JP4530837B2 - 結合された反射光イメージと透過光イメージとを使用するリアルタイムウエブ検査方法及び装置 - Google Patents

結合された反射光イメージと透過光イメージとを使用するリアルタイムウエブ検査方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は、改良されたライティング及びカメラ構成を使用するウエブ検査方法及び装置に関する。本明細書では、本発明は、例えば電子写真イメージングシステムのための光受容体ベルトを製造するために使用される光受容体のようなフレキシブルなイメージングウエブのためのウエブ検査方法及び装置に関して記述されているが、任意の特定のタイプのウエブ材料の検査に限定されることは意図されていない。
より進化し、より高速の電子写真コピー機、複製機、及びプリンタが開発されるにつれて、光受容体ベルトに対する電気的及び機械的な性能要件として、より多くの内容が要求されてきている。新しいデジタルカラー及びその他のイメージ作成製品は、アナログ又は「光レンズ」コピー機のような前世代のイメージング装置に対しては許容可能であったような欠陥に耐えることができない。
ある欠陥が多層ベルト光受容体の層の一つ又はそれ以上の層の表面又はその内部に存在すると、これらの高度化した電気的及び機械的性能要件を満足することができない。これらの欠陥は、基材、導電層、オプションのホールブロック層、オプションの接着層、電荷生成層、電荷輸送層、及び/又はオプションの湾曲防止(アンチ・カール;anti-curl)裏打ち層の上にほこりの粒子が存在することによって生じる。これより、例えば、光受容体のような静電写真イメージング部材を形成するためのコーティングの塗布中に無コ−トの又はコートされた基材表面の上に存在しているほこりの粒子(粒子状デブリ)は、先に塗布されたコーティング層の中に気泡又はボイドを形成させることができる。ほこり粒子は、粒子の位置で溶媒の沸騰を開始させる沸騰チップと同様に振舞うと考えられる。この局部的沸騰の問題は、コーティングの堆積中又は乾燥中にコーティング溶液がコーティング溶媒の沸点の近傍に維持されると、より悪化する。コーティングにおける気泡の形成は、光受容体電荷生成層コーティング及び電荷輸送層コーティングにおいて、特に深刻である。また、ほこり粒子は、コーティングの塗布の間に空気をトラップする傾向にあり、このトラップされた空気は乾燥中に膨張して、コーティング内に望まれない気泡を形成する。さらに、電子写真イメージング部材ウエブ基材又はその上のコーティングの一方又は両方の表面の上に存在するほこり粒子はどれも、ウエブがロールに巻き取られると、隣接する表面に悪影響を及ぼす。なぜなら、ほこり粒子が隣接するウエブ表面に圧痕を生じさせるからである。これらの望まれない圧痕は、一つ以上のオーバーラップするウエブ層を通じて反復されることがあるため、コートされたウエブの大きな部分が廃棄されなければならず、この結果は非常に好ましくない。
米国特許第6531707B1号明細書
ウエブがカットされてエンドレスのイメージングベルトに形成される前に、光受容体における欠陥を特定することが非常に望ましい。欠陥が前もって特定されると、欠陥のある領域をウエブから摘出してその部分が仕上がった光受容体ベルトの一部を形成しないようにしたり、その欠陥部分が、欠陥が好ましくない結果をもたらさないようなアプリケーションに使用可能な光受容体を製造するために確実に使用されるようにしたりすることが、しばしば可能である。
