JP3890430B2 - 表面検査方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェブの表面及び内部に存在する欠陥を検出するための表面検査方法及び装置に関し、特に、検査対象であるウェブに２次元的な張力を作用させて、その平面性を向上させて検査を行うことを可能とした表面検査方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
写真フイルムの支持体や液晶パネルの偏光板部材には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のプラスチックフィルムが用いられている。写真フイルムでは、支持体の表面や内部に欠陥があると、印画紙に露光現像した際に欠陥像が生ずる。液晶パネルでは、偏光板部材の欠陥によって液晶の配向が乱されて目視欠陥が発生する。そのため、欠陥の少ないプラスチックフイルムを供給することが望まれている。特に、液晶パネルに使用するプラスチックフィルムでは、３０μｍ以上の欠陥が無いことが望まれている。
【０００３】
プラスチックフイルムの欠陥を減少させるために、製造後のプラスチックフイルムには、高精度の欠陥検査を実施する必要がある。この検査では、製造直後の幅広のプラスチックフイルムのウェブから検査用のシートを作成し、この検査用シートを検査員による目視や、偏光顕微鏡による観察等によって検査しているのが実状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、検査員による目視検査は、およそ５０μｍ以下の大きさの欠陥を識別することが難しく、更に、作業に対する熟練度合いや作業時の状態によって検査精度が変化してしまい、品質管理の面で問題があった。また、偏光顕微鏡による検査は、目視検査では発見できない微小な欠陥まで見つけることができるが、検査に膨大な時間がかかるという問題がある。
【０００５】
更に、ウェブから検査用シートをカットする際や、検査用シートを偏光顕微鏡にセットする際に、検査用シートにゴミや埃等の異物が付着することがあり、その異物が製造時のものなのか製造後に付着したものなのかが区別できず、検査の正確性に致命的な問題があった。
【０００６】
上記問題を解決するために、清潔な環境で製造したウェブロールから巻き戻してウェブを連続搬送し、この連続搬送されるウェブにレーザー光を照射し、傷やゴミ等で乱反射したレーザー光を受光器で検出するようにした表面検査装置がある（例えば、特許登録第２６８４４６０号）。しかしながら、この表面検査装置では、受光器の検出精度があまり良くなかったことから、およそ２００μｍ以下の欠陥を検出することができず、また、検査光の入射が一定方向からとなるため、中には乱反射しない欠陥もあり、検出されない欠陥が発生することがあった。
【０００７】
また、特にフイルムや磁気シート等のように被検査対象が薄い可撓性材料であると、これらの表面性を極めて均一に保つことは容易ではなかった。このため、特に反射光で欠陥を検出する場合、被検査対象にうねりや傾きがあると、良品部、欠陥部の反射光が正しく受光部に入射しなくなり、検出精度が悪くなるといった問題もあった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、高精度欠陥検査の時間短縮と検査精度の向上とを可能とした表面検査方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明に係る表面検査方法は、ロール状に巻かれたウェブを巻き戻して間欠搬送させ、このウェブの搬送が停止している際に、ウェブの搬送方向とこれに直交する方向との両方にその張力を通常該ウェブが製造工程で搬送される際にかかる５ｋｇ／ｍの値の少なくとも２倍以上作用させつつ、光電素子を移動させてウェブの表面を走査し、欠陥とその欠陥の位置とを検出するようにしたことを特徴とする。また、本発明に係る表面検査方法は、ウェブの同一部位に、前記光電素子による走査を少なくとも２回行い、１度目の走査で欠陥の位置を検出し、２度目の走査で欠陥の状態を識別するようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
