JP2009162505A - 中空糸膜モジュールの検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中空糸膜モジュールの欠陥検査方法では、検査精度を高めるためには、画像の分解能をあげなければならない。しかし、画像の分解能を上げると、画像データ量が増える。すると画像撮影のために時間がかかり、検査時間が増大するという課題があった。
【解決手段】比較的低い分解能で中空糸膜モジュールの端面の映像を撮り、画像補間によって情報量を増やす。その上で２値化した画像データを用いて欠陥検査を行う。このようにすることで、撮影時間を短くすることができ、またデータ補間と２値化によって、誤検出や過検出といったことのない精度よい欠陥検出をすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、中空糸膜モジュールの糸断面形状を測定し検査する方法および装置に関する。

中空糸膜とは、主にマカロニ状の膜の形態をいう。単位容積あたりの膜面積を広くとることができるため、浄水器から排水処理などフィルターとして利用される場合が多い。使用される膜や利用の形態は、それらの用途によってさまざまに変わる。その中でも血液透析用のフィルターとして使用されるものがある。

血液透析とは、尿素やクレアチニンといった血液中の老廃物を人工的にろ過する方法である。具体的には、中空糸膜を束ねてパイプ状にした物の中に血液を通し、周囲に透析液を流すことで、ろ過を行う。この中空糸膜を束ねたものを中空糸膜モジュールという。

血液透析で用いる中空糸膜モジュールは、血液のろ過を行う役割上、予定される血液の流量が確保できなければならず、束ねられた中空糸膜に扁平していたり、潰れたりした中空糸膜が所定の本数以上あってはならない。従って、中空糸膜モジュールの利用分野としては、製造時の品質管理が大変重要となる分野である。

これらの要求を満足するため、この分野での中空糸膜モジュールでは、製造された中空糸膜モジュールの検査方法について提案がされている。

特許文献１では、中空糸膜モジュールの断面を撮影装置で画像データとして取り込み、画像処理によって断面が扁平状態になっている中空糸膜の数を検査する装置が開示されている。中空糸膜モジュールは、ろ過効率を高めるために、外径が３００μｍ程度の細い中空糸膜を用い、ろ過される量を確保するために、１万本以上の中空糸膜を束ねて１つのモジュールとする。そのため、中空糸膜モジュールの断面を見て、扁平状態にある中空糸膜が何本あるかを人為的に数えるのは容易な作業ではない。そこで画像処理を用いて、自動的に行うための方法が提案された。

また、特許文献２には、中空糸膜モジュールにおいて、樹脂で固めた断面の観察は通常の白色照明による撮影ではコントラストが得にくいという課題に対して、紫外領域の光を用いて断面観察を行う発明が開示されている。
特開２００３−６７７２４号公報 特開２００６−６４５０１号公報

中空糸膜モジュールの検査においては、１万本以上を束ねた中空糸膜モジュールの１本１本の中空糸膜について、その扁平の程度や、潰れの有無を判断しなければならない。従って、中空糸膜モジュールの断面撮影には、１本１本の中空糸膜の断面が判別できる程度の分解能を有する撮影系が必要になる。

この場合、解像度は高ければ高いほど好ましいが、解像度を高くするほど、処理するデータ量が多くなり、検査に時間がかかってしまうという課題があった。

本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものである。すなわち、中空糸膜モジュールの検査において、断面を解像度の低い画像で撮影した後、高い解像度のデータに解像度を変換し、その後、個々の中空糸膜について扁平やつぶれなどの検査を行う。

本発明は、低い解像度で撮影を行うため、撮影にかかる時間が短くできる。例えば、解像度を１／２にすれば、撮影タクトは１／４になり、検査にかかる時間は大幅に少なくできる。また、解像度が低ければ１回の撮影で取り込める視野が広くなり、１つの中空糸膜の断面全面の撮影回数を減らすことができる。

図１に本発明の中空糸膜モジュール検査装置１０の構成図を示す。なお、中空糸膜モジュールを単に「モジュール」とも呼ぶ。本発明の中空糸膜モジュール検査装置１０は、被検査物である中空糸膜モジュールＭの支持装置１０１と、光照射装置１０２、撮像装置１０３、画像処理装置１０４、操作指令装置１０５、表示装置１０６、およびモジュール移送装置１０７および１０８を備えている。

なお、本発明の中空糸膜モジュールの検査装置１０は、モジュールＭの両端面を同時に撮影し、検査時間を短くすることができる。そのため、光照射装置１０２、撮像装置１０３、画像処理装置１０４は、２系統ずつ有している。撮像装置１０３は、符号１０３１および１０３２で示し、画像処理装置１０４は、符号１０４１および１０４２で示した。

また光照射装置１０２は、光源Ａと光照射部Ｂからなり、一方を、符号１０２Ａ１、１０２Ｂ１で示し、他方を符号１０２Ａ２、１０２Ｂ２で示した。以下各構成要素について詳細に説明する。

モジュール支持装置１０１は、ステージ１０１Ａと支持台１０１Ｂを含む。支持台１０１Ｂは、中空糸膜モジュールＭを搭載するもので、上下左右に高さと位置を変更できる。これによって、中空糸膜モジュールＭ端面の軸心が撮像装置１０３のレンズの光学中心軸と平行になるように中空糸膜モジュールＭの傾きを調整することができる。また、中空糸膜モジュールＭの外径および円筒の長さが異なる品種毎にも光学中心軸に合致させることができる。

