JP2015049091A - ロール状フィルムの凹凸欠陥検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単で安価な構成で、ロール状フィルムの表面の欠陥を漏れなく、高精度に検出することのできる欠陥検査装置及び検査方法を提供する。【解決手段】ロール状フィルムの表面１に、ロール状フィルムの幅方向に細長いスリット状の光を照射する照明部２と、前記ロール状フィルムの表面に発現した１本の輝線Ｌからの反射光に基づいて当該輝線の画像Ｌ１を検出する撮影部４と、前記撮影部４で検出された輝線画像Ｌ１の歪み値を検出し、該歪み値に基づいてロール状フィルムの表面１の凹凸判定を行う画像処理部７，８とを備える。【選択図】図１（ａ）−（ｂ）

Description

本発明は、ロール状フィルムの表面凹凸欠陥の検査装置及び検査方法に関するものである。

ロール状の巻き取られたフィルムの表面には、フィルムの製造過程では発現しないが、製造したフィルムをロール状に巻き取った後に、経時変化による巻締りが起こり、フィルムの表面に凹凸の欠陥が発現することがある。この凹凸欠陥は、例えば印刷加工の際に印刷抜けを引き起こすなどの問題があるため、ロール状フィルムの表面の凹凸検査が必要である。

ロール状フィルムの表面凹凸欠陥の検査は人による目視検査を行うこと多いが、人による検査のため欠陥見逃しのリスクがある。そのため、より検出精度を高めるために光学的手法を用いた検査装置及び検査方法が提案されている。
特許文献１では、所定の周期的明暗パターン（ストライプ・パターン）を有する基準表面の、被検査物の被検査表面における正反射像を撮像手段によって撮像し、得られた前記正反射像のパターン形状の歪に基づいて前記被検査表面上の筋状凹凸を検出する技術が開示されている。

特許文献２も、円筒側面形で鏡面反射性を有し曲率および／または被検査面の位置が経時的に変化する被検査体に光を照射する所定形状の発光部位Ｆを有する光照射手段と、被検査体を撮像する撮像手段と、撮像した撮像画像に基づいて被検査体の表面を検査する表面検査装置を開示している。
また、特許文献３では、投光器からレンズを介して平行光を作り、この平行光をロール状フィルムの表面を「周方向」に沿って照射した際に、ロール状フィルムの表面の凸欠陥で光が遮られ、凸欠陥の形状に沿った影が受光器で検出され、画像処理部により凹凸判定を行う欠陥検出方法が提案されている。ロール状フィルムの巻終わり部分における段差部分を凹凸と誤検出することを避けるために、周方向に少なくとも３組の投光器と受光器を配置して、その内の少なくとも２組以上で、同一ロール幅位置で凸と判定された場合に欠陥と判定している。

特開２００５−３３７８５７号公報 特開２００７−０７１５６２号公報 特開２００１−４１８９８号公報

特許文献１では、所定の周期的明暗パターンを有する基準表面を用意し、撮像手段によって撮像した正反射像を画像解析することになるが、周期的明暗パターンの歪みを分析するために、周期的明暗パターンのある程度の二次元的な面積を持った部分を、撮像手段によって撮影し画像収録しなければならない（同文献の図２（ｂ）参照）。特許文献２も、発光部位Ｆに周期的明暗パターンを採用し、この二次元的な面積を持った部分を、撮像手段によって画像収録している（同文献の図２１参照）。

このため、特許文献１，２のいずれも、周期的明暗パターンから出射される光を一次元スリットで十分絞ることができなくなり、周期的明暗パターンから出射される光が二次反射・三次反射して迷光となり、撮像手段に入るというが発生し、検査の精度が阻害されるという問題がある。また、撮像手段の側でも、複雑なストライプ・パターン解析をするソフトウェアを用意する必要があり、ソフトの開発費のためコスト高になってしまう。

特許文献３の技術では、検査対象欠陥がロール状フィルムの周方向に全周にわたって連なって発現する巻コブである。このためロール状フィルムを静止させた状態で、平行光ラインセンサを幅方向に移動させて巻きコブの欠陥検出を行っている（あるいは逆に平行光ラインセンサを固定した静止状態とし、ロール状フィルムを幅方向に移動させている）。特許文献３の段落［００９１］には「ロール状フィルムを回転させたりしても良い。」との記載があるが、平行光ラインセンサを静止した状態で単にロール状フィルムを回転させるだけでは、ロールの全幅にわたり連続的に検査を行うことができず、ロール状フィルムの幅方向に単発で発現する凹凸欠陥には対応困難である。

