JP6355316B2 - 光透過性フィルムの欠陥検出方法 - Google Patents

Description

本発明は機能フィルムの分野で光透過性フィルムの光学情報を画素データによる画像に変換し電子計算機による画像処理での数値演算により透過性欠陥の有無について検査するための検査装置に関するものである。

光透過性フィルムにおける検査技術は、表面に存在する微小な欠陥を検出するために用いられており、人的資源による検査員の目視検査などが行われ、検査員の視覚による感覚に依存し、検査員の個人差、疲労、体調に依存し欠陥検出に誤差が生じて客観的で正確な検査を求められており、熟練検査員の経験と感覚及び能力に委ねられており、数値化して定量化した基準は存在しない。図１は、光透過性フィルムの光透過性欠陥を検出する従来の欠陥検査方法を示す説明図である。

光透過性フィルムの自動化検査は、光を利用した画像処理検査の方法が有効でありこれまでにも多くの欠陥検査方法が提案されて、例えば図１に示す装置では１次元撮像素子５１で光源５２からの光を受光し光学情報を電気信号情報に変換し電気信号の強弱から閾値を基準として欠陥検出を行なっている。

しかし、１次元撮像素子では、指向性光源より透過性欠陥の影を検出するため欠陥の形状が指向性に依存するので正確な欠陥情報を検出するには複数の指向性を持った光源と前記光源に対応した１次元撮像素子も必要である。

２次元撮像素子での欠陥検出方法に関しては、微細な欠陥の厚み変化における幾何学的歪みより光の屈折を利用した多くの提案があり、光透過性フィルムの欠陥検出方法の提案として特許文献１に記載の発明のように基準画像と撮像画像の差分画像を２値化画像に変換し欠陥検出を行う方法がある。

特開２００４−１２４２３

しかし、上記特許文献１に記載の方法では、２値化画像を使用している為、光透過性欠陥の形状、面積等に微細な誤差が生じ正確な検出が困難である。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、光透過性欠陥の形状、面積等を正確に検出することができる光透過性フィルムの欠陥検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本第１発明では、光透過性フィルムの一方の面に、所定の格子間隔を有する二値の基準透過型格子像を投影して、前記光透過性フィルム）を通過してその他方の面に現れる前記基準透過型格子像を撮像し、前記光透過性フィルム上の光透過性欠陥によって、撮像された前記基準透過型格子像の画像データに生じる、前記二値の間の値をとる多値の濃淡領域を抽出してこれを欠陥領域と判定することを特徴とする。

本第２発明では、前記基準透過型格子像は、黒色部と無色部が繰り返される基準透過型格子の、前記黒色部で光が遮られ前記無色部を光が透過することにより形成されるものである。

本第３発明では、前記画像データに対し所定の黒色値領域と無色値領域を除去する処理を行うことによって前記濃淡領域の抽出を行う。

本第４発明では、前記濃淡領域を抽出した後の画像データに対しさらに統計的分散処理によって補正を行う。

本第５発明では、前記光透過性フィルムはその長手方向へ所定速度で移動しており、前記基準透過型格子像の撮像は前記光透過性フィルムの移動に同期して行われる。

本第６発明では、前記基準透過型格子像の撮像は、光透過性フィルムの幅方向に設けられてその撮像範囲が前記幅方向で重なっている一対の撮像ユニットで行われる。

抽出された有色濃淡画素情報は、２次元画素情報であり、その有色濃淡情報は、欠陥形状が有色濃淡情報に変換されており、この２次元画素情報を有色濃淡情報から３次元画素情報に変換し欠陥の立体的形状が抽出し分類することを特徴とする。
光透過性欠陥は有色濃淡画素情報から欠陥領域を抽出するため、有色濃淡画素情報と解像度から欠陥領域の面積値が求められ欠陥領域の数値化し定量化することを特徴とする。
光透過性欠陥は、有色濃淡画素領域として抽出され、この情報に、時間情報、位置情報を付加し、画像データの容量を削減することを特徴とする。
図１に示すように、上記目的を達成する為に本発明は、平面光源及び、透過型格子、２次元撮像素子、画像演算装置を用い、平面光源から照射された光が透過型格子を介し、光透過性フィルムを通過して２次元撮像素子に受光される。
光透過性フィルムを通し透過型格子の画像を撮像する撮像部は２次元撮像素子と光学レンズで構成され、また、前記２次元撮像素子と連接し、前記透過型格子を画像データに変換し画像演算装置により画像処理を行い、前記光透過性フィルムに光透過性欠陥がある箇所を探し出すことができることを特徴とする光透過性フィルムの欠陥検査装置を提供する。
前記２次元撮像素子は、移動する光透過性フィルムを正確に撮影することができる露光時間及び、焦点距離調整機能と画像を受光した光学情報を画像データに変換する機能を有していることを特徴とする。
前記基準透過型格子は、均等に規則的に配置された格子又はハニカム形状で構成されており、前記基準透過型格子を構成する線幅の解像度は３ドット以上であり、光透過性フィルムの光透過性欠陥形状に対して格子又はハニカム形状の大きさは、６倍以上となることを特徴とする。