支持台１０１Ｂはステージ１０１Ａに移動可能に設置されている。これは検査のためのモジュールＭを移送装置１０７から受け取り、検査後移送装置１０８に渡すためである。結局、モジュールＭの観点から見ると、以下のような順番で移送が行われる。まず、中空糸膜モジュールの製造工程において、検査前のモジュールＭは、検査の前工程から移送装置１０７で移送されてくる。次にステージ１０１Ａ上を移動してきた支持台１０１Ｂに載せられる。支持台１０１Ｂは撮像装置１０３の前までステージ１０１Ａ上を移動する。モジュールＭは、撮影前に上下左右などの位置合わせを行い、検査が行われる。検査終了後支持台１０１Ｂが移送装置１０８の位置まで移動する。モジュールＭは移送装置１０８によって次の工程に移送される。

なお、移送装置１０７および１０８は後述する操作指令装置１０５が出力する移送命令Ｔｒｃ７とＴｒｃ８によって制御される。

光照射装置１０２は光源１０２Ａと光照射部１０２Ｂより構成される。光源１０２Ａは画像処理装置１０４からの照射指令Ａｃｃにより光量の調整を行う。

光源１０２Ａには、モジュールＭの端面の撮影時に端面から反射光を得るために用いる。光源１０２Ａは、ハロゲンランプやＬＥＤ照明も好適に用いることができるが、コントラストを得るために紫外線発光源を用いても良い。

光照射部１０２Ｂは、実際にモジュールの端面に光源からの光を当てる部分である。特に限定されるものではないが、モジュールの端面の軸心に対して対称になるように光照射部を複数設けて、一様なコントラストを得られるようにするのが望ましい。これにはＬＥＤ照明などが好適に利用できる。なお、光源から光照射部までは光ファイバを用いるのが好適である。また、本発明では、撮影装置を２系統有しているので、光照射装置も２系統有する。

撮像装置１０３は前記支持装置１０１に搭載した中空糸膜モジュールＭ端面を撮影して画像データを得るためのものである。その構成に特に限定はないが、ＣＣＤ等の光電変換器を有することが望ましい。ＣＣＤへの結像のためのレンズや鏡筒、絞り、シャッターなどの光学系システムは適宜決められてよい。

光電変換器は、ラインタイプの物でも面実装タイプのものでもどちらでも用いることができる。なお、本発明では、撮像装置を２系統有しているので、左右２つの撮像装置１０３１と撮像装置１０３２を有する。

画像処理装置１０４は、検査開始指令Ｆｉｃによって検査を開始する。具体的には、撮像装置１０３で撮影した画像データを画像処理することで、モジュールＭの断面に見える個々の中空糸膜の中で、扁平したり、潰れている中空糸膜の本数を求める。画像処理装置１０４は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とメモリによって構成され、メモリ中に記憶された処理プログラムによって画像データを処理する。従って、画像処理装置１０４での処理はソフトウェア的な処理が大半となる。しかし、一部の処理をハード的に組んでＬＳＩ化してもよい。なお、画像処理装置１０４の構成および処理内容については詳細を後述する。

操作指令装置１０５は、検査装置１０全体の処理の流れを制御する。人間が１つ１つの処理の結果を見て、次の処理を指示してもよいし、予め決められた手順と判断基準に基づいて操作指令装置１０５自身が処理を制御してもよい。操作指令装置１０５は、移送装置１０７、１０８、画像処理装置１０４１、１０４２と接続されている。また、図示していないが支持装置１０１の支持台１０１Ｂとも接続され、ステージ１０１Ａ上で移動できようにしてもよい。

このような接続状態で、操作指令装置１０５は、移送装置１０７と移送装置１０８にそれぞれ移送指令Ｔｒｃ７およびＴｒｃ８を出力することができる。また、操作指令装置１０５は、画像処理装置１０４１には検査開始指令Ｆｉｃ１を、同様に画像処理装置１０４２には検査開始指令Ｆｉｃ２を送信することができる。

そして、操作指令装置１０５は、画像処理装置１０４からの結果データＤｏｕｔを受け取る。そして、画像処理装置１０４１および１０４２からの結果データであるＤｏｕｔ１と２から、検査対象の中空糸膜モジュールが良品であるか欠陥品であるかの判断および検査データを出力することができる。

操作指令装置１０５は、また表示装置１０６と接続されており、個々のモジュールの検査結果や、得られた画像データ、これまで処理したモジュールの検査結果などを表示することができる。また、他のコンピュータと接続され、検査結果などのデータを転送できるようにしてもよい。

次に本発明の中空糸膜モジュールの検査装置の動作についてフローを参照しながら説明する。なお、本フローの動作主体は、操作指令装置１０５が行うフローとして説明を行うが、これに限定されるものではない。

図２にフローを示す。図２を参照して、本発明の検査装置がスタート（Ｓ１１００）すると、操作指令装置１０５の移送指令Ｔｒｃ７によって、まず支持台１０１Ｂが所定の位置まで移動し、未移送装置１０７が未検査のモジュールＭを支持台１０１Ｂに載せる（Ｓ１２００）。

次に、支持台１０１Ｂがステージ１０１Ａを移動し、撮像装置１０４の前に位置する（Ｓ１３００）。そして照射指令ＡｃｃによってモジュールＭの端面に撮影用の光をあて、検査開始指令Ｆｉｃによって検査を開始する。具体的には撮影して画像データを得た後、画像データを処理して検査結果を出力する（Ｓ１４００）。検査結果はＤｏｕｔとして画像処理装置から操作指令装置１０５に送信される。検査結果Ｄｏｕｔの内容は、中空糸膜モジュールの単面に見える中空糸膜のうち、扁平やつぶれているものが何本あるかという結果を含む。

