JP4955240B2

JP4955240B2 - 膜測定装置およびそれを用いる塗工装置

Info

Publication number: JP4955240B2
Application number: JP2005254331A
Authority: JP
Inventors: 徹也林; 万郷藤川; 数孝寺元
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: CN1924517A; US20070062447A1; JP2007061780A; KR20070026204A

Description

本発明は、フィルム状やシート状の基材上に製膜された膜の厚みや単位面積当りの重量を測定し、欠陥検出などのために好適に用いられる膜測定装置およびそれを用いる塗工装置に関する。

従来から、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池に用いられる捲回型極板のような膜の厚みを測定するには、たとえば特許文献１で示されるように、走行する被測定膜を挟んでβ線出射器と検知器とを対向配置し、それらを連動して測定膜の幅方向（走行方向とは直交方向）に移動させ、この間、β線出射器からβ線を出射し、被測定膜を透過したβ線の量を検知器で検知し、その検知結果を基準透過量と比較することで行われている。

したがって、測定箇所は、β線出射器と検知器とが移動した場所のみで、被測定膜の全領域に亘って測定できないという問題がある。また、β線の取扱いは危険であり、放射線を使用するために設置条件が厳しく、資格を必要とするなど、使い勝手が悪く、しかも高価であるという欠点もある。さらにまた、ベースフィルム上に製膜された膜の厚みを測定する場合、ベースフィルムの厚みの変動によってβ線の透過量が変化し、膜自体の厚みを正確に測定できず、このためベースフィルムの選定に制限を受けるという問題もある。

また、自動車用鋼板の塗装の様に、ベースとなるものが、金属の厚板であり、膜が、塗料樹脂の場合のように、β線による膜厚の測定自体が困難である場合もある。

一方、特許文献２には、塗膜が蛍光増白剤を配合したクリア塗料から成ることを利用して、その塗膜が形成されたゴルフボール表面に対して紫外線を照射し、得られた２次発光線をＣＣＤカメラで取込み、取込んだ画像を多値化処理した明暗像から塗膜厚さを計測するようにした膜厚測定装置が提案されている。
特開平８−９６８０６号公報特開平８−３０９２６２号公報

しかしながら、上述の特許文献２の従来技術を、前記フィルム状やシート状の基材上に製膜された膜の厚みの測定に用いても、製膜された膜が特定の波長に反応しないと測定できないという問題がある。

本発明の目的は、製膜された膜の厚みや単位面積当りの重量をほぼ全域にわたって正確に測定することができる膜測定装置およびそれを用いる塗工装置を提供することである。

本発明の膜測定装置は、基材となる銅箔上に、アルミナ、酸化チタンまたはマグネシアの塗料による無機酸化物膜が製膜されて成る被検査物における膜の厚みを測定する膜測定装置において、前記被検査物をカラー画像で撮像し、膜の色調をＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の階調データに変換する撮像手段と、特定の色成分について、予め測定された各階調レベルに対する膜厚の基準値を格納している基準厚みテーブルと、前記撮像手段からの前記Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の階調データの内、前記銅箔上にカーボンを含む合剤層が成膜された後、前記無機酸化物膜が形成されている場合には、前記特定の色成分として前記Ｒ，Ｇ，Ｂの任意の色成分の階調データを、一方、前記銅箔上に直接前記無機酸化物膜が形成されている場合には、前記特定の色成分として前記Ｇの色成分の階調データを、それぞれ前記基準厚みテーブルに対照し、膜厚を求める演算手段とを含むことを特徴とする。