一方、本発明に係る表面検査装置は、ロール状に巻かれたウェブを引き出して間欠搬送させるウェブ搬送部と、該ウェブの停止時に、搬送方向と直交する方向にその張力を通常該ウェブが製造工程で搬送される際にかかる５ｋｇ／ｍの値の少なくとも２倍以上作用させる張力作用部材と、ウェブに検査光を照射する投光部とウェブからの乱反射光を受光する光電素子とを前記搬送方向と直交する方向に移動させてウェブの表面を走査させる走査機構とを設け、欠陥とその欠陥の位置とを検出するようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る表面検査装置は、前記光電素子としてラインＣＣＤを用い、このラインＣＣＤの長手方向が前記ウェブの搬送方向に沿うように配置したことを特徴とするものである。さらに、ウェブの同一部位に、前記光電素子による走査を少なくとも２回実施し、１度目の走査で欠陥の位置を検出し、２度目の走査で欠陥の形態を撮像するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る表面検査装置は、投光部に、受光素子の走査位置の外周を囲むように配置された少なくとも一つのリング状ランプ、好ましくは垂直方向に一定の長さをもった円筒型リング状ランプを用い、受光素子とともに走査機構によって移動されるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて、詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置の構成を示す概略図である。この表面検査装置は、プラスチックフイルムのウェブ２がロール状に巻かれたウェブロール３がセットされるウェブ供給部４と、ウェブ２の検査を行う検査部５と、検査後のウェブ２を巻き取るウェブ回収部６とから構成されている。
【００１４】
ウェブ２は、例えば、磁気テープの支持体として使用されるプラスチックフイルムであり、磁気テープの幅に裁断される前の幅広の状態となっている。また、ウェブ２は、ゴミや埃，傷等がつかないように、両面にラミネートフイルム７，８が重ねられた状態でロール状に巻かれていることもある。その場合には、ウェブ供給部４には、ウェブロール３から巻き戻したウェブ２のラミネートフイルム７，８を剥離して巻き取ることが必要であり、そのため剥離用ローラ９，１０がウェブ２の上，下方に配置されている。
【００１５】
ウェブロール３から巻き戻されたウェブ２は、検査部５を経てウェブ回収部６の回収用ローラ１２に巻き取られる。この回収用ローラ１２は、図示されていないモータによってウェブ２を巻き取る方向に間欠回転される。これにより、ウェブ供給部４のウェブ２は検査部５に間欠搬送される。ウェブ供給部４と検査部５との間には、ウェブ２の静電気を除去するとともに、付着しているゴミや埃等を吹き飛ばす除電ブロワ１３が配置されている。
【００１６】
検査部５には、ウェブ２に平面性を付与する張力作用部材としての一対のローラ１５，１６が配置されている。この平面性が付与されたウェブ２に対面して、ウェブ２に検査光を照射する投光部１７と、光電素子を含む撮像部１８と、これら投光部１７と撮像部１８とをウェブ２の搬送方向に直交する方向で移動させる走査駆動部１９とが配置されている。
【００１７】
上述のローラ１５，１６としては、搬送対象であるウェブ２の幅方向の移動を防止するために、表面の静止摩擦係数の高いもの、例えば、鏡面化されて表面粗さが０．４Ｓ以下のものや、合成ゴム層（例えばＮＢＲ８５）を有するものが好ましい。また、ウェブ２は、その搬送方向に所定の張力、例えば１０ｋｇ／ｍ〜６０ｋｇ／ｍ程度の張力をかけて搬送される。上記ローラ１５，１６の静止摩擦係数は、ウェブ２に上記範囲の張力をかけた場合に、ウェブ２がその搬送方向に直交する方向に収縮するのを防止するために必要なものである。