操作指令装置１０５は２系統の画像処理装置による検査結果Ｄｏｕｔ１とＤｏｕｔ２を受信し、これらの結果から最終的な判定を行う（Ｓ１５００）。最終的な判断とは、検査対象の中空糸膜モジュールが良品であるか欠陥品であるかという判断である。

検査が終了したら、支持台１０１Ｂを所定位置まで移動させる（Ｓ１６００）。そして、移送指令Ｔｒｃ８が発せられ、移送装置１０８によって検査済モジュールを次の工程に移送する（Ｓ１７００）。最後に次のモジュール検査を行うか否かを判断し（Ｓ１８００）、継続する場合はＳ１２００に戻り、そうでない場合は終了（Ｓ１９００）する。

次に画像処理装置１０４が行う中空糸膜モジュールの検査について詳細を説明する。
図３には、画像処理装置１０４の内部構成を示す。画像処理装置１０４は、すでに説明したようにＭＰＵとメモリおよびプログラムによって実現可能である。その場合は、図３に示す各処理を行う構成要素は実在せず、該当する処理に対応するプログラムが実行されている場合は、画像処理装置１０４自体がその構成要素となる。もちろん、特定の処理に対して専用のハードウェアを備えても良い。

本明細書では、本発明の画像処理装置の行う処理に関して、処理のフローを説明すると共に、ハードウェア内に該当する構成要素を明示して説明する。ＭＰＵとメモリとプログラムだけで画像処理装置を構成する場合は、これらの構成要素は、画像処理装置自体の１態様を表すとみなせる。

画像処理装置１０４は、撮像装置１０３から入力された画像データＶｄを補間する補間部２０１と、補完された補間画像データＶｃｄをフィルタ処理するフィルタ部２０２と、フィルタ処理されたフィルタ画像データＦｃｄを２値化する２値化部２０３と、２値化された２値画像データＢｃｄを粒子解析する粒子解析部２０４と、粒子解析された粒子画像データＰｔｄから中空部分を抽出する中空部分抽出部２０５と、中空部分画像データＰｘｄのそれぞれについて真円度を測定する真円度測定部２０６と、測定された真円度画像データＣｒｄから欠陥となる中空糸膜を抽出するデータ処理部２０７を含む。なお、撮影された画像が鮮明であればフィルタ部２０２はスキップするようにしてもよい。

また、図４には、中空部分抽出部２０５のより詳細な構成を示す。中空部分抽出部２０５は、粒子解析部２０４から受け取った粒子画像データＰｔｄの真円度を測定する真円度測定部３０１と、真円度を測定された真円度画像データＣｒｄを分別する分別部３０２と、真円度の高い真円画像データＣｉｒを膨張収縮処理する膨張収縮部３０３と、膨張収縮処理の結果得られる距離マスクＭｓｄで、分別部３０２から分別される真円度の低い非真円画像データＮｃｉｒから中空糸膜以外の部分を除去するマスク処理部３０４と、真円度の低い楕円画像データＥｌｉｐと真円画像データＣｉｒを合成して中枢部分画像データＰｘｄを作成する合成部３０５を含む。なお、中空部分抽出部２０５には粒子解析部２０４を含めても良い。この意味で、図３および図４では粒子解析部２０４と中空部分抽出部２０５を点線で囲んで表示した。

図５には、画像処理装置１０４の処理のフローを示す。以下主として図５のフローに基づき適宜図１乃至４を参照しながら画像処理装置１０４の動作について説明する。

画像処理装置１０４は、中空糸膜モジュールの検査を行い、結果を出力する。起動は操作指令装置１０５から発せられる検査開始指令Ｆｉｃによる。

画像処理装置１０４が起動すると、まず位置合わせを行い撮影する（Ｓ１４０２）。位置合わせは、モジュールの端面の軸心と撮像装置１０３１および１０３２（図１）の光学中心軸を合わせる調整である。調整は、支持台１０１Ｂの上下左右の微動と、撮像装置１０３のいずれか一方の微動によって行う。本発明の検査装置１０は、モジュールＭの両端面を同時に撮影するため、一方の端面の軸心と撮像装置の光学中心軸が一致しても、他方の端面の軸心と他方の撮像装置の光学中心軸が一致するとは限らないからである。

次にモジュールＭの端面を撮影し、画像データを取り込む。撮影によって撮像装置１０３１から画像処理装置１０４１に画像データＶｄ１が送られ、また、撮像装置１０３２から画像処理装置１０４２に画像データＶｄ２が送られる。なお、ＣＣＤ中の１つの画素から得られた情報を画素データといい、画素データによって構成されるモジュールＭの端面の画像を画像データを呼ぶ。この処理は撮像装置１０３によって行われる。

送られてきた画像データＶｄは、画像処理装置１０４によって、まず解像度変換が行われる（Ｓ１４０４）。解像度変換は、得られた画素データから、画素データと画素データの間を補間し新たな画素データを作り出すことで、画像データの画素数を増加させることを言う。従って、見かけ上撮影した解像度より高い解像度の画像データを得ることができる。このようにすると、解像度を低い状態で撮影できるので、撮影時間が短くなり、また画像データの転送速度も短くすることができる。一方で、画像処理時のデータ数は増加するので、正確な判断を行うことができる。この処理は補間部２０１によって行われ、補間後のデータは、補間画像データＶｃｄとして出力される。

