(57)【要約】      （修正有）【課題】固体電解質膜用セラミックシートの如き薄板を対象として、その表面に存在する凹凸や微細突起、ウネリ、バリなどの表面異常を、簡単な方法で効率よく且つ高精度に検知することのできる方法と装置を提供すること。【解決手段】上面が平坦な台座と、該台座を挟んで対向するレーザー光発信・受信装置を使用し、前記台座が前記レーザー光発信・受信装置の間を通り抜ける様にこれらを相対的に水平方向に移動させると共に、前記レーザー光発信装置からレーザー光を帯状にした平行光発信させて、前記台座上に載置された薄板の表面に沿って走査させ、該レーザー平行光が薄板上面の高さ変動によって遮断される状況を、前記レーザー光受信装置で検出することにより、薄板表面の形状異常検出する。【選択図】図１
2004198374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が平坦な台座と、該台座を挟んで対向するレーザー光発信・受信装置を使用し、前記台座を前記レーザー光発信・受信装置の間を通り抜ける様にこれらを相対的に水平方向に移動させると共に、前記レーザー光発信装置からレーザー光を帯状にした平行光を前記台座に対して垂直方向に発信させて、前記台座上に載置された薄板の表面に沿って走査させ、該レーザー平行光が薄板上面の高さ変動によって遮断される状況を、前記レーザー光受信装置で検出することを特徴とする薄板表面の形状異常検出法。
【請求項２】
前記レーザー光受信装置で検出された薄板表面の高さデータの経時変化を基に移動平均高さを求め、各検出時点で検出される高さと当該時点までのデータから得られた移動平均高さを対比し、両者の差を検出する請求項１に記載の形状異常検出法。
【請求項３】
薄板を、前記台座の上面に吸引・密着させた状態で検出操作を行う請求項１または２に記載の形状異常検出法。
【請求項４】
薄板状セラミックシート表面の形状異常の検知に使用されるものである請求項１〜３のいずれかに記載の形状異常検出法。
【請求項５】
被検体である薄板が載置される上面が平坦な台座と、
前記台座を挟んで対向配置され、レーザー光を帯状にした平行光を前記台座の上面と垂直方向に発信・受信するレーザー光発信・受信装置と、
前記台座を上記レーザー光発信・受信装置の間を通り抜ける様にそれらを相対的に水平方向に移動させる移動手段を備え、
前記レーザー受信装置は、レーザー発信装置から発信される前記レーザー平行光が前記薄板上面の高さ変動によって遮断される状況を検知する機能を有し、更に、
前記高さ変動を間欠的に検知し、該検知高さが予め設定された限界高さを超えた時は、該高さを異常高さとして検知する検知機構を備えていることを特徴とする薄板表面の形状異常検出装置。
【請求項６】
前記検知機構は、前記レーザー光受信装置で検出される薄板表面の高さの経時変化を基に移動平均高さを算出し、各検出時点で検出される高さと当該時点までのデータから得られた移動平均高さを対比して両者の差を算出する演算機構を備えている請求項５に記載の形状異常検出装置。
【請求項７】
前記台座は、その上面に前記薄板を密着させる吸引・密着機能を備えている請求項５または６に記載の形状異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板状の被検体を対象として、該薄板表面の形状異常を簡単な方法で確実に検知することのできる方法と装置に関するものである。なお本発明は、例えば燃料電池用の固体電解質膜や電極支持基板の如き薄板状セラミックシートに見られる表面の形状異常（異常な微小突起や異常凹凸、異常ウネリなど）の検知を始めとして、薄板状の製品で表面の形状異常が問題となるガラス、金属、プラスチック等のあらゆるシート状物の形状異常の検出に有効に活用できるが、以下の説明では、固体酸化物形燃料電池用の固体電解質膜として使用される薄板状セラミックシート表面の形状異常検知に適用する場合を主体にして説明を進める。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料電池はクリーンエネルギー源として注目されており、その用途は家庭用発電から業務用発電、更には自動車用発電などを主体にして急速に改良研究および実用化研究が進められている。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池の代表的な構造は、平板状固体電解質膜の片面側にアノード電極、他方面側にカソード電極を設けたセルを縦方向に多数積層したスタックが基本であり、燃料電池の発電性能を高めるには、固体電解質膜を緻密且つ薄肉化することが有効である。ちなみに固体電解質膜には、発電源となる燃料ガスと酸素ガスの通過・拡散を確実に阻止する緻密性と、導電ロスを極力抑えることのできる高レベルのイオン導電性が必要であり、そのためには極力薄肉で且つ緻密質であることが求められるからである。しかも燃料電池は、前述の如くアノード電極／固体電解質膜／カソード電極を有するセルと、燃料ガスと空気を分離・流通させるためのセパレータとを交互に多数積層して構成されるもので、固体電解質膜には大きな積層荷重がかかる他、作動温度は７００〜１０００℃程度で相当の熱ストレスを受けるので、高レベルの耐積層荷重強度と耐熱衝撃性、耐熱ストレス性が要求される。
