JP2964800B2 - ウェット塗膜厚測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、塗料を塗装した直後の
未乾燥塗装表面の動的な粗さ情報から塗装膜厚を測定す
るウェット塗膜厚測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のウェット塗膜厚測定装置
としては、例えば針ゲージを利用した接触式のもの、電
磁式または渦電流式を利用した非接触式のもの等種々の
ものがある。図２０はこのような従来のウェット塗膜厚
測定装置のうち、塗料の非磁極性を利用した非接触式ウ
ェット塗膜厚測定装置を示す説明図である。この従来の
ウェット塗膜厚測定装置は、同図（ａ）に示すように鋼
板からなる被塗装体８１の塗装表面に対向して非接触膜
厚センサ８２を近接距離ｈ_o に予め位置決めしておいて
から、該非接触膜厚センサ８２内に設けられている受発
信コイルによって被塗装体８１と非接触膜厚センサ８２
との間に磁界を生成する。そして、同図（ｂ）に示すよ
うに、被塗装体８１の表面上にウェット塗料８３を塗装
すると、塗装後の被塗装体８１と非接触膜厚センサ８２
との間の磁界は塗装膜厚による電磁気抵抗により減衰し
て受信コイルに感知される。従って、膜厚に反比例した
磁束の変化を検出することにより、塗装膜厚を測定する
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したウェット塗膜
厚測定装置のうち、針ゲージ式のように接触式のものは
塗装面へのきずによって塗装品質に影響があるという問
題がある。

【０００４】また、非接触式のもののうち、図２０に示
したような非接触式ウェット塗膜厚測定装置は塗装前に
被塗装体と非接触膜厚センサとの間の距離を所定の近接
距離に設定しておく必要があるが、被塗装体へ塗装を行
った後においては塗装の膜厚を測定できないという問題
や、または測定自体が塗装の前後で２回必要であるとい
う問題、更に測定精度が悪いという問題がある。

【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、塗料を塗布した直後の塗装表
面の粗さの動的な平滑化特性から非接触で適確に塗装膜
厚を測定することができるウェット塗膜厚測定装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のウェット塗膜厚測定装置は、塗料を塗装し
た直後の未乾燥塗装表面の粗さを測定する粗さ測定手段
と、該粗さ測定手段で測定した前記表面粗さ情報の時間
変化量を算出する時間変化量算出手段と、前記塗料の成
分情報を入力する入力手段と、前記塗料の成分情報およ
び前記表面粗さ情報の時間変化量に基づいて塗装膜厚を
算出する塗装膜厚算出手段とを有することを要旨とす
る。

【０００７】また、本発明のウェット塗膜厚測定装置
は、塗料を塗装した直後の未乾燥塗装表面の粗さを測定
する粗さ測定手段と、該粗さ測定手段で測定した前記表
面粗さ情報から表面の凹凸のピークツゥピーク値および
波長を算出する演算手段と、前記表面の凹凸のピークツ
ゥピーク値の時間変化量を算出する時間変化量算出手段
と、前記塗料の成分情報を入力する入力手段と、前記塗
料の成分情報、前記表面凹凸のピークツゥピーク値の時
間変化量および前記表面凹凸の波長に基づいて塗装膜厚
を算出する塗装膜厚算出手段とを有することを要旨とす
る。

【０００８】更に、本発明のウェット塗膜厚測定装置
は、塗料を塗装した直後の未乾燥塗装表面の粗さを測定
する粗さ測定手段と、該粗さ測定手段で測定した前記表
面粗さ情報から表面の粗さ度および波長を算出する演算
手段と、前記表面の粗さ度の時間変化量を算出する時間
変化量算出手段と、前記塗料の成分情報を入力する入力
手段と、前記塗料の成分情報、前記表面粗さ度の時間変
化量および前記表面粗さの波長に基づいて塗装膜厚を算
出する塗装膜厚算出手段とを有することを要旨とする。

【０００９】また更に、本発明のウェット塗膜厚測定装
置は、塗料を塗装した直後の未乾燥塗装表面の粗さを測
定する粗さ測定手段と、該粗さ測定手段で測定した前記
表面粗さ情報から表面の粗さ度および波長または表面の
凹凸のピークツゥピーク値および波長を算出する演算手
段と、前記塗料の成分情報および塗装条件を入力する入
力手段と、前記塗料の成分情報および塗装条件、前記表
面粗さ度および波長または前記表面の凹凸のピークツゥ
ピーク値および波長に基づいて平滑化初期値を推定する
推定手段と、前記表面粗さ度および波長または前記表面
の凹凸のピークツゥピーク値および波長、および前記平
滑化初期値に基づいて塗装膜厚を算出する塗装膜厚算出
手段とを有することを要旨とする。

【００１０】本発明のウェット塗膜厚測定装置は、塗料
を塗装した直後の未乾燥塗装表面の粗さを撮像する撮像
手段と、該撮像手段で撮像した表面粗さ情報をパワース
ペクトル解析し、パワースペクトルデータとして出力す
るパワースペクトル解析手段と、該パワースペクトル解
析手段からのパワースペクトルデータから表面粗さ相当
のパワースペクトル積分値および波長を算出する演算手
段と、前記塗料の成分情報および塗装条件を入力する入
力手段と、パワースペクトル解析値を使用した平滑化理
論式を用いて、前記パワースペクトル積分値、波長、前
記塗料成分情報および塗装条件から塗装膜厚を算出する
塗装膜厚算出手段とを有することを要旨とする。

