JP2021189142A - 燃料電池セパレータの検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚れを凹凸として誤認することを抑制し、正しい凹凸情報に基づく検査の実施を可能にすることで、検査精度の向上を実現することができる燃料電池セパレータの検査装置を提供する。【解決手段】セパレータ検査装置１は、バー照明１１を有し、バー照明１１を用いて燃料電池セパレータＳを照射することで、燃料電池セパレータＳの外観に関する第１画像を検出する第１光学検出部１０と、ドーム照明２１を有し、ドーム照明２１を用いて燃料電池セパレータＳを照射することで、燃料電池セパレータＳの外観に関する第２画像を検出する第２光学検出部２０と、第１画像及び第２画像に基づいて、第１画像と第２画像との差分画像を生成する画像処理部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池セパレータの検査装置に関する。

近年、車両の燃料電池には、低コストかつ良好な強度を有する、金属セパレータが一般的に採用されている。このような金属セパレータは、純チタン又はチタン合金からなる金属基材と、金属基材上に形成された炭素層等の耐食性被膜によって構成されている。

一方、金属セパレータの製造過程において、金属基材上に耐食性被膜を形成するときに発生する水素ガスや熱硬化時の出ガス等により、耐食性被膜にピンホールやクラック等の欠陥が生じることがある。このような欠陥が存在すると、耐食性被膜の耐食性が低下し、金属基材の腐食が進行して金属基材と耐食性被膜との接触抵抗が大きくなってしまう。すなわち、セパレータの外観欠陥は、セパレータの機能に大きな影響を与える。上記問題に対して、光学検査装置を用いて、セパレータの外観欠陥を検出する従来技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、燃料電池の金属セパレータの耐食性被膜に腐食液を接触させることにより、欠陥箇所に金属基材の腐食生成物を成長させる腐食工程と、耐食性被膜の表面を光学装置で検査し、腐食生成物を検出したときに検査対象の金属セパレータを不良と判定する検出工程と、を有する燃料電池用金属セパレータの検査方法が開示されている。すなわち、特許文献１に開示された燃料電池用金属セパレータの検査方法は、１つの光学装置を用いて、欠陥箇所に成長した腐食生成物の画像を検出し、その検出された画像に基づいて、セパレータの良否判定を実現している。

特開２０１２−０５９４８５号公報

しかしながら、一般的に、燃料電池セパレータの表面には、欠陥等の凹凸が存在しているのみならず、汚れも付着している。このため、特許文献１に開示された１つの光学装置のような通常の光学検査装置を用いて検査判定に必要な画像を検出するとき、凹凸の画像とともに、汚れの画像も検出していまう。一方、汚れの実際の規格サイズは凹凸と異なるものの、通常の光学検査装置によって検出された汚れの画像は、凹凸の画像と酷似している。よって、通常の光学検査装置は、汚れの画像と凹凸の画像との区別をつきにくく、セパレータの機能に影響を与えることがない汚れを凹凸として認識してしまうことがある。その結果、機能上問題のないセパレータを間違えて欠陥があるものとして検出してしまい、セパレータの外観欠陥を正確に検査することができなくなる。

本発明はこのような事情に鑑みて発明されたものであり、本発明の目的は、汚れを凹凸として誤認することを抑制し、正しい凹凸情報に基づく検査の実施を可能にすることで、検査精度の向上を実現することができる燃料電池セパレータの検査装置を提供することである。

本発明の一態様は、バー照明を有し、バー照明を用いて燃料電池セパレータを照射することで、燃料電池セパレータの外観に関する第１画像を検出する第１光学検出部と、ドーム照明を有し、ドーム照明を用いて燃料電池セパレータを照射することで、燃料電池セパレータの外観に関する第２画像を検出する第２光学検出部と、第１画像及び第２画像に基づいて、第１画像と第２画像との差分画像を生成する画像処理部と、を備える燃料電池セパレータの検査装置である。