また、本発明の膜測定装置は、基材となる銅箔上に、アルミナ、酸化チタンまたはマグネシアの塗料による無機酸化物膜が製膜されて成る被検査物における膜の単位面積当りの重量を測定する膜測定装置において、前記被検査物をカラー画像で撮像し、膜の色調をＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の階調データに変換する撮像手段と、特定の色成分について、予め測定された各階調レベルに対する重量の基準値を格納している基準重量テーブルと、前記撮像手段からの前記Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の階調データの内、前記銅箔上にカーボンを含む合剤層が成膜された後、前記無機酸化物膜が形成されている場合には、前記特定の色成分として前記Ｒ，Ｇ，Ｂの任意の色成分の階調データを、一方、前記銅箔上に直接前記無機酸化物膜が形成されている場合には、前記特定の色成分として前記Ｇの色成分の階調データを、それぞれ前記基準重量テーブルに対照し、単位面積当りの重量を求める演算手段とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、基材となる銅箔上に、アルミナ、酸化チタンまたはマグネシアの塗料による無機酸化物膜が製膜されて成る被検査物における膜の厚みや単位面積当りの重量を測定し、欠陥の有無の検出などに用いられる膜測定装置において、撮像手段を用いて非接触で測定を行うにあたって、前記撮像手段は被検査物をＲ，Ｇ，Ｂのカラー画像で撮像し、膜の色調を各色成分の階調データに変換して出力する。一方、基準厚みテーブルおよび基準重量テーブルには、予め複数のサンプルの膜厚および単位面積当りの重量をそれぞれ測定した基準値と、膜厚や重量の測定にあたって有効な特定の色成分における階調データとが、相互に対応付けてテーブルとして格納されている。

前記特定の色成分とは、基材とのコントラストが大きく、かつ予想される膜厚や重量の変動範囲でレベル変化の比較的大きい色成分であり、前記のような基材となる銅箔上に無機酸化物膜が製膜された被検査物を測定するにあたって、前記銅箔上にカーボンを含む合剤層が成膜された後、前記無機酸化物膜が形成されている場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの任意の色成分であり、これに対して、前記銅箔上に直接前記無機酸化物膜が形成されている場合には、Ｇの色成分である。

そして、膜厚や重量を演算する演算手段は、前記撮像手段で得られたＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の階調データの内、前記特定の色成分の階調データを前記基準厚みテーブルや基準重量テーブルに対照し、該当する階調レベルの膜厚や重量を読出し、該当する階調レベルの膜厚や重量のデータがない場合には、適宜近似や補間などによって該当する階調レベルの膜厚や重量を求める。

したがって、銅箔上に製膜された無機酸化物膜の厚みや単位面積当りの重量を簡単に測定することができる。また、撮像ポイントを変更したり、被検査物の全域に広げることで、膜の全域の厚みや重量を測定することができる。

さらにまた、本発明の膜測定装置は、照明光の照度を検出する照度検出手段と、前記照度検出手段の検出結果に応答し、前記照度が一定となるように光源をフィードバック制御する照度制御手段とをさらに備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、光源の経年変化や電源電圧の変動などによって変化する照明光の照度を、照度検出手段によって検出し、その検出結果に応答して、照度制御手段が該照度が一定となるように光源をフィードバック制御する。

したがって、前記光源の経年変化や電源電圧の変動などに対しても、照明光の照度を一定に保持し、正確に膜厚や重量の測定を行うことができる。

さらにまた、本発明の膜測定装置は、前記基準厚みテーブルに対して、実測された厚みを前記基準値として、対応する階調レベルに対応付けて入力する入力手段をさらに備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、予め測定された膜厚を基準値として格納している基準厚みテーブルに対して、撮像した後の被検査物を抜取って実際に膜の厚みを測定したデータを入力手段から入力することで、各階調レベルと塗工量との検量線を補正したり、データのサンプル数を追加したりすることができ、測定精度を向上することができる。

また、本発明の塗工装置は、前記の膜測定装置を用い、塗工手段における塗工量を前記演算手段で求められた膜厚に応答して制御する塗工量制御手段を備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記の膜測定装置の演算手段で求められた膜厚に応答して、塗工量制御手段が塗工手段における塗工量を制御するので、測定された膜厚に応じて、自動的に塗工量を制御することができる塗工装置を実現することができる。