ウエブ欠陥を特定しようとして、人間の検査者のみを使用するか、又は自動化されたウエブ検査システムと組み合わせて使用することが、知られている。ひとつの既知のシステムでは、半透明のウエブがライトボックスの上を通過する際に、人間のオペレータが視覚的にウエブを検査する。他の実施形態では、マシンビジョンシステムを使用して通過するウエブのイメージを獲得し、自動化ウエブ検査方法及び装置を提供する目的で、これらのイメージが欠陥特定アルゴリズムにしたがって処理される。このタイプの既知のシステムでは、反射光イメージと透過光イメージとが引き続いて獲得されるが、同時ではない。そのため、従来のウエブ検査スキームによれば、結合された透過光/反射光イメージのリアルタイムの獲得及び分析を実行することはできない。従来のシステムでは、引き続いて獲得されたイメージはオフラインで結合され、それからイメージの検査及び分類のために処理されなければならない。これは特に、ウエブ内の欠陥が検査プロセスから直ぐ下流でマークされるようなシステムにおいて、及び/又は、検査プロセスから直ぐ下流でウエブが最終製品、例えば光受容体ベルトを形成する部位(セクション)にカットされるようなプロセスにおいて、非常に望ましくない。
本発明の第1の態様によれば、ウエブ検査方法が、光源から光を投射して、ダウンウエブ方向に動き且つ横方向に延在してクロスウエブ方向に幅を規定するウエブの選択部の上に入射させるステップを含む。前記選択ウエブ部によって反射された前記光源からの反射光が獲得されて、前記反射光のデジタルイメージが生成される。前記反射光の獲得ステップと同時に、前記選択ウエブ部を透過した前記光源からの透過光が獲得されて、前記透過光のデジタルイメージが生成される。前記反射光デジタルイメージと前記透過光デジタルイメージとが合成されて、前記反射光と前記透過光との両方を表す合成イメージデータが生成される。前記合成イメージデータが、前記ウエブにおける欠陥を特定するために使用される。
本発明のその他の態様によれば、ウエブ検査装置が、ダウンウエブ方向に動いている関連ウエブを移動可能に支持する第1及び第2のウエブサポートを備えている。光源が、選択されたフリースパンであって、前記第1及び第2のウエブサポートの間に位置する前記関連ウエブの非支持部の上に入射するように適合された光パターンを出力する。反射光イメージ獲得システムが、前記選択ウエブ部によって反射された前記光源からの光に基づいて前記関連ウエブの前記選択部をイメージングするために設けられる。また、透過光イメージ獲得システムが、前記選択ウエブ部を透過した前記光源からの光に基づいて前記関連ウエブの前記選択部をイメージングするために設けられる。前記反射光イメージ獲得システムは前記透過光イメージ獲得システムと位置合わせされており、前記反射光イメージ獲得システムと前記透過光イメージ獲得システムとが、それぞれ反射光及び透過光に関して前記関連ウエブの前記選択部を同時にイメージングするように適合されている。
図1は、本発明に従って合成された反射光イメージ及び透過光イメージを使用するリアルタイムウエブ検査方法及び装置を示す図である。ウエブW、例えば光受容体ウエブは、上流のサプライロール又はその他のソースR1から分配され、ストレジロール又はその他のストレジ位置R2にて受け取られる。ウエブWは、このようにサプライロールR1からダウンウエブ方向に下流にストレジロールロールR2まで、矢印DWによって示されているように動く。ここでは、参照を容易にするために、「クロスウエブ」という用語は、ダウウンウエブ方向DWに垂直な、言い換えれば横切る方向であって、ウエブWの平面に平行な方向をさすことを意図している。
ウエブWは、ストレジロールR1からウエブクリーニングステーションS1を通って移動し、その上側表面WU及び/又は下側表面WLの上の汚染物を、クリーニングロール及び/又はその他の接触式又は非接触式手段のような従来の手段を介して除去する。ウエブWは、それからウエブ検査ステーションS2を通過し、そこで欠陥の検査が行われる。それから、ウエブマーキングステーションS3に移動し、そこでは、ウエブにおけるあらゆる欠陥が、ラベル、インク、又はその他の適当なマーキング手段でマークされる。ある実施形態では、ウエブマーキングステーションS3は欠陥摘出ステーションS3'で置き換え又は補完され、ここでは、ウエブが最終製品を形成する部位に切断される前に、欠陥がウエブからカットされる。ウエブ検査ステーションS2及びウエブマーキングステーションS3は、動作可能にイメージ処理ユニットIPUに相互接続されており、このユニットは、ウエブ検査ステーションS2からデータを受け取り、データをウエブマーキングステーションS3に送って、ウエブWのマーク又は摘出されるべき部分を示す。