上記態様の燃料電池セパレータの検査装置は、第１光学検出部に加えて第２光学検出部を採用することで、第１光学検出部によって、燃料電池セパレータの外観に関する第１画像を検出するとともに、第２光学検出部によって、燃料電池セパレータの外観に関する、第１画像と異なる第２画像を検出することができる。そして、燃料電池セパレータの検査装置の画像処理部は、第１画像から、第２画像に対応する画像を排除することで、燃料電池セパレータの外観に関する差分画像を得ることができる。よって、燃料電池セパレータの検査装置は、正確性が高い差分画像を用いて、セパレータの外観に関する検査をことができる。その結果、燃料電池セパレータの検査装置に係る検査精度を向上することが可能になる。

本発明によれば、汚れを凹凸として誤認することを抑制し、正しい凹凸情報に基づく検査の実施を可能にすることで、検査精度の向上を実現することができる燃料電池セパレータの検査装置を提供することが可能になる。

本実施形態に係るセパレータ検査装置の構成を示す図である。 本実施形態に係るセパレータ検査装置によって検出された又は生成された画像を示す模式図である。図２（ａ）は、第１画像を示す図であり、図２（ｂ）は、第２画像を示す図であり、図２（ｃ）は、差分画像を示す図である。 本実施形態に係る第１光学検出部によって検出された第１画像の特徴を示す図である。 本実施形態に係るセパレータ検査装置を用いて行われる検査方法のフローチャート図です。 本実施形態に係るセパレータ検査装置によって検出された又は生成された検査結果を示す図である。図５（ａ）は、第１画像に係る検査結果を示す図であり、図５（ｂ）は、第２画像に係る検査結果を示す図であり、図５（ｃ）は、差分画像に係る検査結果を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。

［本実施形態］
＜セパレータ検査装置１＞
まず、図１乃至図３を参照しつつ、本実施形態に係るセパレータ検査装置１の構成について説明する。

ここで、図１は、本実施形態に係るセパレータ検査装置１の構成を示す図である。図２は、本実施形態に係るセパレータ検査装置１によって検出された又は生成された画像を示す模式図である。図２（ａ）は、第１画像Ｐ１を示す図であり、図２（ｂ）は、第２画像Ｐ２を示す図であり、図２（ｃ）は、差分画像Ｐ３を示す図である。なお、図２において、星形状は、凹凸の画像を示し、円状は、汚れの画像を示す。図３は、本実施形態に係る第１光学検出部１０によって検出された第１画像Ｐ１の特徴を示す図である。

本実施形態に係るセパレータ検査装置１は、車両の燃料電池を構成する金属セパレータの外観欠陥を検査する検査装置の一例である。図１に示すように、セパレータ検査装置１は、検査対象のセパレータＳを一定の速度（例えば、１５ｍｐｍ）で搬送する搬送装置の上方側に固定されている。こうして、セパレータＳの検査を行うとき、セパレータ検査装置１は、搬送装置によって搬送されたセパレータＳの全体を検査することができる。

また、図１に示すように、セパレータ検査装置１は、セパレータＳの外観に関する画像を検出するための第１光学検出部１０及び第２光学検出部２０と、第１光学検出部１０及び第２光学検出部２０のそれぞれによって検出された画像に基づいて画像処理を行うための画像処理部３０とを備える。なお、セパレータ検査装置１は、画像処理部３０によって処理された画像に基づいて、出力処理を行うためのデータ出力部４０を備えてもよい。

（第１光学検出部１０）
第１光学検出部１０は、セパレータＳの外観に関する第１画像Ｐ１を検出するための構成である。この第１光学検出部１０は、その長手方向が、搬送装置の搬送方向と垂直するように配置されている。また、第１光学検出部１０は、バー照明１１と、ラインカメラ１２とを有する。

バー照明１１は、一方向からの光をセパレータＳの表面に照射するバー方式のＬＥＤ照明である。このような一方向からの光によって照射されると、セパレータＳの表面に係る平坦な部分は正反射をし、一方、凹凸及び汚れ（曲面）は乱反射をする。

よって、バー照明１１を用いてセパレータＳを照射するとき、セパレータＳの表面に凹凸及び汚れが存在しない場合、バー照明１１からの入射光は、セパレータＳの表面に係る平坦な部分によって正反射される。その結果、このような場合に係るセパレータＳによる反射光は、均一である。