【００１８】
より詳細に説明すると、上述の、ウェブ２の搬送方向にかける張力は、通常の製造時にかける５ｋｇ／ｍ程度に比べて少なくとも２倍として、このため、いわゆるポアソン比による理論で示されるように、ウェブ２の幅方向の収縮しようとする量が通常の製造工程での量に比べて大きくなる。しかし、表面の静止摩擦係数の高いローラ１５，１６が、ウェブ２の幅方向への収縮を抑制することにより、ウェブ２の幅方向への収縮を防止するとともに、ローラ１５，１６間に位置するウェブ２に、その搬送方向と搬送方向と直交する方向との両方向に所定の張力を作用させることができるものである。このようなローラ１５，１６を使用することで、検査される部位の平面性がきわめて均一となり、欠陥検査を容易かつ高精度に行うことができる。
【００１９】
また、図２及び図３に示すように、撮像部１８は、光電素子である高解像度のラインＣＣＤ２１と、ウェブ２の表面で反射した光をラインＣＣＤ２１に結像する結像レンズ２２と、これらが組み込まれる筐体２３とからなる。ラインＣＣＤ２１は、長手方向がウェブ２の搬送方向に沿うように配置されている。
【００２０】
投光部１７は、円筒形状のケース２５と、このケース２５に収められた複数のリング状ランプ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄと、各リング状ランプ２６ａ〜２６ｄの間に配置され、リング状ランプ２６ａ〜２６ｄから放射された光をウェブ２の表面に向けて照射させる複数の反射板２７ａ，２７ｂ，２７ｃとから構成されている。リング状ランプ２６ａ〜２６ｄとしては、例えば、リング形状の蛍光灯や、ＥＬ発光素子等が用いられる。
【００２１】
この投光部１７は、撮像部１８の下方で、撮像部１８によるウェブ２の撮像位置の周囲を囲むようにして配置される。これにより、撮像部１８の撮像位置に外周から検査光を様々な角度で入射することができ、色々な反射率や指向性を有する傷やゴミ，埃等で検査光を乱反射させることができ、表面検査装置の検査精度を向上させることができる。なお、ウェブ２の下方には、検出効率を高めるために、黒色の支持板２９が配置されている。
【００２２】
上記投光部１７と撮像部１８とは、略Ｔ字形状の支持ステー３１に保持されている。この支持ステー３１は、ウェブ２の幅方向に沿って配置された走査駆動部に組み込まれており、この走査駆動部によってウェブ２の幅方向に往復移動される。投光部１７はウェブ２の幅方向に移動しながらウェブ２の表面を照明し、撮像部１８は投光部１７と一緒に移動しながら、投光部１７により照明されたウェブ２の表面を撮像する。
【００２３】
ウェブ２の欠陥には多種多様なものが存在し、上記リング状ランプ２６ａ〜２６ｄが最も応用範囲が広い。しかしながら、図４に示すように、撮像部１８に対向してウェブ２を挟み込むように配置されたバックライト５０による検査光によっても、欠陥検査は可能であり、不透明異物や強い傷の類は有効に検出することができる。
【００２４】
走査駆動部には、撮像部１８と投光部１７とを移動させる走査機構が内蔵されている。この走査機構としては、詳しくは図示されていないが、ウェブ２の幅方向に沿って配置されたプーリーと、このプーリーにかけられて支持ステー３１が取り付けられたベルトとからなり、プーリーがモータで回転される際のベルトの移動によって支持ステー３１を移動させている。なお、走査機構は、プーリーとベルトとに限定されるものではなく、スプロケットとチェーン，ソレノイドとバネ，カム機構，エアシリンダ，油圧シリンダ，ボールネジとボールナット等を用いることができる。
【００２５】
図１に示すように、表面検査装置はコンピュータ３３によって制御される。コンピュータ３３には、表面検査装置を制御するための制御プログラムと、検査の際のスレッシュホールドレベル等の検査条件とが格納されており、これらに従って表面検査装置の制御が行われる。
