JP2014145656A - 微粒子付着状態可視化方法、および微粒子付着状態可視化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象物表面に付着した微粒子が、検査対象物表面にどのように付着しているのかを明確に知ることができる微粒子の付着状態可視化方法を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するための本発明に係る微粒子付着状態可視化方法は、検査対象面に沿って進行する第１の光を照射し、前記検査対象面に付着した微粒子からの散乱光を生じさせる工程と、前記検査対象面における前記第１の光の照射範囲に、前記検査対象面に対向する方向から第２の光を照射し、前記第１の光の照射範囲の照度を増加させる工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を用いて検査対象物の表面に付着させた微粒子の付着状態を視認可能な状態とするための方法、および装置に関する。

フィルム表面を含む平面に微粒子を散布装置等で付着させ、該表面を密接させた際に密着状態が生じることを防止する技術が知られている。ところが、このような技術を用いた場合に、密接平面上にどのように微粒子が付着しているのかを定量的に調べる術は知られていない。このため、現状では、微粒子を散布した平面の手触り（触感）や、顕微鏡を用いた部分検査などの感覚的、部分的検査に頼っている。

このような実状に鑑み、本願出願人は鋭意検討の結果、光を用いた微粒子検査に着目した。ここで、光を用いて検査対象物表面の付着物等を検査する技術としては、例えば特許文献１や、特許文献２に開示されているようなものが知られている。

特許文献１に開示されている技術は、レーザー光の直進性、不拡散性という特性を利用した技術である。具体的には、検査対象物表面に対してほぼ平行に、照射器からレーザー光を照射する。そして、照射されたレーザー光が受光器に到達するまでの光量の変化（電圧の変化）により、検査対象物表面の付着物の有無を検出するというものである。この技術では、検査対象物の表面に付着物が存在する場合には、直進するレーザー光を遮光し、受光器に到達する光量が減衰するという特性を利用している。

これに対し特許文献２に開示されている技術は、光が物体に当たった際に反射、あるいは散乱するという特性を利用した技術である。具体的には、検査対象物表面に対してほぼ平行にレーザー光を照射する。検査対象物表面に付着物が存在する場合、照射されたレーザー光は、付着物に反射することとなる。そして、検査対象物表面に対向する位置に配置された撮像手段により、付着物に反射した光を撮像することで、付着物の量や大きさを把握するというものである。

なお、光の反射を利用して検査対象物表面の状態を検査する技術としては、特許文献３に開示されているようなものも知られている。特許文献３に開示されている技術は、検査対象物表面の付着物では無く、検査対象物表面の傷、すなわち探傷に光の反射という特性を利用している。このため、特許文献３に開示されている技術では、検査対象物表面に対して、光の進行方向を平行とはせず、光源にある程度の角度を持たせた上で、検査対象物表面に向けて照射する構成としている。

特開平６−１８０２９５号公報 特開２００８−２６１６４２号公報 特開平６−２４２０２０号公報

検査対象物表面の付着物を検査する技術として挙げた特許文献１、２に開示された技術によれば、いずれの技術であっても、検査対象物表面に対する付着物の有無を検出することができる。
しかし、特許文献１に開示されている技術では、付着物の付着状態を知ることはできない。

また、特許文献２に開示されている技術では、付着物の量や大きさ等は知ることができるものの、図２に示すように、付着物だけが光の点として可視化されるため、検査対象物表面との関係、すなわち、検査対象物表面に対する付着物の付着状態については、明確に知ることができない。

そこで本発明では、検査対象物表面に付着した微粒子が、検査対象物表面にどのように付着しているのかを明確に知ることができる微粒子の付着状態可視化方法、および装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る微粒子付着状態可視化方法は、検査対象面に沿って進行する第１の光を照射し、前記検査対象面に付着した微粒子からの散乱光を生じさせる工程と、前記検査対象面における前記第１の光の照射範囲に、前記検査対象面に対向する方向から第２の光を照射し、前記第１の光の照射範囲の照度を増加させる工程と、を有することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する微粒子付着状態可視化方法では、前記第１の光と前記第２の光の照射範囲を撮像する工程を有するようにすると良い。このような方法によれば、可視化した検査対象面に対する微粒子の付着状態を、画像データとして記録することができる。よって、微粒子の付着状態を示す検証データとして利用することが可能となる。