破線で示されているように、データはまたオプションとして、動作可能にイメージ処理ユニットIPUから、ウエブ検査ステーションS2の制御を行うためにそこにも流れ、及び/又は、ウエブマーキングステーションS3からイメージ処理ユニットIPUにフィードバック目的などのためにも流れる。一般に、ウエブ検査ステーションS2及びイメージ処理ユニットIPUは協働して、本発明に従って結合された反射光イメージ及び透過光イメージを使用してリアルタイムウエブ検査を実行する。ウエブクリーニングステーションS1、マーキングステーションS3、及び/又は欠陥摘出ステーションS3′はオプションであるが、これらのうちの少なくとも一つは、リアルタイムウエブ検査方法/装置の一部として典型的に設けられ且つ使用される。
図2に関して、ウエブ検査ステーションS2は、アイドルロールI1、I2のような第1及び第2のウエブサポート部材を備えており、これらは、それらの間に非支持フリースパンウエブ部FSが延在するようにウエブWを動作可能に支持する。サプライ及びストレジロールR1、R2(図1)及び/又はウエブサポート部材I1、I2は、ウエブWがダウウンウエブ方向DWに移動する速度を制御し、且つウエブWが維持される張力を制御する。そのため、ウエブWのフリースパンFS部は、既知の速度で移動し且つ既知の張力で維持される。ある例では、ウエブWはダウンウエブ方向DWに分速40フィート(fpm)の速度で移動し、且つ幅のリニアインチあたり1ポンドの一定張力で維持される。例えば、ウエブがクロスウエブ方向CWに18インチあると(図3)、常に18ポンドの張力で維持される。そのため、フリースパンウエブ部FSは、たるみ又はその他のあらゆる望ましくない動きを防ぐために十分な張力で維持される。
ウエブ検査ステーションS2は、少なくとも一つの光源L、少なくとも一つの反射光イメージ獲得システムRL、及び少なくとも一つの透過光イメージ獲得システムTLを備えている。反射光及び透過光イメージ獲得システムRL、TLは、図示されているように動作可能にイメージ処理ユニットIPUに結合される。また、光源Lはオプション的に、動作可能にイメージ処理ユニットIPUに結合されてそれによって制御されるが、必ずしもその必要はない。一般的に言って、光源Lは連続した一様な光Iを出力し、それがフリースパンウエブ部FSに入射する。反射光イメージ獲得システムRLは、フリースパンウエブ部FSから反射された光源Iからの光Rを受け取って、反射光Rを表すデジタルイメージデータ(ここでは反射光イメージデータRDと称する)を生成する。一方、透過光イメージ獲得システムTLは同時に、フリースパンウエブ部FSを透過した光源Iからの光Tを受け取って、透過光Tを表すデジタルイメージデータ(ここでは透過光イメージデータTDと称する)を生成する。図2では、イメージデータRD、TDが、本発明に従ったリアルタイムウエブ欠陥検出及び分類のためにイメージ処理ユニットIPUに入力されることが示されている。
図2は、本発明のリアルタイムウエブ検査方法及び装置の具現化のために、光源L及びイメージ獲得システムRL、TLの望ましい構成を描いている。より具体的には、光源Lからの光Iは、垂直平面Vに対して角度xで、フリースパンウエブ部FSに入射する。反射光イメージ獲得システムRLは反射光Rを受け取るように配置され、このためウエブWの同じ側に垂直平面Vに対して角度yで配置される。ここで、角度x、yの一方は正の角度であり、他方は負の角度である。ある好適な実施形態では、「ブライトフィールド」システムを提供するために、角度x及びyは等しいが符号が逆、すなわちx=−yである。あるいは、「トワイライト」システムを提供するために、角度yをもっと大きく(もっと負に)することもできる。このときには、反射光イメージ獲得システムRLは反射光フィールドRの中に直接は配置されず、その代わりに、その中には依然として入っているものの、そこからいくらかオフセットされて配置される。