JP4254185B2

JP4254185B2 - 中空糸膜モジュールの製造方法および装置

Info

Publication number: JP4254185B2
Application number: JP2002278832A
Authority: JP
Inventors: 洋樹杉原; 俊倉敷; 義憲徳田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP2004113894A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工透析器、下排水処理装置、浄水器等に用いることができる中空糸膜モジュールを製造する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸膜モジュールは、よく知られているように、たとえば、両端または片端が開放された容器に両端が開放された中空糸膜（中空の半透膜）の糸束を収容し、糸束の両端部において容器と中空糸膜との隙間を樹脂で封止してなるようなものである。樹脂による封止は、容器と糸束との間の空間に樹脂を流し込み（ポッティングする）、ポッティング樹脂を各中空糸膜の周りに浸透させることによって行うが、その際、中空糸膜の端面から内部にポッティング樹脂が入り込み、端部が閉塞されてしまうことがある。閉塞された中空糸膜は、いわゆる不通糸となるが、そのような不通糸が存在すると、たとえば人工透析器の場合、中空糸膜内に流入した血液が中空糸膜内に残留し、透析性能が低下して、著しい場合には十分な人工透析が行えなくなってしまう。そのため、不通糸が一定数以上存在するような中空糸膜モジュールは、不良品として製造ラインから除去する必要がある。
【０００３】
さて、従来、不通糸の発生が関わる中空糸膜モジュールの良否の判定は、不通糸の発生はポッティングが適切に行われないことによってポッティング樹脂内に発生する微小な気泡群と相関があるとの考え方から、ポッティング端面をＣＣＤカメラで撮像し、気泡群を検出することで行っている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２１８７８９号公報
しかしながら、かかる従来の技術は、ポッティング樹脂内の微小な気泡群の有無を検出するものであって不通糸の有無を直接検出するものではないので、不通糸がどれくらい発生しているかを知ることができない。また、不通糸の発生と気泡群の発生との間にいつも相関があるとは限らないので、正確さの点でも問題が残る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、中空糸膜モジュールの製造にあたり、不通糸の発生の有無およびその発生の程度を知ることができて、良否の判定を正確に行うことができる方法と装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射するとともにポッティング端面からの散乱光を撮像し、得られた画像から中空糸膜が存在する部分の領域情報を求め、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射するとともにポッティング端面からの正反射光を撮像し、得られた画像から樹脂が存在する部分の領域情報を求め、得られた２種類の領域情報から端部が閉塞された中空糸膜の面積を求め、その面積があらかじめ定めた閾値を超えているときに被供試中空糸膜モジュールを不良品と判定することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。このとき、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射するとともにポッティング端面からの散乱光を撮像し、得られた画像から中空糸膜が存在する部分の領域情報を求めるのが好ましい。また、このとき、ポッティング端面に紫外線帯域の光、好ましくは単波長の光を照射するのもよい。さらに、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射するとともにポッティング端面からの正反射光を撮像し、得られた画像から樹脂が存在する部分の領域情報を求めるのも好ましい。
【０００７】
