JP2012098118A - フィルム表面の自動欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルム上に形成される欠陥で、欠陥単独では面積的に許容レベルの欠陥の中から異常と見なすべき欠陥を抽出するための判定ロジック及び該判定ロジックを備える自動欠陥検査装置の提供を目的とした。
【解決手段】少なくとも、フィルムの搬送機構と、搬送されるフィルムの表面を撮像する撮像機構と、前記撮像データに基づいてフィルム上の異常部分を抽出しその面積を算出する画像処理機構と、を有する自動欠陥検査装置であって、画像処理機構は、予め設定された面積より大きな面積を有する異常部分を欠陥として判定する機構と、フィルムを特定の形状に仮想的に区画し、該仮想区画内における前記設定面積より小さな面積を有する異常部分の頻度が予め設定した閾値を超えた場合に欠陥として判定する機構と、を有することを特徴とする自動欠陥検査装置である。
【選択図】図３

Description

本発明は、フィルム表面の自動欠陥検査装置に係わり、特には、単独では大きさから見て欠陥と判定できないが、その性質上欠陥と判定するのが品質向上の点で望ましい場合における、欠陥判定のロジック及び該判定ロジックを備える自動欠陥検査装置に関する。

反射防止フィルムや太陽電池バックシート等電子デバイスに使用されるフィルム状の製品は、効率良く生産するための手段として、ロール状に巻いたフィルム基材（以下、ワークとも記す。）を巻き上げてから、該フィルム基材に所定の材料を塗布，蒸着，張り合わせ（ラミネート）する等のプロセス加工を施し再びロールに巻き取る、ロール・トゥ・ロール方式が用いられることが多い。

ロール・トゥ・ロール方式のワーク加工では、ワーク上に白抜けや異物等と呼ばれる欠陥が発生するのが避けられない(図２参照)。したがって、これら欠陥の発生を検知して欠陥のある製品の外部流出を防止するため、個々の加工の終了時にプロセス加工装置に併設した自動欠陥検査装置を使用して欠陥の検出をする検査工程がある。

一般的に自動欠陥検査装置は、図１に示すようにエンコーダ９を具備したフィルム搬送ユニット４（回転軸による搬送）によりワークを搬送する機構と、ワーク幅方向を一度に観察できるだけのモノクロラインＣＣＤセンサ２と照射用光源３（ＬＥＤ、蛍光灯、ハロゲンランプ、キセノンランプ等）からなる光学的撮像機構と、ワーク表面の撮像画像を画像処理し、予め設定された閾値でディジタルして欠陥部分の抽出を行う画像処理機構と、パソコン・コンピューターにより、取得した欠陥データ（座標・画素数・輝度値等）を分類整理しながらデータベース化して保存する機構と、を備える一群の装置である（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

ワーク上で検出された欠陥１１が許容できる（ＯＫ）範囲のものか無視できない（ＮＧ）ものかという良否判定の基準としては、撮像画像をディジタル化して見積もられる欠陥の面積を使用するが、この欠陥サイズは、抽出した欠陥部（図２（ａ））に対応するディジタル画像（図２（ｂ））のピクセル１２の数を数えあげたものであり、このピクセル数が設定されている閾値を超えた場合、その欠陥を不良とみなす処理がなされるのが普通である。設定される閾値を判定サイズと言い、例えばピクセル数に応じてS＜M＜L等の名称で分類・識別されることが多い。

特開平７−５５７２１号公報 特開２００５−６２１１９号公報

ところで、ロール・トゥ・ロール工程の自動欠陥検査装置は、通常検出した欠陥1つ1つに対して判定サイズに応じてＯＫ／ＮＧを判定し、異常警報の発生、工場作業者へ通知等所定の対応をするように設計されている。