また、上記のような特徴を有する微粒子付着状態可視化方法では、前記検査対象面を搬送物の一方の面とし、当該搬送物を一定の方向に搬送させると共に、前記第１の光は、前記搬送物の搬送方向と直交する方向に進行させるようにすると良い。このような方法によれば、長尺ものの検査対象物（搬送物）を搬送させながら、オンラインで、微粒子の付着状態を可視化し、そのデータを画像として記録することが可能となる。

また、上記課題を解決するための本発明に係る微粒子付着状態可視化装置は、検査対象面の表面に沿って進行する光を照射する第１光源と、前記検査対象面の表面に対向する方向から光を照射する第２光源と、を備え、前記第２光源は、前記第１光源により照射された光の照射範囲を含む範囲に対して光を照射することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する微粒子付着状態可視化装置には、前記第１光源により照らし出された前記検査対象面上の微粒子、および前記第２光源により照らし出された前記検査対象面の様子を撮像する撮像手段を備えるようにすると良い。このような装置によれば、可視化した検査対象面に対する微粒子の付着状態を、画像データとして記録することができるようになる。よって、微粒子の付着状態を示す検証データとして利用することが可能となる。

さらに、上記のような特徴を有する微粒子付着状態可視化装置では、検査対象面を備える検査対象物の少なくとも一部を巻き掛けるシリンダを備え、前記第１の光源、および前記第２の光源による照射範囲を、前記シリンダにおいて前記検査対象物が巻き掛けられている部位とすると良い。このような装置によれば、長尺ものの検査対象物を搬送させながら、オンラインで、微粒子の付着状態を可視化し、そのデータを画像として記録することが可能となる。

上記のような特徴を有する微粒子付着状態可視化方法、および装置によれば、検査対象物表面に付着した微粒子が、検査対象物表面にどのように付着しているのかを明確に知ることができるようになる。

第１の実施形態に係る微粒子付着状態可視化装置の構成を示す図である。 第１光源からの光のみによって、微粒子の可視化を図った場合の例を示す図である。 第１光源からの光をフィルム表面に対して角度をつけて照射した場合の例を示す図である。 実施形態に係る可視化方法を実施した場合の例を示す図である。 第２の実施形態に係る微粒子付着状態可視化装置の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る微粒子付着状態可視化装置の構成を示す図である。

以下、本発明の微粒子付着状態可視化方法、および微粒子付着状態可視化装置に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る微粒子付着状態可視化装置（以下、単に可視化装置１０と称す）について説明する。本実施形態に係る可視化装置１０は、第１光源１２と、第２光源１４を主体として構成され、撮像手段１６、シリンダ２０、およびコンピュータ２２が付帯されている。なお、以下に示す実施形態では、可撓性のあるフィルム４０を検査対象物とし、このフィルム４０の表面を検査対象としているが、本発明が適用できる範囲であれば、検査対象は、紙面やビニール面等、フィルム４０に限られるものではない。

第１光源１２は、指向性の高い光、例えばレーザー等を照射するための照射ユニットである。第１光源１２は、詳細を後述するシリンダ２０の表面に貼付されたフィルム４０の表面（検査対象面）に、平行、かつシリンダ２０の軸線方向に沿うように光（第１の光）を進行させることが可能となるように配置する。そして、第１の光は、シリンダ２０の表面との関係において、円形の外周を有するシリンダ２０の接線位置を照らすこととなるように照射する。このため、第１光源１２は、シリンダ２０の一方の端部側に、照射口を他方の端部側へ向けた状態で配置する。

第２光源１４は、第１光源１２による光の照射範囲（進行範囲）を照らす照明である。第２光源１４は、検査対象面であるフィルム４０の表面に対向するように、シリンダ２０の表面に照射口を対向させた状態で配置する。なお、第２光源１４からの光（第２の光）の照射範囲は、特に限定するものでは無いが、上述したように、少なくとも第１の光の照射範囲を含む範囲で照射を行うことができるようにする。

撮像手段１６は、第１光源１２からの光が、検査対象であるフィルム４０の表面に付着した微粒子に当たることにより生ずる散乱光を撮像するための手段である。このため、撮像手段１６は、第１光源１２による光の照射範囲を撮像可能なように、シリンダ２０の表面に対向して配置される。本実施形態では、撮像手段移動ユニット１８を設け、撮像手段１６を第１の光の進行方向に沿って移動させることが可能な構成としている。このような構成とすることにより、撮像手段１６に附帯されたレンズの広角が狭い場合であっても、撮像手段１６を移動させつつ撮像することで、検査範囲全体を撮像することが可能となる。図１に示す例では、撮像範囲の一部が重なるように、撮像手段１６を、Ａ、Ｂ、Ｃの各位置へ移動させてそれぞれ撮像可能な構成としている。

