JP2010272250A - Automatic check method for appearance defect of continuous porous electrode base material and winding body of porous electrode base material with its recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention automatically inspects the appearance defect of a long continuous porous electrode substrate made of short carbon fibers and carbonized resin, and in particular, the inspection data of the defect portion based on the continuous appearance inspection automatically. The present invention relates to a wound body of a porous electrode substrate having a recorded recording medium.
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。 The porous electrode base material normally constitutes two electrodes, a hydrogen electrode (fuel electrode) and an oxygen electrode (air electrode), in a polymer electrolyte fuel cell, each of which is interposed between the separator and the catalyst layer It is. A polymer electric field membrane (ion exchange resin membrane) is disposed between the catalyst layers, and these constituent members are integrated to constitute a cell. The porous electrode base material not only functions as an electric conductor between the separator and the catalyst layer, but also functions to distribute a gas such as hydrogen and oxygen supplied from each separator to the catalyst layer, and is generated in the catalyst layer. It is required to have a function of absorbing water and discharging it to the outside. At present, carbonaceous materials are generally effective.
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。 Conventionally, in order to increase the mechanical strength, methods such as tightly binding short carbon fibers and resin carbide have been adopted. The power generation performance when assembled is often greatly reduced. On the other hand, if the carbon short fiber and the resin carbide are too rough to maintain a high gas permeability, the mechanical strength decreases, and there are various ways to handle it not only when it is incorporated into the fuel cell but also at normal times. Will be subject to various restrictions.
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。
For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-40885 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-40886 (Patent Document 2) disclose a porous electrode base material that solves such problems. In these porous electrode base materials disclosed in
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。 By the way, these porous electrode base materials are made by impregnating the above-mentioned carbon fiber paper with a thermosetting resin, and then heating and pressurizing to smooth the surface, and then firing and heating in an inert gas atmosphere in a firing furnace. Manufactured by carbonizing the curable resin, but during the production, for example, carbon fibers do not disperse and harden in a bundle, and it remains partially, or impurities that accumulate in the firing furnace and float Due to various causes such as adhesion of impurities or non-uniform impregnation amount of the thermosetting resin, various defects that adversely affect the originally required function of the porous electrode substrate are generated.
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。 Therefore, in the past, appearance inspection has been performed in order to find various types of defects generated in the porous electrode substrate. However, this inspection is usually made visually. Even in this visual defect inspection, it is possible to scrutinize over time if it is a plate-like porous electrode base material manufactured by, for example, a batch method, but it is continuously transferred as described above. When targeting a long and extremely thin porous electrode base material, the inspection object itself is black, and the defect color is often black, and there is a slight difference in color and gloss on the surface. Therefore, it is not easy to accurately identify these differences, and it is often impossible to inspect these defects.
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。 On the other hand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-89534 (Patent Document 3) proposes a continuous inspection method relating to an opening ratio of a carbon fiber fabric that is continuously transferred. However, the carbon fiber fabric to be inspected is a woven fabric having a structure in which warp and weft intersect each other, and imaging data by transmitted light is used for the woven fabric, and the opening ratio of the woven fabric and the width of the carbon fiber yarn are used. In addition, the arrangement density of the yarns, the skew of the yarns, and the like are subjected to arithmetic processing, and an attempt is made to automatically determine whether or not the fabric is defective based on the arithmetic results.
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。
However, since the numerical value itself and the numerical range of the inspection target in each specific inspection item according to
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。 On the other hand, for example, Japanese Patent Laying-Open No. 2005-265467 (Patent Document 4) discloses a thin stain on the surface of an object to be inspected such as a metal plate, film, paper, nonwoven fabric, resin plate, and glass plate that continuously travels on a production line. In addition, a defect detection apparatus that automatically detects low contrast defects such as spots and shallow scratches has been proposed. According to this defect detection apparatus, the reflected or transmitted light of the inspection light irradiated on the surface of the inspection object is used to capture and generate image data, and the image data is based on the pixel density value. To detect defects on the surface of the inspection object. Image processing at this time is performed by integrating the density value of each pixel in the defect detection block constituted by a plurality of adjacent pixels to calculate an integrated value, and comparing the integrated value with a predetermined threshold value. In detecting a defect, the defect detection block is set so as to partially overlap an adjacent defect detection block so that even a low-contrast defect can be detected with high accuracy.
