JP2006038477A - 欠点検査装置、欠点検査方法、およびシートの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 小さいサイズの欠点であっても精度良く検出する。
【解決手段】 被検査物5の表面に対して所定角度で帯状の光を照射する照明部3と、被検査物5の表面における帯状の光のうちエッジ付近を視野とする撮像装置7と、撮像装置7からの出力信号を入力として所定の処理を行って傷などの欠点を検出する画像処理装置8とを有している。
【選択図】 図1





Description

本発明は、プラスチックフィルム、鋼板などの被検査物の表面に存在する微細な傷などの欠点を検査する装置、プラスチックフィルム、鋼板などの被検査物の表面に存在する微細な傷などの欠点を検査する方法、およびこの方法を組み込んだシートの製造方法に関する。
従来から、図14に示すように、被検査物としてのシート101の法線方向に対して、照明装置102と撮像装置103とを同じ側に配置し、シート101上の欠点によって散乱した光が撮像装置103に入射することによって欠点を検出するようにした欠陥検査装置が提案されていた(特許文献1参照)。
特開2002−5845号公報
近年、携帯電話向け偏光板など光学用途のプラスチックフィルムのニーズが拡大している。そして、画面の高精細化に伴い、検出すべき欠点のサイズも小さくなっている(例えば、長さ0.1mm、幅数μm、深さ0.1μm以下など)。
したがって、特許文献1を用いてこのような欠点を検出するには撮像装置の分解能を数μmに設定する必要がある。
ところで、プラスチックフィルムは通常延伸工程で金属ロールを用いて延伸することにより製造される。そして、ロールとの接触によって発生するキズを防ぐためにプラスチックフィルムに微粒子を混ぜてフィルム表面に微細な凹凸を形成している。
特許文献1では、微粒子の大きさに比べて十分に大きい欠点を検出するようにしていたので微粒子による微細な凹凸は無視できた。換言すれば、微粒子による微細な凹凸での散乱光の影響を殆ど受けることなく、欠点を精度良く検出することができた。しかし上述のように対象となる欠点のサイズが微小になると微粒子での散乱光の影響が無視できなくなってしまう。そして、特許文献1では、被検査物としてのシートに光を照射して反射光を撮像装置で撮像しているだけなので、単に撮像装置の分解能を上げるだけでは微粒子による微細な凹凸での散乱光の影響を受けてしまい、欠点を精度良く検出することができない。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、小さいサイズの欠点であっても精度良く検出することができる欠点検査装置、および欠点検査方法を提供し、また、欠点検査方法を組み込んだシートの製造方法を提供することを目的としている。
本発明の一の態様によれば、被検査物表面の前記照射領域の中央よりも離れた位置に対し、該被検査物表面の法線方向に対して所定の照射角度だけ傾いた方向から光を照射して照射領域を形成する光源装置と、検出視野を前記被検査物表面の前記照射領域の中央よりも離れた位置に設定する光検出手段とを備えてなることを特徴とする欠点検査装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、前記光源装置は、照射角度が20°以上60°以下の範囲内に設定されたものである請求項1に記載の欠点検査装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、前記光検出手段は、前記検出視野が、前記照射領域の中央よりも前記光源から遠ざかる位置において前記被検査物表面に設定されたものである請求項1または請求項2に記載の欠点検査装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、前記検出視野内における前記照射領域の照射輝度の変化が、前記照射領域における照射輝度の最大値の0.3%以上30%以下となるよう構成された請求項1から請求項3の何れかに記載の欠点検査装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、前記光検出手段は、1次元的に画素が配列されたラインセンサカメラである請求項1から請求項3の何れかに記載の