JP2020094976A - 凹凸検査方法及び凹凸検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来と比較して速やかにワークの表面の凹凸を検査できる凹凸検査方法及び凹凸検査装置を提供すること。【解決手段】凹凸検査装置１は、ワークＷの表面Ｓの凹凸を検査するものであって、ワークＷが載置される検査ステージ２と、表面Ｓに対しワークＷの幅方向に沿って線状に延びるスリット光Ｌを、０°より大きく９０°より小さな入射角で照射する光源４と、表面Ｓで反射したスリット光Ｌを表面Ｓの上方から撮像するカメラ５と、カメラ５によって撮像された画像に基づいて表面Ｓにおける凹凸を検査する画像処理装置６と、を備える。画像処理装置６は、カメラ５によって撮像された画像において、幅方向と平行な基準線からスリット光Ｌまでの幅方向と垂直な搬送方向Ｆに沿ったオフセット量に基づいて表面Ｓにおける凹凸を検査する。【選択図】図１

Description

本発明は、凹凸検査方法及び凹凸検査装置に関する。より詳しくは、薄膜や塗装物等のワークの表面における凹凸を検査する凹凸検査方法及び凹凸検査装置に関する。

燃料電池に用いられる膜電極接合体（ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly））は、電解質膜と、この電解質膜の両面に接合された２つの電極層と、を備える。一方の電極層はアノードとなり、他方の電極層はカソードとなる。またこれら電極層は、例えば、ガス拡散層（ＧＤＬ（Gas Diffusion Layer））及びガス拡散電極（ＧＤＥ（Gas Diffusion Electrode）等からなる層構造を備える。ガス拡散層は、例えば導電性及び耐酸性を備えるシート状の多孔質材（例えば、カーボンペーパー）の一面に、炭素材料や撥水材等を混合して得られる材料を塗布し、撥水層を設けることによって形成される。またガス拡散電極は、触媒、電解質高分子及び導電材等を混合して得られる材料を撥水層に重ねて塗布することによって形成される。

このように電極層は、シート状の材料に様々な材料を塗布することによって形成される。したがってガス拡散層やガス拡散電極の機能を適切に発揮させるため、塗面の凹凸は所定の基準以下になるように求められる。このため電極層を製造する工程には、ガス拡散層やガス拡散電極の塗面の凹凸を検査する工程が組み込まれる。

特許文献１には、このような凹凸を検査する検査方法が示されている。特許文献１に示された検査方法では、検査対象である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、得られた撮像データを画像処理部で解析することにより表面の欠陥の種類、位置、及び大きさを検出する。

特許第５３０６０５３号

しかしながら特許文献１の検査方法では、表面の結果の種類を区別するため、透過光を撮像するための第１撮像装置と、正反射光を撮像するための第２撮像装置と、散乱光を撮像するための第３撮像装置とを用い、これら３種類の撮像装置によって得られた撮像データを解析することから、検査に時間がかかるおそれがある。

本発明は、従来と比較して速やかにワークの表面の凹凸を検査できる凹凸検査方法及び凹凸検査装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る凹凸検査方法は、ワーク（例えば、後述のワークＷ）の表面（例えば、後述の表面Ｓ）の凹凸を検査する方法であって、前記表面に対し幅方向に沿って線状に延びるスリット光（例えば、後述のスリット光Ｌ）を、０°より大きく９０°より小さな入射角（例えば、後述の入射角θ）で照射する照射工程と、前記表面で反射したスリット光を前記表面の上方から撮像する撮像工程と、前記撮像された画像において、前記幅方向と平行な基準線（例えば、後述の基準線Ｌｎ）から前記スリット光までの前記幅方向と垂直な方向（例えば、後述の搬送方向Ｆ）に沿ったオフセット量（例えば、後述のオフセット量δ）に基づいて前記表面における凹凸を検査する検査工程と、を備えることを特徴とする。なお本発明では、幅方向に沿って視た場合における入射光と表面との成す角を入射角と定義する。

