JP6475666B2

JP6475666B2 - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JP6475666B2
Application number: JP2016110434A
Authority: JP
Inventors: 古田　俊治; 俊治古田
Original assignee: フロンティアシステム株式会社
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2036-06-01
Also published as: JP2017215264A

Description

本発明は、リチウムイオン電池の正極シートや負極シート等の枚葉のシート状部材の欠陥の有無を自動で検査する欠陥検査装置に関する。

リチウムイオン二次電池は、正極、負極間をリチウムイオンが移動することにより充放電を行う二次電池で、エネルギー密度が高いことから、ノートパソコンや携帯電話等の携帯情報端末用電源として、また、電気自動車やハイブリッドカーのバッテリーとして急速に普及している。

リチウムイオン二次電池は、正極シートと負極シートをセパレーター層を介して交互に積層して成る積層体を電解液とともに外装体に封入した構造を有する。正極シート及び負極シート(以下、電極シートという。）は、いずれも電極箔（アルミニウム箔（正極）及び銅箔（負極））の上に電極活物質の粉末とバインダーを含むペースト状の電極材料を塗工し、乾燥させた後、所定の形状にスリット加工することにより製造される（特許文献１）。

電極シートに塗工された電極材料の厚みが不均一であったり、電極材料に気泡やひび等の欠損や異物の混入等があったりすると、所期の性能のリチウムイオン二次電池を得ることができない。そこで、電極シートを積層する前に枚葉の状態で予め電極シートの欠陥の有無を検査することにより、不良な電極シートがリチウムイオン二次電池の材料として用いられることを防止している。
電極シートの欠陥検査は例えば次のような手順で行われる。

まず、電極シートの表面に光を照射し、そのときの該表面をＣＣＤカメラで撮影し、モニタ画面に表示するとともに、電極シート表面の各点における反射光の強度を求める。そして、所定の基準値に比べて反射光の強度が大きい箇所、あるいは小さい箇所を欠陥の可能性がある箇所（欠陥候補箇所）として、モニタ画面に表示されたＣＣＤカメラの撮影画像上に印を付ける。ここまでの工程は、照明装置やＣＣＤカメラ、反射光強度検出部、モニタ等を備える欠陥検査装置が行う。その後、検査員は、モニタ画面の撮影画像上の印の位置からその印に該当する電極シート上の箇所を探し出し、その箇所を目視で詳しく検査して真の欠陥であるか否かを判断する。

特開2014-82182号公報

電極シートの欠陥検査装置では、欠陥を見落としてしまうことを避けるために、反射光強度に基づく欠陥候補箇所の判定基準が厳しく設定されている。そのため、正常である箇所が欠陥候補箇所として判定されることが多く、欠陥候補箇所が見つかった電極シートを検査員による目視検査を経ずにそのまま廃棄することは歩留まりの低下につながる。

このような事態を避ける意味で検査員による目視検査は重要であるが、欠陥の中には非常に小さいものもあり、モニタ画面に表示された画像と電極シートを見比べながら、該モニタ画面上に表示されている印の位置に対応する電極シート上の欠陥候補箇所を探し出す作業には時間がかかる。特に、車載用リチウムイオン二次電池のような大型のリチウムイオン二次電池に用いられる電極シートの場合、欠陥候補箇所を正確に短時間で探し出すことは難しかった。

なお、ここでは電極シートの欠陥検査を例に挙げて説明したが、液晶テレビやプラズマテレビ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末の表示パネル等に用いられるガラス板やプラスチック板、プラスチックフィルム等の枚葉のシート状部材の欠陥検査を行う場合も同様である。

