり３種類の異なる検出手段を採用している。その一つは、多孔質電極基材１を挟んで、その一面側から所要の照度をもつ照明光を照射し、その透過光を他面側にて第１撮像装置７をもって撮像する透過光の撮像手段であり、二つ目は多孔質電極基材１の一面側に所要の照度をもつ照明光を所定の入射角で照射し、その正反射角線上に配された第２撮像装置８をもって正反射光を撮像する正反射光の撮像手段であり、三つ目は多孔質電極基材１の一面側に所要の照度をもつ照明光を所定の入射角で照射し、その正反射角線上から外れた反射角線上に配された第３撮像装置９をもって、その散乱光を撮像する散乱光の撮像手段である。これらの３種類の撮像手段を、多孔質電極基材１の走行路に沿って直列的に配し、その撮像データを上記画像処理部４へと送る。
【００２９】
上記第２撮像装置８の場合には、検査光の照射角度と第２撮像装置８の受光角度とは同じであり、１０〜３０°に設定することが望ましい。１０〜３０°を外れると検出精度が高く低下する。また、第３撮像装置９では散乱反射を利用するため、第３撮像装置９の受光角度を１０〜５０°に設定し、検査光の照射角度と第３撮像装置９の受光角度との角度差を１０°以上３０°以下とすることが好ましい。１０°以上３０°以下であると、上記白色欠点に対する高精度の判定が可能となる。
【００３０】
次に、図示実施形態による本発明に係る多孔質電極基材１の外観欠陥自動検査方法を、図に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の外観欠陥自動検出方法を実施するための代表的な装置例を示す概略構成図である。この外観欠陥自動検出装置は、架台３に回転可能に支持されたロール体２が巻き戻される多孔質電極基材１の巻戻し走路上に、第１〜第３の光源１０〜１２に対応する上記第１〜第３の撮像装置７〜９が、それぞれ組となって配されている。ここで、前記異なる３種類の撮像手段の配列順は任意であり、上述の配列に限定されない。第１〜第３の撮像装置７〜９により撮像された撮像データは、画像処理部４において画像処理がなされる。
【００３１】
各光源１０〜１２には、多孔質電極基材１の走行路を直線状に横断して配置されたハロゲンランプやＬＥＤ、蛍光灯等の線状の検査光の発生が可能な照明装置によって構成される。第１〜第３撮像装置７〜９は、撮像した光を電気信号に変換して画像データを生成するＣＣＤカメラ等の固体撮像素子を備えた撮像装置を備えている。本実施形態では、第１〜第３撮像装置７〜９を多孔質電極基材１の巻戻し走路を横断する方向に直線状に複数個配置し、走行する多孔質電極基材１の１次元画像を順次、撮像することによって２次元画像を得ている。
【００３２】
画像処理部４は、上記特許文献４に記載された画像処理装置と同様に、演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置（メモリ）等を備えている。そのため、画像処理部４の具体的な構成及びその処理手順等に関しては上記特許文献４の詳細な記載に委ねることとして、以下の説明では簡単な説明に止める。ただし、本発明にあっては、前述の演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置（メモリ）等は上記３種類の撮像手段のそれぞれに対応して設けられている。
【００３３】
画像処理部４は、図３に示すように、撮像装置７〜９から入力されたアナログ画像信号をデジタル値に変換する画像入力部４ａと、画像入力部４ａで得られたデジタル信号を記憶するラインメモリ４ｂと、画像入力部４ａで変換されたデジタル信号に含まれるラインセンサの画素オフセット電圧のばらつきや感度斑を補正処理する画素斑補正部４ｃと、画素斑補正部４ｃでの補正で用いる係数を保持する斑補正係数メモリ４ｄと、画像入力部４ａで得られたデジタル信号に含まれるレンズの周辺部の光量低下や照明の斑といった低周波領域の補正処理し、ほぼ均一な明るさのラインセンサの画像データを得る背景処理部４ｅと、背景処理部４ｅにおける補正処理に用いる係数を保持する背景処理係数メモリ４ｆとを備えている。
【００３４】
上述の構成を備えた外観欠陥自動検出装置によれば、先ず、所定速度で搬送経路上を連続的に走行する多孔質電極基材１に、第１〜第３の各光源１０〜１２からのそれぞれ検査光を照射する。
このとき、第１撮像装置７と第１光源１０とは、図２（ａ）に示すように、前記多孔質電極基材１の走行面に直交する鉛直面上に多孔質電極基材１を挟んで対向して配置されており、第１撮像装置７は第１光源１０から照射され多孔質電極基材１を透過する検査光を撮像する。
【００３５】
一方、第２及び第３撮像装置８，９と第２及び第３光源１１，１２とは、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、それぞれが前記多孔質電極基材１の上方に多孔質電極基材１の走行方向に所定の間隔をおいて離れて配置されている。各光源１１，１２から照射される各検査光は多孔質電極基材１の表面に向けられており、その各反射光を第２及び第３撮像装置８，９がそれぞれ受光する。ここで、第２光源１１から照射される検査光の多孔質電極基材表面に対する入射角と第２撮像装置８の受光角は同じであるが、第３光源１２から照射される検査光の多孔質電極基材表面に対する入射角と第２撮像装置８の受光角は異なる。つまり、第２撮像装置８は第２光源１１により照射される検査光の正反射光を受光して撮像し、第３撮像装置９は第３光源１２により照射される検査光の散乱光を受光して撮像する。
【００３６】
このように、異なる３種類の撮像手段により撮像された画像は、第１〜第３撮像装置７〜９でそれぞれ１次元のアナログデータに変換されたのち、画像処理部４に備えられた画像入力部４ａに送られる。この画像入力部４ａでは、各撮像装置７〜９から送られた１次元のアナログデータを各画素の濃度値を示すデジタルデータに変換する。次いで、このデジタルデータが画素斑補正部４ｃへと送る。画素斑補正部４ｃに入力される濃度値を示す画像データの横方向の１列と縦方向の１行は、各撮像装置７〜９のラインサンサによって一時に取得される濃度値に対応している。
【００３７】
