(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のシートの微細な欠陥を検査する欠陥検査装置ならびに欠陥検査方法では、欠陥の有無を一部検出できるものの、シートの後加工で影響を及ぼす欠陥の形状や欠陥の寸法を精度良く把握することができないといった課題を解決するため、搬送中のシートの表面の毛羽のような微細な欠陥に対して、欠陥の個数のみならず、欠陥の形状を精度良く把握し、検出できる欠陥検査装置を提供する。【解決手段】回転体２に接触して搬送されるシート１の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、シートと回転体とが接触して形成される面の中心点Ｐにおけるシートの搬送方向８に対向する位置に受光面１１を有する撮像手段４を備え、中心点Ｐと回転体の回転軸Ｏで形成される面と受光面とのなす角度が１０度以内であることを特徴とする。【選択図】図２
2017156343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に接触して搬送されるシートの欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
前記シートと前記回転体とが接触して形成される面の中心点Ｐにおける前記シートの搬送方向に対向する位置に受光面を有する撮像手段を備え、
前記中心点Ｐと前記回転体の回転軸とで形成される面と、前記受光面とのなす角度が１０度以内であることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記中心点Ｐにおける前記シートの搬送方向に対向する方向、または前記中心点Ｐにおける前記シートの搬送方向と同一方向のいずれかの方向から前記中心点Ｐを照射する光源を備える請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記中心点Ｐと前記回転体の回転軸で形成される面と前記光源が有する発光面とのなす角度が１０度以内である請求項２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記受光面は、前記回転軸の軸方向と同方向に２００画素以上、前記回転軸の軸方向と垂直な方向に１画素が配列された受光素子群で形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記受光面は、前記回転軸の軸方向と同方向に２００画素以上、前記回転軸の軸方向と垂直な方向に２画素以上が配列された受光素子群で形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記受光面の位置を前記回転軸の軸方向と垂直な方向に調節する撮像位置調節手段を備える請求項１〜５のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
前記受光素子群に対して任意の範囲を指定し、前記範囲内の受光信号を画像信号に変換する画像変換部を備える請求項４〜６のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【請求項８】
前記画像信号から前記シートの欠陥を抽出する画像演算部を備える請求項１〜７のいずれかに記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
前記画像演算部は、下記の手順１〜手順５を行う請求項８に記載の欠陥検査装置。
（手順１）  前記画像信号を２値化処理して基準画素群を抽出する。
（手順２）  前記基準画素群に対して膨張処理、または収縮処理、または膨張処理と収縮処理の組み合わせた処理を行って比較画素群を抽出する。
（手順３）  前記基準画素群と前記比較画素群の差分から欠陥候補画素群を抽出する。
（手順４）  前記欠陥候補画素群の形状の特徴を示す数値、あるいは前記欠陥候補画素群の明るさの特徴を示す数値、あるいは前記形状の特徴を示す数値と前記明るさの特徴を示す数値の組み合わせに基づいた判定条件を用いて、前記欠陥候補画素群から欠陥画素群を抽出し判定する。
（手順５）  前記欠陥画素群を前記シートの欠陥とする。
【請求項１０】
前記画像演算部は、さらに、下記の手順６を行う請求項９に記載の欠陥検査装置。
（手順６）  前記欠陥画素群を、あらかじめ決められた形状に弁別する弁別処理を行って弁別画素群を抽出する。  
【請求項１１】
前記画像演算部は、さらに、下記の手順７を行う請求項１０に記載の欠陥検査装置。
（手順７）前記欠陥画素群もしくは前記弁別画素群が含まれる画像信号を取得した時刻情報と前記シートに対して前記欠陥画素群もしくは前記弁別画素群が検出された位置情報を記録媒体に記録する。
【請求項１２】
前記画像演算部は、さらに、下記の手順８を行う請求項１１に記載の欠陥検査装置。