本発明が解決しようとする課題は、枚葉のシート状部材の欠陥候補箇所を正確に且つ短時間で探し出すことができる欠陥検査装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、枚葉のシート状部材の表面の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
a) 撮影領域と目視検査領域を有し、前記シート状部材を該撮影領域から該目視検査領域に搬送する搬送路と、
b) 前記撮影領域の上方に配置された、該撮影領域に位置するシート状部材を撮影する撮影部と、
c) 前記撮影部によって撮影された画像を解析することにより前記シート状部材の欠陥候補を検出し、該欠陥候補の位置を特定する欠陥候補検出部と、
d) 前記欠陥候補検出部によって検出された結果に基づき、欠陥候補の位置データを記憶する欠陥データ記憶部と、
e) 前記目視検査領域に位置するシート状部材に対して、前記欠陥データ記憶部に記憶された欠陥候補の位置データに基づき、前記欠陥候補の位置に対応して欠陥候補の存在を示す欠陥目印画像を投影する投影部と
を備えることを特徴とする。

上記欠陥検査装置では、撮影領域にあるシート状部材に対して撮影部による撮影が行われ、その撮影画像から欠陥候補が検出されると、目視検査領域にあるシート状部材に対して、欠陥候補の位置に対応するシート状部材の箇所に欠陥目印画像を投影する。

上記構成においては、前記欠陥データ記憶部が、前記欠陥候補検出部によって検出された欠陥候補を含む画像データを記憶し、前記投影部が、前記欠陥目印画像として前記欠陥候補の拡大画像を投影することが好ましい。この構成では、小さい欠陥でも容易に目視で確認することができる。なお、欠陥候補の拡大画像をシート状部材に投影する場合は、実際の欠陥候補の上に投影しても良いが、欠陥候補の位置から少しずれた位置に投影しても良い。少しずれた位置に投影する構成にすれば、欠陥候補を目視する際に欠陥目印画像が邪魔になることがない。

また、前記欠陥データ記憶部が、前記欠陥候補検出部によって検出された欠陥候補を含む画像データを記憶し、
前記投影部が、前記欠陥目印画像として前記欠陥候補を取り囲む形状の図形画像を投影するようにしても良い。この構成では、欠陥候補を容易に見つけることができ、しかも、欠陥目印画像が邪魔になることもない。

本発明の欠陥検査装置によれば、欠陥目印画像が枚葉のシート状部材の上に直接投影されるため、欠陥候補を正確に且つ短時間で探し出すことができる。

本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置の全体構成を示す概略図。欠陥検査装置の機能ブロック図。目視検査領域にある電極シートに対して欠陥目印画像を表示した例を示し、（ａ）は欠陥候補を取り囲む形状の図形を表示した例、（ｂ）は欠陥候補の拡大画像を表示した例。

以下、本発明に係る欠陥検査装置の具体的な実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、枚葉のシート状部材として、リチウムイオン二次電池の負極や正極に用いられる電極シートを例に挙げて説明する。

図１は欠陥検査装置１００の全体構成の概略図を、図２は欠陥検査装置１００の機能ブロック図を示す。図１及び図２に示すように、欠陥検査装置１００は、撮影領域と目視検査領域を有し、これら撮影領域及び目視検査領域に電極シート１を搬送するための搬送路１０と、搬送路１０の上方に配置された撮影部２０及び投影部３０と、撮影部２０によって撮影された画像を表示するモニタ４０と、前記画像を解析することにより電極シート１の欠陥候補を検出する欠陥候補検出部５０と、制御部６０を備えている。

搬送路１０は、２個の搬送ローラ１１，１２と、これら搬送ローラ１１，１２の間に掛け渡されたコンベアベルト１３と、図示右側の搬送ローラ１２を駆動する搬送用モータ１４から構成される。搬送用モータ１４により搬送ローラ１２が矢印Ａで示す方向に回転されることにより、搬送ローラ１１，１２の上側に位置するコンベアベルト１３上に載置された電極シート１が矢印Ｂ方向に搬送される。

