JP4056399B2 - 外観欠陥検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、積層型電子写真感光体の外観欠陥検査過程に適用される外観欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層型電子写真感光体、特にデジタル画像処理に対応する感光体において、外観欠陥等が生じると、表面層では光沢面に起因する正反射光成分と表面層凹凸に起因する散乱光成分からなる反射を起こし、一方、内部層では欠陥での選択吸収を伴う拡散反射光成分が発生する。
【０００３】
一般的に、撮像カメラを用いた欠陥検査方式としては、単一照明・撮像系による斜方照明による拡散反射受光方式が採られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来方式においては、図１８に示すように表面層１０１，内部層１０２，ベース１０３からなる感光体１００の表面層１０１における凹凸情報を含んだ成分は、その凹凸１０１ａが鏡面反射性の自由曲面であるので、図１８（ａ）〜（ｃ）のように３次元形状が一定でなく、様々な傾角を有した面を構成しており、この場合、表面層１０１を照明する入射光１０４の入射角度が一定であると、凹凸１０１ａによる散乱光１０５の指向性が凹凸１０１ａの傾角によって変化するため、散乱光１０５は、表面層１０１の前方に設置されている撮像カメラの受光範囲から外れることが多く、実際には表面層１０１に凹凸１０１ａが存在しているにも拘らず、撮像信号には情報が入らないことが発生する。
【０００５】
このため、欠陥による全ての表面層１０１の反射成分と内部層１０２の反射成分の双方を同時に撮像カメラに取り込めるような反射指向性を光学系に持たせなければならないが、従来、一定入射角の単一照明系および撮像系で、このことを行うことは非常に困難であった。また、２つの異なった反射指向性を持った検査対象の各々の欠陥を検出する場合、セオリーとして２系統の照明手段あるいは２系統の撮像手段を併用する対策がとられており、単一面性状のチャート，校正シートでは異なる二反射面性状に存在する欠陥を評価する特性が得られず、充分な補正が行えなかった。
【０００６】
また、この問題を解決するために、斜方照明において照射角を小さくし正反射光成分を多く取り込むと、高輝度の正反射光成分によりコントラストが低下し、欠陥の撮像が困難となる。
【０００７】
また、マスタドラムを用いたカメラ受光位置補正では、マスタドラム上の特定位置に欠陥が存在するため、撮像面への位置合わせが困難となり、定期的に実施する校正においては、校正作業に人為的ミスが誘発されやすく、校正作業に煩雑かつ熟練を要する等の問題があるばかりでなく、対象欠陥ごとにマスタドラムを複数種類用意する必要が生じ、その保管，管理が非常に煩雑であるという問題が発生する。
【０００８】
さらに、補正を行う場合、カメラ受光位置は、異なる反射指向性を有した２つの相乗された反射光を、高いコントラストで受光するクリティカルな位置に設定される必要があるため、従来、これらのセッティングには、直感的，経験主義的な試行錯誤が伴い、非常に効率が悪かった。
【０００９】
本発明の目的は、感光体表面の欠陥が、高いコントラストで検出できるようにした外観欠陥検査装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の外観欠陥検査装置は、積層型電子写真感光体に照明装置からライトガイドを介して所定角度で光を照射し、この照射された感光体面を撮像カメラによって法線方向から撮像し、撮像部分の光学的変化を捕らえて欠陥凹凸を検出する外観欠陥検査装置において、少なくとも表面層と内部層とを備えた前記積層型電子写真感光体と前記照明装置との光路中に、前記撮像部分における最も強い正反射光成分となるライトガイド輝線を４０〜６０％遮光するように、照射光の空間強度分布を調整するためのストレートエッジを有する遮光板を設置したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の外観欠陥検査装置は、積層型電子写真感光体に照明装置から所定角度で光を照射し、この照射された感光体面を撮像カメラによって法線方向から撮像し、撮像部分の光学的変化を捕らえて欠陥凹凸を検出する外観欠陥検査装置において、少なくとも表面層と内部層とを備えた前記積層型電子写真感光体と前記照明装置との光路中に、前記照明装置の光出射端部にコリメートレンズ系を設けると共に、前記積層型電子写真感光体と前記照明装置との間に最も強い正反射光成分を拡散する光拡散板を設けることにより、照射光の空間強度分布を調整したことを特徴とする。
【００１２】
前記構成の外観欠陥検査装置では、ストレートエッジを有する遮光板を用いる場合は、最も強い正反射光成分となるライトガイド輝線を４０〜６０％隠し、照射光の空間強度分布を調整する位置への調整が行われ、またコリメートレンズと拡散板の組み合わせである場合は、入射した光の多くのものが直進できるようにライン状照明装置の出射端に直進指向性を高めるコリメートレンズ系を設け、最も強い正反射光成分を拡散する光拡散板を設けることにより、照射光の空間強度分布を調整することで、凹凸撮像，欠陥撮像のための最適な投射光分布が得られ、標板，検査対象の撮像能力を持たせることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る標板の一例の斜視図、図２は本例の要部の断面図であり、アルミ板の基板１の上に白地の拡散層（内部層）２が設けられ、この拡散層２の表面には所定間隔で黒パターンからなる格子線３が形成されている。
【００１５】
また、拡散層２の白地は、酸化チタンフィラーによって完全拡散面を構成しており、格子線３は見た目上、艶消し黒となっている。なお、拡散層２は、白地でなくても有色であってもよい。
【００１６】
拡散層２の上面には、透光性光沢面を有する表面層４が設けられており、その表面には格子線３と重ならないように、所定間隔で疑似突起欠陥である突起５が形成されている。
【００１７】
なお、突起５の幅は２００μｍ、格子線３の間隔は１０ｍｍとし、受光信号を識別できるようにしてある。格子線３は矩形状でなくてもよく、また黒色でなくてもよい。
【００１８】
ここで、標板の各構成材料について説明する。
【００１９】
前記拡散層の内部層２は、光拡散性を有する酸化チタン粒子を含むもので、酸化チタンとしては屈折率が大きく、化学的にも物理的にも安定であり、白色度の大きなものが望ましい。酸化チタンには、ルチル型，アナタース型があるが、このいずれも使用できる。
【００２０】
結着剤樹脂としては、その上にさらに透光性を有する表面層４を積層することを考慮すると、一般の有機溶剤に対して耐溶剤性の高い樹脂が好ましい。水溶性樹脂，アルコール可溶性樹脂，硬化性樹脂を用いることができる。
【００２１】
感光層が電荷発生層の上に透明な電荷輸送層を積層せしめた感光体の場合、検査光が電荷輸送層表面で反射すると共に、入射光の一部は屈折して層中に入り電荷発生層の表面で反射して屈折して外部へ出ることになる。このような層構成の場合、内部欠陥と共に電荷輸送層表面の凹凸とをそれぞれ区別して検出するための位置範囲は狭いものとなる。
【００２２】
その狭い位置を決めるためには、標板の表面層４における２０°対比光沢度を０．７〜０．８とすることにより可能となる。
【００２３】
２０°対比光沢度とは、入射角２０°としたとき、反射角０°における光束Ｉ０と、正反射位置（反射角２０°）における光束Ｉ２０との比Ｉ０／Ｉ２０を表す。
【００２４】
この値は、内部層２に含まれるフィラーの粒径および含有量によって制御することができる。
【００２５】
本例では、結着剤樹脂としてオイルフリーアルキッド樹脂ベッコライトＭ６４０１（大日本インキ化学（株）製）とメラミン樹脂スーパーベッカミンＧ−８２１（大日本インキ化学（株）製）、酸化チタンとしてＴＡ−３００（富士チタン（株）製）を使用して、４００×２００ｍｍアルミ基板上に厚さ２μｍの内部層２を形成した。