（２）この場合、前記ワークを前記幅方向と垂直な搬送方向（例えば、後述の搬送方向Ｆ）に沿って搬送しながら前記照射工程、前記撮像工程、及び前記検査工程を行うことが好ましい。

（３）この場合、前記検査工程では、前記入射角及び前記オフセット量に基づいて、前記表面における凹凸の基準面（例えば、後述の基準面Ｓｎ）からの高さ（例えば、後述の高さｈ）を算出することが好ましい。

（４）本発明に係る凹凸検査装置（例えば、後述の凹凸検査装置１）は、ワーク（例えば、後述のワークＷ）の表面（例えば、後述の表面Ｓ）の凹凸を検査するものであって、前記ワークが載置されるステージ（例えば、後述の検査ステージ２）と、前記表面に対し幅方向に沿って線状に延びるスリット光（例えば、後述のスリット光Ｌ）を、０°より大きく９０°より小さな入射角（例えば、後述の入射角θ）で照射する光源（例えば、後述の光源４）と、前記表面で反射したスリット光を前記表面の上方から撮像するカメラ（例えば、後述のカメラ５）と、前記カメラによって撮像された画像に基づいて前記表面における凹凸を検査する画像処理装置（例えば、後述の画像処理装置６）と、を備え、前記画像処理装置は、前記画像において、前記幅方向と平行な基準線（例えば、後述の基準線Ｌｎ）から前記スリット光までの前記幅方向と垂直な方向（例えば、後述の搬送方向Ｆ）に沿ったオフセット量（例えば、後述のオフセット量δ）に基づいて前記表面における凹凸を検査することを特徴とする。

（１）本発明では、ワークの表面に対し幅方向に沿って線状に延びるスリット光を、０°より大きくかつ９０°より小さな入射角で照射し、この表面で反射したスリット光を表面の上方から撮像する。ここで上述のようなスリット光が照射される部分に凹凸が存在する場合、表面においてこのスリット光が反射する位置は、凹凸が存在する部分においてその凹凸の高さに応じた分だけ幅方向に対し垂直な方向へオフセットする。そこで本発明では、撮像された画像において、幅方向と平行な基準線からスリット光までの幅方向と垂直な方向に沿ったオフセット量に基づいて表面における凹凸を検査する。このように本発明では、ワークの表面のうち線状のスリット光が照射される部分を一度に検査できるので、速やかにワーク表面における凹凸を検査できる。

（２）本発明では、幅方向と垂直な搬送方向に沿ってワークを搬送しながら照射工程、撮像工程、及び検査工程を行う。従って本発明によれば、幅方向に沿って線状に延びるスリット光を搬送方向に沿って走査させながら、ワーク表面の広範囲にわたり凹凸を検査できる。また本発明では、ワークを搬送方向に沿って搬送することによってスリット光を搬送方向に沿って走査させることにより、光源の位置及び向きや撮像装置の位置や向きを固定できるので、簡易な構成で表面の凹凸を検査できる。

（３）上述のオフセット量は、入射角や凹凸の基準面からの高さによって変化する。そこで本発明では、予め定められた入射角と画像から得られるオフセット量とに基づいて、表面における凹凸の基準面からの高さを算出する。従って本発明によれば、簡易な演算でワークの表面における凹凸の高さを算出できる。

（４）本発明の凹凸検査装置は、ワークが載置されるステージと、ワークの表面に対し幅方向に沿って線状に延びるスリット光を０°より大きく９０°より小さな入射角で照射する光源と、表面で反射したスリット光を表面の上方から撮像するカメラと、カメラによって得られた画像において、幅方向と平行な基準線からスリット光までの幅方向と垂直な方向に沿ったオフセット量に基づいて、ワークの表面における凹凸を検査する画像検査装置と、を備える。このように本発明では、ワークの表面のうち線状のスリット光が照射される部分を一度に検査できるので、速やかにワーク表面における凹凸を検査できる。また本発明では、凹凸を検査するにあたり少ない台数の光源やカメラで検査できるので、凹凸検査装置全体の大きさを小さくできる。