したがって、上記の単純な判定ロジックには、１つ１つの欠陥が単独でＯＫレベルであると、欠陥の発生位置や形状に周期性があるとか、複数の欠陥が群発して発生するとかの
場合のように、何らかの因果性が推測され、これらの欠陥は発生原因を特定し除去することが可能であるにもかかわらず、見逃されてしまい品質向上につながらないという問題があった。

そこで本発明は、欠陥単独では面積的にＯＫレベルの欠陥の中から異常と見なすべき欠陥を抽出するための判定ロジック及び該判定ロジックを備えるフィルム表面の自動欠陥検査装置の提供を目的とした。

本発明になる請求項１記載の発明は、少なくとも、フィルムの搬送機構と、搬送されるフィルムの表面を撮像する撮像機構と、前記撮像データに基づいてフィルム上の異常部分を抽出しその面積を算出する画像処理機構と、を有する自動欠陥検査装置であって、
画像処理機構は、予め設定された面積より大きな面積を有する異常部分を欠陥として判定する機構と、フィルムを特定の形状に仮想的に区画し、該仮想区画内における前記設定面積より小さな面積を有する異常部分の頻度が予め設定した閾値を超えた場合に欠陥として判定する機構と、を有することを特徴とするフィルム表面の自動欠陥検査装置としたものである。

請求項２に記載の発明は、前記フィルムを特定の形状に仮想的に区画する仕方が、フィルムを幅方向に同じ幅長の帯状に区画するか（ゾーン区画）、フィルムの長さ方向に同じ長さのフレームに区画するか（フレーム区画）、のいずれか又は両方であることを特徴とする請求項１に記載のフィルム表面の自動欠陥検査装置としたものである。

請求項３に記載の発明は、前記フィルムを特定の形状に仮想的に区画する仕方が、ゾーン区画においては幅長を変え、フレーム区画においてはフィルム長さ方向の長さを変えて複数あって、それぞれに対して異常と判定する閾値が設定されていることを特徴とする請求項２に記載のフィルム表面の自動欠陥検査装置としたものである。

請求項４に記載の発明は、前記ゾーン区画におけるゾーンの幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のフィルム表面の自動欠陥検査装置としたものである。

請求項５に記載の発明は、請求項４の場合において、予め設定された面積より小さな面積を有する異常部分が、フィルム長さ方向に同じ間隔で検出される場合、欠陥と判定する頻度が３回であることを特徴とするフィルム表面の自動欠陥検査装置としたものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥判定に該当するにもかかわらず欠陥判定としない除外機構を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のフィルム表面の自動欠陥検査装置としたものである。

本発明になる自動欠陥観察装置を使用すれば、単独では小さい面積を占める欠陥で通常では見逃す欠陥であっても、当該欠陥が複数回発生した場合に欠陥発生部分全体を欠陥と判断するので、これら欠陥部分をフィルムから除去することが可能となり、より低欠陥・高品質のフィルム加工品を提供することができる。
また、欠陥の位置座標の傾向や複数欠陥の複合での欠陥判定結果を、ファイル及びデータベースとして保存することで、判定結果データの解析と活用が可能となり、品質異常の原因究明及び再発防止等の品質改善活動が可能となる。

自動欠陥検査装置の構成を説明する図である。 欠陥と欠陥が画像処理装置でディジタル化されたディジタル画像を模式的に説明する図である。（ａ）：原画像、（ｂ）ピクセル単位でディジタル化した画像。 欠陥判定の全体ロジックを説明する図である。 ゾーン判定の判定ロジックを説明する図である。 セット判定の判定ロジックを説明する図である。 線上欠陥判定の判定ロジックを説明する図である。 周期欠陥判定の判定ロジックを説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明に係るフィルム表面の自動欠陥検査装置の全体構成図を図１に示したが、概略以下の要素から構成されている。