（手順８）前記記録媒体に記録された前記位置情報から、一定の範囲内に隣接する欠陥が同一の欠陥か否かを判断する同一化処理を実施する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送中のシート表面の毛羽のような微細な欠陥を検査する欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合成繊維の織布や不織布といったシートにおいては、布を構成する原糸が原糸製造工程の紡糸や撚糸時に生じて残留した毛羽や、織布製造工程もしくは不織布製造工程の中で布を搬送するロールやガイドなどの部品に接触したことで生じる毛羽が、製造された織布もしくは不織布の表面に欠陥となって顕在化する要因となっている。また、近年では、合成繊維やガラス繊維、炭素繊維といった繊維を樹脂やパルプなどと抄紙して製造される繊維紙でも、同様に繊維紙を構成する原糸が原糸製造工程の紡糸や撚糸時に生じた毛羽や、繊維紙製造工程の中で搬送用のロールやガイドなどの部品に接触したことで生じる毛羽が、繊維紙の表面に欠陥となって顕在化する要因となっている。
【０００３】
このようなシート表面の微細な欠陥は、製品としての外観不良や、製品に対する後加工、たとえば、シート表面への塗工などを行った場合に、欠陥部を起点に加工不良が生じることがあり、製品の品質として、問題となっている。また、この加工不良は、起因となる欠陥の形状、たとえば、シートの厚み方向における長さやシートの幅方向における長さなどが、加工不良の発生状況に影響を与えることがある。
【０００４】
すなわち、シート表面の毛羽のような微細な欠陥をその有無を判定して個数を計数することに加えて、欠陥の形状を計測する必要がある。そこで、シート表面の微細な欠陥を検出するために、外観検査が行われている。ただ、人の目視による検査では、表面上の微細な欠陥は、毛羽であれば欠陥を構成する繊維自体が非常に細く、たとえば、単糸径で５０μｍ未満となると、肉眼では見つけることが難しい場合が多く、また、サイズが大きいものでは、有無がわかるものの、検査自体に非常に時間がかるため、これらの作業を自動的に行う自動欠陥検査技術が提供されている。
【０００５】
たとえば、走行するシート表面の微細突起を確実に定量的に抽出し、かつ低コストで具現化できるシートの微小突起検査装置が提案されている（特許文献１）。この検査装置は、シートの表面上を照射する光源と、シートの表面と背景部とを合わせて撮像するために、エリア型のＣＣＤカメラが稜線と並行に複数台配置され、ＣＣＤカメラからり蓄積電荷を電圧値として出力するＣＣＤ撮像手段と、ＣＣＤ撮像手段から出力された電圧をデジタル信号に変換し、この画像データから微小突起部のデータのみを分別して抽出する画像処理手段を備えている（図１２参照）。
【０００６】
また、走行するシート、特に３０ｍ／ｍｉｎ以上のスピードで走行するシートの毛羽をシートの走行速度に拘らず、しかも異なる品種が連続的に流れる工程においても品種毎にオンラインで検査できる毛羽検査装置が提案されている（特許文献２）。この検査装置は、走行するシートの表面上をシートの幅方向とほぼ平行に光ビームを照射する投光器と、前記光ビームが前記シートの表面の毛羽によって散乱されて得られる散乱光を受光して電気信号に変換するＣＣＤカメラと、該ＣＣＤカメラからの電気信号を前記シートの走行速度に従って変化する利得で増幅する利得可変増幅器と、該利得可変増幅器により増幅された電気信号のうち所定レベル以上の信号を分別して毛羽検出出力を取り出す分別器を備えている（図１３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−０３３４４９号公報
【特許文献２】特開平５−０４００９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、表面に飛び出した物の有無は判別できるものの欠陥の形状が鮮明に捉えることは困難であり、製品の外観不良や後加工で加工不良となるような欠陥を特定して検査することができない。
【０００９】
また、特許文献２に記載の方法では、シートの幅方向に平行な光ビームを当てることで、飛び出した毛羽に光が当たったときに生じる散乱反射光を受光した信号データもしくは画像データから、毛羽が無い場合に比べて、毛羽は信号強度が高く、信号強度に対して閾値を設けて選別することで、毛羽の有無を把握できるが、この信号データもしくは画像データでは、散乱反射光であることから像に歪や膨張が生じるので毛羽の形状を詳細に把握することができない。
【００１０】
