JP4855193B2 - 薄板検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄板検査装置に関し、詳細には薄板の表面及び端面を検査する装置に関するものである。

今日、金属箔（アルミ箔等）、樹脂フィルム、表面に金属蒸着層を有する積層樹脂フィルム、ガラス基板等の薄板が、液晶ディスプレー等の製品の構成材料として広範囲に使用されており、一般的に大量生産されている。かかる薄板には、高い表面平滑性や高精度の端面処理性が要求される場合がある。

金属箔等の薄板は、製造工程、搬送工程等において、凹凸等の表面欠陥やバリ等の端面欠陥が生じることがある。かかる薄板の表面欠陥及び端面欠陥の有無の検査は、従来一般的には検査員の目視及び触診により行われている。具体的には、固定された光源に対して薄板の角度や検査員の目の位置を動かしながら観察し、薄板の端縁を手で触り、表面欠陥及び端面欠陥の有無を検査している。

上記従来の検査員の目視及び触診による薄板の表面及び端面の検査方法では、表面欠陥に起因する拡散光が光源、薄板及び検査員の目の位置関係により見えたり見えなかったりし、加えて薄板表面におけるハレーション、照明の写り込み等が生じるため、表面欠陥の判別は容易ではない。従って、上記従来の薄板表面及び端面の検査方法では、検査員の熟練等を要し、目視及び触診に起因する誤差等を根本的に有していることから、検査の精度及び速度の向上には一定の制限がある。

また、薄板の表面欠陥としては例えばキズ、凹み、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の種々の種類があり、薄板の端面欠陥としては例えばうねり、厚み変化、バリ等の種々の種類がある。加えて、それらの欠陥の程度及び形状も多種多様である。そのため、上記従来の目視及び触診による検査方法では表面欠陥及び端面欠陥の種類及び程度の判別は容易ではない。

上記従来の検査員の目視及び触診による検査における人的負担を軽減して検査精度を向上すべく、薄板の表面欠陥を検査する装置（例えば特開平８−９４３３６号公報、特開２００３−３０２３４６号公報等参照）や、薄板の端面欠陥を検査する装置（例えば特開２００１−２８０８３４号公報等参照）が開発されている。

一方、薄板の表面及び端面の機械的な検査手段としては、例えば超音波探傷法、蛍光磁粉探傷法、液体浸透探傷法、放射線探傷法、磁気探傷法等の非破壊探傷方法（例えば特開平９−２５７７６２号公報等参照）の適用も考えられる。
特開平８−９４３３６号公報 特開２００３−３０２３４６号公報 特開２００１−２８０８３４号公報 特開平９−２５７７６２号公報

上記従来の薄板検査装置は、表面欠陥及び端面欠陥のうちの一方の検査を目的とするものである。そのため、薄板の表面及び端面の検査のためには、２種類の上記従来の薄板検査装置を装備し、２種類の検査を行う必要があり、上述のような薄板の大量生産の妨げになる。

また、上記製品表面の非破壊探傷方法は、検査レベルが高くなるが、基本的に長大物に対しオフラインで比較的時間をかけて検査するものであるため、大量生産される薄板の表面及び端面の検査には不向きである。

本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、薄板の表面及び端面の検査が可能であり、検査精度及び検査速度が促進され、その結果薄板の大量生産性に寄与する薄板検査装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた発明は、
（Ａ）被検査物である薄板を載置する検査台と、
（Ｂ）検査台の上方に配設され、薄板に照明光線を照射する照明系と、
（Ｃ）検査台の上方に配設され、薄板を撮影するデジタルカメラと
を備え、
上記検査台は、
（ａ）法線が斜め上方を向くよう傾斜した鏡面を有する基台部と、
（ｂ）その鏡面の前方に薄板を略水平に配置する架台部と
を有する薄板検査装置である。

