JPS63109351A - 表面状態測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面状態測定装置に係り、特に、自動車等の
高鏡面光沢を有する塗装面などのいわゆるぶつや傷など
の欠陥の有無とその大きさの判別並びにその表面の光沢
度の測定を同時に行うのに好適な光学装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

高鏡面光沢を有する塗装面などの光沢度の測定装置は、
特公昭５７−５９４９０号、特開昭５０−１５３９７９
号等に開示されている。それらは、例えば、明暗が少な
くとも１回有るパターンをレンズ系により試料を介して
投影結像し、結像面にピンホールを備え投影像強度を光
度変換する光電変換素子を配設し、パターンをその明暗
が光軸を横切るように移動させて、試料による投影像の
鮮明度の変化を明暗移動に伴う投影像強度を光電検出し
て、試料の光沢度を得ていた。

一方、傷の検査方法には１例えば、特開昭５１−３２７
８号、特開昭５７−６３０７号等が知られており、被測
定面に一定の光線を投封し、その反射光線の乱れ等から
傷の有無を測定していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

被測定試料面の光沢度と傷とを測定しようとするとき、
従来は、それぞれ単独の光沢度測定装置と傷測定装置と
を揃える必要があり、測定時間が長くかかっていた。

また、被測定試料面の同じ位置での光沢度と傷とを定量
評価することは、試料をそれぞれの測定装置に装着する
条件が変わるため、困薙であり、特に、傷があるとその
周りの光沢度の測定値に影響が及び、低目に測定される
欠点があった。

本発明の目的は、１回の試料装着で光沢度と傷の有無と
その大きさとを同時に測定可能で、しかも傷がある場合
その影響を除いた周りの光沢度を表示できる表面状Ｓ測
定装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、光源と、光源に
近接して設置され光を透過するブロックと光を透過しな
いブロックとを少なくとも各１個有するパターンと、パ
ターンを透過した光を被測定試料面に反射させた後にパ
ターンの実像を結像させるレンズと、レンズによるパタ
ーン像の結像面に設置されパターン像の光強度分布を光
電変換する光電変換ユニットと、パターンまたは光電変
換ユニットの少なくとも一方をパターン像の境界線と直
角方向に少なくとも透過ブロックと非透過ブロックの一
組の幅に亙り微小ステップで移動させる摺動機構と、光
電変換ユニットからの変換信号に基づきパターン像の透
過ブロック部と非透過ブロック部との境界を検出し、パ
ターン像の移動に伴う境界の光強度の変化率の各位置に
おける最大値を求め、光強度の変化率の各最大値および
その標準偏差に基づき欠陥の有無およびその大きさ並び
に欠陥部分を除いた表面の光沢度を演算する信号処理部
と、光沢度と欠陥の有無と欠陥がある場合はその大きさ
とを表示する表示ユニットとからなる表面状態測定装置
を提供するものである。

〔作用〕

本発明は、パターンの移動に伴う境界の光強度の変化率
の各位置における最大値を求め、光強度の各最大値およ
びその標準偏差に基づき欠陥の有無およびその大きさ並
びに欠陥部分を除いた表面の光沢度を演算するので、−
回の試料装着で、光沢度を測定しながら傷の有無を判別
可能で、さらに傷の大きさを定量的に知ることができる
。

また、有効面内の光沢度の平均値を出力し、しかも傷が
ある場合はその傷を除いた部分の平均光沢度を出力する
から、微小部分の光沢度を出力する場合と異なり、測定
値の信ぴょう性が高い。

