JP4882414B2 - 中空糸膜モジュールの検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、人工透析機、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検査装置および中空糸膜モジュールの検査方法、もしくは中空糸膜モジュールの製造方法に関する。

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たものである。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）、ポッティング樹脂をケース内における各中空糸膜の周りの空間に浸透させることによって行うが、その際、中空糸膜の内部にポッティング樹脂が入り込んだり、中空糸膜が何らかの理由でつぶれたりして、閉塞されることがある。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。

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、中空糸膜モジュールの両端のポッティング樹脂端面（以下、ポッティング端面という。）に入射光を照射し、前記端面での散乱光をＣＣＤカメラで撮像し、撮像した画像から中空糸膜の中空部分の輝度の平均値を求め、その輝度平均値が予め定める閾値より高ければ、不通糸有りと判定することで検査を行う方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

ここで、ポッティング端面が反りもしくは傾きを有し、反射光の角度が変化する場合（図１０の右側参照）には、照射光の光源として通常の光を使用すると、反射光の角度が変化し、撮像装置で受光することができなくなることがあり、精度よく不通糸を判定することが不可能である。

そこで、特許文献１においては、照射光として紫外線を用いることによって、ポッティング端面が反りもしくは傾きを有し、反射光の角度が変化する場合（図１０の右側参照）であっても、散乱光を撮像することで精度よく不通糸の判定を行うことが可能である旨が開示されている。

しかし、紫外線を照射された中空糸膜モジュールは、良く知られている紫外線による光化学反応により黄変劣化するため、中空糸膜モジュールを劣化させることなく検査する事ができなかった。また、散乱光を受光した場合でも、不通糸の判定の精度には限界があった。
特開２００４−１１３８９４号公報

本発明の目的は、中空糸膜モジュールの不通糸欠陥の有無およびその発生の程度を中空糸膜モジュールを劣化させることなく非接触の方法によって判断することが可能であり、良否の判定を従来の方法よりも正確に行うことができる方法およびその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、中空糸膜モジュールのポッティング端面に次の（３）式の条件を満たした平面型光源による光を照射し、前記端面からの反射光を撮像し、前記撮像によって得られた画像と予め定めるモデル画像との相関をとって中空部分が空洞になっている中空糸膜を検出し、前記検出により確認された前記中空糸膜の本数が、予め定める中空糸膜本数閾値を下回る場合は、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検査方法を提供する。
θ：中空糸膜モジュールのポッティング端面の反りもしくは傾き角度
Ｈ：平面型光源の縦および横方向の寸法（ｍｍ）
Ｄ：平面型光源の光軸中心と中空糸膜モジュールのポッティング端面との間の距離（ｍｍ）
ここで、本発明において、中空部分について「空洞である」もしくは「空洞状態である」とは、樹脂による閉塞がどの程度の状態であるかという具体的な基準はなく、本発明の検査方法によって予め定めるモデル画像との関係によって定まる、言い換えれば任意に設定するものである。この際、前記モデル画像が中空部分が空洞状態の中空糸膜によるモデル画像であり、かかるモデル画像の画素群と前記撮像によって得られた画像の各画素を中心とした前記モデル画像に対応する領域を有する前記画像内の画素群との正規化相関によって算出された相関度が、予め定める相関度閾値より高い場合に、中空部分が空洞状態の中空糸膜として検出することが好ましい。

また、本発明は、上記目的を達成するために、中空糸膜モジュールのポッティング端面に次の（４）式の条件を満たした平面型光源による光を照射する手段と、前記端面からの反射光を撮像する手段と、前記撮像によって得られた画像と予め定めるモデル画像との相関をとって中空部分が空洞状態の中空糸膜を検出する手段と、前記検出により確認された前記中空糸膜の本数が予め定める中空糸膜本数閾値を下回る場合は中空糸膜モジュールを不良品と判定する手段を備えることを特徴とする中空糸膜モジュールの検査装置を提供する。
θ：中空糸膜モジュールのポッティング端面の反りもしくは傾き角度
Ｈ：平面型光源の縦および横方向の寸法（ｍｍ）
Ｄ：平面型光源の光軸中心と中空糸膜モジュールのポッティング端面との間の距離（ｍｍ）

