JP2016011837A - モールドの検査方法およびモールドの製造方法 - Google Patents
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Description
またモールドに付いた薄い傷等の欠陥を検出するためには、照度の高い照明を使用して傷の側面に光をあてて傷を光らせて観察する必要があるが、モールド表面が鏡面であるために、照度の高い光を照射すると目視での欠陥の視認性が低下する恐れがあった。
またモールドは傷つきやすいためランダムな方向の傷が付く可能性があり、ランダムな方向に入っている可能性がある傷を検出するためには照明の照射方向を変えて検査する必要があり、目視検査では時間がかかっていた。さらに目視による検査ではサイズが小さい欠陥などを見逃したり、検査時に接触して逆に傷を付けたりしてしまう可能性があった。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るモールドの検査装置の側面図を示し、図2は正面図を示している。
図1および図2に示すように、第1実施形態の検査装置は、ロール状(すなわち、円柱状)のモールド100(以下、ロール状のモールドを単にロールと示す)を回転させる回転手段(図示せず)と、ロール100にライン状に光を照射するライン状照明装置20a、20b、21(照射手段)と、照射手段から照射され、ロール100の表面で反射した光を撮像するラインCCDカメラ10(撮像手段)と、ラインCCDカメラ10からの信号を処理する画像処理装置30(画像処理手段)と、ロール100と、ラインCCDカメラ10とを、ロール100の長手方向(軸方向)に沿って相対的に移動させる移動手段(図示せず)と、を有する。なお、本発明の実施形態に係る検査装置は、後述する微細凹凸構造が形成されたロール状のモールドを検査するだけでなく、陽極酸化する前のロール状のモールド原型についても検査することができる。本発明においては、これらのロール状のモールドおよびロール状のモールド原型について、まとめて単にロール、と称する場合がある。また、本発明において、円柱状とは、外形が円柱形状であることを意味し、中空円柱状やその他類似の形状についても、円柱状に含まれるものとする。
本発明においては、照射手段は2以上の複数の光源を有する。2以上の複数の光源は、指向性の異なる光を照射する光源を含むもので構成される。好ましくは、照射手段は異なる3方向の指向性を有する光源から構成される。以下、本発明の好適な実施形態における照射手段について、図を参照にしながら説明する。ライン状照明装置(すなわち光源)20a、20b、21は、照射範囲が直線状の指向性を有する照射光を照射する装置である。図1および図2に示すように、ライン状照明装置20a、20b、21は、ロール100への照射光の照射範囲の長手方向がロール100の周方向に直交するように配置される。
また、照射範囲にあるロール100の表面(接平面)の法線Nに対して、ライン状照明装置20aの光軸の角度θ2が35°、ライン状照明装置20bの光軸の角度θ3が55°、ライン状照明装置21の光軸の角度θ4が70°となるように配置されることが好ましい。
図1および図2におけるライン状照明装置20a、20bは同じものであり、図2におけるロール100の軸方向に対する照射方向の傾きが、逆になるように設置している。
同図に示すように、ライン状照明装置20は装置に対して傾斜した方向に照射光を照射する。すなわち、ライン状照明装置20から照射される照射光は、図3(b)に示すように、側方から見た場合は照射方向が真っ直ぐであるが、図3(a)に示すように、正面から見た場合は照射方向が装置の軸方向(図3(a)の上下方向)に対して角度θ5だけ傾斜している。
照射方向の角度θ5は45°が好ましい。
ラインCCDカメラ10は、複数のCCD素子が1次元に(すなわち、直線状に)配置されたカメラであり、ライン状照明装置20a、20b、21から照射され、ロール100の表面で反射した光をCCD素子で受光し、画素ごとに256階調の輝度データを含んだ画像データを出力する。
また、ラインCCDカメラ10は、撮像範囲にあるロール100の表面(接平面)の法線Nに対して、ラインCCDカメラ10の光軸Lの角度θ1が20°となるように配置されることが好ましい。
また、異なる工程でのロールの撮影においても、毎回ロールの同じ場所から撮影する必要があるため、微細凹凸構造を表面に有する物品の製造に影響しない位置に設けた基点(図示せず)を基準に、同じ位置からロール100一周分を撮影するようにしている。ラインCCDカメラ10により撮像された画像データは画像処理装置30へと送られる。