【００２６】
また、撮像部１８は、ウェブ２の同一部位を２回走査し、１度目の走査でウェブ２の欠陥の位置を検出し、２度目の走査で各欠陥の状態を撮像する。撮像部１８で撮像された欠陥位置データと欠陥画像データはコンピュータ３３に入力され、メモリ等の記憶装置に保存される。また、保存されたデータは、コンピュータ３３に接続されたモニタ３５によって観察することができ、更に、コンピュータ３３に接続されたプリンタ３６によってプリントアウトして、各種検討に用いることができる。このように、欠陥位置の認識と欠陥形状の撮像とを別々の走査時に行うことで検査速度を飛躍的に高めることができ、一度の走査で欠陥位置の認識と欠陥形状の撮像とを行う場合に比べて、およそ１０倍程度検査時間の短縮を図ることができる。
【００２７】
検査部５とウェブ回収部６との間には、検査部５で検出された欠陥の位置にマーキングを行うマーキング装置３８が配置されている。このマーキング装置３８は、詳しくは図示しないが、ウェブ２にマーキングを行うプリンタヘッドと、このプリンタヘッドをウェブ２の幅方向で移動させる移動機構とからなり、コンピュータ３３に保存された欠陥位置データに基づいて移動機構がプリンタヘッドを移動させ、所定の位置でウェブ２の表面にマーキングを行う。
【００２８】
マーキング装置３８でマーキングするマークとしては、例えば、図５に示すように、欠陥の大きさによってマーク形状を変更することが有効である。ここでは、大きな欠陥には同図（Ａ）の五角形マーク４０を用い、中程度の大きさの欠陥には同図（Ｂ）の四角形マーク４１を用い、小さな欠陥には同図（Ｃ）の円形マーク４２を用いるようにしている。これにより、検査後に欠陥の大きさや分布を容易に調べることができる。なお、プリンタヘッドには、例えば、インクジェット方式のものや、インクリボンを使用する熱転写方式等のプリンタヘッドや、背面インク供給型のスタンプ等を用いることができる。
【００２９】
次に、図６に示すフローチャートを参照して、上記実施形態の表面検査装置の作用について説明する。
図１に示すように、プラスチックフイルムのウェブ２は、ロール状に巻かれたウェブロール３の形態で表面検査装置のウェブ供給部５にセットされる。ウェブ供給部５にセットされたウェブロール３からは、ウェブ２が巻き戻され、両面を挟み込んでいるラミネートフイルム７，８が剥がされてから、検査部５を経てウェブ回収部６の回収用ローラ１２に係止される。ラミネートフイルム７，８は、剥離用ローラ９，１０にそれぞれ係止される。このように、ウェブロール３を直接検査装置にセットして検査することができるため、検査用シートを作成していた従来に比べて検査の正確性が向上する。
【００３０】
ウェブ２を表面検査装置にセットした後、コンピュータ３３を操作して各種設定を行う。ここでの設定とは、検査する材質やウェブ２の厚み，検査面積，欠陥の大きさや状態に関するスレッシュホールドレベル，マーキングの実施・不実施等である。
【００３１】
設定終了後に検査をスタートさせると、図示されていないモータが回収用ローラ１２をウェブ巻き取り方向に間欠回転させ、ウェブ２をウェブ供給部４から引き出して検査部５に間欠搬送する。このとき、ウェブ２は、前述のようなローラ１５，１６の作用により、搬送方向及びこれに直交する方向の両方に張力をかけられ、極めて良好な平面性が得られる。また、図２及び図３に示すように、投光部１７ではリング状ランプ２６ａ〜２６ｄが点灯される。ウェブ２の搬送が停止すると、走査駆動部１９が作動し、支持ステー３１に保持された投光部１７と撮像部１８とをウェブ２の幅方向に沿って一定速度で移動させる。その際に撮像部１８ではラインＣＣＤ２１が駆動され、投光部１７で照明されたウェブ２の表面を撮像する。
【００３２】
投光部１７をリング状ランプ２６ａ〜２６ｄで形成する場合には、投光部１７のリング状ランプ２６ａ〜２６ｄが上下方向で積み重ねられ、反射板２７ａ〜２７ｃによって反射されていることから、放射された検査光は様々な角度でウェブ２の表面に入射する。そのため、ウェブ２の表面及び内部に存在する欠陥がどのような反射率や指向性を有していても、高い精度で検査光をウェブ２の欠陥で乱反射させることができる。