本発明の一実施形態に係る凹凸検査装置の構成を示す図である。 光源からワークの表面に照射されるスリット光の入射角を説明するための図である。 ワークの表面に存在する凸部の拡大斜視図である。 スリット光が凸部に照射された時にカメラによって撮像された画像の一例である。 凹凸検査装置を用いてワークの表面の凹凸を検査する凹凸検査方法の具体的な手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る凹凸検査装置１の構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る凹凸検査装置１の構成を模式的に示す図である。凹凸検査装置１は、平板状のワークＷが載置される検査ステージ２と、検査ステージ２上でワークＷを搬送方向Ｆに沿って搬送する搬送装置３と、検査ステージ２上のワークＷの表面Ｓに光を照射する光源４と、検査ステージ２上のワークＷの表面Ｓを撮像するカメラ５と、カメラ５によって撮像された画像に基づいてワークＷの表面Ｓにおける凹凸を検査する画像処理装置６と、を備える。

ワークＷは、長尺の帯状である。ワークＷの表面Ｓは塗装が施されており、黒色である。より具体的には、ワークＷは、長尺の帯状のカーボンペーパーに、炭素材、撥水材、触媒、及び導電材等の材料を塗布することによって製造される燃料電池用の電極層である。このような電極層であるワークＷを用いて製造される燃料電池の商品性を向上するためには、ワークＷの表面Ｓの凹凸の大きさは所定の基準以下であり、極力平坦であることが要求される。凹凸検査装置１は、ワークＷの表面Ｓにこのような所定の基準を超える大きさの凹凸の有無を検査するために用いられる。以上のように本実施形態では、凹凸検査装置１の供試体であるワークＷを燃料電池用の電極層とする場合について説明するが、本発明はこれに限らない。ワークＷは、平板状の部分を有するものであればどのようなものであってもよい。

搬送装置３は、検査ステージ２の一方側（図１において左側）に設けられた送りローラ３１ａ，３１ｂと、検査ステージ２の他方側（図１において右側）に設けられた回収ローラ３２ａ，３２ｂと、を備える。搬送装置３は、送りローラ３１ａ，３１ｂを回転することによってこれら送りローラ３１ａ，３１ｂによって挟まれたワークＷを回収ローラ３２ａ，３２ｂ側へ送り出すとともに、回収ローラ３２ａ，３２ｂを回転することによって送りローラ３１ａ，３１ｂから送り出されるワークＷを回収することにより、ワークＷを検査ステージ２上において搬送方向Ｆに沿って搬送する。

カメラ５は、検査ステージ２上において予め定められた検査エリアＡの上方に設けられる。より具体的には、カメラ５は、その光軸Ｏが検査エリアＡにおけるワークＷの表面Ｓに対し直交するように、検査エリアＡの上方に設けられる。カメラ５は、後述のように光源４から検査エリアＡ上のワークＷの表面Ｓに照射され、この表面Ｓにおいて反射するスリット光Ｌを、表面Ｓの上方から撮像し、得られた画像データを画像処理装置６へ送信する。

光源４は、検査ステージ２の上方のうち、検査エリアＡよりも搬送方向Ｆに沿ってやや前方側又は検査エリアＡよりも搬送方向Ｆに沿ってやや後方側に設けられる。なお図１には、光源４を、検査ステージ２の上方のうち検査エリアＡよりも搬送方向Ｆに沿ってやや前方側に設けた場合を示すが、光源４の設置位置はこれに限らない。光源４は、このように検査エリアＡから搬送方向Ｆに沿ってややオフセットした設置位置から、検査エリアＡ上のワークＷの表面Ｓに対し、搬送方向Ｆに対して垂直なワークＷの幅方向に沿って線状に延びるスリット光Ｌを照射する。図１に示すように、光源４から照射するスリット光Ｌの幅方向に沿った長さは、ワークＷの幅方向に沿った両端部を横断するように設定することが好ましい。本実施形態では、光源４として約４００ｎｍの波長の青色光を発生する青色ＬＥＤを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。光源４は、白色光を発生する白色ＬＥＤや、レーザ光を発生するレーザ発振器を用いてもよい。