画像処理装置30は、ラインCCDカメラ10から送信されたロール100外周を撮影した画像データや欠陥候補を検出するための閾値等を記憶する記憶部と、画像データから欠陥候補を検出する画像処理部と、CCDカメラ等と各判定部等との間を電気的に接続するインターフェイス部等を備える。
また、画像処理装置には、周辺機器として、ディスプレイタッチパネル、スイッチパネル、キーボード等の入力装置や、CRT、液晶表示装置等の表示装置等が接続される。
移動手段(図示略)は、ロール100の外周全面を撮像するために、ロール100と、ラインCCDカメラ10とを、ロール100の中心軸に沿って長手方向に沿って相対的に平行移動させるものである。
モールドの検査は撮影した画像データに基づいて行う。具体的には、下記の工程(i)〜(vi)を順に行うことによりモールドの良否判定を行う。
陽極酸化工程前に上記検査装置にて第一の照明手段から光を照射し、ロール1周分の画像データを撮影する。
ロールを陽極酸化することによって、微細凹凸構造を有する陽極酸化アルミナを表面に形成したモールドを製造する。必要に応じて、前記モールド表面に、離型が容易になるように離型処理を施す。
上記検査装置にて第二の照明手段から光を照射し工程(ii)で製造したモールドの1周分の画像データを撮影する。
工程(iii)で撮影したモールドの1周分の画像から欠陥候補画像を抽出する。欠陥候補の検出は画像を人が見て目視で検出してもよいが、好ましくは、予め閾値を決めておき、閾値を越える画素値でさらにある一定の画素数分まとまっていれば欠陥候補として自動抽出する。
工程(iv)で検出した欠陥候補画像と同じ位置の画像を、工程(i)の第一の撮像工程にて撮影した画像から抽出する。
工程(iv)の欠陥候補画像と工程(v)の比較画像を人が見て、共通して欠陥が写っていれば後工程で問題となるNG欠陥と判断し、欠陥候補画像には写っているが比較画像には写っていない場合は、後工程には影響しない埃や付着物等と判断する。
NG欠陥があらかじめ決めた個数や位置にあれば、そのモールドは不良品と判定する。
また、比較画像にも欠陥があるかの判断は上記では人が目視で実施するようにしているが、欠陥候補を自動検出する際と同様に、あらかじめ閾値を決めておき、比較画像にて、その閾値を越える画素値でさらにある一定の画素数分まとまっていれば欠陥があるという自動で判断する方法でもよい。
図4では、図1に示す検査装置にてライン状照明装置20aと20bを図6に示すライン状照明装置22に置き換えたものである。
ライン状照明装置22は図1に示すように照射範囲にあるロール100の表面(接平面)の法線Nに対して、ライン状照明装置22の光軸の角度θ6が45°となるように配置されることが好ましい。
照射方向の角度θ7、θ8は45°が好ましい。
上記ライン状照明装置22を用いることにより、検査装置のコンパクト化や照射手段の配置の自由度を上げることが可能となる。
また、ライン状照明装置20a、20b、21、及びラインCCDカメラ10をロール100の長手方向に複数台並べて一度に外周全面を撮像する構成としてもよい。
次に本実施形態の微細凹凸構造を表面に有するモールドの製造方法について説明する。
本実施形態のモールドの製造方法は、アルミロール(モールド母材)の表面を鏡面化する工程(鏡面加工工程)と、鏡面加工後にアルミロール(モールド母材)を撮像する工程(第一の撮像工程)と、鏡面化したアルミロール表面を陽極酸化することによって、微細凹凸構造が形成された陽極酸化アルミナを表面に有するモールドを得る工程(陽極酸化工程)と、陽極酸化工程後にモールドを撮像する工程(第二の撮像工程)と、第一と第二の撮像工程から得られた画像からモールドを検査する工程(検査工程)と、必要に応じてモールドを修復する工程(修復工程)とを含む。
以下、モールドの製造方法の一例ついて説明する。
鏡面切削もしくは鏡面研磨等の鏡面加工により、ロール外周面を鏡面化する。
鏡面加工後のロールについて、図1に示した検査装置によって、外周面をラインCCDカメラ10にて撮像し、外周1周分の画像データを取得する。
陽極酸化工程は、下記の工程(a)〜(f)を順に行う工程であることが好ましい。
第1の酸化皮膜形成工程(a):
鏡面化されたアルミニウム基材の表面を電解液中、定電圧下で陽極酸化して、表面に酸化皮膜を形成する(以下、工程(a)とも記す。)。
酸化皮膜除去工程(b):
酸化皮膜を除去し、陽極酸化の細孔発生点をアルミニウム基材の表面に形成する(以下、工程(b)とも記す。)。
第2の酸化皮膜形成工程(c):
細孔発生点が形成されたアルミニウム基材の表面を電解液中、定電圧下で再度陽極酸化して、細孔発生点に対応した細孔を有する酸化皮膜を表面に形成する(以下、工程(c)とも記す。)。
孔径拡大処理工程(d):
細孔の径を拡大させる(以下、工程(d)とも記す。)。
