JPS6014132A - 移動物体表面の測色装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、移動物体表面の測色装置に係り、特に、表面
を着色したカラー鋼板等の表面処理鋼板の表面の色調管
理に用いたり、或いは、冷延鋼板のテンパー・カラー、
酸洗板の酸洗状況の良否の判定等に用いたりプるのに好
適な、移動物体表面の色調を連続的に測定する移動物体
表面の測色装置の改良に関する。

表面を着色したカラー鋼板等の表面処理鋼板や組等の色
調管理は重要であるが、ライン速度の高速化、検出すべ
き色むらや色違いの微妙化に伴い、作業者の肉眼による
検出では限界になってきている。これは多大な労力と熟
練を要する上に、個人差や各種外乱による検出精度に問
題があるためである。一方、製造中にサンプリングを行
ってオフラインでの検査も行われているが、応答が遅れ
るので操業にフィードバックづ゛ることが難しいという
欠点を有づる。

このような問題に鑑みて、種々のオンライン測色装置が
考案され、製品化されている。例えば、特開１１α５５
−９５８３９号は、フィルタを用いて、国際照明委員会
で勧告された三刺激値ＸＹＺをそれぞれ独立して測定す
る方法であり、処理時間は短縮Ｃ゛きるが、分光分布を
得られない！こめに１度が悲いという問題点を右づる。

又、特公昭５４−１１９６号は、分光光源により波長を
可変にして、キャビディ、回転セクターを用いて分光反
射率をめることにより色調を測定Ｊるものであり、精度
はよくなるが、可動部があり、又、光源波長を変化させ
るために、測定ヌ′Ｊ象が高速移動づると、＋Ｉｉｉ！
密には連続測定できなくなるという問題点を有する。更
に、特開昭５４−１０７８６号は、白色光を線状に照射
し、その乱反射光を分光して、２次元服像装置を用い（
反射強度を測定でることにより、線状の各位置での色度
をめるもので必るが、この方法［゛も、受光して得られ
る電気信号を取込んだ後、色度計算に要づる時間が長く
、又、線状に照則しくいるために、撮像装置の走査を波
長方向に対してのみ行って、同一地点の各波長のデータ
だりを読出したとしても、測定対象が高速移動すれば、
走行方向では測定点が間欠的になり、又、受光装置も高
価であるという問題点を有づる。

又、特開昭５２−１０２７８０号は、試料物体からの光
を同時分散し、複数の検出器で同時に受光して測色演算
を行うものであり、この方式は、スリット前面に集光用
レンズを装着していないため、光源の光を有効に利用で
きる透過物体には適用できるが、検出器によって得られ
る電流が極めて微小であることから、反射物体に対して
測色を行う場合は、照射強度を上昇させるため、光学系
を試料物体に極端に接近させなければならず、その結果
、照明光の照度むらや測定器と測定対象物の微小な位置
変動が、直接測定データに影＠づるという問題点を有し
、特に、測定対象が遠方にあり、遠隔側色を行う場合に
は問題があった。更に市販されているフィルタによる３
色分解式望遠側色計は、精度が悪く応答速度も遅いとい
う問題点を有していた。又更に、液体の濁度を測定する
のに利用される積分球方式を応用するものにあっては、
積分球のため装置が大型化しＣしまう上に、被測定面の
面積の変更や、校正用の標準板を置くことが国ｔ「（゛
あり、又、積分球内部の汚れのため測定（ｉｌ″ｉの信
頼性がなく・なるので、しばしば手入れ作業を行う必要
があるという問題があった。

こうした従来の問題を解消ずべく開発されたもの−（あ
り、移動物体表面の遠隔測色を、より合理的に高精度で
、応答性よく、且つ、連続的に行うことかてぎる移動物
体表面の測色装置を提供することをその目的としている
。

本発明は、移動物体表面の測色装置を、移動物体の表面
に、面法線と４５°±１０°の角度をなり方向から外部
光の２００倍以上の照度を有づる白色光を、結像照射可
能な複数の光源部と、前記移動物体表面からの乱反射光
のうち面法線成分を結像づるための集光レンズ系、該集
光レンズ系の結１に而におい（測定部位を規定Ｊるため
のスリット、該スリン１〜を通過した光を分光づるため
の分光器、及び該分光器によって分光された各波長の光
の強［９を同時に検出可能な光検出素子が内蔵され、前
記複数の光源部と一体に形成された測色部と、該測色部
の光検出素子によって得られる電気信号を演算処理する
ことによって前記移動物体表面の色彩情報を得るＩｃめ
の演算処理装置と、から構成することにより、上記目的
を達成したものである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施例を詳細に説明
づる。

