JPS6344164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、塗料層の層厚の時間的な変化量を
測定する装置に関する。

塗料層の層厚の変化量は、溶剤の塗料層外への
離脱状況および塗料層内の物質の構造変化に関連
する。したがつて塗料層の層厚の変化量の測定
は、塗膜の性質や塗装の作業条件を定めるために
必須である。

ところで、従来、塗料層の層厚変化量測定装置
として、種々のものが提供されているが、これら
は未だ十分な性能を持つているとはいえない。

たとえば、塗料層表面に直接接触してその層厚
を測定する装置は、被塗物の表面が平滑でかつ十
分に固化していなければならないので、汎用性が
なく、また測定時に接触圧力を一定にしなければ
ならないので面倒であり、しかも塗料層の測定箇
所が接触により破壊されるという欠点がある。即
ちこの種の装置は、未だ十分に固化していない塗
料層の層厚の変化を時々刻々時系列的に迅速かつ
正確に測定できないという欠点がある。また、塗
料層の層厚変化に影響を与える空気流の速度、温
度、湿度等のパラメータを設定する装置を備えて
いないために、実塗装作業条件と同じ空気流の条
件の下で塗料層の層厚変化、つまり塗膜の変化・
挙動を測定することができないという欠点があつ
た。

この発明は、上記のような欠点を排除して、未
だ固化しないような液層の厚み変化を連続的に、
光学的非接触の手法で測定するものであり、塗料
層厚みが変化するのに応じ、半透明鏡と全反射鏡
との空間キヨリは一定であるのに対し、該半透明
鏡と塗料層表面との空間的距離は変化するので、
これら２光を先の半透明鏡で合成すれば２光の間
の干渉により、干渉縞が生じる現象を利用して塗
料層厚みの変化を計測するものである。

又この発明は、このような干渉光が特に塗料層
表面など不十分な光反射性を有する表面では、微
弱で不安定であるのでこれを簡便且つ確実に観測
するものである。

さらに又、この発明は塗料層の層厚変化の測定
がその塗料層のおかれる環境条件たとえば、空気
流速度、温度、湿度あるいは空気に替る各種ガス
などに対応する必要性に観みこの塗料層のおかれ
る環境を種々変化できる機構を附与するものであ
る。

本発明は、塗料層の表面に対する略垂直線上に
干渉性の良好な光を発する光源、たとえばレーザ
光と、該光源からの光束を平行で且つ適切な光束
径とする光学系、たとえばコリメーターを設け、
この光束を半透明鏡で分割し、一方を塗料層面で
反射せしめ、他方を全反射鏡で反射せしめてこれ
を再び上記該半透明鏡により合成することにより
光波干渉を生じせしめ、該光波干渉縞を受光する
撮像管を設け、該撮像管によつて得られる映像を
陰極線管上に形成し、該陰極線管画像面上に光電
素子を設けることにより、陰極線管上に現われた
光干渉縞の移動を検知して層厚変化を計測すると
共に、塗料層のおかれる環境条件を種々に制御す
る機構を設け上記該半透明鏡と該全反射鏡と塗料
層を含む機構を該環境条件、たとえば空気流速
度、温度、湿度あるいは空気に替る各種ガスなど
のもとで塗料層の層厚変化を計測する装置を新規
に提供するものである。

以下、この発明を図示の実施例により詳細に説
明する。この実施例は本測定装置の具体的な一実
施態様を示すもので、実施例のすべての部分が構
成されなければ本発明が実施できないものではな
い。

第１図において、１は試料台、２は該試料台１
上に置かれた被塗物１４上に塗装された塗料層で
ある。上記塗料層２の表面に対する略垂直線上に
は、上方より順次レーザ光源３、コリメータ７、
及び半透明鏡１０を配列している。このコリメー
タ７によりレーザ光源３より発射されたレーザビ
ーム１１のノイズ成分を除去し、直径５〜９mmの
平行光束を得るようにしている。この該コリメー
タ７を装備するかわりに、図示しないが、単レン
ズ、ピンホールを設けて、レーザビームを直径５
〜９mmの平行光束にしてもよい。上記半透明鏡１
０は、上記垂直線すなわち光軸に対して略45゜傾
斜させて、上記コリメーターからのレーザ・ビー
ム一部を通過させて、塗料層２の表面に略直径５
〜９mmで照射する一方、他の一部のレーザ・ビー
ムを上記垂直線に対する直交方向に反射するよう
にしている。