当該薄板検査装置は、検査台に薄板を載置し、照明系により薄板に照明光線を照射し、デジタルカメラにより薄板を撮影し、撮影された薄板の画像を観察することで、薄板の表面欠陥の有無等を検査することができる。この検査台は、基台部と架台部とを有し、法線が斜め上方を向くよう傾斜した鏡面の前方に薄板を略水平に配置する。そのため、検査台の上方に配設された照明系の照明光線は、薄板の表面に照射され、上方に反射される。加えて、照明系の照明光線は、基台部の傾斜した鏡面で反射され、その前方の薄板の端面に照射され、薄板の端面からの反射光が傾斜した鏡面で上方に反射される。従って、当該薄板検査装置は、薄板の表面及び端面の双方を含む画像をデジタルカメラで取得することができ、撮影された薄板の表面及び端面を含む単一画像を観察することで、薄板の表面欠陥及び端面欠陥の有無を検査することができる。以上のことから、当該薄板検査装置は、上記従来の検査と比較して検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。

上記基台部の鏡面をその上下辺が略水平に配設される方形に形成し、上記架台部を基台部の鏡面に貼設されるプリズムとし、このプリズムは鏡面の上辺より下方に位置しかつ薄板を載置可能な略水平面を有する。このように、基台部の鏡面を方形に形成し、架台部を鏡面に貼設されるプリズムとし、プリズムの上面（鏡面の上辺より下方）に薄板を載置可能な略水平面を有することで、上記と同様に薄板の表面及び端面の双方を含む画像を単一のデジタルカメラで撮影することができ、上記と同様の作用が奏される。また当該手段によれば、薄板を載置する架台部が透明のプリズムとされていることから、薄板の表面部分と端面部分とが明確に区分された画像を取得することができ、検査の容易性及び高精度化をより促進することができる。さらに当該手段によれば、架台部がプリズムであるため、別途手段の追加が必要であるが、薄板の裏側表面の画像の取得及び検査も可能となる。

上記基台部を断面が直角三角形の三角柱状に形成し、その斜面を上記鏡面とし、上記プリズムを断面が基台部の断面と相似形の三角柱状に形成し、基台部及びプリズムの互いの対偶する側面が平行になる位置関係で基台部の斜面の少なくとも上側縁部を除く部分にプリズムの斜面を貼設するとよい。かかる簡易な構造の検査台を備えることで、上記と同様に薄板の表面及び端面の双方を含む画像を単一のデジタルカメラで撮影することができ、上記と同様の作用が奏される。

上記基台部の鏡面の傾斜角としては４５°が好ましい。このように基台部の鏡面の傾斜角を４５°とすることで、検査台上方に配設される照明系の照明光線を効果的に薄板端面に導くことができ、かつ薄板端面からの反射光を鉛直上方に反射させることができる。その結果、当該手段によれば、薄板端面の画像の正確性及び鮮明性を促進することができ、薄板端面の検査の精度を向上することができる。

上記デジタルカメラのレンズとしてテレセントリック光学系を有するとよい。上述のように薄板表面からの反射光は直接デジタルカメラに取得され、薄板端面からの反射光は基台部の鏡面によって上方に反射されて間接的にデジタルカメラに取得される。そのため、デジタルカメラから検査台に載置された薄板表面までの光線距離と薄板端面までの光線距離とが相違し、薄板の画像における表面部分と端面部分とでピントがずれる傾向にある。しかし、当該手段のようにデジタルカメラのレンズにテレセントリック光学系を使用することで、薄板の画像における表面部分と端面部分のピントのずれを低減することができ、薄板表面及び端面の検査精度を向上することができる。

上記照明系として同軸落射照明系を用いるとよい。このように同軸落射照明系を採用することで、当該薄板検査装置のコンパクト化が図られる。また、当該同軸落射照明系と上記テレセントリック光学系とを併用することで、鏡面状の薄板表面及び端面の微妙な反射率の変化を捉えることができ、当該薄板検査装置の検査精度を向上することができる。

ここで、「鏡面」とは、例えば鏡のように反射率の高い面を意味する。「斜面」とは、三角柱状体の側面のうち三角形断面の斜辺が構成する側面を意味する。「基台部及びプリズムの互いの対偶する側面」とは、基台部及びプリズムの側面のうち相似形断面の対応する一対の辺を含む一対の側面を意味する。「傾斜角」とは、水平面を基準とする角度を意味する。

