JP2017040559A - 表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属光沢を有する表面の外観検査を定量的かつ効率的に実施する表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】光源１２が、金属光沢を有する検査表面１４Ａに対して、一定の入射角θで入射光２１を照射して、受光器１３が、入射光２１が反射角θで反射される反射光２２を受光して、検査機構が、光源１２から受光器１３までに至る一定の幅における反射光２２の照度から、検査表面１４Ａの凹凸の別、ならびに凹深さおよび凸高さの把握をする。
【選択図】図１

Description

表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法に関する。

電気機器、自動車、または家庭用蓄電器にリチウムイオン二次電池が広く利用されている。リチウムイオン二次電池は電極、セパレータ、および電解液が外装材中に封止された構造である。上記外装材としては金属缶またはラミネートフィルムといった、表面に金属光沢を有する材料が一般的に使用されている。

リチウムイオン二次電池の外装材が損傷して、電解液が漏洩することを未然に防止するために、外装材の表面を検査が必要である。特にラミネートフィルムは傷または打痕等が破損の原因となりやすい。

検査方法には、目視確認または画像処理等による表面欠陥検査等が用いられている。例えば特許文献１には、表面を撮影した画像によって、打痕による凹凸部の程度を定量的に評価する技術が記載されている。

特開２００８−１５３１１９

特許文献１の技術は、反射光と、その画像との２つの情報が凹凸の判定に必要であり、測定作業が非効率であることが問題であった。また、上記画像から打痕の大きさを計る必要があり、例えば測定値の精度が悪い、または大きな歪みに起因される曲率の大きな凹凸が検出できない等、定量的評価の精度が悪いことが問題であった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。その目的は、金属光沢を有する表面の外観検査を定量的かつ効率的に実施する表面欠陥検査装置等を提供することにある。

表面欠陥検査装置は、照射機構と、受光機構と、検査機構とを備える。上記照射機構は、金属光沢を有する平滑表面に対して、一定の入射角θで入射光を照射する。上記入射機構は、上記入射光が反射角θで反射される反射光を受光する。検査機構は、上記照射機構から上記受光機構までに至る一定の幅における上記反射光の照度から、上記平滑表面の凹凸の別、ならびに凹深さおよび凸高さの把握をする。

表面結果検査方法は、まず金属光沢を有する平滑表面に対して、一定の入射角θで入射光を照射する。次に上記入射光が反射角θで反射される反射光を受光する。そして受光された上記反射光の照度から、上記平滑表面の凹凸の別、ならびに凹深さおよび凸高さの把握をする。

本発明の表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法によれば、金属光沢を有する表面の外観検査を定量的かつ効率的に実施する。

は、表面欠陥検査装置の斜視図である。 は、表面欠陥検査装置の斜視図である。 は、凹部の垂直断面図、輝度信号のグラフ、および輝度信号を画像化した凹部の平面図である。 は、凸部の垂直断面図、輝度信号のグラフ、および輝度信号を画像化した凸部の平面図である。

本発明の一実施形態について説明する。図１および図２は、表面欠陥検査装置の斜視図である。図１の表面検査装置１０は、光源１２と、受光器１３とを含む。図２の表面検査装置１０は、さらにコンベア１６と、制御装置１７とを含む。

照射機構は、光源１２等から検査対象１４の検査表面１４Ａに向けて、入射角θの入射光２１を照射する。

照射機構の光源１２は、自然光、白熱灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、発行ダイオード（ＬＥＤ）ランプ、またはメタルハライドランプであれば好適に用いられる。

入射光２１を集光させる、または入射光２１の指向性を上げるために、照射機構にレンズ、スリット、コリメーター、または光ファイバー等の光学的装置を組み合わせてもよい。欠陥の検出精度の点から、上記光学的装置はコリメーター、または光ファイバーが好ましい。そして、入射光２１の強度が高く、寿命も長いことから、照射機構はＬＥＤ光ファイバーランプが好ましい。

光源１２の個数は、１つで構わない。あるいは、入射光２１の強度を高める目的、または複数の検査対象１４、もしくは広い面積を有する検査表面１４Ａを全てカバーする目的で、光源１２の個数が複数になっても構わない。１つの光源で複数の検査対象１４を全てカバーする場合、隣り合う検査対象１４間の領域がノイズとなってしまうため、ソフトウェア上で上記検査対象１４間をマスキング処理することが好ましい。

受光機構は、検査表面１４Ａから反射角θで反射する反射光２２を受光器１３等で受光する。

表面欠陥検査装置１０は、照射機構から受光機構に至るまでの一定の幅における照度を検出して、輝度信号１１を作成しても構わない。輝度信号１１は、受光機構からデータ処理装置等を介しデータとして蓄積される。上記データから、制御ソフトウェア等によって、検査表面１４Ａ上の凹凸の位置および形状が速やかに判断される。