画素データ間の補間には、一番近い画素のデータをそのまま適用するニアレストネイバー法、隣接する画素のデータを直線で結んで補間するバイリニア法（線形補間法）、複数のデータから３次元的に計算するバイキュービック法（双３次補間法）等が知られており、これらを一部変更した方法も多く提案されている。本発明では、どの方法を用いても良いが、中空糸膜の断面の扁平性を画像から求めるため、できるだけ細かい補間を行うのが好適である。具体的にはバイキュービック法を用いるのが望ましい。

図６を参照して、バイキュービック法を簡単に説明する。ｆ１１乃至ｆ４４は、実際に撮影された画素データである。便宜上横方向をｘ方向、縦方向をｙ方向とする。この画素データの間にある点（ｘ、ｙ）を周囲の画素データに、基づいて補間するのが補間処理である。バイキュービック法では図６に示すように、（ｘ、ｙ）の１点を補間するためにその周囲にある１６の点を用いる。

点（ｘ、ｙ）とそれを囲むｆ２２、ｆ３２、ｆ３３、ｆ２３の４点との間の距離をｘ方向についてｘ２、ｘ３とし、ｙ方向についてはｙ２、ｙ３とする。また、ｆ２２、ｆ３２、ｆ３３、ｆ２３によって作られる四角形をさらに囲む四角形ｆ１１、ｆ４１、ｆ４４、ｆ１４と点（ｘ、ｙ）との間の距離を、ｘ方向についてｘ１、ｘ４とし、ｙ方向については、ｙ１、ｙ４とする。このとき点（ｘ、ｙ）の画素データＩ（ｘ，ｙ）を以下のように求める。

なお、ここでｘ１乃至ｘ４およびｙ１乃至ｙ４は、ｆ２２の点の座標を（［ｘ］、［ｙ］）として以下のように求める。

また、ｈ（ｔ）は重み関数で一般式は以下のように表される。

ここで、ａは重みを調整する変数であり、通常ａ＝−１程度の値が使われる。

図７には、モジュールＭの端部の撮影例を示す。また図８には、バイキュービック法により解像度を２倍にした画像データ例を示す。図７では、よく見ると、四角い画素が残っているのが見えるが、図８では、かなり滑らかな画素になっているのがわかる。

図５に戻って、解像度変換(Ｓ１４０４)を行った後、その結果として出力された補間画像データＶｃｄに対してハイパスフィルタ処理を行う（Ｓ１４０６）。ハイパスフィルタ処理は、得られた画像データに対して２次元のＦＦＴ処理を行い、高周波成分だけを取り出し、低域成分は削除した後、逆ＦＦＴ処理によって画像にもどす処理である。フィルタリング処理ともいう。カットオフの周波数は、画像データに対して個々の中空糸膜の断面径の割合から求めるのが好適である。ここでは中空糸膜と考えられる部分を残し、それ以外の部分を削除するのが目的であるからである。それ以外の部分とは例えば中空糸膜モジュールの端の部分にあるモールド樹脂の部分などがこれに当たる。この処理はフィルタ部２０２（図３）によって行われる。フィルタ後の出力はフィルタ画像データＦｃｄとして出力される。

なお、この処理は、撮影された画像のコントラストが鮮明であれば、スキップしてもよい。また、フィルタ処理はＦＦＴ処理以外の方法、例えば３×３や５×５の画素に対して行うコンボリューションで行ってもよい。

図９には、図８の画像データをフィルタリング処理した結果の画像データを示す。図８で白くリング状に撮影された中空糸膜部分にぼんやりかかったモヤの部分が、図９では消えて、中空糸膜の膜厚の境界が明確になっているのがわかる。また、左半分にはモールド樹脂（ポッティング部分と呼ぶ）の断面の凹凸である斑点模様が薄く残っている。

再び図５に戻って、次にフィルタリング処理によって得られたフィルタ画像データＦｃｄに対して２値化処理を行う（Ｓ１４０８）。２値化処理は、画像データ中の個々の画素データに対して、予め設定された閾値との大小を判定し、０若しくは１の値に書き直す処理である。この場合、０を明としても暗としてもよいが、２値化された画像データは、白黒の画像になる。この処理は２値化部２０３（図３）によって行われ、２値化後の出力は２値画像データＢｃｄとして出力される。

図１０は図９のフィルタ画像データＦｃｄを２値化処理した結果の２値画像データＢｃｄである。この画像データから膜部分に対応する領域で囲まれた領域を抽出する。ここでは個々の中空糸膜の膜厚部分が明領域となり、中空糸膜の中空部分は暗領域になっているのがわかる。また、写真の左上の部分はポッティング部分の樹脂部分であり、暗領域になっている。図９でこの領域に見えていたモールド樹脂の凹凸であるまだら模様は、明領域に変換されている。これは２値化におけるノイズとなっている。このノイズは画像処理上不要な情報となるので、削除する必要がある。

そこで次に粒子解析処理を行う。再び図５を参照して、粒子解析処理（Ｓ１４１０）は、２値画像データＢｃｄの中で明領域で囲まれた暗領域だけを明領域として取り出す。これは粒子解析部２０４によって行われる。この処理は２値画像データＢｃｄ中の中空糸膜の中空部分の候補を一塊のデータとして得る。この処理による結果は、粒子画像データＰｔｄとして出力される。粒子画像データＰｔｄには、まだ中空部分でないものがノイズとして残留する。

