(57)【要約】【課題】測定対象物の表面の微小な凹凸の状態を評価できる表面微小凹凸評価装置および装置を提供する。【解決手段】投光手段２から測定対象物Ｗの表面Ｗａに対して表面Ｗａの法線Ｘを基準として８３度から８５度の投光角度αで投光し、表面Ｗａで反射された反射光Ｒを受光手段３で、表面Ｗａの法線Ｘを基準として−７３度から−８０度の受光角度βで受光し、受光手段３で受光した反射光Ｒの光強度に基づいて表面Ｗａの微小な凹凸の状態を評価する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光手段から測定対象物の表面に対して所定の投光角度で投光し、前記表面で反射された反射光を受光手段によって所定の受光角度で受光し、該受光手段で受光した反射光の光強度に基づいて前記表面の微小な凹凸の状態を評価する表面微小凹凸評価装置において、
前記投光角度が、前記表面の法線を基準として８３度から８５度の角度範囲内に設定され、
前記受光角度が、前記表面の法線を基準として−７３度から−８０度の角度範囲内に設定されていることを特徴とする表面微小凹凸評価装置。
【請求項２】
前記投光角度が前記表面の法線を基準として８５度の角度に設定され、
前記受光角度が前記表面の法線を基準として−７５度の角度に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の表面微小凹凸評価装置。
【請求項３】
投光手段から測定対象物の表面に対して該表面の法線を基準として８３度から８５度の投光角度で投光し、
前記表面で反射された反射光を受光手段で、前記表面の法線を基準として−７３度から−８０度の受光角度で受光し、
該受光手段で受光した反射光の光強度に基づいて前記表面の微小な凹凸の状態を評価することを特徴とする表面微小凹凸評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の車体等に塗装された塗膜表面の微小な凹凸の状態を評価する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の車体は、複数の塗装工程を経て、ボディ鋼板の上に、電着層、中塗り層、ベース層、クリア層が順番に形成され、最上層であるクリア層の表面が平滑な面形状を形成するように塗装される。
【０００３】
しかしながら、クリア層の下地となるベース層には、粒子の大きさが数十〜数百マイクロメートルからなる顔料が含まれている。従って、ベース層の表面から顔料の粒子の一部が突出した状態でベース層が形成されることがあり、ベース層から突出した粒子に倣って、クリア層の表面に、高さ数百ナノメートル以下、径１マイクロメートル以下の微小な凸部が形成されることがある。
【０００４】
このような微小な凸部が、所定範囲内に所定個数以上集合して形成されると、部分的に粉を吹いたような塗装の仕上がりとなり、外観に影響を与えるおそれがある。そこで、従来は、作業者が目視によって塗膜表面の微小な凹凸の状態を確認し、所定の官能評価基準を満たすか否かを判断していた。
【０００５】
尚、特許文献１には、光源から投光されて被検査表面で反射した光を受光することによって、被検査物表面の緩やかな表面凹凸状の欠陥を検査する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４４６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、作業者の目視による検査では、検査結果に個人差が生ずるおそれがあり、正確性に欠けることは否めず、塗膜表面の品質の安定化を図ることは困難であった。引用文献１に記載された技術は、被検査物表面の緩やかな表面凹凸状の欠陥を検査するものであり、上記したクリア層の表面に形成される微小な凹凸の状態を検査することはできない。しかし、測定対象物の表面の微小な凹凸の状態を評価できるようにすることが要請されていた。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、測定対象物の表面の微小な凹凸の状態を評価できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の表面微小凹凸評価装置は、投光手段から測定対象物の表面に対して所定の投光角度で投光し、表面で反射された反射光を受光手段によって所定の受光角度で受光し、受光手段で受光した反射光の光強度に基づいて表面の微小な凹凸の状態を評価する表面微小凹凸評価装置において、投光角度が、表面の法線を基準として８３度から８５度の角度範囲内に設定され、受光角度が、表面の法線を基準として−７３度から−８０度の角度範囲内に設定されていることを特徴としている。