一般的なＣＣＤラインセンサでは、画素（受光素子）の感度ばらつきを補正するため、マトリックス状に配置された画素の行列ごとの濃度値の平均値と、その直前の行列の画素の濃度値の平均値との差を求めて順次斑補正係数とし、この斑補正係数を斑補正係数メモリ４ｄに保持する。画素斑補正部４ｃでは、入力された濃度値に斑補正係数累積値を加算して、斑補正済みのデータとする。この補正済みデータは、画素間の濃度値の平均値のばらつきを減少させる。
【００３８】
画像入力部４ａで得られたデジタル信号に含まれるレンズの周辺部の光量低下や照明の斑といった低周波領域の補正処理し、ほぼ均一な明るさのラインセンサの画像データを得る背景処理部４ｅでは、ラインセンサの出力レベルの差をなくすため、背景補正係数を算出して背景補正係数メモリ４ｅに記憶してあり、入力された画像データに前記背景補正係数を乗じて、ラインセンサの出力レベルの差を打ち消す。背景補正係数を算出する際に、地合などによるノイズ成分を除去するため、必要に応じて平滑化処理を加えてもよい。
【００３９】
第１〜第３撮像装置７〜９により撮像される撮像データには、正常でないと判定される濃度値の範囲の値も含まれるため、本実施形態にあっても、特許文献４に記載された欠陥検査装置と同様に、正常でないとされる濃度の範囲にある値を排除する画素濃度制限部４ｇを有しており、また３画素×３画素の欠陥検出用ブロック（画素ブロック）として、ブロックごとの各画素の濃度値を積算する積算演算が行われる。以下、各ブロックごとの各画素の濃度値を積算する積算演算が行われる手順を、上記特許文献４に記載された手順を参考にして具体的に説明する。
【００４０】
いま、正常部の撮像データであれば、画素ブロック（欠陥検出用ブロック）内の濃度値を積算した濃度合計値と、欠陥を含んでいる画素ブロック内の濃度値を積算した濃度合計値とでは、その値にずれがある。図示せぬブロック積算部では、欠陥検出用ブロックを１画素ずつ、縦（行方向）あるいは横（列方向）にずらしながら積算値を算出することによって、欠陥部を確実に検出できるようにしている。
【００４１】
欠陥検出用ブロックの縦方向の移動は、まず、画素濃度制限部４ｇで画像メモリ４ｈに第１〜第３行分の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで第１〜第３行分の濃度値を積算する（ステップ１）。次いで、画像メモリ４ｈに第４行の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで、ステップ１で算出した第１〜第３行の積算値に第４行の濃度値を加算するとともに第１行の濃度値を減算して第２〜第４行の３行分の積算値を得る（ステップ２）。さらに、画像メモリ４ｈに第５行の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで、ステップ２で算出した第２〜第４行の積算値に第５行の濃度値を加算するとともに第２行の濃度値を減算し、第３〜第５行の３行分の積算値を得る（ステップ３）。このような処理を繰り返すことにより、欠陥検出用ブロックが縦方向に１画素ずつ、ずれてゆくことになる。
【００４２】
欠陥検出用ブロックの横（列）方向の移動は、まず、画像メモリ４ｈに第１〜第３列の３列分の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで第１〜第３列の３列分の濃度値を積算する（ステップ１０）。次いで、画像メモリ４ｈに第４列の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで、ステップ１０で算出した第１〜第３列の積算値に、第４列の濃度値を加算するとともに第１列の濃度値を減算して第２〜第４列の３列分の積算値を得る（ステップ１２）。さらに、画像メモリ４ｈに第５列の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで、ステップ１２で算出した第２〜第４列の積算値に第５列の濃度値を加算するとともに第２列の濃度値を減算し、第３〜第５列の３列分の積算値を得る（ステップ１３）。このような処理を繰り返すことにより、欠陥検出用ブロックが横方向に１画素ずつ、ずれてゆくことになる。
【００４３】
ブロック積算部４ｉにおいてラインセンサの画素方向（列方向）に３画素分、検査対象物Ｓの移動方向（行方向）に３画素分の拡がりを持つ欠陥検出用ブロックについて演算を行うため、画像メモリ４ｈは、演算に必要な個数の濃度値を格納するだけの容量が必要である。更に強調処理として、移動方向に隣接したブロック間で演算処理を行う場合には、それに係わるブロックサイズ分のメモリ容量が必要となる。
【００４４】
ブロック積算部４ｉで得られた積算データは、判定処理部４ｊにおいて、予め設定され閾値メモリ４ｋに記憶されている閾値と比較され、欠陥の有無が判定される。欠陥判定用の閾値は、検査対象物の地合変化等に応じて逐次、更新される。このような更新を可能とするため、閾値メモリ４ｋが２つの閾値保持領域を備えるように構成され、一方の領域を判定処理部４ｊが判定に使用する閾値を保持する領域とし、他方の領域を更新中の閾値を保持する領域としている。他方の領域で閾値の更新が完了すると、判定処理部４ｋで閾値を読み込むラインを他方の領域側に切り換え、更新済みの閾値で欠陥検出判定が行う。このような構成によって、正常部の濃度値が変動しても、欠陥の検出精度を一定に保つことができる。ブロック積算部４ｉでブロックを縦、横に１画素ずつ移動させながら濃度値の積算値を得ているため、欠陥のサイズが大きい場合、同一の欠陥に関する情報が複数出力されて、データ数が非常に多くなる。このため、集約処理部４ｌでは予め集約範囲を設定しておき、範囲内での検出結果を一つにまとめて、データ出力部４ｍから出力する。
【００４５】
図４は、本発明による上述の外観欠陥自動検査方法により判定された多孔質電極基材の判定結果を示す判定表である。この表から理解できるように、検査手段の種類によってはその検査結果が異なることである。このことは、上記特許文献３及び４に開示された外観欠陥検査におけるように単一の検査手段による検査だけでは、検査対象が他種類の欠陥を備えている可能性が高い場合には有効でないことを示しており、本発明のように多様な試験を経て初めて認識されたものである。
