JPH09187694A - 自動塗装機の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フィードバック制御を行なう自動塗装機の制御
において、塗装面の品質が不良である場合、不良となっ
た塗装品質要因が不明であるために塗装状態に合った正
確なフィードバック制御を行なうことが困難であった。 【解決手段】 空調された塗装ブース内に搬入した被塗
装物を自動塗装機により塗装するに際し、自動塗装機に
より所定の塗装条件下で塗装された被塗装物の塗装面の
塗装品質要因を検知し、塗装品質要因の計測値と予め設
定された要因基準値の差に基づいて得た補正の指令によ
り自動塗装機を制御する自動塗装機の制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被塗装物を自動的
に塗装するのに用いられる自動塗装機の制御方法および
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において、例えば自動車の車体塗装
では、自動塗装機により塗装を行い、塗装後に長時間を
かけて塗料を乾燥させたのち、乾燥後の塗装の鮮映性
（平滑性、肉持ち性、光沢度）を検査して塗装品質を評
価することが行われている。

【０００３】そして、自動塗装機の制御としては、図１
８に示すように、ブロック１０１に示す自動車ボディ等
である被塗装物の鮮映性（平滑性）をブロック１０２に
おける平滑性計測手段で評価した後、ブロック１０３に
おける塗装品質判定手段において鮮映値と所定の基準値
とを比較し、鮮映値と基準値がずれている場合には、ブ
ロック１０４における塗装条件制御手段により、鮮映性
が基準値となるようにブロック１０５の自動塗装機の塗
装制御条件（吐出量など）を補正することとなってい
た。

【０００４】この場合、被塗装物の塗装を行う塗装ブー
スの空調精度がある程度大まかであっても、被塗装物の
塗装面の鮮映性（平滑性）の品質を一定に維持すること
ができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、被
塗装物の塗装品質の良否を決める塗装品質要因として
は、塗料吹付け後の塗料の非揮発性成分（以下、「塗着
Ｎ．Ｖ」とする）または塗着粘度、塗膜厚、塗粒子の微
粒化度、さらに各種塗装ガンの吹付け条件や塗装の焼き
付け条件等が挙げられる。そして、これらの塗装品質要
因のうち、塗着Ｎ．Ｖ（塗着粘度）、塗膜厚および塗粒
子の微粒化度は重要な塗装品質要因であり、これらの塗
装品質要因をできるだけ塗布直後に精度良く定量的に把
握する必要があり、とくに、自動化ラインで次々に塗装
を行うような場合には、塗装状態の良否をできるだけ精
度良く計測し、速やかに塗装機にフィードバックして次
の塗装条件を改善し、常に最良の塗装状態に保つ必要が
ある。

【０００６】しかしながら、上記したような従来の自動
塗装機の制御にあっては、被塗装物の塗装品質として鮮
映性（平滑性）のみを計測し、その測定した鮮映値が所
定の基準値からずれている場合に、鮮映性が基準値とな
るように自動塗装機の塗装制御条件を補正することとな
っていたため、 （１）塗装膜の薄すぎ、塗着Ｎ．Ｖ（粘度）の高すぎと
いうような塗装品質要因を的確に指示できず、塗装ライ
ンの塗装品質を狙い通りの安定した塗装状態に保つこと
ができない。

【０００７】（２）塗装膜の厚すぎ、塗着Ｎ．Ｖ（粘
度）の低すぎというような塗装品質要因を的確に指示で
きず、無駄塗装のない最適な膜厚等の塗装制御ができな
い。

【０００８】という問題があり、これらの問題点を解決
することが課題であった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、上記のごとき従来の課題に着
目して成されたもので、塗装された被塗装物における塗
装品質要因（塗着Ｎ．Ｖ、微粒化度、塗膜厚）を計測し
て、自動塗装機をフィードバック制御することにより、
狙い通りの安定した塗装状態を保つことができ、且つ最
適な塗装制御を行うことができる自動塗装機の制御方法
および制御装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る自動塗装機の制御方法は、空調された塗装ブース内に
搬入した被塗装物を自動塗装機により塗装するに際し、
自動塗装機により所定の塗装条件下で塗装された被塗装
物の塗装面の塗装品質要因を検知し、塗装品質要因の計
測値と予め設定された要因基準値の差に基づいて得た補
正の指令により自動塗装機を制御する構成としており、
上記の構成を課題を解決するための手段としている。

【００１１】本発明の請求項２に係わる自動塗装機の制
御装置は、図１に基づいて説明すると、空調された塗装
ブース内に搬入した被塗装物を自動塗装機により塗装す
る際の制御装置において、自動塗装機（ブロック５）に
より所定の塗装条件下で塗装された被塗装物（ブロック
１）の塗装品質要因を検知する塗装品質要因計測手段
（ブロック２）と、塗装品質要因計測手段によって検知
された計測値と予め設定された要因基準値を比較し、検
知された計測値が要因基準値とずれている場合に、塗装
品質要因が要因基準値となるように自動塗装機の塗装条
件の補正を指令する塗装品質判定手段（ブロック３）
と、塗装品質判定手段からの補正指令に基づいて塗装面
の塗装品質が基準値となるように自動塗装機の塗装条件
を制御する塗装条件制御手段（ブロック４）を備えた構
成としており、上記の構成を課題を解決するための手段
としている。