図２は、光源４からワークＷの表面Ｓに照射されるスリット光Ｌの入射角を説明するための図であり、光源４及びワークＷを、ワークＷの幅方向に沿って視た図である。本発明では、図２に示すように、ワークＷの幅方向に沿って視た場合におけるスリット光ＬとワークＷの表面Ｓとの成す角θを、スリット光Ｌの入射角と定義する。このような定義の下で、光源４の設置位置や光軸の向きは、スリット光Ｌの入射角θが０°より大きく９０°より小さくなるように設定される。

画像処理装置６は、カメラ５によって撮像された画像データに基づいて各種演算を行うコンピュータである。画像処理装置６は、画像データに基づいて以下で説明する演算を行うことにより、検査エリアＡ上のワークＷの表面Ｓにおける凹凸の有無を検査する。

図３は、ワークＷの表面Ｓに存在する凸部Ｃの拡大斜視図である。
図４は、スリット光Ｌが上記凸部Ｃに照射された時にカメラ５によって撮像された画像の一例である。図４では、表面Ｓで反射するスリット光Ｌを太実線で示す。

上述のようにカーボンペーパーの表面に各種材料を塗装する過程において、ワークＷの表面Ｓには、塗料溜りとして図３に示すように平坦な基準面Ｓｎからの高さがｈ［μｍ］程度の凸部Ｃが形成される場合がある。このような凸部Ｃに対し上述のように入射角θが設定された線状のスリット光Ｌを照射し、表面Ｓにおいて反射するスリット光Ｌをカメラ５によって撮像すると、図４に示すように、スリット光Ｌは、基準面Ｓｎにおいては図４中破線で示すようなワークＷの幅方向と平行な所定の基準線Ｌｎと一致するが、凸部Ｃが存在する部分においては基準線Ｌｎから搬送方向Ｆに沿って前方側へオフセットする。またこの基準線Ｌｎとスリット光Ｌとの間の搬送方向Ｆに沿ったオフセット量δ［μｍ］とスリット光Ｌの入射角θとを用いると、未知である凸部Ｃの高さｈは、下記式（１）によって表される。なお図示及び詳細な説明は省略するが、ワークＷの表面Ｓに凹部が存在する場合、下記式（１）によって算出される高さｈは負値となる。
ｈ＝δ×ｔａｎθ （１）

以上のようにスリット光Ｌの基準線Ｌｎからのオフセット量δとワークＷの表面Ｓにおける凹凸の高さｈとの間には相関関係がある。そこで画像処理装置６は、カメラ５から送信される画像データに基づいてオフセット量δを算出し、このオフセット量δに基づいて表面Ｓにおける凹凸の高さを算出したり、表面Ｓにおける所定の基準より大きな凹凸の有無を判定したり、凹凸が存在する位置を特定したりする。

より具体的には、画像処理装置６は、カメラ５から送信される画像データからスリット光Ｌの位置データを算出し、このスリット光Ｌの位置データと予め設定された基準線Ｌｎの位置データとを比較することにより、スリット光Ｌが反射する部分におけるオフセット量δを算出する。ここで基準線Ｌｎの位置はワークＷの基準面Ｓｎにおける厚みによって定まることから、基準線Ｌｎの位置データは、凹凸検査装置１の供試体とするワークＷの厚みの設計値に基づいて画像処理装置６において予め算出することができる。画像処理装置６は、上記のように算出したオフセット量δと、予め設定されたスリット光Ｌの入射角θとを上記式（１）に入力することにより、表面Ｓにおいてスリット光Ｌが反射する部分における凹凸の高さｈを算出する。また画像処理装置６は、以上のように算出したスリット光Ｌが反射する部分における高さｈと予め設定された閾値とを比較することにより、所定の基準より大きな凹凸の有無を判定したり、またこの凹凸が存在する位置座標を特定したりする。