【００４６】
具体的には、例えば２種類の上記黒色欠点(1) 及び(2) について見ると、同じ黒色欠点であっても、正反射光による検査と散乱光による検査では、正反射光による検査が全て欠陥ありとされているのに対して、散乱光ではその欠陥の種類を特定することが難しい場合があり、透過光による検査では全く欠陥が検出されない。また、例えば白色欠点に関しては、正反射光及び透過光による検査で欠陥が発見されるが、散乱光による検査ではその欠陥が見落とされている。更に、白色欠点に類似する光沢欠点の場合は、正反射光による検査で確実に発見可能となる。
【００４７】
更に、繊維束欠点及び樹脂不足欠点に対しては、両者ともに樹脂が不足することに変わりないが、その撮像の形状及び寸法を踏まえて判定する必要があることは既述したとおりである。しかして、樹脂不足欠点に関しては、図４に示すとおり、正反射光及び散乱光による両検査にて発見されるが、繊維束欠点に関しては、散乱光ではその欠陥が見落とされる。またピンホール欠点に関しては、反射光による検査では確定できないが、透過光により確実に検出される。
【００４８】
特に、本発明の検査対象となる薄手の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査にあっては、上述のとおり、正反射光、散乱光及び透過光による検査を組み合わせることにより、複数種類からなる外観欠陥の存否を的確に検出して判定することができ、高精度の検査が実現される。
なお、本発明に係る多孔質電極基材の外観欠陥自動検査にあっては、当然に欠陥位置に関する記録を記録媒体に残している。その走行距離を検出する方法としては、走行する多孔質電極基材上に接触するコンタクトロールや移送ロールの軸の回転数をエンコーダーで検出している。また、多孔質電極基材の幅方向における欠陥位置は、前記幅方向に直線状に配置された各撮像装置により得られる撮像データから演算により求められる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 多孔質電極基材
２ （多孔質電極基材の）ロール体
３ 架台
４ 画像処理部
４ａ 画像入力部
４ｂ ラインメモリ
４ｃ 画素斑補正部
４ｄ 斑補正係数メモリ
４ｅ 背景処理部
４ｆ 背景処理係数メモリ
４ｇ 画素濃度制限部
４ｈ 画像メモリ
４ｉ ブロック積算部
４ｊ 判定処理部
４ｋ 閾値メモリ
４ｌ 集約処理部
４ｍ データ出力部
５ コンピュータ
６ 巻取部
７〜９ 第１〜第３撮像装置
１０〜１２ 第１〜第３光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭素短繊維と炭化樹脂とからなる長尺の連続する多孔質電極基材の外観欠陥を自動的に検査する方法と、特にその連続外観検査に基づく欠陥部分の検査データが自動的に記録された記録媒体を有する多孔質電極基材の巻体に関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質電極基材は、通常、固体高分子型燃料電池における水素極（燃料極）と酸素極（空気極）の２極を構成し、それぞれがセパレータと触媒層の間に介装される部材である。各触媒層の間には高分子電界膜（イオン交換樹脂膜）が配され、これらの構成部材が一体化されてセルを構成する。前記多孔質電極基材は、セパレータと触媒層間の電気伝達体として機能するだけでなく、各セパレータから供給される水素や酸素などのガスを触媒層に分配する機能と、触媒層で生成される水を吸収して外部に排出する機能とを併せ持つことを求められており、現在のところ一般的に炭素質が有効とされている。
【０００３】
従来は、機械強度を高めるために、炭素短繊維と樹脂炭化物とを密に結着させるなどの方法が採られていたが、密に結着させ過ぎるとガス透過度が小さくなり、燃料電池に組んだときの発電性能が大幅に低下することが多い。一方、ガス透過度を大きく維持しようとして炭素短繊維と樹脂炭化物と結着を粗にしすぎると機械強度が低下し、燃料電池への組込み時のみならず通常時にあっても、その取扱いには様々な制限を受けることになる。
【０００４】
こうした課題を解消した多孔質電極基材が、例えば特開２００６−４０８８５号公報（特許文献１）や特開２００６−４０８８６号公報（特許文献２）に開示されている。これら特許文献１及び２に開示された多孔質電極基材は、実質的に二次元平面内においてランダムな方向に分散した炭素短繊維同士が不定形の樹脂炭化物で結着され、さらに前記炭素短繊維同士がフィラメント状の樹脂炭化物により架橋されている。前記炭素短繊維の繊維直径は３〜９μｍ、繊維長が２〜１２ｍｍであって、その多孔質電極基材の厚みが１５０μｍ以下という極めて薄手の膜材からなる。かかる構成を備えた多孔質電極基材は、上記炭素短繊維を含む抄紙材料を湿式又は乾式の抄紙法により炭素繊維紙を作り、その炭素繊維紙に熱硬化性樹脂を含浸固化させたのち、不活性ガス雰囲気中で焼成して連続して製造される。こうして得られる長尺の多孔質電極基材は、３×２．５４ｃｍ以下の紙管に巻き取ることができるだけの可撓性を有し、厚みが薄く安価でありながら、ガス透過度及び曲げ強度に優れている。
【０００５】
ところで、これらの多孔質電極基材は、上記炭素繊維紙に熱硬化性樹脂を含浸させてから加熱加圧して表面を平滑化し、その後、焼成炉内の不活性ガス雰囲気中で焼成して熱硬化性樹脂を炭化することにより製造されるが、その製造の間に、例えば炭素繊維が分散せず束となって固まり、それが部分的に残ったり、焼成炉内に堆積する不純物や浮遊する不純物が付着し、或いは熱硬化性樹脂の含浸量が不均一であったりするなどの多様な原因により、多孔質電極基材の本来要求される機能に悪影響を及ぼす様々な欠陥が発生する。
【０００６】
そこで、従来も多孔質電極基材に発生した多様な種類の欠陥を見出すために外観検査が行われている。しかしながら、この検査は、通常、目視によりなされている。この目視による外観欠陥検査でも、仮に例えばバッチ式で製造される板状の多孔質電極基材であれば時間をかけて精査することも可能であるが、上述のように連続して移送される長尺で極めて薄手の多孔質電極基材を対象とする場合には、検査対象自体が黒色である上に、欠陥色も黒色が多いこと、更には表面における色彩や光沢の僅かな差が品質に大きな影響を与えることから、それらの差異を正確に見極めることは、個人差も手伝って容易なことではなく、むしろこれらの欠陥検査は事実上不可能である場合が多い。