【００１２】さらに、本発明に係わる自動塗装機の制御
装置は、請求項３として、請求項２に記載の塗装品質要
因計測手段が、塗料の非揮発性成分等の塗料条件を入力
する塗料条件入力手段と、吹き付け時の塗料の微粒化度
を入力する微粒化度演算手段と、塗料のシンナー蒸発量
を入力するシンナー蒸発量入力手段と、塗料条件入力手
段からの非揮発性成分、微粒化度演算手段からの微粒化
度、およびシンナー蒸発量入力手段からのシンナー蒸発
量に基づいて自動塗装機により所定の塗装条件下で塗装
された被塗装物の塗布直後の非揮発性成分を算出する第
１の塗着Ｎ．Ｖ演算手段１と、第１の塗着Ｎ．Ｖ演算手
段で算出された塗布直後の塗膜面の非揮発性成分と塗料
条件入力手段からの塗料種情報に基づいて塗布直後の塗
膜面の塗料密度を算出する塗料密度演算手段と、測定ま
での時間を入力する測定時間入力手段と、塗膜面の膜厚
を入力する膜厚演算手段と、膜厚演算手段からの膜厚情
報、シンナー蒸発量入力手段からのシンナー蒸発量およ
び測定時間入力手段からの測定時間情報に基づいて塗布
後の塗膜面の非揮発性成分を算出する第２の塗着Ｎ．Ｖ
演算手段を備えている構成とし、請求項４として、請求
項２および３に記載の塗装品質要因計測手段が、塗料を
塗布した直後の未乾燥塗装表面を撮像する撮像手段と、
撮像手段からの画像情報を画像処理する画像処理手段
と、画像処理手段で処理された画像処理データに基づい
て塗装表面の凹凸波形の波長分布を算出する波長分布演
算手段を備え、波長分布演算手段で算出された波長分布
に基づいて塗料粒子の微粒化度を算出する手段である構
成とし、請求項５として、請求項２および３に記載の塗
装品質要因計測手段が、塗料の粘度等を入力する塗装条
件入力手段と、塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面を
撮像する撮像手段と、撮像手段からの画像情報を画像処
理する画像処理手段と、画像処理手段で処理された画像
処理データに基づいて塗装表面の粗さを算出する表面粗
さ演算手段を備え、表面粗さ演算手段で算出された粗さ
度と粗さ度の時間変化量と波長分布演算手段で算出され
た波長と塗装条件入力手段からの塗装条件から塗膜厚を
算出する手段である構成とし、請求項６として、請求項
３に記載の塗着Ｎ．Ｖ演算手段が、塗料条件入力手段の
塗料の非揮発性成分とシンナー蒸発量入力手段の塗料の
シンナー蒸発量と微粒化度演算手段の塗料粒子径から求
めた塗料粒子の表面積の関係から塗布直後の塗膜面の非
揮発性成分を算出する手段である構成としており、上記
の構成を課題を解決するための手段としている。

【００１３】

【発明の作用】本発明に係わる自動塗装機の制御方法お
よび制御装置では、塗装品質要因を計測し、これらの計
測値に基づいて自動塗装機のフィードバック制御を行う
ことにより、塗装品質が不良となった塗装品質要因を把
握して、その塗装品質要因を解消する正確なフィードバ
ック制御を行い、これにより塗装品質を高めることとな
る。

【００１４】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わる自動塗装機の
制御方法によれば、塗装された被塗装物における塗装品
質要因（塗着Ｎ．Ｖ、微粒化度、塗膜厚）を計測して、
計測値と品質基準値との差に基づいて自動塗装機をフィ
ードバック制御することから、狙い通りの安定した塗装
状態を保つことができると共に、塗膜厚等の最適な塗装
制御を行うことができ、塗装品質を大幅に向上させるこ
とができると共に、塗着効率の向上などを図ることがで
きる。

【００１５】本発明の請求項２に係わる自動塗装機の制
御装置によれば、被塗装物の塗装状態が不良の場合に、
塗着Ｎ．Ｖ、微粒化度および塗膜厚等の塗装品質要因の
各測定値と要因基準値との誤差に見合った補正を行なう
ことから、塗装状態に合わせた正確なフィードバック制
御を行うことができると共に、自動塗装ラインでも狙い
通りの安定した塗装品質を確保することができ、さら
に、塗膜厚等の最適な塗装制御を行うことができると共
に、塗着効率の向上なども実現し得る。