以上説明したように、本発明の薄板検査装置は、薄板の表面と端面の双方を検査することができ、検査精度及び検査速度が格段に促進され、その結果薄板の大量生産性に寄与することができる。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係る薄板検査装置を示す模式的斜視図、図２は図１の薄板検査装置における薄板の撮影機構を説明する模式図、図３は図１の薄板検査装置のデジタルカメラで撮影した画像サンプルである。

図１の薄板検査装置は、薄板Ｘの表面及び端面を検査するものであり、検査台１、照明系２及びデジタルカメラ３を主構成要素として備えている。当該薄板検査装置は、上記主構成要素の他、例えばデジタルカメラ３で撮影した画像を表示するディスプレー等を適宜備えている。

検査対象である薄板Ｘとしては、（ａ）アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、金、金合金、銀、銀合金、銅、銅合金等からなる金属箔、（ｂ）前記と同様の金属からなる金属板、（ｃ）ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロースアセテート、塩化ビニル等の合成樹脂フィルム、（ｄ）前記合成樹脂フィルムの表面に金属蒸着層を有する積層樹脂フィルム、（ｅ）ガラス基板などが挙げられる。

検査台１は、基台部４と架台部５とから構成されている。基台部４は、断面が直角二等辺三角形でかつ側面と底面（柱状体の端面を意味し、下方の面という意味ではない。以下同様）が直角の三角柱状に形成されている。基台部４は、直角の内角を構成する一対の側面７及び側面８のうち一の側面７が下方かつ水平に位置するよう配設されている。基台部４の斜面６は、高い反射性を有する鏡面に形成され、法線が斜め上方を向くよう傾斜している。この斜面６の傾斜角αは、基台部４の断面が直角二等辺三角形であるため、４５°となる。

架台部５は、プリズムから構成されている。架台部５は、断面が基台部４の断面より小さい直角二等辺三角形（つまり基台部４の断面と相似形）でかつ側面と底面が直角の三角柱状に形成され、基台部４と同様の長さ（底面間距離）を有している。架台部５の斜面９は、基台部４の斜面６の上側縁部及び下側縁部を除く部分に貼設されている。基台部４と架台部５とは、互いの対偶する側面（つまり、斜面６及び斜面９、側面７及び側面１０、側面８及び側面１１）が平行になる位置関係で配設されている。従って、架台部５の側面１０は、基台部４の斜面６（鏡面）の上辺より下方にかつ水平に位置し、薄板Ｘを鏡面（斜面６）の前方に水平に載置可能に構成されている。

照明系２は、検査台１の上方に配設され、薄板Ｘに上方から照明光線を照射するものである。この照明系２の具体的構成としては、特に限定されるものではなく、公知の種々の手段が採用される。照明系２としては、例えばランプ、ＬＥＤ等の光源、その他必要に応じて光ファイバー、ライトガイド、拡散板等が備えられる。

デジタルカメラ３は、検査台１の上方に配設され、薄板Ｘを上方から撮影するものである。このデジタルカメラ３としては、特に限定されるものではなく、公知の種々のデジタルカメラを使用することができる。但し、デジタルカメラ３としては、装置自体が比較的簡易であり、画像処理等が可能な画像データが直接取得されるＣＣＤカメラが好ましい。特に、比較的小さい薄板Ｘの表面及び端面を一度に撮影する場合は２次元ＣＣＤカメラが好ましく、後述するように帯状の薄板Ｘをその長手方向Ａにスライドさせつつ表面及び端面を連続的に撮影する場合は１次元ＣＣＤカメラが好ましい。

当該薄板検査装置は、検査台１に薄板Ｘを載置し、照明系２により薄板Ｘに照明光線を照射し、デジタルカメラ３により薄板Ｘを撮影し、撮影された薄板Ｘの画像を観察することで、薄板Ｘの表面及び端面を検査することができる。従って、当該薄板検査装置は、上記従来の検査と比較して検査の精度及び速度を飛躍的に向上することができる。当該薄板検査装置における薄板Ｘの表面及び端面の検査機構を下記に詳述する。