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。
However, since the surface appearance defect inspection methods disclosed in
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。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention can efficiently and efficiently eliminate various types of appearance defects during continuous transfer of a long, roll-shaped porous electrode substrate that is not marked. In providing an automatic inspection method for appearance defects that can be automatically inspected continuously, and in assembling a fuel cell using the porous electrode substrate, the porous electrode substrate is wound in a wound state at the assembly site. It is an object of the present invention to provide a wound body of a porous electrode base material that can immediately determine the type of defect of a material, its existence position, the inspection result of the size, and the manufacturing history.
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。 A first main configuration of the present invention is an automatic appearance defect inspection method for a long porous electrode base material composed of carbon short fibers and a carbonized resin that are continuously running. The surface is irradiated with light, and at least the transmitted light, specular reflected light and scattered light are imaged. The image data is analyzed by the image processing unit, and the type, location and size of the defect are recorded on the recording medium. In addition, the present invention is an automatic appearance defect inspection method for a porous electrode base material, which includes continuous winding.
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。 Further, the second main configuration of the present invention is a carbon short fiber having a recording medium in which the inspection result by the appearance defect automatic inspection method for the porous electrode substrate which is the first main configuration is recorded. It exists in the roll of the elongate porous electrode base material which consists of carbonized resin. Here, it is desirable that the types of defects include at least black defects, white defects, gloss defects, fiber bundle defects, resin shortage defects, and pinhole defects.
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。 According to the automatic continuous defect inspection method for a porous electrode substrate of the present invention, the defect inspection is continuously inspected by employing at least three kinds of inspection means of transmitted light, specular reflection light and scattered light. Even if it is a defect that occurs in an ultra-thin porous electrode substrate that cannot be detected by normal visual inspection, the use of these inspection means makes it possible to identify the types of defects and many types of defects. Changes in color tone, shape, dimensions, and luminance can be determined simultaneously and accurately, enabling highly reliable and highly accurate inspection. In addition, if a recording medium, for example, a recording paper or a recording chip, on which the data of the inspection result is recorded, is attached to the wound body of the porous electrode base material of the present invention, the type of the defective portion that affects the performance, Since the location and size can be easily identified by recording the recording medium, even in the assembly site of the fuel cell, when assembling the cell by cutting it into a predetermined dimension while rewinding the wound body of the porous electrode substrate, As a result, it is possible to eliminate the defective parts that can be known by the recording, and it is easy to assemble high-performance and high-quality cells.
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。
First, prior to describing a preferred embodiment of the method for automatically inspecting appearance defects of a long porous electrode substrate that continuously runs according to the present invention, a long porous film that can be wound up, which is an inspection object of the present invention. The electrode substrate will be briefly described.
This porous electrode substrate is manufactured by the manufacturing method disclosed in
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。 Here, “substantially dispersed in a random direction in a two-dimensional plane” means that the carbon short fibers lie so as to form a single surface, and the resin includes carbon such as phenol resin. Those having strong binding strength with fibers and a large residual weight during carbonization are preferred. This resin carbide has a resin carbide content of 25 to 40 mass% when the porous electrode substrate is taken as 100 mass%. The short carbon fibers are bound together with an amorphous resin carbide.