【００１１】

【作用】本発明のウェット塗膜厚測定装置では、塗装直
後の未乾燥塗装表面の粗さを測定し、この表面粗さ情報
の時間変化量を算出し、塗料の成分情報および表面粗さ
情報の時間変化量に基づいて塗装膜厚を算出する。

【００１２】また、本発明のウェット塗膜厚測定装置で
は、塗装直後の未乾燥塗装表面の粗さを測定し、この表
面粗さ情報から表面の凹凸のピークツゥピーク値および
波長を算出し、表面の凹凸のピークツゥピーク値の時間
変化量を算出し、塗料の成分情報、表面凹凸のピークツ
ゥピーク値の時間変化量および表面凹凸の波長に基づい
て塗装膜厚を算出する。

【００１３】更に、本発明のウェット塗膜厚測定装置で
は、塗装直後の未乾燥塗装表面の粗さを測定し、この表
面粗さ情報から表面の粗さ度および波長を算出し、表面
の粗さ度の時間変化量を算出し、塗料の成分情報、表面
粗さ度の時間変化量および表面粗さの波長に基づいて塗
装膜厚を算出する。

【００１４】また更に、本発明のウェット塗膜厚測定装
置では、塗装直後の未乾燥塗装表面の粗さを測定し、こ
の表面粗さ情報から表面の粗さ度および波長または表面
の凹凸のピークツゥピーク値および波長を算出し、塗料
の成分情報および塗装条件、表面粗さ度および波長また
は表面の凹凸のピークツゥピーク値および波長に基づい
て平滑化初期値を推定し、表面粗さ度および波長または
表面凹凸のピークツゥピーク値および波長、および平滑
化初期値に基づいて塗装膜厚を算出する。

【００１５】本発明のウェット塗膜厚測定装置では、塗
装直後の未乾燥塗装表面の粗さを撮像した表面粗さ情報
をパワースペクトル解析し、そのパワースペクトルデー
タから表面粗さ相当のパワースペクトル積分値および波
長を算出し、パワースペクトル解析値を使用した平滑化
理論式を用いて、パワースペクトル積分値、波長、塗料
成分情報および塗装条件から塗装膜厚を算出する。

【００１６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１７】図１は、本発明の第１の実施例に係わるウ
ェット塗膜厚測定装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すウェット塗膜厚測定装置は、塗料を塗装した
直後の未乾燥状態の、すなわちウェット状態の塗装表面
の平坦化現象に着目して塗装膜厚を測定するものであ
る。具体的には、図２（ａ）に示すように、塗装直後の
ウェット状態の塗装表面は凹凸状態になっており、初期
うず流動が存在している。そして、このような状態の凹
凸は同図（ｂ）に示すようにレベリング力により時間と
ともに平坦化され、最終的には同図（ｃ）に示すように
平坦化状態になるが、本発明のウェット塗膜厚測定装置
はこのような平坦化現象に着目し、塗装表面の凹凸状態
を測定することによりウェット状態の塗装表面が乾燥し
た後の塗装膜厚を非接触で適確に算出することができる
とともに、塗料塗布後のみの測定で算出することができ
るものである。

【００１８】図１に示すウェット塗膜厚測定装置の構成
を説明する。図１において、塗装を施される被塗装物１
には対向して粗さ測定手段を構成している非接触光干渉
式表面粗さ計４が設けられている。なお、本実施例で
は、被塗装物１には上塗り塗料を塗布している。

【００１９】表面粗さ計４は、図３に示すように、光源
１３から発生する光がピンホールおよび開口部を通り、
ハーフミラーに当たって下方に反射され、対物レンズ１
５、参照面１６、ビームスプリッタを通り、被塗装物１
の表面に当たって上方に反射され、ビームスプリッタ、
参照面１６、対物レンズ１５を通った後、ハーフミラー
を上方に通過し、フィルタを通ってＣＣＤセンサ１２で
受信され、これにより被塗装物１の表面の粗さ情報を得
るように構成されている。

【００２０】表面粗さ計４からの被塗装物１の表面粗さ
情報は、コントローラ９を構成する画像処理装置５に供
給され、ここで座標化、座標変換が行われた後、塗膜粗
さ平滑性演算処理装置６に供給される。

【００２１】塗膜粗さ平滑性演算処理装置６は、画像処
理装置５から供給される表面粗さ画像情報から表面粗さ
平滑性情報、すなわち凹凸のピークツゥピーク（ｐ−
ｐ）値ａおよび凹凸の波長λを演算し、膜厚演算処理装
置７に供給する。また、この膜厚演算処理装置７には入
力装置８から揮発成分等の含有量等を含む塗料の成分情
報が入力され、これにより膜厚演算処理装置７は後述す
るウェット塗装膜厚計測法に基づいて塗装膜厚を算出
し、この算出した塗装膜厚を表示器１０およびプロッタ
１１に出力する。なお、前記画像処理装置５、塗膜粗さ
平滑性演算処理装置６および膜厚演算処理装置７がコン
トローラ９を構成している。