さらにまた、本発明の塗工装置は、前記の膜測定装置を用い、前記演算手段で求められた膜厚が予め定める基準値からの許容範囲内か否かの判定を行い、前記許容範囲から外れた部分を含む予め定めた膜の所定領域を欠陥部分と検出する検出手段を備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、許容範囲から外れた部分のみではなく、実工程上に適応して、その許容範囲から外れた部分を含む予め定めた膜の所定領域を欠陥部分と検出することができる。

本発明の膜測定装置は、以上のように、基材となる銅箔上に、アルミナ、酸化チタンまたはマグネシアの塗料による無機酸化物膜が製膜されて成る被検査物における膜の厚みや単位面積当りの重量を測定し、欠陥の有無の検出などに用いられる膜測定装置において、撮像手段を用いて非接触で測定を行うにあたって、前記撮像手段が被検査物をＲ，Ｇ，Ｂのカラー画像で撮像し、膜の色調を各色成分の階調データに変換して出力する一方、基準厚みテーブルおよび基準重量テーブルには、予め複数のサンプルの膜厚や重量を測定した基準値と膜厚や重量の測定にあたって有効な特定の色成分における階調データとを相互に対応付けてテーブルとして格納しておき、演算手段が、前記撮像手段で得られたＲ，Ｇ，Ｂの色成分の階調データの内、前記特定の色成分の階調データを前記基準厚みテーブルや基準重量テーブルに対照し、該当する階調レベルの膜厚や重量を求める。

それゆえ、銅箔上に製膜された無機酸化物膜の厚みや単位面積当りの重量を簡単に測定することができる。また、撮像ポイントを変更したり、被検査物の全域に広げることで、膜の全域の厚みや重量を測定することができる。

また、本発明の塗工装置は、以上のように、前記の膜測定装置の演算手段で求められた膜厚に応答して、塗工量制御手段が塗工手段における塗工量を制御する。

それゆえ、測定された膜厚に応じて、自動的に塗工量を制御することができる塗工装置を実現することができる。

図１は、本発明の実施の一形態に係る膜測定装置１を用いる塗工装置２の全体構成を示す図である。この膜測定装置１は、フィルム状またはシート状の基材上に製膜された被検査物における膜の厚みを測定するために用いられ、以下では、前記被検査物としてセラミック保護金属板を一例とし、その金属板上の多孔質セラミック膜の膜厚を測定する場合について説明する。本実施の形態の具体例として、塗工装置２は、銅箔上に酸化チタンを製膜するものとする。

被検査物である銅板は、シート状であり、ロール３としてコイル状に巻き取られている。そのシート４は、順次繰出されて、複数のガイドロール５を介して走行し、塗工部６にて酸化チタン塗料が塗布され、その後、塗料の溶液を乾燥させるために乾燥炉７を通過する。乾燥炉７の出口部には、前記膜測定装置１が配置されている。

前記膜測定装置１では、シート４の酸化チタンの塗布された側に、カラーＣＣＤセンサ８および照明用光源９が配置されており、前記乾燥炉７から出た所で、照明用光源９によってシート４を照明し、該シート４の幅方向の全長に亘って、前記カラーＣＣＤセンサ８によって酸化チタンの塗布膜が順次撮像される。前記カラーＣＣＤセンサ８は、シート４の幅全域をカバーするように、複数台がライン状に配置されてもよい。また、照明用光源９には、シート４の幅全域を均一に照射できるように、直管形の蛍光灯が使用されている。カラーＣＣＤセンサ８の撮像位置において、外乱の少ない充分な光量の雰囲気光が得られる場合には、前記照明用光源９は、特に設けられなくてもよい。

前記カラーＣＣＤセンサ８からの映像信号は、コントローラ１０に入力され、ビデオボード１１において、コンポジット映像信号から、たとえば８ビット、すなわち２５６階調で、ＲＧＢの各色信号に順次変換される。前記カラーＣＣＤセンサ８およびビデオボード１１によって撮像手段が構成される。