【００３３】
また、この乱反射した光を検出するのは、高解像度のラインＣＣＤ２１であるため、従来の受光器を用いていた検査装置よりも高精度に欠陥を検出することができる。この１度目の走査である検査スキャニングの際には、ウェブ２の欠陥の位置が検出され、検査スキャニングで得られた欠陥位置データは、コンピュータ３３に入力されて記録装置に保存される。
【００３４】
検査スキャニングで、予め設定した以上のレベルの欠陥が発見されなかった場合には、ウェブ２が再度間欠搬送され、ウェブ２の新たな部分に対して検査スキャニングが実施される。また、検査スキャニングで予め設定した以上の大きさの欠陥が発見された場合には、投光部１７と撮像部１８とを初期位置に復帰させる際に、確認スキャニングが行われる。この確認スキャニングでは、検出された各欠陥の撮像が行われる。この欠陥画像データも、コンピュータ３３に入力され記録される。
【００３５】
欠陥画像は、後でモニタ３５で観察したり、プリンタ３６によりプリントアウトする以外に、リアルタイムにモニタ３５で観察することもできる。その際に、欠陥がゴミや埃等のすぐに取り除くことができる、悪影響の少ないものならば、コンピュータ３３を操作して、その欠陥を欠陥位置データと欠陥画像データとから除外することができる。
【００３６】
なお、ウェブ２の幅方向と同じ長さのラインＣＣＤを使用すれば、より検査時間を短縮することができるが、表面検査装置のコストが大幅に上昇してしまう。そのため、本発明では、短いラインＣＣＤでウェブ２を幅方向に走査するようにして、コストと機能のバランスを図っている。
【００３７】
ウェブ２に欠陥があった場合には、ウェブ２の間欠搬送後に、コンピュータ３３内に記録されている欠陥位置データに基づいて、ウェブ２の欠陥の位置にマーキング装置３８によってマーキングが施される。このマーキングは、欠陥の大，中，小に応じて図５（Ａ）〜（Ｃ）の符号４０〜４１に示すように変えられる。これにより、ウェブ２を直接観察することで、欠陥分布状況を簡単に調べることができる。
【００３８】
以上のような検査スキャニング，確認スキャニング，マーキングが、予め設定した規定面積の検査が終了するまで繰り返される。規定面積の検査が終了すると、検査結果をモニタ３５に表示させて観察したり、プリンタ３６でプリントアウトして各種検討に用いることができる。
【００３９】
【実施例】
上記実施形態の表面検査装置を、ローラ１５，１６として表面粗さが０．４Ｓ以下のものを用い、その間隔を３００ｍｍとして作製した。検査対象としては、図２に示す幅Ｌが１０００ｍｍ、ＰＥＴ製である支持体の厚みが１０μｍ、磁性層厚みが３μｍの磁気テープ２を用いた。ラインＣＣＤ２１の走査幅Ｌ１は５０ｍｍとし、ラインＣＣＤ２１の解像度を５０００として、表面検査を行った。磁気テープ２には、その搬送方向に１３ｋｇ／ｍ及び３０ｋｇ／ｍの張力を与えた。
【００４０】
上述の設定によれば何れの場合でも、ローラ１５，１６によって幅方向の収縮が抑制されるため、検査される部位の平面性が極めて良好となり、最小で２０μｍの大きさの欠陥を検出し得る速度で投光部１７と撮像部１８とを移動させても、１ｍ²の面積のウェブ２を検査するのに５分しかかからなかった。また、マーキングは、平均して５秒／個となった。そのため、検査精度を向上させながら、ウェブの検査時間を大幅に短縮することができる。
【００４１】
上記実施例においては、磁気テープウェブの検査を例に説明したが、本発明の表面検査方法及び検査装置は、透明または不透明な各種ウェブの検査に用いることができる。また、ここでは、撮像部と投光部とを１個ずつ使用したが、これらを２個以上ずつ装備して、より検査精度を向上させることもできる。なお、撮像部と投光部とを２個以上ずつ使用する場合、一方を検査スキャニング用、他方を確認スキャニング用と分けて使用してもよい。