【００１６】本発明の請求項３に係わる自動塗装機の制
御装置によれば、請求項２と同様の効果を得ることがで
きると共に、被塗装物の塗装状態が良好の場合でも、塗
着Ｎ．Ｖが下限基準値以下であるときには、塗着Ｎ．Ｖ
の計測値と基準値との差に見合った垂れ修正の補正を行
なうことができ、微粒化度が下限基準値以下であるとき
は、微粒化度の計測値と基準値との差に見合った塗着効
率補正を行なうことができ、さらに、塗膜厚が基準値以
上であるときは、塗膜厚の計測値と基準値との差に見合
った厚塗り補正を行なうことができ、安定した塗装品質
を確保することができる。

【００１７】本発明の請求項４〜６に係わる自動塗装機
の制御装置によれば、塗装品質要因の計測、つまり、請
求項４において塗料の微粒化度の計測、請求項５におい
て塗膜厚の計測、請求項６において塗着Ｎ．Ｖの計測を
正確に且つ迅速に行なうことができ、より一層正確なフ
ィードバック制御を行うことができると共に、塗装品質
をさらに高めることができる。

【００１８】

【実施例】図２は本発明の一実施例を示す図であり、本
発明を車体の自動塗装ラインに適用した場合を示すブロ
ック図である。

【００１９】被塗装物１は、上塗り塗装工程における自
動車のボディであって、塗装ライン上を所定の速度で移
動しながら塗装される。自動塗装機（塗装ガン）５の制
御装置は、塗布直後の被塗装物１の塗装状態すなわち塗
装品質（鮮映性）とこれを左右する塗装品質要因（塗着
Ｎ．Ｖ、微粒化度、塗膜厚）を同時に計測する塗装品質
要因計測手段２と、塗装品質要因計測手段２によって検
知された計測値と予め設定された要因基準値を比較し、
検知された計測値が要因基準値とずれている場合に、塗
装品質要因が要因基準値となるように自動塗装機５の塗
装条件の補正を指令する塗装品質判定手段３と、塗装品
質判定手段３からの補正指令に基づいて塗装面の塗装品
質が基準値となるように自動塗装機５の塗装条件を制御
する塗装条件制御手段４を備えている。自動塗装機５
は、塗装条件制御手段４からの制御信号に基づき、次の
被塗装物１への塗装を行う。

【００２０】上記の制御装置における塗装品質要因計測
手段２は、図３に示すように、被塗装物１の塗装表面に
対する撮像手段６、画像処理手段７、塗装表面の凹凸波
形のパワースペクトルにおける長波長領域のピーク波長
を求める波長演算手段８、波長平均処理手段９、塗料吹
き付け時の微粒化度を算出する微粒化度演算手段１０、
第１の塗着Ｎ．Ｖ演算手段１１、塗布直後の塗膜面の塗
料密度を算出する塗料密度演算手段１２、第２の塗着
Ｎ．Ｖ演算手段１３、塗装条件入力手段１５、塗料の非
揮発性成分等を入力する塗料条件入力手段１６、シンナ
ー蒸発量入力手段１７、測定までの時間を入力する計測
時間入力手段１８、表面粗さ演算手段１９、および膜厚
演算手段２０を備えている。

【００２１】次に、塗装品質要因計測手段２の塗着Ｎ．
Ｖ演算手段１１，１３における塗膜面の塗着Ｎ．Ｖの演
算原理とシンナー蒸発量入力手段１７におけるシンナー
蒸発量演算とについて説明する。

【００２２】図４は、塗装ガン（自動塗装機５）から噴
射された塗料粒子が被塗装面に付着するまでの状況を示
す図である。塗料粒子からは飛行中および付着後に溶剤
（揮発性成分）が蒸発し、塗膜が完全に乾燥した状態で
は非揮発性成分のみが残ることになる。なお、塗料が塗
装ガンから噴射された時点から被塗装物１に付着するま
での時間は、塗装ガンと被塗装体との距離によって変わ
るが、一般に、０．１秒〜０．５秒である。

【００２３】上記のごとき状況において、付着直後の塗
着Ｎ．ＶをＸ_１とすれば、Ｘ１は下記数式１で与えられ
る。

【００２４】

【数式１】 また、上記のシンナー蒸発速度Ｖは、下記数式２で与え
られる。

【００２５】

【数式２】 また、塗料粒子の質量Ｍ_１は、下記数式３で与えられ
る。

【００２６】

【数式３】 また、塗料粒子表面積Ｓ_１は、下記数式４で与えられ
る。

【００２７】

【数式４】 したがって、上記の数式３、数式４を数式１に代入する
ことにより、塗着Ｎ．Ｖ＝Ｘ_１（％）を表す数式として
下記数式５が得られる。

【００２８】

【数式５】 単位面積当たりのシンナー蒸発量は、蒸発速度Ｖ×時間
ｔで示される。このシンナー蒸発量Ｖｔを上記数式１と
数式５から求めると、下記数式６に示すようになる。