また、特許文献３の技術では、単発で発生しやすいロール状フィルムの幅方向に長く凹んだ形状の欠陥においては、ロール状フィルムの周方向に光を照射しているため、正常部分と差異が小さく、検出漏れの恐れがある。
そこで、本発明では、簡単で安価な構成で、ロール状フィルムの表面の欠陥を漏れなく、高精度に検出することのできる欠陥検査装置及び検査方法を提供することを目的としている。

前記事情に鑑み、本発明者が検討した結果、ロール状フィルムに発現する１本の輝線の反射光に基づいて凹凸検査を行うことで、幅方向に長く凹んだ形状の欠陥を精度よく検出することに成功し、本発明を完成するに至った。
本発明のロール状フィルムの凹凸欠陥検査装置は、ロール状フィルムの表面に、ロール状フィルムの幅方向に細長いスリット状の光を照射する照明部と、前記ロール状フィルムの表面に発現した１本の輝線からの反射光に基づいて当該輝線の画像を検出する撮影部と、前記撮影部で検出された輝線画像の歪み値を検出し、該歪み値に基づいてロール状フィルムの表面凹凸判定を行う画像処理部とを備えるものである。

前記照明部は、前記ロール状フィルムの幅方向に延びる細長い１本の透光溝を有するスリット板を含むことが好ましい。
前記画像処理部は具体的には、前記輝線画像の基準線からの変位量と、変位部分の幅とを計算して、表面凹凸判定を行うものである。
前記撮影部はエリアセンサを用いて撮影する装置であることが好ましい。

また、本発明の欠陥検査装置において、前記イメージセンサがロール状フィルムの表面における反射光の正反射成分を検出する位置に配置されることが好ましい。
また、本発明の欠陥検査装置において、ロール状フィルムの外周方向に連続的に検査可能であることが好ましい。
また、本発明のロール状フィルムの凹凸欠陥検査方法は、ロール状フィルムの表面に、ロール状フィルムの幅方向に細長いスリット状の光を照射する工程と、前記ロール状フィルムの表面に発現した１本の輝線からの反射光に基づいて、撮影部により、当該輝線の画像を検出する工程と、前記撮影部で検出された輝線画像の歪み値を検出し、該歪み値に基づいてロール状フィルムの表面凹凸判定を行う工程と、を備える方法である。

本発明によれば、ロール状フィルムの表面に照射された細長いスリット状の輝線を撮影し、その輝線画像の歪み値を検出し、該歪み値に基づいてロール状フィルムの表面凹凸判定を行うことにより、ロール状フィルムの表面の凸状欠陥、及び幅方向に長く凹んだ凹状欠陥を高精度で検出する欠陥検査装置及び検査方法を実現できる。

（ａ）は本発明の実施形態に係るロール状フィルムの凹凸欠陥検査装置の基本的な構成を示す概略斜視図である。（ｂ）は凹凸欠陥検査装置の側断面図である。 （ａ）はロール状フィルムへの入射光の光路図である。（ｂ）はロール状フィルムからの出射光の光路図である。 ロール状フィルムへの入射光の他の例を示す光路図である。 ロール状フィルムの表面に形成された輝線Ｌの画像をディスプレイ８に映した画面の要部を示す図である。 ロール状フィルムの表面の凹状欠陥を示す概略図である。 ロール状フィルムの表面の凸状欠陥を示す概略図である。 凹状欠陥発生時の輝線の歪みパターンを示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
図１（ａ）は本発明の実施形態に係るロール状フィルムの凹凸欠陥検査装置の基本的な構成を示す概略斜視図、図１（ｂ）は側断面図である。

被検査対象物であるフィルムは、芯管６にロール状に巻き取られている。
このロール状フィルムの表面１に、検査照明部２を用いて一次元的に広がった細長い１本の光（スリット光という）を照射し、ロール状フィルムの表面１におけるスリット光の反射光５を撮影部４で検出する。
検査照明部２は、ロール状フィルムの表面１に、フィルムの幅方向、すなわち芯管６の中心線の方向（「ｚ方向」という；図１（ａ）参照）に一次元状に広がる輝線Ｌを結ぶ光学部材であり、その構成は光を照射する光源部２ａと一次元状に形成された透光溝を有するスリット板２ｂとレンズアレイ２ｃとを含む。ロール状フィルムは芯管６の周りに回転可能である。

