JP7148181B1

JP7148181B1 - 検査治具及び検査方法

Info

Publication number: JP7148181B1
Application number: JP2021115833A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎田代; 男于
Original assignee: 株式会社メック
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2022-10-05
Anticipated expiration: 2041-07-13
Also published as: JP2023012290A

Abstract

【課題】検査員の熟練度に依存せず、フィルム等の欠陥を容易に検出できる検査治具を提供する。【解決手段】照明光を出射する照明装置と、観察位置からみて、検査対象の幅方向とは直交する方向において凹形状であり、観察位置からの距離を半径とした曲面となるように検査対象を支持する支持部と、照明光を検査対象に対して反射させ、反射された光を観察位置に対して透過させる光学部材と、照明装置と光学部材との間に配置され、出射される照明光を、検査対象の幅方向に沿う方向において遮光する遮光部とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、検査治具及び検査方法に関する。

図９は、従来より行われているフィルムの目視検査方法を説明するための図である。図９に示すように、検査対象１１０の斜め上方に、照明装置１２０が配置される。照明装置１２０は、例えば蛍光灯である。検査対象１１０と照明装置１２０との間の距離Ｌｘは、２ｍ程度である。検査員は、観測部１３０において、照明装置１２０の明るさが変化している周辺部に合わせて、正反射で欠陥を確認する。検査対象１１０が平坦であれば、均一の明るさに見えるが、凹みがあると明るさが変化して見える。例えば、凹みの角度が、０．１５度の場合（半径０．１ｍｍの場合、深さ０．２６μｍに相当）、反射方向は２倍の０．３度となる。検査対象から照明まで２０００ｍｍの場合は、照明の位置で１０．５ｍｍ（２０００×ｔａｎ０．３度）ずれるため、明るさが変化して見える。

図１０は、従来より行われているフィルムの目視検査方法での欠陥の見え方を説明するための図である。図１０において、白色部分１４０は照明装置１２０の像である。欠陥部分１４１は、照明装置１２０の当たる位置の白色部分１４０から最も離れた位置付けたキズによる像である。欠陥部分１４２は、欠陥部分１４１より白色部分１４０に近い位置に付けたキズによる像である。欠陥部分１４３は、白色部分１４０から最も近い位置に付けたキズによる像である。キズによる欠陥は線状凹みで、キズによる欠陥が検出できれば、欠陥部分１４１、１４２、１４３では、白線が見える。

図１０の例では、照明装置１２０の当たる位置の白色部分１４０の近くにある欠陥部分１４３では僅かにキズによる白線が見えるが、白色部分１４０から離れた欠陥部分１４２及び欠陥部分１４１では、殆どキズによる白線は見えない。このように、欠陥の見え方は、照明装置１２０の当たる白色部分１４０の位置からの距離により変化する。また、目視検査の場合には、欠陥の検出は検査員の熟練度に依存する。

また、特許文献１には、遮光マスクで遮光された棒状光源からの光を透明板状体に向けて照射し、透明板状体を介された光を１次元撮像装置で受光して欠陥を検出するものが記載されている。また、特許文献２には、照明からの光をハーフミラーを介して被検査物に照射し、この反射光を撮像素子で撮像し、撮像素子の撮像画面を解析して欠陥の種類を識別するものが記載されている。

特開平０８－２０１３１３号公報特開２０１４－１８６０３０号公報

上述のように、従来の目視によるフィルムの検査方法では、欠陥の見え方は、照明装置の当たる位置からの距離により大きく変化する。このため、フィルムを手にもって見る場合は、検査員は、欠陥が見える位置に安定してフィルムを保持する必要がある。また、どのレベルの欠陥まで検出できるかは、検査員の熟練度に依存する。