【０００４】
この様な要求特性から、燃料電池用固体電解質膜の素材としては主としてジルコニア主体のセラミックシートが使用されており、該シートの両面にスクリーン印刷などによってアノード電極とカソード電極を形成したものが使用されている。
【０００５】
本発明者らは、こうした燃料電池用の固体電解質膜についてかねてより研究を進めており、積層荷重や熱ストレスに耐える物性と形状特性（バリや突起、ウネリなどの低減による局部応力による割れ防止）を確保しつつ、電極印刷の均一性と密着性を高めるため表面粗さを適正化する方向で研究を進め、先に特許文献１〜３などに開示の技術を提案した。
【０００６】
これらの技術で、固体電解質膜を大幅に薄肉且つ緻密化し得ると共に、表面形状の改善、即ちバリ、突起、ウネリなどの低減により、スタックとして積層したときの耐積層荷重強度や耐熱衝撃性、耐熱ストレス性、更には電極印刷の密着性や均質性も大幅に改善し得ることを確認している。
【０００７】
ところで、上記の様なセラミック薄板表面の形状特性（バリ、突起、ウネリなど）を評価する方法としては、平板上の挟持部材で該薄板を挟み、マイクロゲージなどでその厚みを計測する方法がある。しかしこの方法では、計測時の挟持力によってセラミック薄板に割れを生じることがあり、挟持力の調整が非常に難しい。
【０００８】
他方、被検体である薄板に対し非接触で表面形状を計測する方法として、セラミック薄板に斜め方向から光を照射して画像センサーにより影を計測する方法や、格子状の影を撮影してその状態を画像センサーで計測し、画像データを解析することにより当該薄板の表面形状を計測する方法がある。しかしこれらの方法では、薄板表面の微細な突起や凹凸、ウネリの検知が難しく、また仮に検知できたとしても、その状態を数値化して品質の良否を定量的に評価することは難しい。
【０００９】
また、セラミック薄板面に対し鉛直に近い方向からレーザー光を照射して表面凹凸を計測するレーザー光学式非接触三次元形状測定装置を使用する方法も有効と思われるが、この方法で薄板の全面を隈なく計測するには膨大な時間を要するため、大量の被検体を検査する方法としては実用性を欠く。
【００１０】
更に加えてこれらの計測法では、薄板全体に反り等が存在する場合に、当該反り等が計測データに影響を及ぼし、計測精度を低下させる原因となっていた。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２８１４３８号公報
【特許文献２】
特開２００１−８９２５２号公報
【特許文献３】
特開２００１−１０８６６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、固体電解質膜用セラミックシートの如き薄板を対象として、その表面に存在する凹凸や微細突起、ウネリ、バリなどの表面異常を、簡単な方法で効率よく且つ高精度に検知することのできる方法と装置を提供することにある
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決することのできた本発明に係る形状異常検出法とは、上面が平坦な台座と、該台座を挟んで対向するレーザー光発信・受信装置を使用し、前記台座が前記レーザー光発信・受信装置の間を通り抜ける様にこれらを相対的に水平方向に移動させると共に、前記レーザー光発信装置からレーザー光を帯状にした平行光を前記台座に対して垂直方向に発信させて、前記台座上に載置された薄板の表面に沿って走査させ、該平行光が薄板上面の高さ変動によって遮断される状況を、前記レーザー光受信装置で検出するところに要旨が存在する。
【００１４】
前記方法を実施するに当っては、前記レーザー光受信装置で検出された薄板表面の高さデータの経時変化を基に移動平均高さを求め、各検出時点で検出される高さと当該時点までのデータから得られた移動平均高さを対比して両者の差を検出する方法を採用すれば、薄板表面からの突起や凹凸の高さをより高精度に検知することができるので好ましい。また、前記薄板が載置される台座に、該薄板を吸引・密着させる吸引部を設けておき、該薄板を台座上面に吸引密着させた状態で表面高さを計測すれば、被検体である薄板の大きな反りやウネリを実質的にゼロとした状態での異常な微細突起や異常な凹凸、異常なバリ等を高精度に検知することができるので好ましい。