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。
Amorphous resin carbide has a net shape with a minimum fiber diameter of 3 μm or less, and short carbon fibers and short carbon fibers are cross-linked with a net resin carbide to mix small holes with a diameter of about 2 μm and large holes with a diameter of about 50 μm. is doing. By mixing the large and small pores in this way, the porous electrode base material is generated not only by the function of efficiently delivering the reaction gas to the reaction part (catalyst layer) but also by water contained in the reaction gas and power generation. It also has a function of efficiently discharging water. By setting the gas permeability of the porous electrode base material to 2000 m / sec / MPa or less, short carbon fibers that are difficult to crack even if the basis weight is small, and that extend in the thickness direction of the base material even if the bulk density is small. Is almost nonexistent. This porous electrode base material is flexible, can be wound around a paper tube having a diameter of 3 × 2.54 cm or less, can be made compact, and is easy to carry and handle. The further specific configuration of the porous electrode substrate is left to the description in
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。
Now, in order to carry out the appearance defect automatic inspection method of the present invention on a thin porous electrode substrate wound in a roll having the above-described configuration, as shown in FIG. The roll body 2 which is a wound body is supported so as to be rewound on the
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。
The basic method of the appearance defect inspection at this time is based on the method described in
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。
This is because the porous electrode substrate to be inspected is very thin, so it is difficult to specify the color change and defect size, and the substrate itself is black, and most of the defective parts are also black, As disclosed in
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。
Therefore, in the present invention, as described above, three kinds of different inspection means are adopted, and the overall determination is performed by combining the inspection results, so that it is impossible to visually inspect. For the first time, it is possible to accurately and accurately specify a change in color tone and a defect size of a porous electrode substrate that is extremely thin and includes other types of defects of various sizes.
In the present invention, the types of defects that appear on the surface of the porous electrode substrate as appearance defects include black defects, white defects, gloss defects, fiber bundles, resin shortages, pinholes, etc. Does not look normal.
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。
Here, there are two types of defects in black defects.
One of them is (1) the black part formed by the impurities deposited in the carbonization furnace and floating impurities adhering to and reacting with the porous carbon electrode substrate, and the appearance is close to burnt. Second, (2) the surface shape of the carbonized resin adhered due to uneven dispersion of the papermaking binder is complicated and looks black because it scatters light well. However, although it is difficult to clearly distinguish between the two by visual inspection and optical inspection, according to the electron microscope, (1) the fibers are cut and the shearing debris is scattered, and (2) the fine mesh fibers are gathered. It is observed that
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。
As with the black defect (2), the white defect is a portion where the carbonized resin ratio is extremely high due to uneven dispersion of the papermaking binder, but the surface shape is smooth unlike the black defect. Therefore, it looks white to reflect light well.
The gloss defect is observed when impurities such as graphite powder and graphite powder are mixed. It looks brighter than the white defect.
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。
The above-mentioned fiber bundle defect occurs due to uneven dispersion between fibers at the paper making stage. It looks black due to the bundle of fibers.
The resin shortage occurs due to poor resin impregnation. It looks black because there is little resin.
Here, the black defect in the case of the fiber bundle defect has a length greater than 10 mm and the ratio of the length to the width is 4: 1 or more, and the black defect in the case of insufficient resin becomes less than 10 mm in length. ing.
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。 The pinhole defect, as in the case of the black defect (1), is formed by impurities deposited in the carbonization furnace and floating impurities adhering to and reacting with the porous carbon electrode substrate. The black defect (1) occurs when the scratch is shallow, and when the scratch becomes large, it becomes a pinhole.