欠点検査装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、シートを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたシートの表面に対し、該表面の法線方向に対して所定の照射角度だけ傾いた方向から光を照射して所定の線状照射領域を形成する光源装置と、該光源装置が形成する前記線状照射領域において検出視野を有するラインセンサカメラと、該ラインセンサカメラの前記シート状における視野の位置に関する情報を記憶する視野位置記憶手段と、該視野位置記憶手段に記憶された所定の視野の位置に関する情報に基づいて前記シート内における視野を設定可能な撮像カメラと、を備えてなることを特徴とするシートの欠点検査装置が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、被検査物表面に対し、該被検査物表面の法線方向に対して所定の照射角度だけ傾いた方向から光を照射して照射領域を形成する照射領域形成ステップと、検出視野を前記被検査物表面の前記照射領域の中央よりも離れた位置に設定する検出視野設定ステップとを備えてなることを特徴とする欠点検査方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、前記照射領域形成ステップは、照射角度を20°以上60°以下の範囲内に設定するステップである請求項7に記載の欠点検査方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、前記検出視野設定ステップは、前記検出視野を、前記照射領域の中央よりも前記光源から遠ざかる位置において前記被検査物表面に設定するステップである請求項7または請求項8に記載の欠点検査方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、前記検出視野設定ステップは、前記検出視野内における前記照射領域の照射輝度の変化が、前記照射領域における照射輝度の最大値の0.3%以上30%以下となるよう構成するステップである請求項7から請求項9の何れかに記載の欠点検査方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、前記検出視野設定ステップは、1次元的に画素が配列されたラインセンサカメラを用いて検出視野を設定するステップである請求項7から請求項9の何れかに記載の欠点検査方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、保持手段に保持されたシートの表面に対し、該表面の法線方向に対して所定の照射角度だけ傾いた方向から光を照射して所定の線状照射領域を形成する線状照射領域形成ステップと、前記線状照射領域においてラインセンサカメラによって検出視野を設定する第1視野設定ステップと、前記ラインセンサカメラの前記シート上における視野の位置に関する情報を記憶する視野位置記憶ステップと、記憶された所定の視野の位置に関する情報に基づいて前記シート内における撮像カメラによる視野を設定する第2視野設定ステップとを備えてなることを特徴とするシートの欠点検査方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、出発原料からシートを製造する方法であって、請求項7から請求項12の何れかの欠点検査方法による検査を行うことを含むことを特徴とするシートの製造方法が提供される。
本発明のさらに他の態様によれば、前記シートはラビング済みフィルムである請求項13に記載のシートの製造方法が提供される。具体的には、例えば、LCDなどにおいて液晶分子を一定方向に配向させるために、ポリイミドなどの配向膜の液晶分子と接する面をレーヨンや綿布の2〜3mmの繊維によって一方向に擦る処理(ラビング処理)を行うことにより、表面に微細な凹凸を形成するのが好適である。
本発明によれば、被検査物の表面に存在する微細な傷などの欠点を精度よく検出することができる。
以下に、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
図1は本発明の欠点検査装置の一実施形態を示す概略図である。