前記ＲＧＢの各色信号から、画像処理ボード１２において、シート４の幅方向のライン画像が抽出される。一方、前記酸化チタンの膜厚測定にあたって有効なＧまたはＢの色成分については、予め各階調レベルに対する膜厚の基準値が測定されてテーブル１３に基準厚みテーブルとして格納されている。演算手段である演算回路１４は、前記画像処理ボード１２から得られたライン画像のＧまたはＢの色成分の階調データをこのテーブル１３に対照して、該当する階調レベルの膜厚を読出し、該当する階調レベルの膜厚のデータがない場合には、適宜近似や補間などによって該当する階調レベルの膜厚を求める。前記演算回路１４における実測値と基準値との比較は、画素単位で行ってもよく、また予め定めるエリア毎に区分して、そのエリア内での平均値で行うようにしてもよい。

そして、演算回路１４は、その膜厚が予め定められる基準値からの許容範囲内か否かの判定を行い、前記許容範囲から外れた欠陥品であると、マーカー２０にマーキング信号を与え、欠陥部分にマーキングさせる。この場合、たとえば金属板の数ｃｍ^２程度の範囲が前記許容範囲からオーバーしても、実工程上、数ｍ^２ほどの範囲を不良として排除しなければならないので、検出手段である前記演算回路１４は、その許容範囲から外れた部分を含む所定領域を欠陥部分と検出する。

こうして膜厚が検査されたシート４は、ロール１５として巻取られてゆく。前記テーブル１３には、前記各階調レベルに対する膜厚の測定値とともに、製膜材料である酸化チタンの単位面積当りの重量が基準重量テーブルとして格納されており、演算回路１４は、製膜された酸化チタンの膜厚だけでなく、製膜に使用した酸化チタンの単位面積当りの重量を求めることもできる。

また、前記演算回路１４は、求められた膜厚が予め定める基準値となるように、塗工量コントローラ２１へ補正信号を出力する。塗工量制御手段である前記塗工量コントローラ２１は、前記補正信号に応答して、前記塗工部６での塗工条件を変化させて、塗工量が一定となるように制御する。具体的には、ダイコートの場合はポンプ回転数を、グラビアコートの場合は速度比を変化させることで、前記塗工量を制御する。こうして、前記酸化チタンの膜厚が一定となるようにフィードバック制御される。

また、前記テーブル１３には、入力手段２２が設けられており、測定された後のシート４を抜取って、実際に膜の厚みや重量を測定したデータが入力可能となっている。こうしてテーブルデータを入力できるようにすることで、各階調レベルと塗工量との検量線を補正したり、データのサンプル数を追加したりすることができ、測定精度を向上することができる。

さらにまた、シート４に対して、前記カラーＣＣＤセンサ８および照明用光源９の反対側に、照度検出手段である照度センサ２３が配置されており、シート４の搬送されていない時、たとえばロール３，１５の交換時に照明用光源９の照度を測定し、あるいは前記照度センサ２３をシート４の縁部よりも外側に配置して、常時照明用光源９の照度を測定し、その測定結果に応じて、照度制御手段である照明制御回路２４が前記照明用光源９の照度が一定となるようにフィードバック制御する。これによって、照明用光源９の経年変化や電源電圧の変動などに対しても、照明光の照度を一定に保持し、正確な膜厚測定を行うことができる。

このように構成することで、製膜された膜の厚みや重量を簡単に測定することができ、製膜プロセスの調整も容易な塗工装置２を実現することができる。また、前記膜厚測定にあたって有効な１または複数の色成分を選択することで、任意の材質の膜の厚みや重量を測定することができる。さらにまた、撮像ポイントを変更したり、被検査物の全域に広げることで、膜の全域の厚みや重量を測定することができる。

