JPH08201307A - ボイド検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボイドを簡単な構成で正確に検出する。 【構成】 被験体１５に、偏光板１１を介して透過光を
照射しつつ、偏光板１０を介してテレビカメラ７でカラ
ー撮影し、得られた第１のカラー画像の彩度を記憶す
る。次に、偏光板１１を角度θだけ回転させた後、被験
体１５をカラー撮影し、第２のカラー画像の彩度を記憶
し、第１，第２のカラー画像のデータとから第１の差分
を得る。次に、偏光板１１を初期位置からｎθだけ回転
させた後、被験体１５をカラー撮影し、得られた第（ｎ
＋１）のカラー画像の彩度を記憶し、第ｎ，第（ｎ＋
１）のカラー画像のデータとから第ｎの差分を得、この
第ｎの差分と第（ｎ−１）の差分とを加算する処理を、
偏光板１１が初期位置から９０゜回転するまで繰り返
す。そして、最終的な加算結果から、しきい値より小さ
いカラー画像のデータの部分をボイドとして検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力ケーブル等の絶
縁に用いられる架橋ポリエチレン等の樹脂の絶縁体に含
まれている気泡（ボイド）を画像処理により検査するボ
イド検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力ケーブルの絶縁に用いられる架橋ポ
リエチレン、あるいは、これに類似した透明または半透
明のプラスチック等の樹脂の絶縁体に微細なボイドが存
在すると、電力ケーブルの絶縁性能が著しく低下してし
まう。これにより、電力ケーブルの信頼性が大きく損な
われる。

【０００３】このため、従来、製造した絶縁体の一部
を、適当な大きさおよび薄さ（約０．５ｍｍ程度）のサ
ンプルに切断して顕微鏡や拡大鏡を用いて観察を行い、
ボイドの数および大きさから絶縁体の他の部分の品質を
保証する方法が実施されていた。以下にその具体的な手
法のいくつかを示す。 サンプルに特に処理を施すことなく、そのままボイ
ドの存在を確認する。 サンプルを煮沸処理することにより、ボイドを拡大
してその存在を確認する。 サンプルを染色液（しばしばメチレンブルーが使用
される）によって染色して、ボイドの存在を確認する。 しかし、この方法は、人が実施するため、観察者間の熟
練度による観察精度のばらつきや疲労による観察精度の
低下が問題となっていた。

【０００４】このため、従来より、画像処理技術を用い
て絶縁体のボイドを自動検査するボイド検査方法が提案
されている。このボイド検査方法は、上記サンプルをガ
ラス板等で挟み、これに光を照射しつつモノクロのテレ
ビカメラで撮影し、得られた白黒画像に基づいて、母材
（架橋ポリエチレン）との明るさの差によりボイドの存
在を確認するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たモノクロ画像処理によるボイド検査方法において、絶
縁体内のボイドは、サンプルへの光の照射角度によって
母材よりも明るく見えたり、暗く見えたりする場合があ
る。また、同じ照射角度でも、ボイドの大きさによっ
て、同様に母材よりも明るく見えたり、暗く見えたりす
る場合がある。したがって、ボイドを検出しにくいとい
う欠点があった。