なお、上記摺動機構は、微小ステップではなく、連続ス
キャンしてもよい。

〔実施例〕

第１図は、本発明による表面状態測定装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。図において、１はタング
ステンランプまたはハロゲンランプ等の光源、２はすり
ガラスまたはオパールガラス等の拡散板、３は光を透過
するブロックと透過しないブロックとを少なくとも各１
個有するパターンである。パターン３は、第２図に示す
ように、ガラス基板にクロム蒸着またはアルミ蒸着した
幅０．２ａｍの光非透過部３１と幅０．２閣の光透過部
３２とが、同一ピッチで所定長さに互って交互に繰り返
されているパターンである。このパターン３は、投影レ
ンズ５の光軸に直角方向に前記パターンを所定の微小ス
テップで少なくとも透過ブロックと非透過ブロックの一
組の幅に亙り移動させる摺動機構４上にマウントされて
いる。投影レンズ５は試料面９を介して、イメージセン
サ６上に前記パターン３の像を結像させるレンズである
。

イメージセンサ６は、エリアイメージセンサまたは摺動
式リニアイメージセンサ（リニアイメージセンサを摺動
させエリアイメージセンシング可）またはマルチリニア
イメージセンサ（リニアイメージセンサを複数個配列使
用し疑似エリアイメージセンシング可）を用いる。この
エリアイメージセンサはパターン像の結像面に位置し、
パターン像を光電変換する。７は前記部材１〜６を納め
るケースである。８は被測定試料面９と測定ケース７と
の間隔を一定に保つとともに、相互が動がないように磁
力で固定し、しがも被測定試料面を傷つけにくいプラス
チック磁石層のスペーサである。

被測定試料面９は、自動車用塗膜などである。

イメージセンサ６に生じたアナログ信号は、ローパスフ
ィルタｌＯとアンプ１１とを介して、Ａ／Ｄコンバータ
１２に入力さ九る。’Ａ／Ｄコンバータ１２、は、アン
プ１１の出力信号を、逐次アナログ・ディジタル変換し
、メモリ回路１３にパターン像の光電変換波形を記憶さ
せる。１４は、Ａ／Ｄコシバータ１２．メモリ回路１３
．ディスプレイ１５．モータコントローラ１７等を制御
し、光電変換ユニットからの変換信号に基づき、欠陥の
有無およびその大きさ並びに欠陥部分を除いた表面の光
沢度を演算し、ディスプレイ１５に出力する制御ユニッ
ト、１５はその出力を受けて光沢度、ｕＩＩの有無、傷
の大きさ等を表示するディスプレイ、１６は測定スイッ
チ、１７は図示しないモータを制御して、パターン３を
数μｍ程度のステップで間欠的に往復運動させるモータ
コントローラである。

以上のように構成した本発明表面状態測定装置の動作を
、第５図のフローチャートの流れに沿って次に説明する
。ここでは、投影レンズ５の焦点距離を４０ｍ＋＋ＣＦ
１６程度に絞る）、パターン３から投影レンズ５までの
距離を４８■、投影レンズ５から被測定試料表面９の中
心までの距離を１９０＋ａ、試料表面からエリアイメー
ジセンサ６　　′までの距離を５０ｍｍとし、投影倍率
を５倍と仮定する。

処理Ａニスタンバイ 測定スイッチ１６が投入されると、処理Ｂに移る。

処理Ｂ：イニシャライズ 制御ユニット１４が、モータコントローラ１７に指令し
て、摺動機構４を駆動し、パターン３を図示しないホー
ムポジションｈにセットする。光電変換ユニット６のセ
ンサ素子の位置Ｐ　（ｒ、ｃ）に対応した制御ユニット
１４内のメモリＭ（ｒ。

ｃ、１）、Ｍ　（ｒ、Ｑ、２）に、それぞれセンサ素子
の出力のディジタル値Ｉｄ　（ｒ、ｃ）とＯを記憶する
。

処理Ｃ：終了判断 パターン３が、前記駆動を繰り返し受けた結果、ｈ＋２
０１０μｍに到達したか否かを判定する。

ここでは、測定スイッチ１６が押された直後であるから
、まだその位置に到達せず、次の処理りに移る。

処理Ｄ：撮像 （１）ランプ１から出て拡散波２で均一化された光によ
り照明されたパターン３の透過光が、被測定試料面９で
反射されて、光電変換ユニットのイメージセンサ６のセ
ンサ面に結像する。