上記のごとく、従来のシートの微細な欠陥を検査する欠陥検査装置ならびに欠陥検査方法では、欠陥の有無が一部検出できるものの、シートの後加工で影響を及ぼす欠陥の形状や欠陥の寸法を精度良く把握することができないといった問題があった。そこで、本発明の目的は、搬送中のシートの表面の毛羽のような微細な欠陥に対して、欠陥の個数のみならず、欠陥の形状を精度良く把握し、検出できる欠陥検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の欠陥検査装置は、回転体に接触して搬送されるシートの欠陥を検査する欠陥検査装置であって、前記シートと前記回転体とが接触して形成される面の中心点Ｐにおける前記シートの搬送方向に対向する位置に受光面を有する撮像手段を備え、前記中心点Ｐと前記回転体の回転軸とで形成される面と、前記受光面とのなす角度が１０度以内であることを特徴とする。
【００１２】
前記の欠陥検査装置は、前記中心点Ｐにおける前記シートの搬送方向に対向する方向、または前記中心点Ｐにおける前記シートの搬送方向と同一方向のいずれかの方向から前記中心点Ｐを照射する光源を備えることが好ましく、前記中心点Ｐと前記回転体の回転軸で形成される面と前記光源が有する発光面とのなす角度が１０度以内である。
【００１３】
また、前記の欠陥検査装置において、前記受光面は、前記回転軸の軸方向と同方向に２００画素以上、前記回転軸の軸方向と垂直な方向に１画素が配列された受光素子群で形成されている、あるいは、前記受光面は、前記回転軸の軸方向と同方向に２００画素以上、前記回転軸の軸方向と垂直な方向に２画素以上が配列された受光素子群で形成されていることが好ましい。
【００１４】
また、前記の欠陥検査装置は、前記受光面の位置を前記回転軸の軸方向と垂直な方向に調節する撮像位置調節手段を備えることも好ましい。
【００１５】
また、前記の欠陥検査装置は、前記受光素子群に対して任意の範囲を指定し、前記範囲内の受光信号を画像信号に変換する画像変換部を備えることが好ましい。
【００１６】
さらに、前記の欠陥検査装置は、前記画像信号から前記シートの欠陥を抽出する画像演算部を備えることが好ましい。
【００１７】
前記画像演算部は、下記の手順１〜手順８を行う。
【００１８】
（手順１）  前記画像信号を２値化処理して基準画素群を抽出する。
【００１９】
（手順２）  前記基準画素群に対して膨張処理、または収縮処理、または膨張処理と収縮処理の組み合わせた処理を行って比較画素群を抽出する。
【００２０】
（手順３）  前記基準画素群と前記比較画素群の差分から欠陥候補画素群を抽出する。
【００２１】
（手順４）  前記欠陥候補画素群の形状、あるいは前記欠陥候補画素群の明るさ、あるいは前記形状と前記明るさの組み合わせに基づいて、前記欠陥候補画素群を欠陥画素群と判定する。
【００２２】
（手順５）  前記欠陥画素群を前記シートの欠陥とする。
【００２３】
前記画像演算部は、さらに下記の手順６および手順７を行うとよい。
【００２４】
（手順６）  前記欠陥画素群を、あらかじめ決められた形状に弁別する弁別処理を行って弁別画素群を抽出する。
【００２５】
（手順７）前記欠陥画素群もしくは前記弁別画素群が含まれる画像信号を取得した時刻情報と前記シートに対して前記欠陥画素群もしくは前記弁別画素群が検出された位置情報を記録媒体に記録する。
【００２６】
（手順８）前記記録媒体に記録された前記位置情報から、一定の範囲内に隣接する欠陥が同一の欠陥か否かを判断する同一化処理を実施する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の欠陥検査装置によれば、シートの表面の毛羽のような微細な欠陥に対して、その有無と、欠陥の形状を鮮明に把握し、形状を分別可能な欠陥検査を実施することができる。したがって、シートの後加工で加工不良を生じるような欠陥形状を事前に把握し、欠陥部の流出防止または、シートの製造工程における工程条件を変更し対象の欠陥の発生を抑制し、その効果を本技術によって検証することで、シートの後加工での加工不良の発生頻度を低下させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態における欠陥検査装置の概略構成を示す鳥瞰図である。
【図２】図１に示す第１の実施形態における欠陥検査装置の概略構造を示す断面図である。
【図３】図１もしくは図２に示す第１の実施形態において、撮像部が備える受光面を含む直線と、回転体の回転軸と中心点Ｐによってなされる面を含む直線が、回転体の断面方向においてなす角度の概略を示した断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における欠陥検査装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態における欠陥検査装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】図４に示す本発明の第２の実施形態において、反射光源の照射面を含む直線と受光素子群が有する受光面を含む直線が、断面方向においてなす角度の概略を示した図である。
