JPH06100553B2 - 欠陥検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、走行している合成樹脂フィルム等の被検シ
ートの表面や内部に存在している欠陥を検出する装置に
関する。

＜従来の技術＞ 合成樹脂フィルム等の表面や内部に存在している欠陥を
検出する装置としては、従来、投光部を用いて被検シー
トの一面に光ビームを走査し、欠陥によって散乱、拡散
された光ビームを受光部で受光して欠陥の有無、大きさ
等を判別するようにした装置が数多く提案されている。
そうして、そのような装置のなかで、被検シートの走行
方向と一致して延びる細長い欠陥、たとえば、製造工程
で使用される各種のロールによるすり傷でも検出できる
ようにしたものとして、特開昭64−66548号公報や特開
昭64−84139号公報に記載された装置がある。

特開昭64−66548号公報に記載された装置は、１個の凹
面鏡と平面鏡との組み合せによって、また、特開昭64−
84139号公報に記載された装置は、２個の凹面鏡の組み
合せによって、それぞれ、被検シートの欠陥で散乱、拡
散されることなくその被検シートを透過した光ビームが
常にある一定を通るようにし、その一点の周りに分布す
る、被検シートの欠陥による散乱、拡散光を受光して解
析することによって、欠陥の有無や大きさ等を知ること
ができるようにしたものである。ところが、これら従来
の装置には、実用上、非常に困難な問題が存在する。

その一つは、これらの装置は、いずれも、凹面鏡や平面
鏡、すなわち反射鏡を用いるものであるため、検出中、
投光部から受光部に至る光学系の位置関係を極めて高精
度に保っておかなければならないということである。光
学系がわずかにずれても、光路のずれは大きくなり、場
合によっては、走査された光ビームそのものが受光部に
入射して、被検シートに欠陥があるものと誤判断してし
まうからである。したがって、使用時には外部からの振
動を遮断する必要があり、オン・ラインで使用する装置
としては実用的でない。また、歪が極めて少ない高精度
の光学部品を使用する必要があるが、そのような光学部
品は製作が困難であるか、製作できても極めて高価なも
のになる。たとえば、凹面鏡は、少なくとも検出幅より
も長いものを高精度で製作する必要があるが、被検シー
トの幅は数メートルにも及ぶものがあり、そのような被
検シート幅に対応し得る大型の凹面鏡を高精度で製作す
ることは、極めて難しい。

上述した従来の装置のもう一つの問題は、投光部から受
光部に至る光路上に反射鏡を設置しているため、検出精
度に関して信頼性が低いということである。すなわち、
反射鏡に微細な塵、ほこり等が付着し、それによって光
ビームが散乱、拡散されてしまうと、受光部に検出信号
が現われても、それが被検シートの欠陥によるものか、
塵やほこり等の影響によるものか、区別することができ
ない。

＜発明が解決しようとする課題＞ この発明の目的は、従来の装置の上述した問題点を解決
し、被検シートの走行方向と一致している細長い欠陥で
も検出することができるのはもちろんのこと、構成が簡
単で、しかも、検出精度が高い欠陥検出装置を提供する
にある。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために、この発明は、走行中の被検
シートの欠陥を検出する装置であって、走行している被
検シートの一面に、光ビームを、その被検シートの走行
方向と直交する方向に対して角度θ（０°＜θ＜90°）
で走査する投光部と、上記被検シートの一面または他面
に対向し、かつ、走査された上記光ビームの主ビームが
入射しない位置に設けた、上記光ビームの、上記被検シ
ートの欠陥による拡散光を受光する受光部と、上記受光
部に接続して設けた、上記受光部の出力から上記欠陥を
判別するデータ処理部と、を備えていることを特徴とす
る欠陥検出装置を提供する。上記の角度θ（θは正でも
負でもよい）は、好ましくは15°〜60°である。また、
光ビームの走査軌跡上で、かつ、検出幅の外に、光ビー
ムの走査基準位置を検出する手段を設けることもある。