受光器１３の個数は、１つで構わない。あるいは、反射光２２を精度よく検出する目的、または複数の光源に対して１対１で反射光２２を検出する目的で、受光器１３の個数が複数になっても構わない。

受光器１３の解像度は、上記凹深さおよび上記凸高さ、ならびに光源１２の光量に応じて適宜調整される。受光器１３の解像度を上げることで分解能が向上し、より小さい外観異常も検出できるようになる。その一方でノイズが増えるため、光量の大きい光源１２を使用しないと十分な輝度信号１１が得られない。

光源１２および受光器１３の配置は、図１に示されるように入射角θと反射角θが等しくなる軌道上に配置される、正反射方式であっても構わない。あるいは、反射角θが０°となる拡散反射方式であっても構わない。正反射方式であれば、入射角θは１０°以上７０°以下が好ましい。

以下、正反射方式である場合の、表面欠陥検査の方法について図を用いて説明する。図３は凹部３１の垂直断面図、輝度信号１１ｘのグラフ、および輝度信号１１ｘから作成された凹の画像３７である。図４は凸３２の垂直断面図、輝度信号１１ｙのグラフ、および輝度信号１１ｙから作成された凸の画像３８である。

まず検査表面１４Ａ上の欠陥の無い箇所で検出される輝度信号Ｌ_０を基準とし、上記輝度信号よりも強い信号が出る箇所を明部、弱く出る箇所を暗部とする。

なお凹凸を速やかに解析する、および誤検出を減らす目的で、表面欠陥検査装置１０は、明部３４および暗部３５を画像表示しても構わない。

次に、明部および暗部の位置関係と照らし合わせることで、凸および凹の別を識別する。凹部３１に光源１２から一定の角度θの入射光２１が当たると、受光器１３側が明部３４となる。すると、例えば図３Ａにおいて凹部のＡからＡ’の方向にかけて暗部３５に由来する弱信号の後に、明部３４に由来する強信号が現れる輝度信号１１ｘａとなる。

その一方で、凸部３２に光を照射すると、受光器１３側が暗部３５となる。すると、例えば図４Ａにおいて凸部のＡからＡ’の方向にかけて、明部３４に由来する強信号の後に暗部３５に由来する弱信号が現れる輝度信号１１ｙａとなる。

次に、反射光２２の照度、ならびに凹深さおよび凸高さの相関についてサンプルデータを予め取得する。そして、上記サンプルデータと、輝度信号とを照合して、上記凹深さおよび上記凸高さを測定する。

図３Ｂの凹部３１ｂは、図３Ａの凹部３１ａよりも浅い。そのため輝度信号１１ｘｂは、輝度信号１１ｘａと比べて強度の差が小さくなる。さらに凹の画像３７ｂの明部３４および暗部３５のコントラストは、凹の画像３７ａと比べて小さくなる。

図３Ｃの凹部３１ｃは、図３Ａの凹部３１ａよりも深い。そのため輝度信号１１ｘｃは、輝度信号１１ｘａと比べて強度の差が大きくなる。さらに凹の画像３７ｃの明部３４および暗部３５のコントラストは、凹の画像３７ａと比べて大きくなる。

その一方で、図４Ｂの凸部３２ｂは、図４Ａの凸部３２ａよりも低い。そのため輝度信号１１ｙｂは、輝度信号１１ｙａと比べて強度の差が小さくなる。さらに凸の画像３８ｂの明部３４および暗部３５のコントラストは、凸の画像３８ａと比べて小さくなる。

図４Ｃの凸部３２ｃは、図４Ａの凸部３２ａよりも高い。そのため輝度信号１１ｙｃは、輝度信号１１ｙａと比べて強度の差が大きくなる。さらに凸の画像３８ｃにおける明部３４および暗部３５のコントラストは、凸の画像３８ａと比べて高くなる。
なお、拡散反射方式の場合は、凹凸と明暗部との関係が変化するため、凹凸の判断基準を適宜変更すればよい。

検査対象１４は、検査表面１４Ａが金属光沢の平滑平面であれば好適に用いられる。具体的には、金属缶またはラミネートフィルム、もしくはリチウムイオン二次電池セル等が挙げられる。

検査対象１４の周辺に大きな段差があって構わない。上記段差と凹凸との別が識別されるため、検査対象１４の配置を変更しながら順次検査していくことが好ましい。

表面欠陥検査装置１０はコンベア１６を備えていても構わない。コンベア１６は、検査対象１４の配置を変更させる手段を有する。

コンベア１６で検査対象１４を搬送しながら、連続的に検査対象１４を検査する場合、検査対象１４を水平に保つことが好ましい。また、コンベア１６によって検査対象１４が動かされる方向と、入射光２１の方向とは、並行であっても構わないし、交差しても構わないし、対向であっても構わない。

