JP2006064501A

JP2006064501A - 中空糸膜の断面形状測定方法および装置

Info

Publication number: JP2006064501A
Application number: JP2004246590A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Sugihara; 洋樹杉原; Hirokata Sasamoto; 裕方佐々本; Hiroki Nakajima; 博樹中嶋
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】中空糸膜をコントラスト良く撮像でき、人工腎臓モジュールの透析性能等の低下の原因となる中空糸膜の外径および内径異常、真円度異常、偏肉異常等についても検出することが可能な、中空糸膜の断面形状測定方法および装置を提供する。
【解決手段】中空糸膜モジュールの端面に紫外線を照射し、前記端面での散乱光を波長２００ｎｍから４５０ｎｍの光を透過するレンズにより集光して中空糸膜モジュールの端面を撮像し、撮像した画像から中空糸膜を検出し、検出した中空糸膜について断面形状の測定を行うことを特徴とする、中空糸膜の断面形状測定方法および装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、中空糸膜の断面形状測定方法および装置に関し、とくに、人工腎臓モジュール等の中空糸膜モジュールに用いられている中空糸膜の断面形状測定方法および装置に関する。

中空糸膜モジュールの端面において撮像した画像から、該端面に現れる中空糸膜のリング状パターンの扁平度を検出するようにした方法および装置が知られている（特許文献１）。この方法および装置では、以下のような構成を採用している。
（１）使用するレンズを特に指定していないので、一般的なレンズが用いられていると考えられるが、一般に使用されているレンズは可視光のみを透過し、紫外線領域の光は透過しないように設計されいる（収差による像のボケを改善するため）。
（２）ハロゲンランプ光源を使用し、可視光を照射している。
（３）測定項目は中空糸膜の真円度異常（扁平）のみであり、中空糸膜の内径および外径、偏肉の検査は実施していない。
（４）光を照射するライトガイドに、ハの字型に配置したスリット光による暗視野照明を使用している。
（５）５０００画素のラインセンサカメラを使用している。
（６）分解能が１５μｍ／ｐｉｘ程度である。
特開２００３−６７７２４号公報

上記のような従来の中空糸膜の断面形状測定方法および装置においては、以下のような問題が残されている。すなわち、従来の中空糸膜モジュールは、その端面において樹脂が中空糸膜に浸透していないため中空糸膜の切断面には微細な凹凸が多く、通常の白色照明による照射でも十分なコントラストを持った画像を撮像することができた。しかし、最近の中空糸膜モジュールの中には樹脂が中空糸膜に浸透しているものもあり、この場合には中空糸膜の切断面が比較的平坦になりやすい。このような平坦な断面では、照射した光の散乱成分が少なくなるため、通常の白色照明では十分なコントラストで切断面を撮像することができなかった。

そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、樹脂が中空糸膜に浸透したタイプの中空糸膜モジュールについても、切断面をコントラスト良く撮像でき、人工腎臓モジュールの透析性能等の低下の原因となる中空糸膜の外径および内径異常、真円度異常、偏肉異常等についても検出することが可能な、中空糸膜の断面形状測定方法および装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る中空糸膜の断面形状測定方法は、中空糸膜モジュールの端面に紫外線を照射し、前記端面での散乱光を波長２００ｎｍから４５０ｎｍの光を透過するレンズにより集光して中空糸膜モジュールの端面を撮像することを特徴とする方法からなる。

また、本発明に係る中空糸膜の断面形状測定方法は、中空糸膜モジュールの端面を撮像し、撮像した画像から中空糸膜を検出し、検出した中空糸膜について断面形状の測定を行うことを特徴とする方法からなる。

さらに、本発明に係る中空糸膜の断面形状測定方法は、中空糸膜モジュールの端面に紫外線を照射し、前記端面での散乱光を波長２００ｎｍから４５０ｎｍの光を透過するレンズにより集光して中空糸膜モジュールの端面を撮像し、撮像した画像から中空糸膜を検出し、検出した中空糸膜について断面形状の測定を行うことを特徴とする方法からなる。