【００２２】次に、図４に示すフローチャートを参照し
て、図１に示す実施例の作用を説明する。

【００２３】図４においては、まず表面粗さ計４によっ
て塗料を塗布された直後の時間ｔ₁において被塗装物１
の表面に光を照射し、その反射光を受光して、被塗装物
１の表面の粗さ情報を得るが、この処理は表面粗さ計４
において光源１３から光を発生し（ステップ１１０）、
分光部で分光し（ステップ１２０）、被塗装物１の塗装
表面を照射し（ステップ１３０）、該塗装表面からの反
射光を測光部で測光し（ステップ１４０）、これにより
時間ｔ₁ における画像情報、すなわち被塗装物１の表面
粗さ情報を入手し（ステップ１５０）、この画像情報を
メモリに記憶する（ステップ１６０）という手順にて行
われる。

【００２４】図５（ａ）は表面粗さ計４で測定された被
塗装物１の表面粗さを示す光干渉縞データの一例を示す
図である。また、図５（ｂ）は表面粗さ３次元の解析例
を示しているものである。

【００２５】この表面粗さ情報の入手は、時間ｔ₁ に続
いて、時間Δｔ後の時間ｔ₂ （＝ｔ₁ ＋Δｔ）において
も繰り返して行われ、これにより時間ｔ₁ ，ｔ₂ におけ
る被塗装物１の表面粗さ情報が測定され、画像情報とし
てメモリに記憶される。この画像情報は画像処理装置５
に供給され、該画像処理装置５において座標化および座
標変換が行われる（ステップ１７０）。

【００２６】次に、画像処理装置５において座標化およ
び座標変換された画像情報である被塗装物１の表面粗さ
情報は、塗膜粗さ平滑性演算処理装置６に供給され、こ
こで被塗装物１の表面粗さ情報から前記時間ｔ₁ ，ｔ₂
における表面の凹凸のピークツゥピーク値ａ、波長λが
算出される（ステップ１８０）。そして、この算出され
た時間ｔ₁ ，ｔ₂ における表面凹凸のピークツゥピーク
値ａおよび波長λは、前記入力装置８から入力される塗
料の成分等の塗装条件とともに（ステップ１９０）、膜
厚演算処理装置７に入力され、塗装膜厚ｈが算出され
（ステップ２００）、この算出された塗装膜厚ｈは前記
表示器１０に表示されるとともに、プロッタ１１で印刷
される（ステップ２１０）。

【００２７】次に、前記ステップ１８０における塗膜粗
さ平滑性演算処理装置６による被塗装物１の表面の凹凸
のピークツゥピーク値ａおよび波長λの算出処理および
ステップ２００における膜厚演算処理装置７による塗装
膜厚ｈの算出処理について図６以降を参照して説明す
る。

【００２８】図２で説明したように、被塗装物１の表面
に塗料を塗布した直後のウェット状態の塗装表面は粗さ
の大きい凹凸状であり、この表面状態は図６（ａ），
（ｂ）に示すように表面の凹凸ａおよび波長λで表すこ
とができる。

【００２９】図６（ａ）に示す塗布直後のウェット状態
の表面凹凸は、上述したように、時間とともに平滑化さ
れていくが、この表面平滑化の動特性は、図６（ａ）の
ようにこのウェット状態における塗装膜厚の平均値を
ｈ、塗料の粘度をη、塗膜の表面張力をγ、表面の凹凸
初期値をａ_o とすると、次式で一般に表される。

【００３０】

【数１】 ｄａ／ｄｔ＝（−ｈ³ γ）／（３η）×（２π／λ）⁴ ａ …（１） ａ＝ａ_o ・exp −ｔ／τ …（２） τ＝３ηλ⁴ ／（１６π⁴ ×γｈ³ ） …（３） 実際には塗料塗布後の塗膜粘度は霧化エア圧、溶剤、塗
布前粘度、温度等が一定の条件のもとに図７のように一
例として表される。なお、図７において、横軸は塗料塗
布後の経過時間であり、縦軸は塗膜粘度ηを示し、η₀
およびη₁ はそれぞれ塗布前の粘度値および塗料付着直
後の初期粘度値を示す。

【００３１】従って、図７に示すように、塗料塗布直後
の粘度は時間とともに変化するため上式（１）〜（３）
の粘度ηは次式のような補正値を使用する必要がある。

【００３２】 η＝η₁ ＋Ｋｔ …（４） なお、η₁ ＞η₀ であり、Ｋは１．０よりはるかに小さ
な係数である（Ｋ《１．０）。

【００３３】図８のウェット膜厚の平滑化動特性に示す
ように、塗料塗布直後の時間ｔ₁ ，ｔ₂ における塗装表
面の凹凸のピークツゥピーク値がそれぞれａ₁ ，ａ₂ で
あり、凹凸の波長がλ12である場合、次式のようにな
る。なお、時間ｔ ₁ ，ｔ ₂ での波長λ ₁ ，λ ₂ は、λ ₁ ＝λ ₂
＝λ ₁₂ となる関係を有することとする。