（Ａ）ワーク搬送機構
a)ワーク： 欠陥検査の対象となるワーク１（長尺フィルム）及びワーク１を搬送する搬送ユニット４等である。

（Ｂ）ワーク表面撮像機構
b)ＣＣＤカメラ： ワーク搬送に合わせてワーク表面を幅方向で順次撮像していくカメラ
がＣＣＤカメラ２である。
c)ライトＢＯＸ： 欠陥検査用光源３が収容されている。
d)エンコーダ ： エンコーダ９は検査中のワーク長を計測する装置である。

（Ｃ）画像処理機構
e)画像処理用パソコン
画像処理用パソコン５はＣＣＤカメラ２で撮像された画像に対してディジタル画像処理を行い、欠陥部分を抽出する。また、その欠陥の画像内の位置やエンコーダ情報を元に、欠陥座標を算出する。

f)検査用パソコン
検査用パソコン６は画像処理により抽出された欠陥データ（座標・画素数・輝度値）をファイル化及びデータベース化して、生産管理システム８のサーバへ自動保存する。

g)判定用パソコン
判定用パソコン７は検査用パソコン６より欠陥データを取得し、設定された判定条件に基づいて欠陥判定を行う。判定の結果、異常と判定された場合は、警告表示などにより作業者へ通知する。また、判定結果はファイル化及びデータベース化のためのデータとして、生産管理システム８のサーバへ自動保存する。

（Ｄ）生産管理システム
「自動欠陥検査装置」より出力された欠陥データを保存するサーバである。成膜装置の制御部や画像処理機構の各装置とＬＡＮ接続されてデータや制御情報の授受がリアルタイムでなされている。保存された欠陥情報と製膜に係わる様々な情報を照らし合わせることで、欠陥の発生原因究明に活用するものである。

b)〜g)をまとめて、「自動欠陥検査装置」と呼称する。また、本発明では検査用パソコン６と判定用パソコン７を、ディジタル画像処理結果に基づいて種々の演算・判定処理をするという意味で画像処理機構に含めている。

上記構成の自動欠陥検査装置においては、巻き出しロールから一定速度で巻き上げられて、金属系や無機系あるいは有機系の薄膜がその表面に形成されたワーク１は、適宜反射光あるいは透過光の下でＣＣＤカメラ２によりその表面状態が撮像される。一度に撮像される範囲は（ワークの幅方向）×（流れ方向のＣＣＤカメラの視野範囲）である。幅方向は、ＣＣＤカメラ２の幅が短いと分割されて撮像されることもある。流れ方向で一単位分撮像されると流れ方向にワーク１が移動して次の一単位が撮像がされて、最終的にワーク全体の撮像が行われる。このＣＣＤによる撮像はオフラインのみならず加工直後にインラインで行われる場合もある。

ワーク１表面の状態は、ＣＣＤカメラ２を介して撮像画像処理装置５に画像情報として取り込まれ、微小な素子単位（ピクセル又は画素）ごとにディジタル化される。正常部分のディジタル値と異なるディジタル値を有するピクセル部分がディジタル値に対応して図２(ｂ)に示すように濃淡像化され、欠陥の面積に相当するピクセル数が計算される。

このピクセル数に換算して、フィルム製品中にあってはならない大きさ（ピクセル数）であれば、当該欠陥は、カットあるいは適切な手段で修復処置がなされる。問題は、個々の欠陥としてはこの閾値よりも小さな欠陥に対する対応である。これらの欠陥も品質上、無いにこしたことはなく、ワーク上の欠陥の位置を特定することで当該部分を除去するか、発生原因を究明して根本的に除去することが望ましい。

但し、閾値より小さいといっても一定の限界のある小ささであり、閾値同様に適宜設定されるものである。欠陥の大きさを、例えばＳ＜Ｍ＜Ｌと分別して、Ｌの大きさの欠陥はは単独で欠陥と判定し、Ｍは下記に示すように複数個の発生で欠陥と判定し、Ｓは当座は無視するというようにである。判定基準によってはＳまで含むということがある。