【０００７】
一方、例えば特開２００８−８９５３４号公報（特許文献３）には、連続して移送される炭素繊維布帛の開口率などに関する連続検査方法が提案されている。しかし、この検査対象である炭素繊維布帛は、経糸と緯糸とが互いに交差する構造をもつ織物であり、その織物に透過光による撮像データを利用し、織物の開口率、炭素繊維糸条の幅、同糸条の配列密度、糸条の斜行などを演算処理し、その演算結果に基づき布帛の欠陥であるか否かを自動的に判定しようとするものである。
【０００８】
しかるに、上記特許文献３による具体的な各検査項目における検査対象の数値自体及び数値範囲が、上記多孔質電極基材のそれと比較すると大幅に大きいため、その検査精度もさほど高精度が期待されていない。因みに、特許文献３の段落［００９９］には、形状情報が既知の被検査布帛又は決められた検査対象である１２Ｋ織物と３Ｋ織物のマスターワークを例に挙げ、それらを検査対象としているが、その開口幅は１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、０．４ｍｍ×０．４ｍｍと記載されている。これに対して、上記特許文献２に記載された実施例１〜５における細孔の平均半径は８μｍ〜１１μｍとあり、両者を比較しても、５０〜１０００倍以上の差がある。このような大きな差がある場合には、特許文献３により提案された炭素繊維布帛の連続検査手法と特許文献１及び２に記載された多孔質電極基材の外観欠陥検査手法とを同等のものとして取り扱うことができず、仮に前者の連続検査手法を校舎のそれに適用したとしても、高精度の検査結果を期待することは不可能である。
【０００９】
他方、例えば特開２００５−２６５４６７号公報（特許文献４）には、生産ラインを連続して走行する金属板、フィルム、紙、不織布、樹脂板、ガラス板などの検査対象物の表面における薄汚れ、斑、浅い傷などの低コントラスト欠陥を自動的に検出する欠陥検出装置が提案されている。この欠陥検出装置によれば、検査対象物表面に照射される検査光の反射光又は透過光を利用して、これを撮像して画像データを生成し、その画像データを画素の濃度値に基づいて処理し検査対象物の表面の欠陥を検出している。このときの画像処理は、隣接する複数の画素によって構成される欠陥検出用ブロック内の各画素の濃度値を積算して積算値を算出し、その積算値を所定の閾値とを比較することにより欠陥を検出するにあたり、前記欠陥検出用ブロックが隣接する欠陥検出用ブロックと一部分が重なるように設定して、低コントラストの欠陥であっても高精度に検出を可能にしている。
【００１０】
しかしながら、上記特許文献３及び４に開示された表面の外観欠陥検査方法では、いずれも単一の検査手段（透過光又は反射光を利用する撮像）による検査であるため、単一種類の欠陥を検査するのであれば有効ではあっても、異なる形態や色彩、寸法をもつ多種類の欠陥を同時に高精度に検査することは不可能である。更には、特に上記特許文献１及び２に開示されているようなロール状に巻かれた長尺で薄手の多孔質電極基材にとっては、所定の寸法に切断し、これをセルに組み立てるとき、前述のような多種類の欠陥の存在位置がその場で直ちに判断できず、以降の組み立て作業に様々な支障を来しかねないばかりでなく、必然的に最終製品である燃料電池の欠陥につながりかねない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−４０８８５号公報
【特許文献２】特開２００６−４０８８６号公報
【特許文献３】特開２００８−８９５３４号公報
【特許文献４】特開２００５−２６５４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の問題点を解消すべく、マーキングなどが付されていない長尺でロール状の多孔質電極基材の連続移送時において、多種類の外観欠陥を高精度で且つ効率的に自動的に連続検査が可能な外観欠陥の自動検査方法を提供することと、前記多孔質電極基材を使って燃料電池を組み立てるにあたり、その組み立て現場において、巻体の状態で同多孔質電極基材の欠陥の種類、その存在位置、大きさの検査結果及び製造履歴を直ちに確定できる多孔質電極基材の巻体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第一の主要な構成は、連続的に走行する炭素短繊維と炭化樹脂とからなる長尺の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法であって、前記多孔質電極基材の表面に光を照射し、その少なくとも透過光、正反射光及び散乱光を撮像し、それらの撮像データを画像処理部にて解析し、その欠陥の種類、存在位置及び大きさを記録媒体に記録しつつ連続して巻き取ることを含んでなる多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法にある。
【００１４】
また、本発明の第二の主要な構成は、前記第１の主要な構成である多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法による検査結果を記録した記録媒体を有してなる炭素短繊維と炭化樹脂とからなる長尺の多孔質電極基材の巻体にある。ここで、前記欠陥の種類が、少なくとも黒色欠点、白色欠点、光沢欠点、繊維束欠点、樹脂不足欠点、ピンホール欠点を含んでいることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の多孔質電極基材の連続的な外観欠陥自動検査方法によれば、透過光、正反射光及び散乱光の少なくとも３種類の検査手段を採用して外観欠陥を連続的に検査するため、通常の目視検査では検出し得ない超薄手の多孔質電極基材に発生する欠陥であっても、これらの検査手段を採用することにより、欠陥の種類と、多種類の欠陥に特有の色調や形状、寸法、輝度変化が同時に且つ的確に判定できるようになり、極めて信頼性の高い高精度の検査が可能となる。また本発明の多孔質電極基材の巻体に、その検査結果のデータが記録された、例えば記録紙、記録チップなどの記録媒体を添付してあれば、性能に影響する欠陥部の種類、存在位置、大きさが前記記録媒体の記録によりたやすく特定できるため、燃料電池の組み立て現場においても、多孔質電極基材の巻体を巻き戻しながら所定の寸法に切断してセルを組み立てるにあたり、その記録により知り得る欠陥部分を排除して組み立てることができ、高性能で高品質のセルの組み立てが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の連続走行する長尺の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法を実施するための代表的な装置例とその工程説明図である。