この測色装置Ａは、第１図に示づ如く、移動物体１０の
表面に、面方線Ｃとθ−４５°の角度をなＪ方向から、
外部光の２００倍の照度を右づる白色光を照射するだめ
の２個の白色光源１４を内蔵し、且つ、各白色光＃Ａ１
４ｍに、光源の発光体像を移動物体１０の表面に結像照
射づるための光源レンズ系１６が設（プられた光源部１
２と、前記移動物体１０の表面からの乱反射光のうち、
面方線成分を結像づるための集光レンズ系２０、該集光
レンズ系２０の結像面において測定部位を規定Ｊるため
のスリン１−２２、該スリット２２を通過した光を平行
光線化するだめのコリメータレンズ２４、該」リメータ
レンズ２４によつで平行光線化された光をｉＩＪ視波長
波長領域時に分光するための分光器たる反則型の回折格
子２６、該回折格子２６によって分光された各波長の光
を反射するための凹面鏡２８、及び、該凹面鏡２８によ
り反射された各波長の光の強度を同時に検出可能な光検
出素子たるノアＩｉ〜タイオードアレイ３０が内蔵され
、前記複数の光源部１２と一体に形成された測色部′１
８と、該３１１１　ｅ部１８の７オトダイオードアＩノ
イ３０によって（ηられる各波長毎の電気信号を演算処
理することによって、移動物体表面の走行方向の一定面
積の平均的色度或いは標準試料との色差をｊ史続的に１
昇るためのマイクロ」ノビュータ等からなる演算処理装
置３１と、から＋に構成されζいる。

前記光に取部１２の白色光源１４からの照射角度θを４
５°にしたのは以下の理由による。第２図に、各種カラ
ーサンプルについて、標準色サンプルと色違いの限界サ
ンプルを用意しｌこ上で、標準測色条件により１．１１
定した色差値をΔＥ０とし、−プラ、水測色装＠Ａを用
いて、第１図に示す光学系において面方線Ｃとのなづ角
度θを、被測定面上で相互に等しい角度となる条件を保
ちながら、変化させた場合の色差測定値を△Ｅとした場
合に、両口差値の誤差１　（ΔＥ−△Ｅｏ）／△Ｅｏｌ
の角度依存性を調べた結果を示す。この第２図の結果よ
り、照射角度θが４５°のときに最も両側定値の差の絶
対値が少なく、４５°±１０°の範囲であれば５９６以
内に納まり十分使用可能であること等がわかる。照射角
度θを４５°としたのはこの点を考慮したためである。

次に前記光源部１２を２個で構成でるようにしたのは以
下の理由にＪｚる。第３図に光源部１２が１個の場合と
２個の場合との測定値の経時変動を示す。変動量は、測
定測色１と標準側色値の相対出力強度で表示しである。

同図から明らかなように、光ｌ８１Ｓ１２を２個設けた
場合は、殆ど変動はないが、１個用いた場合はより変動
が大きい。これは光源強度の時間的変化が平均化される
こと、及び結像により生じるフィラメント像に起因する
照度むらも、′ｅ数の光源の合成により軽減されるから
であると解き４′える。白色光源１４を２個で構成４る
ようにしたのはこの点を考慮し時間的にむらのない光を
ｉけるためで゛ある。

更に、外部光の２００倍の照射強１哀としたのは、以１
；の理由による。この装置Ａは、積分球方式等のような
複１１な構造の外部遮蔽部がない。従って比較的容易に
どのような場所でも測定することが可能という利点があ
るが、外部光の影響は受ける。