上述の課題を鑑み、本発明は、検査員の熟練度に依存せず、フィルム等の欠陥を容易に検出できる検査治具及び検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る検査冶具は、照明光を出射する照明装置であり幅方向の長さがＷ２である照明装置と、観察位置からみて、検査対象の幅方向とは直交する方向において、前記観察位置を中心として凹形状とされた弧状であり、前記観察位置からの距離を半径Ｌとした曲面となるように前記検査対象を支持する支持部と、前記支持部の前記曲面の周方向における第１位置Pa及び第２位置Pcの範囲において、前記照明光を前記検査対象に対して、垂直に反射させ、前記反射された光を前記観察位置に対して透過させる光学部材と、前記照明装置と前記光学部材との間に、前記照明装置の長手方向の中心線に沿って帯状に配置され、前記出射される照明光を、検査対象の幅方向に沿う方向において遮光する遮光部であり幅方向の長さがＷ１である遮光部とを有し、前記観察位置から前記光学部材までの距離と、前記照明装置から前記光学部材までの距離が等しくなるように設置され、前記観察位置から前記検査対象を見たときに黒色部分に見える凹みの角度の範囲は、±ｔａｎ ^-1 （Ｗ１／２／Ｌ）、白色に見える凹みの角度範囲は、±ｔａｎ ^-1 （Ｗ２／２／Ｌ）である検査冶具である。

本発明の一態様に係る検査方法は、照明装置と光学部材との間に、前記照明装置の長手方向の中心線に沿って帯状に配置され、前記照明装置から出射される照明光を、検査対象の幅方向に沿う方向において遮光する遮光部を設け、前記検査対象を、観察位置からみて、前記検査対象の幅方向とは直交する方向において、前記観察位置を中心として凹形状とされた弧状であり、前記観察位置からの距離を半径Ｌとした曲面となるような支持部により支持しておき、前記照明装置から照明光を出射し、前記支持部の前記曲面の周方向における第１位置Pa及び第２位置Pcの範囲において、前記照明光を光学部材を介して前記検査対象に当てて垂直に反射させ、前記反射された光を前記光学部材を透過させて前記観察位置で観測して、前記検査対象の欠陥を検出する検査方法であり、前記遮光部の幅方向の長さがＷ１であり、前記照明装置の幅方向の長さがＷ２であり、前記観察位置から前記光学部材までの距離と、前記照明装置から前記光学部材までの距離が等しくなるように設置されており、前記観察位置から前記検査対象を見たときに黒色部分に見える凹みの角度の範囲は、±ｔａｎ^-1（Ｗ１／２／Ｌ）、白色に見える凹みの角度範囲は、±ｔａｎ^-1（Ｗ２／２／Ｌ）である検査方法である。

本発明によれば、落射反射光学系の構成で黒色部分を観察して欠陥を検出する場合に、黒色部分を広げて、欠陥の検出を容易としている。これにより、検査員の熟練度に依存せず、検査対象の欠陥を容易に検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る検査治具の説明図である。本発明の第１の実施形態に係る検査治具の具体構成を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る検査治具における照明装置及び遮光部の具体例の説明図である。本発明の第１の実施形態に係る検査治具における支持部の説明に用いる分解斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る検査治具における支持部の説明図である。本発明の第１の実施形態に係る検査治具における欠陥検査の説明図である。本発明の第１の実施形態に係る検査治具における欠陥検査の説明図である。検査対象が直線的に支持されているときの欠陥の見え方を説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係る検査治具における欠陥の見え方を説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係る検査治具の説明図である。従来より行われているフィルムの目視検査方法を説明するための図である。従来より行われているフィルムの目視検査方法での欠陥の見え方を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る検査治具１の説明図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る検査治具１は、照明装置１０と、遮光部２０と、ハーフミラー（光学部材）３０と、支持部４０とを含んで構成される。

照明装置１０は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる棒状照明である。照明装置１０は、LED等の光源となる発行素子が長手方向に並べられている。なお、照明装置１０は、ＬＥＤ照明に限定されず、蛍光灯等、他の照明を用いても良い。

遮光部２０は、照明装置１０の長手方向の中心線に沿って帯状に配置され、照明装置１０とハーフミラー３０との間において、照明装置１０から出射される照明光を遮光する黒ストライプの遮光板である。遮光部２０は、ストライプ状の形状であり、色は黒であるが、照明装置１０の光を遮光することができれば、黒以外の色であってもよい。