次に、単独では欠陥に判定されない複数のＭに属する欠陥が同時に又は径時的に発生した場合の欠陥判定ロジックの概略を図３に示した。ゾーン判定から周期欠陥まで６個に分類してあるが、一つの判定基準で異常と判定されると終了ということではなく６種類全部の検査がなされるものである。したがって検査の順序は問題にならないし（図中の丸数字のように）、複数の異なる見方で異常があると判定されることがある。またゾーン判定からフレーム判定は検査対象の範囲が一定であるが、同時に複数の異なる大きさに関して検査が遂行されることがある。

次に個別の判定条件について説明する。
（１）欠陥座標の傾向による判定
１−１： ゾーン判定
ワークを幅方向に一定長間隔で帯状に仮想的に区画し、その各区画をゾーンと呼ぶ。各ゾーン内に、所定の範囲に属する大きさ欠陥が、設定された閾値数（単位：個）以上となった時点で欠陥と判定する。但し、ゾーン幅については、ワーク幅が９００ｍｍであれば下記の例では９個のゾーンに分けて欠陥数がカウントされるが、３００ｍｍのゾーン幅でもカウントされることも、５０ｍｍのゾーン幅でカウントされることがある。これも設定条件の一部であり、フレーム判定以下の判定条件についても同様である。

判定ロジックを図４に示した。図中、検出された欠陥のサイズは、Sが単独で欠陥と判定されるサイズであれば、設定欠陥サイズはM又はＳということである。Ｍ，Ｓのいずれであるかは、判定条件によって予め決めてあるということである。

[設定条件の一例]
・ゾーン幅（例： １００ｍｍ）
・欠陥サイズ（例：Mサイズ）
・閾値（例： １０個）
・確定ゾーン判定（例：OK/NG/PD/RP等）
＊複数条件設定可能とする。
ここで、「確定ゾーン判定」とは、上記設定条件の場合、幅方向１００mmの区間に、Mサイズ以上の欠陥が１０個検出された場合、当該するゾーンに対し、その後どのような処置をするかどうかの判定を設定するものである。文字の意味は、
・OK：当該ゾーンはOK（良品扱い）
・NG：当該ゾーンはNG（不良品扱い）
・PD：当該ゾーンの判定はペンディング（判定保留とし、後で再判定する）
・PR：当該ゾーンはリペア（修正品扱いとし、後で異物修正工程等に投入する）

１−２： フレーム判定
ワークを流れ方向に一定長間隔で区切り、その各区間をフレームと呼ぶ。各フレーム内に、所定の範囲に属する大きさ欠陥が、設定された閾値数（単位：個）以上となった時点で判定を確定する。判定ロジックはゾーン判定と同じであるので省略する。

[設定条件の一例]
・フレーム長（例： ５０ｍ）
・欠陥サイズ（例：Mサイズ）
・閾値（例： １０個）
・確定フレーム判定（例：OK/NG/PD/RP等）
※複数条件設定可能とする。

１−３： セット判定
複数のフレームを併せて１つのセットと呼ぶ。
各セット内に、例えば、欠陥もしくはペンディング（ＰＤ）と判定されたフレームの総数が閾値（単位：フレーム）以上となった時点で判定を確定する。判定ロジックは図５に示した。但し、セット内のフレームにはペンディングと判定されたフレームが1つ以上存在することが必要である。

[設定条件の一例]
・フレーム数（例：５フレーム）
・フレーム判定（例：OK/NG/PD/RP等）
・閾値（例： ２フレーム）
・確定セット判定（例：OK/NG/PD/RP等）
※複数条件設定可能とする

セット判定を導入する理由は、例えば、個々のフレームがOKであっても、流れ方向の一定区間（セット）内に、NG判定されたフレームが一定数以上あれば、製品として出荷できる長さを満たすことができないため、セット全体をNG（不良品）とみなすような運用に対応するためである。上記設定条件の一例では、１セット（５フレーム）内に、NG判定のフレームが２個以上あれば、セット全体をNG判定とするということである。