【図７】図５に示す本発明の第２の実施形態において、透過光源の照射面を含む直線と受光素子群が有する受光面を含む直線が、断面方向においてなす角度の概略を示した図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における欠陥検査装置の概略構成を示す鳥瞰図である。
【図９】本発明の第１〜第３の実施形態において、演算部の概略構成を示した図である。
【図１０】本発明の第１〜第３の実施形態のいずれかにおいて、撮像部で取得したシートならびに欠陥を含む撮像画像の概略図を示す。
【図１１】本発明の第１〜第３の実施形態のいずれかにおいて、演算部を経て取得した欠陥抽出後の画像の概略図を示す。
【図１２】本発明の第４の実施形態において、欠陥が搬送方向に移動する様子を表した図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態において、（ａ）は移動する欠陥の撮像画像が撮像タイミングによって変化する様子を表した図であり、（ｂ）は欠点マップにした図である。
【図１４】引用文献１の図１に記載の実施例を示す検査装置の概略図を示す。
【図１５】引用文献２の図１に記載の実施例を示す検査装置の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の望ましい実施の形態について、以下の通り図面を参照しながら説明する。
【００３０】
＜本発明の第１の実施形態＞
図１および図２は、本発明の第１の実施形態にかかる欠陥検査装置を示す。図１は、その概略構成を示す鳥瞰図である。欠陥検査装置は、シート１を搬送させる回転体２と、搬送されるシート１を撮像するための受光部３を含んだ撮像手段４を備えている。シート１には欠陥２００を含んでいる。図２は、図１に示す欠陥検査装置の概略構造を、右方向から見た場合における断面図である。また、図２において、回転体２は、回転軸５（紙面に垂直方向）を中心として回転方向９で示す方向に回転する。
【００３１】
また、シート１は、回転体２が回転することで、搬送方向８に示す方向に搬送され、シート１は矢印７で示す範囲で回転体２と面接触している。また、中心点Ｐは、シート１が回転体２と面接触している円弧（矢印７に相当する範囲）の中点である。また、回転体２が図２に示す円筒以外の形状の場合、接触する線分の長さの１／２の位置を点Ｐとする。ここで、図２に示す直線１０１は、回転軸５とシート搬送方向８における中心点Ｐとによって形成される面の断面を示したものである。一方、撮像手段４は、中心点Ｐにおけるシートの搬送方向８に対して対向して配置されている。撮像手段４は、開口部３とその内部に配置される受光素子群１０によって構成されており、中心点Ｐに位置する欠陥２００を含んだシート表面周辺の様態を撮像することが可能である。
【００３２】
また、直線１０２は、受光素子群１０が開口部３に最も近い位置に配置された受光面１１と平行な面の断面を示したものである。このとき、図３に示すように、直線１０１と直線１０２とがなす角度３００が１０度以内となるように、シート１、回転体２、撮像手段４を配置することが好ましい。
【００３３】
このように配置することによって、シート１の厚み方向４００ならびにシート１の幅方向４０１における欠陥２００の様態を、基準となるシート１の表面の位置とともに、撮像手段４が備える開口部３を介して受光面１１に投影することが可能となる。その結果、撮像手段４によって得られる受光信号から、シートに含まれる欠陥２００がシート１の表面を基準としてシートの厚み方向４００における寸法と、シートの幅方向４０１における寸法を計測することが可能となる。また、直線１０１と直線１０２がなす角度３００は、できるだけ０度に近づけることで、基準となるシート１の表面と欠陥２００の頂部が最大に近づき、取得した受光信号からより実際の高さ寸法に近い数値を計測することが可能となり、より好ましい。以上のような配置となる欠陥検査装置を用いることで、シートの外観異常やシートの後加工で加工不良となる欠陥の様態をシートの表面から高さ寸法を把握することができ、シートの品質管理に有用なデータを取得することが可能となる。なお、シート１の厚み方向４００とは、回転軸５から径方向に延在する方向であれば特に限定されるものではないが、特に断りのない限り、直線１０２（受光素子群１０が開口部３に最も近い位置に配置された受光面１１と平行な面の断面）と平行な方向を選択することが好ましい。
【００３４】
＜本発明の第２の実施形態＞
図４および図５は、本発明の第２の実施形態にかかる欠陥検査装置を示す。図１または図２に示した第１の実施態様に、さらに光源を備えた様態である。図４は、反射光源１２をシート１の搬送方向に対向する方向に光を照射するように配置した欠陥検査装置の概略構造を示す断面図であり、図５は透過光源１４をシート搬送方向８と同一の方向に光を照射するように配置した欠陥検査装置の概略構造を示す断面図である。第１の実施形態において、シート１を構成する材質や欠陥の材質、撮像手段に備わる受光素子群１０の受光感度などの条件から、中心点Ｐを含んだシート１の表面の様態を受光部１１で撮像した受光信号では、全体の信号強度が低く、欠陥の様態を鮮明に把握することが難しい場合がある。