シリンダ２０は、検査対象面を構成するフィルム４０を貼付するための円柱体、あるいは円筒体である。シリンダ２０には、図示しないモーター等の駆動手段が設けられており、円柱、あるいは円筒の軸心を基点として回転可能な構成とされている。このような構成のシリンダ２０に対し、検査対象面を構成する面がシリンダ２０の外周側を向くように、フィルム４０をシリンダ２０の表面に貼付することで、シリンダ２０の回転に合わせてフィルム４０を回転させることが可能となる。これにより、第１光源１２、第２光源１４、および撮像手段１６を固定した状態で、フィルム４０の表面を走査することが可能となる。シリンダ２０には、ロータリーエンコーダ等を附帯させ、駆動手段の出力制御に応じて、シリンダ２０の回転数や回転速度を制御可能な構成とすると良い。

コンピュータ２２は、撮像手段１６により撮像された画像データを処理するための手段である。コンピュータ２２の具体的構成に関しては、詳細を問うものでは無いが、少なくとも、記憶手段２４、画像処理手段２６、および表示手段２８を備えるようにすると良い。記憶手段２４は、撮像された画像データを記録するための構成要素であり、例えばハードディスクやメモリ、その他の記憶媒体であれば良い。

画像処理手段２６は、撮像された画像データを解析し、必要な情報の読取や、判別、および複数画像からなる画像データの合成等を行う処理が可能な要素であれば良い。画像処理手段２６としては、例えばＣＰＵなどであれば良く、このＣＰＵが、記憶手段２４に予め記録されたプログラムに基づいて、撮像された画像データの処理を行うようにすれば良い。

表示手段２８は、撮像された画像データや、解析処理された後の画像データ、および解析データ等を作業者が認識可能なように表示するための手段であり、例えばモニタ等であれば良い。なお、コンピュータ２２には、表示手段２８に表示されたデータに基づいて、解析処理を進めるために、作業者が操作を行うための操作手段（マウスやキーボード等）を設けるようにすることができる。また、コンピュータ２２と撮像手段１６との間における画像データの授受は、有線により行われるものであっても、無線により行われるものであっても、メモリカード等の特定の記憶媒体を介して行われるものであっても良い。

次に、上記のような構成の可視化装置を用いた微粒子付着状態可視化方法について説明する。
まず、シリンダ２０の表面に、検査対象とするフィルム４０を貼付する。この際、検査対象とされる表面が外周側を向くように配置する。フィルム４０をセットした後、第１光源１２からの光（例えばレーザー光）をシリンダ２０の接線位置に照射する。このようにレーザー光を照射することで、照射されたレーザー光は、シリンダ２０の表面に貼付されたフィルム４０の表面とほぼ平行に進行する。そして、レーザー光がフィルム４０の表面に付着した微粒子に当たると、図２に示すように、その光は部分的に散乱し、視覚的に認識可能な光点として現れる（図２中、白色の点、白色の集合体に見える部分が、散乱光として見える微粒子、あるいは微粒子群である）。ここで、フィルム４０の表面（シリンダ２０の接線位置）に対するレーザー光の照射角度が大きくなると図３に示すように、照射面全面にレーザー光の発光（反射）が見られるようになり、フィルム表面の図柄は認識できるようになるものの、微粒子からの散乱光を確認することが困難となる。よって、第１光源１２からの光の照射は、検査対象面に対してほぼ平行となるように照射することで、その認識容易性を向上させることができる。

また、第１光源１２からの光の照射位置（照射範囲）には、検査対象面と対向する方向から、第２光源１４からの光を照射する。第２光源１４からの光は、蛍光灯を光源とするものや、ＬＥＤを光源とするもの、すなわち散乱光で良く、基本的にその色調も問うものでは無い。しかしながら、第１光源１２からの光に基づく散乱光の認識を容易にするために、第２光源１４からの光の色調は、第１光源１２からの光と異なる色調の光とすることが望ましい。

第２光源１４からの光を照射することで、検査対象表面全体を明るくすることができる。このため、実施形態においては図４に示すように、視覚的に、フィルム４０の表面の状態を視認することが可能となり、フィルム４０のどの位置にどのように微粒子が付着しているのかを容易に認識することができるようになる。

また、第２光源１４からの光は、撮像においては、撮像手段１６の画素に、階調データとして検査対象面を投影するための光量（輝度）を得ることができる。このため、第２光源１４からの光の輝度を調整することにより、シャッタースピードを上げた場合であっても、光量不足に陥ること無く、検査対象面の撮像が可能となる。