【００３４】

【数２】 ａ₁ ＝ａ₀ exp （−ｔ₁ ／τ₁ ） …（５） τ₁ ＝｛３×η（ｔ₁ ）×λ₁₂ ⁴ ｝／（１６π⁴ ×γ×ｈ³ ） …（６） ａ₂ ＝ａ₀ exp （−ｔ₂ ／τ₂ ） …（７） τ₂ ＝｛３×η（ｔ₂ ）×λ₁₂ ⁴ ｝／（１６π⁴ ×γ×ｈ³ ） …（８） 上式（５）〜（８）から塗装膜厚ｈを求めると、（５）
式を（７）式で割って、次のようになる。

【００３５】

【数３】 ａ₁ ／ａ₂ ＝exp （−ｔ₁ ／τ₁ ＋ｔ₂ ／τ₂ ） …（９） １ｎａ₁ ／ａ₂ ＝（−ｔ₁ ／τ₁ ＋ｔ₂ ／τ₂ ） …（１０） そして、（６），（８），（１０）式から塗装膜厚ｈが
次式のように求まる。

【００３６】

【数４】 ｈ＝｛（１ｎａ₁ ／ａ₂ ）／（−ｔ₁ ／τ₁ ’＋ｔ₂ ／τ₂ ’）｝^1/3 …（１１） τ₁ ’＝（３η₁ ×λ₁₂ ⁴ ）／（１６π⁴ γ） …（１２） τ₂ ’＝（３η₂ ×λ₁₂ ⁴ ）／（１６π⁴ γ） …（１３） これらの式（１１）〜（１３）から、塗料塗布直後の時
間ｔ₁ ，ｔ₂ における塗装表面の粗さａ₁ ，ａ₂ および
波長λ₀ を測定することにより、塗装膜厚ｈを算出する
ことができる。

【００３７】同様に、（１）式をｄａ／ｄｔ＝（ａ₂ −
ａ₁ ）／（ｔ₂ −ｔ₁ ）とし、（４）式を加えて、塗装
膜厚ｈを算出することも可能である。

【００３８】

【数５】 なお、測定系により（１１）式または（１４）式のいず
れを使用するかの選択が必要である。

【００３９】図９は上塗り塗料での測定値を理論値と比
較したグラフである。塗布後６０〜１００秒における平
滑化動特性は理論値と測定値がかなり近い値となってお
り、膜厚値も（１１）式から求めると、約３８〜４０μ
であり、実測値にほぼ近い値となっている。

【００４０】次に、図１０を参照して、本発明の第２の
実施例について説明する。

【００４１】図１０に示す第２の実施例に係わるウェッ
ト塗膜厚測定装置は、図１に示した第１の実施例におい
てコントローラ９を構成する塗膜粗さ平滑性演算処理装
置６の代わりに表面粗さ度演算処理装置１７を使用して
いる点が異なるのみで、その他の構成および作用は同じ
である。そして、この第２の実施例のウェット塗膜厚測
定装置は、表面粗さ度演算処理装置１７を使用して、第
１の実施例における表面凹凸のピークツゥピーク値ａお
よび波長λの代わりに表面粗さ度および表面粗さ波長を
算出し、これによりこの表面粗さ度およびその波長を使
用することにより、比較的短い測定時間で平均塗装膜厚
を算出できるとともに、特定の凹凸の選定処理を不要と
なるという利点を有するものである。なお、表面粗さ度
および波長としては、平均粗さ度Ｒ_a および平均波長λ
_a 、または２乗平均平方根Ｒ_q および２乗平均平方根波
長λ_q を使用している。

【００４２】また、図１１は本第２の実施例の作用を示
すフローチャートであるが、このフローチャートは図４
に示した第１の実施例のフローチャートにおいてステッ
プ１８０におけるピークツゥピーク値および波長の算出
の代わりにステップ１８２として表面粗さ度および表面
粗さ波長を算出するようになっている点が異なっている
のみである。

【００４３】図１０および１１に示す第２の実施例のウ
ェット塗膜厚測定装置において、表面粗さ度演算処理装
置１７は画像処理装置５から供給される表面粗さ画像情
報から時間ｔ₁ およびｔ₂ における表面の粗さ度および
波長、すなわち平均粗さ度Ｒ_a およびその平均波長λ_a
または２乗平均平方根Ｒ_q および２乗平均平方根λ_qを
算出し（図１１のステップ１８２）、膜厚演算処理装置
７に供給する。

【００４４】膜厚演算処理装置７は、表面の粗さ度およ
び波長、すなわち平均粗さ度Ｒ_a およびその平均波長λ
_a または２乗平均平方根Ｒ_q および２乗平均平方根λ_q
を供給されると、これらの情報と入力装置８から供給さ
れる塗料条件から上述した（１１）式に対応する次に示
す（１５）〜（２０）式に従って塗装膜厚ｈを算出する
（ステップ２００）。

【００４５】すなわち、上述した（１１）式は表面粗さ
度およびその波長、すなわち平均粗さ度Ｒ_a およびその
平均波長λ_a または２乗平均平方根Ｒ_q および２乗平均
平方根波長λ_q に対しても次に示すように成立する。