また、本発明は、上記目的を達成するために、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面からの散乱光を撮像する第１の撮像手段および被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面からの正反射光を撮像する第２の撮像手段と、第１の撮像手段により得られた画像から中空糸膜が存在する部分の領域情報を求める手段と、第２の撮像手段により得られた画像から樹脂が存在する部分の領域情報を求める手段と、得られた２つの領域情報から端部が閉塞された中空糸膜の面積を求める手段と、その面積をあらかじめ定めた閾値と比較する手段と、端部が閉塞された中空糸膜の面積があらかじめ定めた閾値を超えているときに被供試中空糸膜モジュールを不良品と判定する手段とを備えていることを特徴とする中空糸膜モジュールの製造装置を提供する。第１の撮像手段に対応して被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射する光照射手段を設けるのが好ましい。その場合、光照射手段は低圧水銀灯を含んでいるのが好ましい。さらに、第１、第２の撮像手段はラインセンサカメラであるのが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１において、中空糸膜モジュールの製造装置は、モジュール支持手段１ａおよびモジュール移動手段１ｂを備えた測定台１と、モジュール支持手段２ａおよびモジュール移動手段２ｂを備えた測定台２と、モジュール移載装置３と、光源４ａおよび電源４ｂを備えた光照射装置４と、光源５ａおよび電源５ｂを備えた光照射装置５と、撮像装置６、７と、画像処理装置８と、操作指令装置９と、表示装置１０とを備えている。以下、これら各部の構成をその作用とともに詳細に説明する。
測定台１：
モジュール支持手段１ａは、後述するモジュール移載装置３によって運ばれてくる被供試中空糸膜モジュールＭ（以下、モジュールＭという）を支持するもので、モジュールＭの傾きを調整するとともに、その大きさ、すなわち、外径や長さに応じてその位置を上下左右に移動させることでモジュールＭのポッティング端面の中心を後述する撮像装置６の光学中心と一致させることができるようになっている。また、この実施形態においては、撮像装置６としてラインセンサカメラを用いていることからモジュール移動手段１ｂを設け、モジュールＭを所定の速度で水平方向に移動させることができるようにしている。
測定台２：
モジュール支持手段２ａは、後述するモジュール移載装置３によって測定台１から運ばれてくるモジュールＭを支持するもので、モジュールＭの傾きを調整するとともに、その大きさ、すなわち、外径や長さに応じてその位置を上下左右に移動させることで、モジュールＭのポッティング端面の中心を後述する撮像装置７の光学中心と一致させることができるようになっている。また、この実施形態においては、撮像装置７としてラインセンサカメラを用いていることからモジュール移動手段２ｂを設け、モジュールＭを所定の速度で水平方向に移動させることができるようにしている。
光照射装置４：
光照射装置４は、光源４ａと電源４ｂとを備えている。この実施形態においては、光源４ａには波長３６８ｎｍの近紫外線を発生するリング状低圧水銀灯を用いている。このように波長が紫外線帯域にあり、しかも、単波長の光源を用いることは、ポッティング端面の鮮明な画像を得るうえで好ましい。また、電源４ｂは、後述する操作指令装置９からの指令によって光源４ａのオン・オフおよび光量の調節を行う。
光照射装置５：
光照射装置５は、光源５ａと電源５ｂとを備えている。この実施形態においては、光源５ａにはライン型光ファイバライトガイドを用い、この光源５ａのモジュールＭのポッティング端面に対する入射角と後述する撮像装置７のモジュールＭのポッティング端面からの反射角とが等しくなるようにしてポッティング端面からの正反射光を得ている。電源５ｂは、後述する操作指令装置９からの指令によって光源５ａのオン・オフおよび光量の調節を行う。
撮像装置６：
撮像装置６は、測定台１上のモジュールＭのポッティング端面を撮影し、中空糸膜が存在する部分の領域情報に関連する画像を得るためのもので、この実施形態では５，０００画素のラインセンサカメラを用いている。
撮像装置７：
撮像装置７は、測定台２上のモジュールＭのポッティング端面を撮影し、樹脂が存在する部分の領域情報に関連する画像を得るためのもので、この実施形態では５，０００画素のラインセンサカメラを用いている。
画像処理装置８：
画像処理装置８は、撮像装置６、７によって撮影されたモジュールＭのポッティング端面の画像を処理し、不通糸の有無、モジュールＭの良否の判定を行うものである。この画像処理装置８による処理の流れは、図２に示すようになっている。
【０００９】
図２において、まず、撮像装置６から画像処理装置８に入力された画像について、２値化処理を行い、モジュールＭのポッティング端面の全景を白画素、背景部分を黒画素の２値化画像に変換する。そして、この２値化画像から、円形である全景部分の重心を求める。さらに、この重心座標とあらかじめ設定しておいたモジュールＭのポッティング端面の直径情報に基づき、ポッティング端面の位置検出を行う。
【００１０】
ハイパスフィルタは、中空糸膜の肉厚領域が強調されるように前処理を行う。この前処理により、画像は中空糸膜のみが強調されるようになる。
