JP5297717B2 - 欠陥検出装置及び欠陥検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真装置において像担持体上に残留するトナーを摺擦して除去するためのクリーニングブレードに光を照射して、その欠陥の検出を行う欠陥検出装置及び欠陥検出方法に関するものである。

電子写真装置において、像担持体上に残留するトナーを摺擦して除去するためのクリーニングブレードには、製法上種々の欠陥が生じることがある。これらの欠陥を検査する方法としては従来から、目視で行う方法や検査装置を用いて行う方法が知られている。しかしながら、目視の場合、作業者に過度の疲労を引き起こすこと、検査員毎のバラツキが大きいこと、そして何より同じ検査員であっても時々刻々と判断基準が変化していき、正確な外観検査が非常に困難であること等の問題があった。

そこで検査装置を用いて外観検査を行う方法が考案されている。これらは、ラインセンサによる外観検査方法とエリアセンサによる外観検査方法とに大別される。ラインセンサによる外観検査方法は、被検査物に照射する光に一定の角度をつけるものである。これは、被検査物上で高反射率を有する構造を明るくし、欠陥のみを暗く落とし込んで浮き立たせる手法を用いたものである。そして、その反射光をラインセンサにより撮像し、該ラインセンサで得た信号を２値化処理することで、欠陥部分のみを過不足なく検出する方法である（特許文献１参照）。

また、エリアセンサを用いて行なう方法に関しては、ＣＣＤカメラを用いた電子撮像装置による外観検査手法が明らかにされている（特許文献２参照）。この方法は、被検査物に照射した光の散乱光に生じるムラを撮像して利用している。撮影された光が映像信号化され、その信号を２値化処理することにより、欠陥部分を検出している。
特開平８−３０４２９５号公報 特開平４−３０５１４４号公報

しかしながら、電子写真における技術の進歩に伴って、近年ではクリーニングブレード上のより淡い、軽微な欠陥を発見する必要が出てきた。クリーニングブレードは感光ドラムと接触することでドラム上のトナーを除去する働きをする。そのため、前記ブレード上に極僅かでも凹凸があれば、トナーの除去不良となってドラム上に残り、出力画像に濃度ムラとなって表れてしまい易くなっている。

従来のラインセンサによる外観検査方法では、製品の内部に埋没する欠陥を正確に検査できるのは製品の表面が平滑な場合であって、製品表面の粗さが一定よりも大きい場合には画像処理工程において表面荒れがノイズとなってしまう。その結果、内部に存在する軽微な欠陥を正確に検査できないという課題が生じていた。

またクリーニングブレードは、一般に部品の大部分が透明または半透明となっている。そのため、前記エリアセンサを用いて行なう外観検査方法では、光量の大部分が透過してしまうので散乱光は光量不足になり易く、欠陥を容易に識別できないという課題があった。

本発明の目的は、上記背景技術が有する課題の少なくとも一つを解決できる欠陥検出装置及び欠陥検出方法を提供することにある。その目的の一例は、電子写真装置用クリーニングブレードの内部に存在する種々の軽微な欠陥を、正確に検査することを可能にする欠陥検出装置及び方法を提供することである。

本発明の一の態様は、電子写真装置において像担持体上に残留するトナーを摺擦して除去するためのクリーニングブレードの欠陥を検出する欠陥検出装置である。この欠陥検出装置は、前記クリーニングブレードを載置するための載置手段と、前記載置手段に載置される前記クリーニングブレードの一方の側に配置された、投光手段及び、該クリーニングブレードからの正反射光を撮像する撮像手段と、を有する。そして、前記撮像手段は前記クリーニングブレードの表面の全幅にわたる撮像を一度に行える距離に配置されており、かつ、前記投光手段には、４８０ｎｍ以下の光を遮断するシャープカットフィルターが装着されており、前記投光手段と前記クリーニングブレードとの間に、光透過率が９２％以下である拡散板が配置されている。

本発明の他の態様は、電子写真装置において像担持体上に残留するトナーを摺擦して除去するためのクリーニングブレードの欠陥を検出する欠陥検出方法である。この欠陥検出方法は、前記クリーニングブレードの一方の側に、４８０ｎｍ以下の光を遮断するシャープカットフィルターを透過する光を投光し、前記投光による光を前記クリーニングブレードに達する前に、光透過率９２％以下の拡散板によって拡散し、かつ、前記投光による前記クリーニングブレードからの正反射光で、前記クリーニングブレードの表面の全幅にわたる撮像を一度に行うことを特徴とする。