【００１５】
また本発明にかかる形状異常検出装置は、前記検出法に有効に活用される装置を提供するもので、その構成は、
被検体である薄板が載置される上面が平坦な台座と、
前記台座を挟んで対向配置され、レーザー光を帯状にした平行光を前記台座の上面と垂直方向に発信・受信するレーザー光発信・受信装置と、
前記台座を上記レーザー光発信・受信装置の間を通り抜ける様にそれらを相対的に水平方向に移動させる移動手段を備え、
前記レーザー光受信装置は、レーザー光発信装置から発信される前記レーザー平行光が前記薄板上面の高さ変動によって遮断される状況を検知する機能を有し、
前記高さ変動を間欠的に検知し、該検知高さが予め設定された限界高さを超えた時は、該高さを異常高さとして検知する検知機構
を備えているところに特徴を有している。
【００１６】
本発明の形状異常検出装置においては、前記検知機構として、前記レーザー光受信装置で検出される薄板表面の高さの経時変化を基に移動平均高さを算出し、各検出時点で検出される高さと当該時点までのデータから得られた移動平均高さを対比して両者の差を算出する演算機構を設けておけば、薄板表面からの突起や凹凸の高さをより高精度に検知することができ、また、前記台座の上面に前記薄板を密着させる吸引・密着機能を設けておき、検出時に薄板を台座上面に吸引密着させる構成とすれば、被検体である薄板の大きな反りやウネリを実質的にゼロとした状態で微細な異常突起や異常凹凸、異常バリ等を高精度に検知できるので好ましい。
【００１７】
本発明の形状異常検出法と装置は、前記特性を活かして各種薄板状物表面の形状異常の検知に利用することができ、例えば燃料電池用固体電解質膜などとして使用され、異常な微細突起や異常な凹凸、異常なバリなどが大きな品質欠陥となる薄板状セラミックシート表面の形状異常の検知にも有効に活用できる。
【００１８】
更には、薄板の断面形状（厚さ方向の形状）が波形、くし形、ディンプル形で、各谷部と山部の最高位置高さ等の異常や形状異常の検知にも有効に活用できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは前述した様な解決課題の下で、固体酸化物形燃料電池用固体電解質膜の如く薄肉で優れた表面形状（平坦で且つ微細な凹凸や突起、ウネリ、バリなどが極力少ない特性）が求められる薄板状物を対象として、その表面に存在し得る異常な微細突起や異常な凹凸、異常なウネリ、異常なバリなどを簡単な方法で効率よく検知することのできる技術の開発を期して鋭意研究を進めてきた。その結果、上記方法と装置を使用すればその目的が見事に達成されることを知り、本発明に想到したものである。
【００２０】
以下、代表的な方法と装置を、具体例を示す図面を参照しつつ詳細に説明していくが、本発明はもとより図示例に限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２１】
図１は本発明の実施例を示す形状異常検出装置を例示する概略見取り図であり、被検体である薄板Ｓが載置される上面が平坦な台座１と、該台座１を挟んで対向配置されるレーザー光発信・受信装置２ａ，２ｂと、該台座１を上記レーザー光発信・受信装置２ａ，２ｂの間で相対的に水平方向へ移動させる移動手段３を備えている。
【００２２】
そして上記レーザー光発信装置２ａは、例えば高濃度グリーンＬＥＤ（発光ダイオード）から照射されたレーザー光Ｌを前記台座１の上面と垂直方向に、特殊拡散ユニットを通して均一な帯状の平行光として発信し、対象物に照射される様に構成されている。レーザー光受信装置２ｂは、レーザー光発信装置２ａから発信される前記平行光Ｌが、前記薄板Ｓの上面の高さ変動によって遮断される状況をＣＣＤ（電荷結合素子）上に結び、明−暗のエッジ位置として、つまり影として検知する機能を備えると共に、該高さ変動を検知し、該検知高さが予め設定された許容高さを超えた時は、該高さを異常高さとして検知する異常検知機構を内蔵もしくは付帯している。
【００２３】
この装置を用いて薄板表面の形状異常を検知する際には、例えば図２（表面を検知している状況を示す概略見取り図）、図３（同じく表面を検知している状況を示す概念平面図）および図４（同じく表面を検知している状況を示す拡大正面説明図）に示す如く、台座１上に被検体である供試薄板Ｓを載置する。そして、台座１を挟んで両側にレーザー光発信・受信装置２ａ，２ｂを配置し、レーザー光発信装置２ａからは、該台座１の上面に沿って垂直方向に帯状にしたレーザー平行光Ｌを発信する一方、その対面側に配置されたレーザー光受信装置２ｂで、透過したレーザー平行光Ｌを受信する。
【００２４】