「複数条件設定可能」についてここで説明すると、上記のような条件を１つのロールに対し複数同時に設定し実行することが可能という意味である。
例えば、
条件（１）
・フレーム数（５フレーム）
・フレーム判定：NG
・閾値（２フレーム）
・確定セット判定（NG）
これは上に述べたとおりである。

条件（２）
・フレーム数（５フレーム）
・フレーム判定：PD
・閾値（２フレーム）
・確定セット判定（PD）
１セット（５フレーム）内に、PD（保留）判定のフレームが２個以上あれば、セット全体をPD（保留）判定とするということである。

条件（３）
・フレーム数（５フレーム）
・フレーム判定：PD
・閾値（３フレーム）
・確定セット判定（NG）
１セット（５フレーム）内に、PD（保留）判定のフレームが２個以上あれば、セット全体をNG判定とするという意味である。

１−４： ロール判定
対象ロール内に例えば、欠陥もしくはペンディングと判定されたセットの総数が閾値（単位：セット）以上となった時点で判定を確定する。判定ロジックはセット判定と同じであるので省略する。但し、ロール内のセットにはペンディングと判定されたセットが1つ以上存在することが必要である。

[設定条件の一例]
・セット数（例：５セット）
・セット判定（例：OK/NG/PD/RP等）
・閾値（例： １０セット）
・確定ロール判定（例：OK/NG/PD/RP等）
＊複数条件設定可能とする

（２）欠陥の複合情報による判定
２−１：線上欠陥判定
ワーク上の欠陥の幅方向の座標位置が、流れ方向で同じである欠陥を抽出するものである。これは実質的に欠陥座標の傾向による判定におけるゾーン判定のゾーンの幅を狭くしたものに対応するものである。抽出した欠陥のうち、設定されたサイズの欠陥数が、閾値（単位：個）以上となった時点で欠陥（NG）判定とする。
幅方向座標は、設定された同一判定長以内に存在する場合に同一と判定する。判定ロジックを図６に示した。

[設定条件の一例]
・幅方向 同一座標判定長（例：１ｍｍ）
・流れ方向差 上限長（例：１０００ｍｍ）
・欠陥サイズ（例：Mサイズ）
・線上欠陥判定個数（例：１０個）

２−２：周期欠陥判定
欠陥の幅方向座標が、既検出の欠陥座標と同一の欠陥を抽出し、抽出した欠陥のうち、自身を含む直近の３欠陥の流れ方向座標の差を比較し、同一の場合に欠陥（NG）判定とする
。これも１−１のゾーン幅を狭くしたものに対応し、且つ流れ方向の離間距離が同一の欠陥を抽出するものである。ただし、流れ方向座標の差は、上限を設定可能とし、上限以上の場合は判定対象外とする。
幅方向座標及び、流れ方向座標の差は、設定長以内に存在する場合に同一と判定する。判定ロジックを図７に示した。この場合の欠陥認定に要する欠陥数は３個であり、他の判定基準より少ないので異常発生が早期に認識される。

[設定条件の一例]
・幅方向 同一座標判定長（例：１ｍｍ）
・流れ方向差 同一判定長（例：１０ｍｍ）
・流れ方向差 上限長（例：１０００ｍｍ）
・欠陥サイズ（例：Mサイズ）

（３）異常判定除外処理
上述の判定条件には該当するが、異常判定及び警報等を発令する必要のない場合が存在する。その際の設定条件について示す。

３−１：ゾーン除外処理
特定のゾーン内に存在する欠陥に対して、除外処理を行う。
除外例としては、流れ方向に発生するシワなどは、実際は欠陥ではないが自動欠陥検査装置では、欠陥として検出してしまうため、異常判定しないよう除外する。
また、異常判定としては除外するが検査結果データの記録として残すかどうか及び、異常警報を発令するかどうかをＯＮ／ＯＦF設定可能とする。