【００１１】
次に、上記前処理画像をあらかじめ定めた閾値により２値化処理し、中空糸膜部分は白画素、中空糸膜の中空部分および樹脂部分は黒画素の２値化画像とする。
【００１２】
次に、任意の面積の範囲内にある黒画素の領域についてラベル付けするラベリング処理を行う。さらに、たとえば１０画素の膨張処理、たとえば７画素の収縮処理を施す。これにより、中空糸膜が存在する領域は白画素、樹脂が存在する領域は黒画素なる画像が得られる。
【００１３】
一方、撮像装置７から画像処理装置８に入力された画像について、２値化処理を行い、モジュールＭのポッティング端面の全景を白画素、背景部分を黒画素の２値化画像に変換する。そして、この２値化画像から全景部分を囲む円形の座標の重心座標を求める。さらに、この重心座標とあらかじめ設定しておいたモジュールＭのポッティング端面の直径情報に基づき、ポッティング端面の位置検出を行う。
【００１４】
次に、正反射以外の部分、すなわち中空糸膜の中空部分を抽出するため、微分フィルタにより輝度が高い部分を除去し、あらかじめ定めた閾値により正反射部分を黒画素、それ以外の部分を白画素に分類する２値化処理を行う。また、この白画素部分について膨張・収縮処理を行い、中空糸膜の中空部分同士を接合することで、中空糸膜の糸束を一つの領域として抽出する。
【００１５】
次に、差分処理により、撮像装置８による画像から生成された画像と撮像装置７による画像から生成された画像から、中空糸膜が存在し、かつ、反射率の高い領域、すなわち不通糸部分を抽出する。
【００１６】
最後に、モジュールＭの判定を行い、抽出された領域の面積があらかじめ定めた閾値を超えていないときには良品と判定し、超えているときには不良品と判定する。
操作指令装置９：
操作指令装置９は、モジュールＭの外径、中空糸膜の外径および内径、組立方法等の違いに対応し、画像処理装置８に指令を送り、モジュールＭに適した指標値や２値化のための閾値、ハイパスフィルタの係数等を設定するとともに、光照射装置４、５の電源４ｂ、５ｂに指令を送り、光源４ａ、５ａのオン・オフや光量の調節を行う。また、モジュール支持装置１、２に指令を送り、モジュールＭの移動が撮像装置６、７による撮影に適した速度で行われるようモジュール移動装置１ｂ、２ｂを制御する。
表示装置１０：
表示装置１０は、不通糸部分をマーキングした検査結果を画像で表示する。
モジュール移載装置３：
モジュール移載装置３は、モジュールＭをモジュール支持手段１ａ上に載置する。また、撮像装置６による撮像後のモジュールＭをモジュール支持手段２ａに移載する。検査が終了した後は、操作指令装置９による指令にしたがい、モジュールＭが良品と判定されたときは後工程へ移送し、不良品と判定されたときは製造ラインから取り除く。
【００１７】
さて、より具体的な例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するに、図３は撮像装置６によって撮影したモジュールＭのポッティング端面の画像である。この画像について、画像処理装置８にてあらかじめ定めた閾値にて２値化処理を行うと図４に示す２値化画像が得られる。この画像について、円形である白画素領域の重心を求め、その重心からモジュールＭのポッティング端面の半径Ｒの円領域を切り出すと、図５に示す画像が得られる。この画像について、中空糸膜の肉厚部分を強調するハイパスフィルタをかけ、あらかじめ定めた閾値にて２値化すると、図６に示す画像が得られる。
【００１８】
次に、図６に示す画像から肉厚部分に囲まれた円形領域を黒画素領域の面積および各種の計測結果を基に抽出し、その円形領域の抽出画像についてあらかじめ定めた距離設定での膨張および収縮処理を行い、図７に示す画像を得る。
【００１９】
図８は、撮像装置７によって撮影したモジュールＭのポッティング端面の画像である。この画像について、画像処理装置８にてあらかじめ定めた閾値にて２値化処理を行うと、図９に示す２値画像が得られる。
【００２０】
次に、円形である白画素領域の重心を求め、その重心からモジュールＭの端面の半径Ｒの円領域を切り出すと、図１０に示す画像が得られる。この画像について、中空糸膜の中空部分を強調するハイパスフィルタをかけ、あらかじめ定めた閾値にて２値化すると、図１１に示す画像が得られる。
【００２１】
次に、図１１に示す画像についてあらかじめ定めた距離設定での膨張および収縮処理を行い、図１２に示す画像を得る。そして、図７に示す画像と図１２に示す画像とで差分処理を行い、図１３に示す画像を得る。そして、残った領域の面積の最大値が中空糸膜何本分に相当するかを求めた結果、図１３には中空糸膜１１本分に相当する不通糸束領域が検出された。
【００２２】
最後に、この中空糸膜の不通糸欠陥本数と、モジュールＭの不良品判定本数閾値（この例では１０本）とを比較した結果、不通糸欠陥本数が閾値を上回ったため、モジュールＭは不良品と判定され、製造工程から除外された。