これに対して、セパレータＳの表面に凹凸及び汚れが存在する場合、バー照明１１からの入射光は、セパレータＳの表面に係る平坦な部分によって正反射されるほか、凹凸及び汚れによって乱反射される。その結果、このような場合に係るセパレータＳによる反射光は、不均一である。

ラインカメラ１２は、セパレータＳによって反射された、バー照明１１の入射光に係る反射光を取得することで、セパレータＳの外観画像を撮影するためのカメラである。このラインカメラ１２は、セパレータＳによって反射された反射光は不均一である場合、この反射光の不均一部分に基づいて、セパレータＳの表面にある凹凸の画像及び汚れの画像、すなわち、図２（ａ）に示す第１画像Ｐ１を検出する。

ここで、図３に示すように、第１光学検出部１０によって検出された実際の凹凸の画像及び汚れの画像では、凹凸の画像及び汚れの画像のそれぞれの特徴量、例えば、輝度や形状等がラップしている。その結果、第１光学検出部１０によって検出された、凹凸の画像と、汚れの画像とは、酷似している。

（第２光学検出部２０）
第２光学検出部２０は、セパレータＳの外観に関する第２画像Ｐ２を検出するための構成である。この第２光学検出部２０は、その長手方向が、搬送装置の搬送方向と垂直するように配置されている。また、第２光学検出部２０は、ドーム照明２１と、ラインカメラ２２とを有する。

ドーム照明２１は、全方向からの光をセパレータＳの表面に均一照射するドーム方式のＬＥＤ照明である。このような全方向からの光によって照射されると、バー照明１１によって照射される場合と異なり、セパレータＳの表面に係る平坦な部分及び凹凸は正反射をし、一方、汚れ（曲面）のみは乱反射をする。

よって、バー照明１１を用いてセパレータＳを照射するとき、セパレータＳの表面に凹凸及び汚れが存在しない場合及びセパレータＳの表面に凹凸のみが存在する場合、バー照明１１からの入射光は、セパレータＳの表面に係る平坦な部分、又は平坦な部分及び凹凸によって正反射される。その結果、このような場合に係るセパレータＳによる反射光は、均一である。

これに対して、セパレータＳの表面に凹凸及び汚れが存在する場合、バー照明１１からの入射光は、セパレータＳの表面に係る平坦な部分及び凹凸によって正反射されるほか、汚れによって乱反射される。その結果、このような場合に係るセパレータＳによる反射光は、不均一である。

ラインカメラ２２は、セパレータＳによって反射された、ドーム照明２１の入射光に係る反射光を取得することで、セパレータＳの外観画像を撮影するためのカメラである。なお、ラインカメラ２２は、ラインカメラ１２と同じ構成を有してもよい。このラインカメラ２２は、セパレータＳによって反射された反射光は不均一である場合、この反射光の不均一部分に基づいて、セパレータＳの表面にある汚れの画像、すなわち、図２（ｂ）に示す第２画像Ｐ２を検出する。

また、ドーム照明２１によって照射される場合、上述したように、凹凸は、乱反射しない。このため、第１光学検出部１０のラインカメラ１２と異なり、第２光学検出部２０のラインカメラ２２は、セパレータＳの表面にある凹凸の画像を検出することができない。すなわち、第２画像Ｐ２は、汚れの画像のみを含む。

（画像処理部３０）
画像処理部３０は、第１画像Ｐ１及び第２画像Ｐ２に基づいて、セパレータＳの外観の凹凸に係る差分画像Ｐ３を生成するための構成である。また、画像処理部３０は、例えば、画像データ読取部、リファレンス画像処理部、検査画像処理部、欠陥検出部及び強調処理部を有する。