【００２６】
その後、内部層２の表面に格子線３を描き、次にポリカーボネート樹脂パンライトＣ−１４００（帝人化成（株）製）を用いて、厚さ２０μｍの透光性を有する表面層４と突起５を形成した。表面層４としては成膜性のある樹脂、例えばポリエステル，ポリカーボネート，ポリスチレン等を用い、これを内部層２の表面に１０〜３０μｍ程度成膜させればよい。
【００２７】
図３は検査装置における光照明装置と標板の位置関係を示す説明図であり、７は検査時のドラムワーク位置、８はシート状または板状の図１，図２にて説明した標板、９はライン状照明装置、１０は受光装置である１次元ＣＣＤカメラ、１１はランプハウスである。
【００２８】
図４，図５，図６は光の反射の様子を示す模式図であり、これらの各図において、１２は入射光、１３はカメラ受光光軸、１４〜１６は各反射成分を示す。
【００２９】
標板８では、まず表面層４の突起５によって（散乱光成分＋正反射光成分）の相乗された反射成分１４が生成され（図４）、さらに表面層４を通過した光は、拡散層２において、格子線３に沿った拡散選択反射成分１５を生成する（図５）。この２つの光の成分が相乗されたものが塗膜外部へ反射成分１６となって出ていき（図６）、前記１次元ＣＣＤカメラ１０で受光され、信号処理システムへと信号が送り出されることになる。
【００３０】
また、前記信号処理システムは、標板８からの反射光を受光して得られる波形データにより、突起５，格子線３の特徴量を計測して、カメラ位置の妥当性を確認するためのもので、図７に例示する１次元ＣＣＤカメラ１０および信号処理装置１７と、図３に例示する補正用の標板８，ライン状照明装置９とからなる。
【００３１】
受光装置である１次元ＣＣＤカメラ１０は、適当な照明下で格子線３および突起５の反射光を受光して、受光信号を信号処理装置１７へ出力する。
【００３２】
信号処理装置１７は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル信号）変換器１８，ＣＰＵ１９などで構成される。Ａ／Ｄ変換器１８では、１次元ＣＣＤカメラ１０より入力したアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ１９では、入力された波形信号に、平滑化，微分演算，ＦＦＴ等の信号処理を施し、波形信号を定量化し、モニタ部２０へ出力する。
【００３３】
図９は標板８を撮像して得られた信号波形であり、２１は突起５の検知信号、２２は格子線３の検知信号である。今、突起５の反射光を受光していないとするとき、標板８の受光信号は図１０において２３で示されるような信号波形となる。
【００３４】
図８は信号処理のフローチャートであり、ＣＰＵ１９では、入力信号（Ｓ１）に対してＡ／Ｄ変換後（Ｓ２）、高周波ノイズ処理（平滑化処理）（Ｓ３）を行った後、１階時間微分を行う（Ｓ４）。微分され強調処理された波形は、この後、単純にＣＰＵ１９内で判定のための閾値と比較されてもよいが、突起５の前記検知信号２１の出現周期で定量化を行った場合の方が補正の精度が向上することにより、高速フーリェ変換ないしは最大エントロピ法といった周波数解析処理を施し（Ｓ５）、周波数とパワースペクトルで波形の特徴を特定する（Ｓ６）。その後、ＣＰＵ１９で判定のための管理パラメータと比較し（Ｓ７）、その結果をモニタ部２０に表示する。
【００３５】
以上のごとく出力波形が管理パラメータと一致しているかどうか、毎日または毎週のごとくカメラ受光位置を手順書に従い調整する。その後、撮像系の校正が済めば標板８の代わりに被検査物である積層型電子写真感光体を検査装置に装着することになる。
【００３６】
本例によれば、前記標板８を用い表面層４と内部層２からの受光信号を信号処理することによりカメラ受光位置確認を行うので、従来のような煩雑，熟練を要する等の問題が解消されるばかりでなく、作業効率が上がるという効果を奏する。さらに検査作業員が目視でカメラファインダを覗いて補正をしたり、動的に撮像画像を取得して欠陥受光状態を確認することが不要となる。