この時、レーザー平行光Ｌの発信方向は、図４に示す如く少なくとも台座１の上面から供試薄板Ｓの上面を発信方向に含むように帯状にした平行光として発信する。従って、該レーザー光発信・受信装置２ａ，２ｂの間に薄板Ｓが位置したとき、レーザー光発信装置２ａから台座１の上面と平行方向に発信されるレーザー平行光Ｌのうち、薄板Ｓの最上面よりも下方に発信されるレーザー平行光は、該薄板Ｓ（および台座１）に遮断されてレーザー光受信装置２ｂにまで到達することができず、従って該レーザー光受信装置２ｂでは、薄板Ｓの表面で最も突出した部分までが影となって検知されることになる。
【００２５】
よって、突起などが全く存在しない薄板Ｓの表面に沿って受信されるレーザー平行光の高さ位置（その時に形成される影の高さ：H0）を基準とし、突起などが存在する時の影の高さ（Hp）をレーザー光受信装置２ｂによって検知すれば、当該突起などの薄板Ｓ表面からの突出高さ（Hx）を「Hp−Ho」として求めることができる。
【００２６】
例えば図５，６および図７，８は、上記１〜４に例示した様な装置を用いて、供試薄板（円盤状薄肉の３モル％イットリア安定化ジルコニアシート：厚さ１５０μｍ、直径１２０ｍｍ）の表面状況を調べた結果を例示するもので、図５は、図６に示す如く外周縁から約１９ｍｍの位置に異常突起Ａが存在する供試薄板Ｓ、図７は、図８に示す如く片側の外周縁から内側方向に約１５ｍｍのウネリＢが複数条存在する供試薄板Ｓをそれぞれ使用し、各供試薄板Ｓを台座１上に載置し、レーザー平行光Ｌを夫々図６，８の矢印方向に走査させたときに観察される影の頂部の変化を示したものである。なお図５，７では、実測される影の高さ（頂部高さ：Hs）と移動平均高さ（Ha）、およびその差、即ち表面からの突出高さ（ΔH＝Hs−Ha）を示しているが、これらのうち特に移動平均高さ（Ha）については追って詳述する。
【００２７】
即ち本発明によれば、台座上に載置した供試薄板Ｓの側方からレーザー平行光を照射しつつ、該レーザー平行光を供試薄板Ｓの幅方向に沿って相対的に走査させ、レーザー平行光が遮断され影となって表われる供試薄板Ｓの頂部位置を観察し、当該影の高さを頂部高さ（Hs）として求めることにより、供試薄板Ｓ表面に存在する突起などの最大高さを検知することができる。尚この方法で影となって表われるのは、レーザー平行光Ｌの照射方向の中で最も突出した位置であるので、例えば「照射方向の何ｍｍの位置に最大高さの突起が存在するか」といったことまでは確認できない。しかし、少なくとも当該照射方向位置に存在する突起の最大高さは正確に検知できるので、該レーザー平行光Ｌを供試薄板Ｓの幅方向全域に走査させれば、当該供試薄板Ｓの全面に存在する凹凸の最大高さ（頂部高さ：Hs）を確実に検知することができる。
【００２８】
かくして求められる頂部高さ(Hs)は、前述の如く台座１の上面に載置された供試薄板Ｓによって遮られる影として検知されるので、実測される該頂部高さ(Hs)は、測定基準となる台座１の上面からの高さとして求められる。従って、供試薄板Ｓの厚さが一定であり、且つ該薄板Ｓが台座１の上面に傾斜することなく密着して載置されているならば、該頂部高さ(Hs)から供試薄板Ｓの厚さ(Ht)を差引くことによって、当該頂部高さ(Hs)の薄板表面からの突出高さを(Hs−Ht)として求めることができる。
【００２９】
この方法で、供試薄板表面からの異常突起部の突出高さを確認することができ、特に供試薄板が厚肉で且つ突起高さが大きい場合は、その異常高さをそれなりの精度で検知できる。しかし、供試板が薄肉で且つ表面の異常突起が小さい場合は、台座上面への供試薄板の載置状態によっては検知精度が低下してくる。例えば、供試薄板Ｓに反りやウネリが存在していたり、台座１上面にゴミなどの夾雑物が存在していると、供試薄板Ｓが台座１上面に密着せず隙間ができて傾いた状態となり、測定基準（即ち、台座上面）からの高さにズレが生じ、延いては供試薄板上面からの突起高さ等を正確に検知できなくなるからである。
【００３０】
そこで図５，７の例では、供試薄板Ｓの幅方向にレーザー平行光Ｌを走査させて頂部高さ（以下、最大高さということもある）(Hs)を測定する際に、各測定時点までの移動平均高さ(Ha)をその都度演算して算出し、それにより、台座１上面への供試薄板Ｓの載置状態異常に起因する基準線を矯正し、供試薄板Ｓ表面からの突出高さを(ΔH＝Hs−Ha)として検知し得る様にしている。
【００３１】
ここで移動平均高さ(Ha)とは、上記の様に薄板を台座上に載置し、台座を相対的に水平方向へ移動させながら薄板表面の高さを計測する際に、各計測点で高さデータを取込む毎に、薄板の端部で最初に取込んだ高さデータから当該計測点までの各高さデータを積算し、該積算値を計測点の数で割ることによって求められる高さの平均値をいう。
【００３２】