前記平面光源は、拡散照射光で前記撮像方法において光量が均等な光強度分布を持ち前記拡散照射光を基準となる光源とし前記透過型格子及び光透過性フィルムに対して垂直に光を照射することを特徴とする。

本発明の画像演算装置は、２次元撮像素子で受光した光学情報を画像データに変換し、有色濃淡領域の多値化数値の上位、下位の領域を排除しノイズ除去処理を行って光透過性欠陥とノイズを区別することを特徴とする。

前記平面光源及び、基準透過型格子を通してみた光透過性フィルムの光透過性欠陥箇所が、その幾何学的歪みによる透過光の屈折によって基準透過型格子の像を変形させ画像中に有色濃淡領域を生成する。前記有色濃淡領域を利用して光透過性欠陥を検出することを特徴とする。

本発明は、光透過性フィルムに生じた光透過性欠陥の幾何学的歪みによる透過光の屈折を平面光源と画像演算装置により精度よく検出することが可能であるため、透過型格子の受光した映像を画像データに変換し画像における光透過性欠陥箇所に、明らかな歪みを与えた有色濃淡領域の光透過性欠陥を抽出し、従来よりも高い検出率を有する欠陥検出方法を提供することができる。

また、本発明は、欠陥の幾何学的歪みによる透過光の屈折により検査を行うので、光透過性フィルムの表面形態だけでなく、表面形態を含む組織中の如何なる箇所にある光透過性欠陥をも検査することができる。

本発明は、数値化による定量化を行う為、検査の基準を数値で示して明確な検査基準とし、従来の検査員による官能検査から自動化機械への置換えが出来る。

従来の欠陥検出方法を実施する装置の構成を示す斜視図である。 本発明の欠陥検出方法を実施する装置の構成を示す斜視図である。 光透過性フィルムを透過した多値欠陥画像である。 多値欠陥画像から２値化画像の滲みを除去した多値欠陥画像である。 分散処理し欠陥濃淡領域を抽出した多値欠陥画像である。 ノイズ成分を除去した欠陥検出用の多値欠陥画像である。

以下本発明の実施形態について説明する。本発明はこれらの実施形態に限定されることは無く、本発明の趣旨の範囲内で修正、変更することができる。

（実施環境の概要１）
本実施形態は、拡散型白色ＬＥＤ平面光源２０の放射光と基準透過型格子１８により生成された、２値化画像を検査対象である光透過型フィルム１６の検査領域に照射し、２次元撮像素子で構成される撮像ユニット１３，１４の出力を撮像画像入力ユニットを経て画像データとして入力し、画像演算ユニットで欠陥検出を行なう。

図２には本発明方法を実施する欠陥検査装置３５の構成を示す。欠陥検査装置３５は、拡散型白色ＬＥＤ平面光源１９及び基準透過型格子１８を使用し、光透過性フィルム１６の真下に走行方向と平行となるように基準透過型格子１８を設置して、光透過性フィルム１６に垂直に光が照射するように拡散型白色ＬＥＤ平面光源２０を基準透過型格子１８の直下に設けている。

欠陥検査装置３５では、検査対象である光透過性フィルム１６の搬送速度に同期した露光時間を設定し、拡散型白色ＬＥＤ平面光源２０は撮像ユニット１３、１４の露光時間に同期した照射時間が設定される。複数の撮像ユニット１３、１４は光透過性フィルム１６の搬送方向と直交するように配置され、各々撮像領域を撮像ユニット１３、１４で分割した範囲を検出領域としている。

本実施形態では光透過性フィルム１６は搬送方向に定速で移動する為、２次元領域の透過光を撮像ユニット１３，１４で受光し、光透過性フィルム１６の搬送方向の情報を画像データとして得る事が出来る。