検査照明部２とロール状フィルムとは、ｚ方向に沿って移動できないように両方とも固定した状態で設置しても良く、いずれか若しくは両方を、ｚ方向に沿って移動可能なように設置してもよい。しかし、少なくとも測定中は、両方をｚ方向に沿って相対的に移動できないようにロックしておく。すなわち測定中は、検査照明部２とロール状フィルムとの、ｚ方向に沿った相対的な位置は、不変であるようにする。測定中、ロール状フィルムは適宜、芯管６の周りに回転させてもよい。

光源部２ａは所定波長の光３を放射する発光体であれば限定されない。その形状は点状の光源でもよく、面状の光源でもよく、線状の光源でもよいが、好ましくはｚ方向に沿った線状の光源である。線状の光源として直管型蛍光灯、直管型冷陰極管、ｚ方向にわたって多数配列したＬＥＤ素子、などがあげられる。光源の波長は単色光でもよく、一定範囲に波長分布を有する光でもよい。後者の場合、可視光の範囲（４００−７００ｎｍ）の光を含む白色光でもよい。

スリット板２ｂはｚ方向に延びる細長い１本の透光溝を有する。スリット板２ｂの配置位置は、図１に示したように光源部２ａとレンズアレイ２ｂとの間である。スリット板２ｂの役割は、光源部２ａから出射する光を細長い透光溝で制限して、細長い光源の像（輝線Ｌ）を作ることである。また、室内の各部材で反射して被検査対象物に向かってくる光、すなわち迷光をさえぎる役割もある。

レンズアレイ２ｃは、シャープな輝線Ｌを得るために用いる集光素子であり、ｚ方向に沿って配列されたセルフォックレンズ（セルフォックは商標又は登録商標である）、シリンドリカルレンズなどからなる。スリット板２ｂの像をロール状フィルムの表面１に結像するために、レンズアレイ２ｃの一方の焦点位置がスリット板２ｂとなり、他方の焦点位置がロール状フィルムの表面１となるように、レンズアレイ２ｃの位置を決定するとよい。

なお、レンズアレイ２ｃを設置しなくても、スリット板２ｂだけでも、検査に必要な解像度を持った輝線Ｌが得られる場合もあるので、レンズアレイ２ｃは、任意的な構成要素とすることができる。
撮影部４にはイメージセンサを用いることができる。例えばエリアセンサカメラが好ましい。撮影部４には、撮影部４で検出された画像信号を処理するコンピュータ７が接続されている。

図２（ａ）は、凹凸欠陥検査装置からロール状フィルムへの入射光の光路図であり、図２（ｂ）はロール状フィルムからの出射光の光路図である。図２（ｂ）において、出射光の進む方向をｙとし、ｚ方向とｙ方向で形成される平面に垂直な方向をｘとする（右手座標系）。
光源部２ａから出射した光３は図２（ａ）に示すように、スリット板２ｂの透光溝を透過し、レンズアレイ２ｂの中を通って集光され、 ロール状フィルムの表面１に、ｚ方向に延びる１本の直線状の輝線Ｌとして結像される。ロール状フィルムの表面１から反射された光は、図２（ｂ）に示すように、イメージセンサ４によって受光され、イメージセンサ４に内蔵された撮像素子４ａの中に結像する。撮像素子４ａはｚ方向及びｘ方向に二次元状に広がっている。これにより、撮像素子４ａは、輝線Ｌのｚ方向の輝度の変化を検出することができるとともに、ｘ方向の輝度の変化も検出することができる。

図３はレンズアレイ２ｂを省略した場合の光路図である。光源部２ａの光はスリット板２ｂの透光溝を透過し、ロール状フィルムの表面１に、ｚ方向に延びる１本の直線状の輝線Ｌとして結像される。この場合レンズがないので、輝線Ｌのシャープネスは図２（ｂ）の場合と比べて低下するが、欠陥判定パラメータ（後述）を取得するためには、十分実用的である。

なお、ロール状フィルムの表面１への光の入射角と、イメージセンサ４への出射角は互いに等しい正反射の関係にあっても良く、等しくない関係にあっても良い。ロール状フィルムの表面が滑らかで正反射光のみが強く出る場合は正反射を利用することが好ましく、ロール状フィルムの表面が粗で拡散光が多くなる場合は正反射光以外の光でも検出の対象とすることができる。

コンピュータ７は、撮影部４で検出された画像信号を入力し、画像処理をして、ディスプレイの画面に映し出す。ディスプレイの画面には、輝線Ｌの形が表示される。前記画像処理の内容は限定されないが、例えば輝線Ｌの形を鮮明に表示するためにエッジ先鋭化処理を行っても良く、バックグラウンドノイズを減少させるために二値化処理を行っても良い。