本発明によれば、電子写真装置用クリーニングブレードの内部に存在する欠陥をより正確に検査することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、実施形態は特にこれに限られるものではない。

図１は本発明の欠陥検出装置の一実施形態を示す概略構成図である。

本実施形態の欠陥検出装置は、欠陥検査対象物である電子写真装置用クリーニングブレード２が載置される検査ステージ１と、該ブレード２を撮像する撮像手段である撮像装置３およびレンズ４と、投光装置５とを有している。

前記ブレード２と、撮像装置３及びレンズ４と、投光装置５との位置関係は次のように規定される。すなわち、撮像装置３及びレンズ４と、投光装置５とは共に前記ブレード２に対して同一の側にある。そして、撮像装置３の視野の中心から前記ブレード２上に仮想的に軸７を立てれば、撮像装置３の光軸と軸７のなす角度と、投光装置５の照射する光の方向と軸７とのなす角度が等しい。これにより撮像装置３及びレンズ４が、前記ブレード２からの正反射光を受ける配置になる。

投光装置５でクリーニングブレード２上に照射する光の種類は、スポット照明光である。本実施形態では撮像装置３にＣＣＤカメラを用いたが、撮像装置３は特にこれに限られるものではない。

クリーニングブレード２は、これが載置される検査ステージ１上にクランプ１１によって固定され、検査ステージ１と共に当該ブレード２の長手方向に移動していく。撮像装置３は前記ブレード２の全幅（前記ブレードの長手方向と直交する方向の全体幅）にわたる画像を一度に取得できる距離に配置されている。そして撮像装置３は、検査ステージ１を撮像装置３の視野に応じた分だけ前記ブレード２の長手方向に段階的に移動させながら撮像を繰り返すことで、前記ブレード２の全体を分割された複数の画像に収めることができる。

欠陥検出装置はこうして得られた複数の画像を後述する記憶・処理装置８に取り込み、処理を施すことでクリーニングブレード２の如何なる場所に潜んでいる欠陥をも見出すことができる。

投光装置５が有する光源から前記ブレード２の一方の側への入射角は、２０°以上６０°以下が望ましい。入射角が浅すぎると視野内にある前記ブレード２の一部が被写界深度の範囲内に納まりきれず、欠陥が見え難くなる。また、入射角が深すぎると入射光の大部分が前記ブレード２を透過して正反射光は暗くなり、光量不足になりやすい。したがって、投光装置５は入射角可変手段により上記入射角の範囲に設定可能である。また、該入射角可変手段は、設定された入射角に付随して前記撮像手段も位置と角度を変えることができる。

また拡散板６が、クリーニングブレード２と投光装置５との間に設置されており、前記ブレードに照射される光を均一にしている。上記均一性確保のために、拡散板６の光透過率は９２％以下のものが用いられる。また、投光装置５からの距離は１０〜２０ｍｍの範囲の位置に設置されており、本実施形態では、拡散板６として磨りガラスを用いている。

光透過率を算出するにあたっては、光源が一定の広がりを持つことから輝度計を用いる。輝度は、光源からの光量に観測者からの見掛けの広がりを考慮に入れた物理量であり、光源からの距離に依存しないことを特長とする。この距離不変性は、図２に示す輝度計内部の固定絞り２１によるものであって、これにより光源からの距離がどのように変化しても射出立体角２９（Ω'）が変化しないようにされている。したがって輝度計が異なれば異なる輝度となる可能性があるので輝度計は常に同じ物を使用するのが良い。また光源の広がりは射出立体角２９（Ω'）が固定絞り２１によって制限されるように一定以上の大きさを持たねばならない。

本実施形態ではコニカミノルタ社製輝度計LS−110が用いられ、射出立体角が１/3°以上である。この条件を満たせば、光源からの測定機の距離については特に問題とならない。

光透過率算出の手順としては、最初に投光装置５を、間に磨りガラスを入れずに測定し、次に同一距離から磨りガラスを入れて測定する。輝度計は磨りガラスから約５ｃｍの位置に設置する。これによって（磨りガラス使用時の輝度）／（磨りガラス無しの時の輝度）が算出でき、これを磨りガラスの光透過率とする。

このとき、磨りガラスの大きさは前述の輝度計の測定条件から０．０１ｃｍ以上あれば良い。また光源からの距離は、光源の大きさが直径１ｃｍあれば３４３ｃｍ以内であればいくらでも良い。光は磨りガラスを透過する際に四方八方へ散乱されるので、磨りガラスを通過して輝度計に入射する光の量は、磨りガラスが無いときに直接輝度計に入射する量よりも小さい（図３）。したがって透過率が小さければ磨りガラスの光分散性が良好であることを表していると考えられ、逆に透過率が大きければ光が均一に散乱されない危険性がある。