上記のような中空糸膜の断面形状測定方法においては、検出した中空糸膜が予め定めた設定範囲内にあるか否かを判定することにより、中空糸膜の断面形状を測定することができる。

また、検出した中空糸膜の内円もしくは外円の面積と同じ近似真円の直径を円の公式によって求めることにより、中空糸膜の断面形状の測定を行うこともできる。

また、検出した中空糸膜の内円もしくは外円について０度から３６０度の範囲で予め定めた角度Δθ毎に算出したフェレ径の平均値を求めることにより、中空糸膜の断面形状の測定を行うこともできる。

また、中空糸膜の内径の設計値と、０度から３６０度の範囲で予め定めた角度Δθ毎に算出したフェレ径の最小値との比を求めることにより、中空糸膜の断面形状の測定を行うこともできる。

また、検出した中空糸膜の内円および外円それぞれの重心位置の距離を求めることにより、中空糸膜の断面形状の測定を行うこともできる。

さらに、検出した中空糸膜の内円および外円それぞれの面積と２次モーメントより前記内円および外円に近似する等価楕円をそれぞれ求め、前記等価楕円それぞれの重心位置および０度から３６０度の範囲で予め定める角度Δθ毎に算出したフェレ径を求めることにより、中空糸膜の断面形状の測定を行うこともできる。

本発明に係る中空糸膜の断面形状測定装置は、中空糸膜モジュールの端面を撮像する撮像手段と、得られた画像から中空糸膜を検出する検出手段と、上記のような方法によって中空糸膜の断面形状の測定する測定手段を備えていることを特徴とするものからなる。

この中空糸膜の断面形状測定装置においては、測定結果が予め定めた設定範囲内であるか否かを判定する判定手段を備えている構成とすることができる。

上記撮像手段としては、例えば、ラインセンサー型のカメラを用いることができる。

本発明はまた、上記のような方法もしくは上記のような装置を用いて製造されることを特徴とする中空糸膜モジュールも、提供する。

本発明に係る中空糸膜の断面形状測定方法および装置によれば、紫外線を用いることで、特に樹脂が浸透したタイプの中空糸膜モジュールについても各中空糸膜の断面をコントラスト良く撮像することができ、断面形状を精度よく測定することができる。

また、中空糸膜断面における内径、外径、肉厚（偏肉）、真円度を同時に測定することが可能になり、検査コストを大幅に低減することができる。

その結果、より確実に良品のみをユーザーに提供することができる。また、検査結果情報を各工程にフィードバックすることで、最適な条件で製造が行えるようになり、収率が向上する。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る中空糸膜の断面形状測定装置の全体を示している。図１に示す装置においては、搬送装置１０１により中空糸膜モジュールＭを搬送する。紫外線照射装置１０２は、該紫外線照射装置１０２の光源部１０２Ａより照射した紫外線をグラスファイバーケーブルを介して搬送装置１０１の前方に配置した紫外線照射装置１０２のライトガイド部１０２Ｂにより照射する。

撮像装置１０３は、紫外線照射装置１０２のライトガイド部１０２Ｂの後方に配置し、レンズ１０３Ａによって集光した紫外線をラインセンサカメラ１０３Ｂによって受光し、紫外線の強度を画像信号に変換した後に画像処理装置１０４に送信する。

画像処理装置１０４は、中空糸膜モジュールＭの端面から中空糸膜の断面形状を測定するためのもので、撮像装置１０３で撮像された画像信号を入力し、公知の画像処理技術により画像解析を実施して測定を行う。

操作指令部（操作指令装置）１０５は、予め定められた手順に基づいて搬送装置１０１、光照射装置１０２、画像処理装置１０４、表示装置１０６、中空糸膜モジュールＭを移載する移載装置１０７に操作指令を与えるものである。