そして、図６，８に示す様な手法でレーザー平行光を被検体（供試薄板）の幅方向に走査させ、間欠的に各レーザー光照射方向における最大高さを検知する際に、該レーザー平行光の幅方向走査に伴う最大高さ(Hs)データの経時変化を基に移動平均高さ(Ha)を算出し、異常高さ検知時における最大高さ(Hs)を当該移動平均高さ(Ha)との差(ΔH＝Hs−Ha)として演算・算出するような自動演算機構を組み込んでおけば、前述した台座の傾きや台座上面への被検体の載置不良（異物の挟み込み等）などに由来するベースラインの変動を補正した状態で、被検体表面の高さ異常をより正確に検知することが可能となる。
【００３３】
この様に、台座１上面への供試薄板Ｓの載置状態に起因する基準線の変動を、移動平均高さ(Hs)でその都度修正して検知し得るような演算機構を設けておけば、供試薄板Ｓの反りやウネリ、更には該薄板Ｓの載置状態不良に起因する表面突起高さの測定誤差が最小限に抑えられ、供試薄板の表面突起高さを正確に検知することが可能となる。
【００３４】
尚ベースラインの変動には、台座１上面の加工精度や平行度不良、台座１全体の僅かな傾き、移動部材３による移動時の影響、台座１上面に付着することのある塵など、更にはレーザー光発信方向のズレ等が微妙に影響してくるので、検知用機器については、これらの変動要素を極力低減し得るようにすることが望ましい。これら変動要素の低減法としては、ラップ仕上げなどにより台座１上面の加工精度を高めると共に、その平行度や台座全体の水平度を水準器などによって高め、また台座１の上面を検知操作直前に清掃して異物の付着を無くすなどを励行すればよい。具体的には平面度を１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下とするのがよい。
【００３５】
また、台座１の上面に複数の吸引孔を穿設しておき、表面異常検知に先立って該吸引孔から吸引することにより供試薄板を台座上面に密着させることで、前記ベースラインの変動を可及的に小さく抑えることも有効である。
【００３６】
台座の上面に設ける上記吸引孔は、直径０．５〜３ｍｍ程度の孔を台座上面の１〜９ｃｍ2当たり１つ以上、より好ましくは、直径１〜２ｍｍ程度の孔を台座上面の２〜４ｃｍ2当たり１つ以上設けるのがよく、その開孔位置は、薄板全面を均等に吸引密着し得る様に配置することが望ましい。また、薄板が配置されない台座上面の箇所には吸引孔を設けない方がよい。吸引密着する際の減圧度は、計測の際に薄板が台座上面の載置位置から滑ったりずれ動いたりせず、且つ薄板全面を均等に吸引保持し得る程度に設定すればよく、具体的には−５０〜−８００ＨＰａ、より一般的には−１００〜−５００ＨＰａの範囲が好ましい。
【００３７】
従って、被検体である供試薄板製品に求められる品質規格として許容される表面の突起や凹凸、ウネリ、バリなどの最大高さを決め、その値を例えばレーザー光受信装置２ｂに附帯して設けた最大高さ検知演算装置に記憶しておき、当該値を超えた時は、その供試薄板が許容限界高さを超える不良品であることを表示するようにすれば、該異常高さの検知と品質不良品の検出を同時に行うことが可能となる。
【００３８】
なお実際の高さ異常検知に当っては、レーザー平行光の幅方向走査を行う際に、例えば図９（前記図３も参照）に示す如くレーザー平行光の影による最大高さの計測、および当該最大高さと移動平均高さの演算を適当な周期で間欠的に実施すれば、当該薄板Ｓの表面に存在することのある突起等を最大高さ部として確実に検知することができる。この際、レーザー平行光の影による最大高さの計測や、該影による最大高さと移動平均高さの演算を行う間欠周期は特に制限されないが、一般的なのは、レーザー平行光の影による最大高さの計測周期は１００〜３０００回／秒、より好ましくは１０００〜３０００回／秒、該影による最大高さと移動平均高さの間欠演算周期は１０〜８０回／秒、より好ましくは３０〜５０回／秒である。
【００３９】
また本発明によれば、前記図５〜８でも説明したように、供試薄板Ｓの全幅方向にレーザー平行光を走査させることで、該薄板の全面に存在する高さ異常部を検知することができる。しかし、燃料電池用固体電解質膜などを含めて、本発明が適用される殆どの供試薄板では、その表面のどこか１箇所にでも許容高さを超える突起等があれば、当該突起の存在によって品質規格を外れるものとなる。
【００４０】
従って、前記図６や図８に示した様に、供試薄板の幅方向にレーザー平行光を走査させて高さ異常を検知する際に、当該供試薄板が製品規格に合格するものであることを認知するには、当該薄板の全幅方向にレーザー平行光を走査させ、その全域で異常高さが検知されないことを確認しなければならない。反面、製品規格に応じて予め設定した許容高さを超える突起等が存在する供試薄板の場合は、当該異常突起等が最初に検知された時点で規格外品であることを確認できるので、それ以降のレーザー走査作業は全く無駄となる。
【００４１】