【０００６】そこで、ガラス板等で挟んだサンプルに光
を照射しつつカラーのテレビカメラで撮影し、得られた
カラー画像に基づいて、母材との色の差によりボイドの
存在を確認することが考えられるが、ボイドは単に空隙
であるため、母材との色の差はほとんどなく、検出は難
しい。この発明は、このような背景の下になされたもの
で、ボイドを簡単な構成で正確に検出することができる
ボイド検査方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、薄くスライ
スされた透明または半透明の樹脂からなるサンプルに、
初期位置に設置された第１の偏光板を介して透過光を照
射しつつ、前記サンプルを第２の偏光板を介してカラー
撮影し、この撮影によって得られた第１番目のカラー画
像の彩度を記憶する第１の処理と、前記第１の偏光板を
前記初期位置から所定角度回転させた後、前記サンプル
に前記第１の偏光板を介して透過光を照射しつつ、前記
サンプルを前記第２の偏光板を介してカラー撮影し、こ
の撮影によって得られた第２番目のカラー画像の彩度を
記憶し、前記第１番目のカラー画像のデータと、前記第
２番目のカラー画像のデータとから第１番目の差分を得
る第２の処理と、前記第１の偏光板を前記初期位置から
前記所定角度のｎ倍の角度（ｎは２以上の整数）回転さ
せた後、前記サンプルに前記第１の偏光板を介して透過
光を照射しつつ、前記サンプルを前記第２の偏光板を介
してカラー撮影し、この撮影によって得られた第（ｎ＋
１）番目のカラー画像の彩度を記憶し、第ｎ番目のカラ
ー画像のデータと、前記第（ｎ＋１）番目のカラー画像
のデータとから第ｎ番目の差分を得、この第ｎ番目の差
分と第（ｎ−１）番目の差分とを加算する第３の処理
と、前記第３の処理を、前記第１の偏光板が前記初期位
置から９０゜回転するまで繰り返す第４の処理と、前記
第４の処理の加算結果があらかじめ設定されたしきい値
より小さいカラー画像のデータの部分をボイドとして検
出する第５の処理ととからなることを特徴としている。

【０００８】

【作用】この発明によれば、まず、サンプルに、初期位
置に設置された第１の偏光板を介して透過光を照射しつ
つ、第２の偏光板を介してカラー撮影し、この撮影によ
って得られた第１番目のカラー画像の彩度を記憶する。
次に、第１の偏光板を初期位置から所定角度回転させた
後、同様に、サンプルをカラー撮影し、この撮影によっ
て得られた第２番目のカラー画像の彩度を記憶し、第１
番目のカラー画像のデータと、第２番目のカラー画像の
データとから第１番目の差分を得る。次に、第１の偏光
板を初期位置から所定角度のｎ倍の角度回転させた後、
同様に、サンプルをカラー撮影し、この撮影によって得
られた第（ｎ＋１）番目のカラー画像の彩度を記憶し、
第ｎ番目のカラー画像のデータと、第（ｎ＋１）番目の
カラー画像のデータとから第ｎ番目の差分を得、この第
ｎ番目の差分と第（ｎ−１）番目の差分とを加算する処
理を、第１の偏光板が初期位置から９０゜回転するまで
繰り返す。そして、最終的な加算結果から、しきい値よ
り小さいカラー画像のデータの部分をボイドとして検出
する。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。図１はこの発明の一実施例によるボイ
ド検査方法を適用したボイド検査装置の概略構成を表す
側面図であり、この図において、符号１は一般的な顕微
鏡であり、ベース２には、逆Ｌ型のアーム３が立設され
ている。アーム３の梁部３_aの端部３_a1近傍には図示せ
ぬ孔が形成されており、孔の下端には、対物レンズ４が
嵌合されている。いっぽう、上記孔の上端には、接眼レ
ンズ５が嵌合された鏡筒６が嵌合されている。さらに、
鏡筒６の上部には、カラーのテレビカメラ７が、その光
軸が上記対物レンズ４の光軸と一致するように取り付け
られている。

【００１０】また、アーム３の柱部３_bの下部には、略
中央部に所定径の孔が形成されたステージ８が、対物レ
ンズ４の光軸と直交するように取り付けられており、ツ
マミ９を操作することにより上下に摺動する。ステージ
８の上方および下方には、対物レンズ４の光軸と直交す
るようにそれぞれ偏光板１０，１１が設けられている。
この実施例においては、偏光板１０，１１は、対物レン
ズ４の光軸に平行なある直線と交差する位置をそれぞれ
同一の原点位置とするとともに、検査前の初期位置を互
いの位相角が０゜、あるいは９０゜となる位置に設定す
る。また、偏光板１１は、図示せぬモータにより、上記
対物レンズ４の光軸を中心にある位置を原点位置として
３６０゜回転可能に構成されている。