表示装置１０６は、画像処理装置１０４での測定結果および、操作指令部１０５での指示内容を表示するためのものである。

図２に、上記のような中空糸膜断面形状測定装置における紫外線照射装置１０２部の構成例を示す。本例では、中空糸膜モジュールＭの端面に対する紫外線照射装置１０２のライトガイド部１０２Ｂの内縁の角度が所定の角度θになるように設定されている。操作指令部１０５から紫外線照射装置１０２の光源部１０２Ａに送られた指令に基づき、ライトガイド部１０２Ｂから中空糸膜モジュールＭの端面に紫外線が照射される。

図３に、中空糸膜断面形状測定装置における撮像装置１０３部の構成例を示す。中空糸膜モジュールＭの端面での散乱光を波長２００ｎｍから４５０ｎｍの光を透過するレンズ１０３Ａによって集光し、集光した紫外線をラインセンサカメラ１０３Ｂによって受光し、紫外線の強度を画像信号に変換した後に画像処理装置１０４に送信する。

図４に、中空糸膜断面形状測定装置における画像処理装置１０４での処理の流れを示すフローチャートを示す。撮像された画像４０１をハイパスフィルタ４０２によって中空糸膜とそれ以外の部分との輪郭線を強調したのち、２値化処理４０３によって中空糸膜部分を明輝度に、それ以外の部分が暗輝度となるようにする。そして、例えば公知の粒子解析技術によって中空糸膜の内径部分（明輝度領域に囲まれて独立した暗輝度領域）を特定し、真円度測定４０４、内径測定４０５を行い、また、分水嶺検出処理（境界線を検出する処理）によって隣り合う中空糸膜同士の境界線を検出して接合箇所を分割し外径測定４０８を行う。さらに、外径および内径の粒子情報をもとに偏肉測定４０７を行う。これらの測定結果を判定し、操作指令装置１０５へ情報を送る。

このように、本中空糸膜断面形状測定装置においては、上流側の装置から移載装置１０７によって搬送装置１０１上に中空糸膜モジュールＭが設置されると、操作指令装置１０５は搬送装置１０１に搬送命令を送信し、モジュールＭの搬送を開始する。操作指令装置１０５は搬送装置１０１に搬送命令を送信するのと前後して紫外線照射装置１０２へも照射信号を送信し、紫外線照射装置１０２を作動させる。搬送装置１０１が予め定めた位置まで移動したら、操作指令装置１０５は画像処理装置１０４に撮像指示信号を送信する。撮像指示信号を受信した画像処理装置１０４は撮像装置１０３に対して撮像信号を送信する。撮像信号を受信した撮像装置１０３は画像の取り込みを開始する。撮像装置１０３は画像信号を画像処理装置１０４に出力する。画像処理装置１０４は画像信号を記憶し、公知の画像処理技術により中空糸膜断面形状を測定する。画像処理装置１０４は画像信号の入力が終わったら撮像終了信号を操作指令装置１０５へ送信する。操作指令装置１０５は撮像終了信号を受信したら搬送装置１０１を待機位置まで戻す復帰信号を送信すると共に紫外線照射装置１０２に停止信号を送信する。移載装置１０７は操作指令装置１０５からの判定信号に従い、合格品工程もしくは不合格品工程へモジュールＭを移載する。

図５に、後述の実施例１における中空糸膜モジュールの端面撮像結果を示す。図５において、５０１は中空糸膜の肉厚部分、５０２は中空糸膜の中空部分、５０３は中空糸膜間の中空部分を、それぞれ示している。

図６に、後述の実施例１における中空糸膜モジュールの端面撮像画像を中空糸膜部分と背景部分とで２値化処理した結果の例６０１を示す。図６に示すように、中空糸膜部分を明輝度、それ以外の部分が暗輝度となるように２値化するのが望ましい。

図７に、後述の実施例１における中空糸膜モジュールの端面撮像画像から中空糸膜の内円領域を抽出した結果の例６０２を示す。内円領域の検出は公知の粒子解析技術によって実施する。