【００１０】
特に、投光角度が８５度の角度に設定され、受光角度が−７５度の角度に設定されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の表面微小凹凸評価方法によれば、投光手段から測定対象物の表面に対して表面の法線を基準として８３度から８５度の投光角度で投光し、表面で反射された反射光を受光手段で、表面の法線を基準として−７３度から−８０度の受光角度で受光し、受光手段で受光した反射光の光強度に基づいて表面の微小な凹凸の状態を評価することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定対象物の表面に対して表面の法線を基準として８３度から８５度の投光角度で投光し、反射光を表面の法線を基準として−７３度から−８０度の受光角度で受光することによって、反射光の光強度と表面の微小な凹凸の状態との間に一定の相関関係を得ることができ、受光手段で受光した反射光の光強度が強くなるに応じて表面の単位面積当たりにおける微小な凹凸の数量が増大し、また、反射光の光強度が弱くなるに応じて凹凸の数量が減少すると判断することができる。従って、受光手段で受光した反射光の光強度に基づいて表面の微小な凹凸の状態を正確かつ客観的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に係わる表面微小凹凸評価装置の構成を説明する図。
【図２】本実施の形態に係わる投光角度と受光角度を幾何学的に示す図。
【図３】実験１の結果を示す表。
【図４】実験２の結果を示す表。
【図５】実験３の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態について図１および図２を用いて以下に説明する。
図１は、本実施の形態に係わる表面微小凹凸評価装置の構成を示す図、図２は、投光角度と受光角度を幾何学的に示す図である。
【００１５】
表面微小凹凸評価装置１は、作業者が片手で持ち運びして使用可能なハンディタイプの大きさを有しており、図１に示すように、ケース本体１１内に、投光手段２、受光手段３、制御手段４、表示手段５等の内部機器が一体に組み込まれて構成されている。
【００１６】
ケース本体１１は、略一定の厚さ幅を有して起立する立方体形状を有しており、略扁平横長の矩形状をなす底面１１ａを有している。
【００１７】
底面１１ａの略中央位置には開口部１２が形成されており、底面１１ａを測定対象物Ｗの表面Ｗａに接面させた際に、投光手段２からの光を開口部１２に通過させて測定対象物Ｗの表面Ｗａに投光させ、また、その反射光Ｒを開口部１２に通過させて受光手段３に受光させることができるようになっている。
【００１８】
投光手段２と受光手段３は、図示していないバッテリから電源の供給を受けることによってそれぞれ駆動され、投光手段２から測定対象物Ｗの表面Ｗａに対して所定の投光角度αで投光し、表面Ｗａで反射された反射光Ｒを受光手段３によって所定の受光角度βで受光する構成を有している。
【００１９】
投光手段２の投光角度αは、図２に示すように、測定対象物Ｗの表面Ｗａの法線Ｘを基準として８３度から８５度の角度範囲に設定され、受光手段３の受光角度は、法線Ｘを基準として−７３度から−８０度の角度範囲に設定されている。
【００２０】