試行を繰り返した結果、光透過率が９２％を超えれば光の散乱が不充分な場合があり、誤って欠陥と判断されかねない光量ムラが生じる可能性がある。ただし、光透過率を小さくし過ぎると、光の分散性に関しては良好であっても、投光装置の光量を充分に上げなければ暗すぎて不良検出ができない場合があるので、注意が必要である。

従って磨りガラスに用いるものは光透過率９２％以下という条件を満たすものが必要であり、逆にそれを満たすものであれば何でも良い。ただし、適当なものが見当たらなければ、「拡散板」と称してメーカーで市販されているものを透過率確認の上で購入しても良い。材質的にはケイ酸塩ガラス、石英ガラス、アクリル等が挙げられるが、それ以外の種々のガラスもしくは拡散板を用いても問題ない。拡散板としては、例えば（株）モリテックス等の製品が挙げられる。なお、拡散板と前記ブレード２とのなす角度は、投光装置５からの光を拡散してその指向性を低減できる限りにおいて任意であり、前記ブレード２に対して平行でなくてもよい。

光源には４８０ｎｍ以下の光を遮断するシャープカットフィルターを装着するのが望ましい。こうすることで黄色からより長波長側の、もっとも明るい光をそのまま生かした上で、光量的に少なくなる短波長側はゼロ付近にまで減衰させ、結果としてコントラストの増した像が得られる。これにより、撮像装置３ではより輪郭の明瞭な画像を生成することができ、欠陥の検出がよりやり易くなる。

また、光源はハロゲン光源が用いられればさらに好ましい。フィルターを装着すれば失われる光量が少なくないが、ハロゲン光源は比較的入手し易い価格でありながらその明るさは際立っている。その結果、フィルター装着時でも欠陥が非常に見え易くなると共に撮像装置のシャッタースピードを上げることさえも可能となる。これにより検査時間を短縮することができる。

欠陥検出装置はさらに、撮像装置３によって撮像された画像を画像データとして記憶・処理する記憶・処理装置８と、記憶・処理装置８に記憶された画像を表示する表示装置９と、検査ステージ１を駆動制御する駆動装置１０とを有している。

なお、レンズ４には、焦点距離２５ｍｍの高解像度単焦点レンズであって、アイリス絞り機能を有し光量を調節可能なものを用いている。さらに詳しくはレンズ４は、クリーニングブレード２の公差や歪みに関わらず、撮像装置３の撮像可能範囲を全て被写界深度の範囲内で捉えきることができるような構成になっている。なお、本実施形態では、レンズ４の倍率が０．５倍に調節され、撮像装置３の被写界深度が１０ｍｍとなるようにアイリス絞りが調節されている。しかし、前記ブレード２を撮像可能であればそれらの数値に限定されるものではない。

なお、本実施形態の欠陥検出装置は上記の各構成の動作を司る制御部（不図示）を有している。

次に、本実施形態について段階を追って詳しく説明していく。最初に、欠陥検出装置を用いた欠陥検出方法について説明する。

欠陥検出装置の制御部は、欠陥検出動作が開始されると、撮像装置３と、レンズ４及び投光装置５とを動作させ、クリーニングブレード２の画像を撮像する。その際、投光装置５は光量が均一化された直径５０ｍｍ程度のスポット照明光を前記ブレード２に照射する。このスポット照明光の大きさは、レンズ４の倍率や撮像装置３の撮像可能範囲に応じて決められる。

撮像装置３は前述したように前記ブレード２に対して投光装置と同じ側に位置し、光源からの正反射光を捕らえられるように配置される。したがって前記ブレード２に欠陥部がある場合、スポット照明光が欠陥部を含む領域にあたれば、正常部は光り輝き、欠陥部のみが暗い模様として認識される。前記ブレード２の画像はレンズ４を通過して撮像装置３の受光素子上に結像し、画像データとして取込まれる。前述したように、レンズ４に用いられるのは焦点距離２５ｍｍの高解像度単焦点レンズであって、アイリス絞り機能を有し光量を調節可能なものである。これによりハレーションを起こすことなく、精度よく撮像装置３に結像させることが可能である。