本発明に係る中空糸膜モジュール検査装置および中空糸膜モジュールの検査方法、または中空糸膜モジュールの製造方法によれば、次のような種々の効果が得られる。
（１）ポッティング端面が反りもしくは傾きを有する場合に、照射光として紫外線を用いなくとも、精度良く中空糸膜モジュールの不通糸の良否を判定することが可能であるため、中空糸膜モジュールを劣化させることなく検査することができる。
（２）撮像画像とモデル画像との比較の手段として正規化相関を用いることによって、不通糸欠陥の有無を１本単位で検出することができる。
（３）撮像画像の輝度の平均値、標準偏差について上限もしくは下限の閾値により判定することで、ポッティング端面上のキズや凹凸の影響を受けることなく、精度よく不通糸欠陥の有無を検出することができる。
（４）判定結果に基づいて中空糸膜モジュールの選別を行うので、不良品流出の防止と、生産性の向上を実現できる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態における中空糸膜モジュール検査装置の全体構成を示している。図１において、Ｍは中空糸膜モジュール、１はモジュール移載装置、２はモジュール支持装置、３は光照射装置、４は撮像装置、５は中空糸膜検出装置、６は欠陥判定装置、７は操作指令装置、８は表示装置、９はモジュール排出装置をそれぞれ示している。なお、中空糸膜モジュールＭはこの形態では１本ずつ検査する構成となっているが、複数を同時に載置・検査する構成でもよい。
以下、これら各部の構成をその作用と共に詳細に説明する。
＜モジュール移載装置＞
モジュール移載装置１は前工程から移送されてくる中空糸膜モジュールＭを後述するモジュール支持装置２上に載置するものである。
＜モジュール支持装置＞
モジュール支持装置２は前記移載装置１により載置された中空糸膜モジュールＭを支持するものである。なお、中空糸膜モジュールＭのポッティング端面と後述する撮像装置４間との距離を一定に保つために当て止め治具によりポッティング端面の位置を調整してもよい。また、測長器を設置してポッティング端面と測長器間の距離を測定し、後述する撮像装置４の下部に設けたスライダを光軸方向に前後させてポッティング端面と撮像装置４間とを一定距離に保つ方法でも良い。なお、この実施形態においては後述する撮像装置４にラインセンサカメラを用いていることから、モジュール支持機構２ａ上に載置した中空糸膜モジュールＭをモジュール走査機構２ｂにより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＞
光照射装置３は光源３ａと電源３ｂとを備えており、本発明においては、光源３ａは平面型光源である。この実施形態においては、光源３ａにはハロゲンランプによる白色光を照射する平面型光源を用いる。ここで平面型光源とは、平面光源ともいい、一般的に平面型光源、平面光源とされる光源を含むものであり、発光面がＬＥＤや電球などの点状の点光源や棒状蛍光灯などの１次元的広がりを持つ線状の線光源とは異なる、２次元的広がりを持つ平面型の形状を有した光源を含むものである。ただし、光源自体の形状が平面型ではなく、点状、線状であったとしても、例えば拡散板等の手段によって光が平面状に照射される様な構造を有したものも含むものである。より具体的には、測定対象である中空糸膜モジュールのポッティング端面全体が反射光が撮像され得る程度の大きさに光を平面状に照射し得るものであればよい。光の拡散手段を有するものが一般的に好ましく、また、１辺の長さあるいは直径がポッティング端面の一辺の長さあるいは直径の２〜３倍程度、具体的にはポッティング端面の一辺の長さあるいは直径が４５ｍｍの場合、９０〜１３５ｍｍ程度の形状を有する光源であることがより好ましい。光の拡散手段としては、シート状物に照射した光を透過させることにより拡散光を得る手段や、シート状物に照射した光を反射させることにより拡散光を得る手段が好ましい。そして前記光源３ａからの入射光のモジュールＭのポッティング端面に対する入射角θｉと後述する撮像装置４に対するモジュールＭのポッティング端面からの反射光の反射角θｏ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。なお、中空糸膜モジュールＭのポッティング端面に角度θの反りもしくは傾きがあるとすると（角度θについては、図１０を参照）、正反射光の向きはθｉ−２θの角度を有する方向となるため、前記した１次元的広がりを持つ光源を使用した場合、図１０の左側に示すように、正反射光を後述する撮像装置４で受光することができなくなることがある。このような箇所は暗い状態で撮像されるため、後述する中空糸膜検出装置による誤検出や見逃しの要因となる。