本実施の形態では、投光手段２と受光手段３は、図１に示すように、ケース本体１１の下部で互いに離間して対向する位置に配置されており、投光角度αは、開口部１２のほぼ中央で底面１１ａの法線方向に沿った基準線ｘ１を基準として、ケース本体１１の左側（プラス側）に８３度から８５度だけ傾斜した角度範囲に設定され、受光角度βは、基準線ｘ１を基準として、ケース本体１１の右側（マイナス側）に７３度から８０度だけ傾斜した角度範囲に設定されている。
【００２１】
制御手段４は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成されており、プログラムの実行によって、受光手段により受光した反射光Ｒの光強度を演算し、その演算した光強度に基づいて表面Ｗａの微小な凹凸の状態を評価し、その評価結果を表示手段５に表示させる等の種々の制御を行う。
【００２２】
表示手段５は、ケース本体１１の上部に設けられており、制御手段４の評価結果を表示する。本実施の形態では、高さ数百ナノメートル以下、径１マイクロメートル以下の微小な凸部が表面Ｗａに形成された状態を「チカ」と称し、予め目視評価によって設定したチカランクのいずれに相当するかを、評価結果として表示手段５に表示するようになっている。
【００２３】
チカランクは、表面Ｗａの単位面積当たりにおける微小な凸部の数量が増大するに応じてランクが大きくなり、微小な凹凸なしとされるチカランク０から、微小な凹凸の数量が所定値以上の劣悪なチカランク１０までランク付けされている。
【００２４】
チカランクと光強度との関係は、予め実験等によって求められ、データマップとして制御手段４のＲＯＭ等に格納されている。制御手段は、受光手段３によって受光した反射光Ｒの光強度に基づいてチカランクを選択し、表示手段５は、その選択されたチカランクを評価結果として表示する。
【００２５】
上記構成を有する表面微小凹凸評価装置１を用いて測定対象物Ｗの表面Ｗａの微小な凹凸の状態を評価するには、ケース本体１１の底面１１ａを測定対象物Ｗの表面Ｗａに接面させた状態で、投光手段２から投光を行わせ、受光手段３により反射光Ｒを受光させる。
【００２６】
制御手段４は、反射光Ｒの光強度を演算し、その光強度を用いて制御手段４に記憶されているデータマップを参照し、該当するチカランクを選択する。そして、その選択したチカランクを、評価結果として表示手段５によって表示させる。従って、表面Ｗａの微小な凹凸の状態を正確且つ客観的に評価することができる。
【００２７】
［実験１］
実験１では、チカランク０〜１０に相当する塗板を試料としてそれぞれ用意し、各塗板に対して、α＝８５度、β＝−７５度の場合における反射光Ｒの光強度を測定した。また、比較例として、α＝β＝２０度（比較例１）、α＝β＝６０度（比較例２）、α＝β＝８５度（比較例３）についても、それぞれ測定した。尚、各塗板は、自動車のボディ鋼板の上に塗装を施した車体部材と同一の塗板を用意した。
【００２８】
比較例１〜３については、市販の計測装置（ｍｉｃｒｏ−ＴＲＩ−ｇｌｏｓｓ：ＢＹＫ社製）を用いて測定を行った。そして、実験１（α＝８５度、β＝−７５度の場合）については、上記した計測装置の投光手段と同一の構成を有するものを使用し、反射光Ｒの光強度は、ゴニオメータ（ＧＣＭＳ−４：村上色彩技術研究所製）を使用して測定した。尚、測定範囲は、実験１および比較例１〜３のいずれについても、５×３８ミリメートルに設定した。
【００２９】
屈折率が既知で、投光角度αが固定される場合、試料の光沢度は、下式（１）のフレネルの式に従い決定される。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
試料の屈折率は、ｎ≒１．５２０であり、受光角度β＝８５度とした場合、理論上の光沢度は、９９．２となる。ゴニオメータでα＝β＝８５度の光反射率（Ａ）を測定し、その後、任意の受光角度での光反射率（Ｂ）を測定する。そして、光反射率（Ａ）の光沢度９９．２に対して、光反射率（Ｂ）の強度に対する光沢度を比で求める。従って、知りたい光沢度を求める式は、（Ｂ）×９９．２／（Ａ）となる。
【００３２】
図３は、実験１の結果を示す表である。比較例１〜３の場合、図３に示すように、反射光Ｒの光強度とチカランクとの間に相関関係はなく、反射光Ｒの光強度を測定しても表面Ｗａの微小な凹凸の状態を判断することはできない。
【００３３】