（２）光電変換ユニット６は、パターン像を光電変換し
、その各出力素子から電気出力信号Ｉ　（ｒ。

Ｃ）を出力する。

（３）光電変換ユニット６からの信号Ｉ　　（ｒ、ｃ）
をローパスフィルタ１０に通して、ノイズを低減させる
。

（４）ノイズを低減してＳ／Ｎ比（信号／雑音比）を上
げた信号Ｉ　（ｒ、ｃ）をアンプ１１で増幅する。

（５）増幅された信号ｒ　（ｒ、ｃ）をＡ／Ｉ）＋ンバ
ータ１２でディジタル値Ｉｄ　　（ｒ、ｃ）に変換する
。

（６）ディジタル値Ｉｄ　（ｒ、ｃ）を−旦メモリ回路
１３に記憶する。そこで、次の処理Ｅに移る。

処理Ｅ：サーチ 制御ユニット１４は、メモリ回路１３から読み出したデ
ィジタル値Ｉｄ　（ｒ、ｃ）と制御ユニット１４内のメ
モリＭ　（ｒ、　ｃＴ　１）に記憶されている値との差
（絶対値）Ｄ　（ｒ、ｃ）を演算し、メモリＭ　（ｒ、
ｃ、２）の値と比較して、Ｄ　（ｒ、ｃ）＞　（ｒ、ｃ
、２） ならば、 Ｍ（ｒ、ｃ、２）＝Ｄ（ｒ、ｃ） とし、そうでなければ、そのままとする。

処理Ｆ：パターン移動 前記処理Ｅが終わると、制御ユニット１４はモータコン
トローラ１７に摺動機構４を駆動させ、パターン３を現
在位置より＋１０μｍ移動させる。

前記処理Ｃからこの処理Ｆまでの各処理は、処理Ｃにお
いて、パターン３がｈ＋２０１０μｍに到達したと判断
されるまで繰り返される。処理Ｃにおいて、パターン３
がその位置まで到達したことを判定すると、処理Ｇに移
る。

処理Ｇ：計算 Ｄ　（ｒ、ｃ）の平均値りおよびその標準偏差ＳＤ＝　
Σ　　ΣＤ　（ｒ、ｃ）／　（ｍＸｎ）ｒ＝１　　ｃ＝
１ を求め、さらに、ａ準測度Ｕ（ｒ、ｃ）Ｕ　（ｒｔ　ｃ
）＝　（Ｄ　（ｒ、ｃ）　−Ｄ）−／Ｓを計算する。

ここで、Ｄ　（ｒ、ｃ）が正規分布していると仮定する
と、 Ｕ（ｒ、ｃ）≧１．６４５ を満たすＵ（ｒ、、ｃ）は存在確率が１０％以下である
。すなわち、このようなり　（ｒ、ｃ）はいわば異常値
であり、イメージセンサの素子位置Ｐ（ｒ、ｃ）に相当
する被測定試料面にぶつや傷などの欠陥が存在すること
を示している。

第３図のように、傷があると、例えば、ライン１２ｒに
沿った光電変換波形は、第４図に示すようになる。すな
わち、明部に対応するトップ部４３は、傷があると、正
常な部分のトップ部４５の明るさから下がって、波形が
乱れる。しかも暗部に対応するボトム部４１や４４も影
響を受け、正常なボトム部４６のように滑らかにならず
、ナイフェツジ部４２もきれいに立ち上がらない。

この場合は、 Ｕ　（ｒ、ｃ）≧１．６４５ を満たすＰ　（ｒ、ｃ）の行１２ｒの数が５本で、列Ω
Ｃの数が４本であるから、 傷の縦長さＬｙ＝＝　（ｆｆｉｒの数）×縦分解能＝５
Ｘ　（１０μｍ） ２５０μｍ 傷の縦長Ｌｈ＝　（Ｑｃの数）Ｘ横分解能＝４Ｘ（１０
μｍ） ＝４０μｍ の大きさの傷があることになる。