【００４６】

【数６】 ｈ＝｛（１ｎＲ_a1／Ｒ_a2）／（−ｔ₁ ／τ₁ ’＋ｔ₂ ／τ₂ ’）｝^1/3 …（１５） τ₁ ’＝（３η₁ ×λ_a ）／（１６π⁴ γ） …（１６） τ₂ ’＝（３η₂ ×λ_a ）／（１６π⁴ γ） …（１７） ｈ＝｛（１ｎＲ_q1／Ｒ_q2）／（−ｔ₁ ／τ₁ ’＋ｔ₂ ／τ₂ ’）｝^1/3 …（１８） τ₁ ’＝（３η₁ ×λ_q ）／（１６π⁴ γ） …（１９） τ₂ ’＝（３η₂ ×λ_q ）／（１６π⁴ γ） …（２０） 図１２は、表面粗さ度の平滑化動特性を示すグラフであ
り、横軸に示す塗料塗布後の経過時間に対して縦軸に表
面粗さ度Ｒ_a ，Ｒ_q を示している。同図から、塗布後６
０〜１００秒における平滑化動特性は図９に示した場合
と同様に粗さ度（Ｒ_a ，Ｒ_q ）に対しても理論値と測定
値はほぼ一致していることがわかる。また、塗装膜厚値
ｈもｈ_a ＝４０μｍ，ｈ_q ＝３９μｍとほぼ一致してい
る。

【００４７】なお、第２の実施例においても、前述した
図５（ａ）に示した被塗装物１の表面粗さを示す光干渉
縞データが表面粗さ計４で測定されるが、この場合の平
均粗さ度Ｒa および２乗平均平方根Ｒq は次式で示すも
のであり、平均粗さ度Ｒa ＝０．８６１μｍ、２乗平均
平方根Ｒq ＝０．９５９μｍ、波長λ＝４．６ｍｍであ
る。

【００４８】

【数７】 次に、図１３を参照して、本発明の第３の実施例につい
て説明する。

【００４９】図１３に示す第３の実施例に係わるウェッ
ト塗膜厚測定装置は、図２に示した第２の実施例におい
て表面粗さ度演算処理装置１７と膜厚演算処理装置７と
の間に平滑化初期値推定装置１８を設けるとともに、前
記入力装置８からの塗料条件情報をこの平滑化初期値推
定装置１８に入力するように構成した点が異なるのみ
で、その他の構成および作用は同じである。そして、こ
の第３の実施例のウェット塗膜厚測定装置は、平滑化初
期値推定装置１８によって平滑化初期値を推定算出する
ことにより、塗料の塗布後ｔ秒後の１回のみの短時間の
粗さ情報の測定のみで塗装膜厚ｈの算出を可能とし、こ
れにより本ウェット塗膜厚測定装置のラインへの適応性
を向上しているものである。

【００５０】また、図１１は本第３の実施例の作用を示
すフローチャートであるが、このフローチャートは図１
１に示した第２の実施例のフローチャートにおいてステ
ップ１８２における時間ｔ₁ ，ｔ₂ における２回の表面
粗さ度および波長の算出の代わりにステップ１８４とし
て時間ｔ₁ のみの１回の表面粗さ度および波長の算出を
行うとともに、引き続いてステップ１８６を追加し、こ
のステップで平滑化初期値を推定するようになっている
点が異なっているのみである。

【００５１】図１３および１４に示す第２の実施例のウ
ェット塗膜厚測定装置において、表面粗さ度演算処理装
置１７は時間ｔ₁ における表面粗さ度Ｒ_a および波長λ
_a を測定し（ステップ１８４）、この表面粗さ度Ｒ_a お
よび波長λ_a を平滑化初期値推定装置１８に供給する。
平滑化初期値推定装置１８は、この表面粗さ度Ｒ_a およ
び波長λ_a に加えて、入力装置８から入力される塗料成
分等を含む塗料条件から平滑化初期値ａ_o を推定する
（ステップ１８６）。

【００５２】この平滑化初期値ａ_o の推定について説明
する。

【００５３】前述した（５）式から塗布直後の凹凸ピー
クツゥピーク値ａ_o は、次式のようになる。

【００５４】 ａ_o ＝ａ₁ exp （ｔ₁ ／τ₁ ） …（２１） なお、この式におけるτ₁ およびη₁ （ｔ₁ ）はそれぞ
れ前述した（４），（６）式に示したものと同じであ
る。

【００５５】塗装面平滑化動特性の測定データから塗布
直後（ｔ＝０）の凹凸ピークツゥピーク値ａ_o は上式
（２１）から求まる（但し、ガン特性は一定として）。

【００５６】また、例えば塗装膜厚ｈ＝６０μｍ、波長
λ＝６ｍｍの場合、凹凸ピークツゥピーク値ａ_o ＝８．
５〜８．７μｍ（ｔ＝ｔ₁ 〜ｔ₃ ）となり、塗装膜厚ｈ
＝４０μｍ、波長λ＝４．３ｍｍの場合、凹凸ピークツ
ゥピーク値ａ_o ＝８．４〜８．６μｍ（ｔ＝ｔ₁ 〜
ｔ₃ ）となるというように初期値は塗装膜厚ｈおよび波
長λに対してほぼ一定であることがわかる。すなわち、
次式に示す関係があると言える。なお、この関係は図１
５に示す塗布直後の時間に対する塗膜表面凹凸ピークツ
ゥピーク（ｐ−ｐ）値のグラフで示す平滑化動特性理論
値と測定値との比較からも明らかである。