また本実施形態では、光透過率９２％以下の拡散板６が、投光装置５とクリーニングブレード２との間に配置されている。これにより前記ブレード２に照射される光が均一化されるので、撮像装置３によって撮影した画像において前記ブレード２の表面荒れに起因するノイズは充分に低減される。したがって前記ブレード２が透明または半透明である部分を多く含んでいても内部に存在する種々の軽微な欠陥を検査することが可能になっている。拡散板６は、前記ブレード２から１０〜２０ｍｍの範囲の位置に配置されていることが好ましい。

撮像装置３に取込まれた画像データは、記憶・処理装置８に電気信号で転送され、そこで画像処理が施される。この際、画像データには撮像時の検査ステージ１の位置、レンズ４の倍率、撮像装置３の撮像可能範囲などの設定情報も関連付けられて別個にそこに保存される。画像処理によって欠陥部とされた像は重心位置が位置情報として抽出され、記憶される。

次に、記憶・処理装置８による上記の画像処理動作について詳しく説明する。

撮像装置３には２次元のカメラが用いられているため、撮像装置３で撮影された画像は２次元平面の画像である。本実施形態に用いられた撮像装置ではその画素数は、１画像に付き約３０万画素である。個々の画素で集められる光は、装置中の撮像素子によって２５６階調に量子化されて取り出される。

記憶・処理装置８ではまず、記憶している画像データの画像フィルター処理を行い、光量が周囲の画素と著しく大きく異なる画素などの突発的なノイズを除去する。

次に、記憶・処理装置８では二値化処理を行う。これは、２５６階調ある各画素の光量データのうちで、任意に決めた所定の設定値以下の光量を有する画素のデータを「１」と置き換え、設定値以上の画素を「０」と置き換えるもので、これによって画像データ内の像の境界を明瞭化する。

続いて、「１」とみなされた画素同士の距離が所定の設定距離以下の場合、その近接した画素に挟まれる領域の画素データも同様に「１」とすることで、互いに孤立した画素の塊同士を１つに結合する。特に、その塊の内部にデータ「０」の画素が存在しているときには塊は中空の状態になる。このときは内部の画素のデータ「０」を「１」に書換え、塊の内部を埋める処理を行う。記憶・処理装置８は、このようにして生成した島状の塊を欠陥部の候補と認識する。

また記憶・処理装置８では、上記の二値化処理とは別に、画像データのフィルター処理を行う。この処理工程では各画素のデータを２５６階調のまま扱う。記憶・処理装置８において、画像データ内の隣り合う画素同士の光量の差が所定の設定値よりも大きい部分を処理対象点として認識する。その後、その処理対象点を基に上記の処理と同様に島状の塊を生成し、それも欠陥部の候補と認識する。

ところが、上記の各処理によるだけでは、本来欠陥ではない部分も誤認されて含まれてしまう可能性がある。そのため、これらの誤認部分を欠陥部の候補から除外するために、記憶・処理装置８では以下の処理を行う。

まず、上記２つの処理工程で欠陥部の候補と認識されたものについて、以下の項目に関する数値を求める。
（１）欠陥部を埋める画素の画素数（面積）
（２）欠陥部の一番遠い画素同士の距離
（３）欠陥部を囲む稜線の真円度
（４）欠陥部を囲む稜線の方形度（縦横比）
（５）欠陥部を囲む稜線の長さ
これらの項目（１）〜（５）で求めた数値を利用して欠陥部であるか否かを判定する条件式を用意しておき、個々の欠陥部候補に対して本当に欠陥であるか否かの検定を行う。この時点でも欠陥であると判定されたものを最終的に欠陥部として確定する。その後、上記項目の数値に基づいて、確定した欠陥部の重心位置を算出する。

なお、上述したように、記憶・処理装置８に画像データが転送される際には、その画像を撮像したときの検査ステージ１の位置、レンズ４の倍率、撮像装置３の撮像可能範囲などの設定情報も記憶・処理装置８に入力される。当該各設定情報は、その画像データと関連付けて記憶・処理装置８に別個に記憶されている。記憶・処理装置８では、それらの情報と上記のように算出した欠陥部の重心位置とに基づいて、クリーニングブレード２における当該欠陥部の位置や大きさを算出し、記憶する。

欠陥検出装置の制御部は、駆動装置１０を駆動させて連続的にデータを取得するためのものである。撮像装置３の撮像可能範囲にあって既に画像データを取り終えた分の距離だけ、駆動装置１０によって検査ステージ１を移動させることで、前記ブレード２の撮影位置を次々に変えながら撮影を行い、得られた画像データに上述した処理を加えていく。これを繰り返すことで、前記ブレード２全体の検査を行う。