透過光イメージ獲得システムTLは、反射光イメージ獲得システムRLと比較してウエブWの反対側に配置され、好ましくは、光源L、より具体的にはそれによって出力された光Iに直接的に位置合わせされるように、すなわち、レンズ又は透過光イメージ獲得システムTLに入力される他の光が光源Lから出力される光Iの軸上に直接に位置合わせされるように、垂直平面Vに対して角度zで配置される。これより、図示されているようにx=zであって、透過光イメージ獲得システムTLは、光Iのうちでフリースパンウエブ部FSを直接に通過する透過部Tを受け取るように、光源L及び入射光Iから180度に位置する。図2に示されているように、光源Lならびにイメージ獲得システムRL、TLは、x=15度、y=−15度、及びz=15度になるように配置されているが、本発明をこれらの角度に限定することが意図されているものではない。また、描かれている例では、光源Lからの光Iがウエブの上側表面WUに入射し、反射光イメージ獲得システムRLがウエブの上側表面WUから反射された光Rを受け取るように構成されていることを示している。あるいは、光源Lは、光Iをウエブの下側表面WLに投射するように配置されることができる。そのときには、反射光イメージ獲得システムRLは、ウエブの下側表面から反射された光Rを獲得するように配置され、透過光イメージ獲得システムTLは、透過光Tを獲得するようにウエブWの反対側に位置される。
反射光イメージ獲得システムRL及び透過光イメージ獲得システムTLは、それらによってそれぞれ生成されたイメージがお互いに確実に対応するように、すなわちシステムRL,TLがダウンウエブ及びクロスウエブ表現の両方においてフリースパンウエブ部FSの正確に同じ領域のリアルタイムイメージを同時に確実に生成するように、お互いに位置決めされなければならない。この位置決めは、様々な異なった方法で達成されることができる。ある例では、ウエブWの上に既知のテストパターンが設けられ、システムRL、TLによって出力されたイメージがお互いに位置合わせされたことが分かるようになるまで、イメージ獲得システムRL、TLの一方又は両方の位置が調節される。使用される位置決め方法にかかわらず、イメージ獲得システムがダウンウエブ方向DW及びクロスウエブ方向CWの両方で、画素毎にお互いに正確に位置決めされることが最も好ましい。ダウンウエブ方向DW及びクロスウエブ方向CWの両方における1画素のずれは、許容可能な公差範囲内である。画素のサイズがダウンウエブ方向で25μm且つクロスウエブ方向で25μmであるようなある実施形態では、反射光イメージ獲得システムRL及び透過光イメージ獲得システムTLは、ダウンウエブ方向DW及びクロスウエブ方向CWの両方において±1度の公差で、お互いに位置決めされる。
図3は、本発明に従ったウエブ検査ステーションS2及びウエブ検査方法をダイアグラム的に描いている。反射光イメージ獲得システムRLは、少なくとも一つの、好ましくは、クロスウエブ方向CWにウエブWを横切って横方向に間隔を空けて配置された複数の反射光イメージ獲得カメラR1〜R4を備えている。同様に、透過光イメージ獲得システムTLは、少なくとも一つの、好ましくは、クロスウエブ方向CWにウエブWを横切って横方向に間隔を空けて配置された複数の透過光イメージ獲得カメラT1〜T4を備えている。カメラR1〜R4はそれぞれカメラT1〜T4に対応し、対応するカメラ対R1;T1、R2;T2、R3;T3、R4;T4が規定される。各々の対の構成要素は、上述のように、ダウンウエブ及びクロスウエブイメージング位置の両方に関してお互いに位置決めされ、それらは、上記のようにダウンウエブ方向に±1画素及びクロスウエブ方向に±1画素の範囲内で、ウエブWの正確に同じ位置をイメージングする(イメージデータを生成する)。ウエブWの全クロスウエブ幅がギャップ無しに確実にイメージングされるように、カメラR1〜R4のイメージングフィールドは典型的にはクロスウエブ方向CWにお互いにオーバーラップしており、且つカメラT1〜T4のイメージングフィールドは典型的にはクロスウエブ方向CWにお互いにオーバーラップしている。カメラR1〜R4及びカメラT1〜T4の各グループは4つのカメラを含むように示されているが、これは、本発明をいかなるようにも限定することを意図したものではなく、より多くの又はより少ないカメラを、必要であれば及び/又は所望されるときには使用することができる。