ハーフミラー３０は、その主面が照明装置１０に対して４５度の角度で配置され、照明装置１０からの照明光を検査対象５０に向けて反射するとともに、検査対象５０から反射された光を透過して、観測部６０への光路を生成する。

支持部４０は、欠陥検査の対象となる検査対象５０を支持する。支持部４０は、検査対象５０の幅方向とは直交する方向において凹形状となるように湾曲した形状となっている。また、この凹形状は、観察位置から検査対象５０までの距離Ｌを半径とし、当該観察位置を中心とした弧状となるように窪んでいる。
また、支持部４０は、周方向に沿って、移動可能（回転する方向）とされている。

検査対象５０は、欠陥の検査対象となる部材である。検査対象５０としては、例えばフィルム部材が用いられる。検査対象５０の欠陥は、例えば検査対象５０に付けられたキズ等である。なお、検査対象５０は、透明部材であっても良いし、不透明部材であっても良い。

観測部６０は、検査員が検査対象５０の状態を観察し、検査対象５０の欠陥を目視により検査する観察位置となる部分である。

このように、本発明の第１の実施形態に係る検査治具１は、照明装置１０からの照明光をハーフミラー３０で反射させて検査対象５０に照射するとともに、検査対象５０からの反射光をハーフミラー３０を透過させ、観測部６０で観測するような、落射反射光学系の構成となっている。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る検査治具１の具体構成を示す斜視図である。図２において、検査治具１の上方に、照明装置１０、遮光部２０、及びハーフミラー３０が配置される。また、検査治具１の上方に、観測部６０が設けられる。検査治具１の下方に、支持部４０が配置される。支持部４０に検査対象５０が固定される。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る検査治具１における照明装置１０及び遮光部２０の説明図である。図３に示すように、照明装置１０は棒状照明であり、その長手方向の長さがＬ１（例えばＬ１＝１２０ｍｍ）であり、幅方向の長さがＷ２（例えばＷ２＝４０ｍｍ）である。遮光部２０は、照明装置１０の中心線に沿って配置され、長手方向の長さがＬ１（例えばＬ１＝１２０ｍｍ）であり、幅方向の長さがＷ１（例えばＷ１＝３ｍｍ）である。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る検査治具における支持部４０の説明に用いる分解斜視図である。図４に示すように、支持部４０は例えば鉄製であり、検査対象５０の幅方向とは直交する方向において凹形状となる載置面４１ａ及び４１ｂを有している。また、支持部４０は、検査対象５０を支持する部位の一部に、検査対象５０を載置する載置面４１ａ及び４１ｂとは反対側の面４４とを貫通する貫通穴４３が形成されている。図４に示すように、検査対象５０は支持部４０の載置面４１ａ及び４１ｂに載置され、周縁が例えばマグネットテープ４２ａ及び４２ｂにより支持部４０に対して磁力によって吸着させることで、挟持されて固定される。なお、検査対象５０を支持部４０に固定する方法は、マグネットテープ４２ａ及び４２ｂに限定されない。

図５は、本発明の第１の実施形態に係る検査治具１における支持部４０の説明図である。図５に示すように、支持部４０の曲率の半径Ｒは、観測部６０から検査対象５０までの距離Ｌに対応する（例えばＬ＝Ｒ＝２８０ｍｍ）。

また、図５に示すように、本実施形態に係る検査治具１では、観測部６０から検査対象５０までの距離と、照明装置１０から検査対象５０までの距離とが等しくなるようにしている。すなわち、照明装置１０からハーフミラー３０までの距離Ｌａと、観測部６０からハーフミラー３０までの距離Ｌｂとが等しく（例えばＬａ＝Ｌｂ＝５０ｍｍ）となっている。したがって、観測部６０から検査対象５０までの距離と、照明装置１０から検査対象５０までの距離は、共に等しい距離Ｌ（例えばＬ＝２８０ｍｍ）となる。