シリンダ２０へのフィルム４０の貼付、第１光源１２、第２光源１４からの光の照射が完了した後、シリンダ２０を回転させる。シリンダ２０の回転により、第１光源１２、第２光源１４からの光による照射位置が、シリンダ２０の回転方向に沿ってフィルム４０上をスライドしてゆくこととなる。これにより、第１光源１２や第２光源１４、および撮像手段１６を固定した状態で、シリンダ２０に貼付されたフィルム４０の表面全体に対する微粒子の付着状態を視認、および走査することが可能となる。なお、本実施形態において付着状態とは、フィルム４０の表面に対する微粒子の付着の有無はもちろん、散布された微粒子がフィルム４０の表面においてどのように分布しているかという点を含む状態をいうものとする。

撮像手段１６は、シリンダ２０の回転に合わせ、所定の間隔で撮像を行うようにする。なお、撮像の間隔やシャッタースピードは、シリンダ２０の半径と回転速度、および第１の光の照射範囲に応じた撮像手段１６の撮像範囲等に基づいて求めることができる。シリンダ２０一周分の撮像が終了した後、撮像手段１６をシリンダ２０の軸線方向に沿ってＢ、Ｃの位置へと移動させ、さらに撮像を行う。このような作業を繰り返すことで、広角の小さな撮像手段１６であっても、幅広なフィルム４０の全幅を撮像することができる。

全周、全幅の撮像が終了すると、コンピュータ２２により、撮像された画像データの解析、画像処理が行われる。例えば、コンピュータ２２では、撮像手段１６による撮像時間の間隔と、シリンダ２０の回転速度の設定に基づいて、連続撮影された画像データを繋ぎ合わせて合成する。このような処理により、フィルム４０全体における微粒子の付着状態を表した画像を生成することができる。このような合成画像を生成することで、撮像箇所の個別画像を個別に見る場合に比べ、フィルム４０全体における微粒子の付着状態を容易に認識することが可能となる。このため、コンピュータ２２には、フレームグラバーボード等の映像入力ボードを備えるようにすることで、画像の取り込み、処理をスムーズに行うことが可能となる。

コンピュータ２２の画像処理手段２６により生成された画像データは、表示手段２８に表示されることで、作業者に視認可能となると共に、記憶手段２４に記録されることで、検査対象とされるフィルム４０に対する微粒子の付着状態がどのようなものであったかを確認する際の確認データとすることができる。

このように、本発明に係る微粒子付着状態可視化方法、および装置によれば、検査対象物であるフィルム４０の表面に、どのように微粒子が付着しているのかを認識することが可能となる。また、撮像手段１６やコンピュータ２２を用いることにより、可視化した微粒子の付着状態を画像データとして記録し、解析することが可能となる。

次に、本発明に係る微粒子付着状態可視化装置（可視化装置）に係る第２の実施形態について、図５を参照して説明する。なお、構成要素として同一の機能を奏するものに関しては、図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る可視化装置１０ａも、第１光源１２と、第２光源１４を基本とし、撮像手段１６（１６ａ〜１６ｄ）、シリンダ２０、およびコンピュータ２２を付帯させた構成としている点については、第１の実施形態に係る可視化装置１０と相違が無い。一方で、第１の実施形態に係る可視化装置１０では、最初にシリンダ２０の表面にフィルム４０を貼付し、シリンダ２０に貼り付けたフィルム４０のみを検査対象として微粒子の可視化、および撮像を行うというオフライン検査を行う構成としている。これに対し、本実施形態に係る可視化装置１０ａでは、連続搬送されるフィルム４０を搬送経路上で走査するオンライン検査を行う構成としている点で、その仕様が異なる。

図５に示すように、シリンダ２０とフィルム４０が存在するという関係は同一としながらも、フィルム４０は、シリンダ２０の外周面に貼付するのでは無く、連続的な送り出しによりシリンダ２０の表面の一部に掛け回され、シリンダ２０は、フィルム４０の表面の平滑化のために利用するという構成を採っている。このような構成とすることで、検査対象とするフィルム４０が長尺なものであっても、フィルム４０を搬送させることで、フィルム４０全体の表面走査を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、シリンダ２０の軸線方向（フィルム４０の幅方向）に沿って、複数の撮像手段（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）を並列に配置している。フィルム４０を搬送する本実施形態では、画像データを取得する場合、第１の実施形態と異なり、１回の搬送（送り出し）でフィルム４０の全幅について、その状態を撮像する必要がある。よって、撮像手段１６ａ〜１６ｄの配置は、隣接配置される撮像手段１６ａ〜１６ｄにおける撮像範囲の一部が重なる間隔を置いて配置する。そして、複数の撮像手段１６ａ〜１６ｄにおける撮像範囲を合成することにより、フィルム４０の全幅を撮像できるようにする。