欠陥検査装置３５の画像データ処理部は撮像画像入力ユニット、画像演算ユニット、拡散型白色ＬＥＤ平面光源用制御電源ユニット３４で構成されており、以下の動作を実行する。撮像ユニット１３，１４の画像信号は撮像画像入力ユニットに入力され、画像データとして画像演算ユニットで画像演算処理を行うと共に、記憶ユニットに記憶される。撮像ユニット１３，１４の画像信号は光透過性フィルム１６の幅方向における全幅を有し、光透過性フィルム１６の搬送方向における２次元領域の画像データとして記憶ユニットに記憶される。

記憶ユニットに格納された画像データは撮像ユニット１３，１４で分割された光透過性フィルム１６の幅方向における２次元画像データで、光透過性フィルム１６の２次元画像データは幅方向である水平方向をＸ方向とし、２次元画像データの搬送方向であるＹ方向を垂直方向とした画像データとして扱われる。

撮像ユニット１３，１４では光透過性フィルム１６の移動量に同期して露光時間が設定され、撮像画像入力ユニットに画像データとして入力される。記憶ユニットに記憶される２次元画像データは、撮像ユニット１３と撮像ユニット１４の各々の画像（分割画像）である。これら分割画像は、Ｘ方向に対し統合処理を行い以下のように統合画像データとして合成される。

分割画像は、光透過性フィルム１６の幅方向での画素集合体と光透過性フィルム１６の撮像ユニット１３，１４の解像度による搬送方向の画素集合体の２次元画像データであり光透過性フィルム１６における全幅の検査領域である撮像範囲が設定される。

撮像ユニット１３、１４で２分割された、分割画像は各々個々に撮像画像入力ユニット３１に入力される。撮像ユニット１３、１４は光透過性フィルム１６の全幅での中心線に対し対称の撮像位置に配置され、規定の所定量の重なる領域で設定される。

撮像ユニット１３、１４における検査領域での分割画像は重なる領域が存在し光透過性フィルム１６の幅方向における検査領域を満たしている。基準となる所定量の重なる領域は、画像データより除去され分割画像に跨る欠陥画像を正確に求める事が出来る。

撮像ユニット１３、１４における搬送方向であるＹ方向の画像データの各撮像ユニット１３、１４の解像度と光透過性フィルム１６の移動量から撮像回数が決定されて、撮像ユニット１３、１４における分割画面としてＹ方向での規定の所定量の重なる領域が確保される。この分割画像は、それぞれ以下に述べる処理が行われた後、Ｘ方向、Ｙ方向の重なる領域を除去し統合処理されて統合画像データの２次元画像データとして、画像演算ユニットに送られて画像演算処理が行われる。

分割画像の２次元画像データは光透過性フィルム１６に対し、横方向の画素数Ｎ個、搬送方向の画素数Ｍ個の２次元画像データで、Ｘ方向がＮ画素、Ｙ方向がＭ画素で光透過性フィルム１６の検査領域の解像度であり、単位面積当たりの画素数で、欠陥検出精度が設定される。

分割画像の２次元画像データは、基準透過型格子１８の２値画像を光透過性フィルム１６に照射しこれを通過して撮像ユニット１３，１４により受光され、撮像画像入力ユニットに多値画像データとして記憶され、画像演算処理をされる。

分割画像データには、基準透過型格子１８の２値画像データと欠陥濃淡領域の多値画像データが含まれており、以下の手順で、２値画像データの排除と欠陥濃淡領域の多値画像データの抽出及びノイズ成分の削除を行なって欠陥検出用画像（図６）を得る。

分割画像の多値画像データは、画素情報を８ｂｉｔとすると２５６階調の値があり、２値画像データは黒色値として０と無色値として２５５の値である。但し光透過性フィルム１６を光が透過する際に屈折による滲みが発生しこの滲みによって２値化画像データが多値化している部分があるので（図３）、滲みによる歪で発生する多値化データを削除する為に閾値として黒色値領域０〜５０、無色値領域２００〜２５５を画像演算ユニットで除去すると、欠陥濃淡領域Ｘを含んだ多値画像データが得られる（図４）。

欠陥濃淡領域Ｘを含んだ多値画像データは、多値画像データのノイズ成分を含んでいるが、欠陥濃淡領域に対して十分に値が小さい。そこで、欠陥濃淡領域の総和は９ドット（画素）以上という条件を設定して８ドット以下の多値画像データを画像演算ユニットで比較演算することによりノイズ成分を削除でき、ノイズ成分の無い欠陥検出領域の多値画像データが得られる（図４）。