前記テーブル１３に格納される色成分は、基材とのコントラストが大きく、かつ予想される膜厚や重量の変動範囲でレベル変化の比較的大きい色成分であればよく、単色、あるいは前記変動範囲の複数の領域で、顕著な変化を示す色成分が異なる場合などでは複数の色成分が組合わせて用いられてもよい。前記色成分の形式は、前記ＲＧＢやＣＭＹなどの個別の色成分をそれぞれ表す信号だけでなく、輝度信号に色差信号などの複合した信号などでもよい。

図２および図３は、本件発明者の実験結果を示すグラフである。図２は、前述のように負極用材料として、基材となる銅箔上に、無機酸化物フィラーとしての酸化チタンに結着剤を混合して成る酸化チタン塗料を製膜した酸化チタン層の厚みと、カラー画像でのＲＧＢの各色成分の階調レベルとの関係を示している。したがって、この場合、銅の金属色の上に、白の粉末が塗布されることになる。１つ目のサンプルのデータを参照符号αＲ１，αＧ１，αＢ１で示し、２つ目のサンプルのデータを参照符号αＲ２，αＧ２，αＢ２で示している。

一方、図３には、基材となる銅箔上に、カーボンを含む合剤層をまず塗工し、さらに前記合剤層に、無機酸化物フィラーとしてのアルミナに結着剤を混合して成るアルミナ塗料を製膜したアルミナ層の厚みと、カラー画像でのＲＧＢの各色成分の階調レベルとの関係を示している。したがって、この場合、黒の艶消しの上に、白の粉末が塗布されることになる。１つ目のサンプルのデータを参照符号βＲ１，βＧ１，βＢ１で示し、２つ目のサンプルのデータを参照符号βＲ２，βＧ２，βＢ２で示している。また、参照符号βＲ３，βＧ３，βＢ３で示す３つ目のサンプルは、前記結着剤の組成を変化し、粘性を変化したものである。前記銅箔の厚みは１６μｍ、合剤層は片側１００μｍ、密度１．６３で塗布し、アルミナ塗料はアルミナ：ＰＶＤＦが９６：４で、固形分比４５％のＮＭＰ溶液を塗工したものである。

図２から明らかなように、Ｒの色成分（αＲ１，αＲ２）に比べて、ＧおよびＢの色成分（αＧ１，αＢ１；αＧ２，αＢ２）の方が、同じ膜厚の変化量でも、階調レベルの変化が大きく、膜厚測定に好適なことが理解される。その内、Ｇの色成分（αＧ１）の方が、線形性が良好で、したがって銅箔上に酸化チタンを塗布する場合は、このＧの色成分を膜厚測定に用いるものとする。また、図３からは、ＲＧＢの各色成分は、階調レベルの変化が略等しく、何れの色成分を使用してもよく、複数組合わせて精度を向上するようにしてもよい。前記無機酸化物フィラーとしては、前記のアルミナおよび酸化チタンに、マグネシアは、略同一階調を示す。

本発明は、上述のように色調の変化から膜厚や重量を測定するので、図４に、黒の艶消しとなる前記合剤上に、インクを塗布した場合のインクの厚みと、ＲＧＢの各色成分の階調レベルの変化との関係を示す。図４（ａ）は青色のインクを塗布した場合であり、図４（ｂ）は赤色のインクを塗布した場合であり、図４（ｃ）は緑色のインクを塗布した場合であり、図４（ｄ）は水色のインクを塗布した場合であり、図４（ｅ）はピンク色のインクを塗布した場合である。

図４からは、青、緑および水色に対しては、Ｒの色成分が有効であり、赤およびピンク色に対しては、Ｇの色成分が有効であることが理解される。こうして、カラー画像で撮影した１または複数の色成分から、任意の材料から成る膜の厚みを測定することができる。

本発明は、リチウム二次電池用電極材料のように、フィルム状またはシート状の基材上に製膜された被検査物の膜厚を測定するために好適に実施される膜測定装置において、前記被検査物をカラー画像で撮像して、膜の色調をＲＧＢの各色成分の階調データに変換し、特定の色成分について、予め測定された各階調レベルに対する膜厚の基準値と比較して膜厚を求めることで、膜の全域の厚みを容易に測定可能にできる。