【００３７】
本発明に係る外観欠陥検査装置の基本的構成としては、既に説明したが、図１１に示すように、表面層２４，内部層２５，ベース２６からなる被検査物（積層型電子写真感光体）Ｍの表面に光（入射光１２の光軸のみを示す）を照射するライン状照明装置９と、被検査物Ｍの表面の光照射領域からの反射光を受光する１次元ＣＣＤカメラ（カメラ受光光軸１３）１０を有し、この１次元ＣＣＤカメラ１０に受光された光照射領域からの取得画像を処理し、外観欠陥を検出するものである。前記表面層２４の透明な突起欠陥による反射光情報をも画像として扱う本検査装置では、表面層２４での部分正反射となる散乱光を取得可能な光学系を構成させ、１次元ＣＣＤカメラ１０へ最もピントの合った像を形成させることが必要となる。
【００３８】
以下に、表面層突起散乱光を受光することについて説明する。
【００３９】
図１１のように配設されたカメラ受光光軸１３上に存在する反射面と１次元ＣＣＤカメラ１０を考えた場合、散乱光や正反射光成分（正反射光）３１を撮る必要のない理想的な斜方照明方式・拡散反射光受光方式（内部欠陥反射光受光のみ）の場合であれば、幾何学的には１次元ＣＣＤカメラ１０はカメラ受光光軸１３に直交する形で配設すればよく、特に必要がなければ後述する光調整板を配置する必要もない。図１１において、３０は拡散反射光成分（拡散反射光）である。
【００４０】
しかし、被検査物Ｍの場合は図１２，図１３に示す通り、表面層２４の突起欠陥３２を検出しなければならず、このため図１１のセオリー通りの光学系では突起での反射成分がカメラ側で取り込めず、これらの突起欠陥３２を撮像できなくなってしまう。
【００４１】
また、この問題を解決するために、斜方照明において照射角を小さくし正反射光成分３１を、１次元ＣＣＤカメラ１０側に多く取り込むようライン状照明装置９を配設することが考えられるが、この場合、高輝度の正反射光成分が増加することにより取得画像全体のコントラストが低下し（画像の白色化）、却って欠陥の撮像が困難となる（図１６参照）。
【００４２】
以上の考え方から、被検査物Ｍの表面層２４，内部層２５の外観検査に用いる検査光学系について様々な調査を行った。
【００４３】
その結果、投射光の空間強度分布を調整する下記のような光調整板を、被検査物Ｍとライン状照明装置９との間に配置させたことにより、表面層２４，内部層２５双方の欠陥が高いコントラストで撮像できることが確認された。
【００４４】
例えば、最も表面層２４の突起欠陥３２の光情報を含んでいる位置を最適光学系とすると、それは図１２，図１３に示す光学系配設図ということになる。この場合、ライン状照明装置９の入射角は、正反射光成分を多めに取り込むため、θ＝２０ｄｅｇ．と小さくしてある。
【００４５】
次に前記光調整板の具体例について説明する。
【００４６】
上述の光技術による表面検査技術を、被検査物Ｍの欠陥検査に応用する場合、図１２に示すように表面層２４，内部層２５の反射指向性を利用し（図１４，図１５）、この被検査物Ｍにライン状照明装置９の光１２を照射して、この光照射領域からの反射光を１次元ＣＣＤカメラ１０により受光する装置が考えられる。図１４，図１５において、２９は散乱光成分（散乱光）である。
【００４７】
この装置では、１次元ＣＣＤカメラ１０で作成される表面層２４の突起欠陥撮像画像は、表面層２４の光照射領域から反射した光輝性の強い反射光が部分的にカメラ視野内に入り、高輝度の散乱光像となって捕らえられる。
【００４８】
この場合、表面層２４の正反射光成分を多く取り込めるようにするため、フレネルの法則に従い、ライン状照明装置の入射角度は浅く（＝２０ｄｅｇ．）設定してある。
【００４９】