反射光イメージカメラR1〜R4もまた、好ましくは、それらによって生成されるイメージが一様なダウンウエブ位置を有するウエブWの全クロスウエブ幅を示すように、お互いに位置決めされる。同様に、透過光イメージカメラT1〜T4もまた、好ましくは、それらによって生成されるイメージが一様なダウンウエブ位置を有するウエブWの全クロスウエブ幅を示すように、お互いに位置決めされる。描かれた実施形態では、カメラR1〜R4及びカメラT1〜T4はそれぞれラインスキャンCDDカメラであり、位置決め操作が完了すると、カメラR1〜R4及びカメラT1〜T4によって生成されたイメージは1×m列の画素を表す。ここで、mは、クロスウエブ方向CWに並んで位置する画素の数である(これは、ウエブWの実際の幅、カメラの数、及びスキャンの分解能に依存して変わる)。また、光源Lが、クロスウエブ方向CWにおけるウエブWの全幅を横方向に横切るがダウンウエブ方向DWには最小限しか存在しない光パターンIを出力するライン光によって規定されることも好ましい。一つの適した光源Lは、光ファイバライトラインである。
図3を続けて参照すると、イメージ処理ユニットIPUは、各カメラR1〜R4、T1〜T4によって生成された反射光イメージデータRD及び透過光イメージデータTDを受け取る。ステップ又は手段20は、各々の対応するカメラ対R1;T1、R2;T2、R3;T3、R4;T4に対するカメラ信号をリアルタイムで合成し、各々の合成された反射/透過イメージデータ信号RT1、RT2、RT3、RT4を出力する。
合成された反射/透過イメージデータ信号RT1〜RT4は、欠陥特定ステップ又は手段30に入力される。好ましくは、合成されていないオリジナルのイメージデータRD及びTDもまた、欠陥特定ステップ又は手段30に入力される。欠陥特定ステップ/手段30は、入力されたデータ信号RT1〜RT4(及び、利用可能であれば合成されていない信号RD、TDもまた)分析して、データが非欠陥ウエブの既知の範囲から変化していたら、欠陥を表すようにその部分にフラグを付ける。
欠陥特定ステップ/手段30によって特定されたウエブ欠陥を表している欠陥データDDは、欠陥特徴分析ステップ又は手段40に入力され、これが、データDDに表された各ウエブ欠陥に対する欠陥特徴パラメータを生成する。ある例では、欠陥特徴分析ステップ/手段40は、クロスウエブ寸法、ダウンウエブ寸法、平均輝度、最大及び最小輝度、輝度変化率データ、欠陥形状(例えば、円形、楕円形など)、クロスウエブ位置に関するウエブ内での欠陥位置などのような欠陥特徴のリストを生成する。欠陥特徴分析ステップ/手段40は、合成されたデータRT1〜RT4に基づいて、反射データRDのみ又は透過データTDのみに基づいては生成できない多くの欠陥特徴パラメータを生成することができる。ここで記述された結合された反射/透過光ウエブイメージング方法によれば、一つのライティング構成では同様に見えるが他のライティング構成では異なって見える欠陥を、識別することができる。
データDDによって表された各々のウエブ欠陥に対して、欠陥特徴分析ステップ/手段40は、欠陥特徴データベースステップ又は手段50に欠陥特徴データDFDを出力する。各ウエブ欠陥に対する欠陥特徴データDFDは欠陥特徴データベース50に入力されるが、このデータベースは、ルックアップテーブル、ヒストグラムマッチングアルゴリズム、又はその他のデータベースマッチング手段/操作であることができ、欠陥特徴データベース50は、欠陥を特定のタイプの欠陥、例えば表面のほこり、内部の気泡、ひっかき傷、くぼみ、突起などと記述する欠陥分類出力値60を出力する。欠陥分類出力値60は、イメージ処理ユニットIPUによって、ウエブマーキング/欠陥摘出ステーションS3、S3′をタイプ又は欠陥に応じて制御するために使用される。例えば、ウエブWが高性能アプリケーション用を意図されていると、イメージ処理ユニットはウエブマーキング/欠陥摘出ステーションS3、S3′を制御して、ウエブの該当部を欠陥とマークし、又はウエブの欠陥部を摘出する。一方、ウエブWが低性能アプリケーション用を意図されており、且つ欠陥値60が軽微な欠陥を示していたら、イメージ処理ユニットIPUは、ウエブマーキング/欠陥摘出ステーションS3、S3′を、何のアクションも行わないように制御することができる。