【００２９】

【数式６】 なお、シンナー蒸発量Ｖｔは上記数式２に示すように、
塗装前の塗料のＮ．Ｖ（塗料濃度）Ｘ_０とシンナー混合
比Ｃと温度Ｔとの関数であるから、それらの諸量との関
係を予め実験で求めて記憶しておき、これを読み出して
用いればよいが、上記数式６から求めてもよい。

【００３０】上記数式５に示すように、塗装条件が一定
であれば、付着後の塗着Ｎ．Ｖは、シンナー蒸発量Ｖｔ
と塗料粒子径Ｒと塗料密度ρ_０から演算で求めることが
できる。図３の実施例においては、シンナー蒸発量Ｖｔ
はシンナー蒸発量入力手段１７から入力した値を用い、
塗料粒子径Ｒは微粒化度演算手段１０で求めた値を用
い、塗料密度ρ_０は塗装条件入力手段１５から入力した
値を用いる。

【００３１】次に、撮像手段６について説明する。図５
は、撮像手段６の一例を示す断面図である。

【００３２】撮像手段６の基本的構成は、光源３１、明
暗パターン板３２、反射鏡３３、レンズ３４、ＣＤＤカ
メラ３５から成る。上記の明暗パターン板３２は、所定
間隔（例えば１ｍｍ間隔）で直線状のスリットが設けら
れた不透明（または透明板に所定間隔で不透明なストラ
イブパターンを印刷したもの）である。そして光源３１
空の平行光線を上記明暗パターン板３２と反射鏡３３と
レンズ３４とを介して塗装面の斜め方向から照射するこ
とにより、被塗装物１上にスリットに対応した縞模様を
つくる。この縞模様は、被塗装体上の凹凸に応じて歪ん
だ波形（例えば図６のごとき）となる。その反射光をＣ
ＣＤカメラ３５で撮像し、上記の歪んだ縞模様、すなわ
ち表面粗さの情報を入力するようになっている。

【００３３】上記のごとき縞模様の画像情報を画像処理
し、パワースペクトル周波数分析（例えば高速フーリエ
変換処理：ＦＦＴ）を行なってパワースペクトルＰＳを
求める。

【００３４】図７は、上記パワースペクトルＰＳの周波
数特性図であり、縦軸はパワースペクトルＰＳ、横軸は
周波数ｆ（波長λの逆数、ｆ＝１／λ）である。

【００３５】図７において、第１のピーク波形は、前
記スリットに対応した基本縞による基本波形のパワース
ペクトル、第２のピーク波形は、塗装表面の凹凸波形
の長波長領域（１０〜１ｍｍ程度）に対応したパワース
ペクトル、、第３のピーク波形は、凹凸波形の中波長
領域（１〜０．１ｍｍ程度）に対応したパワースペクト
ル、第４のピーク波形は、凹凸波形の短波長領域
（０．１ｍｍ以下）に対応したパワースペクトルを示
す。

【００３６】上記のパワースペクトル波形において、凹
凸波形の長波形領域のピーク波長、すなわち第２のピー
ク波形のピーク値に対応した波長λｐは、後記のごと
く微粒化度と相関性があり、それによって微粒化度を測
定することができる。

【００３７】図３の実施例においては、画像処理手段７
と波長演算手段８とで上記のごとき画像処理とパワース
ペクトルの演算を行なっている。

【００３８】次に、波長平均処理手段９では、次のごと
き処理を行なう。

【００３９】一般に、自動車の車体塗装のような塗装自
動化ラインでは、上塗り、中塗り、或いは塗装色の違い
等のように、色々な塗料を用いるため、その塗料の種類
に応じた条件を入力する必要がある。また、車体のよう
な大型の被塗装体の場合には、吹き付け面積が大きいた
め、塗装部位によっては塗装条件が必ずしも均一になら
ない場合がある。したがって精度のよい計測を行なうた
めには、塗装表面の複数個所を撮像し、それらの各部位
におけるピーク波長λｐの平均値を用いて微粒化演算や
膜厚演算を行なうことが望ましい。

【００４０】図３の実施例は、上記の理由により、撮像
手段６では塗装面の複数個所の撮像を行なってその画像
情報を順次演算処理し、求められた複数のピーク波長λ
ｐを波長平均処理手段９で平均化した値を微粒化度演算
手段１０へ送る。また、塗装条件入力手段１５を設けて
塗装の種類等に応じた情報を入力し、微粒化度演算手段
１０では、上記の平均化したピーク波長λｐの値と塗装
条件とに応じて微粒化度を演算するように構成してい
る。

【００４１】次に、微粒化度演算手段１０における微粒
化度計測の原理について説明する。

【００４２】先ず、図８に基づいて、塗装時における塗
装面への塗料粒子の付着と塗装膜面の形成過程について
説明する。

【００４３】図８（ａ）に示すように、塗装ガンから塗
装面へ向けて微粒化した塗料粒子を吹き付ける。この
際、塗料粒子の平均粒子径は、基本的は、塗装条件であ
る塗料速度（下記、、）と空気速度（下記）と
塗料物性（下記）によって決まる。ただし、上記の
〜は次の通りである。

