JP4930748B2 - 被膜検査装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は塗工の技術分野に属する。特に、基材に塗工を行って形成される被膜において膜厚変動をともなう欠陥を検出する被膜検査装置と被膜検査方法に関する。

塗工により基材に被膜を形成した透明または半透明フィルムの検査は、従来は、フィルムを透過した光の明暗像をＣＣＤカメラにより検出することにより行われている（特許文献１）。しかし、この方法は塗工面の抜け、ピンホール、異物の混入等の欠陥は検出できるが、僅かな膜厚の差異としてしか現れない欠陥の検出は困難であった。また、透過光を適用する検査のときには、基材が浮いている状態であるため、内部応力によるたわみ、張力によるしわが入り易く、欠陥として誤検出する恐れが高い。また、多層の場合に検出対象の層以外の欠陥も検出するため、どの層に欠陥が発生しているかを特定することは困難である。
特開平７−３１８５１５

特に、大型液晶テレビやプラズマディスプレイパネルなどに使用される反射防止フィルムのように、基材に被膜を形成した機能性フィルムは品質に対する要求度合いが極めて高く、従来の自動検査装置を適用することができない。そのため、従来は、人の感覚に頼った検査が行われている。すなわち、フィルム面からの反射光を目視により観察し反射光の変動から欠陥の有無を人が判定する方法によって検査が行われている。しかし、このような目視検査はインラインでは場所、速度等の制約があって困難であり、検査のための別工程を設ける必要がある。そのため、時間的、費用的なロスが大きいだけでなく、集中力を強いるため作業者の負荷が大きい。また、人が行う限り不良の見逃しを無くすことは不可能である。

本発明は上記の問題を解決するために成されたものである。その目的は、僅かな膜厚の差異としてしか現れない欠陥の検出ができ、インラインの自動検査に適用することができ、基材のたわみやしわによる欠陥の誤検出がなく、反射防止フィルムにおける低屈折率層等の特定の層の欠陥だけ選択的に検査することができる被膜検査装置および方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る被膜検査装置は、走行する基材に形成された被膜の表裏面で反射した光が干渉するように白色光を照明する照明手段と、
走行方向に対して直角方向の直線状の前記被膜における光が干渉する領域からの反射光を撮像して出力される撮像信号に基づく直線状の撮像領域の色調のデータであるカラーラインデータを出力する撮像手段と、
前記撮像手段によって検査基準を撮像して得た基準カラーラインデータと検査対象を撮像して得た検査対象カラーラインデータとの差異が各画素ごとに設定された許容範囲を外れた画素の連続数が設定された所定数を超えたときに前記被膜の欠陥を検出したことを示す欠陥検出信号を出力する処理手段と、
を具備するようにしたものである。
また本発明の請求項２に係る被膜検査装置は、請求項１に係る被膜検査装置において、前記走行を案内し前記撮像する直線状の領域の位置決めを行うとともに前記基材を透過した照明光を吸収する黒色の案内面を有する案内手段を具備するようにしたものである。
また本発明の請求項３に係る被膜検査方法は、走行する基材に形成された被膜の表裏面で反射した光が干渉するように白色光を照明する照明過程と、
走行方向に対して直角方向の直線状の前記被膜における光が干渉する領域からの反射光を撮像して出力される撮像信号に基づく直線状の撮像領域の色調のデータであるカラーラインデータを出力する撮像過程と、
前記撮像手段によって検査基準を撮像して得た基準カラーラインデータと検査対象を撮像して得た検査対象カラーラインデータとの差異が各画素ごとに設定された許容範囲を外れた画素の連続数が設定された所定数を超えたときに前記被膜の欠陥を検出したことを示す欠陥検出信号を出力する処理過程と、
を有するようにしたものである。

本発明の請求項１に係る被膜検査装置によれば、膜厚の変動を色差の変動として捉えることができ、欠陥の検出精度が高まり、僅かな膜厚の差異としてしか現れない欠陥の検出ができ、インラインの自動検査に適用することができ、基材のたわみやしわによる欠陥の誤検出がなく、反射防止フィルムにおける低屈折率層等の特定の層の欠陥だけ選択的に検査することができ、各画素ごとの許容範囲の設定と許容範囲を外れた画素の連続数の設定により適正な水準の検査を行うことができ、欠陥検出信号に基づいて警報を鳴らす等によりインライン自動検査に好適な被膜検査装置が提供される。
また本発明の請求項２に係る被膜検査装置によれば、反射光における干渉した光の成分比率が大きくなるため、高いコントラストで光の干渉を撮像することができ、欠陥の検出精度が高まる。
また本発明の請求項３に係る被膜検査方法によれば、膜厚の変動を色差の変動として捉えることができ、欠陥の検出精度が高まり、僅かな膜厚の差異としてしか現れない欠陥の検出ができ、インラインの自動検査に適用することができ、基材の撓み（たわみ）や皺（しわ）による欠陥の誤検出がなく、反射防止フィルムにおける低屈折率層等の特定の層の欠陥だけ選択的に検査することができ、各画素ごとの許容範囲の設定と許容範囲を外れた画素の連続数の設定により適正な水準の検査を行うことができ、欠陥検出信号に基づいて警報を鳴らす等によりインライン自動検査に好適な被膜検査方法が提供される。