一方、上記半透明鏡１０を挾んで上記垂直線に
対する直交方向両側には、全反射鏡１２とレシー
バ１３を設けている。上記全反射鏡１２は上記半
透明鏡１０からの反射光を再び同一方向に再反射
させるようになつている。

また上記レシーバ１３は、上記全反射鏡１２か
らの反射光および塗料層２表面からの反射光を半
透明鏡１０を介して受光するようになつている。
すなわち、全反射鏡１２からの反射光は半透明鏡
１０を通過してレシーバ１３に至り、塗料層２の
表面からの反射光は半透明鏡１０により再反射さ
れてレシーバ１３に至るようになつている。

上記レシーバ１３は受光部としてたとえば本実
施例では、撮像管２１を用いている。この場合、
撮像管２１によつて干渉縞を拡大撮像して、陰極
線管上に写し出す。該陰極線管２２の画面２２ａ
上にフオートトランジスター等の光電素子又は光
電管２３を取り付け、上記画面２２ａの一点の光
強度を電気信号に変換して第２図に示すようにア
ンプリフアイヤ２４に出力することができる。即
ちアンプリフアイヤ２４によつて上記電気信号を
増巾して出力し、その出力波形を記録計２５で第
３図に示す如く記録するようにしている。

一方、上記半透明鏡１０、全反射鏡１２および
試料台１は第１図に示すようにチヤンバー３１内
に収納して外気と分離する。上記チヤンバー３１
のコリメーター７と半透明鏡１０との間の部分お
よび半透明鏡１０とレシーバ１３との間の部分に
は、夫々、ガラス３２，３３を設けて、コリメー
タ７からのレーザビームがガラス３２を通つて半
透明鏡１０に至ることができ、半透明鏡１０から
のレーザビームガラス３３を通つてレシーバ１３
に至ることができるようになつている。上記チヤ
ンバー３１の具体的構成例を第４図、第５図に示
す。

また、上記半透明鏡１０、全反射鏡１２、試料
台１およびレシーバ１３を含む平面と直交する方
向には、チヤンバー３１内に上記平面と直交する
方向に所定状態の空気流を発生させる装置の一例
を構成する恒温恒湿室３５を設ける。上記恒温恒
湿室３５は、図示しないが、ヒータ、冷媒コイ
ル、加湿器等を備えて、その室内の温度および湿
度を自在に制御できるようになつている。また、
上記恒温恒湿室３５には、第６図に示すように送
風機３６を備えていて、送風機３６は恒温恒湿室
３５内の空気をダクト３７およびフイルター３８
を通して、チヤンバー３１内に送つて、チヤンバ
ー３１内に上記平面と直交する方向の空気流を発
生させ得るようになつている。上記フイルター３
８は、ゴミ等を除去するためのものである。

また、上記チヤンバー３１内には、第６図に示
すように、チヤンバー３１内の風速、風温、湿度
を夫々検出する風速センサー４１、風温センサー
４２、湿度センサー４３を設けると共に、塗料層
の温度を検出するサンプル温度センサー４４を設
ける。上記各該センサからの出力信号は、信号調
整器４９を介して制御装置５３に入力してチヤン
バ内の実際の風温、風速湿度と目標の風温風速湿
度を比較させ、恒温恒湿３５の空気状態を制御し
てチヤンバ３１内の風温、風速、湿度を目標値に
制御するようにしている。又各該センサからの出
力は、信号調整器４９を介して記録計５２に入力
して、チヤンバ内の空気流の風速、温度、湿度を
記録するようにしている。又サンプル温度センサ
４４の出力は信号調整器４９を介して記録計に入
力して、塗料層の温度を記録させるようにしてい
る。

上記構成の層厚変化量測定装置において、ま
ず、測定すべき塗料に対する環境、つまり空気流
の風速、温度、湿度を設定して、制御装置５３に
よつて恒温恒湿室３５および送風機３６を上記の
如く制御して、チヤンバー３１内の空気流の風
速、温度、湿度を設定値に制御する。

次いで測定すべき塗料２を塗布した塗布板をチ
ヤンバー３１内の試料台１にセツトし、レーザ光
源３からレーザビーム１１を発射する。このレー
ザビーム１１はコリメータ７により、ノイズが除
去され、５〜９m/mの直径の平行光束にされて、
ガラス３２を通つて半透明鏡１０に至る。