【００４４】 塗装ガンの吐出量 塗装ガンのベル回転数 印加電圧 エア圧 塗料物性（粘度、表面張力、密度） なお、ベル回転数とは塗料を微粒化する回転体の回転数
であり、印加電圧とは塗料粒子の静電気を付加するため
に印加する静電圧（５０ｋＶ程度）であり、エア圧と
は、塗料粒子が周辺に飛散しないように周囲に気流の壁
を作るための気圧である。

【００４５】上記のようにして吹き付けられた塗料粒子
は、塗装面に衝突し、つぶれた形で付着する。

【００４６】次に、図８（ｂ）に示すように、塗膜形状
の初期には、付着した小さな塗料粒子が大きな塗料粒子
に結合され、より大きな粒子を形成する。そして、さら
に粒子の結合が進み、表面張力と境界張力とによって初
期の塗膜面が形成される。

【００４７】上記のように粒子の付着と結合によって塗
膜が形成されていくため、初期の塗膜表面状況は大きな
塗装粒子の粒子径ｒ、粒子衝突速度ｖｘ、塗料物性（表
面張力γ、粘度η）等に依存する。例えば、上塗り塗料
の場合、初期塗膜表面の凹凸の高さは数〜数十μｍ程度
であり、また、凹凸の波長分布は３〜６ｍｍ程度の長波
長領域が支配的であることが確認された。そして上記の
長波長領域のピーク波長λと大きな塗料粒子の粒子径ｒ
とには相関性があることが実験によって確認された。

【００４８】次に、図８（ｃ）に示すように、上記の初
期塗膜形成後の塗膜表面は、レベリング力（表面張力γ
と重量ｇとの合成力）によって次第に平坦化して行く。
この平坦化速度は上記のレベリング力と塗料物性（表面
張力γ、粘度η）および膜厚ｈによって決定される。例
えば、上塗り塗料の場合、平坦化速度は時定数で数十秒
〜数百秒であることが確認されている。

【００４９】次に、塗料粒子径と塗膜面の凹凸との関係
について図９〜図１２に基づいて詳細に説明する。

【００５０】図９に示すように、塗装ガンから吹き付け
られた塗料粒子の粒子径をｒとし、それが付着した付着
粒子の幅をλ／２、厚さ（ピーク値）をｈとすれば、波
長λの凹凸を持つ塗膜面が形成される。なお、上記付着
粒子の幅λ／２の波長λとの関係は、実験的に求められ
たものであり、ほぼこの程度の値になることが確認され
ている。

【００５１】上記の場合における塗料粒子径ｒは、下記
数式７で示される。

【００５２】

【数式７】 上記の理論式をグラフに示すと、図１０の破線で示すご
とき曲線となる。しかし、実際には、付着粒子の結合が
あるため、図１０の実線で示すような特性となる。この
実験で求めた特性を数式で示すと、下記数式８のように
なる。

【００５３】

【数式８】 上記のごとき実験で求めた凹凸のピーク波長λｐと塗料
粒子径ｒとの関係を、付着粒子の結合を考慮して解析す
る。

【００５４】まず、図１１に示すように、付着粒子径Ｒ
は、塗布時間が大きくなるに従って順次大きくなる。こ
の関係を数式で示すと下記数式９のように成る。

【００５５】

【数式９】 なお、図１１において、塗布時間とは１ケ所に塗布する
持続時間であり、初期粒子径とは付着前の塗料粒子径で
あり、付着粒子径とは最初に付着したときの粒子径であ
る。この付着粒子径Ｒは塗布時間が長くなるに従って順
次塗布される粒子が係合するので次第に大きくなる。

【００５６】また、図１２は、塗布時間と塗膜面の凹凸
波長との関係を、実測値（破線）と周波数解析によるパ
ワースペクトルから求めた結果とについて比較した特性
図である。同図１２から判るように、パワースペクトル
から求めた値は実測値によく一致している。したがって
パワースペクトルから求めた凹凸波長（前記長波長のピ
ーク波長λｐ）を用いて付着粒子径Ｒを求めることがで
きる。さらに、自動塗装機においては、塗布時間は一定
であるから、下記数式１０によって塗料粒子径ｒも求め
ることができる。

【００５７】

【数式１０】 上記のごとき考察により、基本的には前記数式８によ
り、パワースペクトルから求めた凹凸の長波長領域のピ
ーク波長λｐを用いて、塗料粒子径ｒを求めることがで
きる。具体的には、実験で前記図１０の特性を求め、そ
れから数式８の各係数ｋｓ、ａ，βを予め求めておけ
ば、撮像画像から求めたピーク波長λｐを用いて塗料粒
子径ｒを求めることができる。