次に、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。本発明の被膜検査装置における構成の一例を図１に示す。また本発明の被膜検査装置における欠陥検出処理の過程の一例をフロー図として図２に示す。また反射率の波長依存性と膜厚との関係の説明図を図３に示す。図において、１は照明、２はラインセンサカメラ、３はデータ処理部、４はガイドローラ、１００は基材である。
基材１００は、コーター、印刷機、等の加工装置において、その表面に被膜を加工済みのプラスチックフィルム、さらに追加工する加工対象のプラスチックフィルム、その他のウェブ状の可撓性を有する基材である。特に、大型液晶テレビやプラズマディスプレイパネルなどに使用される反射防止フィルムのように、基材に被膜を形成した機能性フィルムである。その被膜は単層であっても、また多層であってもよい。

反射防止フィルムにおいては、反射防止のための被膜の材料として屈折率の低い材料が使用される。たとえばＰＥＴ（ポリテレフタル酸エチレン：poly(ethylene terephthalate)）フィルムを基材として、その表面に屈折率の低い材料の被膜を形成して反射防止フィルムを得る。このとき、被膜とＰＥＴフィルムの界面および被膜と空気との界面において屈折率に差異が存在するため被膜の表裏面において光の反射を生じ、その光の反射によって光の干渉を生じる。その被膜が単層であっても、また多層であっても層間の屈折率に差異が存在すれば光の反射によって光の干渉を生じる。光が干渉することにより、反射防止フィルムから反射した光は被膜の膜厚に応じた色調または濃淡を表わす。この色調または濃淡を検出することにより被膜の膜厚の状態を検出することが可能となる。

図３（Ａ）に示すように、膜厚と最も反射率の低い波長の関係式は、最も反射率の低い波長をλ、被膜の膜厚（乾燥膜厚）をｈ、被膜の屈折率をｎとするときに、λ＝４×ｈ×ｎで与えられる。すなわち、反射率は波長の関数となっており、図３（Ｂ）に示すように、横軸を波長（ｎｍ）とし、縦軸を反射率（％）としたときの波長と反射率のグラフは極小値（最小値）を有することになる。極小値における波長は実線で例示する所定の膜厚のときと、点線で例示する膜厚が変化したときとでは相違する。この相違は、白色光を適用したときに反射防止フィルムから反射した光における色調の変化として表われる。また、特定の波長に注目すると膜厚が変化したときにはその波長における反射率が変化する。すなわち、単色光を適用すると濃淡の変化として表われる。

このように、欠陥が微細であっても被膜の膜厚が変化するような欠陥であるときには、色調または濃淡の変化として表れ、その変化を検出することにより、微細な欠陥を高感度に検出することができる。勿論、被膜の膜厚そのものが変化したときにはその変化を検出することができる。

図１に示す一例おいては、コーター、印刷機、等の加工装置におけるガイドローラ４の１つに基材１００が巻き付いている。基材１００の走行方向は、図１において矢印で示す方向である。基材１００はガイドローラ４において走行方向を変化させている。基材１００にはテンションが掛けられており、基材１００はガイドローラ４に密着して位置を安定化する。その位置が安定化している部位において基材１００の表面の撮像がラインセンサカメラ２によって行われる。

被膜検査装置の撮像系は、照明１とラインセンサカメラ２と、図１に示す一例においてはガイドローラ４とから構成される。
照明１はラインセンサカメラ２の撮像領域が直線状の撮像領域であることから、その撮像領域を均等に照明することが容易な直線状の光源を使用することが好適である。直線状の光源としては、一般的な直管型の白色発光（昼光色、等でもよい）の蛍光灯、直管型のハロゲンランプを使用することができる。また単色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）発光、または白色発光のＬＥＤ（light emitting diode）を直線上に配列した光源を使用することができる。また点光源の光線を光ファイバーで導き直線状に照射するようにした光ファイバー光源、点光源の光線を導光管で導きスリットから照射するようにした光源、等を同様に使用することができる。