そこ（、照射角度θを４５°とし、被測定面に外部光を
照射した場合の、色差測定誤差の照射照度依存性を調べ
たところ、第４図のようになった。

図にｄ３いてＬＳＩＸｊは光源照厄、ＬＯ［Ｌ×１は外
部光照度を表わしでいる。同図より明らかなＪ、うに光
源照度ＬＳ１．ＬＸ］が外部光照度しＯＩＸ］の２００
倍以上であれば′、水装置Ａによる測定値と標ＪＰ価と
の差の絶対値は、標準値に対して５％以内であることが
確認できる。従って、この点を考慮し、外部光の２００
倍の照射強度としたしのである。光源部１２が複数ある
ため、この実現は比較的容易である。

又、光源部１２毎に、光源の発光体像を移動物体１０の
表面に結像照射覆るだめの光源レンズ系１６を設けてい
るのは、同一光源、同一供給電圧で、より強い照射強度
を得る１〔めである。

光源部１２についで以上のような構成をとることにより
、外乱光の影響を相対的に少なくでき、信号のＳ／Ｎ比
はよくなり、供給電圧も下げられるので、ランプ寿命が
長くなると共に省電力も図れる。なお、前記白色光源１
４としては、具体的にはハロゲンランプ等の安定した白
色光源を使用し、パイレックス又は石英のような耐熱ガ
ラス等を用いて効果的に照明を行うとよい。又、本実施
例にＪ３いては、光源強度の変動を補正づるために、光
源部１２に光検出器１７〈第５図）を装着し、測色部１
８によって得られる信号強度を補正して、光源強度変動
に起因する測定誤差を解潤づると共に、光源寿命の監視
に利用している。

前記測色部１８において、分光器とし−Ｃ回折格子２６
を用い、スリット２２やフォトダイオードアレイ３０と
紺合わｉ！りいるのは、回折格子２６Ｃは分散角が波長
と線形関係にあるため、スリン１−２２とノ；ｔ　ｌ−
ダイオードアレイ３０を組合せて用いることにより、ス
リット２２で規定された測定面からの反射光が、分光さ
れた後、フォトダイオードアレイ３０上で等波長間隔毎
に各チャンネルに入用づることになり、光学系や信号処
理部の回路設計及び製造上好都合であるからである。即
ち例えば、フォトダイ刺−ドアレイ３０として、３５素
子のものを用いた場合、光学系の幾何学的扉開、スリン
１〜幅等の条件を選定づることにより、全素子のうち３
１素子を使用して、可視波長領域４００〜７００ｎｍの
分光強度を、波長１Ｑｎｌｌ１間隔で検出づることがで
き、測色に十分な精度を得ることがｅきる。

この潤色部１８と前記光源部１２とを一体に形成したの
は以下の理由による。即ち、上記構造の遠隔測色装置Ａ
を例えば、銅帯、紙等連続的に製造されるラインにで使
用づる場合、対象物の長手力面だ１プでなく、幅方向の
測定が必要となる場合で多くある。その際、光源部１２
、及び測色部１８を、同時に走査する必要があるが、前
）ホしたように、照度むらを抑えるために複数の光源部
１２を結像照射し、相互の像を重ねるためには各光源部
１２の相対的な位置が測色部１８に対して常に一定であ
ることが必要である。光源部１２が複数あっても、これ
らが全て測色部１８と一体であれば、こうした位置のず
れは起こらなくなる。又、装置全体としても」ンバクト
になるので、走査をし易くなるという利点も有づる。こ
れが、測色部１８と光源部１２とを一体とした理由であ
る。