本発明の実施の一形態に係る膜測定装置を用いる塗工装置の全体構成を示す図である。本件発明者の実験結果を示すものであり、銅箔上に、酸化チタン層を製膜した場合における酸化チタン層の厚みとＲＧＢの各色成分の階調レベルとの関係を示すグラフである。本件発明者の実験結果を示すものであり、銅箔上にカーボンを塗布した合剤上に、アルミナ層を製膜した場合におけるアルミナ層の厚みとＲＧＢの各色成分の階調レベルとの関係を示すグラフである。黒の艶消しとなる合剤上に、インクを塗布した場合のインクの厚みと、ＲＧＢの各色成分の階調レベルの変化との関係を示すグラフである。

１膜測定装置
２塗工装置
３，１５ロール
４シート
５ガイドロール
６塗工部
７乾燥炉
８カラーＣＣＤセンサ
９照明用光源
１０コントローラ
１１ビデオボード
１２画像処理ボード
１３テーブル
１４演算回路
２０マーカー
２１塗工量コントローラ
２２入力手段
２３照度センサ
２４照明制御回路

Claims

基材となる銅箔上に、アルミナ、酸化チタンまたはマグネシアの塗料による無機酸化物膜が製膜されて成る被検査物における膜の厚みを測定する膜測定装置において、
前記被検査物をカラー画像で撮像し、膜の色調をＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の階調データに変換する撮像手段と、
特定の色成分について、予め測定された各階調レベルに対する膜厚の基準値を格納している基準厚みテーブルと、
前記撮像手段からの前記Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の階調データの内、前記銅箔上にカーボンを含む合剤層が成膜された後、前記無機酸化物膜が形成されている場合には、前記特定の色成分として前記Ｒ，Ｇ，Ｂの任意の色成分の階調データを、一方、前記銅箔上に直接前記無機酸化物膜が形成されている場合には、前記特定の色成分として前記Ｇの色成分の階調データを、それぞれ前記基準厚みテーブルに対照し、膜厚を求める演算手段とを含むことを特徴とする膜測定装置。
基材となる銅箔上に、アルミナ、酸化チタンまたはマグネシアの塗料による無機酸化物膜が製膜されて成る被検査物における膜の単位面積当りの重量を測定する膜測定装置において、
前記被検査物をカラー画像で撮像し、膜の色調をＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の階調データに変換する撮像手段と、
特定の色成分について、予め測定された各階調レベルに対する重量の基準値を格納している基準重量テーブルと、
前記撮像手段からの前記Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の階調データの内、前記銅箔上にカーボンを含む合剤層が成膜された後、前記無機酸化物膜が形成されている場合には、前記特定の色成分として前記Ｒ，Ｇ，Ｂの任意の色成分の階調データを、一方、前記銅箔上に直接前記無機酸化物膜が形成されている場合には、前記特定の色成分として前記Ｇの色成分の階調データを、それぞれ前記基準重量テーブルに対照し、単位面積当りの重量を求める演算手段とを含むことを特徴とする膜測定装置。
照明光の照度を検出する照度検出手段と、
前記照度検出手段の検出結果に応答し、前記照度が一定となるように光源をフィードバック制御する照度制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の膜測定装置。
前記基準厚みテーブルに対して、実測された厚みを前記基準値として、対応する階調レベルに対応付けて入力する入力手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または３記載の膜測定装置。
前記請求項１，３または４記載の膜測定装置を用い、
塗工手段における塗工量を前記演算手段で求められた膜厚に応答して制御する塗工量制御手段を備えることを特徴とする塗工装置。
前記請求項１，３または４記載の膜測定装置を用い、
前記演算手段で求められた膜厚が予め定める基準値からの許容範囲内か否かの判定を行い、前記許容範囲から外れた部分を含む予め定めた膜の所定領域を欠陥部分と検出する検出手段を備えることを特徴とする塗工装置。