しかし、２次元的広がりを持つ平面型光源を用いた実施形態とすると、図１０の右側に示すように、前記角度θの反りもしくは傾きを有するポッティング端面に対してθｉ＋２θの角度を有する入斜光を照射することが可能となるため、前記反射角θｏで設置した後述する撮像装置４による正反射光の受光が可能となる。この際、平面型光源の寸法が縦、横ともにＨ、平面型光源の光軸中心位置と中空糸膜モジュールのポッティング端面との距離がＤであった場合、受光可能な反りもしくは傾きによる角度θの範囲は図１０に示す数式１にて求められる。

この実施の形態においては、θは±１０（°）であるが、Ｈは９０（ｍｍ）、Ｄは１１０（ｍｍ）であるので、θの許容範囲は−１０（°）から１０（°）となり、中空糸膜モジュールＭにポッティング端面に反りもしくは傾きがあった場合でも、光源３ａからの照射光を後述する撮像装置４により受光することが可能で、見逃しや誤検出を防止することができる。

電源３ｂは、後述する操作指令装置７からの指令によって光源３ａのオン・オフおよび光量の調節を行う。
＜撮像装置＞
撮像装置４は、モジュール支持装置２上の中空糸膜モジュールＭのポッティング端面を撮像して画像を得るためのもので、この実施形態では２０４８画素のラインセンサカメラを用いている。

また、この実施形態においては、図３に示す、中空糸膜モジュールＭのポッティング端面は、平坦な樹脂部分１０は高輝度に、中空糸膜部分１１や空洞となっている正常な中空糸膜の中空部分１２は低輝度に撮像される。なお、不通糸欠陥は、中空部分１３に樹脂が詰まっているため、前記樹脂部分１０と同じように高輝度で撮像される。
＜中空糸膜検出装置＞
中空糸膜検出装置５は、前記撮像装置４によって得られた撮像画像と予め定めるモデル画像との相関をとって中空部分１２が空洞になっている中空糸膜を検出し、その本数を測定する。この中空糸膜検出装置５の処理の流れは、図４に示すようになっている。

図４において、前記撮像装置４によって得られた画像と予め定めるモデル画像との相関をとる方法は、中空部分が空洞になっている中空糸膜をモデルにして予め作成したモデル画像の画素群と、撮像によって得られた画像の各画素を中心とした前記モデル画像に対応する領域を有する前記撮像画像内の画素群との正規化相関によって算出された相関度Ｒが、予め定める相関度閾値Ｒｔより高い場合は中空糸膜として検出するものである。ここで正規化相関とは、入力する画像の輝度値の大きさで相関度を正規化したものである。モデル画像の画素群をｆ、前記撮像画像の画素群をｇとしたとき、相関度Ｒは図１１に示す数式２にて求められる。なお、相関をとる方法には、相関法、ベクトル相関法などがあるが、光源３ａの変動などによる前記撮像画像の輝度変化を吸収でき、かつ雑音に対する耐性の高い正規化相関法が望ましい。

なお、検出される中空糸膜群の中には、平坦なポッティング部分に比べて低輝度に撮像される、図６に示すようなポッティング端面のキズ１３、などが含まれる事がある。これらを中空糸膜本数に加算すると、実際よりも正常な中空糸膜の本数を多く数えるため、実際は欠陥品である中空糸膜モジュールＭを良品と誤判定する可能性がある。そこで、算出された前記相関度Ｒが予め定める相関度閾値Ｒｔよりも高い中空糸膜候補に対して、中空糸膜候補座標を中心としたモデル画像に対応する領域を有する前記撮像画像内の画素群の輝度平均値Ａが予め定める上限閾値Ａｔｕおよび下限閾値Ａｔｌの範囲内にあるもののみ抽出することで、正常糸部分比較して明るく撮像されるキズ１３などを正常糸とする誤検出を防止する。