図１１には、図１０の２値画像データに粒子解析処理を行った粒子画像データＰｔｄの例を示す。図１０でポッティング部分にあったノイズが除去されているのがわかる。

しかし、図１１には、複数の中空糸膜で囲まれて独立した形状となっている樹脂の部分が含まれている。これらを隙間部と呼ぶ。これら隙間部は中空糸膜の膜によって囲まれているために粒子解析処理によって粒子として粒子画像データＰｔｄに含まれたものである。例えば図９の符号７０１がこれに当たる。これらは形状が、真円度の低い中空糸膜の中空部分に形状が似通っている。そのため、これらを真円度の低い中空糸膜と誤検出すると、モジュールあたりの欠陥中空糸膜本数が増加してしまう。従って、実際には不良品ではない正常な中空糸膜モジュールを欠陥品であると誤判断してしまう原因となる。

そこで粒子画像データＰｔｄから中空糸膜間の隙間部を除去する処理を行う。この処理は以下の原理によって行う。

図１２（ａ）を参照して、中空糸膜は、膜圧部分８０１と中空部分８０２からなる。ここで、中空糸膜によって囲まれた隙間部分８０３が、誤検出の原因となる。一方、図１２（ｂ）に扁平した中空糸膜を示す。図１２（ｂ）において、扁平した中空糸膜は膜９０１と中空部分９０２として観察される。

中空糸膜の膜厚をＤ１、隣り合う中空糸膜の中空部分間の距離をＤ２、つぶれた中空糸膜を間に挟んだ正常な中空糸膜の中空部分間の距離をＤ３とすると、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の間には次の関係がある。

（４）式、（５）式は、扁平した中空部分が存在する領域を示す。言い換えると、隙間部には（４）式、（５）式を満足しない部分が含まれる。そこで、上式（４）（５）を満足する領域以外の領域を含むものを誤検出として除去する。以下に処理の手順を説明する。

まず、中空部分の候補領域である粒子画像データＰｔｄの個々のデータ毎に真円度を測定する。本発明でいう真円度とは、対象となる粒子画像データＰｔｄに対して短径を算出し、中空糸膜の設計値との比をとることで求める。これには２つの算出方法があり、いずれを用いても構わない。

最初に短径の測定領域と面積を同じくする近似長方形の短辺を短径値として用いる方法について説明する。対象となる粒子画像データＰｔｄに対して、その外周長と、面積とを粒子画像データから求める。そこで、
外周長：Ｐ、
面積：Ａ、
近似長方形の短辺（近似短径）：ＤＳ、
近似長方形の長辺（近似長径）：ＤＬとするとき以下の式が成り立つ。

ここで、ＤＬ＝Ａ／ＤＳと置き換えると、外周長Ｐは次の式で求められる。

これをＤＳについて解くと、解の公式より（９）式のように求められる。

なお、ＤＬについて求めると（１０）式となる。

（９）式と（１０）式は同じ形となるが、ＤＬ＞ＤＳという前提から、結局ＤＳおよびＤＬは（１１）式、（１２）式のように求められる。

次に短径の測定領域を単位角度毎に接線を測定し、その測定値のうち最小値を短径値として用いる方法について説明する。図１３は単位面積Δθ＝４５度としたときの測定領域の接線Ｄの測定方法の模式図である。単位角度毎に測定した接線のなかで、
接線の最小値：Ｄｍｉｎ、
短径：ＤＳ、
とするときに、（１３）式のようにＤＳを近似する方法である。

以上いずれかの方法を用いて、粒子画像データの短径ＤＳを求めた後、中空糸膜の中空部分の設計値をＤＲとして、真円度Ｃｒａｔｉｏ（％）は以下のように求められる。

以上の処理は、真円度測定部３０１（図４）によって行われる。また、粒子画像データのそれぞれの粒子データに真円度Ｃｒａｔｉｏを関連づけた画像データを真円度画像データＣｒｄとして出力される。

次に真円度画像データＣｒｄの粒子データをそれぞれの真円度に応じて分別する（Ｓ１４１４）。後述するが、この分別処理によって、隙間部を除去するための距離マスクを作成するので、高い真円度のものだけを選別する。具体的には真円度が８０％以上、好ましくは９０％以上の粒子データだけを集めて真円画像データＣｉｒとして出力する。真円度が非常に高い粒子データは、中空糸膜モジュールに組み込まれている中空糸膜の断面にある中空部分であると見なせる。したがって、真円画像データは正常糸領域とも呼べる。

また、それ以外の粒子データを集めて非真円画像データＮｃｉｒも出力する。この非真円画像データＮｃｉｒには、隙間部がノイズとして含まれる。非真円画像データは、非正常糸領域とも呼べる。これらの処理は分別部３０２によって行われる。

図１４（図１０）に真円画像データＣｉｒを例示する。ここでは、真円度８０％以上の粒子データを集めたものである。
また、図１５（図１２）には、非真円画像データＮｃｉｒを例示する。

次に分別処理（Ｓ１４１４）によって得られた真円画像データＣｉｒに対して膨張収縮処理を行う（Ｓ１４１６）。膨張処理とは、２値化された画像データに対して個々の画素データに着目し、その画素データが１であった場合は、その画素の周囲の画素をすべて１にする処理である。

図１６を参照して、膨張処理について簡単な説明を行う。図１６（ａ）は元の画像データであるとする。黒く塗りつぶされた４つの画素の部分が値が１の画素である。それ以外は値が０の画素となる。ここで、４つの画素の真ん中の画素を画素Ａとしておく。

図１６（ｂ）は１画素分の膨張処理を行った結果図である。図１６（ａ）で、画素Ａは値が１であったので、画素Ａの周囲の８つの画素も値を１にする。図１６（ｂ）では画素Ａに対応するのが画素ＡＸである。画素ＡＸによって膨張を受ける画素は領域４１に含まれる画素である。領域４１は太い線で囲った。このような処理を行うことで、結局図１６（ｂ）の斜線の部分であった元画素は、模様の入った画素に膨張する。なお、収縮処理は、値が０の画素を膨張させる処理である。