本欠点検査装置は、光源1からの光が光ファイバ2により伝達される照明部3と、照明部3の光出射側に配置されたシリンドリカルレンズ4と、光が照射された被検査物5からの光を集光するレンズ6と、レンズ6により集光された光を受ける撮像装置7と、撮像装置7からの出力信号を入力として所定の処理を行う画像処理装置8とを有している。この画像処理装置8は、ホストコンピュータ9に含まれている。
前記照明部3は、図1では、複数の光ファイバ2を幅方向(被検査物の送り方向と直角な方向に対応する方向)に配列したライトガイドであるが、石英ロッドの端面から光を入射し、ロッド側面から光を出射するロッド照明部などを用いることもできる。
前記光源1としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどが使用可能である。ただし、出力が高いメタルハライドランプ、キセノンランプを使用することが好ましい。また、帯状のレーザー光源も使用可能である。
前記シリンドリカルレンズ4は、強い光を被検査物5に照射するために照明部3と被検査物5との間に設けられている。ただし、光源1としてレーザー光源を使用する場合には、シリンドリカルレンズ4や、光ファイバ2を省略できることもある。
前記撮像装置7は、受光素子が1次元に配列されたラインセンサカメラであることが好ましい。そして、ラインセンサカメラは、画素数が7450画素程度であることが好ましく、視野方向の分解能を向上させることができる。
また、照明部3の照射幅方向と被検査物5とが平行で、かつ、光を、被検査物5の表面に対する垂線方向に対して20〜60°の角度、より好ましくは30〜50°の角度で照射するように、照明部3を配置している。
前記照明部3と前記シリンドリカルレンズ4との距離を変化可能にすることが好ましく、被検査物5に照射される光の、照射幅方向に垂直な方向の照射強度分布を変化させることができる。具体的には、例えば、図示しない白色アクリル板(スペミックス、E064)を照明部3とシリンドリカルレンズ4との間に配置し、照射強度分布が急峻な分布となるようにシリンドリカルレンズ4の位置を調整する。ここで、急峻な分布としては、撮像装置7の分解能のサイズでの輝度変化が最大輝度に対して0.3%以上かつ30%以下であることが好ましい。照射強度分布が急峻すぎると撮像位置の調整が困難になるからである。
なお、光源が線状照射領域を形成するものである場合は、照射領域の長手方向に直交する方向における輝度変化が、長手方向の各部において、その各部における最大輝度に対して0.3%以上かつ30%以下であるのが好ましい。
前記撮像装置7は、照明部3の照射方向と平行に撮像するように設置されることが好ましい。しかも、被検査物5の表面に対する垂線方向に対して±10°以内の角度で設置されることが好ましい。
また、撮像装置7は、レンズ6等の光学系の構成により被検査物5の表面に設定された検出視野内の照射線状光源の場合、光源が被検査物5上に形成する光の帯の幅方向のエッジ付近に視野を設定するのがよい。さらに輝度の変化が最大輝度に対して0.3%以上となるように視野を設定することが好ましい。
また、撮像装置7は、アナログ信号を出力するものであってもよく、デジタル信号を出力するものであってもよい。
さらに、被検査物5の表面を照射したとき、正常部(傷のない部分)の濃淡値が、撮像装置受光レベル飽和値の70〜80%となるように被検査物5に照射される光量を調整することが好ましい。
図2は前記画像処理装置8とホストコンピュータ9の該当部分とを詳細に示すブロック図である。
画像処理装置8は、撮像装置7からの出力信号を入力としてオフセット調整処理(例えば、出力信号に含まれる直流成分を除去する処理など)を行うオフセット調整部81と、オフセット調整された信号からノイズ除去を行う平滑処理部82と、平滑処理部82の出力から欠点強調を行う微分処理部83と、微分処理部83の出力を2値化する2値化処理部84と、2値化処理部84の出力を入力として微粒子除去処理を行う微粒子除去処理部85と、微粒子除去処理部85の出力を入力として面積測定を行う面積測定部86とを有している。なお、特には図示していないが、測定された面積が所定面積以上の場合にのみ欠点情報{位置、面積、被検査物送り方向の長さ(mD方向長さ)、被検査物送り方向と直角方向の長さ(TD方向長さ)}をホストコンピュータ9に供給するようにしている。また、平滑処理部82と微分処理部83とで空間フィルタ処理部を構成している。