【００３５】
そこで、図４や図５に示すように、シートの搬送方向８と対向する方向、または、シート１の搬送方向８と同一の方向に光を照射するように光源１２、１４を配置することで、中心点Ｐを含むシート表面の様態を撮像して得られた受光信号に、欠陥とその背景の明暗差が大きくなり、欠陥のみを鮮明に把握することが可能となる。
【００３６】
この点、引用文献１では、点Ｐを含むシート１の表面に対する法線方向から、光源を用いて光を照射し、撮像手段４はシートの搬送方向に対向した位置で撮像しているが、この光学的な位置関係では、撮像した受光信号は、欠陥やシートの表面を明暗が混在した明るさが不均一な像となる場合が多く、欠陥のみを鮮明に把握することが困難なことが判っている。
【００３７】
図４に示す反射光源１２においては、蛍光灯やＬＥＤやハロゲンランプ、キセノン（Ｘｅ）ランプ等が使用でき、光源の照射形状としては、ライン状やバー状、もしくはリング状やスポット状などの照射形状を使うことが好ましい。受光素子群１０で撮像する視野を遮ることなく、シート１の表面の欠陥部を背景部よりも明るく撮影させた受光信号を撮像することが可能となる。
【００３８】
また、図５に示す透過光源１４においては、蛍光灯やＬＥＤやハロゲンランプ、キセノン（Ｘｅ）ランプ等が使用でき、光源の照射形状としては、ライン状やバー状、もしくはリング状やスポット状などの照射形状を使うことが好ましい。さらに、照射形状の構造において、光ファイバーを用いたライトガイドや、各種レンズやフィルターなどにより構成され照射部を用いて、照射される光束の進行方向を互いに平行に近づけることで、微細な欠陥に対しても、欠陥部の輪郭で生じる光の回折の影響を少なくし、欠陥の様態をより精度良く把握できることが可能となり、好ましい。
【００３９】
また、図６に示すように、反射光源１２が備える照射面１３と平行な面の断面を示す直線１０３と、直線１０１とがなす角度３０１が１０度以内となるような位置に、反射光源１２を配置することが好ましい。同様に、図７に示すように、透過光源１４が備える照射面１５と平行な面の断面を示す直線１０４と、直線１０１とがなす角度３０２が１０度以内となるような位置に、透過光源１４を配置することが好ましい。図６、図７に示す角度を満足するように光源１２、１４を配置することで、反射光源１２もしくは透過光源１４が中心点Ｐを含むシート１の表面に照射した際に、シート１の表面を基準とした厚み方向４００に対して照射される光の明るさのムラを抑制することができ、撮像手段４で取得する画像信号において、シートの幅方向４０１における発生の位置に依存することなく、欠陥を検出することが可能となる。
【００４０】
また、撮像手段４に備える受光素子群１０については、受光素子群１０を構成する受光素子をシートの幅方向４０１に対して、平行な方向に２００画素以上、回転体の軸方向に対してシートの厚み方向４００に直交する方向に１画素で配置されたことと特徴とした受光素子群を用いることが好ましい。具体的には、ラインセンサカメラなどの１次元に配列されたセンサである。また、撮像手段４に備える受光素子群１０は、受光素子群１０を構成する受光素子をシートの幅方向４０１に対して、平行な方向に２００画素以上、回転体の軸方向に対してシートの厚み方向４００に直交する方向に２画素以上が配置されたことと特徴とした受光素子群を用いても良い。具体的には、デュアルラインセンサカメラやＴＤＩラインセンサカメラ、エリアセンサカメラといった２次元に受光素子が配列されたセンサである。
【００４１】
＜本発明の第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態にかかる欠陥検査装置の概略構成を示す鳥瞰図を図８に示す。図１〜図７に示す欠陥検査装置において、撮像手段４が備える受光面１１の位置を回転体２の回転軸の軸方向と垂直な方向に調節する撮像位置調整手段１６を備えた様態を示す。回転体２にて搬送されるシート１の表面の欠陥検査の実施において、実施場所となる回転体２の太さや回転中の軌道、また回転体１に接触して搬送されるシート１の厚みによって、回転体２の軸方向と垂直な方向において、撮像手段４により取得する画像信号に現れるシート１の表面の位置が変化する。撮像手段４が有する光学的な受光範囲によっては、これらの条件の変化により、検査対象であるシート１の表面の様態を撮像できない可能性がある。また、シート１の厚みについては、製造工程によっては、同じシートの搬送経路でも、日時によるシートの生産条件で厚みが異なるシートを生産することがある。そこで、撮像位置調整手段１６を用いることで、本発明の第１、第２の実施形態に示すシート１の表面と撮像手段４の位置関係を保持して、容易にシート１の表面の位置の変化に対応した欠陥検査を実施することが可能となり、好ましい。
【００４２】