そこで、本発明を採用して多数の供試薄板の表面異常を効率よく検知するには、以下に示す如く、検知操作を間欠的に繰り返す自動検査システムを組むことが望ましい。
【００４２】
ちなみに図１０は、本発明法を実施する際に採用される好ましい表面異常検査システムを例示するフローチャートであり、レーザー光発信・受信装置２ａ，２ｂに附帯して設けた検知・演算・制御装置（例えば図３参照）には、移動平均高さ演算機構が内蔵されると共に、供試薄板の厚さや表面異常突起高さの許容限界値などを含めた（影の）頂部高さデータ、更には間欠計測周期や移動手段の移動速度などが予め入力されている。
【００４３】
そして表面異常検査に当っては、前記図１〜９で説明した如く検査装置の台座１上面に供試薄板Ｓを載置して準備し、自動検査システムの電源を「オン」にしてレーザー光発信・発信装置２ａ，２ｂを作動させると共に、移動手段３を作動させて台座の水平移動を開始する。
【００４４】
表面異常検査の第１段階では、まず台座１上に供試薄板Ｓが載置されているか否かの存在確認を行う。この確認は、レーザー光受信装置２ｂによって検知される影の高さ(Hs)が、制御装置に予め入力された台座１からの高さ「Ｄ1」を超えるか否かによって行う。即ち、例えば厚さ約２００μｍの供試薄板の表面異常検査を行う場合、台座１上に供試薄板Ｓが載置されている限り、当該供試薄板Ｓに異常薄肉部が存在したとしても、最大表面高さとして表われる影の高さ(Hs)が例えば１００μｍ以下になることは実質的にあり得ない。そこで本例では、こうした台座１上に供試薄板Ｓが載置されている限り起り得ない影の高さ「Ｄ1」（例えば１００μｍ、１５０μｍなど）を、台座１上に供試薄板Ｓが存在しているか否かの確認情報として入力しておく。
【００４５】
そして、供試薄板検出時における影の高さ(Hs)を検知し、その高さ(Hs)が「Hs＞Ｄ1」である時は、台座１上に供試薄板Ｓが存在していることを確認して「YES」の信号を発し、演算装置へのデータ取込みタイミング信号を「ON」する。演算装置では、該「ON」信号を得た後、移動平均演算を実行することにより(Ha)を算出すると共に、当該計測時の影の高さ(Hs)からその時点での表面突起高さ(ΔH＝Hs−Ha)を演算する。
【００４６】
次いで、上記で得た表面突起高さ(ΔH)を、前記演算装置に予め入力しておいた表面突起高さの許容限界値「Ｄ3」と比較し、「ΔH＜Ｄ3」である時は、当該計測時における表面突起高さΔHが許容範囲内であることを確認し、「YES」の信号を発して合格判定を出力し、当該計測時点（当該計測位置）での判定を終了する。
【００４７】
この操作を、予め設定した「ｎ回／ｓｅｃ」のペースで間欠的に繰り返す。そして該繰り返しにおける供試薄板の存在を検知し「Hs＞Ｄ1」が「NO」と判断されたときは、その信号はより薄肉の影高さ（例えば、１００μｍなど）「Ｄ2」が入力された再確認操作によって、台座１上の供試薄板不存在の再確認を行う。この際、「Hs＜Ｄ2」が「NO」と判断されたときは、台座１上に存在する薄肉の供試薄板が見過ごされたことを確認できるので、再び台座１上の供試薄板の存在確認操作に戻り、検知操作を行う。他方、「H＜Ｄ2」が確認され、台座１上に供試薄板Ｓが存在しなくなったことを再確認したときは、移動平均値演算をリセットすると共に、表面突出高さ(ΔH)の演算も停止し、次回供試薄板の表面高さ異常検知に備える。
【００４８】
他方、上記繰返し工程で、表面突起高さの許容値(Ｄ3)を超える突起高さ(ΔH)が検出され「ΔH＞Ｄ3」となった時は、合否判定「ΔH＜Ｄ3」に対して「NO」の信号が発せられ、当該供試薄板は許容限界を超える高さの表面突起が存在するものとして不合格の判定を出力し、スペックアウトの信号が出される。そして、表面異常検知のための間欠操作自体は、(ΔH)演算停止と移動平均演算のリセットにより、次回供試薄板の表面異常検知に備える。
【００４９】
かくしてこの操作を自動的に繰り返し、台座１上への供試薄板の連続供給と規格合格品の下流側への移送、並びにスペックアウト品の抜取りを自動的に実施することにより、供試薄板の品質検査と不良品の選別を短周期で効率よく連続実施することが可能となる。
【００５０】
上記本発明の方法および装置を用いて薄板表面の異常突起などを検知する場合、移動平均化演算を含めた前記間欠検知周期は短いほど好ましいと考えられる。しかし本発明者らが種々検討を重ねたところによると、必ずしも検知周期を短くするほど検知精度が高まるわけではなく、供試薄板の厚さも考慮して適切な検知周期を採用すべきであることが確認された。
【００５１】