図８に、後述の実施例１における中空糸膜モジュールの端面撮像画像から中空糸膜の外円領域を抽出した結果の例６０３を示す。外円領域の検出は公知の分水嶺検出によって隣り合う中空糸膜同士の接合面を検出することにより実施する。

図９に、後述の実施例１における中空糸膜モジュールの端面撮像画像から中空糸膜の内円および外円領域の抽出結果を合成した結果の例６０４を示す。

図１０に、中空糸膜断面の偏肉を重心法により測定する手順の一例を示す。中空糸膜の外円１００１と内円１００２それぞれについて公知の粒子解析技術によって外円の重心位置１００３および内円の重心位置１００４を算出する。中空糸膜断面の肉厚Ｈは、外円１００１と内円１００２の重心位置のずれ幅Ｇｗと、予め定めた中空糸膜の肉厚設計値から、以下の関係式にて測定する。
Ｈ＝肉厚設計値−Ｇｗ

図１１は、中空糸膜断面の偏肉を等価楕円法により測定する例を示した模式図である。中空糸膜断面の偏肉は、中空糸膜断面の外円１１０１から公知の方法によって算出される近似楕円１１０３と、内円１１０２から公知の方法によって算出される近似楕円１１０４それぞれから公知の粒子解析技術によって計算される重心位置と０度から３６０度の範囲で予め設定した傾き（角度）Δθ毎にフェレ径を測定した結果より測定する。ここで、測定対象の領域に対し、予め設定した水平方向からΔθの傾きを持たせた外接四角形の傾きΔθの辺の長さをフェレ径と定義する。

図１２は、後述の実施例１において、中空糸膜モジュールの端面撮像画像から真円度が予め定めた設定を下回ったもののみを表示した結果７０１を示す図である。

図１３は、後述の実施例１において、中空糸膜モジュールの端面撮像画像から予め設定した量以上の偏肉があった部分のみを表示した結果７０２を示す図である。

図１４は、後述の実施例１において、中空糸膜モジュールの端面撮像画像から各測定項目が予め定めた基準範囲外にある中空糸膜の異常部位のみを強調して表示した結果７０３を示す図である。

図１５は、操作指令装置１０５におけるモジュール移載装置１０７への指令手順の例を示すフォローチャートである。検査結果に関し、中空糸膜モジュールＭにおいて欠陥と判定された中空糸膜の本数（欠陥本数）が予め定めた閾値を上回った場合、前記中空糸膜モジュールＭは欠陥品と判定し、生産ラインから除去する処理が行われる。中空糸膜モジュールＭにおいて欠陥と判定された中空糸膜の本数が予め定めた閾値を下回った場合、前記中空糸膜モジュールＭは良品と判定し、後加工へ送る処理が行われる。

以下に、本発明を、実施例を用いて、具体的に説明する。ただし、本発明はこれに限定はされない。
実施例１
紫外線照射装置の光源１０２Ａとして、照射紫外線の中心波長が３６５ｎｍである水銀キセノンランプを使用し、紫外線照射装置のライトガイド１０２Ｂには紫外線の減衰が少ない石英製光ファイバライトガイドを使用し、紫外線照射装置のライトガイド１０２Ｂの形状は円形で紫外線照射角度は６０度とし、設置位置は中空糸膜モジュールＭの端面の中心とライトガイド１０２Ｂの中心が合うようにし、中空糸膜モジュールＭの端面から２０ｍｍの位置にセットした。撮像装置１０３Ｂは７４５０画素のラインセンサカメラを使用し、１画素がモジュール端面において７μｍに相当するように、かつ波長２００ｎｍから４５０ｎｍでの光の透過率が７０％以上である焦点距離１０５ｍｍのレンズ１０３Ａを選択し、中空糸膜モジュールＭおよびライトガイド１０２Ｂの光軸中心と合うように正面に設置した。中空糸膜モジュールＭには真円度欠陥を含むものを使用し、搬送装置１０１によって２．６２ｍｍ／秒で搬送し撮像装置１０３により撮像した。撮像した画像は画像処理装置１０４に送信され、ハイパスフィルタ４０２によって中空糸膜とそれ以外の部分との輪郭線を強調したのち、２値化処理４０３によって中空糸膜部分を明輝度に、それ以外の部分が暗輝度となるようにした。次に公知の粒子解析技術によって中空糸膜の内径部分（明輝度領域に囲まれて独立した暗輝度領域）を特定し、真円度測定４０４、内径測定４０５を実施した。また、公知の分水嶺検出処理（境界線を検出する処理）によって隣り合う中空糸膜同士の境界線を検出して接合箇所を分割し外径測定４０８を実施した。また外径および内径の粒子情報をもとに偏肉測定４０７を実施した。この結果、真円度７０％以下の欠陥を精度よく検出できた。