酸化皮膜成長工程(e):
細孔の径が拡大された酸化皮膜を有するアルミニウム基材の表面を電解液中、定電圧下で再度陽極酸化する(以下、工程(e)とも記す。)。
繰り返し工程(f):
必要に応じて、孔径拡大処理工程(d)と酸化皮膜成長工程(e)とを繰り返し行う(以下、工程(f)とも記す。)。
また、細孔の配列の規則性はやや低下するが、モールドの表面を転写した材料の用途によっては工程(a)を行わず、工程(c)から行ってもよい。
得られたモールドについて、図1に示した検査装置によって、外周面をラインCCDカメラ10にて撮像し、外周1周分の画像データを取得する。
第一と第二の撮像工程から得られた画像から、画像処理装置30にて、欠陥候補画像と比較画像を抽出し、モールドの良否を判定し、良品であれば次の工程へと進める。
不良品であれば、鏡面加工工程もしくは陽極酸化工程を再度実施する。モールドの修復後、再度検査工程を実施し、モールドが良品となるまで修復工程と検査工程を繰り返し実施する。
モールドの微細凹凸構造が形成された表面は、離型が容易になるように、離型処理が施されていてもよい。
離型処理の方法としては、例えば、シリコーン系ポリマーやフッ素ポリマーをコーティングする方法、フッ素化合物を蒸着する方法、フッ素系またはフッ素シリコーン系のシラン化合物をコーティングする方法等が挙げられる。
以下、本実施形態の微細凹凸構造を表面に有する物品の製造方法について説明する。本実施形態では、表面に微細凹凸構造を有するシートを製造する場合について説明する。
図7は、本実施形態の表面に微細凹凸構造を有するシートを製造する際に用いられる製造装置を示す図である。同図に示すように製造装置は、表面に微細凹凸構造を有するロール状モールド101と、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を供給するタンク50と、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物をロール状モールド101に押し付ける押圧装置51と、ニップロール52と、活性エネルギー線を照射する活性エネルギー線照射装置53と、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物をロール状モールド101から剥離させる剥離ロール54と、を備える。
タンク50は、フィルム42とロール状モールド101との間に活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を供給する。
図7に示すように、フィルム送り装置(不図示)により、無色透明のフィルム42が、ニップロール52とロール状モールド101との間に送られている。このフィルム42上面に、タンク50により活性エネルギー線硬化性樹脂組成物を供給する。
次に、剥離ロール54により、表面に硬化樹脂層44が形成されたフィルム42をロール状モールド101から剥離する。これにより、フィルム42の表面に微細凹凸構造が転写された硬化樹脂層44が設けられたシート状の光学フィルム40を得ることができる。
アルミニウム基材として、純度99.996%のアルミニウムインゴットを、外径200mm、長さ320mmに切断して製造した圧延痕のない円筒状のアルミニウム部材に対して、表面を鏡面研磨により鏡面化し、ロールaを得た。
表面を鏡面化したロールaにて図1に示す検査装置を用いて外周面の撮像し、外周1周分の画像データを取得した。ライン状照明装置20a、20bとしては、メック社製のハロゲン光源ELI-150NXとライトガイドPLT400+30D-1000-T0502を用いた。ライン状照明装置21としては、モリテックス社製LED集光バー照明MLNX-CW240-DF(電源:MLEK-A230W1LR-100V)を用いた。
ラインCCDカメラ10としては、エクセル社製のTI5150DCLにVST社製のレンズVS−L5028/Fを取り付けたものを用いた。
画像処理装置30としては、Matrox社製のMIL9を用いた。
ロール100とラインCCDカメラ10との距離は約200mm、ロール100とライン状照明装置20a、20bとの距離は約70mm、ロール100とライン状照明装置21との距離は約150mmとした。
工程(a):
ロールaについて、0.3Mシュウ酸水溶液中で、直流:40V、温度:16℃の条件で30分間陽極酸化を行った。
工程(b):
厚さ約3μmの酸化皮膜が形成されたロールaを、6質量%リン酸/1.8質量%クロム酸混合水溶液に浸漬して、酸化皮膜を除去した。
工程(c):
ロールaについて、0.3Mシュウ酸水溶液中で、直流:40V、温度:16℃の条件で45秒間陽極酸化を行った。
工程(d):