照明１は、撮像している間に輝度が時間変化しないものを使用する。すなわち、電圧を安定化した直流電源または電圧を安定化した高周波交流電源を光源に供給することにより輝度を安定化させる。
撮像領域を照明する照明１の照射角度は、図１に示す一例においては撮像領域の表面に対して斜めである。これに対してラインセンサカメラ２の撮像角度は撮像領域の表面に対してほぼ垂直方向である。照明１における照射角度とラインセンサカメラ２の撮像角度は、干渉を生ずるという条件の範囲内であれば、本発明において特に制限はない。ハーフミラー等を使用して、照射角度と撮像角度とを一致させ基材１００に対して垂直の照射角度と垂直の撮像角度となるようにした撮像系とすることもできる。

ラインセンサカメラ２は、ラインセンサ素子、出力アンプ、時系列で信号出力するための駆動回路、結像レンズ、等により構成され、直線状の撮像領域を有する。ラインセンサ素子は複数の受光部を直線上に配列したＣＣＤ（charge couplled device）、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor）等のＬＳＩ（large scale integrated circuit）である。図１に一例を示すように、ラインセンサカメラ２の撮像領域は、基材１００の幅方向の全体を含んでいる。したがって、ラインセンサカメラ２による主走査と基材１００が走行することによる副走査により基材１００の全表面（二次元領域）の撮像を行うことができる。

本発明の被膜検査装置における照明１とラインセンサカメラ２の配置において重要なことは、すでに説明しているように、基材１００に形成された被膜の表裏面で反射した光の干渉を撮像できるように配置することにある。照明１については、基材１００に形成された被膜の表裏面で反射した光が干渉するように照明することであり、ラインセンサカメラ２においては、その被膜における光が干渉する領域からの反射光を撮像することである。このような条件を考慮すると、ラインセンサカメラ２は被膜面における照明１の正反射光を撮像する配置となる。

図１に一例を示すようにラインセンサカメラ２を基材１００の中央近くに配置したときには、基材１００の両辺近くにおいても正反射光を撮像するためには、照明１の幅方向の寸法は基材１００の幅方向の寸法よりも大きくなければならない。その理由は、基材１００の撮像領域の両辺において正反射する一方向に照明１の発光面が存在し、かつその正反射する他方向にラインセンサカメラ２の結像レンズの中心が存在しなければならないからである。

ガイドローラ４は、前述したように、基材１００をガイドローラ４の周面に密着して位置を安定化する役割を有する。その安定化した位置はラインセンサカメラ２において撮像のピントが合う位置と一致している。ガイドローラ４は、その役割とともに、基材１００を透過した照明光を吸収する役割を有する。被膜の表裏面において反射し干渉した正反射光を撮像する撮像系においては、ガイドローラ４の表面における正反射はノイズ成分となる。ガイドローラ４の表面における正反射の変動によって撮像信号が変調される。また、被膜の表裏面において反射し干渉した正反射光の成分が相対的に小さくなりコントラスト、Ｓ／Ｎ（signal-to-noise ratio）が低下することになる。ガイドローラ４の周面が光を吸収するように黒色とすることにより、それらの問題を解決することができる。

上述の撮像系においてラインセンサカメラ２は被膜の表裏面において反射し干渉した照明１からの正反射光を撮像し撮像信号を出力する。撮像信号は直線状の撮像領域を走査して得た１ラインの撮像信号を単位として、所定の（出力）時間間隔で繰返し出力される。したがって、その撮像信号に基づく直線状の撮像領域の色調または濃淡のデータをラインデータと呼ぶことにする。そのラインデータはデータ処理部３によって所定の間隔で入力される。所定の間隔とは、基材１００の走行に非同期の所定の（入力）時間間隔、または基材１００の走行に同期する所定の走行距離間隔のことである。本発明においては撮像信号を非同期入力するか同期入力するかによって限定されない。

データ処理部３においては、そのラインデータを入力して欠陥検出の処理が行われる。データ処理部３はパーソナルコンピュータ等のデータ処理装置におけるソフトウェアとハードウェアによって実現される。次に、データ処理部３における欠陥検出処理について、図２を参照して説明する。
まず、図２のステップＳ１（ラインデータ）において、データ処理部３はラインデータを入力する、検査基準を撮像して得たラインデータは基準データとしてメモリに記憶を行う。たとえば、加工装置において生産を開始して加工条件を調節し適正な加工品を生産することができるようになったときの加工品のラインデータ、すなわち基材１００に適正な被膜が形成されたときのラインデータを基準データとする。またデータ処理部３は検査対象を撮像して得たラインデータは検査対象データとしてメモリに記憶を行う。

ラインデータは直線状の撮像領域の色調または濃淡のデータである。ラインセンサカメラ２をカラーカメラとしたときにはラインデータは色調データ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）、すなわち（Ｒ，Ｇ，Ｂ：＝３）行（画素数）列の行列データである。また、ラインセンサカメラ２をモノクロカメラとしたときにはラインデータは濃淡データ（Ｌ）、すなわち（Ｌ：＝１）行（画素数）列のベクトルデータである。以下、後述する差分データ、許容値データについても同様である。本発明においては、ラインデータが色調データであっても濃淡データであってもよいが、色調データを採用することにより目視検査との一致性が良く、また欠陥検出性能を高めることが容易にできる。