差分画像Ｐ３を生成する過程において、画像処理部３０は、まず、第１光学検出部１０によって検出された、凹凸の画像及び汚れの画像を含む第１画像Ｐ１と、第２光学検出部２０によって検出された、汚れの画像のみを含む第２画像Ｐ２とを取得する。次に、画像処理部３０は、第２画像Ｐ２に係る汚れの画像を用いて、第１画像Ｐ１に係る凹凸及び汚れの画像のうち、第２画像Ｐ２に係る汚れに対する汚れの画像の表示を消すことで、第１画像Ｐ１に係る凹凸の画像だけを残す画像処理を行う。こうして、画像処理部３０は、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との差分画像である、凹凸の画像のみを含む差分画像Ｐ３を生成する。

（データ出力部４０）
データ出力部４０は、画像処理部３０によって生成された差分画像Ｐ３に基づいて、セパレータＳの外観欠陥の有無の判定、セパレータＳの耐食性被膜の膜厚の計算、及び外観欠陥の有無の判定結果や耐食性被膜の膜厚の計算結果をディスプレイへ出力することを行うための構成である。また、データ出力部４０は、例えば、判定部、膜厚算出部及びディスプレイを有する。

＜セパレータＳの検査方法＞
次に、図４を参考しつつ、本実施形態に係るセパレータＳの検査方法について説明する。図４は、本実施形態に係るセパレータ検査装置１を用いて行われる検査方法のフローチャート図です。

まず、バー照明１１を用いて、セパレータＳの外観に関する第１画像Ｐ１を検出する（Ｓ１０）。

具体的には、第１光学検出部１０のバー照明１１を用いて、セパレータＳの表面に向かって一方向からの光を照射する。そして、第１光学検出部１０のラインカメラ１２を用いて、セパレータＳによる反射された、バー照明１１からの入射光に係る反射光を取得し、凹凸の画像と汚れの画像との両方を含む第１画像Ｐ１を検出する。

続いて、ドーム照明２１を用いて、セパレータＳの外観に関する第２画像Ｐ２を検出する（Ｓ２０）。

具体的には、第２光学検出部２０のドーム照明２１を用いて、セパレータＳの表面に向かって全方向からの光を照射する。そして、第２光学検出部２０のラインカメラ２２を用いて、セパレータＳによって反射された、ドーム照明２１からの入射光に係る反射光を取得し、汚れの画像のみを含む第２画像Ｐ２を検出する。

その後、第１画像Ｐ１及び第２画像Ｐ２に基づいて、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との差分画像Ｐ３を生成する（Ｓ３０）。

具体的には、画像処理部３０を用いて、第１画像Ｐ１及び第２画像Ｐ２を取得した上で、第１画像Ｐ１及び第２画像Ｐ２に基づいて、第１画像Ｐ１に係る汚れの画像の表示を消すことで、第１画像Ｐ１と第２画像Ｐ２との差分画像である、凹凸の画像のみを含む差分画像Ｐ３を生成する。

こうして、本実施形態に係るセパレータ検査装置１を用いてセパレータＳの外観欠陥に対する検査が終了する。

なお、セパレータ検査装置１は、データ出力部４０を備える場合、Ｓ３０が行われた後に、データ出力部４０を用いて、Ｓ３０で生成された差分画像Ｐ３に基づいて、セパレータＳの外観欠陥の判定、セパレータＳの耐食性被膜の厚さの計算、及びこれらの外観欠陥の判定結果や耐食性被膜の厚さの計算結果をディスプレイに送信する処理を行ってもよい。

＜セパレータ検査装置１の検査精度＞
続いて、図５を参考しつつ、比較例に係る光学検査装置の検査結果と比較しながら、本実施形態に係るセパレータ検査装置１の検査精度について説明する。また、ここで説明する比較例に係る光学検査装置は、一般的に使用されている光学検査装置であり、すなわち、本実施形態に係るセパレータ検査装置１の第１光学検出部１０のみを採用している検査装置である。

図５は、検査対象のセパレータＳに対して、本実施形態に係るセパレータ検査装置１によって検出された又は生成された実際の検査結果を示す図である。図５（ａ）は、第１画像Ｐ１に係る検査結果を示す図であり、図５（ｂ）は、第２画像Ｐ２に係る検査結果を示す図であり、図５（ｃ）は、差分画像Ｐ３に係る検査結果を示す図である。また、図５（ａ）は、比較例に係る第１光学検出部１０を採用する光学検査装置の検査結果を示す図でもある。