【００５８】なお、塗料粒子の粒子径ｒは塗料の微粒化
の程度に対応しているから、塗料粒子の粒子径ｒをその
まま用いて微粒化度を表してもよいし、或いはｒの逆
数、もしくは基準値との百分率などを用いて微粒化度を
表すこともできる。

【００５９】次に、表面粗さ演算手段１９と膜厚演算手
段２０における膜厚演算について説明する。

【００６０】図１３は、塗装後の塗膜の断面図である。
塗装直後には、（ａ）に示すように、塗装表面は初期の
付着粒子の結合によって凹凸状態になっている。そして
時間の経過と共に、（ｂ）に示すように、レベリング力
によって次第に平滑化され、最終的には、（ｃ）に示す
ように、平滑化状態となる。本実施例においては、この
ような平滑化減少に着目し、ウエット状態における塗装
表面の凹凸状態を測定し、それによって平滑化後、或い
は乾燥後の塗装膜厚を算出するものである。

【００６１】上記のごときウエット状態における凹凸状
態を測定するには、光干渉式表面粗さ計など種々の方法
（例えば「機械工学便覧 日本機械学会１９８９年９月
３０日 新版３刷発行 Ｂ２編 ２０７頁〜２０８頁」
に記載）があるが、ここでは撮像手段６で塗装表面を撮
像し、その情報を画像処理する方法について説明する。

【００６２】まず、パワースペクトル積分値Ｐによる平
滑化特性を説明すると、表面の凹凸（ピーク・ツウ・ピ
ーク値）の面積平均値に相当する表面粗さＲ_ａとパワー
スペクトル積分値Ｐとは、図１４に示すような関係にあ
り、下記数式１１、数式１２に示す関係がある。

【００６３】

【数式１１】

【００６４】

【数式１２】 ただし、上式において、Ｑは粗さ補正値、ｋは粗さ変換
係数である。

【００６５】パワースペクトル解析値による平均化理論
式の導出では、まず、ウエット塗膜平均化理論式（近似
式）として、表面粗さ度Ｒ_ａは下記数式１３で表され
る。

【００６６】

【数式１３】 ただし、Ｒ_ａ０はＲ_ａの初期値（時点０すなわち塗装直
後の値）、ｔは塗装後の経過時間である。また、τは粘
性流体の基本式から導出された時定数であり、後記数式
１８に示すごときものである。

【００６７】上記数式１２を数式１３に代入すると、下
記数式１４が得られる。

【００６８】

【数式１４】 ただし、Ｐ_０はＰの初期値（時点０における値）であ
り、Ｑ_０はＱの初期値である。

【００６９】上記数式１４において、Ｐ、Ｐ_０をそれぞ
れの補正値Ｑ、Ｑ_０を含んだ値として、（Ｐ_０−Ｑ_０）
→Ｐ_０、（Ｐ−Ｑ）→Ｐと示せば、数式１４は下記数式
１５のように表せる。

【００７０】

【数式１５】 また、時定数τは下記数式１６で示される。

【００７１】

【数式１６】 ただし、ηは塗料の粘度、λは前記の長波長領域のピー
ク波長、γは塗膜の表面張力、ｈはウエット状態におけ
る膜厚（撮像部分の平均値）である。

【００７２】以上から、パワースペクトル解析値による
塗装膜厚ｈは、下記数式１７で示すようになる。

【００７３】

【数式１７】 ただし、Ｐ_１は時点ｔ_１におけるパワースペクトル積分
値Ｐの値、Ｐ_２は時点ｔ_２（ただし−_１＜ｔ_２）におけ
るＰの値である。なお、τ´_ｉは下記数式１８で示され
る。

【００７４】

【数式１８】 ただし、ｉ＝１，２であり、η（ｔｉ）は塗料の粘度が
塗装後の経過時間の関数であることを示す。すなわち、
塗装条件入力手段１５から入力するのは、塗装前におけ
る塗料の粘度ηであるが、塗装後の塗着粘度は、塗装後
の経過時間に応じて変化する値η（ｔ_ｉ）となる。この
値は、塗料組成（塗料内の揮発成分の割合等）や風速な
どによって定まる値である。

【００７５】上記数式１７から判るように、塗料の粘度
η、塗膜の表面張力γ、凹凸波形の長波長領域のピーク
波長λ、塗装後の２つの時点ｔ_１、ｔ_２におけるパワー
スペクトル積分値Ｐの値から、ウエット状態における膜
厚ｈを求めることができる。上記の各数値のうち、塗料
の粘度ηと塗膜の表面張力γは、塗料の特性によって定
まる値であるから、予め判っている値を入力し、長波長
領域のピーク波長λとパワースペクトル積分値Ｐの値
は、前記画像情報を処理した値を用いる。