また、図５において矢印Ａ１で示すように、支持部４０は、半径Ｒの円周に沿って、周方向に移動可能とされている。これにより、検査対象５０の取り付け位置を変更しなくても、支持部４０を周方向に少し移動させることで、検査対象５０の別の位置を観察することができる。ここでは、観察位置（観測部６０）を中心にして支持部４０を周方向に回転させるように移動させることができるため、支持部４０を移動したとしても、観測部６０から検査対象までの距離が変わらない。そのため、検査対象において異なる位置を観察する場合であっても、支持部４０を周方向に移動させることで距離Ｌを一定に保ったまま異なる位置を簡単に観察することができる。よって、異なる位置を観察するために、支持部４０に対する検査対象の載置位置を変更する手間を省くことができる。

また、支持部４０の位置を幅方向とは直交する方向において調整する調整部を有している。支持部４０を水平方向に移動させることで、観測部６０から見て曲面に対して真っ直ぐな方向、すなわち曲面に対して垂直な方向から観察することができる。

次に、本発明の第１の実施形態に係る検査治具１を使用したフィルムの欠陥検査について説明する。フィルムの欠陥検査を行う場合、検査員は、図４に示したように、検査対象５０を支持部４０に載置し、フィルムのシワがないように、検査対象５０の両縁をマグネットテープ４２ａ及び４２ｂで挟持して固定する。そして、検査員は、照明装置１０を点灯させ、観測部６０を目視位置として、検査対象５０の検査を行う。なお、支持部４０には、貫通穴４３が形成されている。このため、検査対象５０が光を透過する部材であるときに、検査対象の欠陥の有無等を観察しやすい。

図１に示したように、照明装置１０を点灯させると、照明装置１０からの照明光は、ハーフミラー３０を反射して、検査対象５０に到達する。そして、検査対象５０からの反射光は、ハーフミラー３０を透過して、観測部６０に到達する。

ここで、照明装置１０とハーフミラー３０との間には、遮光部２０が設けられている。このため、照明装置１０からの照明光のうち、遮光部２０の位置にある照明は、遮光部２０により遮光される。これにより、照明装置１０からの照明がハーフミラー３０を反射して検査対象５０に当たると、遮光部２０に対応する位置の部分は黒色となる。検査対象５０に欠陥がなければ、遮光部２０に対応する位置の部分は一様な黒色となる。これに対して、検査対象５０に欠陥が生じていると、この欠陥により周辺の斜めからの光が散乱し、黒色部分の中に白色の部分が生じてくる。このことから、検査員は、観測部６０から検査対象５０を目視し、黒色部分の中にある白色部分の状態を見ることで、検査対象５０の欠陥を検査することができる。

検出できる欠陥は、図３における遮光部２０の幅方向の長さＷ１、照明装置１０の幅方向の長さＷ２、図５における観測部６０から検査対象５０までの距離Ｌに依存して決まる。例えば、遮光部２０の幅方向の長さＷ１を３ｍｍとし、観測部６０から検査対象５０までの距離Ｌを２８０ｍｍとすると、黒色部分に見える角度の範囲は、（±０．３度（ｔａｎ^－１（Ｗ１／２／Ｌ））である。凹みの角度としては１／２となるため、黒色と見える凹みの角度は±０．１５度である。また、照明装置１０の幅方向の長さＷ２を４０ｍｍとすると、白色に見える範囲は、±４度（ｔａｎ^－１（Ｗ２／２／Ｌ））である。凹みの角度としては１／２となるため、白色と見える凹みの角度は±２度である。凹みの角度が±２度を超えた場合は、照明の幅以上となるため、黒く見える。

また、本実施形態に係る検査治具１では、支持部４０は、半径Ｒの円周に沿って湾曲している。これにより、広い範囲に渡って、検査対象５０の欠陥を検査することができる。

図６Ａ及び図６Ｂは、本実施形態に係る検査治具１における欠陥検査の説明図である。前述したように、本発明の第１の実施形態に係る検査治具１は、照明装置１０からの照明光をハーフミラー３０で反射させて検査対象５０に照射するとともに、検査対象５０からの反射光をハーフミラー３０を透過させ、観測部６０で観測するような、落射反射光学系の構成となっている。この場合、検査対象５０が水平に直線的に支持されていると、ハーフミラー３０の中心から垂線を下ろした位置に来る部分で、黒色部分が観測できる。すなわち、図６Ａにおいて、ハーフミラー３０の中心から垂線を下ろした位置に当たる位置Ｐｂで、黒色部分を観測することで、欠陥が検出できる。