本発明では、Ｄ１の４倍に相当する距離だけ膨張処理を行い、さらにＤ１の２倍に相当する距離だけ収縮処理を実施する。この処理の意味を図１２を参照して説明する。隙間部８０３と扁平した中空部分９０２の違いは、隣接する真円度の高い中空部分から膜厚分Ｄ１の２倍以上離れているか、若しくは真円度の高い中空部分同士の間がＤ１の４倍以上は慣れているか、という点であった。そこで、真円度の高い中空部分から膜厚の４倍の距離について膨張処理を行うと、中空部分（粒子データ）同士が重なりあってくる。もし、真円度の高い中空部分の中心から膜厚の４倍分以内の距離にある隙間部は、この膨張処理で全て埋め尽くされてしまう。しかし、扁平した中空部分はこの処理ではなくならない。

次に膜厚Ｄ１の２倍分だけ収縮させると、真円度の高い中空部分は膜厚分だけ太った画像となる。膨張・収縮は完全に可逆的でないので、収縮したデータでは、隙間部は、元の部分とぴったり合わず、真円度の高い中空部分の膨張縮小データに一部重なる。

より好ましくは、扁平した中空部分がなくならない程度に最初の膨張処理を膜厚の４倍より少し大きく膨張処理をしておく。すると、隙間部と膨張収縮の結果はより顕著に重なり部分を求めることができる。

このように膨張収縮処理によって、非真円画像データの粒子データの中で隙間部を削除することができる。これは真円度の高い真円画像データを膨張収縮した結果は距離マスクと呼ぶフィルタとなる。

この処理は、膨張縮小部３０３が行い、距離マスクＭｓｄを出力する。
図１７に距離マスクＭｓｄを例示する。真円画像データ（図１４）と比較して粒子データ間が明領域となっているのは、膨張処理によって埋まってしまった暗領域があるためである。膨張処理によって一旦埋まってしまった暗領域は収縮処理を行っても、もとには戻らない。

この距離マスクＭｓｄと非真円画像データＮｃｉｒを重ね合わせ、少しでも重なり合ったら、その部分は隙間部であるとして除去する処理を行う（Ｓ１４１８）。説明は上記の通りである。この処理によって隙間部が除去され、扁平した中空部分の粒子データだけが残るデータを得ることができる。この処理はマスク処理部３０４が行う。マスク処理部３０４は、距離マスクＭｓｄと非真円画像データＮｃｉｒを使って、扁平した中空部分のデータの集合である楕円画像データＥｌｉｐを出力する。

図１８には図１７で示した距離マスクと、図１５で示した非真円画像データを重ねたものを示す。非真円画像データのうち、白丸で囲んだ粒子データは隙間部として削除される。

次にＳ１４１８で求めた楕円画像データＥｌｉｐとＳ１４１４で分別した真円画像データＣｉｒの論理和をとり、中空部分画像データＰｘｄを求める（Ｓ１４２０）。この処理は合成部３０５が行う（図４）。

図１９に中空部分画像データＰｘｄを例示する。この段階では、２値化の際のポッティング部分のまだら状のノイズや、隙間部などが除去され、中空糸膜の中空部分が明領域として表される。

再び図５を参照して、次に中空部分画像データＰｘｄのそれぞれの粒子データの真円度を測定する（Ｓ１４２２）。この真円度測定はＳ１４１２で行ったのと同じ処理を行ってよい。また、Ｓ１４１２のステップで、それぞれの粒子データに対して測定された真円度がすでに関連付けられている場合は、中空部分画像データＰｘｄの段階でそれぞれの粒子データは自身の真円度を保有しているので、このステップはスキップしても構わない。

また、この処理は真円度測定部２０６（図３）が行う。真円度が測定されたデータは真円度画像データＣｒｄとして出力される。なお、上記のようにすでに中空部分抽出部２０５中で真円度を測定され、個々の粒子データが自身の真円度を有している場合は、中空部分抽出部２０５の出力が真円度画像データＣｒｄとなる。

以上の処理で、撮像装置１０３が撮影した画像データから中空糸膜の中空部分だけを示す真円度画像データを得ることができた。また真円度画像データには、それぞれの粒子データの真円度が測定されているので、正常な中空糸膜か異常な中空糸膜かの判断を行うことが出来る。これを異常糸判定と呼ぶ（Ｓ１４２４）。

判断は真円度の値に基づいて行うことができ、設定する閾値は複数あってもよい。例えば真円度が７０％以下のものを「扁平欠陥」とし、その中でも真円度が２０％以下になるようなものを「つぶれ欠陥」として分類することができる。
このような処理はデータ処理部２０７が行う。

図２０に、真円度７０％以下の中空部分を選別した場合を例示する。また、図２１は、真円度２０％以下の中空部分を選別した場合を例示する。

データ処理部２０７は、これらの扁平欠陥やつぶれ欠陥の本数およびこれまでの画像処理の結果データなどをＤｏｕｔとして出力する（Ｓ１４２６）。

図２を参照して、以上の処理によって検査及び検査データ取得の処理（Ｓ１４００）は終了し、操作指令装置１０５に欠陥および処理されたデータが送られる。操作指令装置１０５は、これらのデータを表示装置１０６に映し出すようにしてもよい。