【図２】前記外観欠陥自動検査方法において採用される３種類の光学的検査手段の好適な配置例を示す説明図である。
【図３】上記外観欠陥自動検査装置の画像処理部の概略構成を説明するブロック図である。
【図４】前記外観欠陥自動検査方法によって得られる検反テスト結果を示す判定表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の連続走行する長尺の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法の好適な実施の形態を説明するに先立ち、本発明の検査対象である巻取り可能な長尺の多孔質電極基材について簡単に説明する。
この多孔質電極基材は、上記特許文献１に開示された製造方法により製造されたものである。すなわち、多孔質電極基材は、実質的に二次元平面においてランダムな方向に分散せしめられた繊維直径が３〜９μｍの炭素短繊維および繊維素繊維以外の濾水度が４００〜９００ｍｌのフィブリル状物からなる炭素繊維紙に樹脂を含浸したのち、樹脂を炭素化して製造される。同多孔質電極基材の炭素短繊維には、炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などいずれかが使われる。また、炭素短繊維の生産コスト、分散性、最終多孔質炭素電極基材の平滑性の面から、炭素短繊維の直径を３〜９μｍとして、炭素短繊維の繊維長を、前記樹脂との結着性や分散性の点から、２〜１２ｍｍとしている。
【００１８】
ここで、「実質的に二次元平面内においてランダムな方向に分散」とは、炭素短繊維がおおむね一つの面を形成するように横たわっているということであり、樹脂としては、フェノール樹脂など炭素繊維との結着力が強く、炭化時の残存重量が大きいものが好ましい。この樹脂炭化物は、多孔質電極基材を１００質量％としたときに、その中の樹脂炭化物が２５〜４０質量％である。炭素短繊維同士が不定形の樹脂炭化物で結着されている。
【００１９】
不定形の樹脂炭化物は最小繊維径３μｍ以下で網状を呈し、炭素短繊維と炭素短繊維とを網状の樹脂炭化物で架橋させて、直径２μｍ程度の小さな孔と直径５０μｍ程度の大きな孔とが混在している。このように大小の孔が混在することにより、多孔質電極基材は、反応ガスを反応部（触媒層）に効率よく送り届ける機能だけでなく、反応ガスに含まれている水や発電により発生する水を効率よく排出する機能も有することとなる。この多孔質電極基材のガス透過度を、２０００ｍ／ｓｅｃ／ＭＰａ以下とすることにより、目付が小さくても割れずらく、また、嵩密度が小さくても基材の厚み方向に延びる炭素短繊維が殆ど存在しない。この多孔質電極基材は可撓性があり、３×２．５４ｃｍ以下の直径を有する紙管に巻くことができ、梱包品がコンパクト化でき、持ち運び及び取り扱いが容易である。この多孔質電極基材の更なる具体的な構成については、上記特許文献１の記載に委ねる。
【００２０】
さて、以上の構成を備えたロール状に巻かれた薄手の多孔質電極基材に本発明の外観欠陥自動検査方法を実施するには、図１に示すように、多孔質電極基材１の巻体であるロール体２を架台３に巻き戻し可能に支持させ、このロール体２から多孔質電極基材１を連続して引き出しながら、後述する検査手段により外観欠陥を自動的に検出し、その検出データを画像処理部４において解析し、その解析結果に基づく半径結果を逐次コンピュータ５内の図示せぬ記憶部に収納する。外観欠陥の検出が終了した多孔質電極基材１はその巻取部６にてロール状に巻き戻される。
【００２１】
このときの外観欠陥検査の基本的な手法は、低コントラストの欠陥であっても高精度に検出が可能な上記特許文献４に記載された手法に基づいているが、同文献４に記載された手法と異なる本発明に係る外観欠陥自動検査方法の最も特徴とする構成は、外観欠陥の検査手段が同文献４のごとく単一種類ではなく、３種類の異なる特定の検査手段を採用して、その各検査結果を組み合わせて最終的な判定を行っていることである。
【００２２】
これは、検査対象である多孔質電極基材が極めて薄手であるため色調変化や欠陥寸法を特定することが難しく、しかも基材自体が黒色であって、欠陥部分の大半が同じく黒色であり、上記特許文献３や４に開示されているように、基材表面に照明光を照射して、その反射光や透過光を単一種類の検査手段をもって撮像して、その撮像データを分析するだけでは、多種類で多様の欠陥をもつ多孔質電極基材の全ての欠陥部分の種類を特定し、その欠陥の程度までも同時に判定することは到底不可能である。
【００２３】
そこで、本発明にあっては、上述のように３種類の異なる検査手段を採用して、その各検査結果を組み合わせて総合的な判定を行うことによって、目視では到底検査が不可能なような極めて薄手で且つ他種類で多様な大きさの欠陥を含む多孔質電極基材の色調変化や欠陥寸法をも同時に的確に特定することが初めて可能となる。
本発明において外観欠陥として多孔質電極基材の表面に表出する欠陥の種類には、黒色欠点・白色欠点・光沢欠点・繊維束・樹脂不足・ピンホールなどの種類があり、通常では表出しない正常でない外観部分である。
【００２４】
ここで、黒色欠点には、欠陥の種類として２つある。
その１つは、(1) 炭素化炉内に堆積した不純物や浮遊している不純物が、多孔質炭素電極基材に付着・反応してできる黒色部分であり、見た目は焦げ目に近い。２つ目は、(2) 抄紙バインダーの分散ムラにより付着した炭化樹脂の表面形状が複雑になっているもので、光をよく散乱させるため黒く見える。ただし、目視及び光学的検査では両者を明確な区別しにくいが、電子顕微鏡によると、(1) は繊維が切断され、その剪断屑が散らばっており、(2) では細かい網目状の繊維が集まっている、ことが観察される。