【００７６】図１５は、上記数式１７を用いた平滑化理
論値と測定値を比較したウエット平滑化特性（パワース
ペクトル積分値Ｐ）を示す特性図である。図１５におい
て、横軸は塗装後の経過時間、縦軸はパワースペクトル
積分値Ｐである。

【００７７】上記の測定は、塗布直後の画像を撮像手段
６で撮影し、パワースペクトル解析を行ったものであ
る。図１５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】また、表１は、膜厚６０μｍと５４μｍの
２つのサンプルに対して、上記数式１７の推定式を用い
て膜厚ｈを計測した結果を示す表である。

【００７９】表１に示すように、数μｍの精度で計測可
能であることが判る。

【００８０】

【表１】

【００８１】図３の実施例においては、撮像手段６、画
像処理手段７、波長演算手段８、表面粗さ演算手段１
９、膜厚演算手段２０において、上記のごとき処理を行
ない、撮像個所の膜厚ｈを求める。

【００８２】また、前記数式１７においては、塗装後の
２つの時点ｔ_１とｔ_２における２つの値Ｐ_１、Ｐ_２を用
い、粗さ情報の時間変化量を用いて演算している。その
ため、塗装後の２つの時点で同一個所を撮像する必要が
ある。このためには、塗装ライン上の車体の移動に合わ
せて撮像手段６を移動させる必要があるので、装置が複
雑になる。それを避けるためには、次のような方法があ
る。すなわち、被塗装体である車体の他に、テストピー
スを用意して被塗装体と同じ条件で塗装を行ない、時点
ｔ_１（例えばｔ_１＝１０秒、ｔ_１＜ｔ_２）における値Ｐ
_１は、テストピースの画像情報を処理して求めた値を用
いるようにする。このようにすれば、撮像手段６は時点
ｔ_２（例えば塗装１〜２分後）において１回のみの撮像
を行なえばよい。

【００８３】次に、塗装品質判定手段３は、上述のよう
に計測された塗装品質要因計測手段２からの塗装品質要
因（塗着Ｎ．Ｖ、微粒化、塗膜厚）測定値と所定の各要
因基準値とを比較して、測定値が各要因基準値に対して
誤差がある場合は要因基準値との差に見合った補正値を
塗装条件制御手段４に送る。ここで、各補正方法は自動
塗装機ごとに求められる感度特性を用いる。塗着Ｎ．Ｖ
の測定値が所定の基準値よりはずれている場合は、図１
７（ａ）に示すような塗着Ｎ．Ｖ〜シンナー混合比特性
に基づいて、塗料の低沸点シンナーおよび高沸点シンナ
ーの混合比の補正値を決定する。また、微粒化度の測定
値が所定の基準値よりはずれている場合は、図１７
（ｂ）に示すような塗料の微粒化度〜塗装機回転数特性
に基づいて、塗装機回転数の補正値を決定する。また、
塗膜厚の測定値が所定の基準値よりはずれている場合
は、図１７（ｃ）に示すような塗膜厚〜塗装機の塗料吐
出量特性に基づいて、吐出量の補正値を決定する。

【００８４】そして、塗装条件制御手段４は上記の塗装
品質判定手段３からの各補正値に基づいて自動塗装機５
の塗装条件を変更する。自動塗装機５は上記塗装条件制
御手段４からの制御信号に基づき、次の被塗装物１への
自動塗装を行なう。以上の自動塗装機５の制御を行なう
ことにより、自動塗装ラインでも狙い通りの安定した塗
装品質の確保と無駄塗装のない最適な塗装制御が行なわ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を説明するブロック図であ
る。

【図２】本発明の一実施例を説明するブロック図であ
る。

【図３】塗装品質要因計測手段を説明するブロック図で
ある。

【図４】粒子飛行過程における溶剤の蒸発を示す説明図
である。

【図５】撮像手段の一例を示す断面図である。

【図６】撮像手段において被塗装物上に形成されるスリ
ットの縞模様を示す図である。

【図７】パワースペクトルの周波数特性を示すグラフで
ある。

【図８】塗料粒子の付着と塗装面の形成過程を示す断面
説明図である。

【図９】塗料の飛行粒子と付着粒子の関係を示す説明図
である。

【図１０】塗料粒子の平均径と波長との関係を示すグラ
フである。

【図１１】塗料粒子径と塗布時間の関係を示すグラフで
ある。

【図１２】波長と塗布時間の関係を示すグラフである。

【図１３】塗膜表面の平坦化現象を示す説明図である。

【図１４】表面粗さとパワースペクトルの関係を示すグ
ラフである。

【図１５】平滑化理論と測定値の比較を示すグラフであ
る。

【図１６】波長とウエット膜厚の関係を示すグラフであ
る。

【図１７】塗着Ｎ．Ｖと塗料シンナー混合比の関係を示
すグラフ（ａ）、塗膜厚と自動塗装機の塗料吐出量の関
係を示すグラフ（ｂ）、および微粒化度と自動塗装機の
回転数の関係を示すグラフ（ｃ）である。