また、検出される中空糸膜群の中には、平坦なポッティング部分に比べて低輝度に撮像される、図７に示すようなポッティング不良による凹凸１４が含まれる事がある。これを中空糸膜本数に加算すると、実際よりも正常な中空糸膜の本数を多く数えるため、実際は欠陥品である中空糸膜モジュールＭを良品と誤判定する可能性がある。そこで、算出された前記相関度Ｒが予め定める相関度閾値Ｒｔよりも高い中空糸膜候補に対して、中空糸膜候補座標を中心としたモデル画像に対応する領域を有する前記撮像画像内の画素群の輝度標準偏差σが予め定める上限閾値σｔｕおよび下限閾値σｔｌの範囲内にあることを確認することで、正常糸部分と同程度に暗く撮像されるが、その面積が中空糸膜よりも大きくて輝度分布が平坦であり、輝度標準偏差が小さいポッティング端面の凹凸１４を正常糸として検出する誤検出を防止する。
＜欠陥判定装置＞
欠陥判定装置６は、前記中空糸膜検出装置５により得られた空洞状態の中空糸膜本数Ｎと予め定める中空糸膜本数閾値Ｎｔとを比較し、中空糸膜本数Ｎが前記閾値Ｎｔを下回れば前記中空糸膜モジュールＭを欠陥品と判定する。この欠陥判定装置６の処理の流れは、図８に示すようになっている。
＜操作指令装置＞
操作指令装置７は、測定する中空糸膜モジュールＭの外径、中空糸膜の外径および内径、モジュールの組み立て方法等の違いに対応し、中空糸膜検出装置５および欠陥判定装置６に指令を送り、中空糸膜モジュールＭに適したモデル画像や相関度閾値Ｒｔ、輝度平均値上限閾値Ａｔｕ、輝度平均値下限閾値Ａｔｌ、輝度標準偏差上限閾値σｔｕ、輝度標準偏差下限閾値σｔｌ、中空糸膜検出本数閾値Ｎｔを設定するとともに、光照射装置の電源３ｂに指令を送り、光源３ａのオン・オフや光量の調節を行う。また、中空糸膜モジュールＭの移動が撮像装置４による撮像に適した速度で行われるようにモジュール支持装置２に指令を送る。
＜表示装置＞
表示装置８は検査結果の表示、また正常糸部分にマーク１５をプロットした画像の表示に用いられる。
＜モジュール排出装置＞
モジュール排出装置９は、前記欠陥判定装置６での判定に従い、良品の中空糸膜モジュールＭのみを次工程へ排出する。

本発明における中空糸モジュールの製造方法は、上記検査方法を用いて端面の検査を行う工程を有するものであり、上記検査による不良品排除により、生産効率に優れたものである。また、本発明における中空糸モジュールは、かかる製造方法によって製造された、品質に優れたことを特徴とするものである。

以下に、本発明を実施例によって具体的に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。

図２は撮像装置４によって撮影した中空糸膜モジュールＭのポッティング端面の画像である。この画像について、中空糸膜検出装置５にて図５に示すモデル画像により正規化相関処理を行うと、相関度Ｒが相関度閾値Ｒｔ（この例では０．５）を上回る中空糸膜候補の画素の座標情報が得られる。この座標を中心とするモデル画像に対応する領域を有する前記撮像画像内の画素群の輝度平均値Ａを各座標に対して求め、それぞれ上限閾値Ａｔｕ（この例では１２８）および下限閾値Ａｔｌ（この例では３６）と比較して、その範囲内にあるものだけを取り出すことで、中空糸膜候補の座標情報が絞り込まれる。さらに、前記座標を中心とするモデル画像に対応する領域を有する前記撮像画像内の画素群の輝度標準偏差σを各座標について求め、それぞれ上限閾値σｔｕ（この例では３２）および下限閾値σｔｌ（この例では５）と比較して、その範囲内にあるものだけにさらに絞り込んで取り出すことで、中空糸膜の座標情報が得られる。

この座標情報に基づいて、前記撮像画像にマーク１５をプロットすると図９に示す画像が得られ、前記座標情報の数から検出された中空糸膜の本数Ｎを測定する。この実施例では中空糸膜検出本数Ｎは１３７８本であった。

最後に、この前記中空糸膜検出本数Ｎと、中空糸膜モジュールＭの中空糸膜本数閾値Ｎｔ（この例では１６６２本）とを比較した結果、前記中空糸膜検出本数Ｎが前記閾値Ｎｔを下回ったため、モジュールＭは欠陥品と判定され、製造工程から除外された。