【００４２】
また、上記実施の形態においては、ローラ１５，１６として、表面粗さ０．４Ｓ以下のものを用いた例を示したが、その硬度，表面粗さなどは、検査対象とするウェブ２の種類，厚みなどに応じて、適宜決定してよいことはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウェブの検査される部位の良好な平面性が確保されて、ウェブの欠陥の検査精度を向上させながら検査時間を大幅に短縮することができるため、このウェブを使用する磁気テープ，写真フイルム等の製品の品質向上と、製造効率の向上に大きく貢献する表面検査方法及び装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面検査装置の構成を示す概略図である。
【図２】検査部の構成を示す斜視図である。
【図３】撮像部及び投光部の要部断面図である。
【図４】別の撮像部及び投光部の要部を示す断面図である。
【図５】マーキングされるマークの例を示す説明図である。
【図６】表面検査装置の動作順序を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ ウェブ
３ ウェブロール
４ ウェブ供給部
５ 検査部
６ ウェブ回収部
１５，１６ ローラ
１７ 投光部
１８ 撮像部
１９ 走査駆動部
２１ ラインＣＣＤ
２６ａ〜２６ｄ リング状ランプ

Claims (7)

1. ウェブに検査光を照射し、該ウェブの表面及び内部に存在する欠陥で乱反射した光を光電素子により検出する表面検査方法において、ロール状に巻かれたウェブを巻き戻して間欠搬送させ、該ウェブの搬送が停止している際に、搬送方向とこれに直交する方向の両方にその張力を通常該ウェブが製造工程で搬送される際にかかる５ｋｇ／ｍの少なくとも２倍以上作用させつつ、前記光電素子を移動させてウェブの表面を走査し、欠陥とその欠陥の位置とを検出することを特徴とする表面検査方法。
2. 前記ウェブの同一部位について、前記光電素子による走査を少なくとも２回行い、一度目の走査で欠陥の位置を検出し、２度目の走査で欠陥の状態を識別することを特徴とする請求項１に記載の表面検査方法。
3. ウェブに検査光を照射する投光部と、該ウェブの表面及び内部に存在する欠陥で乱反射された光を検出する光電素子とを備えた表面検査装置において、ロール状に巻かれたウェブを巻き戻して間欠搬送させるウェブ搬送部と、該ウェブの停止時に、搬送方向と直交する方向にその張力を通常該ウェブが製造工程で搬送される際にかかる５ｋｇ／ｍの少なくとも２倍以上作用させる張力作用部材と、前記搬送方向と直交する方向に前記光電素子を移動させて前記ウェブの表面を走査する走査機構とを設け、欠陥とその欠陥の位置とを検出することを特徴とする表面検査装置。
4. 前記光電素子としてラインＣＣＤを用い、該ラインＣＣＤの長手方向が前記ウェブの搬送方向に沿うように配置したことを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
5. 前記ウェブの同一部位について、前記ラインＣＣＤによる走査を少なくとも２回実施し、一度目の走査で欠陥の位置を検出し、２度目の走査で欠陥の形態を撮像することを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置。
6. 前記投光部は、前記光電素子の走査位置の外周を囲むように配置された少なくとも一つのリング状ランプからなり、前記光電素子とともに走査機構によって移動するように構成したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の表面検査装置。
7. 前記リング状ランプは、垂直方向に一定の長さを持つ円筒型リング状ランプであることを特徴とする請求項６に記載の表面検査装置。

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