図５は、以上のような凹凸検査装置１を用いてワークＷの表面Ｓの凹凸を検査する凹凸検査方法の具体的な手順を示すフローチャートである。

Ｓ１では、照射工程を開始し、Ｓ２に移る。この照射工程では、光源４をオンにし、ワークＷの表面Ｓに対し幅方向に沿って線状に延びるスリット光Ｌを、０°より大きく９０°より小さく設定された入射角θで照射する。

Ｓ２では、搬送工程を開始し、Ｓ３に移る。この搬送工程では、搬送装置３をオンにし、検査ステージ２上でワークＷを搬送方向Ｆに沿って搬送する。

Ｓ３では、撮像工程を実行し、Ｓ４に移る。この撮像工程では、ワークＷの表面Ｓの上方に設置されたカメラ５は、光源４から表面Ｓに照射され、この表面Ｓにおいて反射するスリット光を撮像し、その画像データを画像処理装置６へ送信する。

Ｓ４では、検査工程を実行し、Ｓ５に移る。この検査工程では、画像処理装置６は、カメラ５によって得られた画像データにおいて、基準線Ｌｎからスリット光Ｌまでの搬送方向Ｆに沿ったオフセット量δを算出し、このオフセット量δに基づいて、表面Ｓのうちスリット光Ｌが反射する部分における凹凸を検査する。より具体的には、画像処理装置６では、スリット光Ｌの入射角θ及び上述のように算出したオフセット量δに基づいて、スリット光Ｌが反射する部分における凹凸の基準面からの高さｈを算出したり、この高さｈと閾値とを比較することによって所定の基準より大きな凹凸の有無を判定したり、この凹凸が存在する位置座標を特定したりする。

Ｓ５では、検査を終了するか否かを判定する。Ｓ５の判定結果がＮＯであり検査を継続する場合にはＳ３に戻り、Ｓ５の判定結果がＹＥＳであり検査を終了する場合には図５の処理を終了する。以上のように図５の凹凸検査方法では、ワークＷを搬送方向Ｆに沿って搬送しながら照射工程、撮像工程、及び検査工程を繰り返し実行する。これによりワークＷの表面Ｓを幅方向に沿って横断する線状のスリット光ＬをワークＷの長手方向に沿って走査しながら、このワークＷの表面Ｓにおける凹凸を連続的に検査することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

１…凹凸検査装置
Ｗ…ワーク
Ｓ…表面
Ｆ…搬送方向
２…検査ステージ（ステージ）
４…光源
Ｌ…スリット光
θ…入射角
５…カメラ
６…画像処理装置

Claims (4)

1. ワークの表面の凹凸検査方法であって、
   前記表面に対し幅方向に沿って線状に延びるスリット光を、０°より大きく９０°より小さな入射角で照射する照射工程と、
   前記表面で反射したスリット光を前記表面の上方から撮像する撮像工程と、
   前記撮像された画像において、前記幅方向と平行な基準線から前記スリット光までの前記幅方向と垂直な方向に沿ったオフセット量に基づいて前記表面における凹凸を検査する検査工程と、を備えることを特徴とする凹凸検査方法。
2. 前記ワークを前記幅方向と垂直な搬送方向に沿って搬送しながら前記照射工程、前記撮像工程、及び前記検査工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の凹凸検査方法。
3. 前記検査工程では、前記入射角及び前記オフセット量に基づいて、前記表面における凹凸の基準面からの高さを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の凹凸検査方法。
4. ワークの表面の凹凸を検査する凹凸検査装置であって、
   前記ワークが載置されるステージと、
   前記表面に対し幅方向に沿って線状に延びるスリット光を、０°より大きく９０°より小さな入射角で照射する光源と、
   前記表面で反射したスリット光を前記表面の上方から撮像するカメラと、
   前記カメラによって撮像された画像に基づいて前記表面における凹凸を検査する画像処理装置と、を備え、
   前記画像処理装置は、前記画像において、前記幅方向と平行な基準線から前記スリット光までの前記幅方向と垂直な方向に沿ったオフセット量に基づいて前記表面における凹凸を検査することを特徴とする凹凸検査装置。

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