「欠陥検査及び画像評価」
上記のように構成された欠陥検出装置を用いて、表面粗さの異なる１０枚のクリーニングブレード（以下、サンプルと記す）を検査し、しかる後に電子写真プリンタのカートリッジに挿入して画像評価を行った。欠陥検出装置において光の入射角や、撮像装置３及びレンズ４の光軸と前記ブレード２とのなす角をそれぞれ変え、さらに拡散板の光透過率も変えて各サンプルの検査を行っている。表１に、それらの条件変更の例を実施例１〜６及び比較例１〜８として記し、各例によるサンプルごとの検査結果及び画像評価結果を示す。

表１に示される実施例１〜６から判るように、使用した拡散板の光透過率が９２％以下である場合、投光された光の入射角（＝反射角）とブレード・光軸とがなす角が等しい検査条件において、画像不良を引き起こすサンプルの欠陥を識別できている。

これに対して、拡散板の光透過率が９２％を超える比較例１，２では欠陥は検出できるものの正常部を欠陥としてしまうことが多い。

また、拡散板の光透過率が９２％以下であっても、光の入射角すなわち反射角とブレード・光軸のなす角度とが異なるために正反射光を的確に捉えたことにならない比較例３〜８においては、画像不良に至るような欠陥でも良品と判定されてしまうことが多い。その結果、欠陥を漏れなく識別することが困難となっている。

以上説明したように本発明では、電子写真装置用クリーニングブレードの１方の側から投光し、光透過率９２％以下の拡散板によって光を拡散させ、同じ側でその正反射光を前記ブレード表面の全幅にわたって撮像することで画像データを取得する。このような方法を用い、またはそれを具現化する装置を用いると、表１の結果に示されるように、透明または半透明の部位を有するクリーニングブレード２の欠陥部の検出をより正確に行うことが可能であることが判った。

本発明の欠陥検出装置の一実施形態を示す概略構成図である。 輝度計の構造を示す概略図である。 拡散板を通して光が減光することを示す概略図である。

符号の説明

１ 検査ステージ
２ クリーニングブレード
３ 撮像装置
４ レンズ
５ 投光装置
６ 拡散板
７ 仮想軸
８ 記憶・処理装置
９ 表示装置
１０ 駆動装置
１１ クランプ機構
１２ 光の入射角
１３ 光の反射角
１４ 撮像装置及びレンズの光軸
１５ 投光装置から照射される光
１６ 拡散板で散乱され、輝度計に入らない光
１７ 拡散板を通過しても輝度計に入る光
１８ 被測定面
１９ 主点
２０ 対物レンズ
２１ 固定絞り
２２ アパーチャミラー
２３ 視感度補正フィルター
２４ 拡散透過板
２５ 光電素子
２６ ミラー
２７ 測定角
２８ 入射立体角
２９ 射出立体角

Claims (4)

1. 電子写真装置において像担持体上に残留するトナーを摺擦して除去するためのクリーニングブレードの欠陥を検出する欠陥検出装置において、
   前記クリーニングブレードを載置するための載置手段と、
   前記載置手段に載置される前記クリーニングブレードの一方の側に配置された、投光手段及び、該クリーニングブレードからの正反射光を撮像する撮像手段と、
   を有し、
   前記撮像手段は前記クリーニングブレードの表面の全幅にわたる撮像を一度に行える距離に配置されており、かつ、
   前記投光手段には、４８０ｎｍ以下の光を遮断するシャープカットフィルターが装着されており、前記投光手段と前記クリーニングブレードとの間に、光透過率が９２％以下である拡散板が配置されたことを特徴とする欠陥検出装置。
2. 前記投光手段はハロゲン光源であり、該投光手段からの入射光の入射角が２０°以上６０°以下に設定可能であり、該入射角に付随して前記撮像手段も位置と角度を変える入射角可変手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
3. 電子写真装置において像担持体上に残留するトナーを摺擦して除去するためのクリーニングブレードの欠陥を検出する欠陥検出方法において、
   前記クリーニングブレードの一方の側に、４８０ｎｍ以下の光を遮断するシャープカットフィルターを透過する光を投光し、
   前記投光による光を前記クリーニングブレードに達する前に、光透過率９２％以下の拡散板によって拡散し、かつ、前記投光による前記クリーニングブレードからの正反射光で、前記クリーニングブレードの表面の全幅にわたる撮像を一度に行うことを特徴とする欠陥検出方法。
4. 前記投光される光がハロゲン光であり、該投光による入射光の入射角と該入射角に付随した前記撮像手段の光軸の角度とを２０°以上６０°以下の範囲で設定可能とする、請求項３に記載の欠陥検出方法。