この半透明鏡１０は、上記レーザビームの一部
を通過させて、その平行光速により塗料層２の表
面の直径５〜９mmの範囲を照射する一方、他の一
部のレーザビームを反射して全反射鏡１２に至ら
せる。上記全反射鏡１２から反射されたレーザビ
ームは光路Ｘを通り、すなわち半透明鏡１０を通
過し、ガラス３３を通つてレシーバ１３に至る。
一方、塗料層２の表面から反射されたレーザビー
ムは、光路Ｙを通つて、すなわち半透明鏡１０に
より再反射されてレシーバ１３に至る。

上記レシーバ１３には撮像管２１を設けており
該撮像管２１に、光路Ｘを通つてくるレーザビー
ムと、光路Ｙを通つてくるレーザビームとにより
干渉縞が形成される。この干渉縞は両光路Ｘ，Ｙ
の光路差により生じる。そして、この干渉縞は、
光路Ｘ，Ｙを通るレーザ光のノイズ成分がすでに
前記光学的処理によつて除去されているので、塗
料層２の表面からの反射されたレーザビームを用
いても相当に明瞭である。さらに、チヤンバー３
１内の空気流は半透明鏡１０、全反射鏡１２、塗
料台１を含む平面と直交する方向に流れているの
で、上記光路ＸとＹとは空気流に対して直交し
て、同じ空気流の条件におかれており、光路差を
検出する上で悪影響を与えることが少なくて、明
確に干渉縞を形成でき、また半透明鏡１０が空気
流に最小抵抗を与える姿勢になつているので、空
気流を阻害することが少なくチヤンバー３１内の
空気流の速度を均一にすることができる。このよ
うに外気の影響を少なくして所定の空気流を塗料
層に与えるためのチヤンバー３１には、最小限必
要な光学系すなわち半透明鏡１０、塗料層および
全反射鏡１２のみを収納したので、他の光学系た
とえばコリメーターにひずみやずれ等を生じさせ
ることがなく、したがつて光学系全体をチヤンバ
ー３１内に入れた場合に比べて明確な干渉縞を形
成することができる。

このようにして生じる干渉縞を撮像管２１によ
つて拡大撮像して陰極線管２２の画面２２ａ上に
写し出す。この拡大して写し出された干渉縞は、
塗料層２の乾燥等により層厚変化に応じて移動す
る。一方、光電素子２３で上記画面２２ａ上の一
点の光強度を電気信号に変換し、この電気信号を
第２図に示すアンプリフアイヤ２４で増巾して、
記録計２５に入力して、光電素子２３の出力波形
を第３図に示すように記録させる。この第３図か
ら、光電素子２３に対向する陰極線管２２の画面
２２ａ上の一点の明暗の時間的変化が分かる。し
たがつて、時間当りの上記出力波形のピーク数、
つまり時間当りの干渉縞の移動数を算出して、塗
料層の層厚変化量を算出する。なお、第３図に示
す出力波形において、領域Ａは干渉縞の測定直後
であつて、塗料層の層厚が急激に変化する状態を
示し、領域Ｂは測定を終了する間際であつて、塗
料の層厚が緩やかに変化する状態を示す。

第７図は、チヤンバー３１内の空気流の温度を
27℃に保つて、風速を変化させた場合における同
一塗料の層厚変化量を示すグラフである。これよ
り、各風速における塗料膜の変化、挙動が分か
る。

上記実施例は、干渉縞を撮像管により拡大撮像
して陰極線管画面上に写し出し、該陰極線管画面
上の一点に取り付けた光電素子により、該陰極線
管画面上の干渉縞の光強度を電気信号に変えて、
該電気信号の出力波形により干渉縞の移動数を計
数して塗料層の層厚変化量を測定するようにして
いるので、簡単、安価に、たとえレシーバ上に形
成される干渉縞が微弱微小なものであつても、塗
料層の層厚変化量を迅速、確実に測定でき、した
がつて、光路の機器の位置調整を不要にできて、
塗膜を形成した直後から塗料層の層厚変化を計測
でき、さらに塗料層表面での溶剤蒸気や空気対流
等による干渉縞のゆらぎに対する許容性をも増し
得て溶剤蒸気や乾燥空気流の存在のもとで塗料量
の層厚変化量をより一層確実に測定できる。