前記演算処理装置３１は、第１図に示づ如く、測色部１
８のフォトダイオードアレイ３０によって得られる電気
信号を、後段の信号処理時間に対応づ【プられ１．ｌ：
積分時間でアナログ積分処理するアナログ処理回路３２
と、該アナログ処理回路３２出力のアナログ信号をデジ
タル信号に変換づるアナログ−デジタル変換器３４と、
該アナログ−デジタル変換器３４出力のデジタル信号を
演算処理することによって前記移動物体表面の色彩情報
を得るためのデジタル処理回路３６と、から構成されで
いる。即らこの演鐸処ＴｇＡ装置３１は、第５図に詳９
１１１に示ず如く、フォトダイオードアレイ３０の各セ
ンサ３０＋〜３０ｎの出力を増幅するだめの前置増幅器
３２８１〜３２ａｎと、該前置増幅器３２ａ１〜３２ａ
ｎの出力を積分Ｊるための積分器３２１］　１〜３２１
）　ｎと、該積分器３２１）＋〜３２ｂｎの出力を順次
取込むための１ルチブレク”ｊ３４ａと、該ンルチブレ
クサ３４ａの出力のアナログ信号をデジタル信号に変換
づるためのアナ１１グーデジタル変換器３４ｂと、白色
光源１４の強度を検出する光源光量検出器１７の出力を
増幅するだめの前置増幅器３２ｃと、該前置増幅器３２
Ｃ出力の＾す［］グ信号をデジタル信号に変換Ｊるため
のアナログ−デジタル変換器３４ｃと、前記アナログ−
デジタル変換器３４１）および３４０の出力に応じて各
種演算処理を行うための中央処理装＠（以下ＣＰｔＪと
称する）３６ａと、プログラムや各種定数、及び、前記
ＣＰＵ３６ａにおける演算データ等を記録覆るだめのメ
モリ３６ｂと、プログラムカウンタ３６０と、前記ＣＰ
Ｕ３６ａ出力のデジタル信号をアナログ信号に変換して
、出力表示器等からなる出力装置３８に出力づるための
デジタル−アナログ変換器３６ｄと、から構成されてい
るものである。

前記アナログ処理回路３２は、前記潤色部１８のフォト
ダイオードアレイ３０によって得られる例えば３１点の
電気信号を増幅し、積分演算することにより色度計算に
必要なパラメータの値を電気信号として得る。ここで、
アナログ積分を行っているのは演算時間を短縮づると共
に、測定面を連続的にするためである。即ち、デジタル
処理回路３６で演算及び入出力等に要する時間に応じて
積分時間を設定することにより、積分中にデジタル処理
回路３６でデジタル処理を行い、デジタル処理に要する
時間を短縮すると共に、積分時間中に移動覆る測定対象
表面全面からの反射光強度を検出できるため、測定面の
連続性をほぼ保つことができる。往って、スリット系等
の光学系、測定対象の移動速度、積分時間等によって決
まる一定面積的の平均的色度が得られることになるが、
安価なンイクロ」ンビュータを使用したとしても、処理
時間は２０ｍ５ｇ、下にできるので、測定面はそれはど
広くなることはない。又、信号強度も稼げるので、雑音
にし強いという利点を有づる。これに対して、例えば特
開昭５２−１０２７８０号で示唆されでいる如（、）Ａ
トダイオードアレイ３０等からの信号を直接ｌイクロ」
ンビュータに取込ん“Ｃ，色度計算に必要な相分計瞳等
の演算処理を全てンイクロ」ンビュータで行うとすると
、演算時間が長くなり、対象物体が高速移動する場合に
は連続性が保てなくなるという欠点が生じ、この欠点を
ＦＮ浦りるためには、演算速度の速いミニ」ンビュータ
規模の高価な計算機が必要となる。

尚、前置増幅器３２８１〜３２ａｎの増幅特性相互の変
動くバラツキ）は、０．１％以内に抑えておくのが望ｊ
ニジい。この装＠Ａは、積分球を用いていないので、小
型化が実現され、標準板の挿入が簡）１ｔに行えるめで
、測定値の校正が容易にできる。又、簡単なスリット操
作により容易に測定面積が変更可能で、装置の保守性も
良好である。

尚、この装置Ａの光学系は、日本工業規格（ＪＩＳ）で
規定している標準測色条件を、そのまま満足している。

上記のような装置を用いて、カラー鋼板の色調を実製造
ラインにて測定した結果についで説明する。第６図に示
Ｊように、本装置Ａは、焼付はラインＢによってカラー
焼付は処理を施した後、巻取機り前の上方より下方へ垂
直に移動物体１０が走行する位置に設置した。移動物体
１０と集合レンズ系２０との距離は５００　ｉｎ、又、
照射角度θは、夫々４５１とし、白色光源１４としては
、等しい出力（６５０Ｗ）のハロゲンランプを用いた。

本装置のｌ＋１１後は、ゴムライニングを施した抑えロ
ールＲ１、Ｒ２を設（プ、移動物体１０と装置Ａとの間
の距離を一定に保つようにした。

オンライン測定の際に、外部光を連断した場合の測定値
（ΔＥ１）と、天井照明及び窓からの自然光が入射した
場合との測定値（ΔＥ）の関係を確認すると、第７図に
示り結果を得た。これから、両側定値に殆ど差がないこ
とが明らかとなった。