また、被検査物Ｍの表面層２４からの突起欠陥３２による散乱光２９と、内部層２５からの拡散反射光成分３０（図１４，図１５参照）を同時に取り込む位置に配設された１次元ＣＣＤカメラ１０と、ライン状照明装置９と、光調整板である、最も強い正反射光成分となるライトガイド輝線を４０〜６０％だけ遮る位置に配設された遮光板２７（図１２）、もしくはコリメートレンズ系３３＋拡散板２８（図１３）を備えている。
【００５０】
このとき、撮像光学系は、表面層２４での正反射光成分３１を多分に取り込んでいるので、前記光調整板がない場合、内部層２５の欠陥情報を蓄えた拡散反射光成分３０が正反射光成分３１の中に埋没してしまい、内部欠陥信号のＳＮ比が低下してしまう（図１６参照）。しかし、前記光調整板をライン状照明装置９と被検査物Ｍとの間に配置すれば、全ての傾角を持った突起欠陥３２および内部層欠陥の反射光を取り込むことができるようになるばかりでなく、正反射光成分３１と拡散反射光成分３０の反射信号比がほぼ等しくなり、良好な画像が取得できるようになる（図１７参照）。このとき、前記光調整板を介して照明された被検査物Ｍの照明領域を１次元ＣＣＤカメラ１０で撮像すると、撮像面の照明領域の画像信号が出力される。その際、表面層２４に突起欠陥３２があると、拡散光入射が突起欠陥３２の傾角に応じて反射し、そのうち１次元ＣＣＤカメラ１０のレンズ開口部へ向かう散乱光２９が集光され、欠陥画像が結像される。
【００５１】
図１２に示すように、光調整板として遮光板２７を備えた場合、この遮光板２７は撮像領域外の遮光およびライトガイド輝線遮蔽のためストレートエッジを有しており、遮光板２７は輝線に対する倒れも矯正されている。配設位置の微調整は、１次元ＣＣＤカメラ１０からのアナログ出力を、オシロスコープで観察しながら行われる。遮光板２７によって表面層２４での正反射光成分３１のパワーを５０％に抑制すれば、正反射光成分３１と拡散反射光成分３０の反射信号比がほぼ等しくなり、良好な画像が取得できるようになる（図１７参照）。この最も強い正反射光成分となるライトガイド輝線を遮光する比率は、４０〜６０％を満足するものが好ましい。
【００５２】
図１３に示すようにコリメートレンズ系３３＋拡散板２８を備えた場合、最も強い正反射光成分となるライトガイド輝線等を拡散する拡散板２８の透過率は、６０％以下でもよく一般照明用のものが使用できる（本実施例では、アクリライトＮｏ．４４１，４３５（三菱レイヨン（株）製））。これは、通常、拡散板を照明側に挿入する場合、表面層欠陥（部分正反射光成分）を受光するため、入射した光のかなりのものが散乱せずに直進する、透過率の高い（５０〜７５％）拡散板が必要となるところを、コリメートレンズ系３３で正反射光成分の指向性を高めている。本例では、コリメートレンズとしてシリンドリカルレンズを一対使用している。
【００５３】
ところで、突起欠陥３２の散乱光成分２９を１次元ＣＣＤカメラ１０が受光した場合、取得画像中には光輝性の強い白色の点が撮像されることがあるが、この白く写る突起欠陥画像を画像処理技術により識別することによって、突起欠陥３２を検出することができる。
【００５４】
上述した光調整板を装着することによって、未装着の場合に比べ、本来、正反射光成分の中に埋没してしまう内部層２５の拡散反射光成分３０もカメラ視野内に到達させることができるので、内部拡散層の色ムラ，微小欠陥等も同時に検出することが可能となり、同様に、内部層欠陥も多階調の輝度変化として画像取得され、画像処理により欠陥が抽出される。
【００５５】
ただし、前記光調整板を含む光学系のアライメント状態によっては、極端な場合には突起欠陥３２の散乱光成分２９がカメラ視野から逸脱することになるので、オシロスコープを用いたアライメントには注意が必要である。
【００５６】
上述した外観欠陥検査装置において用いられた、投射光の空間強度分布を調整する光調整板は、前記標板８を用いたカメラ位置補正の際にも用いられて効果がある。
【００５７】
すなわち、具体的に図示はしないが、図１２，図１３における被検査物Ｍを図１，図２にて説明した標板８に代えて、この標板８とライン状照明装置９との間に、図１２に基づいて説明した遮光板２７，図１３に基づいて説明した拡散板２８とコリメートレンズ系３３のいずれかを設置することで、標板８における拡散層２の格子線３と、表面層４の突起５とを高いコントラストで撮像できる。