本発明に係る中空糸膜の断面形状測定方法および装置は、次のような各種中空糸膜モジュールの端面での検査に適用できる。
（１）人工腎臓用中空糸膜モジュールの端面の検査方法および装置
（２）浄水用中空糸膜モジュール端面の検査方法および装置
（３）加湿用中空糸膜モジュール端面の検査方法および装置
（４）除湿用中空糸膜モジュール端面の検査方法および装置
（５）人工肺用中空糸膜モジュール端面の検査方法および装置
（６）血液浄化用浄化器に用いる中空糸膜モジュール端面の検査方法および装置
（７）脱臭装置に用いる中空糸膜モジュール端面の検査方法および装置

本発明の一実施態様に係る中空糸膜断面形状測定装置の概略全体構成図である。図１の中空糸膜断面形状測定装置における紫外線照射装置部分の概略構成図である。図１の中空糸膜断面形状測定装置における撮像装置部分の概略構成図である。図１の中空糸膜断面形状測定装置における画像処理装置での処理の流れを示すフローチャートである。実施例における中空糸膜モジュールの端面撮像結果例を示す図である。実施例における中空糸膜モジュールの端面撮像画像を中空糸膜部分と背景部分とで２値化処理した結果例を示す図である。実施例における中空糸膜モジュールの端面撮像画像から中空糸膜の内円領域を抽出した結果例を示す図である。実施例における中空糸膜モジュールの端面撮像画像から中空糸膜の外円領域を抽出した結果例を示す図である。実施例における中空糸膜モジュールの端面撮像画像から中空糸膜の内円および外円領域の抽出結果を合成した結果例を示す図である。中空糸膜断面の偏肉を重心法により測定する一例を示す模式図である。中空糸膜断面の偏肉を等価楕円法により測定する一例を示す模式図である。実施例における中空糸膜モジュールの端面撮像画像から真円度が予め定めた設定を下回ったもののみを表示した結果例を示す図である。実施例における中空糸膜モジュールの端面撮像画像から偏肉のみを表示した結果例を示す図である。実施例における中空糸膜モジュールの端面撮像画像から各測定項目が予め定めた基準範囲外にある中空糸膜の異常部位のみを強調して表示した結果例を示す図である。操作指令装置におけるモジュール移載装置への指令手順例を示すフォローチャートである。