次に、傷がなければ、全体の平均値りを用いて。

光沢度Ｇを Ｇ＝Ｄ　（傷がない場合） とする。一方、傷があれば、その部分のＤ　（ｒ。

Ｃ）を除いて、新たに平均値Ｄａを計算し。

Ｇ＝Ｄａ　（傷がある場合） とする。

処理Ｈ８表示 前段の処理Ｇで得られた結果をディスプレイ１５に表示
する。

イ、傷がない場合、 ａ、ＧＬＯ８Ｓ＝Ｇ＝Ｄ ｂ−ｄ、無表示 口、傷がある場合 ａ、ＧＬＯ５Ｓ＝Ｇ＝Ｄａ ｂ、ＤＥＦＥＣＴ ｃ、ＨＥ　ＩＧＨＴ＝５０μｍ ｄ、ＷＩＤＴＨ＝４０μｍ 本発明は、自動車等の高鏡面光沢を有する塗装表面のぶ
つや傷の有無とその大きさの判別および光沢度の測定の
みならず、鏡面状の金属表面、蒸着膜、磁器・漆器表面
等の傷の有無とその大きさの判別および光沢度の測定に
も利用でき、その応用範囲は広い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下の効果が得られる。

（１）光沢度を測定しながら、傷の有無も判別できる。

（２）傷の大きさを定量的に測定可能である。

（３）有効面内の１点でなく、全体の光沢度の平均値を
出力するから、測定値の信ぴょう性が高い。

特に、傷がある場合は、傷の部分を除いた光沢度が出力
され、意味のある結果が表示される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による表面状態測定装置の一実施例の構
成を示すブロック図、第２図はパターンの一例を示す図
、第３図は光電変換ユニットの出力の一例を示す図、第
４図は第３図Ｑｒ線に沿った出力信号の波形を示す図、
第５図は本発明装置の処理の流れを示すフローチャート
である。 １・・・光源、　　　　　　２・・・拡散板、３・・・
パターン、　　　　４・・・摺動機構、５・・・投影レ
ンズ、　　　６・・・光電変換ユニット。 ９・・・試料表面。 １０・・・ローパスフィルタ、　　１１・・・アンプ、
１２・・・Ａ／Ｄコンバータ、　　１３・・・メモリ回
路、１４・・・制御ユニット、　　１５・・・ディスプ
レイ、１６・・・測定スイッチ、 １７・・・モータコントローラ、 ３１・・・光非透過部、　　３２・・・光透過部、４１
．４４．４６・・・ボトム部、 ４２・・・ナイフェツジ部、 ４３．４５・・・トップ部 Ａ・・・スタンバイ。 Ｂ・・・イニシャライズ、 Ｃ・・・終了判断。 Ｄ・・・撮像、 Ｅ・・・サーチ。 Ｆ・・・パターン移動、 Ｇ・・・計算、 Ｈ・・・表示。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源と、 前記光源に近接して設置され光を透過するブロックと光
   を透過しないブロックとを少なくも各１個有するパター
   ンと、 前記パターンを透過した光を被測定試料面に反射させた
   後に前記パターンの実像を結像させるレンズと、 前記レンズによる前記パターン像の結像面に設置されパ
   ターン像の光強度分布を光電変換する光電変換ユニット
   と、 前記パターンまたは光電変換ユニットの少なくとも一方
   を前記パターン像の境界線と直角方向に少なくとも透過
   ブロックと非透過ブロックの一組の幅に亙り微小ステッ
   プで移動させる摺動機構と前記光電変換ユニットからの
   変換信号に基づき前記パターン像の透過ブロック部と非
   透過ブロック部との境界を検出し、前記パターン像の移
   動に伴う前記境界の光強度の変化率の各位置における最
   大値を求め、前記光強度の変化率の各最大値およびその
   標準偏差に基づき欠陥の有無およびその大きさ並びに欠
   陥部分を除いた表面の光沢度を演算する信号処理部と、 前記光沢度と前記欠陥の有無と欠陥がある場合はその大
   きさとを表示する表示ユニットと からなる表面状態測定装置。