【００５７】 λ⁴ ／ｈ³ ＝Ｋ_o （一定） …（２２） 従って、塗料成分が予め既知であれば、一定時間ｔでの
凹凸ピークツゥピーク値ａと波長λを計測することによ
り、凹凸ピークツゥピーク値の初期値ａ_o は上述した
（２１），（６），（４），（２２）式を使用して前も
って求めることができる。また、初期値ａ_o を前もって
測定しておいてもよい。

【００５８】以上のようにして、平滑化初期値ａ_o を算
出すると、この平滑化初期値を膜厚演算処理装置７に供
給し、塗装膜厚ｈが算出される（ステップ２００）。

【００５９】この塗装膜厚ｈの算出について説明する。

【００６０】上述した平滑化初期値の算出において塗料
成分が既知であり、また塗装条件（ガン特性）が一定で
あれば、塗布直後の凹凸ピークツゥピーク値ａ_o は上述
したように推定可能であるので、塗装膜厚ｈは、前述し
た（１１）〜（１３）式においてｔ₁ ＝０，ｔ₂ ＝ｔ₁
とすることにより、次式のように求めることができる。

【００６１】

【数８】 ｈ＝｛（１ｎａ₀ ／ａ₁ ）／（−０／τ₀ ＋ｔ₁ ／τ₁ ’）｝^1/3 ＝｛（１ｎａ_o ／ａ₁ ）／（ｔ₁ ／τ₁ ’）｝^1/3 …（２３） τ₁ ’＝（３η₁ ×λ⁴ ）／（１６π⁴ γ） …（１２） η₁ ＝η₀ ＋Ｋｔ₁ …（４） 以上の（２３），（１２），（４）式から塗装膜厚ｈは
時間ｔ₁ ，波長λ、時間ｔ₁ における凹凸ピークツゥピ
ーク値ａ₁ を測定することにより算出することができ
る。

【００６２】なお、上述した第３の実施例では、表面ピ
ークツゥピーク値を使用した場合を説明したが、この代
わりに表面粗さ度およびその波長、すなわち平均粗さ度
Ｒ_aおよび平均波長λ_a 、または２乗平均平方根Ｒ_q お
よび２乗平均平方根波長λ_qを使用しても次式に示すよ
うに成立する。

【００６３】

【数９】 ｈ＝｛（１ｎＲ_a0／Ｒ_a1）／（ｔ₁ ／τ₁ ’）｝^1/3 …（２４） τ₁ ’＝（３η₁ ×λ_a ⁴ ）／（１６π⁴ γ） …（２５） ｈ＝｛（１ｎＲ_q0／Ｒ_q1）／（ｔ₁ ／τ₁ ’）｝^1/3 …（２６） τ₁ ’＝（３η₁ ×λ_q ⁴ ）／（１６π⁴ γ） …（２７）

【００６４】図１６に示す第４の実施例に係わるウェッ
ト塗膜厚測定装置は、塗装を施された被塗装物１に対向
して設けられ、被塗装物１の塗装表面を撮像して、表面
の粗さ情報を得る撮像部２を有する。なお、本実施例で
は、被塗装物１には上塗り塗料が塗布されている。

【００６５】前記撮像部２は、図１７に詳細に示すよう
に、光源３１、明暗パターン板３２、反射鏡３３、レン
ズ３４、ＣＣＤカメラ３５から構成され、該撮像部２で
撮像された被塗装物１の表面の粗さ情報は画像処理部３
に供給される。

【００６６】画像処理部３は、各種画像処理プログラ
ム、画像解析シーケンスプログラム、波形解析プログラ
ム、膜厚演算プログラム等から構成され、撮像部２から
供給された表面粗さ情報を画像処理し、パワースペクト
ルの周波数分析（ＦＦＴ）および長波の波形分離を行
い、表面粗さ情報をパワースペクトルデータＰとしてパ
ワースペクトル積分値演算部２１に供給する。

【００６７】パワースペクトル積分値演算部２１は、画
像処理部３からのパワースペクトルデータから粗さ相当
のパワースペクトル積分値Ｐ_i および長波長λを算出
し、膜厚演算部２２に供給する。膜厚演算部２２は、該
パワースペクトル積分値ｉおよび長波長λに加えて、入
力装置８から入力される塗装条件に基づき、後述するパ
ワースペクトルＰを使用した平滑化理論式を用いて塗装
膜厚ｈを算出する。そして、この算出された塗装膜厚ｈ
は表示器１０に表示されるとともに、プロッタ１１で印
刷される。

【００６８】次に、パワースペクトルＰを使用した平滑
化理論式の導出について説明する。

【００６９】まず、パワースペクトルＰによる平滑化特
性を説明すると、表面粗さＲ_a とパワースペクトル積分
値Ｐ_i とは、図１８に示すような関係にあり、次式の関
係を有する。

【００７０】 Ｐ_i ＝Ｐ_o ＋ｋ×Ｒ_a ^1/2 …（２８） Ｒ_a ＝｛（Ｐ_i −Ｐ_o ）／ｋ｝² …（２９） パワースペクトル解析値による平滑化理論式の導出で
は、まずウェット塗膜平滑化理論式（近似式）として、
表面粗さ度Ｒ_a は次式で表される。