上記において、投光部は、光源や光ビームの走査器、そ
れらと組み合わされる光学レンズ等で構成される。光源
としては、通常、レーザー光源を用いる。また、光ビー
ムの走査器としては、通常、ポリゴンミラーを用いる。

光ビームの主ビームとは、被検シートに指向された光ビ
ームのうち、被検シートによって散乱、拡散されること
なくその被検シートを透過し、または、被検シートによ
って反射された光ビームである。

投光部は、光ビームを、被検シートの走行方向と直交す
る方向に対して角度θほど傾いた方向に走査することが
できるものである。この傾きの角度θは、原理的には、
０°でなければよい。しかしながら、実用上は、あまり
０°に近くなると検出信号が小さくなり、かつ、欠陥の
方向の微妙なずれで検出信号が得られなくなることがあ
るので、５°以上とするのがよい。十分に大きな信号を
安定して得るためには、15°以上であるのがよい。一
方、90°に近くなると、被検シートを順次走査する操作
が難しくなるので、80°以下、好ましくは60°以下にす
るのが適当である。このような範囲において、検出した
い欠陥の性状、受光部の構成等に応じて選定する。

受光部としては、１個または複数個の、フォトダイオー
ド、CCD（Charge Coupled Device）、光電子増倍管等の
光電変換素子を使用することができる。また、光ファイ
バーや光ロッド等の導光物体の端面または側面に上記の
光電変換素子を配置した構成とすることができる。

受光部は、被検シートに対向して、投光部とは反対側
か、または、同じ側に設置される。被検シートを透過す
る光のほうが多いときには前者を、反射される光のほう
が多いときには後者を、それぞれ採用する。両側に設置
してもよい。

受光部は、また、被検シートを透過し、または、被検シ
ートによって反射された光ビームの主ビームが入射しな
い位置に設置される。

データ処理部は、受光部の出力に基いて、被検シートの
欠陥の有無や、必要に応じて欠陥の程度、大きさ、位置
等を判定するための、受光部の出力がある値よりも大き
いか否かを判定する比較回路や、クロックパルス発生
器、クロックカウンタ、信号増幅器等からなっている。
このデータ処理部は、マイクロコンピュータにその機能
をもたせることができる。

光ビームの走査基準位置を検出する手段は、光ビームの
走査軌跡上で、かつ、検出幅の外に設置される。この手
段は、通常、上述した光電変換素子で構成されるが、被
検シートの側縁（エッジ）を光ビームが通ったときに受
光部に現われる信号を利用するようにしてもよい。

さて、よく知られているように、光を透過または反射す
るシート上の細長い欠陥に光ビームを照射したとき、欠
陥の性状が屈折性であっても遮光性であっても拡散光を
生ずるが、その拡散光は、ほとんどが欠陥の長手方向に
対して直交する面内に広がり、その他の方向にはほとん
ど分布しない。したがって、欠陥の長手方向に対して直
交する面内において光量の変動を観測すれば、上記の欠
陥を容易に検出できる。

一方、走行している被検シートの欠陥を光ビームの走査
によって検出する装置においては、光ビームの走査方向
を被検シートの走行方向に対して直交する方向に設定す
るのが常識である。これは、光ビームの走査幅を最小に
することができるために光学系の設計が容易になること
と、比較的大きな欠陥のみを検出すればよい場合には、
拡散光の観測ではなく、透過または反射後の主ビームの
光量変化を観測することで十分であるという理由によ
る。しかしながら、拡散光の観測なしに検出できないよ
うな細長く微細な欠陥の場合、光ビームの走査方向と直
交する欠陥では、その欠陥による拡散光が広がる面と光
ビームとが一致することになる。すなわち、被検シート
の走行方向と直交する方向に光ビームを走査すると、走
行方向に細長い欠陥による拡散光は、主ビームに影響さ
れて非常に検出しにくくなる。しかるに、被検シート
に、その製造工程において各種のロール等でこすられて
できる傷等の欠陥は、微細な細長い欠陥の代表的なもの
であるが、それは、生成過程からして走査方向と一致し
て細長いものである。したがって、そのような欠陥を精
度よく検出するためには、光ビームの走査方向を、常識
的な、被検シートの走査方向に対して直交する方向から
傾けたほうがよい。この場合でも、光ビームの走査方向
と直交する方向の欠陥の検出は難しいが、あらゆる方向
の欠陥を検出したいときには、２台の装置を異なる２方
向において設置すればよい。