【図１８】従来例を説明するブロック図である。

【符号の説明】

１ 被塗装物（ボディ） ２ 塗装品質要因計測手段 ３ 塗装条件判定手段 ４ 塗装条件制御手段 ５ 自動塗装機 ６ 撮像手段 ７ 画像処理手段 ８ 波長演算手段 ９ 波長平均処理手段 １０ 微粒化度演算手段 １１ 第１塗着Ｎ．Ｖ演算手段 １２ 塗料密度演算手段 １３ 第２塗着Ｎ．Ｖ演算手段 １５ 塗装条件入力手段 １６ 塗料条件入力手段 １７ シンナー蒸発量入力手段 １８ 測定時間入力手段 １９ 表面粗さ演算手段 ２０ 膜厚演算手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調された塗装ブース内に搬入した被塗
   装物を自動塗装機により塗装するに際し、自動塗装機に
   より所定の塗装条件下で塗装された被塗装物の塗装面の
   塗装品質要因を検知し、塗装品質要因の計測値と予め設
   定された要因基準値の差に基づいて得た補正の指令によ
   り自動塗装機を制御することを特徴とする自動塗装機の
   制御方法。
2. 【請求項２】 空調された塗装ブース内に搬入した被塗
   装物を自動塗装機により塗装する際の制御装置におい
   て、自動塗装機により所定の塗装条件下で塗装された被
   塗装物の塗装品質要因を検知する塗装品質要因計測手段
   と、塗装品質要因計測手段によって検知された計測値と
   予め設定された要因基準値を比較し、検知された計測値
   が要因基準値とずれている場合に、塗装品質要因が要因
   基準値となるように自動塗装機の塗装条件の補正を指令
   する塗装品質判定手段と、塗装品質判定手段からの補正
   指令に基づいて塗装面の塗装品質が基準値となるように
   自動塗装機の塗装条件を制御する塗装条件制御手段を備
   えたことを特徴とする自動塗装機の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の塗装品質要因計測手段
   が、塗料の非揮発性成分等の塗料条件を入力する塗料条
   件入力手段と、吹き付け時の塗料の微粒化度を入力する
   微粒化度演算手段と、塗料のシンナー蒸発量を入力する
   シンナー蒸発量入力手段と、塗料条件入力手段からの非
   揮発性成分、微粒化度演算手段からの微粒化度、および
   シンナー蒸発量入力手段からのシンナー蒸発量に基づい
   て自動塗装機により所定の塗装条件下で塗装された被塗
   装物の塗布直後の非揮発性成分を算出する第１の塗着
   Ｎ．Ｖ演算手段１と、第１の塗着Ｎ．Ｖ演算手段で算出
   された塗布直後の塗膜面の非揮発性成分と塗料条件入力
   手段からの塗料種情報に基づいて塗布直後の塗膜面の塗
   料密度を算出する塗料密度演算手段と、測定までの時間
   を入力する測定時間入力手段と、塗膜面の膜厚を入力す
   る膜厚演算手段と、膜厚演算手段からの膜厚情報、シン
   ナー蒸発量入力手段からのシンナー蒸発量および測定時
   間入力手段からの測定時間情報に基づいて塗布後の塗膜
   面の非揮発性成分を算出する第２の塗着Ｎ．Ｖ演算手段
   を備えていることを特徴とする自動塗装機の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項２および３に記載の塗装品質要因
   計測手段が、塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面を撮
   像する撮像手段と、撮像手段からの画像情報を画像処理
   する画像処理手段と、画像処理手段で処理された画像処
   理データに基づいて塗装表面の凹凸波形の波長分布を算
   出する波長分布演算手段を備え、波長分布演算手段で算
   出された波長分布に基づいて塗料粒子の微粒化度を算出
   する手段であることを特徴とする自動塗装機の制御装
   置。
5. 【請求項５】 請求項２および３に記載の塗装品質要因
   計測手段が、塗料の粘度等を入力する塗装条件入力手段
   と、塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面を撮像する撮
   像手段と、撮像手段からの画像情報を画像処理する画像
   処理手段と、画像処理手段で処理された画像処理データ
   に基づいて塗装表面の粗さを算出する表面粗さ演算手段
   を備え、表面粗さ演算手段で算出された粗さ度と粗さ度
   の時間変化量と波長分布演算手段で算出された波長と塗
   装条件入力手段からの塗装条件から塗膜厚を算出する手
   段であることを特徴とする自動塗装機の制御装置。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の塗着Ｎ．Ｖ演算手段
   が、塗料条件入力手段の塗料の非揮発性成分とシンナー
   蒸発量入力手段の塗料のシンナー蒸発量と微粒化度演算
   手段の塗料粒子径から求めた塗料粒子の表面積の関係か
   ら塗布直後の塗膜面の非揮発性成分を算出する手段であ
   ることを特徴とする自動塗装機の制御装置。