次に、ステップＳ２（差分演算）において、データ処理部３はメモリに記憶されている検査対象データと基準データとの差分の絶対値を演算する。直線状の撮像領域における対応する位置、すなわち２つのラインデータにおける対応する画素について差分を演算する。演算された差分は差分データとしてメモリに記憶する。

次に、ステップＳ３（欠陥抽出）において、データ処理部３はメモリに記憶されている差分データと許容値データとから欠陥を抽出する処理を行う。許容値データは欠陥検出処理を開始する前にオペレータ等によって設定されるデータである。許容値データは基材１００に形成された被膜の偏差である差分データが目標品質基準に対して許容できる範囲内であるか範囲外であるかを分別するためのデータである。許容値データの形式は欠陥抽出の方式に対応するものとなる。

欠陥抽出の具体的方式としては、たとえば、許容値データは差分データの各画素値の上限と下限を規定する値であって、その上限と下限の範囲内のときには欠陥は存在せず、それ以外のときにはその画素が欠陥であるとして欠陥を抽出することができる。上限と下限は差分データにおける各画素ごとに決めた値とするか、一律に決めた値とすることができる。
またたとえば、許容値データは前述の上限下限と連続数であって、上限と下限の範囲外である画素の連続数が所定数を超えたときにはその部位が欠陥であるとして欠陥を抽出することができる。

またたとえば、差分データを微分して得た微分差分データ（隣接画素との差分データ）または積分して得た積分差分データ（画素値の総和データ）に対応する許容値データによって欠陥を抽出することができる。
またたとえば、１つのラインデータだけでなく複数のラインデータに基づいて、すなわち画像データとして縦横方向のデータ処理によって欠陥を抽出することができる。

次に、ステップＳ４（欠陥？）において、ステップＳ３において欠陥が抽出されなかったときにはステップＳ５に進み、欠陥が抽出されたときには抽出された欠陥に関するデータ、たとえば、幅方向の位置、基材の走行方向の位置、日時分秒、等を欠陥データとしてメモリに記憶する。また、欠陥検出信号を出力し、警報を鳴らす等によりオペレータの注意を喚起する。その後、ステップＳ５に進む。
次に、ステップＳ５（終了？）において、欠陥検出処理の全体が終了しているか否かが判定され、終了していないときにはステップＳ１に戻って上述した以降の過程を繰返す。終了しているときには終了とする。

本発明の被膜検査装置における構成の一例を示す図である。 本発明の被膜検査装置における欠陥検出処理の過程の一例を示す図である。 反射率の波長依存性と膜厚との関係の説明図である。

符号の説明

１ 照明
２ ラインセンサカメラ
３ データ処理部
４ ガイドローラ
１００ 基材

Claims (3)

1. 走行する基材に形成された被膜の表裏面で反射した光が干渉するように白色光を照明する照明手段と、
   走行方向に対して直角方向の直線状の前記被膜における光が干渉する領域からの反射光を撮像して出力される撮像信号に基づく直線状の撮像領域の色調のデータであるカラーラインデータを出力する撮像手段と、
   前記撮像手段によって検査基準を撮像して得た基準カラーラインデータと検査対象を撮像して得た検査対象カラーラインデータとの差異が各画素ごとに設定された許容範囲を外れた画素の連続数が設定された所定数を超えたときに前記被膜の欠陥を検出したことを示す欠陥検出信号を出力する処理手段と、
   を具備することを特徴とする被膜検査装置。
2. 請求項１記載の被膜検査装置において、前記走行を案内し前記撮像する直線状の領域の位置決めを行うとともに前記基材を透過した照明光を吸収する黒色の案内面を有する案内手段を具備することを特徴とする被膜検査装置。
3. 走行する基材に形成された被膜の表裏面で反射した光が干渉するように白色光を照明する照明過程と、
   走行方向に対して直角方向の直線状の前記被膜における光が干渉する領域からの反射光を撮像して出力される撮像信号に基づく直線状の撮像領域の色調のデータであるカラーラインデータを出力する撮像過程と、
   前記撮像手段によって検査基準を撮像して得た基準カラーラインデータと検査対象を撮像して得た検査対象カラーラインデータとの差異が各画素ごとに設定された許容範囲を外れた画素の連続数が設定された所定数を超えたときに前記被膜の欠陥を検出したことを示す欠陥検出信号を出力する処理過程と、
   を有することを特徴とする被膜検査方法。

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