流れ方向に発生するシワなどは、検査機では幅方向の一定座標（同一ゾーン内）に大量に連続して検出される。このような連続した欠陥が検査機で検出された場合、シワか本当の欠陥かどうかを判定するのは、あくまで人手による外観チェックとなる。
その手順は、概ね、
１）検査機にて、幅方向一定座標に連続した欠陥を検出
２）作業者にて、ワーク現物をチェック
３）人手により、シワと判定
である。
以降、このロールが巻取り終わるまでは、幅方向の該当座標に発生する欠陥（ただし、除外欠陥サイズ以下の欠陥）は、各種判定（フレーム判定 / セット判定 / ロール判定 / 周期欠陥判定 / 線上欠陥判定）の対象外とするよう、人手で設定する。

[設定条件の一例]
・除外ゾーンNo.
・除外欠陥サイズ（例：Mサイズ）
・異常記録ＯＮ／ＯＦF
・異常警報ＯＮ／ＯＦF

３−２：周期欠陥除外処理
特定の周期欠陥に対して、除外処理を行う。
除外例としては、周期欠陥の発生は検知したが、異常とする必要のない場合に適用する。また、異常判定は除外するが検査結果データの記録として残すかどうか及び、異常警報を発令するかどうかをＯＮ／ＯＦF設定可能とする。
異常にする必要がないような場合の具体例としては、例えば、前工程で異常が発生したが、人の判断で良品進行OKとされた周期欠陥が、当該工程で再度欠陥として判定されないようにする場合などが考えられる。

[設定条件の一例]
・幅方向 同一座標判定長（例：１ｍｍ）
・流れ方向差 同一判定長（例：１０ｍｍ）
・流れ方向差 上限長（例：１０００ｍｍ）
・異常記録ＯＮ／ＯＦF
・異常警報ＯＮ／ＯＦF

１、ワーク（長尺フィルム）
２、ＣＣＤセンサー
３、光源
４、搬送ユニット
５、画像処理部
６、検査用パソコン
７、判定用パソコン
８、生産管理システム
９、エンコーダ
１１、欠陥
１２、ディジタル画像のピクセル

Claims (6)

1. 少なくとも、フィルムの搬送機構と、搬送されるフィルムの表面を撮像する撮像機構と、前記撮像データに基づいてフィルム上の異常部分を抽出しその面積を算出する画像処理機構と、を有するフィルム表面の自動欠陥検査装置であって、
   画像処理機構は、予め設定された面積より大きな面積を有する異常部分を欠陥として判定する機構と、フィルムを特定の形状に仮想的に区画し、該仮想区画内における前記設定面積より小さな面積を有する異常部分の頻度が予め設定した閾値を超えた場合に欠陥と判定する機構と、を有することを特徴とするフィルム表面の自動欠陥検査装置。
2. 前記フィルムを特定の形状に仮想的に区画する仕方が、フィルムを幅方向に同じ幅長の帯状に区画するか（ゾーン区画）、フィルムの長さ方向に同じ長さのフレームに区画するか（フレーム区画）、のいずれか又は両方であることを特徴とする請求項１に記載のフィルム表面の自動欠陥検査装置。
3. 前記フィルムを特定の形状に仮想的に区画する仕方が、ゾーン区画においては幅長を変え、フレーム区画においてはフィルム長さ方向の長さを変えて複数あって、それぞれに対して異常と判定する閾値が設定されていることを特徴とする請求項２に記載のフィルム表面の自動欠陥検査装置。
4. 前記ゾーン区画におけるゾーンの幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のフィルム表面の自動欠陥検査装置。
5. 請求項４の場合において、予め設定された面積より小さな面積を有する異常部分が、フィルム長さ方向に同じ間隔で検出される場合に、欠陥と判定する頻度が３回であることを特徴とするフィルム表面の自動欠陥検査装置。
6. 請求項１に記載の欠陥判定に該当するにもかかわらず欠陥判定としない除外機構を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のフィルム表面の自動欠陥検査装置。