＜本発明の第４の実施形態＞
図９は本発明の第４の実施形態にかかる欠陥検査装置であり、本発明の第１〜第３の実施形態のいずれかにおいて、画像変換部１７と演算部１８を備えた様態を示す。また、図１０には、本発明の第４の実施形態により取得したシート１の表面の欠陥を含んだ画像信号の概略図を、図１１には、取得した画像信号に対して演算部１８によって抽出された欠陥の画像信号の概略図をそれぞれ示す。
【００４３】
シート１の表面検査は、シート１の表面周辺の様態を画像信号として取得することで実現することができる。撮像手段４にて規定する光学的受光範囲に依存して、撮像された画像には、検査に必要なシート１の表面周辺部以外のシートが無い背景領域、シート１または回転体２が撮像されている領域が含まれる。これらの領域は、対象であるシート１の表面の欠陥検査においては不要な場合がある。加えて、１台の撮像手段３で広い範囲をかつ、１画素あたり視野寸法、すなわち画素分解能を小さくとって受光することで、より微細な欠陥を精度良く画像信号に収めようとすると、単位時間あたりに演算対象となる画素数、すわなち、画像信号のデータ容量が多くなり、演算処理の負荷が大きくなる。これにより、シート１の搬送速度に制約を受けることが考えられる。
【００４４】
これらの状況を踏まえて、あらかじめシート１の厚みの変化や回転体２の回転軌道などを考慮して、受光素子群１０に対して、任意の範囲、たとえば、検査に必要な範囲を指定して受光信号を画像信号に変換する画像変換部１７を備えることで、欠陥検査にかかる演算処理時間を必要最小限に抑えることが可能となり、シート１の搬送速度に対する制約を緩和することが可能となる。
【００４５】
図９に示す演算部１８は、受光素子群１０から取得した画像信号に基づいて、シート１の表面に捕捉された欠陥部分を抽出することを実行する。本発明の第１〜第３の実施形態によって、図１１に示す欠陥２０１〜２０４のような画像信号を取得することが可能となる。図１０、図１１で示すＸ座標はシート１を搬送するシート１の幅方向４０１を示し、Ｙ座標はシート１の厚み方向４００を示す。
【００４６】
これらの欠陥部分だけを抽出する手順としては、最初に、取得した画像信号に対して、画像信号が有する明るさを示す階調値に対して、任意の閾値以上もしくは、閾値以下の画像信号を２値化処理にて抽出する、基準画素群を抽出する処理ａ−１を行う。抽出した基準画素群から、欠陥ならびに欠陥が属するシート部分を抽出することが可能となる。ここで、処理ａ−１における閾値の設定方法は、任意の階調値以上もしくは階調値以下のほかに、任意の階調値の下限値から上限値の範囲に該当する画像信号を抽出する２値化処理としてもよい。
【００４７】
次に、取得した基準画素群に基づいて、画像信号の収縮処理、もしくは膨張処理、もしくは収縮処理と膨張処理を組み合わせて処理を行うことで、シート表面の欠陥部分を基準画素群から除去して、シート部分に該当する画素群、すなわち、比較画素群を抽出する処理ａ−２を行う。比較画素群は、画像信号を取得した時点で本来、欠陥が存在していなかった場合、すなわちシート表面が正常な場合の状態を模擬した画素群であり、後の処理手順で欠陥の有無を比較する基準となる画素群となる。ここで、膨張処理や収縮処理とは、基準画素群に対して、一定の形状を基準に、画素群の輪郭部分に隣接した画素に対して、一定の範囲を、膨張処理の場合は画素を増加させ、収縮処理の場合は画素を減少させる処理を行うものである。また、一定の形状とは、たとえば、処理対象となる比較画素群の形状や、矩形、円形など、取得する画像信号や基準画素群、欠陥の形状に合わせて、選択して実施することが好ましい。さらに、一定の範囲とは、設定する一定の形状とあわせて、取得する画像信号や基準画素群、欠陥の形状にあわせて、任意に設定することが好ましい。その際、膨張処理と収縮処理の組み合わせについては、取得する画像信号や基準画素群、欠陥の形状にあわせて、その順序や各処理の回数を任意に設定して、組み合わせることが好ましい。
【００４８】
次に、取得した基準画素群と比較画素群の各データ間で差分演算を行う、すなわち、欠陥候補画素群を抽出する処理ａ−３を行う。ここでいう差分演算とは、あらかじめ欠陥が無いシートの表面を模擬した比較画素群と、取得した基準画素群とで重複する画素を削除し、重複しない画素を残す処理である。たとえば、各データ間で、同じ画素番号同士で、階調値の引き算を行うことや、基準画素群と比較画素群に抽出された画素の階調値を正規化し、画素間の論理演算によって、基準画素群にのみ存在する画素番号を抽出することで行うことといった処理を行うことが好ましい。この処理を経て取得された欠陥候補画素群の画像信号の概略が、図１１に示した欠陥候補２１１〜２１４となる。なお、図１１は欠陥候補２１１〜２１４が黒色で図示されているが、実際の演算処理においては、黒色背景の中に欠陥２０１〜２０４を明部で表示される場合も含まれる。
【００４９】