酸化皮膜が形成されたロールaを、30℃の5質量%リン酸水溶液に9分間浸漬して、細孔径拡大処理を行った。
工程(e):
細孔の径が拡大された酸化被膜を有するロールaを、再度0.3Mシュウ酸水溶液中で、直流:40V、温度:16℃の条件で45秒間陽極酸化を行った。
工程(f):
前記工程(d)および工程(e)を合計で4回繰り返して、設計上では平均ピッチ:100nm、深さ:200nmの略円錐形状の細孔を有する陽極酸化アルミナが表面に形成されたロール状のモールドaを得た。
得られたモールドaについて、図1に示した検査装置によって、外周面をラインCCDカメラ10にて撮像し、外周1周分の画像データを取得した。
第二の撮像工程から得られた画像から、画像処理装置30にて欠陥候補画像を抽出した。ここでは閾値を48とし、画素値が48を越えるもので20画素以上まとまってあるものを欠陥候補として自動抽出した。第一の撮像工程から得られた画像から、前記欠陥候補画像と同じ位置の比較画像を抽出した。図8は欠陥候補画像とそれと対応する比較画像を上下に並べて出力した画像の一部である。
図8において、欠陥候補2が欠陥候補画像と比較画像に共通して欠陥が存在するためNG欠陥である。図8の他の3点の欠陥候補は比較画像には欠陥は存在しないため後工程で取れてなくなる問題とならない埃や付着物等と判断した。
製造した微細凹凸構造を表面に有する物品を目視にて検査した結果、上記検査工程にてモールドaにてNG欠陥と判定していた位置と対応するシート上の位置に、視認される欠陥があることを確認した。
製造した微細凹凸構造を表面に有する物品を目視にて検査した結果、モールド起因による外観欠陥が無いことを確認した。
20 ライン状照明装置
21 ライン状照明装置
22 ライン状照明装置
30 画像処理装置
40 微細凹凸構造を表面に有するシート状の物品
100 ロール
101 微細凹凸構造を表面に有するロール状モールド
Claims (8)
- 微細凹凸構造を表面に有するモールドの製造方法であって、
モールド母材の表面に、第一の照射手段から光を照射し、モールド母材の表面で反射した光を撮像する第一の撮像工程と、
モールド母材表面に、微細凹凸構造を形成する微細凹凸形成工程と、
前記微細凹凸構造が形成された前記モールド母材表面に、第二の照射手段から光を照射し、前記微細凹凸構造が形成された前記モールド母材の表面で反射した光を撮像する第二の撮像工程と、
前記第二の撮像工程で得られた撮像画像から欠陥候補画像を出力する工程と、
前記第一の撮像工程で得られた撮像画像から前記欠陥候補画像と同じ位置の比較画像を出力する工程と、
前記出力された欠陥候補画像と前記比較画像から前記モールドの良否を判定する工程と、
を有する、微細凹凸構造を表面に有するモールドの製造方法。 - 前記第一の照射手段及び前記第二の照射手段の少なくとも一方は、異なる方向に指向性を有する光を照射する2以上の光源を含むことを特徴とする、請求項1に記載のモールドの製造方法。
- 前記第1の照射手段及び前記第2の照射手段が同じであることを特徴とする、請求項2に記載のモールドの製造方法。
- 前記モールド母材は、少なくともその表面が純度99%以上のアルミニウムからなり、
前記微細凹凸構造は、前記モールド母材の表面を陽極酸化することで形成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のモールドの製造方法。 - 微細凹凸構造を表面に有するモールドの検査方法であって、
第一の照射手段から光を照射し、検査対象のモールドの表面で反射した光を撮像手段にて撮像する第一の撮像工程と、
前記モールドの製造工程の別段階で、第二の照射手段から光を照射し、検査対象の物品の表面で反射した光を撮像手段にて撮像する第二の撮像工程と、
前記第二の撮像工程で得られた撮像画像から欠陥候補画像を出力する工程と、
前記第一の撮像工程で得られた撮像画像から前記欠陥候補画像と同じ位置の比較画像を出力する工程と、
前記出力された欠陥候補画像と前記比較画像から前記モールドの良否を判定する工程と、を有することを特徴とする、モールドの検査方法。 - 前記第一の照射手段及び前記第二の照射手段の少なくとも一方は、異なる方向に指向性を有する光を照射する2以上の光源を含むことを特徴とする、請求項5に記載のモールドの検査方法。
- 前記第1の照射手段及び前記第2の照射手段が同じであることを特徴とする、請求項6に記載のモールドの検査方法。
- 欠陥候補画像を出力する工程と、比較画像を出力する工程において、
欠陥候補画像と比較画像を並べて一つの画像として出力する工程を含むことを特徴とする、請求項5〜7のいずれか一項に記載のモールドの検査方法。
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