図２に示すように、当該薄板検査装置の検査台１は斜面６が鏡面の三角柱状の基台部４と三角柱状プリズムの架台部５とから構成されており、この検査台１において検査対象である薄板Ｘはその法線が斜め上方を向くよう傾斜した鏡面（斜面６）の前方に水平に配置される。そのため、検査台１の上方に配設される照明系２の照明光線は、検査台１の上面に載置される薄板Ｘの表面に照射され、また４５°傾斜した鏡面（斜面６）で反射されてその前方の薄板Ｘの端面にも照射される。このように照射される薄板Ｘにおいて、表面の反射光ｍは鉛直上方に反射され、端面の反射光ｎは鏡面（斜面６）方向に反射され、４５°傾斜した鏡面（斜面６）で鉛直上方に反射される。

従って、当該薄板検査装置のデジタルカメラ３で撮影した画像は、図３に示すように、薄板Ｘの表面部分Ｙ及び端面部分Ｚの双方が含まれている。このようにデジタルカメラ３で取得した画像のうち薄板Ｘの表面部分Ｙを観察することで、例えばキズ、凹み、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の表面欠陥の有無、種類、程度等の判定が可能となる。またデジタルカメラ３で取得した画像のうち薄板Ｘの端面部分Ｚを観察することで、例えばうねり、厚み変化、バリ等の端面欠陥の有無、種類、程度等の判定が可能となる。また当該薄板検査装置のデジタルカメラ３で撮影した画像は、薄板Ｘを載置する架台部５が透明のプリズムとされていることから、表面部分Ｙと端面部分Ｚとが明確に区分され、検査の容易性及び高精度化が促進される。

デジタルカメラ３はテレセントリック光学系レンズを有するとよい。かかるテレセントリック光学系とは、主光線がレンズ光軸と平行である光学系であり、物体側が平行な物体側テレセントリック光学系、像側が平行な像側テレセントリック光学系、物体側及び像側双方が平行な両側テレセントリック光学系がある。上述のようにデジタルカメラ３で取得した画像の表面部分Ｙを構成する薄板Ｘ表面からの反射光ｍの光線距離と端面部分Ｚを構成する薄板Ｘ端面からの反射光ｎの光線距離とが相違するため、表面部分Ｙと端面部分Ｚとでピントのずれが生じてしまう。しかし、このようにデジタルカメラ３のレンズにテレセントリック光学系を使用することで、画像の表面部分Ｙと端面部分Ｚとのピントのずれを低減することができ、薄板表面及び端面の検査精度を向上することができる。

照明系２としては同軸落射照明系を用いるとよい。このように同軸落射照明系を採用することで、当該薄板検査装置のコンパクト化が図られる。また、当該同軸落射照明系と上記テレセントリック光学系レンズとを併用することで、鏡面状の薄板表面及び端面の微妙な反射率の変化を捉えることができ、当該薄板検査装置の検査精度を向上することができる。

また照明系２としては偏射照明系を用いてもよい。かかる偏射照明系とは、検査台１に水平に載置した薄板Ｘに斜め上方から照明光線を照射するものである。偏射照明系を用いることで、薄板Ｘ表面の凹凸等の鮮明度が増し、検査の容易性及び高精度化を促進することができる。

薄板Ｘが帯状（テープ状）の場合、薄板Ｘの長手方向Ａが架台部５の中心軸（三角柱の中心軸）と平行になるよう薄板Ｘを検査台１の上面に載置し、薄板Ｘを長手方向Ａにスライドさせつつ１次元ＣＣＤカメラ等で薄板Ｘの表面及び端面を連続的に撮影するとよい。このように薄板Ｘを長手方向Ａにスライドさせつつ撮影することで、帯状の薄板Ｘの表面及び端面を連続的かつ迅速に検査することができる。