【００１１】さらに、ベース２の一端部には、光源１２
が取り付けられており、この光源１２から放射された光
は、図中破線矢印で示すように、ベース２中を通過した
後、反射鏡１３によって反射されてその光軸が対物レン
ズ４と一致させられ、透過光投光レンズ１４によって集
光され、さらに、偏光板１１を透過してステージ８に形
成された孔を経てステージ８に載置された被験体１５に
透過光として照射される。光源１２、反射鏡１３および
透過光投光レンズ１４は、明視野透過光照射装置１６を
構成している。

【００１２】テレビカメラ７から出力されたビデオ信号
は、図示せぬ画像処理装置に入力される。この画像処理
装置は、入力されたビデオ信号をディジタルの画像デー
タに変換するＡ／Ｄコンバータと、画像データから色相
を分離して彩度をそれぞれ１画面分ずつ記憶する３つの
フレームメモリＦ１〜Ｆ３と、装置各部を制御するとと
もに、フレームメモリＦ１〜Ｆ３に記憶された画像デー
タ同士の差分処理、加算処理、複写処理等の画像処理を
行う制御部などとから構成されている。

【００１３】また、ステージ８は、Ｘ軸方向およびＹ軸
方向へ所定のピッチで移動するＸＹステージによって構
成されており、その移動は、図示せぬステージコントロ
ーラによって制御される。ステージ８にＸＹステージを
用いるのは、以下に示す理由による。すなわち、被験体
１５を拡大観察するためにテレビカメラ７による画像の
取り込み範囲が限定され、１回の処理では１つの被験体
１５の観察必要面積すべてに亙って処理することはでき
ないので、被験体１５をステージ８によって順送りして
一部分ずつ処理できるようにするためである。

【００１４】さらに、上記各構成要素は、図示せぬパー
ソナルコンピュータやシーケンサ等の制御装置によって
統合的に制御される。この実施例においては、制御装置
は、偏光板１１を一定角度θ回転させる毎にテレビカメ
ラ７によって被験体１５を撮影するように、偏光板１１
を回転させるモータおよびテレビカメラ７をそれぞれ制
御する。なお、偏光板１１を回転させる角度θは、１５
゜以下がよいが、あまり小さくすると処理時間が長くな
ってしまう。

【００１５】被験体１５は、検査すべき電力ケーブル等
の絶縁体が、約０．５ｍｍ厚にスライスされてサンプル
にされるとともに、サンプルの表面にイマージョンオイ
ルが滴下されて、絶縁体がスライスされることによりサ
ンプルの表面に形成された「ささくれ」によるくもりや
光散乱が軽減され、さらに、サンプルをガラス板等の透
明板で挟むなどして平らにされて作製されている。サン
プルは、なるべく厚みむらがないこと、特に、表面に凹
凸がないことが望ましい。

【００１６】このような構成において、まず、この発明
の一実施例によるボイド検査方法の原理について説明す
る。ボイドが存在することがあらかじめ分かっている絶
縁体をスライスしてサンプルとし、それに上述した処理
を施して被験体１５を作製し、その被験体１５をステー
ジ８に載置し、偏光板１１を初期位置に固定した状態で
接眼レンズ５によってサンプルを観察すると、サンプル
は、虹色の斑模様に見える。この時、サンプルのボイド
の部分が虹色が薄い状態であることが観察される。この
虹色は光弾性効果によるものである。ここで、光弾性効
果とは、ポリエチレン樹脂等の樹脂やガラスなどの物質
に見られる効果であり、その物質に応力がかけられる
と、その物質内に入射された光線が複屈折を起こすこと
をいう。そして、上記縞模様は、光弾性効果を有する物
質内に入射され、内部で複屈折を起こした２つの光線が
干渉してできるのである。

【００１７】このような状態で偏光板１１を回転させて
いくと、虹色の縞模様が変化することが観察される。さ
らに引き続きボイドを観察し続けると、周辺の色の変化
よりも常にボイドの色の変化が小さいことが観察され
る。この現象が起こるのは、光弾性効果を生む光の位相
のずれが光を透過させるサンプルの厚さに正比例するた
め、ボイドの存在する部分は、ボイドの分だけ樹脂がな
く、周辺よりも光の位相のずれが少ないからである。以
上のことより、サンプル内のボイドを自動検査する場合
には、偏光板１１を回転させながらテレビカメラ７によ
ってサンプルを撮影し、得られた画像データを処理し
て、画像データの中であるしきい値より色の変化が最も
小さい部分を検出し、それをボイドとすればよいことが
わかる。