前記位置、mD方向長さ、TD方向長さなどは、例えば、被検査物5をXYステージなどに支承させておき、XYステージなどの動作量から得ることができる。
ホストコンピュータ9は、測定された欠点情報を入力として欠点を分類する欠点分類部91と、欠点分類結果をメモリ93に格納する処理を行う欠点情報格納部92とを有している。
したがって、撮像装置7から出力される信号(被検査物を所定方向に移動させることによって、所定の期間内に得られた信号)が信号A(図3参照)である場合に、オフセット調整部81による処理、平滑処理部82による処理、微分処理部83による処理、2値化処理部84による処理、および微粒子除去処理部85による処理をこの順に行うことによって信号B(図4参照)が得られる。そして、面積測定部86により面積測定が行われ、同時に位置、mD方向長さ、TD方向長さなどが得られる。
ホストコンピュータ9の欠点分類部91においては、面積がS、mD方向長さがX、TD方向長さがYで与えられた場合に、例えば、(X2+Y2)/S>αであれば傷、そうでなければ他の欠点(フィッシュアイなど)であると分類する。ここで、欠点が円形ならば(X2+Y2)/S=2.55であるから、αは10前後の値であることが好ましい。
したがって、照射幅方向と近い方向の欠点を精度良く検出できる。この検出精度を向上させるために、微分処理部83として照射幅方向と垂直な方向に微分フィルタ処理を施すものを採用することが好ましい。
さらに、撮像装置7としてのラインセンサカメラの近傍にエリアセンサカメラを設けることが好ましく、検査によって検出された欠点をレビューすることができる。
また、以上の実施形態において、撮像装置7の視野は、被検査物5に対して照射される光の帯のエッジ付近、すなわち、照射領域の中央よりも離れた位置に設定されることが視野内における輝度の変化を上述の範囲にすることが容易であるから好ましく、コントラスト良く傷を撮像できる。さらに好ましくは、光源1から遠ざかる方のエッジに設定する。
さらに説明する。
撮像装置7の視野を、被検査物5に対して照射される光の帯の中心に設定した場合には、被検査物5に存在する傷に起因する受光量が大きい(図6参照)が、被検査物5に存在する微粒子に起因する受光量も大きい(図5参照)。
したがって、傷の大きさが微粒子の大きさに近くなれば、受光量だけで両者を識別することが困難になってしまう。
これに対して、撮像装置7の視野を、被検査物5に対して照射される光の帯のエッジ付近に設定した場合には、被検査物5に存在する傷に起因する受光量が、入射光が減衰したことに起因して図6よりも小さい(図8参照)が、被検査物5に存在する微粒子に起因する受光量は、図5よりも著しく小さい(図7参照)。
これは、傷に起因する受光量が入射光の角度により大きく影響を受けるからである。
この結果、傷の大きさが微粒子の大きさに近くなっても、受光量だけで両者を精度良く識別することができる。
具体的には、光の帯の中心を撮像した場合に、図9に示す画像が得られ、光の帯のエッジ付近を撮像した場合に、図10に示す画像が得られた。
そして、図9、図10中に破線で示す線上の輝度プロファイルは、図11、図12に示すように得られた。
図11、図12を対比すれば、前者における平均値が200であるのに対して、後者における平均値が191であり、また、破線の円で囲んだ部分の輝度は、前者よりも後者の方が高いことが分かる。
換言すれば、後者の方が、周囲の輝度は低いにも拘らず、傷信号の輝度は高くなっており、コントラストが高い傷画像を撮像できていることが分かる。
したがって、光の帯のエッジ付近を撮像することによって、傷の検出精度を高めることができる。
また、ラビング済みフィルムを被検査物として採用することもできる。
ただし、この場合には、ラビング処理の方向の傷はさほど問題にはならないのに対し、ラビング処理の方向と直交する方向の傷は小さくても問題になるので、ラビング処理の方向については重み付けを小さくし、ラビング処理の方向と直交する方向については重み付けを大きくすることが好ましい。
図13に示すように、フィルム検査システムを構成した。