符号の説明

Ｍ：中空糸膜モジュール
Ｇｗ：中空糸膜の外円と内円の重心位置ずれ幅
Ｈ：中空糸膜の肉厚
１０１：搬送装置
１０２：紫外線照射装置
１０２Ａ：紫外線照射装置の光源部
１０２Ｂ：紫外線照射装置のライトガイド部
１０３：撮像装置
１０３Ａ：撮像装置のレンズ
１０３Ｂ：撮像装置のラインセンサカメラ
１０４：画像処理装置
１０５：操作指令装置
１０６：表示装置
１０７：移載装置
５０１：中空糸膜の肉厚部分
５０２：中空糸膜の中空部分
５０３：中空糸膜間の中空部分
６０１：２値化処理結果例
６０２：内円領域抽出結果例
６０３：外円領域抽出結果例
６０４：内円および外円領域抽出結果の合成結果例
７０１：真円度が予め定めた設定を下回ったもののみを表示した結果例
７０２：予め設定した量以上の偏肉があった部分のみを表示した結果例
７０３：各測定項目が予め定めた基準範囲外にある中空糸膜の異常部位のみを強調して表示した結果例
１００１：中空糸膜の外円パターン
１００２：中空糸膜の内円パターン
１００３：中空糸膜外円の重心位置
１００４：中空糸膜内円の重心位置
１１０１：中空糸膜の外円パターン
１１０２：中空糸膜の内円パターン

Claims

中空糸膜モジュールの端面に紫外線を照射し、前記端面での散乱光を波長２００ｎｍから４５０ｎｍの光を透過するレンズにより集光して中空糸膜モジュールの端面を撮像することを特徴とする、中空糸膜の断面形状測定方法。
中空糸膜モジュールの端面を撮像し、撮像した画像から中空糸膜を検出し、検出した中空糸膜について断面形状の測定を行うことを特徴とする、中空糸膜の断面形状測定方法。
中空糸膜モジュールの端面に紫外線を照射し、前記端面での散乱光を波長２００ｎｍから４５０ｎｍの光を透過するレンズにより集光して中空糸膜モジュールの端面を撮像し、撮像した画像から中空糸膜を検出し、検出した中空糸膜について断面形状の測定を行うことを特徴とする、中空糸膜の断面形状測定方法。
検出した中空糸膜が予め定めた設定範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする、請求項２または３に記載の中空糸膜の断面形状測定方法。
中空糸膜の断面形状の測定において、検出した中空糸膜の内円もしくは外円の面積と同じ近似真円の直径を円の公式によって求めることを特徴とする、請求項２または３に記載の中空糸膜の断面形状測定方法。
中空糸膜の断面形状の測定において、検出した中空糸膜の内円もしくは外円について０度から３６０度の範囲で予め定めた角度Δθ毎に算出したフェレ径の平均値を求めることを特徴とする、請求項２または３に記載の中空糸膜の断面形状測定方法。
中空糸膜の断面形状の測定において、中空糸膜の内径の設計値と、０度から３６０度の範囲で予め定めた角度Δθ毎に算出したフェレ径の最小値との比を求めることを特徴とする、請求項２または３に記載の中空糸膜の断面形状測定方法。
中空糸膜の断面形状の測定において、検出した中空糸膜の内円および外円それぞれの重心位置の距離を求めることを特徴とする、請求項２または３に記載の中空糸膜の断面形状測定方法。
中空糸膜の断面形状の測定において、検出した中空糸膜の内円および外円それぞれの面積と２次モーメントより前記内円および外円に近似する等価楕円をそれぞれ求め、前記等価楕円それぞれの重心位置および０度から３６０度の範囲で予め定める角度Δθ毎に算出したフェレ径を求めることを特徴とする、請求項２または３に記載の中空糸膜の断面形状測定方法。
中空糸膜モジュールの端面を撮像する撮像手段と、得られた画像から中空糸膜を検出する検出手段と、請求項２〜９いずれかの方法によって中空糸膜の断面形状の測定する測定手段を備えていることを特徴とする中空糸膜の断面形状測定装置。
測定結果が予め定めた設定範囲内であるか否かを判定する判定手段を備えていることを特徴とする、請求項１０に記載の中空糸膜の断面形状測定装置。
前記撮像手段がラインセンサー型のカメラであることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の中空糸膜の断面形状測定装置。
請求項１〜９のいずれかに記載の方法もしくは請求項１０〜１２のいずれかに記載の装置を用いて製造されることを特徴とする中空糸膜モジュール。