【００７１】 Ｒ_a ＝Ｒ_ao・exp （−ｔ／τ） …（３０） （２９）式を（３０）式に代入すると、

【数１０】 ｛（Ｐ_i −Ｐ_o ）／ｋ｝² ＝｛（Ｐ_io−Ｐ_oo）／ｋ｝² exp （−ｔ／τ） …（３１） なお、ここで、Ｐ_ioはＰ_i の初期値であり、Ｐ_ooはＰ_o
の初期値である。

【００７２】従って、 Ｐ＝Ｐ_o ・exp （−ｔ／２τ） …（３２） 但し、Ｐ＝Ｐ_i −Ｐ_o ，τ＝３ηλ⁴ ／１６π⁴ γｈで
ある。

【００７３】以上から、パワースペクトル解析値による
塗装膜厚ｈは次式のようになる。

【００７４】

【数１１】 但し、τ’_i ＝３ηｉλ⁴ ／１６π⁴ γである。

【００７５】次に、図１６に示す第４の実施例の作用を
説明する。

【００７６】撮像部２によって被塗装物１の塗膜表面を
撮像して、塗料塗布後の時間ｔ₁ ，ｔ₂ における表面粗
さ情報を測定すると、この情報は画像処理部３に入力さ
れて画像処理され、周波数解析（ＦＦＴ）処理および空
間周波数毎のパワースペクトルデータとしてパワースペ
クトル積分値演算部２１に供給される。パワースペクト
ル積分値演算部２１では、画像処理部３からのパワース
ペクトルデータを使用し、パワースペクトルの波形分離
および長波パワースペクトル積分値Ｐ_i と長波長λの算
出が行われ、粗さ度相当の情報とされ、膜厚演算部２２
に供給される。膜厚演算部２２には、入力装置８から塗
装条件が入力され、この情報と前記パワースペクトル積
分値演算部２１からのパワースペクトル積分値Ｐ_i およ
び長波長λから上述したように塗装膜厚ｈが算出され、
表示器１０に表示されるとともに、プロッタ１１で印刷
される。

【００７７】図１９は、横軸に時間を取り、縦軸にパワ
ースペクトル積分値Ｐ_i を取って、（３２）式を用いた
平滑化理論値と測定値を比較したウェット平滑化動特性
（パワースペクトル値）を示すグラフである。測定は塗
布直後の画像を撮像部２で撮影し、パワースペクトル解
析を行った。図１９から、測定値は理論値とほぼ一致し
た平滑化特性となっていることがわかる。

【００７８】次に示す表１は、膜厚６０μｍ、５４μｍ
のサンプルに対して上述した（３３）式の推定式を用い
て膜厚ｈを計測した結果を示している。同表から数μｍ
の精度で計測可能であることがわかる。

【００７９】

【表１】

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
塗装直後の未乾燥塗装表面の粗さ情報から表面の凹凸の
ピークツゥピーク値および波長または表面の粗さ度およ
び波長を算出し、塗料の成分情報、表面凹凸のピークツ
ゥピーク値または粗さ度の時間変化量および表面凹凸ま
たは表面粗さの波長に基づいて塗装膜厚を算出したり、
または表面粗さ情報から表面の粗さ度および波長または
表面の凹凸のピークツゥピーク値および波長を算出し、
塗料の成分情報および塗装条件、表面粗さ度および波長
または表面の凹凸のピークツゥピーク値および波長に基
づいて平滑化初期値を推定し、表面粗さ度および波長ま
たは表面凹凸のピークツゥピーク値および波長および平
滑化初期値に基づいて塗装膜厚を算出しているので、塗
装直後の未乾燥塗装膜厚を非接触で適確に測定すること
ができる。

【００８１】また、本発明によれば、表面粗さ情報をパ
ワースペクトル解析し、そのパワースペクトルデータか
ら表面粗さ相当のパワースペクトル積分値および波長を
算出し、パワースペクトル解析値を使用した平滑化理論
式を用いて、パワースペクトル積分値、波長、塗料成分
情報および塗装条件から塗装膜厚を算出しているので、
塗装直後の未乾燥塗装膜厚を非接触で適確に測定するこ
とができるとともに、撮像手段を含めた装置価格の低減
化、塗装表面との離隔距離の増大化および接触危険性の
低減化、撮像手段の簡単化および軽量化、耐振動性の向
上等を図ることができ、例えば自動車の塗装ラインへの
適用に最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係わるウェット塗膜厚
測定装置の構成を示すブロック図である。