なお、本発明の薄板検査装置は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、検査台は、直角三角形断面の基台部４及び同じく直角三角形断面プリズムの架台部５を互いの斜面で対偶するよう貼設した上記形態に限定されるものではなく、基台部が上方に傾斜した鏡面を有し、かつ架台部がその鏡面の前方に薄板を略水平に配置可能な形態であればよく、上記形態と同様に薄板の表面と端面とを検査することができる。

同様に、検査台を構成する架台部も、直角三角形断面のプリズムに限定されるものではなく、基台部の鏡面の上辺より下方に位置しかつ薄板を載置可能な略水平面を有する形態であればよく、例えば四角柱状、五角柱状等でも可能である。

また、基台部の鏡面の傾斜角としては、上記形態のように４５°に限定されるものではなく、それより小さい範囲、好ましくは３０°以上４５°未満でもよい。このように鏡面の傾斜角を４５°未満とすることで、デジタルカメラで取得する画像の端面部分を厚さ方向に拡大することができ、端面欠陥の検知の容易性を向上することができる。一方、鏡面の傾斜角を上記下限より小さくすると、上方のデジタルカメラに至る薄板の端面からの光線量が少なくなり、逆に端面欠陥の検知が困難になるおそれがある。

さらに、（ａ）基台部の鏡面と面対称となる位置に鏡面を追加すること、（ｂ）基台部の鏡面の前方にデジタルカメラを追加すること、（ｃ）架台部の角柱状プリズム形状を工夫すること等の手段を追加し、薄板の裏側表面の画像を取得し、薄板の両面を検査するよう構成することも可能である。

以上のように、本発明の薄板検査装置は、例えば液晶ディスプレー等の製品の構成材料として使用される金属箔（アルミ箔等）、金属蒸着された樹脂フィルム、ガラス基板等の薄板の迅速かつ適格な検査が可能となり、かかる製品の大量生産性に寄与する。

本発明の一実施形態に係る薄板検査装置を示す模式的斜視図 図１の薄板検査装置における薄板の撮影機構を説明する模式図 図１の薄板検査装置のデジタルカメラで撮影した画像サンプル

符号の説明

１ 検査台
２ 照明系
３ デジタルカメラ
４ 基台部
５ 架台部
６ 斜面
７ 側面
８ 側面
９ 斜面
１０ 側面
１１ 側面
Ｘ 薄板
Ｙ 表面部分
Ｚ 端面部分
α 傾斜角
ｍ 表面の反射光
ｎ 端面の反射光
Ａ 薄板の長手方向

Claims (5)

1. 被検査物である薄板を載置する検査台と、
   検査台の上方に配設され、薄板に照明光線を照射する照明系と、
   検査台の上方に配設され、薄板を撮影するデジタルカメラと
   を備え、
   上記検査台は、
   法線が斜め上方を向くよう傾斜した鏡面を有する基台部と、
   その鏡面の前方に薄板を略水平に配置する架台部と
   を有し、
   上記基台部の鏡面は、その上下辺が略水平に配設される方形に形成され、
   上記架台部は、基台部の鏡面に貼設されるプリズムとされ、
   このプリズムは、鏡面の上辺より下方に位置しかつ薄板を載置可能な略水平面を有する薄板検査装置。
2. 上記基台部は、断面が直角三角形の三角柱状に形成され、その斜面が上記鏡面とされ、
   上記プリズムは、断面が基台部の断面と相似形の三角柱状に形成され、
   基台部及びプリズムの互いの対偶する側面が平行になる位置関係で、基台部の斜面の少なくとも上側縁部を除く部分にプリズムの斜面が貼設されている請求項１に記載の薄板検査装置。
3. 上記基台部の鏡面の傾斜角が４５°である請求項１又は請求項２に記載の薄板検査装置。
4. 上記デジタルカメラのレンズが、テレセントリック光学系を有している請求項１、請求項２又は請求項３に記載の薄板検査装置。
5. 上記照明系として、同軸落射照明系が用いられている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の薄板検査装置。
   

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