＜作用＞ 投光部によって被検シート上に指向、走査された光ビー
ムは、その被検シートに欠陥が存在しなければ、そのま
ま透過または反射し、受光部には入射しない。したがっ
て、受光部に出力は現れない。

これに対して、被検シートに欠陥が存在するときは、欠
陥に光ビームが照射されると、欠陥の長手方向と直交す
る面内に光が拡散し、その一部が受光部に入射し、受光
部に出力が現れるようになる。

そこで、受光部の出力をデータ処理部に入力し、欠陥の
有無や、その他、必要に応じて、欠陥の程度、大きさ、
位置等を判定する。すなわち、受光部の出力を、あらか
じめ定めるか、または、受光部の出力の移動平均等によ
って緩やかに変動するスレッショルドレベルと比較し、
それよりも大きい圧力が現われたときに欠陥が存在する
ものと判定する。また、出力のピーク値で欠陥の程度を
判定し、持続時間で欠陥の大きさを判定することができ
る。さらに、クロックカウンタの値と、クロックパルス
の周期および光ビームの走査速度とから光ビームの走査
方向における位置を求め、光ビームの走査回数と、光ビ
ームの走査周期および被検シートの走行速度とから、被
検シートの走行方向における位置を求めれば、欠陥の位
置を知ることができる。

＜実施態様＞ 第１図において、投光部14は、光ビーム源たるレーザー
光源２と、光ビーム８の光路上に設けた、集光レンズ
３、モータ５によって矢印方向に定速で駆動されるポリ
ゴンミラー４、および、集光レンズ６とを備えている。
そうして、この投光部14は、光ビーム８を、被検シート
１の走行方向（Ｌ方向）と直交する方向（Ｗ方向）に対
して角度θだけ傾いたＳ方向に走査することができるよ
うに設置されている。

一方、被検シート１に関して投光部14とは反対側には、
受光部15が設置されている。この受光部15は、被検シー
ト１の欠陥による拡散光９の一部を受光する光ロッド10
と、この光ロッド10内を導かれてきた拡散光を測光す
る、その光ロッド10の各端面に設けた光電子増倍管11、
11とを備えている。そうして、受光部15は、その光ロッ
ド10に光ビーム８の主ビーム13が入射しないよう、光ロ
ッド10が光ビーム８の走査軌跡からわずかに離れた位置
になるように設置されている。

また、受光部15の光電子増倍管11、11には、データ処理
部12が接続されている。

さらに、光ビーム８の走査軌跡上で、かつ、検出幅の
外、すなわち、被検シート１の外方で、その側縁近くに
は、データ処理部12に接続された、光ビームの走査基準
位置検出用受光器16が設置されている。

さて、レーザー光源２から出射した光ビーム８は、集光
レンズ３によってポリゴンミラー４上に集光され、その
ポリゴンミラー４によって走査され、集光レンズ６によ
って被検シート１上に焦点を結ぶ。光ビーム８の走査方
向は、Ｓ方向である。

被検シート１上に指向、走査された光ビーム８は、被検
シート１に欠陥が存在しなければそのまま被検シート１
を透過して直進し、光ロッド10には入射しない。したが
って、受光部15に出力が現われることはない。これに対
し、被検シート１にその走行方向と一致して延びる長い
線状の欠陥７が存在すると、光ビーム８がその欠陥７で
拡散され、欠陥７の長手方向に対して直交する面内に広
がる拡散光９が生ずる。したがって、その拡散光９の一
部が光ロッド10で捕捉され、受光部15に出力が現われる
ようになる。