搬送路１０の上流側には電極シート１の製造装置２００が配置されている。電極シート製造装置２００は、一定時間毎に１枚の電極シート１をコンベアベルト１３上に排出する。搬送用モータ１４は制御部６０に接続されており、電極シート製造装置２００から電極シートが排出されるタイミングに合わせて制御部６０は搬送用モータ１４を所定時間回転させる。これにより、電極シート製造装置２００から排出された電極シート１が撮影領域に、撮影領域にある電極シート１は目視検査領域に移動される。そのため、本実施形態では、電極シート製造装置２００から電極シートが排出される位置と撮影領域、撮影領域と目視検査領域の間は同じ長さに設定されている。

撮影部２０は、搬送路１０の撮影領域の上方に配置されたカメラ２１と、該カメラ２１の撮影領域を照射する照明装置２２と、カメラ２１及び照明装置２２をコンベアベルト１３の幅方向に移動させる移動機構２３と、から構成されている。カメラ２１は、コンベアベルト１３の移動方向に一列に並べられた複数の撮像素子（例えばＣＣＤイメージングセンサ素子やＣＭＯＳイメージング素子）を備えたラインセンサから成る。カメラ２１の撮影画像は制御部６０に入力され、移動機構２３は、コンベアベルト１３の幅方向に延設されたレール２３１と、該レール２３１に移動可能に取り付けられた、カメラ２１及び照明装置２２を保持する保持部２３２と、該保持部２３２をレール２３１に沿って移動させるモータ（カメラ用モータ２３３）からなる。

投影部３０は、目視検査領域全体を投影範囲とするプロジェクタ３１から構成されている。プロジェクタ３１は制御部６０に接続されており、制御部６０で作成された欠陥目印画像を目視検査領域に配置された電極シート１上に投影するようになっている。

欠陥候補検出部５０は、撮影部２０から制御部６０に送られてくる画像データを受け、該画像データに二値化、比較演算等の画像処理を適用することで電極シート１の欠陥候補（異物、塗工ムラ、気泡、汚れ、ピンホール等の欠陥の可能性があるもの）を検出する。

制御部６０は、カメラ２１及び照明装置２２を制御する撮影制御部６１と、プロジェクタ３１を制御する投影制御部６２と、カメラ用モータ２３３を制御する移動制御部６３と、搬送用モータ１４を制御する搬送制御部６４と、欠陥目印画像を作成する画像作成部６５と、欠陥候補検出部５０において欠陥候補と判定された箇所の座標位置を算出する位置算出部６６と、欠陥候補検出部５０で検出された欠陥候補の画像データや欠陥候補の座標位置データ、画像作成部６５で作成された欠陥目印画像のデータ等を記憶する記憶部６７を備えている。

欠陥候補の座標位置は、撮影領域に設定されたＸＹ座標系によって表される。例えばコンベアベルト１３の幅方向をＸ座標軸、搬送方向をＹ座標軸とするＸＹ座標系の場合、カメラ２１が備える複数の撮像素子のＹ座標値は固定値とされ、カメラ２１の移動距離によってＸ座標値が算出される。

欠陥候補検出部５０と制御部６０の実態は汎用コンピュータ（ＰＣ）１１０であり、中央演算装置（ＣＰＵ）、メモリ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等から構成される大容量記憶装置等を含む。この大容量記憶装置には撮影機の撮影範囲である撮影縦幅と撮影横幅が予め保存されている。ＰＣ１１０には、液晶ディスプレイ等から構成され、各種の情報を表示するモニタ４０と、マウスやキーボードから構成され、ユーザが各種の命令を入力する入力部４１とが接続されている。欠陥候補検出部５０と制御部６０は、ＰＣ１１０にインストールされたプログラムを実行することによりソフトウエア的に実現される機能手段である。