【００１８】次に、図１に示すボイド検査装置の動作に
ついて説明する。まず、検査すべき電力ケーブル等の絶
縁体を約０．５ｍｍ厚にスライスしてサンプルとし、こ
のサンプルの表面にイマージョンオイルを滴下した後、
ガラス板等の透明板で挟むなどして平らにして被験体１
５を作製する。

【００１９】（第１の処理）次に、この被験体１５をス
テージ８に所定位置に載置し、偏光板１１を初期位置に
固定した状態で、図示せぬ制御装置を操作して、被験体
１５に明視野透過光照射装置１６によって光を照射しつ
つ、被験体１５を対物レンズ４を介してテレビカメラ７
によって１枚目の画像を撮影する。

【００２０】これにより、テレビカメラ７から出力され
るビデオ信号は、図示せぬ画像処理装置に入力され、Ａ
／Ｄコンバータによってディジタルの画像データに変換
された後、色相が分離されてフレームメモリＦ１に画面
上の座標とその点における彩度が１対１となるように記
憶される。その後、画像処理装置は、フレームメモリＦ
１に記憶された画像データをフレームメモリＦ２に複写
する。

【００２１】（第２の処理）次に、制御回路を操作し
て、偏光板１１を角度θだけ回転させた後、被験体１５
に明視野透過光照射装置１６によって光を照射しつつ、
被験体１５を対物レンズ４を介してテレビカメラ７によ
って２枚目の画像を撮影する。これにより、テレビカメ
ラ７から出力されるビデオ信号は、図示せぬ画像処理装
置に入力され、Ａ／Ｄコンバータによってディジタルの
画像データに変換された後、色相が分離されてフレーム
メモリＦ１に画面上の座標とその点における彩度が１対
１となるように記憶される。その後、画像処理装置は、
今フレームメモリＦ１に記憶された画像データと、第２
の処理でフレームメモリＦ２に記憶された画像データと
の差分を取り、その結果をフレームメモリＦ３に記憶す
る。そして、画像処理装置は、フレームメモリＦ１に記
憶された画像データをフレームメモリＦ２に複写する。

【００２２】（第３の処理）次に、制御回路を操作し
て、偏光板１１をさらに角度θだけ（初期位置からは角
度２θ）回転させた後、被験体１５に明視野透過光照射
装置１６によって光を照射しつつ、被験体１５を対物レ
ンズ４を介してテレビカメラ７によって３枚目の画像を
撮影する。これにより、テレビカメラ７から出力される
ビデオ信号は、図示せぬ画像処理装置に入力され、Ａ／
Ｄコンバータによってディジタルの画像データに変換さ
れた後、色相が分離されてフレームメモリＦ１に画面上
の座標とその点における彩度が１対１となるように記憶
される。その後、画像処理装置は、今フレームメモリＦ
１に記憶された画像データと、第２の処理でフレームメ
モリＦ２に記憶された画像データとの差分を取り、その
結果と、先の処理でフレームメモリＦ３に記憶された画
像データとを加算する。そして、画像処理装置は、フレ
ームメモリＦ１に記憶された画像データをフレームメモ
リＦ２に複写する。

【００２３】上述した第３の処理を、偏光板１１が初期
位置から角度９０゜回転するまで繰り返す。その処理を
一般的に表現すると、以下のようになる。制御回路を操
作して、偏光板１１を初期位置から角度ｎθだけ（ｎは
２以上の正の整数）回転させた後、被験体１５に明視野
透過光照射装置１６によって光を照射しつつ、被験体１
５を対物レンズ４を介してテレビカメラ７によって（ｎ
＋１）枚目の画像を撮影する。これにより、テレビカメ
ラ７から出力されるビデオ信号は、図示せぬ画像処理装
置に入力され、Ａ／Ｄコンバータによってディジタルの
画像データに変換された後、色相が分離されてフレーム
メモリＦ１に画面上の座標とその点における彩度が１対
１となるように記憶される。その後、画像処理装置は、
今フレームメモリＦ１に記憶された画像データと、第２
の処理でフレームメモリＦ２に記憶された画像データと
の差分を取り、その結果と、先の処理でフレームメモリ
Ｆ３に記憶された画像データとを加算する。そして、画
像処理装置は、フレームメモリＦ１に記憶された画像デ
ータをフレームメモリＦ２に複写する。