即も、外部光の２００倍以上の照明強度を持つ６５０Ｗ
のハロゲンランプを２個用いた奉賀＠Ａでは、；ｍ常の
工場内１（は明光は測定値に影響を与えないことが確認
された。

このような確認の下に、工場内照明光が照射され−（い
る環境の下で、Δンライン測定し１〔値（△Ｅ）と従来
使用していたオフラインの標準装置による藺（ΔＥｏ）
との関係を示したものが第８図である。同図から明らか
なように、両側定値は、±５％の範囲Ｃ一致しＣいる。

尚、前記装置は、本発明を、カラー鋼板の表面色調測定
に適用したものであるが、本発明の適用範囲はこれに限
定されず、例えば冷延鋼板のテンパー・カラー、酸洗ラ
インにおｌ：ｌる適正酸洗条件の監視、圧延工程におけ
るめっき鋼板、ステンレス鋼板、電磁鋼板等の表面色調
測定、或いは、製紙、繊維等の分野における紙の白色度
、印刷の色ずれ、又は製品の色調の監視等においても同
様に適用Ｃきることは明らかである。

以上説明した本発明によれば、移動物体表面の遠隔測色
を、合理的に、高精度で応答性良く、且つ、連続的に行
うことが可能となり、製品の品質管理、歩留り向上に有
効である。又、色調制御への応用も期待できφ等の優れ
た効果を有づる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る移動物体表面の測色装置の一実
施例を示す全体構成概略図、 第２図は、光源入射角が変動し／＝場合の測定誤差に対
する影響を示す線図、 第３図は、光源部が１個の場合と２個の場合との光源強
度変動に及ぼす影響を示ず線図、第４図は、外部光強度
と照射強度の比の測定誤差に対する影響を示す線図、 第５図は、演算処理装置の構成を示すブロック線図、 第６図は、上記実施例装置をカラー鋼板製造ラインに適
用した例を示す配置説明図、 第７図は、同ラインでのオンライン測定の際の外部光の
有無の測定値の比較を示す線図、第８図は、１１〕ｊラ
インでのオンライン測定値と標準装置によるオンライン
測定値の比較を示す線図Ｃある。 １０・・・移動物体、１２・・・光源部、１４・・・白
色光源、１６・・・光源レンズ系、１８・・・測色器、
　２０・・・集光レンズ系、２２・・・スリット、２６
・・・回折格子（分光器）３０・・・ノ、ｔ　１〜タイ
Ａ〜ドアレイ（光検出素子）、３１・・・演瞳処理装置
、３２・・・アナログ処理回路、３４・・・アナ１−１
グーデジタル変換器、３Ｇ・・・デジタル処理回路、３
８・・・出力装置、θ・・・照射角瓜。 代理人　高　矢　論 （ばか１名） 第１図 第２図 ）ｔ、Ｊ、人Ｍ方夏動　（ｄｅｇ） 第３図 □ｒ４１戸ａ１ 第４図 ０　０．５　ｌ　１．５　（Ｌｏ／Ｌｓ）ｘ２００夕）
部尤〃崖と照用強洩ｑ北 第５図 第６図 第７図 （夕）若下貢ジＩＪシ） 第８図 東京都世田谷区代沢５丁目１３番 １２号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動物体の表面に、面法線と４５°±１０゜の角
   醍をなＪ方向から、外部光の２００倍以上の照度を右す
   る白色光を結像照射可能な複数の光源部と、 前記移動物体表面からの乱反射光のうち面法線成分を結
   像づるための集光レンズ系、該集光レンズ系の結像面に
   おいて測定部位を規定するためのスリット、該スリット
   を通過した光を分光づるための分光器、及び該分光器に
   よって分光された各波長の光の強度を同時に検出可能な
   光検出素子が内蔵され、前記複数の光源部と一体に形成
   された測色部と、 該測色部の光検出素子によって得られる電気信号を演障
   処理することによって前記移動物体表面の色彩情報を得
   るための演算処理装置と、を１ｆηえたことを特徴とす
   る移動物体表面の測色装置。