【００２５】
上記白色欠点では、黒色欠点(2) の場合と同じく、抄紙バインダーの分散ムラにより極端に炭化樹脂比率が高くなっている部分であるが、その表面形状は上記黒色欠点とは異なり平滑である。そのため、光をよく反射させるため白く見える。
上記光沢欠点は、例えば黒鉛粉やグラファイト粉等の不純物が混合している場合に見られる。白色欠点よりも光って見える。
【００２６】
上記繊維束欠点は、抄紙の段階で繊維間の分散ムラにより発生する。繊維が束になっているため黒く見える。
上記樹脂不足は樹脂の含浸不良により発生する。樹脂が少ないため黒く見える。
ここで、繊維束欠点の場合の黒色欠点は長さが１０ｍｍより大きく、且つ長さと幅との比が４：１以上であり、樹脂不足の場合の黒色欠点は長さが１０ｍｍより小さくななっている。
【００２７】
上記ピンホール欠点は、黒色欠点(1) の場合と同じく、炭素化炉内に堆積した不純物や浮遊している不純物が、多孔質炭素電極基材に付着・反応してできるものであるが、上記黒色欠点(1) は傷が浅い場合に発生し、その傷が大きくなるとピンホールとなる。
【００２８】
本発明にあっては、外観欠陥の検査手段として、記述したとおり３種類の異なる検出手段を採用している。その一つは、多孔質電極基材１を挟んで、その一面側から所要の照度をもつ照明光を照射し、その透過光を他面側にて第１撮像装置７をもって撮像する透過光の撮像手段であり、二つ目は多孔質電極基材１の一面側に所要の照度をもつ照明光を所定の入射角で照射し、その正反射角線上に配された第２撮像装置８をもって正反射光を撮像する正反射光の撮像手段であり、三つ目は多孔質電極基材１の一面側に所要の照度をもつ照明光を所定の入射角で照射し、その正反射角線上から外れた反射角線上に配された第３撮像装置９をもって、その散乱光を撮像する散乱光の撮像手段である。これらの３種類の撮像手段を、多孔質電極基材１の走行路に沿って直列的に配し、その撮像データを上記画像処理部４へと送る。
【００２９】
上記第２撮像装置８の場合には、検査光の照射角度と第２撮像装置８の受光角度とは同じであり、１０〜３０°に設定することが望ましい。１０〜３０°を外れると検出精度が高く低下する。また、第３撮像装置９では散乱反射を利用するため、第３撮像装置９の受光角度を１０〜５０°に設定し、検査光の照射角度と第３撮像装置９の受光角度との角度差を１０°以上３０°以下とすることが好ましい。１０°以上３０°以下であると、上記白色欠点に対する高精度の判定が可能となる。
【００３０】
次に、図示実施形態による本発明に係る多孔質電極基材１の外観欠陥自動検査方法を、図に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の外観欠陥自動検出方法を実施するための代表的な装置例を示す概略構成図である。この外観欠陥自動検出装置は、架台３に回転可能に支持されたロール体２が巻き戻される多孔質電極基材１の巻戻し走路上に、第１〜第３の光源１０〜１２に対応する上記第１〜第３の撮像装置７〜９が、それぞれ組となって配されている。ここで、前記異なる３種類の撮像手段の配列順は任意であり、上述の配列に限定されない。第１〜第３の撮像装置７〜９により撮像された撮像データは、画像処理部４において画像処理がなされる。
【００３１】
各光源１０〜１２には、多孔質電極基材１の走行路を直線状に横断して配置されたハロゲンランプやＬＥＤ、蛍光灯等の線状の検査光の発生が可能な照明装置によって構成される。第１〜第３撮像装置７〜９は、撮像した光を電気信号に変換して画像データを生成するＣＣＤカメラ等の固体撮像素子を備えた撮像装置を備えている。本実施形態では、第１〜第３撮像装置７〜９を多孔質電極基材１の巻戻し走路を横断する方向に直線状に複数個配置し、走行する多孔質電極基材１の１次元画像を順次、撮像することによって２次元画像を得ている。
【００３２】
画像処理部４は、上記特許文献４に記載された画像処理装置と同様に、演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置（メモリ）等を備えている。そのため、画像処理部４の具体的な構成及びその処理手順等に関しては上記特許文献４の詳細な記載に委ねることとして、以下の説明では簡単な説明に止める。ただし、本発明にあっては、前述の演算装置（ＣＰＵ）、記憶装置（メモリ）等は上記３種類の撮像手段のそれぞれに対応して設けられている。
【００３３】
画像処理部４は、図３に示すように、撮像装置７〜９から入力されたアナログ画像信号をデジタル値に変換する画像入力部４ａと、画像入力部４ａで得られたデジタル信号を記憶するラインメモリ４ｂと、画像入力部４ａで変換されたデジタル信号に含まれるラインセンサの画素オフセット電圧のばらつきや感度斑を補正処理する画素斑補正部４ｃと、画素斑補正部４ｃでの補正で用いる係数を保持する斑補正係数メモリ４ｄと、画像入力部４ａで得られたデジタル信号に含まれるレンズの周辺部の光量低下や照明の斑といった低周波領域の補正処理し、ほぼ均一な明るさのラインセンサの画像データを得る背景処理部４ｅと、背景処理部４ｅにおける補正処理に用いる係数を保持する背景処理係数メモリ４ｆとを備えている。
【００３４】
上述の構成を備えた外観欠陥自動検出装置によれば、先ず、所定速度で搬送経路上を連続的に走行する多孔質電極基材１に、第１〜第３の各光源１０〜１２からのそれぞれ検査光を照射する。
このとき、第１撮像装置７と第１光源１０とは、図２（ａ）に示すように、前記多孔質電極基材１の走行面に直交する鉛直面上に多孔質電極基材１を挟んで対向して配置されており、第１撮像装置７は第１光源１０から照射され多孔質電極基材１を透過する検査光を撮像する。
【００３５】