一方、実験１では、チカランクが大きくなるに応じて、受光手段３で受光する反射光Ｒの光強度が強くなるという一定の相関関係を得ることができた。従って、反射光Ｒの光強度を測定することによって、表面Ｗａの微小な凹凸の状態を判断することができ、受光手段３で受光する反射光Ｒの光強度が強くなるに応じて表面Ｗａの単位面積当たりにおける微小な凹凸の数量が増大し、また、反射光Ｒの光強度が弱くなるに応じて凹凸の数量が減少すると判断できる。
【００３４】
［実験２］
次に、反射光Ｒの光強度に基づいて表面Ｗａの微小な凹凸の状態を正確に評価可能な投光角度αと受光角度βの範囲を測定する実験を行った。試料には、上記したチカランク１０の塗板を使用し、投光角度αと受光角度βを種々変更して、チカランクと相関がある結果を得られたか否かに基づいて使用可能範囲を決定した。
【００３５】
図４は、実験２の結果を示す表である。実験２の結果、投光角度αが８３度から８５度で且つ受光角度βが−７３度から−８０度の範囲において、チカランクとの間に一定の相関関係を得ることができることが判明した。そして、これらの角度条件の中でチカランクと最も高い相関関係が得られる角度として、投光角度αが８５度、受光角度βが−７５度であることが判った。
【００３６】
［実験３］
次に、試料として上記したチカランク１、５、１０の塗板を用意し、各試料に対して、投光手段２の投光角度αを８５度に固定し、受光手段３の受光角度βを−４０度から−８２度付近まで変化させて、各受光角度βにおける反射光Ｒの光強度を計測した。
【００３７】
図５は、実験３の結果を示すグラフであり、図５（ａ）は、全体を示すグラフ、図５（ｂ）は、図５（ａ）の一部を拡大して示すグラフである。図５（ａ）に示すように、受光角度βが−４０度から−７０度付近のように小さい場合（正反射角度である−８５度から大きく離れている場合）には、反射光Ｒの光強度が弱すぎて、各チカランクの間には互いに差がない。
【００３８】
一方、受光角度βが−８０度を超えるように大きい場合（正反射角度である−８５度に接近した場合）には、反射光Ｒの光強度が強すぎて、各チカランクの間には互いに差がない。
【００３９】
そして、受光角度βが−７５度近辺の場合には、各チカランクの間に互いに大きな光強度の差があり、反射光Ｒの光強度に基づいて適切なチカランクを正確に選択することができる。従って、測定対象物Ｗの表面Ｗａにおける微小な凹凸の状態を正確且つ客観的に評価することができる。
【００４０】
上記した本発明の表面微小凹凸評価装置１および方法によれば、測定対象物Ｗの表面Ｗａに対して表面Ｗａの法線Ｘを基準として８３度から８５度の投光角度αで投光し、反射光Ｒを表面Ｗａの法線Ｘを基準として−７３度から−８０度の受光角度βで受光するので、反射光Ｒの光強度と表面Ｗａの微小な凹凸の状態との間に一定の相関関係を得ることができる。
【００４１】
従って、受光手段３で受光した反射光Ｒの光強度が強くなるに応じて表面Ｗａの単位面積当たりにおける微小な凹凸の数量が増大し、また、反射光Ｒの光強度が弱くなるに応じて凹凸の数量が減少すると判断することができる。従って、受光手段３で受光した反射光Ｒの光強度に基づいて測定対象物Ｗの表面Ｗａにおける微小な凹凸の状態を正確かつ客観的に評価することができる。
【００４２】
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上述の実施の形態では、表面微小凹凸評価装置１がハンディタイプの持ち運び可能な構成を有する場合について説明したが、自動車組立ラインに設置した構成のものに適用してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  表面微小凹凸評価装置
２  投光手段
３  受光手段
４  制御手段
５  表示手段
Ｘ  法線
Ｗ  測定対象物
Ｗａ  表面
α  投光角度
β  受光角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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