本発明の一実施形態における装置の全体構成図である。 図１に示した装置によって撮像したポッティング端面の画像である。 図２に示した画像の一部を拡大したものである。 図１に示した中空糸膜検出装置５における処理の流れである。 図４に示した正規化相関処理において使用する正常糸のモデル画像である。 図２に示したポッティング端面の画像上に発生する凹凸１３による低輝度部分の画像を含む例である。 図２に示したポッティング端面に発生するキズ１４による低輝度部分の画像を含む例である。 図１に示した欠陥判定装置６における処理の流れである。 図２に示した画像に対して、中空糸膜検出装置５による中空糸膜検出結果をマーク１５をプロットした画像である。 図１に示した装置において、種々の光源３ａからの光の入射およびポッティング端面の反りもしくは傾きがある場合の正反射の状態を示すための模式図である。 正規化相関による相関度Ｒの算出式を示したものである。

符号の説明

Ｍ：中空糸膜モジュール
１：モジュール移載装置
２：モジュール支持装置
２ａ：モジュール支持機構
２ｂ：モジュール走査機構
３：光照射装置
３ａ：光源
３ｂ：電源
４：撮像装置
５：中空糸膜検出装置
６：欠陥判定装置
７：操作指令装置
８：表示装置
９：モジュール排出装置
１０：樹脂部分
１１：中空糸膜部分
１２：中空部分
１３：キズによる低輝度部分
１４：凹凸による低輝度部分
１５：中空糸膜の検出マーク
Ｒ：正規化相関による相関度
Ｒｔ：相関度閾値
Ａ：輝度平均値
Ａｔｕ：輝度平均値の上限閾値
Ａｔｕ：輝度平均値の下限閾値
σ：輝度標準偏差
σｔｕ：輝度平均値の上限閾値
σｔｕ：輝度平均値の下限閾値
Ｎ：中空糸膜検出本数
Ｎｔ：中空糸膜検出本数閾値
θ：ポッティング端面の反り、傾きの角度
θｉ：光源３ａからポッティング端面への照射光の入射角
θｏ：ポッティング端面から撮像装置４への正反射光の出射角

Claims (3)

1. 中空糸膜モジュールのポッティング端面に次の（１）式の条件を満たした平面型光源による光を照射し、前記端面からの反射光を撮像し、前記撮像によって得られた画像と予め定めるモデル画像との相関をとって中空部分が空洞状態の中空糸膜を検出し、前記検出により確認された前記中空糸膜の本数が、予め定める中空糸膜本数閾値を下回る場合は、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検査方法。
   θ：中空糸膜モジュールのポッティング端面の反りもしくは傾き角度
   Ｈ：平面型光源の縦および横方向の寸法（ｍｍ）
   Ｄ：平面型光源の光軸中心と中空糸膜モジュールのポッティング端面との間の距離（ｍｍ）
2. 前記モデル画像を中空部分が空洞状態の中空糸膜によるモデル画像として、前記モデル画像の画素群と前記撮像によって得られた画像の各画素を中心とした前記モデル画像に対応する領域を有する前記画像内の画素群との正規化相関によって算出された相関度が、予め定める相関度閾値より高い場合に、中空部分が空洞状態の中空糸膜として検出することを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュールの検査方法。
3. 中空糸膜モジュールのポッティング端面に次の（２）式の条件を満たした平面型光源を含む光を照射する手段と、前記端面からの反射光を撮像する手段と、前記撮像によって得られた画像と予め定めるモデル画像との相関をとって中空部分が空洞状態の中空糸膜を検出する手段と、前記検出により確認された前記中空糸膜の本数が予め定める中空糸膜本数閾値を下回る場合は中空糸膜モジュールを不良品と判定する手段を備えることを特徴とする中空糸膜モジュールの検査装置。
   θ：中空糸膜モジュールのポッティング端面の反りもしくは傾き角度
   Ｈ：平面型光源の縦および横方向の寸法（ｍｍ）
   Ｄ：平面型光源の光軸中心と中空糸膜モジュールのポッティング端面との間の距離（ｍｍ）