表面欠陥検査装置１０は制御装置１７を備えていても構わない。制御装置１７は、光源１２および受光器１３の少なくとも１つの配置を変更させる手段を有する。

検査対象１４を固定して、光源１２および受光器１３の少なくとも1つを動かすことで、検査対象１４を連続的に検査しても構わない。光源１２が動かされる方向と、受光器１３が動かされる方向とは、並行であっても構わないし、交差しても構わないし、対向であっても構わない。

コンベア１６によって検査対象１４が動かされる方向と、制御装置１７によって光源１２および受光器１３の少なくとも１つが動かされる方向とは、並行であっても構わないし、交差しても構わないし、対向であっても構わない。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、後記の実施例に限定されるものではない。

実施例および比較例の検査対象として、リチウムイオン二次電池セルを用いた。上記リチウムイオン二次電池セルは、正極活物質としてコバルト酸リチウム、負極活物質としてグラファイトを使用し、公知の方法で電極が形成された。そして、アルミラミネートフィルム中に封入後、電解液を電極に注入して減圧封止を行い、縦１３ｃｍ、横１０ｃｍ、厚み０．５ｃｍのラミネートをリチウムイオン二次電池セルに施した。

＜実施例１＞
表面欠陥検査装置は、光源としてＬＥＤ光ファイバー照明、受光器として５０００画素のＣＣＤカメラを用いて、入射角、反射角ともに２０°の正反射方式として作製した。

実施例１では、検査表面の表裏２面に表面欠陥検査が行なわれた。リチウムイオン二次電池セルを作業者が手で１個ずつ入れ替えながら、合計１００個のリチウムイオン二次電池セルを検査した。

長さ１ｍｍ以上の形状の傷もしくは打痕、または膨れを欠陥として検出した。そして、実際の欠陥に対する、検査で検出された欠陥の相対数を検出率（％）として算出した。

＜実施例２＞
リチウムイオン二次電池セルを入れたトレイをコンベア上に設置した以外は、実施例１と同様の方法で表面欠陥検査装置が作製された。コンベアが上記トレイを５ｍ／ｍｉｎの速度で１方向に流し、まず１００個のリチウムイオン二次電池セルの片面が検査されて、次にその反対面が検査された。

＜比較例１＞
１００個のリチウムイオン二次電池セルの両面を、目視で１つずつ、作業者が検査した。

＜表１の総評＞
比較例１と比べて、実施例１および２は傷、打痕、および膨れの検出率が高く、検査時間が短くなった。比較例１において傷の検出率が特に低い原因の一つは、目視で測定された傷の長さが１ｍｍ未満であると誤って測定されたためであった。

以上の結果から、本発明を適用すれば、高い精度で定量的、かつ効率的な表面欠陥検査が行なわれることは明らかである。

１０ 表面欠陥検査装置
１１ 輝度信号
１２ 光源
１３ 受光器
１４ 検査対象
１４Ａ 検査表面
１６ コンベア
１７ 制御装置
２１ 入射光
２２ 反射光
３１ 凹部
３２ 凸部
３４ 明部
３５ 暗部
３７ 凹の画像
３８ 凸の画像

Claims (7)

1. 金属光沢を有する平滑表面に対して、一定の入射角θで入射光を照射する照射機構と、
   上記入射光が反射角θで反射される反射光を受光する受光機構と、
   上記照射機構から上記受光機構までに至る一定の幅における上記反射光の照度から、上記平滑表面の凹凸の別、ならびに凹深さおよび凸高さの把握をする検査機構と、を備えることを特徴とする、表面欠陥検査装置。
2. 前記受光機構が、前記照射機構から前記受光機構までに至る一定の幅における前記反射光の照度を輝度信号に変換することを特徴とする、請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
3. 前記検査機構が前記照度を基に画像を表示することを特徴とする、請求項１または２に記載の表面欠陥検査装置。
4. 検査対象を移動させるコンベアを含む、請求項１から３までのいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
5. 少なくとも一つの光源と、少なくとも一つの受光器とを含む、請求項１から４までのいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
6. 前記光源および前記受光器の少なくとも一方を移動させる位置制御装置を含む、請求項５に記載の表面欠陥検査装置。
7. 金属光沢を有する平滑表面に対して、一定の入射角θで入射光を照射して、
   上記入射光が反射角θで反射される反射光を受光して、
   受光された上記反射光の照度から、上記平滑表面の凹凸の別、ならびに凹深さおよび凸高さの把握をすることを特徴とする、表面欠陥検査方法。