図２２は、表示装置に表示させるために、図８の画像の中空糸膜の膜厚と認識した部分を白色に、扁平欠陥部分を横矢印に、つぶれ欠陥部分を縦矢印に、欠陥でない中空糸膜を灰色にマーキングしたものである。つぶれ欠陥は２箇所、扁平欠陥は５箇所ある。もちろん、表示方法はこれに限定されるものではない。

次にこれらの結果に基づいて操作指令装置１０５が行う判定処理（Ｓ１５００）について説明する。操作知れ装置１０５は、２系統の画像処理装置から、Ｄｏｕｔ１およびＤｏｕｔ２を受け取る（Ｓ１５０２）。そして、これら２系統からの結果に基づいて最終的な判断を行う。

図２３には、判定処理（Ｓ１５００）の詳細なフローを示す。操作指令装置１０５はそれぞれＤｏｕｔ１およびＤｏｕｔ２を受け取ると、それぞれから扁平欠陥およびつぶれ欠陥の本数を取得する。ここでは、扁平欠陥をＮｈ、つぶれ欠陥をＮｔとする。また、画像処理装置１０４１から得た結果には「１」をつけ、画像処理装置１０４２から得た結果には「２」をつける。

結局、検査対象となった中空糸膜モジュールは両端で検査を行い、つぶれ欠陥Ｎｔは、Ｎｔ１＋Ｎｔ２で求められ、扁平欠陥Ｎｈは、Ｎｈ１＋Ｎｈ２で求められる（Ｓ１５０４）。したがって、これらの欠陥にそれぞれ適切な閾値を設定することで良品若しくは欠陥品の判定を行うことが出来る（Ｓ１５０６）。ここでは、つぶれ欠陥の個数に対して閾値Ｔｔを設定し、扁平欠陥に対して閾値Ｔｈを設定する。そして、つぶれ欠陥Ｎｔおよび扁平欠陥Ｎｈがそれぞれ閾値Ｔｔ、Ｔｈより大きければ欠陥判定（Ｓ１５０８）し、そうでなければ良品判定（Ｓ１５１０）をする。

最後に検査対象となった中空糸膜モジュールのロット番号、Ｄｏｕｔ１および２、そして判定結果を所定の場所に転送する。

以上の処理の流れによって本発明の中空糸膜モジュールの検査は終了する。図１に戻って、検査が終了したモジュールは、支持台１０１Ｂから移送装置１０８によって次の工程に移送されるのは、すでに説明した通りである。
次に実施例を示す。

撮像手段はカメラはＮＥＤ社のラインセンサカメラ（型式：ＮＳＵＦ２０１４ｍ、２０４８画素、画素サイズ１４μｍ）を使用した。レンズは、栃木ニコン社のＵＶ−１０５ｍｍＦ４．５を使用して、分解能４０μｍ／画素で８ｂｉｔの濃淡画像を撮像した。

照明手段にはコスシステム社製のＴＥ−８Ｂ−ＤＳＤ３０−ＩＦ−２４Ｖに同社製紫外線ＬＥＤ照明であるＫＤＲ−３７５−ＬＡ１００−２４Ｖを取り付けて使用し、中空糸膜モジュール端面の中空糸膜の中空部分からの散乱光・蛍光発光を受光した。

検査対象は、外径２８０μｍ、内径２００μｍ、膜厚４０μｍの中空糸膜を約１０，０００本有する中空糸膜モジュールの端面を検査した。

まず、中空糸膜モジュールの両端面を解像度４０μｍ／画素、視野□８０ｍｍでそれぞれ撮像して双３次補間で解像度を２倍にし、図２４、および図２５の画像を得た。

次に、それぞれの画像をフィルタリングした後２値化し、中空糸膜の中空部分に相当する暗領域を抽出した。

抽出した中空部分すべてに対して真円度を算出し、真円度が７０％を下回る扁平欠陥の本数と、真円度が２０％を下回るつぶれ欠陥の本数とをそれぞれカウントした。端面１はつぶれ欠陥の本数が６本、扁平欠陥の本数は２７本であった。端面２はつぶれ欠陥の本数が１本、扁平欠陥の本数は４４本であった。両端面での合計はつぶれ欠陥の本数が７本、扁平欠陥の本数は７１本であった。

図２６および図２７に単面１および単面２の表示装置用データを示す。丸で囲った部分には扁平欠陥Ｎｈが確認され、引き出し線で示した部分にはつぶれ欠陥Ｎｔが確認された。表示装置用データは画面上ではこれらの欠陥は色分けされ表示される。図２６および図２７は、データ全体を表示させた例示であって、扁平欠陥やつぶれ欠陥だけを表示することも可能である。また扁平欠陥とつぶれ欠陥の個数は別途数字として表示させることもできる。

つぶれ欠陥の良否判定閾値は７本以下、扁平欠陥の良否判定閾値は４１本以下であったので、つぶれ欠陥・扁平欠陥ともに閾値を上回っていたことから、このモジュールを欠陥品として正しく検査できた。

本発明は中空糸膜モジュールの自動欠陥検査に好適に利用することができる。

本発明の中空糸膜モジュールの検査装置の構成を示す図である。 検査装置全体の処理を示すフローである。 画像処理装置の構成を示す図である。 中空部分抽出部の構成を示す図である。 画像処理装置の処理のフローを示す図である。 バイキュービック法を説明する図である。 撮像装置によって撮影された端面写真を示す図である。 図７を補間した端面写真を示す図である。 ハイパスフィルタを通した結果を示す図である。 ２値化処理した結果を示す図である。 粒子解析した結果を示す図である。 隙間部を除去する原理を示す図である。 短径を求める場合の説明をするための図である。 真円度の高い中空部分のデータを集めた図である。 真円度の低い中空部分と思われるデータを集めた図である。 膨張収縮を説明する図である。 距離マスクを示す図である。 距離マスクによって除去される真円度の低い中空部分候補を示す図である。 中空部分だけを表示した図である。 扁平欠陥を例示する図である。 つぶれ欠陥を例示する図である。 画像処理の結果の一例を示す図である。 操作指令装置が行う判定処理のフローを示す図である。 実施例の画像データを示す図である。 実施例の画像データを示す図である。 実施例の画像データを示す図である。 実施例の画像データを示す図である。