抽出された欠陥検出領域の多値画像データは、２値化し正確な欠陥面積を求める為に、これに先立ち統計的分散処理によって補正が掛けられる（図５）。そして、ノイズ成分が削除され欠陥濃淡領域の多値画像データのみとなった上記欠陥検出用画像（図６）が得られる。そして、欠陥検出用画像の多値画像データを２値化してその画素を積算すれば欠陥検出面積が得られる。なお、抽出された、欠陥検出領域の多値化画像データは、濃淡領域による３次元画像情報を含むため、濃淡画素情報から欠陥の立体的形状の抽出を行なうことができる。

本実施形態では、撮像ユニット１３、１４と光透過性フィルム１６、基準透過型格子１８及び拡散型白色ＬＥＤ平面光源２０の調整機構と、光透過性フィルム駆動機構２２として、フィルム張力制御ユニット１７、駆動用搬送モータ２３、搬送モータ制御ユニット２４により欠陥検査装置３５が構成される。

撮像ユニット１３、１４は、光学レンズユニットを備え、光学レンズは撮影時の歪みが０．０３％で、Ｃマウント、２次元撮像素子は５００万画素のＣＣＤエリアセンサで、露光時間７５０分の１秒とし拡散型白色ＬＥＤ平面光源２０の照度に合わせ絞り値を最適化し設定する。光学レンズは焦点距離２５ｍｍを使用し各撮像ユニット１３、１４の撮像範囲を設定し、基準透過型格子１８に焦点を合わせる。

撮像ユニット１３、１４は調整軸機構１５の位置、距離、角度の調整機能により光透過型フィルム１６から垂直に受光する様に設定され、撮像ユニット１３，１４から基準透過型格子１８までのワーキングディスタンスは、最適値として５００ｍｍとして設定される。

光透過性フィルム１６は、多機能フィルムの分野でナイロン系、ポリエチレン系、ポリカ系、ポリマー系等様々な材質があり更に機能に合わせて多層化の複合フィルムとしての素材があり、本実施形態ではナイロン系の複合３層フィルムとする。

基準透過型格子１８の形状は、μｍ単位またはサブμｍ単位での微細な欠陥検出を行う場合、光の回折により収縮する黒色領域と膨張する無色領域を光の波長に合わせ領域の面積比率を補正する。基準透過型格子１８は黒色部が０．２７８ｍｍ、無色部を０．２７４ｍｍとし黒色部及び無色部の比率が不等比率で繰り返されるパターンとされる。本発明の実施形態では光源が拡散型白色ＬＥＤ平面光源２０であるから、その波長域の中間波長で黒色領域と無色領域の面積比率を補正している。有色光源の組合せ及び有色の単光源での欠陥検査装置３５を構成することも可能である。

基準透過型格子調整軸機構１９の位置、距離、角度の調整機能により光透過型フィルム１６に水平に設定され基準透過型格子２３は光透過性フィルム１６と５０〜７０ｍｍの距離に保つように配置される。

拡散型ＬＥＤ平面光源２０は、本発明の実施形態から、撮像ユニット１３、１４の画素数と最小欠陥検出面積より欠陥検出領域として４００ｍｍｘ３００ｍｍ以上の必要領域として、照明の光量を均等にする為、選別ＬＥＤ４０００個により構成され、拡散型白色ＬＥＤ平面光源用制御電源ユニット３４により拡散型白色ＬＥＤ平面光源２４の撮像ユニット１３の露光時間に同期したストロボ照明を用いる。

拡散型白色ＬＥＤ平面光源２０は拡散型白色ＬＥＤ平面光源調整軸機構２１の位置、距離、角度の調整機能により光透過性フィルム１６に水平に設定される。

光透過性フィルム１６は、フィルム張力制御ユニット１７で搬送方向の一定の張力が付与され、欠陥検出領域では２本の撮像部ローラーにより平行に保たれて歪、皺、振動が排除された均一面に保持される。

光透過性フィルム駆動機構２２は、複数のローラーから構成され撮像部における光透過性フィルム１６の平行度を確保し、ニップローラーによる駆動ローラーを有して光透過性フィルム１６の搬送を行なう。

駆動用搬送モータ２３は駆動ローラーに接続され、駆動ローラーとニップローラーで挟み込まれた光透過性フィルム１６を搬送方向に定速度で、移動させ、任意の速度に保持できる。

搬送モータ制御ユニット２４は、ロータリーエンコーダの信号からローラーの移動量を算出し、駆動用ローラーの速度駆動用搬送モータ２３の制御を行なう。

本発明の１実施例として共押出法によって成形された多層複合フィルムを検査対象の光透過性フィルムとし、光透過性フィルム表面に発現した微細な光透過性欠陥を、本発明のフィルム欠陥検査装置を用いて検査する。基準透過型格子１８と撮像ユニット１３、１４の光学レンズまでの距離であるワーキングディスタンスを５００〜７００ｍｍの範囲で調整し光透過性フィルム１６の真上に撮像ユニット１３、１４を設置する。