【図２】塗装直後のウェット状態の塗装表面の凹凸状態
の平坦化現象の説明図である。

【図３】図１のウェット塗膜厚測定装置に使用されてい
る表面粗さ計の構成を示す図である。

【図４】図１のウェット塗膜厚測定装置の作用を示すフ
ローチャートである。

【図５】図１のウェット塗膜厚測定装置において表面粗
さ計で測定された被塗装物の表面粗さを示す光干渉縞デ
ータの一例を示す図である。

【図６】塗装直後のウェット状態の塗装表面の凹凸状態
を示す図である。

【図７】塗膜粘度とセット時間との関係を示すグラフで
ある。

【図８】ウェット膜厚の平滑化動特性を示すグラフであ
る。

【図９】上塗り塗料での測定値を理論値と比較したグラ
フである。

【図１０】本発明の第２の実施例に係わるウェット塗膜
厚測定装置の構成を示すブロック図である。

【図１１】図１０のウェット塗膜厚測定装置の作用を示
すフローチャートである。

【図１２】表面粗さ度の平滑化動特性を示すグラフであ
る。

【図１３】本発明の第３の実施例に係わるウェット塗膜
厚測定装置の構成を示すブロック図である。

【図１４】図１３のウェット塗膜厚測定装置の作用を示
すフローチャートである。

【図１５】平滑化動特性理論値と測定値との比較を塗布
直後の時間に対する塗膜表面凹凸ピークツゥピーク（ｐ
−ｐ）値で示すグラフである。

【図１６】本発明の第４の実施例に係わるウェット塗膜
厚測定装置の構成を示すブロック図である。

【図１７】図１６のウェット塗膜厚測定装置に使用され
ている撮像部の構成を示す図である。

【図１８】表面粗さＲ_a とパワースペクトル積分値Ｐ_i
の関係を示すグラフである。

【図１９】横軸に時間を取り、縦軸にパワースペクトル
積分値Ｐ_i を取って、平滑化理論値と測定値を比較した
ウェット平滑化動特性（パワースペクトル値）を示すグ
ラフである。

【図２０】従来の塗膜厚測定装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 被塗装物 ２ 撮像部 ３ 画像処理部 ４ 表面粗さ計 ５ 画像処理装置 ６ 塗膜粗さ平滑性演算処理装置 ７ 膜厚演算処理装置 ８ 入力装置 ９，１９，２９ コントローラ １０ 表示器 １１ プロッタ １７ 表面粗さ度演算処理装置 １８ 平滑化初期値推定装置 ２１ パワースペクトル積分値演算部 ２２ 膜厚演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01B 21/00 - 21/32 B05C 7/00 - 21/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塗料を塗装した直後の未乾燥塗装表面の
   粗さを測定する粗さ測定手段と、該粗さ測定手段で測定
   した前記表面粗さ情報の時間変化量を算出する時間変化
   量算出手段と、前記塗料の成分情報を入力する入力手段
   と、前記塗料の成分情報および前記表面粗さ情報の時間
   変化量に基づいて塗装膜厚を算出する塗装膜厚算出手段
   とを有することを特徴とするウェット塗膜厚測定装置。
2. 【請求項２】 塗料を塗装した直後の未乾燥塗装表面の
   粗さを測定する粗さ測定手段と、該粗さ測定手段で測定
   した前記表面粗さ情報から表面の凹凸のピークツゥピー
   ク値および波長を算出する演算手段と、前記表面の凹凸
   のピークツゥピーク値の時間変化量を算出する時間変化
   量算出手段と、前記塗料の成分情報を入力する入力手段
   と、前記塗料の成分情報、前記表面凹凸のピークツゥピ
   ーク値の時間変化量および前記表面凹凸の波長に基づい
   て塗装膜厚を算出する塗装膜厚算出手段とを有すること
   を特徴とするウェット塗膜厚測定装置。
3. 【請求項３】 塗料を塗装した直後の未乾燥塗装表面の
   粗さを測定する粗さ測定手段と、該粗さ測定手段で測定
   した前記表面粗さ情報から表面の粗さ度および波長を算
   出する演算手段と、前記表面の粗さ度の時間変化量を算
   出する時間変化量算出手段と、前記塗料の成分情報を入
   力する入力手段と、前記塗料の成分情報、前記表面粗さ
   度の時間変化量および前記表面粗さの波長に基づいて塗
   装膜厚を算出する塗装膜厚算出手段とを有することを特
   徴とするウェット塗膜厚測定装置。
4. 【請求項４】 塗料を塗装した直後の未乾燥塗装表面の
   粗さを測定する粗さ測定手段と、該粗さ測定手段で測定
   した前記表面粗さ情報から表面の粗さ度および波長また
   は表面の凹凸のピークツゥピーク値および波長を算出す
   る演算手段と、前記塗料の成分情報および塗装条件を入
   力する入力手段と、前記塗料の成分情報および塗装条
   件、前記表面粗さ度および波長または前記表面の凹凸の
   ピークツゥピーク値および波長に基づいて平滑化初期値
   を推定する推定手段と、前記表面粗さ度および波長また
   は前記表面の凹凸のピークツゥピーク値および波長、お
   よび前記平滑化初期値に基づいて塗装膜厚を算出する塗
   装膜厚算出手段とを有することを特徴とするウェット塗
   膜厚測定装置。
5. 【請求項５】 塗料を塗装した直後の未乾燥塗装表面の
   粗さを撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像した表面
   粗さ情報をパワースペクトル解析し、パワースペクトル
   データとして出力するパワースペクトル解析手段と、該
   パワースペクトル解析手段からのパワースペクトルデー
   タから表面粗さ相当のパワースペクトル積分値および波
   長を算出する演算手段と、前記塗料の成分情報および塗
   装条件を入力する入力手段と、パワースペクトル解析値
   を使用した平滑化理論式を用いて、前記パワースペクト
   ル積分値、波長、前記塗料成分情報および塗装条件から
   塗装膜厚を算出する塗装膜厚算出手段とを有することを
   特徴とするウェット塗膜厚測定装置。