上記実施例では、チヤンバー内に所定状態の空
気流を発生させる装置は、風速、温度および湿度
を制御できるものであつたが、風速および温度の
みを制御できるものであつてもよく、また風速の
みを制御できるものであつても良い。また、上記
実施例では、レシーバに形成した干渉縞の移動数
を撮像管、陰極線管、光電素子、記録計を利用し
て計数するようにしたが、マイクロコンピユータ
を用いたデータ処理装置によつて自動的に干渉縞
の移動数を計数して、自動的に層厚変化量を表示
するようにしてもよい。また、レシーバに形成し
た干渉縞を拡大撮像して、その移動数を直接、目
視で計数して層厚変化量を算出するようにしても
よい。又レシーバ内にフオートダイオードアレイ
を設け、形成した干渉縞の明暗をフオートダイオ
ードアレイで検出するようにしてもよい。

以上の説明で明らかな如く、この発明の塗料層
の層厚変化量測定装置は塗料層の表面に干渉性の
良好な光を反射させ、半透明鏡と全反射鏡により
光波干渉を生じせしめ、該干渉縞の移動を測定し
て、塗料層の層厚変化量を測定するようにしてい
るので、塗料層を破壊せずに、しかも時系列的に
正確かつ簡単迅速に測定することができる。ま
た、この発明は、干渉縞を二次元イメージセンサ
である撮像管により検出し、干渉縞像をCRT上
に表示し、CRT面上に光電素子を設けているの
で、干渉縞の二次元像の観察が容易になり、
CRTの輝度、コントラスト等の調整により干渉
縞の認識がしやすくなる。

また、この発明の塗料層の層厚の変化量測定装
置において、上記透明鏡、全反射鏡および試料台
を収納するチヤンバーを設けると共に、上記チヤ
ンバー内において、上記垂直線、全反射鏡および
レシーバを含む平面と直交する方向に、所定状態
の空気流を発生させる装置を設ければ、塗料層に
対する空気流の風速、温度、湿度等の状態を任意
に設定でき、しかも上記チヤンバーは半透明鏡、
塗料層およ全反射鏡の必要最小限の光学系しか収
納していないことになり、コリメーター等他の光
学系にひずみやずれを生じさせることがなく明確
な干渉縞を形成することができ、しかも上記空気
流は上記平面と直交するようになつているので塗
料層からの反射光の光路と、全反射鏡からの反射
光の光路とは空気流に対して同一条件にできるの
で、光路差を正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る塗料層の層
厚変化量測定装置の模式図、第２図、第６図は
夫々ブロツク図、第３図は記録計に表示された光
電素子の出力を表わす曲線、第４図、第５図は
夫々第１図に示した装置の具体的構成を示す部分
図と全体図、第７図は風速を変化させた場合の塗
料層の層厚の減少を示す特性図である。 １…試料台、２…塗料層、３…レーザ光源、７
…コリメータ、１０…半透明鏡、１２…全反射
鏡、１３…レシーバー、３１…チヤンバー、３５
…恒温恒湿室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 塗料層の表面に対する略垂直線上に干渉性の
   良好な光を発する光源と該光源光を平行で且つ適
   切な光束径とする光学系を設け、この光束を半透
   明鏡で分割し、一方を塗料層面で反射せしめ、他
   方を全反射鏡で反射せしめてこれを再び上記該半
   透明鏡により合成して両光に光波干渉を生じせし
   めることにより、塗料層厚の変化を光波干渉の変
   化として測定する塗料層の層厚変化量測定装置に
   おいて、 上記半透明鏡により合成された光を受光する撮
   像管と、 上記撮像管によつて得られる映像を表示する陰
   極線管と、 上記陰極線管の画面上に設けた光電素子とを備
   えて、上記陰極線管の画面上に現われた光干渉縞
   の移動を光電素子で検知して層厚変化を計測する
   ことを特徴とする塗料層の層厚変化量測定装置。 ２ 上記特許請求の範囲第１項に記載の塗料層の
   層厚変化量測定装置において、 上記半透明鏡と全反射鏡と塗料層を同一環境条
   件下におくチヤンバーと、上記チヤンバー内の環
   境条件を種々制御する機構とを備えた塗料層の層
   厚変化量測定装置。