次に、取得した欠陥候補画素群に対して、欠陥候補画素群の形状の特徴を示す数値や欠陥候補画素群が有する明るさの特徴を示す数値、または、その形状の特徴を示す数値と明るさの特徴を示す数値を組み合わせた判定条件を設けて、その判定条件と欠陥候補画素群を比較し、欠陥候補画素群のうち、判定条件に該当した画素群を抽出し、欠陥画素群と判定する処理ａ−４を行う。ここで、形状の特徴を示す数値とは、たとえば、欠陥画素群の面積、長さといった大きさを示す数値や、１つの画素群に外接する最小外接矩形の長辺と短辺の比、１つの画素群に外接する最小外接円の直径、１つの画素群の周囲長、１つの画素群の円形度といった数値を、検出する欠陥の形状に合わせて選択して判定条件を設定することが好ましい。
【００５０】
また、ここで、明るさの特徴を示す数値とは、１つの画素群が有する明るさの階調値の平均値や、中央値、最大値、最小値、標準偏差といった数値を検出する欠陥の形状に合わせて選択して、判定条件を設定することが好ましい。また、ここで述べた形状の特徴を示す数値と明るさの特徴を示す数値から組み合わせて複数の数値を組み合わせて判定条件を設定することも好ましい。
【００５１】
次に、取得した欠陥画素群のデータを持って、検査の対象としているシートの欠陥候補から、欠陥を決定する処理ａ−５を実施する。すなわち、図１１に示す欠陥候補２１１〜２１４が、図１０に示す欠陥２０１〜２０４として決定される。
【００５２】
次に、取得した欠陥画素群に対して、あらかじめ決められた欠陥の形状に弁別して弁別画素群を抽出する弁別処理ａ−６を実施する。欠陥検査としては、本来、欠陥を決定する処理ａ−５で結果が判明することになるが、シートの用途によっては、後加工で加工不良に繋がる欠陥は一定の形状の欠陥が寄与する場合がある。そこで、後工程で加工不良に寄与する形状ごとに、取得した欠陥画素群を弁別した弁別画素群を取得する。後工程で寄与する度合いをあらかじめ弁別画素群のデータから把握することが可能となり、好ましい。
【００５３】
弁別する形状として、たとえば、図１１において、欠陥候補２１１のようにシートの表面の繊維状の物体が円弧状のカーブ形状を示すものは「円弧状」、欠陥候補２１２と欠陥候補２１３は同じ繊維状の物体がその片端が立ち上がって飛び出したような形状を示すものは「飛び出し」、欠陥候補２１４のように異物や繊維が丸まったような形状を示すものは「ボール状」といったように形状の特徴に合わせて一定の規則で形状グループに分け、いずれの形状グループに近いかを判定する処理を組み込むことで弁別を行う。
【００５４】
ここで、図１１に示すように、取得された欠陥画素群は、シート１を搬送する回転体２の軸方向（図１１のＸ座標）と、シート１の厚み方向（図１１のＹ座標）で規定された２次元空間で示される。すなわち、欠陥がシート１の厚み方向にどの程度の高さで飛び出しているかを、シート１の表面を基準に計測し、検査を行うことが可能となる。この点、引用文献２に記載された検査方法や検査装置では、欠陥の有無の把握のために、はシート１の厚み方向に対してシート１の表面を基準に光学的手段を一定の高さ位置に設置して、一定の高さ以上の寸法を持つ欠陥の有無を特定し、シート１の厚み方向の寸法に対して検査の閾値を変更するには、光学的手段の設置位置から変更するといった光学調整を伴う煩雑な工程が必要であった。これに対して、本発明では、図１１に示すように、シート１の表面を基準にシート１の厚み方向において欠陥全体の様態を捉えているため、光学調整を要することなく、シート１の厚み方向の特徴を示す数値を演算部で任意に設定を変更するだけで、欠陥検査の感度を管理することが可能となる。
【００５５】
次に、取得した欠陥画素群もしくは弁別画素群のデータから、これらのデータが含まれる画像信号を取得した時刻情報と、シート１に対して欠陥画素群もしくは弁別画素群が検出された位置情報を記録媒体に記録する結果記録処理ａ−７を実施する。結果記録処理ａ−７では、シート１の材質や用途によって、たとえば、欠陥画素群のデータで発生した時刻やシートにおける位置情報を記録媒体に記録し、記録されたデータをシート１のロット単位でまとめることで、生産管理や工程管理において、欠陥の発生原因の解明や工程の改善に活用することができ、好ましい。また、後工程にて特定の欠陥が加工不良に寄与する可能性があるといった欠陥の弁別情報も必要な場合は、弁別画素群のデータも記録して、生産管理や工程管理に活用することができ、好ましい。また、さらに発生する欠陥の特徴の詳細を分析できるように、欠陥画素判定処理ａ−５の判定で用いた欠陥の形状の特徴を示す数値や欠陥の明るさの特徴を示す数値を、結果記録処理ａ−７で記録してもよい。
【００５６】