一方、第２及び第３撮像装置８，９と第２及び第３光源１１，１２とは、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、それぞれが前記多孔質電極基材１の上方に多孔質電極基材１の走行方向に所定の間隔をおいて離れて配置されている。各光源１１，１２から照射される各検査光は多孔質電極基材１の表面に向けられており、その各反射光を第２及び第３撮像装置８，９がそれぞれ受光する。ここで、第２光源１１から照射される検査光の多孔質電極基材表面に対する入射角と第２撮像装置８の受光角は同じであるが、第３光源１２から照射される検査光の多孔質電極基材表面に対する入射角と第２撮像装置８の受光角は異なる。つまり、第２撮像装置８は第２光源１１により照射される検査光の正反射光を受光して撮像し、第３撮像装置９は第３光源１２により照射される検査光の散乱光を受光して撮像する。
【００３６】
このように、異なる３種類の撮像手段により撮像された画像は、第１〜第３撮像装置７〜９でそれぞれ１次元のアナログデータに変換されたのち、画像処理部４に備えられた画像入力部４ａに送られる。この画像入力部４ａでは、各撮像装置７〜９から送られた１次元のアナログデータを各画素の濃度値を示すデジタルデータに変換する。次いで、このデジタルデータが画素斑補正部４ｃへと送る。画素斑補正部４ｃに入力される濃度値を示す画像データの横方向の１列と縦方向の１行は、各撮像装置７〜９のラインサンサによって一時に取得される濃度値に対応している。
【００３７】
一般的なＣＣＤラインセンサでは、画素（受光素子）の感度ばらつきを補正するため、マトリックス状に配置された画素の行列ごとの濃度値の平均値と、その直前の行列の画素の濃度値の平均値との差を求めて順次斑補正係数とし、この斑補正係数を斑補正係数メモリ４ｄに保持する。画素斑補正部４ｃでは、入力された濃度値に斑補正係数累積値を加算して、斑補正済みのデータとする。この補正済みデータは、画素間の濃度値の平均値のばらつきを減少させる。
【００３８】
画像入力部４ａで得られたデジタル信号に含まれるレンズの周辺部の光量低下や照明の斑といった低周波領域の補正処理し、ほぼ均一な明るさのラインセンサの画像データを得る背景処理部４ｅでは、ラインセンサの出力レベルの差をなくすため、背景補正係数を算出して背景補正係数メモリ４ｅに記憶してあり、入力された画像データに前記背景補正係数を乗じて、ラインセンサの出力レベルの差を打ち消す。背景補正係数を算出する際に、地合などによるノイズ成分を除去するため、必要に応じて平滑化処理を加えてもよい。
【００３９】
第１〜第３撮像装置７〜９により撮像される撮像データには、正常でないと判定される濃度値の範囲の値も含まれるため、本実施形態にあっても、特許文献４に記載された欠陥検査装置と同様に、正常でないとされる濃度の範囲にある値を排除する画素濃度制限部４ｇを有しており、また３画素×３画素の欠陥検出用ブロック（画素ブロック）として、ブロックごとの各画素の濃度値を積算する積算演算が行われる。以下、各ブロックごとの各画素の濃度値を積算する積算演算が行われる手順を、上記特許文献４に記載された手順を参考にして具体的に説明する。
【００４０】
いま、正常部の撮像データであれば、画素ブロック（欠陥検出用ブロック）内の濃度値を積算した濃度合計値と、欠陥を含んでいる画素ブロック内の濃度値を積算した濃度合計値とでは、その値にずれがある。図示せぬブロック積算部では、欠陥検出用ブロックを１画素ずつ、縦（行方向）あるいは横（列方向）にずらしながら積算値を算出することによって、欠陥部を確実に検出できるようにしている。
【００４１】
欠陥検出用ブロックの縦方向の移動は、まず、画素濃度制限部４ｇで画像メモリ４ｈに第１〜第３行分の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで第１〜第３行分の濃度値を積算する（ステップ１）。次いで、画像メモリ４ｈに第４行の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで、ステップ１で算出した第１〜第３行の積算値に第４行の濃度値を加算するとともに第１行の濃度値を減算して第２〜第４行の３行分の積算値を得る（ステップ２）。さらに、画像メモリ４ｈに第５行の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで、ステップ２で算出した第２〜第４行の積算値に第５行の濃度値を加算するとともに第２行の濃度値を減算し、第３〜第５行の３行分の積算値を得る（ステップ３）。このような処理を繰り返すことにより、欠陥検出用ブロックが縦方向に１画素ずつ、ずれてゆくことになる。
【００４２】
欠陥検出用ブロックの横（列）方向の移動は、まず、画像メモリ４ｈに第１〜第３列の３列分の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで第１〜第３列の３列分の濃度値を積算する（ステップ１０）。次いで、画像メモリ４ｈに第４列の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで、ステップ１０で算出した第１〜第３列の積算値に、第４列の濃度値を加算するとともに第１列の濃度値を減算して第２〜第４列の３列分の積算値を得る（ステップ１２）。さらに、画像メモリ４ｈに第５列の撮像データを記憶させ、ブロック積算部４ｉで、ステップ１２で算出した第２〜第４列の積算値に第５列の濃度値を加算するとともに第２列の濃度値を減算し、第３〜第５列の３列分の積算値を得る（ステップ１３）。このような処理を繰り返すことにより、欠陥検出用ブロックが横方向に１画素ずつ、ずれてゆくことになる。
【００４３】
ブロック積算部４ｉにおいてラインセンサの画素方向（列方向）に３画素分、検査対象物Ｓの移動方向（行方向）に３画素分の拡がりを持つ欠陥検出用ブロックについて演算を行うため、画像メモリ４ｈは、演算に必要な個数の濃度値を格納するだけの容量が必要である。更に強調処理として、移動方向に隣接したブロック間で演算処理を行う場合には、それに係わるブロックサイズ分のメモリ容量が必要となる。
【００４４】