（本実施形態に係るセパレータ検査装置１の検査結果）
まず、図５（ａ）乃至図５（ｃ）を参照しつつ、本実施形態に係るセパレータ検査装置１によって検査された検査結果について分析する。

図５（ａ）乃至図５（ｃ）に示すように、本実施形態に係るセパレータ検査装置１によって検査された検査結果において、第１画像Ｐ１に係る検査結果に含まれるセパレータＳの外観欠陥数、すなわち凹凸及び汚れの合計数は、７９１１個である。第２画像Ｐ２に係る検査結果に含まれるセパレータＳの外観欠陥数、すなわち汚れのみの数は、３１４４個である。差分画像Ｐ３に係る検査結果に含まれるセパレータＳの外観欠陥数、すなわち凹凸のみの数は、４８６４個である。

上記差分画像Ｐ３に係る検査結果によれば、本実施形態に係るセパレータ検査装置１によって検査された凹凸に係る外観欠陥数は、差分画像Ｐ３に係る外観欠陥数であり、すなわち４８６４個である。

（比較例に係る光学検査装置の検査結果）
一方、図５（ａ）に示すように、比較例に係る光学検査装置によって検査されたセパレータＳの外観欠陥数は、７９１１個である。

（本実施形態に係るセパレータ検査装置１の検査精度）
上記分析によって、本実施形態に係るセパレータ検査装置１に比べて、比較例に係る光学検査装置は、汚れを間違えて凹凸として認識した数は、３０４７個である。このため、比較例に係る光学検査装置の汚れの誤認率は、約３９％である。

このように、本実施形態に係るセパレータ検査装置１は、第１光学検出部１０に加えて第２光学検出部２０を採用することで、第２光学検出部２０によって凹凸の画像に誤認された汚れの画像、すなわち第２画像Ｐ２を検出することができる。そして、セパレータ検査装置１の画像処理部３０は、第１光学検出部１０によって検出した、凹凸の画像及び汚れの画像を含む第１画像Ｐ１から、誤認された汚れの第２画像Ｐ２を排除することで、正しい凹凸の画像に係る外観欠陥情報、すなわち差分画像Ｐ３を得ることができる。その結果、セパレータ検査装置１は、正確性が高い差分画像Ｐ３を用いて、セパレータＳの外観欠陥の判定を行うことが可能となり、高い検査精度を有するセパレータＳの外観欠陥検査を行うことができる。

また、本実施形態に係るセパレータ検査装置１の検査結果において、上記第１画像Ｐ１に係る検査結果及び第２画像Ｐ２に係る検査結果を用いて計算すると、計算結果に係る差分画像Ｐ３に係る外観欠陥数は、４７６７個である。一方、上述したように、セパレータ検査装置によって生成した差分画像Ｐ３に係る外観欠陥数は、４７６７個である。このため、本実施形態に係るセパレータ検査装置１によって生成した実際の外観欠陥数の正確率は、約９８％である。よって、本実施形態に係るセパレータ検査装置１は、高い検査精度を有する。

このように、本実施形態では、汚れを凹凸として誤認することを抑制し、正しい凹凸情報に基づく検査を可能にすることで、検査精度の向上を実現することができる燃料電池セパレータの検査装置を提供することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…セパレータ検査装置、１０…第１光学検出部、１１…バー照明、２０…第２光学検出部、２１…ドーム照明、３０…画像処理部

Claims (1)

1. バー照明を有し、前記バー照明を用いて燃料電池セパレータを照射することで、前記燃料電池セパレータの外観に関する第１画像を検出する第１光学検出部と、
   ドーム照明を有し、前記ドーム照明を用いて前記燃料電池セパレータを照射することで、前記燃料電池セパレータの外観に関する第２画像を検出する第２光学検出部と、
   前記第１画像及び前記第２画像に基づいて、前記第１画像と前記第２画像との差分画像を生成する画像処理部と、を備える
   燃料電池セパレータの検査装置。

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