符号の説明

１ パターン検査装置
１０ 画像撮影部
２０ 補間部
３０ ２値化部
４０ 膨張縮小部
５０ 位置あわせ部
６０ 演算部
７０ 判定部
８０ 記憶部
８５ 制御装置

Claims (14)

1. 中空糸膜モジュールのポッティング端面を撮影し画像データを得る工程と、
   前記画像データを補間により画素数を増やした補間画像データを得る工程と、
   前記補間画像データに基づく画像データを２値化した２値画像データを得る工程と、
   前記２値画像データから中空部分画像データを抽出する工程と、
   前記中空部分画像データの個々の中空部分の真円度を求める工程と、
   前記真円度が所定の閾値以下である前記中空部分の個数を欠陥数として数える工程を有する中空糸膜モジュールの検査方法。
2. 前記補間画像データをフィルタ処理する工程を含む請求項１に記載された中空糸膜モジュールの検査方法。
3. 前記中空部分画像データを抽出する工程は、
   前記２値画像データから前記膜部分に対応する領域で囲まれた領域を抽出して粒子画像データを得る工程と、
   前記粒子画像データの真円度を求め真円度画像データを得る工程と、
   前記真円度画像データの真円度に基づいて前記粒子画像データを真円度の高い真円画像データと真円度の低い非真円画像データに分別する工程と、
   前記真円画像データを膨張および収縮させ、距離マスクを得る工程と、
   前記距離マスクに基づいて前記非真円画像データから隙間部を除去し、楕円画像データを得る工程と、
   前記楕円画像データと前記真円画像データを足し合わせて中空部分画像データを得る工程を含む請求項１または２のいずれかの請求項に記載された中空糸膜モジュールの検査方法。
4. 前記欠陥数を数える工程は、
   前記所定の閾値が複数あり、前記欠陥数は前記所定の閾値毎に求める工程である請求項１乃至３のいずれか１の請求項に記載された中空糸膜モジュールの検査方法。
5. 前記補間画像データを得る工程は、前記画像データを双３次補間法によって補間する工程である請求項１乃至３のいずれか１の請求項に記載された中空糸膜モジュールの検査方法。
6. 前記補間画像データを得る工程は、前記画像データを２倍以上の画素数に増やす工程である請求項１乃至３のいずれか１の請求項に記載された中空糸膜モジュールの検査方法。
7. 請求項１乃至６の何れかの検査方法を用いる中空糸膜モジュールの製造方法。
8. 請求項７に記載された中空糸膜モジュールの製造方法を用いて製造された中空糸膜モジュール。
9. 撮像装置からの画像データを取り込み補間画像データを作成する補間部と、
   前記補間画像データに基づいた画像データを２値化し２値画像データを得る２値化部と、
   前記２値化画像データから中空糸膜モジュールの中空部分だけを抜き出し中空部分画像データを得る中空部分抽出部と、
   前記中空部分画像データの真円度を測定し、真円度画像データを得る真円度測定部と、
   前記真円度画像データから所定の閾値以下のデータの個数を数え上げ、前記個数を出力するデータ処理部を有する中空糸膜モジュールの検査用画像処理装置。
10. 前記補間画像データをフィルタ処理しフィルタ画像データを作成するフィルタ部をさらに有する請求項９に記載された中空糸膜モジュールの検査用画像処理装置。
11. 前記中空部抽出部は、
    前記２値化画像データを粒子解析し粒子画像データを得る粒子解析部と、
    前記粒子画像データの真円度を測定し真円度画像データを得る真円度測定部と、
    前記真円度に基づいて真円度の高い真円画像データと真円度の低い非真円画像データに分別する分別部と、
    前記真円画像データを膨張および収縮させ、距離マスクを得る膨張収縮部と、
    前記距離マスクに基づいて前記非真円画像データから隙間部を除去し、楕円画像データを得るマスク処理部と、
    前記楕円画像データと前記真円画像データを足し合わせて中空部分画像データを得る合成部を含む請求項９または１０のいずれかの請求項に記載された中空糸膜モジュールの検査用画像処理装置。
12. 撮像装置と、
    前記撮像装置から画像データを取り込む請求項９乃至１１のいずれか１の請求項に記載された中空糸膜モジュールの検査用画像処理装置と、
    前記中空糸膜モジュールの検査用画像処理装置と結合された操作指令装置を有する中空糸膜モジュールの検査装置。
13. 前記撮像装置と、前記中空糸膜モジュールの検査用画像処理装置とをそれぞれ２系統有し、前記操作指令装置は前記中空糸膜モジュールの検査用画像処理装置のどちらとも結合されている請求項１２記載の中空糸膜モジュールの検査装置。
14. 検査対象の中空糸膜モジュールを前記撮像装置の前で支持する支持台と、
    前記支持台に前記中空糸膜モジュールを移送する移送装置をさらに有し、
    前記移送装置は前記操作指令装置に結合されている請求項１２または１３のいずれかの請求項に記載された中空糸膜モジュールの検査装置。
    
    
    

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