このシステムは、被検査物としてのフィルム11を支承して2次元的に位置制御可能とするXYステージ12と、フィルム11に対して上方から光を照射する照明装置13と、照射されたフィルム11からの光を受けるラインセンサカメラ14と、照射されたフィルム11からの光を受けるレビュー用カメラ15と、XYステージ12を支承する検査台16と、照明装置13に光を供給する光源17と、撮像装置14からの信号、およびレビュー用カメラ15からの信号を入力として所定の処理を行う画像処理装置を含むホストコンピュータ18と、ラインセンサカメラ14、レビュー用カメラ15、および照明装置13を支持する支持フレーム19とを有している。
ホストコンピュータ18は、XYステージ12を制御する図示していないステージコントローラと接続しており、設定したラインセンサカメラ14の視野において画像処理装置が欠点を検出した時にステージコントローラからXYステージ12の現在位置を取得する。
所定領域検査後、画像処理装置が検出した任意の欠点に対して、ホストコンピュータ18はステージコントローラから取得した欠点位置から欠点がレビュー用カメラ15の視野内に入るようにXYステージ移動量を計算し、ステージコントローラに移動量を出力してXYステージを移動する。XYステージ12が移動した後、レビュー用カメラ15が上記欠点を含む視野を撮像可能に設定し、上記欠点を撮像し、ホストコンピュータ18のモニタに欠点画像を表示することができる。
このような構成により、ラインセンサカメラ14で発見した欠点をレビュー用カメラ15で確認し、真の欠点なのか、単にホコリ等が付着しているだけなのかといったことを最終判定することが容易にかつ迅速に実行できる。特にレビュー用カメラ15でリアルタイムの画像(あるいは動画)を容易に取得できるので、欠点として検出された部位の様子の時間的変化を観測しやすい。そのため、上記部位をエアブローした前後で欠点の様子が変化すれば、単なるホコリであったことが判定できるといった利点がある。
上記利点を十分生かすためにはレビュー用カメラ15の分解能はラインセンサカメラ14より高い方がよく、好ましくは、画素あたりの視野サイズがラインセンサカメラ14の0.5倍〜0.05倍程度がよい。
前記XYステージ12として、ISP−SXm−I−60−4−300−TI−S、ISP−SXm−I−60−4−400−TI−S(IAI)を使用した。
前記照明装置13として、mKG−180−2000S−HR(モリテクス)(照射幅180mm)を使用した。なお、出射面の前面にシリンドリカルレンズ(モリテクス)を設置した。そして、透明アクリル板に光を照射して反射強度のピークとピーク半値の幅が250μmになるようにシリンドリカルレンズの位置を調整した。
前記ラインセンサカメラ14として、7450画素のラインセンサカメラ{NUF−7450D(NED製)}を使用した。分解能は、mD、TD方向ともに5μm/画素であった。そして、反射光輝度がピーク値の80%となる位置にラインセンサカメラ撮像位置を設定した。
レビュー用カメラ15として、1024×768画素のエリアセンサカメラ{XC−HR70(SONY)}を使用した。分解能は、mD.TD方向ともに、0.5μm/画素であった。
前記光源17として、メタルハライド光源{mmL−250(モリテクス)}(250W)を使用した。なお、ライン型光ファイバライトガイドを使用して、出射光を照明装置13に導いた。
前記ホストコンピュータ18として、D−Image(アヤハエンジニアリング)を使用した。
前記フィルム11として、φ0.6μmの微粒子が混ざったフィルムを使用した。
上記の構成のシート検査システムを使用して、長さ300μm、幅3μmの傷を検出することができた。
本発明の欠点検査装置の一実施形態を示す概略図である。 画像処理装置とホストコンピュータの該当部分とを詳細に示すブロック図である。 信号Aの一例を示す図である。 信号Bの一例を示す図である。 撮像装置の視野を入射光の帯の中心部に設定した状態での被検査物の微粒子からの光の強度を示す図である。 撮像装置の視野を入射光の帯の中心部に設定した状態での被検査物の傷からの光の強度を示す図である。 撮像装置の視野を入射光の帯のエッジ部に設定した状態での被検査物の微粒子からの光の強度を示す図である。 撮像装置の視野を入射光の帯のエッジ部に設定した状態での被検査物の傷からの光の強度を示す図である。 光の帯の中心を撮像した撮像画像の一例を示す図である。 光の帯のエッジ付近を撮像した撮像画像の一例を示す図である。 図9の撮像画像の破線上の輝度プロファイルを示す図である。 図10の撮像画像の破線上の輝度プロファイルを示す図である。 フィルム検査システムの構成を示す概略斜視図である。 従来の欠陥検査装置を示す概略図である。