ちなみに下記表１は、厚さ１３５μｍの円盤状４モル％スカンジア安定化ジルコニアシートを供試薄板Ｓとして使用し、移動平均高さとの差（ΔH）として求められる表面突起高さの絶対値｜ΔH｜（＝｜Hs−Ha｜）が５０μｍを超えたときに突起高さの異常信号が発せられる様に検知装置を設定し、高さ異常の検知周期（サンプリング周期）を３０〜８０回／sec、検査速度（供試薄板の移動速度）を５〜２０mm/secの範囲で変化させた時の、高さ異常の検知精度を調べた結果を示したものであり、検出結果が×で示されているのは、許容高さを超える表面突起などが存在しないにも拘らず高さ異常信号が発せられた場合、△で示されているのは、時々うまく検知されるが安定していない場合、○で示されているのは全てうまく検知され、正確に高さ異常信号が発せられた場合を夫々表わしている。
【００５２】
【表１】
2004198374.tif 000003
【００５３】
なお表１において検知精度×で示したものは、何れも検査開始直後に検知異常が報知されたことから、以下に説明するような原因によるものと考えている。即ち例えば図１１に示す如く、台座１上面への供試薄板Ｓの載置異常で該薄板Ｓの端面が傾斜している場合、検知周期が過度に短いと、スタート時（第１回目▲１▼）と第２回目（▲２▼）の検出位置が何れも供試薄板Ｓの先端面を検知することとなり、この間に検知される影の高さが急変するため、これが当該薄板の高さ異常として検知されるためと思われる。ちなみに、表１には、サンプリング周期と検査速度とから導き出されるサンプリング周期長さ（μｍ）も併記しており、該周期長さを短くし過ぎると検知不良を起こし易くなる傾向を確認できる。
【００５４】
よって検知周期は、供試薄板Ｓの肉厚も考慮して、当該薄板先端面を続けて２箇所以上検知することのない様、好ましくは、サンプリング周期長さが当該薄板の肉厚を下回ることのない様に、サンプリング周期と検査速度を調整することが望ましい。なお、検知周期を過度に長くすると、表面突起を跨いでその前後で高さ検知が行われ、検知漏れを生じる恐れがあるので、サンプリング周期長さを長くするにしても、検知すべき表面突起等の平面視のサイズを超えない程度に抑えるべきは当然である。
【００５５】
これらの点を考慮して、図示する如く供試薄板の厚さが１３５μｍ程度の場合は、サンプリング周期３０〜４０回／secで検査速度５〜２０ｍｍ／ｓｅｃ程度が最善であると思われるが、該好適サンプリング周期と検査速度は、供試薄板の厚さや検知すべき表面突起等のサイズに応じて適宜に設定し得ることは言うまでもない。検査速度は、許容される高さ異常値によるが１〜１００ｍｍ／ｓｅｃ、好ましくは２〜４０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００５６】
本発明は、例えば上記の様に構成され且つ上記の様に実施されるが、基本的には、上面が平坦な台座と、該台座を挟んで対向するレーザー光発信・受信装置を使用し、前記台座が上記レーザー光発信・受信装置の間を通り抜ける様にこれらを相対的に水平方向に移動させると共に、前記レーザー光発信装置から帯状にした平行光発信させて、前記台座上に載置された薄板の表面に沿って走査させ、該レーザー平行光が薄板上面の高さ変動によって遮断される状況を、前記レーザー光受信装置で検出し、好ましくは、検出される薄板表面の高さデータの経時変化を基に移動平均高さを求め、各検出時点で検出される高さと当該時点までのデータから得られた移動平均高さを対比することによって、薄板表面の高さ異常検出することにより、様々の薄板の表面に存在する突起等を簡単な方法で速やかに効率よく検知することができ、また図１０に示した様な自動制御機構を組めば、表面に許容値を超える高さの突起等が存在する規格外品の検知を短周期で自動的に実施することができる。
【００５７】
即ち、例えば図１〜４などとして示した装置に加えて、供試薄板Ｓを台座１上へ自動的に載置する自動載置手段、検知された規格合格品と規格外品を別ラインに移して移送する分別移送手段等をこれらの装置に組み込み、それらの作動を含めて異常検知から不良品抜取り、製品搬送、更には規格合格品の包装を含めた一連の作業を全て自動化することによって、自動化、省力化を図ることも勿論可能である。
【００５８】
また、本発明で用いる前記台座の寸法は特に制限されないが、ラップ加工処理等による面精度を得る上では、一辺もしくは直径が５〜５０ｃｍ、好ましくは１０〜３０ｃｍ、更に好ましくは１０〜２０ｃｍ程度のものが望ましい。該台座の材質にも格別の制限はないが、ラップ加工等の処理による面精度を高めることができ、熱膨張係数が小さくて、錆などが発生し難くかつ傷付き難いもので、更には被検体を傷付け難いものであれば、金属、セラミック、ガラス、プラスチックなど何れの材質でも構わないが、特に好ましいのはジルコニアやアルミナの如きセラミック製のものである。
【００５９】