上記欠陥検査装置１００においては、電極シート製造装置２００から電極シート１が排出されると搬送用モータ１４が駆動し、電極シート製造装置２００から排出された電極シート１が撮影領域に、撮影領域にある電極シート１が目視検査領域に、それぞれ移動される。撮影領域に電極シート１が移動されると、撮影部２０（カメラ２１）によって該電極シート１の上面全体が撮影され、その画像が制御部６０に送られる。その画像は欠陥候補検出部５０によって処理され、欠陥候補が検出されると、その欠陥候補の位置が位置算出部６６によって算出されるとともに画像作成部６５によって欠陥目印画像が作成され、欠陥目印画像データ及び位置データが記憶部６７に記憶される。

一方、目視検査領域に電極シート１が移動されると、投影部３０は記憶部６７に記憶された欠陥目印画像データ及び位置データに基づき、電極シート１上の欠陥候補の位置に対応する位置に欠陥目印画像を投影する。
図３（ａ）は欠陥目印画像として、欠陥候補を取り囲む形状の図形画像Ｐ１を投影した例、（ｂ）は欠陥目印画像として欠陥候補の拡大画像Ｐ２を欠陥箇所の近傍に投影した例を示す。

このように、本実施形態では、電極シート１の上面に欠陥目印画像を投影したため、検査員は欠陥目印画像を手がかりに欠陥候補の位置を容易に且つ短時間で探し出すことができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限らず、適宜の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、撮影部２０をラインセンサと移動機構から構成し、電極シート１を停止させた状態で撮影したが、電極シート１を移動させながらラインセンサで撮影するようにしても良い。この構成では、ラインセンサの移動機構を省略することができる。

また、ラインセンサに代えてシート状部材の上面の全体を一度に撮影可能なエリアセンサから撮影部２０を構成しても良い。

さらに、欠陥目印画像を欠陥候補を取り囲む形状の図形画像とした場合、欠陥の種類毎に異なる色や異なる形状の図形画像としても良い。この構成によれば、検査員が欠陥の種類を認識した上で欠陥候補を探すことができるため、その欠陥候補が真の欠陥であるか否かを判断し易くなる。
また、欠陥目印画像は、欠陥候補の種類や形状に関係なく共通の印としても良い。この場合は、欠陥目印画像を欠陥候補の画像に応じてその都度作成する必要がないため、欠陥候補の画像データを欠陥データ記憶部に記憶しなくても良い。

１…電極シート
１０…搬送路
２０…撮影部
２１…カメラ
２２…照明装置
２３…移動機構
３０…投影部
３１…プロジェクタ
４０…モニタ
５０…欠陥候補検出部
６０…制御部
６１…撮影制御部
６２…投影制御部
６３…移動制御部
６４…搬送制御部
６５…画像作成部
６６…位置算出部
６７…記憶部
１００…欠陥検査装置
２００…電極シート製造装置
Ｐ１、Ｐ２…欠陥目印画像

Claims

枚葉のシート状部材の表面の欠陥を検査する欠陥検査装置において、
a) 撮影領域と目視検査領域を有し、前記シート状部材を該撮影領域から該目視検査領域に搬送する搬送路と、
b) 前記撮影領域の上方に配置された、該撮影領域に位置するシート状部材を撮影する撮影部と、
c) 前記撮影部によって撮影された画像を解析することにより前記シート状部材の欠陥候補を検出し、該欠陥候補の位置を特定する欠陥候補検出部と、
d) 前記欠陥候補検出部によって検出され、位置が特定された欠陥候補の位置データおよび該欠陥候補を含む画像データを記憶する欠陥データ記憶部と、
e) 前記目視検査領域に位置するシート状部材に対して、前記欠陥データ記憶部に記憶された欠陥候補の位置データに基づき、前記欠陥候補の位置に対応するシート状部材の箇所に欠陥候補の存在を示す欠陥目印画像である前記欠陥候補の拡大画像を投影する投影部と
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
前記投影部が、前記欠陥候補の位置から所定の距離だけずれた前記シート状部材の箇所に、前記欠陥候補の拡大画像を投影することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
前記投影部が、前記欠陥候補の上に重なるような前記シート状部材の箇所に、前記欠陥候補の拡大画像を投影することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。