符号の説明
3 照明部
7 撮像装置
13 照明装置
14 ラインセンサカメラ
15 レビュー用カメラ

Claims (14)

  1. 被検査物表面に対し、該被検査物表面の法線方向に対して所定の照射角度だけ傾いた方向から光を照射して照射領域を形成する光源装置(3)と、検出視野を前記被検査物表面の前記照射領域の中央よりも離れた位置に設定する光検出手段(7)とを備えてなることを特徴とする欠点検査装置。
  2. 前記光源装置(3)は、照射角度が20°以上60°以下の範囲内に設定されたものである請求項1に記載の欠点検査装置。
  3. 前記光検出手段(7)は、前記検出視野が、前記照射領域の中央よりも前記光源装置(3)から遠ざかる位置において前記被検査物表面に設定されたものである請求項1または請求項2に記載の欠点検査装置。
  4. 前記検出視野内における前記照射領域の照射輝度の変化が、前記照射領域における照射輝度の最大値の0.3%以上30%以下となるよう構成された請求項1から請求項3の何れかに記載の欠点検査装置。
  5. 前記光検出手段(7)は、1次元的に画素が配列されたラインセンサカメラである請求項1から請求項3の何れかに記載の欠点検査装置。
  6. シート(11)(11)を保持する保持手段と、該保持手段に保持されたシートの表面に対し、該表面の法線方向に対して所定の照射角度だけ傾いた方向から光を照射して所定の線状照射領域を形成する光源装置(13)と、該光源装置(13)が形成する前記線状照射領域において検出視野を有するラインセンサカメラ(14)と、該ラインセンサカメラ(14)の前記シート状における視野の位置に関する情報を記憶する視野位置記憶手段と、該視野位置記憶手段に記憶された所定の視野の位置に関する情報に基づいて前記シート内における視野を設定可能な撮像カメラ(15)と、を備えてなることを特徴とするシートの欠点検査装置。
  7. 被検査物表面に対し、該被検査物表面の法線方向に対して所定の照射角度だけ傾いた方向から光を照射して照射領域を形成する照射領域形成ステップと、検出視野を前記被検査物表面の前記照射領域の中央よりも離れた位置に設定する検出視野設定ステップとを備えてなることを特徴とする欠点検査方法。
  8. 前記照射領域形成ステップは、照射角度を20°以上60°以下の範囲内に設定するステップである請求項7に記載の欠点検査方法。
  9. 前記検出視野設定ステップは、前記検出視野を、前記照射領域の中央よりも前記光源から遠ざかる位置において前記被検査物表面に設定するステップである請求項7または請求項8に記載の欠点検査方法。
  10. 前記検出視野設定ステップは、前記検出視野内における前記照射領域の照射輝度の変化が、前記照射領域における照射輝度の最大値の0.3%以上30%以下となるよう構成するステップである請求項7から請求項9の何れかに記載の欠点検査方法。
  11. 前記検出視野設定ステップは、1次元的に画素が配列されたラインセンサカメラを用いて検出視野を設定するステップである請求項7から請求項9の何れかに記載の欠点検査方法。
  12. 保持手段に保持されたシートの表面に対し、該表面の法線方向に対して所定の照射角度だけ傾いた方向から光を照射して所定の線状照射領域を形成する線状照射領域形成ステップと、前記線状照射領域においてラインセンサカメラによって検出視野を設定する第1視野設定ステップと、前記ラインセンサカメラの前記シート上における視野の位置に関する情報を記憶する視野位置記憶ステップと、記憶された所定の視野の位置に関する情報に基づいて前記シート内における撮像カメラによる視野を設定する第2視野設定ステップと、を備えてなることを特徴とするシートの欠点検査方法。
  13. 出発原料からシートを製造する方法であって、請求項7から請求項12の何れかの欠点検査方法による検査を行うことを含むことを特徴とするシートの製造方法。
  14. 前記シートはラビング済みフィルムである請求項13に記載のシートの製造方法。


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