図４は、ロール状フィルムの表面に形成された輝線Ｌをディスプレイ８に映し出した画面を示す図である。画面に映された輝線Ｌの輝線画像を”Ｌ１”で示す。画面上の水平線の方向はｚ方向に対応し、垂直線の方向はｘ方向（図２（ｂ）参照）に対応する。ｚに対応する輝線画像Ｌ１の高さを示す値をｘとする。すなわち輝線画像Ｌ１の座標値を（ｚ，ｘ）で表す。

輝線画像Ｌ１の平均的な高さを示す直線（基準線という）を”９”で示している。基準線９の位置は、輝線画像Ｌ１を計算対象曲線として、最小二乗法計算ソフトで処理して求めることができる。また輝線画像Ｌ１の高さｘの値を、ｚ方向に、画面の端ｚ１から端ｚ２まで積分し、（ｚ２−ｚ１）で割ることにより求めることもできる。
基準線９を基準とした輝線画像Ｌ１のｘ方向の高さを、輝線画像Ｌ１の「基準線からの変位」、あるいは単に「変位」という。変位量を”ｄ”で表す。ロール状フィルムの表面状態が平らなときは、変位量は原理的に０である。ところが、ロール状フィルムの表面状態に凹凸があるときは、輝線画像Ｌ１の形は歪み、基準線９から変位する。この変位量ｄ、及び変位が発生している部分のｚ方向の幅（欠陥幅という）ｗによって欠陥判定を行う。

欠陥幅ｗの求め方を説明する。欠陥判定閾値ｔｈを設定し、基準線９の上下に、欠陥判定閾値ｔｈだけ離れた欠陥幅判定線１０を設ける。輝線画像Ｌ１の欠陥幅判定線１０を超える部分を「欠陥領域」（図４のハッチング部分）とし、 欠陥領域のｚ方向の幅を欠陥幅ｗとする。すなわち欠陥幅ｗとは、欠陥判定閾値ｔｈの変位を有する輝線画像Ｌ１の幅である。欠陥領域の中で、変位量ｄの最大値を変位量ｄmaxという。これらの欠陥幅ｗと変位量ｄmaxを欠陥判定パラメータという。なお、欠陥幅ｗの一端がロール状フィルムの端部にまで延びている場合は、ロール状フィルムの端部を当該欠陥幅ｗの一端とみして、欠陥幅ｗを計算するとよい。

本発明の欠陥検査は、輝線画像Ｌ１の欠陥判定パラメータ、すなわち変位量ｄmaxと欠陥幅ｗとに基づいて、ロール状フィルムの欠陥検査を行う。
ロール状フィルムの表面１において発生する欠陥には、幅方向凹状欠陥１２と凸状欠陥１４とがある。幅方向凹状欠陥１２は図５に示すように幅方向すなわちｚ方向に長い、凹み状の欠陥である。また、凸状欠陥は図６に示すようにロールの周方向（ロールを巻き取る方向であり、ｚに垂直な方向）に一列で発現したり、独立的、離散的に発現したりする凸状の欠陥である。

欠陥部では正常部とは異なり、フィルムの表面に凹凸があるため、前記のような幅方向凹状欠陥１２や凸状欠陥１４が発生した位置において、凹凸の形状により輝線画像Ｌ１が直線状から変位し、若しくは歪み、これを検出することによりフィルムの表面の凹凸欠陥検査が可能となる。

＜実施例１＞
図７に示すように、幅方向凹状欠陥１２が周方向に断続的に発生しているアクリル系ロール状フィルム（厚みは50〜150μm）を使用してフィルムの表面の凹凸検査を行った。
凹凸欠陥検査装置の光源部として、ロール状フィルムの幅方向（ｚ方向）に長い、長さ２６００ｍｍの高周波蛍光灯照明を使用した。フィルムと照明の間に幅３ｍｍの長い透光溝を有するスリット板を配置して、ロール状フィルムに到達する光を制限した（図３の構成のとおり）。輝線画像Ｌ１の線幅は約５ｍｍであった。

ロール状フィルムの検査対象領域を照射し、芯管を回転させて、５００万画素のエリアセンサカメラを用いて、周方向に１ｍｍ移動するごとに１回の撮影を行った。なお、ロール状フィルムのフィルム端（フィルムの切れ目）にはわずかな段差があり、その部分を検査するとわずかな段差のため、輝線が歪んで誤検出となるおそれがある。そこでその部分を避けるために、 芯管を１回転（角度０度から３６０度まで）させる前に止めている。すなわち、芯管を角度０度から３３０度まで回転させて検査を行っている。サンプルとして、合計１００５本の輝線画像Ｌ１が得られた。