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。
In the present invention, as described, three different types of detection means are employed as appearance defect inspection means. One of them is the illumination of illumination light having a required illuminance from one side of the porous
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。
In the case of the
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。
Next, an automatic appearance defect inspection method for the
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a typical apparatus example for carrying out the automatic appearance defect detection method of the present invention. This automatic appearance defect detection apparatus corresponds to the first to third
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。
Each of the
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。
The
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
According to the appearance defect automatic detection apparatus having the above-described configuration, first, the porous
At this time, as shown in FIG. 2A, the
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。
On the other hand, the second and
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。
As described above, the images picked up by the three different kinds of image pickup means are converted into one-dimensional analog data by the first to third
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。
In a general CCD line sensor, in order to correct the sensitivity variation of pixels (light receiving elements), the average value of density values for each matrix of pixels arranged in a matrix and the average value of density values of pixels in the matrix immediately before that are arranged. The difference from the value is obtained and sequentially used as a spot correction coefficient, and the spot correction coefficient is stored in the spot
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。
A
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。
Since the imaging data captured by the first to
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。 Now, if the imaging data of the normal part, the density total value obtained by integrating the density values in the pixel block (defect detection block) and the density total value obtained by integrating the density values in the pixel block including the defect are: , There is a gap in the value. In the block integration unit (not shown), the defect detection block is reliably detected by calculating the integration value while shifting the defect detection block pixel by pixel in the vertical (row direction) or horizontal (column direction). .
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。
In the vertical movement of the defect detection block, first, the image density for the first to third rows is stored in the
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。
To move the defect detection block in the horizontal (column) direction, first, image data for three columns of the first to third columns is stored in the
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。
In order to perform an operation on a defect detection block having a spread of 3 pixels in the pixel direction (column direction) of the line sensor and 3 pixels in the movement direction (row direction) of the inspection object S in the
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。
Integration data obtained by the block integration unit 4i is compared with a threshold value set in advance and stored in the threshold memory 4k in the
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。
FIG. 4 is a determination table showing the determination result of the porous electrode substrate determined by the above-described appearance defect automatic inspection method according to the present invention. As can be understood from this table, the inspection results differ depending on the type of inspection means. This is not effective when the inspection object is likely to have other types of defects only by inspection by a single inspection means as in the appearance defect inspection disclosed in
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。 Specifically, for example, when looking at the two types of black defects (1) and (2), even if the same black defect is detected, all of the inspections using specular reflection light are inspected using regular reflection light and scattered light inspection. While it is considered that there is a defect, it may be difficult to specify the type of the defect with scattered light, and no defect is detected by inspection with transmitted light. For example, for a white defect, a defect is discovered by inspection with specular reflection light and transmitted light, but the defect is overlooked by inspection with scattered light. Furthermore, in the case of a glossy defect similar to a white defect, it can be reliably detected by inspection with specular reflection light.
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。 Furthermore, as for the fiber bundle defect and the resin shortage defect, the resin is still insufficient in both cases, but as described above, it is necessary to determine based on the shape and dimensions of the imaging. As shown in FIG. 4, the resin-deficient defect is found by both inspection using specular reflection light and scattered light, but the fiber bundle defect is overlooked by the scattered light. Further, pinhole defects cannot be determined by inspection with reflected light, but are reliably detected with transmitted light.
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。
In particular, in the appearance defect automatic inspection of the thin porous electrode base material to be inspected according to the present invention, as described above, by combining inspections with specularly reflected light, scattered light and transmitted light, a plurality of types are provided. Presence or absence of appearance defects can be accurately detected and determined, and high-precision inspection is realized.
In addition, in the automatic appearance defect inspection of the porous electrode base material according to the present invention, the record regarding the defect position is naturally left on the recording medium. As a method for detecting the traveling distance, the number of rotations of the shaft of the contact roll or the transfer roll contacting the traveling porous electrode substrate is detected by an encoder. In addition, the defect position in the width direction of the porous electrode base material is obtained by calculation from image data obtained by each image pickup device arranged linearly in the width direction.
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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。 A method for automatically inspecting the appearance of a long porous electrode substrate made of short carbon fibers and carbonized resin and continuously running,
The surface of the porous electrode substrate is irradiated with inspection light, the transmitted light, specularly reflected light, and scattered light are imaged, and the image data is analyzed by the image processing unit, and the type of defect, the position of the defect, and A method for automatically inspecting an appearance defect of a porous electrode substrate, comprising continuously winding the size while recording the size on a recording medium.
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