データ処理部12は、受光部15の出力を、あらかじめ定め
るか、または、受光部15の出力の移動平均等によって緩
やかに変動するスレッショルドレベルと比較し、それよ
りも大きい出力が現われたときに欠陥７が存在するもの
と判定する。また、出力のピーク値で欠陥７の程度を判
定することができるし、持続時間で欠陥７の大きさを判
定することができる。さらに、欠陥７の位置を、走査さ
れる光ビーム８が走査基準位置検出用受光器16上を通る
時にリセットされるクロックカウンタの値と、クロック
パルスの周期および光ビーム８の走査速度とから光ビー
ム８の走査方向における位置を求め、光ビーム８の走査
回数と、光ビーム８の走査周期および被検シート１の走
行速度とから、被検シート１の走行方向における位置を
求めることによって知ることができる。さらにまた、光
ビーム８の連続的走査において欠陥７の位置がどのよう
に継がって現われるかを調べることで、欠陥７の形状を
判定することができる。

第２図は、上述した、ロールによるすり傷をもつポリエ
ステルフィルムを被検シートとしたときの検出結果を示
すグラフである。なお、横軸は時刻の関数であり、縦軸
は受光部の出力の関数である。このときの上記角度θ
は、30°である。

いうまでもないが、上述した装置を使用すれば、被検シ
ートの走行方向に長い欠陥以外の欠陥でも検出できる。
すなわち、走査方向に対して垂直な方向に長い欠陥を除
けば、光拡散性のあるものならば検出できる。また、点
状の欠陥でも検出できる。第３図は、クレータ状の欠陥
の検出結果を示すグラフである。この例では、欠陥が光
ビームのビーム径よりも大きいために、検出信号が２回
現われている。この場合、２つの信号間の間隔が欠陥の
大きさを表している。

＜発明の効果＞ この発明の装置は、光ビームを被検シートの走行方向と
直交する方向に対して角度θで走査する投光部と、上記
被検シートの一面または他面に対向し、かつ、走査され
た上記光ビームの主ビームが入射しない位置に設けた、
上記光ビームの、上記被検シートの欠陥による拡散光を
受光する受光部とを備えているので、被検シートの走行
方向と一致する細長い欠陥でも検出することができるの
はもちろんのこと、装置が振動しても主ビームが受光部
に入射する心配がほとんどなく、また、反射鏡を使用し
ないからそれに付着する塵、ほこり等の影響を受けるこ
とがなく、検出精度が極めて高い。また、格別の防振対
策が不要であり、しかも、光学的に高精度の反射鏡等を
用意する必要もないので、構成が簡単で装置コストも安
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施態様に係る装置の概略斜視
図、第２図および第３図は、それぞれ異なる被検シート
について欠陥を検出した結果を示すグラフである。 1:被検シート 2:レーザー光源 3:集光レンズ 4:ポリゴンミラー 5:モータ 6:集光レンズ 7:欠陥 8:光ビーム 9:拡散光 10:光ロッド 11:光電子増倍管 12:データ処理部 13:光ビームの主ビーム 14:投光部 15:受光部 16:走査基準位置検出用受光器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行中の被検シートの欠陥を検出する装置
   であって、走行している被検シートの一面に、光ビーム
   を、その被検シートの走行方向と直交する方向に対して
   角度θ（０°＜θ＜90°）で走査する投光部と、上記被
   検シートの一面または他面に対向し、かつ、走査された
   上記光ビームの主ビームが入射しない位置に設けた、上
   記光ビームの、上記被検シートの欠陥による拡散光を受
   光する受光部と、上記受光部に接続して設けた、上記受
   光部の出力から上記欠陥を判別するデータ処理部と、を
   備えていることを特徴とする欠陥検出装置。
2. 【請求項２】角度θが15°〜60°である請求項（１）記
   載の欠陥検出装置。
3. 【請求項３】光ビームの走査軌跡上で、かつ、検出幅の
   外に、光ビームの走査基準位置を検出する手段を設け
   た、請求項（１）または（２）記載の欠陥検出装置。