【００５８】
したがって、前記光調整板をカメラ位置補正装置に利用することで、標板８からの反射光を１次元ＣＣＤカメラ１０にて受光して得られる波形データによる突起５，格子線３の特徴量の計測が正確かつ確実に行え、カメラ位置の妥当性の確認がより正確になされることになる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の外観欠陥検査装置は、請求項１記載の発明によれば、検査対象物と照明装置との間に配置された撮像部分における最も強い正反射光成分となるライトガイド輝線を４０〜６０％遮光するように、照射光の空間強度分布を調整するストレートエッジを有する遮光板を用いることにより、投光成分が調整され、検査対象の表面層，内部層にあるほとんどの欠陥の撮像が可能となる。
【００６０】
請求項２記載の発明によれば、光調整板として、照明装置の出射端にコリメートレンズ系を備え、さらに検査対象と照明装置との間に、最も強い正反射光成分を拡散する光拡散板を設けることにより、照射光の空間強度分布を調整したことにより、投光成分が調整され、検査対象の表面層，内部層にあるほとんどの欠陥の撮像が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を説明するためのカメラ受光位置補正用標板の一例の斜視図
【図２】 カメラ受光位置補正用標板の要部の断面図
【図３】 光照明装置と標板の位置関係を示す説明図
【図４】 光の反射の様子を示す模式図
【図５】 光の反射の様子を示す模式図
【図６】 光の反射の様子を示す模式図
【図７】 標板からの反射光の信号処理ブロック図
【図８】 信号処理のフローチャート
【図９】 標板を撮像して得られた信号波形図
【図１０】 標板を撮像して得られた信号波形図
【図１１】 外観欠陥検査装置の説明図
【図１２】 本発明の実施形態の外観欠陥検査装置の説明図
【図１３】 本発明の実施形態の外観欠陥検査装置の説明図
【図１４】 表面層での反射指向性の模式図
【図１５】 内部層での反射指向性の模式図
【図１６】 受信信号中における正反射光成分の説明図
【図１７】 受信信号中における突起欠陥成分と拡散反射光成分の説明図
【図１８】 表面層の凹凸の違いによる反射状態の説明図
【符号の説明】
１ 基板
２，２５ 拡散層（内部層）
３ 格子線
４，２４ 表面層
５ 突起
８ 標板
９ ライン状照明装置
１０ １次元ＣＣＤカメラ
２７ 遮光板
２８ 拡散板
３２ 突起欠陥
３３ コリメートレンズ系

Claims (2)

1. 積層型電子写真感光体に照明装置からライトガイドを介して所定角度で光を照射し、この照射された感光体面を撮像カメラによって法線方向から撮像し、撮像部分の光学的変化を捕らえて欠陥凹凸を検出する外観欠陥検査装置において、少なくとも表面層と内部層とを備えた前記積層型電子写真感光体と前記照明装置との光路中に、前記撮像部分における最も強い正反射光成分となるライトガイド輝線を４０〜６０％遮光するように、照射光の空間強度分布を調整するためのストレートエッジを有する遮光板を設置したことを特徴とする外観欠陥検査装置。
2. 積層型電子写真感光体に照明装置から所定角度で光を照射し、この照射された感光体面を撮像カメラによって法線方向から撮像し、撮像部分の光学的変化を捕らえて欠陥凹凸を検出する外観欠陥検査装置において、少なくとも表面層と内部層とを備えた前記積層型電子写真感光体と前記照明装置との光路中に、前記照明装置の光出射端部にコリメートレンズ系を設けると共に、前記積層型電子写真感光体と前記照明装置との間に最も強い正反射光成分を拡散する光拡散板を設けることにより、照射光の空間強度分布を調整したことを特徴とする外観欠陥検査装置。

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