【００２４】以上説明した処理の後、フレームメモリＦ
３に記憶された画像データは、上述した原理により、ボ
イドの存在する座標の彩度の値が小さいので、適当なし
きい値を設定することにより、ボイドを検出することが
できる。なお、ボイドの大きさは、彩度の値がしきい値
以下の画素の数で表される。このようにして検査したボ
イドの大きさや数をカウントして次の画面の検査へ移行
し、最終的にサンプルの全ての被検査面を検査する。

【００２５】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。たとえば、上
述した一実施例においては、顕微鏡１を用いた例を示し
たが、これに限定されず、同様の構成の装置であればど
のようなものでもよい。また、上述した一実施例におい
ては、電力ケーブルの絶縁体内に含まれているボイドを
検査する例を示したが、これに限定されず、この発明
は、光弾性効果を有する樹脂（たとえば、アクリル樹脂
やエポキシ樹脂など）内に含まれているボイドを検査す
る場合にも適用できる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、従来の色の違いや
明るさの違いによってボイドを検査するボイド検査方法
においては、ボイドの周辺の母材に光の乱反射や散乱が
生じ、それにより撮影画像に縞模様が生じてしまったた
め、ボイドの検出が難しかったが、この発明によれば、
上述した縞模様が生じる特性を逆に利用することによ
り、ボイドを簡単な構成で正確に検出することができ
る。したがって、一般的な画像処理能力や演算処理能力
を有するパーソナルコンピュータでも、充分に適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例によるボイド検査方法を
適用したボイド検査装置の概略構成を表す側面図であ
る。

【符号の説明】

１……顕微鏡、２……ベース、３……アーム、４……対
物レンズ、７……テレビカメラ、８……ステージ、１
０，１１……偏光板、１２……光源、１３……反射鏡、
１４……透過光投光レンズ、１５……被験体、１６……
明視野透過光照射装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄くスライスされた透明または半透明の
   樹脂からなるサンプルに、初期位置に設置された第１の
   偏光板を介して透過光を照射しつつ、前記サンプルを第
   ２の偏光板を介してカラー撮影し、この撮影によって得
   られた第１番目のカラー画像の彩度を記憶する第１の処
   理と、 前記第１の偏光板を前記初期位置から所定角度回転させ
   た後、前記サンプルに前記第１の偏光板を介して透過光
   を照射しつつ、前記サンプルを前記第２の偏光板を介し
   てカラー撮影し、この撮影によって得られた第２番目の
   カラー画像の彩度を記憶し、前記第１番目のカラー画像
   のデータと、前記第２番目のカラー画像のデータとから
   第１番目の差分を得る第２の処理と、 前記第１の偏光板を前記初期位置から前記所定角度のｎ
   倍の角度（ｎは２以上の整数）回転させた後、前記サン
   プルに前記第１の偏光板を介して透過光を照射しつつ、
   前記サンプルを前記第２の偏光板を介してカラー撮影
   し、この撮影によって得られた第（ｎ＋１）番目のカラ
   ー画像の彩度を記憶し、第ｎ番目のカラー画像のデータ
   と、前記第（ｎ＋１）番目のカラー画像のデータとから
   第ｎ番目の差分を得、この第ｎ番目の差分と第（ｎ−
   １）番目の差分とを加算する第３の処理と、 前記第３の処理を、前記第１の偏光板が前記初期位置か
   ら９０゜回転するまで繰り返す第４の処理と、 前記第４の処理の加算結果があらかじめ設定されたしき
   い値より小さいカラー画像のデータの部分をボイドとし
   て検出する第５の処理ととからなることを特徴とするボ
   イド検査方法。