被検体となる薄板の形状にも格別の制限はなく、平面形状は、円形、楕円形、正方形や長方形などの角形、アールを持った角形など何れでもよく、これらの薄板内に同様の円形、楕円形、角形、アールを持った角形などの穴を有するものであってもよい。また断面形状（厚さ方向の形状）も、長方形、櫛形、波形、ディンプル形、円弧形状、コの字形状など何れでも良い。
【００６０】
該被検体の寸法は、台座寸法よりも小さいものであること当然であるが、レーザー平行光の発信・受信部の位置ずれによる高さ異常検出誤差を極力小さく抑えるには、一辺もしくは直径が３〜３０ｃｍ、好ましくは５〜２０ｃｍのものとすることが望ましい。被検体の厚さは、台座の面精度や平坦性を考慮すると５０μｍから５ｍｍ、好ましくは８０〜５００μｍの範囲のものが好適であり、櫛形やディンプル形等の場合は、最下端と最上端の間隔が３００μｍ〜３０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍのものが好適である。
【００６１】
被検体となる薄板の材質にも一切制限がないが、セラミックスであればイットリアやスカンジア安定化ジルコニア、アルミナ、サマリアやイットリアドープセリア、ＬａＣｒＯ3・ＬａＭｎＯ3・ＬａＣｏＯ3・ＬａＭｎＯ3などの希土類元素と遷移金属元素とのペロブスカイト結晶系複合酸化物などが；また金属であればステンレス、クロム系合金、ニッケルなどが；更にプラスチックであればメチルメタクリレート系樹脂、テトラフルオロエチレン樹脂など、或いはこれらの混合物などが代表例として例示される。
【００６２】
特に薄板状の被検体としてセラミックシート等に適用する場合、理論密度が９５％以上、或いは９８％以上の緻密質体であっても、嵩密度が３０〜９５％の多孔質体であってもよい。特に多孔質体の場合は、上面および／または下面に平坦性が要求される製品の品質管理にも、本発明は有効に活用できる。
【００６３】
また本発明装置の設計に当っては、検知精度を一層高めるため、台座の傾き矯正機構、台座上面の自動清掃機構、台座の水平移動（スライド方向）制御機構、レーザー光の光軸調整機構、などを付設することも勿論有効であり、それらも本発明を実施する際の好ましい形態として推奨される。
【００６４】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、薄板状物の表面に存在する異常突起や異常ウネリ、異常凹凸、異常バリ等を簡単に検知できるので、前掲の固体酸化物形燃料電池用の固体電解質膜を始め、薄板状の電極支持基板、薄板状の金属製あるいはセラミック製インターコネクターやセパレータ、金属製のフェルトや発泡体等、さらには、様々な用途の使用される金属薄板、プラスチック薄板、ガラス薄板、セラミック薄板等のごとく、表面が製品の欠陥となる様々の薄板状製品の品質検査に幅広く有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の形状異常検出装置を例示する概略見取り図である。
【図２】供試薄板表面の形状異常を検知している状況を示す概略見取り図である。
【図３】同じく、供試薄板表面の形状異常を検知している状況を示す概略平面図である。
【図４】同じく、供試薄板表面の形状異常を検知している状況を示す拡大正面説明図である。
【図５】本発明の方法および装置を用いた供試薄板表面の形状異常検知例をグラフ化して示す図である。
【図６】上記図５の表面異常検知に用いた供試薄板の形状とレーザー光の照射方向および走査方向を示す説明図である。
【図７】本発明の方法および装置を用いた他の供試薄板表面の形状異常検知例をグラフ化して示す図である。
【図８】上記図７の表面異常検知に用いた供試薄板の形状とレーザー平行光の照射方向および走査方向を示す説明図である。
【図９】本発明を利用した表面異常検知の周期とタイミングを例示する説明図である。
【図１０】本発明を利用した薄板表面の形状異常自動検知機構を例示するフロー図である。
【図１１】表面異常検知を実施する際の検査開始初期に見られる検知以上と検知周期（サンプリング周期）の関係を説明するための概念図である。
【符号の説明】
１    台座
２ａ，２ｂ  レーザー光発信・受信装置
３  移動手段
Ｓ  供試薄板
Ｌ  レーザー平行光
【図１】
2004198374.tif 000004
【図２】
2004198374.tif 000005
【図３】
2004198374.tif 000006
【図４】
2004198374.tif 000007
【図５】
2004198374.tif 000008
【図６】
2004198374.tif 000009
【図７】
2004198374.tif 000010
【図８】
2004198374.tif 000011
【図９】
2004198374.tif 000012
【図１０】
2004198374.tif 000013
【図１１】
2004198374.tif 000014