イメージ処理ユニットIPUは、専用回路又は特別にプログラムされたパーソナルコンピュータのような、デジタルイメージ処理に適した任意の適当な回路及び/又はプログラムされた計算装置によって設けられる。
ここで使用されているように、「リアルタイム」という用語は、そのオフラインストレジ及びその後の処理のための引き続くデータの検索無しにデータを処理し、合成された反射/透過光データ信号RT1〜RT4が、ウエブWの該当部がウエブマーキング/摘出ステーションS3、S3′を通過する前に直ちに利用可能であることを意味している。
合成された反射光イメージ及び透過光イメージを使用するリアルタイムウエブ検査方法及び装置の図である。 図1のウエブ検査ステーションの詳細図である。 ウエブ検査ステーション及びリアルタイムウエブ欠陥検出のための方法の詳細な図である。
符号の説明
R1 サプライロール、S1 ウエブクリーニングステーション、S2 ウエブ検査ステーション、S3 ウエブマーキングステーション、S3′ 欠陥摘出ステーション、R2 ストレジロール、IPU イメージ処理ユニット、W ウエブ、DW ダウンウエブ方向、WU ウエブの上側表面、WL ウエブの下側表面。

Claims (4)

  1. ウエブ検査方法であって、
    光源から光を投射して、ダウンウエブ方向に動き且つ横方向に延在してクロスウエブ方向に幅を規定するウエブの選択部上に入射させるステップと、
    前記選択ウエブ部によって反射された前記光源の反射光を獲得して、前記反射光のデジタルイメージを生成するステップと、
    前記反射光の獲得ステップと同時に、前記選択ウエブ部を透過した前記光源からの透過光を獲得して、前記透過光のデジタルイメージを生成するステップと、
    前記反射光デジタルイメージと前記透過光デジタルイメージとをデジタル的に合成して、前記反射光と前記透過光との両方を表す合成イメージデータを生成するステップと、
    前記反射光デジタルイメージと前記透過光デジタルイメージに、前記合成イメージデータとを使用して、前記ウエブにおける欠陥を特定するステップと、
    特定された前記欠陥から、クロスウエブ寸法、ダウンウエブ寸法、平均輝度、最大及び最小輝度、輝度変化率データ、欠陥形状の少なくともいずれかを含む欠陥特徴のリストを作成するステップと、
    前記欠陥特徴のリストをデータベースと照合することで、前記欠陥特徴のリストに対応する欠陥のタイプを特定するステップであって、前記欠陥のタイプには、表面のほこり、内部の気泡、ひっかき傷、くぼみ、突起の少なくともいずれかが含まれるステップと
    を含む、方法。
  2. 前記反射光を獲得するステップが、反射光イメージ獲得カメラシステムを使用するステップを含み、
    前記透過光を獲得するステップが、透過光イメージ獲得カメラシステムを使用するステップを含み、
    前記ウエブが前記反射光イメージ獲得システムと前記透過光イメージ獲得システムとの間に位置している、請求項1に記載の方法。
  3. 前記合成イメージデータを使用して前記ウエブにおける欠陥を特定するステップの後に、ダウンウエブ方向における前記ウエブの動きを妨げることなく、前記ウエブの特定された全ての欠陥の箇所又はその近傍にマークするステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  4. 前記ウエブの選択される選択部が第1及び第2のウエブサポートの間に延在する前記ウエブの非支持フリースパン部である、請求項1に記載の方法。
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