また、本実施形態では、搬送中のフィルム４０の表面を走査することを前提としている。このため、第１の実施形態に係る可視化装置１０よりもフィルム４０が送り出される速度が速い。よって、撮像手段１６ａ〜１６ｄにおけるシャッタースピードを向上させる必要がある。このため、撮像手段１６ａ〜１６ｄの画素に、階調データとして検査対象面を投影するための光量（輝度）は、上記実施形態よりも多く（高く）する必要がある。このため、本実施形態では、第２光源１４を複数（図５に示す例では２つ）備えるようにしている。なお、第２光源１４は、高速撮像に必要とされる光量（輝度）を確保することができれば、その数自体を問うものでは無い。また、効率良く輝度を確保するために、第２光源１４からの光の照射範囲を、第１光源１２からの光の照射範囲に絞るように（焦点を合わせるように）しても良い。

このような構成であっても、上述した可視化装置１０と同様に、検査対象とするフィルム４０の表面に付着した微粒子の可視化、および付着状態の記録を行うことができる。また、本実施形態に係る可視化装置１０ａによれば、検査対象のサイズに関わらず、その全体をオンラインで走査することができる。

次に、本発明に係る微粒子付着状態可視化装置（可視化装置）に係る第３の実施形態について、図６を参照して説明する。なお、構成要素として同一の機能を奏するものに関しては、図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

本実施形態に係る可視化装置１０ｂは、シリンダ２０の代わりに、定盤３０を配置している。そして、第１光源１２、第２光源１４、および撮像手段１６を定盤３０に沿って移動させるための走行手段３２を備えている。つまり、第１、第２の実施形態に係る可視化装置１０，１０ａでは、検査対象表面を備える検査対象物であるフィルム４０を移動（回転を含む）させる構成を採っていたのに対し、本実施形態に係る可視化装置１０ｃでは、光源側を移動させるという構成を採用している。

このような構成とすることで、検査対象物が薄物（可撓性のあるもの）でない場合であっても、第１光源１２、第２光源１４の照射位置を変更するだけで、その表面に付着した微粒子を可視化、および走査することが可能となる。なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第１、第２の実施形態に係る可視化装置１０，１０ａと同様である。

１０，１０ａ，１０ｂ………微粒子付着状態可視化装置（可視化装置）、１２………第１光源、１４………第２光源、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ………撮像手段、１８………撮像手段移動ユニット、２０………シリンダ、２２………コンピュータ、２４………記憶手段、２６………画像処理手段、２８………表示手段、３０………定盤、３２………走行手段、４０………フィルム。

Claims (6)

1. 検査対象面に沿って進行する第１の光を照射し、前記検査対象面に付着した微粒子からの散乱光を生じさせる工程と、
   前記検査対象面における前記第１の光の照射範囲に、前記検査対象面に対向する方向から第２の光を照射し、前記第１の光の照射範囲の照度を増加させる工程と、を有することを特徴とする微粒子付着状態可視化方法。
2. 前記第１の光と前記第２の光の照射範囲を撮像する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の微粒子付着状態可視化方法。
3. 前記検査対象面を搬送物の一方の面とし、
   当該搬送物を一定の方向に搬送させると共に、
   前記第１の光は、前記搬送物の搬送方向と直交する方向に進行させることを特徴とする請求項２に記載の微粒子付着状態可視化方法。
4. 検査対象面の表面に沿って進行する光を照射する第１光源と、
   前記検査対象面の表面に対向する方向から光を照射する第２光源と、を備え、
   前記第２光源は、前記第１光源により照射された光の照射範囲を含む範囲に対して光を照射することを特徴とする微粒子付着状態可視化装置。
5. 前記第１光源により照らし出された前記検査対象面上の微粒子、および前記第２光源により照らし出された前記検査対象面の様子を撮像する撮像手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の微粒子付着状態可視化装置。
6. 検査対象面を備える検査対象物の少なくとも一部を巻き掛けるシリンダを備え、前記第１の光源、および前記第２の光源による照射範囲を、前記シリンダにおいて前記検査対象物が巻き掛けられている部位としたことを特徴とする請求項５に記載の微粒子付着状態可視化装置。