図７Ａは、検査対象５０が直線的に支持されているときの欠陥の見え方を説明するための図である。図７Ａにおいて、画像部分７０は照明光により白色となる部分であり、黒色部分７１は遮光部２０により黒色となる部分である。キズによる欠陥があると、欠陥部分７２に示すように、黒色部分７１の幅の範囲に、白色の線として見える。黒色部分７１の範囲は、遮光部２０の幅（例えばＷ２＝３ｍｍ）と同程度であるので、目視ではキズが見づらい。さらに、検査対象５０となるフィルムに撓みがあると、黒色部分は歪んで見える。

そこで、本実施形態では、支持部４０を半径Ｒの円周に沿って湾曲させている。図６Ｂに示すように、支持部４０を半径Ｒの円周に沿って湾曲させることで、位置Ｐａ及び位置Ｐｃの範囲において、照明装置１０からハーフミラー３０で反射された照明は、検査対象５０に対して垂直に当たる。このことから、黒色に見える部分が位置Ｐａから位置Ｐｃの範囲に渡って広くなり、検査対象５０の欠陥の検査を容易とすることができる。例えば、図６Ｂにおいて、θ＝５度の場合、観測部６０から検査対象５０までの半径Ｒを２８０ｍｍとすると、位置Ａから位置Ｃの距離は、（２８０×２×ｔａｎ５度＝４９．０ｍｍ）となる。また、支持部４０を、矢印Ａ１で示すように、観測部６０を中心として移動させることで（例えば±１０度程度）、更に広い範囲に渡り、検査対象５０の欠陥を目視検査することができる。

図７Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る検査治具１における欠陥の見え方を説明するための図である。上述のように、本実施形態に係る検査治具１では、支持部４０を半径Ｒの円周に沿って湾曲させることで、黒色に見える部分の幅を広げることができる。黒色部分の幅は、検査対象５０の状態で異なる。図７Ｂでは、黒色に見える部分は５０ｍｍ程度である。

欠陥部分８１～８５は、キズを付けたものである。フィルムのキズは、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）規格の鉛筆硬度のように、異なる荷重で被検体に故意に付けたキズを対象とする。付いたキズは、表面が滑らかな線状凹みでも、表面が荒れたキズでも良い。キズによる欠陥が検出できれば、欠陥部分８１～８５では、黒色部分に白線が見える。周辺の白色部分８０は、キズではないが、検査対象５０となるフィルムの撓みより白く見えている。キズの強さは５ランクとし、欠陥部分８１が最も荷重が小さく、欠陥部分８２、欠陥部分８３、欠陥部分８４、欠陥部分８５の順に大きい荷重で付けたキズである。

図７Ｂに示すように、欠陥部分８１から欠陥部分８５まで、白線として欠陥が見える。欠陥部分８１の白線は目視で検出できる最低限である。キズの明るさは、最も荷重が小さい欠陥部分８１が最も暗く、以下、荷重が大きくなるに従って、欠陥部分８２、欠陥部分８３、欠陥部分８４、欠陥部分８５の順に、明るくなっていく。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る検査治具１では、照明装置１０からの照明光をハーフミラー３０で反射させて検査対象５０に照射するとともに、検査対象５０からの反射光をハーフミラー３０を透過させ、観測部６０で観測するような、落射反射光学系の構成で、照明装置１０とハーフミラー３０との間の遮光部２０による黒色部分を観察して欠陥を検出している。そして、支持部４０を半径Ｒの円周に沿って湾曲させることで、黒色に見える部分の幅を広げている。これにより、検査員の熟練度に依存せず、検査対象の欠陥を容易に検出することができる。

＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態に係る検査治具の説明図である。前述の第１の実施形態では、検査員が観測部６０から検査対象５０の状態を目視により観察し、検査対象５０の欠陥を検査している。これに対して、この実施形態では、観測部６０の位置に撮像装置９０を固定し、撮像装置９０の撮像画像から検査対象５０の状態を観察し、検査対象５０の欠陥を検出できるようにしている。なお、撮像装置９０としては、汎用のカメラやスマートフォンのような携帯端末を用いることができる。

目視検査の場合には、検査対象５０の欠陥の検出は検査員の熟練度に依存する。観測部６０の位置に撮像装置９０を設置することで、撮像装置９０によって検査内容を撮像することができ、この撮像画像から、肉眼ではなく、撮像画像から検査対象５０の欠陥を検出できるようになり、検査員の熟練度に依存せずに、欠陥の検出が行える。また、撮像画像を画像データとして保存することも可能となる。他の構成については、前述の第１の実施形態と同様である。

以上、この発明の実施形態について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形態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等も含まれる。

１０…照明装置、２０…遮光部、３０…ハーフミラー、４０…支持部、５０…検査対象

Claims

照明光を出射する照明装置であり幅方向の長さがＷ２である照明装置と、
観察位置からみて、検査対象の幅方向とは直交する方向において、前記観察位置を中心として凹形状とされた弧状であり、前記観察位置からの距離を半径Ｌとした曲面となるように前記検査対象を支持する支持部と、
前記支持部の前記曲面の周方向における第１位置Pa及び第２位置Pcの範囲において、前記照明光を前記検査対象に対して、垂直に反射させ、前記反射された光を前記観察位置に対して透過させる光学部材と、
前記照明装置と前記光学部材との間に、前記照明装置の長手方向の中心線に沿って帯状に配置され、前記出射される照明光を、検査対象の幅方向に沿う方向において遮光する遮光部であり幅方向の長さがＷ１である遮光部とを有し、
前記観察位置から前記光学部材までの距離と、前記照明装置から前記光学部材までの距離が等しくなるように設置され、
前記観察位置から前記検査対象を見たときに黒色部分に見える凹みの角度の範囲は、±ｔａｎ ^-1 （Ｗ１／２／Ｌ）、白色に見える凹みの角度範囲は、±ｔａｎ ^-1 （Ｗ２／２／Ｌ）である
検査治具。
前記支持部は、前記検査対象を前記曲面に沿って周方向に移動可能である請求項１に記載の検査治具。
前記支持部の位置を前記幅方向とは直交する方向において調整する調整部を有する請求項１又は２に記載の検査治具。
更に、前記観察位置に設けられる撮像装置を有する請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の検査治具。
照明装置と光学部材との間に、前記照明装置の長手方向の中心線に沿って帯状に配置され、前記照明装置から出射される照明光を、検査対象の幅方向に沿う方向において遮光する遮光部を設け、
前記検査対象を、観察位置からみて、前記検査対象の幅方向とは直交する方向において、前記観察位置を中心として凹形状とされた弧状であり、前記観察位置からの距離を半径Ｌとした曲面となるような支持部により支持しておき、
前記照明装置から照明光を出射し、前記支持部の前記曲面の周方向における第１位置Pa及び第２位置Pcの範囲において、前記照明光を光学部材を介して前記検査対象に当てて垂直に反射させ、前記反射された光を前記光学部材を透過させて前記観察位置で観測して、前記検査対象の欠陥を検出する検査方法であり、
前記遮光部の幅方向の長さがＷ１であり、
前記照明装置の幅方向の長さがＷ２であり、
前記観察位置から前記光学部材までの距離と、前記照明装置から前記光学部材までの距離が等しくなるように設置されており、
前記観察位置から前記検査対象を見たときに黒色部分に見える凹みの角度の範囲は、±ｔａｎ^-1（Ｗ１／２／Ｌ）、白色に見える凹みの角度範囲は、±ｔａｎ^-1（Ｗ２／２／Ｌ）である
検査方法。