上述の条件で検査を行った結果、検査対象領域の欠陥部に対応する輝線画像Ｌ１において、当該輝線画像Ｌ１の歪みが検出され、基準線からの変位量ｄmaxは１．９ｍｍであり、欠陥幅ｗは５８．９ｍｍであった。変位量ｄmaxと欠陥幅ｗとの積、すなわち面積ｗ・ｄmaxは、１１２ｍｍ²である。このように大きな値を発現するので、欠陥判定できることを確認した。

＜実施例２＞
最大高低差０．５〜１ｍｍ、直径０．５〜１ｍｍの凸状欠陥がフィルムの表面に点在しているロール状フィルムを使用して、フィルムの表面の凹凸検査を行った。使用する検査照明部、撮影部などの装置構成は実施例１と同じである。
実施例２の条件で検査を行った結果、凸状欠陥部でスリット光の輝線画像Ｌ１の歪みが検出され、基準線からの変位量ｄmaxは０．８ｍｍであり、欠陥幅ｗは１．７ｍｍであった。変位量ｄmaxと欠陥幅ｗとの積、すなわち面積ｗ・ｄmaxは、１．３６ｍｍ²である。このような値を発現するので、実施例２においても欠陥判定できることを確認した。

なお、このような欠陥部の面積ｗ・ｄmaxを使って欠陥判定するには、面積閾値（欠陥判定閾値）を設定する必要があるが、欠陥を持たないフィルムと、種々の凹凸欠陥を持ったフィルムとを多数回検査して、精度の高い欠陥判定ができるように、欠陥判定閾値を経験的に決定すればよいと考えている。

１…ロール状フィルムの表面、２…検査照明部、２ａ…光源部、２ｂ…スリット板、２ｃ…レンズアレイ、３…スリット板、４…撮影部、６…芯管、７…コンピュータ、８…ディスプレイ、９…基準線、１０…欠陥幅判定線、１２…幅方向凹状欠陥、１４…凸状欠陥、Ｌ…輝線、Ｌ１…輝線画像

Claims (11)

1. ロール状フィルムの表面に、ロール状フィルムの幅方向に細長いスリット状の光を照射する照明部と、
   前記ロール状フィルムの表面に発現した１本の輝線からの反射光に基づいて当該輝線の画像を検出する撮影部と、
   前記撮影部で検出された輝線画像の歪み値を検出し、該歪み値に基づいてロール状フィルムの表面凹凸判定を行う画像処理部とを備える、ロール状フィルムの凹凸欠陥検査装置。
2. 前記照明部は、前記ロール状フィルムの幅方向に延びる細長い１本の透光溝を有するスリット板を含む、請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記画像処理部が、前記輝線画像の基準線からの変位量と、変位部分の幅とを計算して、表面凹凸判定を行う請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記撮影部がエリアセンサを用いて撮影する、請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の欠陥検査装置。
5. 前記撮影部が前記ロール状フィルムの表面における反射光の正反射成分を検出する位置に配置される、請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の欠陥検査装置。
6. 前記ロール状フィルムの外周方向に連続的に検査可能な請求項１〜請求項５いずれか一項に記載の欠陥検査装置。
7. ロール状フィルムの表面に、ロール状フィルムの幅方向に細長いスリット状の光を照射する工程と、
   前記ロール状フィルムの表面に発現した１本の輝線からの反射光に基づいて、撮影部により、当該輝線の画像を検出する工程と、
   前記撮影部で検出された輝線画像の歪み値を検出し、該歪み値に基づいてロール状フィルムの表面凹凸判定を行う工程と、を備えるロール状フィルムの凹凸欠陥検査方法。
8. 前記光を照射する工程において、前記ロール状フィルムの幅方向に延びる細長い１本の透光溝を通した光を照射する、請求項７に記載の欠陥検査方法。
9. 前記ロール状フィルムが回転している状態で検査を行う、請求項７または請求項８に記載の欠陥検査方法。
10. 前記表面凹凸判定を行う工程において、前記輝線画像の基準線からの変位量と、変位部分の幅とを計算して、表面凹凸判定を行う請求項７〜請求項９いずれか一項に記載の欠陥検査方法。
11. 前記画像を検出する工程において、ロール状フィルムの表面における反射光の正反射成分を検出する請求項７〜請求項１０いずれか一項に記載の欠陥検査方法。