光透過性フィルム１６の移動速度を搬送モータ制御ユニット２４で分速５０ｍの一定速度に制御し、欠陥検査対象である光透過性欠陥の大きさは、０．０５〜０．７０ｍｍ２までの擦り傷、ピンホール及びゲル状半溶解等である。

光透過性欠陥がある光透過性フィルム１６に対して、一方から拡散型白色ＬＥＤ平面光源２０の光を照射する。光透過性フィルム１６の真上に設置されている撮像ユニット１３，１４は基準透過型格子１８と光学レンズユニットの当該距離を基準とした、ワーキングディスタンスの規定距離に合わせて、光学レンズユニットの焦点距離を設定し、２次元撮像素子で光透過性フィルム１６を撮影した。入力画像の上下左右に光学レンズユニットによる歪みが発生するため、画像演算装置により画像補正を行い、撮影時に入力画像に発生するノイズを画像演算装置の平滑化画像処理によりノイズ除去処理を行った。

上記実施例から、基準透過型格子１８の線の太さと２次元撮像素子及び光学レンズユニットの焦点距離や分解能により、検出精度が定まるため、最良の組合せを構成するのが好ましい。上記実施例では、走行速度分速５０ｍ、基準透過型格子１８の線の太さを０．２６〜０．３０ｍｍで設定し検証した。また、光透過性フィルム１６の走行速度はカメラの露光時間と拡散型白色ＬＥＤ平面光源１９の光度により精度が変化するため、走行速度に合った露光時間及び光度で構成し精度よく欠陥検出が可能であった。

上記のように、本発明の欠陥検出方法は、光透過性欠陥箇所に発生する微細な欠陥の厚み変化における幾何学的歪みより光の異常屈折を利用するので、光透過性フィルム１６の表面形態だけでなく、表面下における光透過性欠陥及び箇所を容易に探し出すことができるので、従来の装置及び方法より検出率が高い上、産業上の利用性も遥かに広い。

１３ 撮像ユニット
１４ 撮像ユニット
１５ 調整軸機構１，２
１６ 光透過性フィルム
１７ フィルム張力制御ユニット
１８ 基準透過型格子
１９ 基準透過型格子調整機構
２０ 拡散型白色ＬＥＤ平面光源
２１ 拡散型白色ＬＥＤ平面光源調整機構
２２ 光透過性フィルム駆動機構
２３ 駆動用搬送モータ
２４ 搬送モータ制御ユニット
３４ 拡散型白色ＬＥＤ平面光源用制御電源ユニット
３５ 欠陥検査装置

Claims (6)

1. 光透過性フィルムの一方の面に、所定の格子間隔を有する二値の基準透過型格子像を投影して、前記光透過性フィルムを通過してその他方の面に現れる前記基準透過型格子像を撮像し、前記光透過性フィルムの光透過性欠陥によって透過光が屈折させられることにより、撮像された前記基準透過型格子像の画像データに生じる、前記二値の間の値をとる多値の濃淡領域を抽出することで前記光透過性欠陥の有無を検出することを特徴とする光透過性フィルムの欠陥検出方法。
2. 前記基準透過型格子像は、黒色部と無色部が繰り返される基準透過型格子の、前記黒色部で光が遮られ前記無色部を光が透過することにより形成されるものである請求項１に記載の光透過性フィルムの欠陥検出方法。
3. 前記画像データに対し所定の黒色値領域と無色値領域を除去する処理を行うことによって前記濃淡領域の抽出を行う請求項１又は２に記載の光透過性フィルムの欠陥検出方法。
4. 前記濃淡領域を抽出した後の画像データに対しさらに統計的分散処理によって補正を行う請求項３に記載の光透過性フィルムの欠陥検出方法。
5. 前記光透過性フィルムはその長手方向へ所定速度で移動しており、前記基準透過型格子像の撮像は前記光透過性フィルムの移動に同期して行われる請求項１ないし４のいずれか一つに記載の光透過性フィルムの欠陥検出方法。
6. 前記基準透過型格子像の撮像は、光透過性フィルムの幅方向に設けられてその撮像範囲が前記幅方向で重なっている一対の撮像ユニットで行われる請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の光透過性フィルムの欠陥検出方法。