【００２３】
本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法は、人工透析器や、下排水処理装置や、一般家庭で使用する浄水器等の中空糸膜モジュールを製造する場合に適用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面を撮像し、得られた画像から中空糸膜が存在する部分および樹脂が存在する部分の領域情報を求め、得られた２種類の領域情報から端部が閉塞された中空糸膜の面積を求め、その面積があらかじめ定めた閾値を超えているときに被供試中空糸膜モジュールを不良品と判定するものであり、従来の技術のようにポッティング樹脂における微小気泡群の発生の有無といった間接情報に基づいて判定するものではないので、良否の判定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る装置の概略正面図である。
【図２】図１に示した装置の画像処理装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図１に示した撮像装置６によって撮影したポッティング端面の画像である。
【図４】図３に示した画像の２値化画像である。
【図５】図３に示した画像から端面部分のみを切り出した画像である。
【図６】図５に示した画像にハイパスフィルタをかけた後、２値化処理した画像である。
【図７】図５に示した画像から、中空糸膜部分に相当する領域を検出し、膨張および収縮処理を実施した画像である。
【図８】図１に示した撮像装置７によって撮影したポッティング端面の画像である。
【図９】図８に示した画像の２値化画像である。
【図１０】図８に示した画像から端面部分のみを切り出した画像である。
【図１１】図１０に示した画像にハイパスフィルタをかけた後、２値化処理した画像である。
【図１２】図１１に示した画像について膨張および収縮処理を施した画像である。
【図１３】図１２に示した画像と図７に示した画像との差分処理を施した画像である。
【符号の説明】
Ｍ：被供試中空糸膜モジュール
１：測定台
１ａ：モジュール支持手段
１ｂ：モジュール移動手段
２：測定台
２ａ：モジュール支持手段
２ｂ：モジュール移動手段
３：モジュール移載装置
４：光照射装置
４ａ：光源
４ｂ：電源
５：光照射装置
５ａ：光源
５ｂ：電源
６：撮像装置
７：撮像装置
８：画像処理装置
９：操作指令装置
１０：表示装置

Claims

被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射するとともにポッティング端面からの散乱光を撮像し、得られた画像から中空糸膜が存在する部分の領域情報を求め、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射するとともにポッティング端面からの正反射光を撮像し、得られた画像から樹脂が存在する部分の領域情報を求め、得られた２種類の領域情報から端部が閉塞された中空糸膜の面積を求め、その面積があらかじめ定めた閾値を超えているときには被供試中空糸膜モジュールを不良品と判定することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。
ポッティング端面に紫外線帯域の光を照射する、請求項１に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
ポッティング端面に単波長の光を照射する、請求項１または２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面からの散乱光を撮像する第１の撮像手段および被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面からの正反射光を撮像する第２の撮像手段と、第１の撮像手段により得られた画像から中空糸膜が存在する部分の領域情報を求める手段と、第２の撮像手段により得られた画像から樹脂が存在する部分の領域情報を求める手段と、得られた２つの領域情報から端部が閉塞された中空糸膜の面積を求める手段と、その面積をあらかじめ定めた閾値と比較する手段と、端部が閉塞された中空糸膜の面積があらかじめ定めた閾値を超えているときには被供試中空糸膜モジュールを不良品と判定する手段とを備えていることを特徴とする中空糸膜モジュールの製造装置。
第１の撮像手段に対応して被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射する光照射手段を備えている、請求項４に記載の中空糸膜モジュールの製造装置。
光照射手段が低圧水銀灯を含んでいる、請求項５に記載の中空糸膜モジュールの製造装置。