ブロック積算部４ｉで得られた積算データは、判定処理部４ｊにおいて、予め設定され閾値メモリ４ｋに記憶されている閾値と比較され、欠陥の有無が判定される。欠陥判定用の閾値は、検査対象物の地合変化等に応じて逐次、更新される。このような更新を可能とするため、閾値メモリ４ｋが２つの閾値保持領域を備えるように構成され、一方の領域を判定処理部４ｊが判定に使用する閾値を保持する領域とし、他方の領域を更新中の閾値を保持する領域としている。他方の領域で閾値の更新が完了すると、判定処理部４ｋで閾値を読み込むラインを他方の領域側に切り換え、更新済みの閾値で欠陥検出判定が行う。このような構成によって、正常部の濃度値が変動しても、欠陥の検出精度を一定に保つことができる。ブロック積算部４ｉでブロックを縦、横に１画素ずつ移動させながら濃度値の積算値を得ているため、欠陥のサイズが大きい場合、同一の欠陥に関する情報が複数出力されて、データ数が非常に多くなる。このため、集約処理部４ｌでは予め集約範囲を設定しておき、範囲内での検出結果を一つにまとめて、データ出力部４ｍから出力する。
【００４５】
図４は、本発明による上述の外観欠陥自動検査方法により判定された多孔質電極基材の判定結果を示す判定表である。この表から理解できるように、検査手段の種類によってはその検査結果が異なることである。このことは、上記特許文献３及び４に開示された外観欠陥検査におけるように単一の検査手段による検査だけでは、検査対象が他種類の欠陥を備えている可能性が高い場合には有効でないことを示しており、本発明のように多様な試験を経て初めて認識されたものである。
【００４６】
具体的には、例えば２種類の上記黒色欠点(1) 及び(2) について見ると、同じ黒色欠点であっても、正反射光による検査と散乱光による検査では、正反射光による検査が全て欠陥ありとされているのに対して、散乱光ではその欠陥の種類を特定することが難しい場合があり、透過光による検査では全く欠陥が検出されない。また、例えば白色欠点に関しては、正反射光及び透過光による検査で欠陥が発見されるが、散乱光による検査ではその欠陥が見落とされている。更に、白色欠点に類似する光沢欠点の場合は、正反射光による検査で確実に発見可能となる。
【００４７】
更に、繊維束欠点及び樹脂不足欠点に対しては、両者ともに樹脂が不足することに変わりないが、その撮像の形状及び寸法を踏まえて判定する必要があることは既述したとおりである。しかして、樹脂不足欠点に関しては、図４に示すとおり、正反射光及び散乱光による両検査にて発見されるが、繊維束欠点に関しては、散乱光ではその欠陥が見落とされる。またピンホール欠点に関しては、反射光による検査では確定できないが、透過光により確実に検出される。
【００４８】
特に、本発明の検査対象となる薄手の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査にあっては、上述のとおり、正反射光、散乱光及び透過光による検査を組み合わせることにより、複数種類からなる外観欠陥の存否を的確に検出して判定することができ、高精度の検査が実現される。
なお、本発明に係る多孔質電極基材の外観欠陥自動検査にあっては、当然に欠陥位置に関する記録を記録媒体に残している。その走行距離を検出する方法としては、走行する多孔質電極基材上に接触するコンタクトロールや移送ロールの軸の回転数をエンコーダーで検出している。また、多孔質電極基材の幅方向における欠陥位置は、前記幅方向に直線状に配置された各撮像装置により得られる撮像データから演算により求められる。
【符号の説明】
【００４９】
１ 多孔質電極基材
２ （多孔質電極基材の）ロール体
３ 架台
４ 画像処理部
４ａ 画像入力部
４ｂ ラインメモリ
４ｃ 画素斑補正部
４ｄ 斑補正係数メモリ
４ｅ 背景処理部
４ｆ 背景処理係数メモリ
４ｇ 画素濃度制限部
４ｈ 画像メモリ
４ｉ ブロック積算部
４ｊ 判定処理部
４ｋ 閾値メモリ
４ｌ 集約処理部
４ｍ データ出力部
５ コンピュータ
６ 巻取部
７〜９ 第１〜第３撮像装置
１０〜１２ 第１〜第３光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素短繊維と炭化樹脂とからなり連続的に走行する長尺の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法であって、
前記多孔質電極基材の表面に検査光を照射し、その透過光、正反射光及び散乱光を撮像し、それらの撮像データを画像処理部にて解析し、その欠陥の種類、存在位置及び大きさを記録媒体に記録しつつ連続して巻き取ることを含んでなる多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の外観欠陥自動検査方法による検査結果を記録した記録媒体を有してなる炭素短繊維と炭化樹脂とからなる長尺の多孔質電極基材の巻体。
【請求項３】
前記欠陥の種類が、黒色欠点、白色欠点、光沢欠点、繊維束欠点、樹脂不足欠点、ピンホール欠点を含んでなる請求項２に記載の多孔質電極基材の巻体。
【請求項１】
炭素短繊維と炭化樹脂とからなり連続的に走行する長尺の多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法であって、
前記多孔質電極基材の表面に検査光を照射し、その透過光、正反射光及び散乱光を撮像し、それらの撮像データを画像処理部にて解析し、その欠陥の種類、存在位置及び大きさを記録媒体に記録しつつ連続して巻き取ることを含んでなる多孔質電極基材の外観欠陥自動検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の外観欠陥自動検査方法による検査結果を記録した記録媒体を有してなる炭素短繊維と炭化樹脂とからなる長尺の多孔質電極基材の巻体。
【請求項３】
前記欠陥の種類が、黒色欠点、白色欠点、光沢欠点、繊維束欠点、樹脂不足欠点、ピンホール欠点を含んでなる請求項２に記載の多孔質電極基材の巻体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２７２２５０（Ｐ２０１０−２７２２５０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２１３０７（Ｐ２００９−１２１３０７）
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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