次に、結果記録処理ａ−７に記録された位置情報から、一定の範囲内に隣接する欠陥を同一の欠陥か否かを判断する同一化処理ａ−８を実施する。図１２は、回転体９の回転にともないシート１が搬送され、欠陥２００が撮像手段４の撮像タイミングとともに移動する様子を重ね合わせて示した図である。撮像のタイミングｔ１から順に、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５と時間の経過とともに、欠陥２００の位置はｓ１から順に、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５へと移動する。
【００５７】
欠陥２００の一例として、図１３（ａ）に示すように、シート１の幅方向に図面手前から、直立した毛羽、斜めの毛羽、アーチ状の毛羽が並ぶ形態を用いて説明する。このときの撮像手段４がそれぞれの位置で撮像して得られる画像は、図１３（ａ）に示すように順次変化する。このように、シート１上に発生した１つの欠陥を複数の画像に亘って撮像した場合、画像ごとに個別に検出処理を行うため、同じ１つの欠陥であるにもかかわらず複数の欠陥として誤検出するおそれがある。
【００５８】
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の画像を欠点マップとしてあらわした図で、各撮像タイミングごとに欠点の位置をマップ化したものである。同一化処理ａ−８では、検出処理後に一定の画像枚数分（ここでは３枚分）、具体的には、検出した欠陥から幅方向４０１へ一定の範囲において発生している欠陥を、同一の欠陥と判断して計数する。このため、正しい欠陥個数を出力することが可能となる。
【００５９】
図１３に示した例では３種の欠陥が画像３枚にわたって検出され、そのままでは欠陥個数９と誤って判断される可能性があるが、同一化処理ａ−８によって正しい欠陥個数３と判断することができる。同一の欠陥か否かの判断方法としては、例えば、画像の幅方向４０１に沿って発現した欠陥について、各画像における欠陥の厚み方向の高さを順に算出し、最大高さ（高さＭａｘ）となる欠陥の画像を経過して欠陥が見えなくなるまでの一連の欠陥をグループ化して、同一の欠陥として検出することができる。
【００６０】
第４の実施形態を実施する一例として、次のような装置を使用することができる。
＜撮像手段＞
エリアセンサカメラ：（Ｂａｓｌｅｒ：ａｃＡ２０００−３４０ｋｍ）
カメラレンズ：（オプトアート：ＳＥ−６５ＳＴ１０）
透過光源：（シーシーエス：ＭＦＵ−５４Ｘ４０−ＢＬ）
画像入力ボード：（Ｂａｓｌｅｒ：ｍＥ４−ＡＤ４−ＰｏＣＬ）
＜演算部＞
“Ｗｉｎｄｏｗｓ”（登録商標）７搭載のパーソナルコンピュータ：（Ｃｏｒｅｉ７）
画像処理ライブラリ：（ＭＶＴｅｃ：ＨＡＬＣＯＮ１２）
ソフト開発環境：（ＶｉｓｕａｌＳｔｄｉｏ２０１３）
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、表面に欠陥が生じ得るシートの表面の微細な欠陥の検査に有用であり、特に短繊維で構成された繊維状シートを搬送中にオンラインで連続的に検査することに適用することが有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１  シート
２  回転体
３  開口部
４  撮像手段
５  回転体の軸中心Ｏ
６  シートが回転体に接触する部分における搬送方向に対する中心点Ｐ
７  シートが回転体に接触する部分における搬送方向の範囲
８  シートの搬送方向
９  回転体の回転方向
１０  受光素子群
１１  受光面
１２  反射光源
１３  反射光源が備える照射面
１４  透過光源
１５  透過光源が備える照射面
１６  撮像位置調整手段
１７  画像変換部
１８  演算部
１９  画像信号におけるシート部分
１０１  点Ｐと回転軸で形成される面に平行で、かつその形成される面に接する直線
１０２  受光面に平行で、かつ受光面に接する直線
１０３  反射光源が備える照射面に平行で、かつその照射面に接する直線
１０４  透過光源が備える照射面に平行で、かつその照射面に接する直線
２００  欠陥
２０１  画像信号における欠陥
２０２  画像信号における欠陥
２０３  画像信号における欠陥
２０４  画像信号における欠陥
２１１  欠陥画素群における欠陥候補
２１２  欠陥画素群における欠陥候補
２１３  欠陥画素群における欠陥候補
２１４  欠陥画素群における欠陥候補
３００  直線１０１と直線１０２が、回転体２の断面方向においてなす角度
３０１  直線１０１と直線１０３が、回転体２の断面方向においてなす角度
３０２  直線１０１と直線１０４が、回転体２の断面方向においてなす角度
４００  シートの厚み方向
４０１  シートの幅方向
ａ−１  画像信号取得
ａ−２  基準画素群抽出
ａ−３  比較画素群抽出
ａ−４  欠陥画素群判定
ａ−５  欠陥確定
ａ−６  欠陥弁別
ａ−７  結果記録
ａ−８  同一化 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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