(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査装置を用いて、数値解析により建材の外観色調を検査する方法であって、
建材表面に光を照射して表面の分光画像を撮像する際に、予め準備された観測角度パラメータと照明角度パラメータのなかから、１つ又は複数の所定の組合せを検査条件として選択し、選択した検査条件に応じて撮像した建材表面の分光画像をもとにＬ＊ａ＊ｂ＊に変換して外観色調を算出し、所定の検査基準データと比較照合して、建材の外観色調の合否を判定することを特徴とする、建材外観色調検査方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記検査条件である観測角度パラメータと照明角度パラメータは、検査対象である建材の特徴に応じて、最適な組合せを選択することによって決定されることを特徴とする、建材外観色調検査方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記観測角度パラメータは、建材の施工後の状態を考慮して、人が観測する方向を基準として決定されることを特徴とする、建材外観色調検査方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記照明角度パラメータは、建材の施工後の状態を考慮して、太陽光が照射する方向を基準として決定されることを特徴とする、建材外観色調検査方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記照明角度パラメータは、建材の施工後の状態を考慮して、人工照明が照射する方向を基準として決定されることを特徴とする、建材外観色調検査方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
検査条件である観測角度パラメータと照明角度パラメータの組合せは、建材の品種あるいは品番により決定されることを特徴とする、建材外観色調検査方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
検査条件である観測角度パラメータと照明角度パラメータの組合せは、建材の形状により決定されることを特徴とする、建材外観色調検査方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記検査条件には、前記建材に照射する照明の光源色も更に含んでいることを特徴とする、建材外観色調検査方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
選択された検査条件で撮像された複数の建材の分光画像より算出した外観色調を所定の部位ごとに統計処理し、各部位ごとの色調ばらつきを求め、予め準備された検査基準に照らして合否を判断することを特徴とする、建材外観色調検査方法。
【請求項１０】
観測角度パラメータの可変手段を備えた分光画像撮像装置と、照明角度パラメータの可変手段を備えた照明装置と、前記撮像装置及び前記照明装置に対して建材を相対的に移動させる移動手段と、分光画像記憶手段と、色調演算手段と、色調判定手段とを備えた建材外観色調検査装置であって、
前記観測角度パラメータと照明角度パラメータの組合せを可変させて、前記移動手段により建材を相対的に移動させながら、建材表面の分光画像を取り込み、分光画像をもとにＬ＊ａ＊ｂ＊に変換して外観色調を算出し、所定の検査基準データと比較照合し、建材外観を検査することを特徴とする、建材外観色調検査装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
建材をその上に載置して回転させる回転機構をさらに備えていることを特徴とする、建材外観色調検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建材表面の分光成分を計測して外観色調を求め、外観色調により製品の合否を判定する建材色調検査方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の住宅外装壁材の検査方法としては、検査対象に対し照明方向と観測方向を固定化して、カメラで画像を撮像し、同じ位置の画素を統計的に処理して色調の検査を行うものがある。
【０００３】
この方法によれば、画素の色頻度分布を求めることで、より確実に板物体の測色評価が可能になる。また、測色対象となる板物体が長尺のものや、凹凸表面形状を有するものに対しても有効である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、その被検査物である建材が実際に使用される屋外等では、照明方向、観測方向の違いにより、色むら、光沢の違いなどの欠陥、複数枚並べたときの色のばらつきなどが目立つ場合があるため、被検査物に対する照明方向と観測方向を固定化した上記の方法では、商品の使用状態を考慮した正確な検査が実現できない。
【０００５】
本発明は、かかる問題を解決すべく提案されたものであり、建材が実際に使用される条件に応じて検査条件を変えることができる、建材外観色調の検査方法および検査装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の建材外観色調検査方法では、建材表面に光を照射して表面の分光画像を撮像する際に、予め準備された観測角度パラメータと照明角度パラメータのなかから、１つ又は複数の所定の組合せを検査条件として選択し、選択した検査条件に応じて撮像した建材表面の分光画像をもとにＬ＊ａ＊ｂ＊に変換して外観色調を算出し、所定の検査基準データと比較照合して、建材の外観色調の合否を判定することを特徴とする。
【０００７】
これにより観測角度と照明角度の様々な組合せで検査が可能となり、高精度な外観色調検査が可能となり、正確な合否判定を得ることができる。
【０００８】
請求項２では、請求項１に記載の建材外観色調検査方法において、検査条件である観測角度パラメータと照明角度パラメータは、検査対象である建材の特徴に応じて、最適な組合せを選択することによって決定されることを特徴とする。所定の組合せを選択して検査するため、処理を迅速化できる。
【０００９】
請求項３では、請求項１または２に記載の建材外観色調検査方法における観測角度パラメータが、施工後の状態で人が観測する方向を基準に決定されることを特徴とする。
【００１０】
施工後の建材を実際に人が観測するであろう方向から観測して検査するので、使用状態が考慮され、より現実的な見え方に対する色調の検査が可能となる。
【００１１】
請求項４では、照明角度パラメータが施工後の状態で太陽光が照射する方向を基準に決定されることを特徴としている。
【００１２】
施工後の建材に対して実際に太陽光が照射されるであろう方向から照明照射して検査を行うので、より現実的な照射位置に対する色調の検査が可能となる。
【００１３】
請求項５では、照明角度パラメータが施工後の状態で人工照明が照射する方向を基準に決定されることを特徴とする。
【００１４】
施工後の建材に対して実際に街灯等の人工照明から照射されるであろう方向から照明照射して検査するので、より現実的な照射位置に対する色調の検査が可能となる。
【００１５】
請求項６では、請求項１〜５のいずれかに記載の建材外観色調検査方法における観測角度パラメータと照明角度パラメータの組合せが、建材の品種あるいは品番により決定されることを特徴とする。また、請求項７では、検査条件となる観測角度パラメータと照明角度パラメータの組合せが建材の形状によって、予め最適な条件に決定されることを特徴とする。
【００１６】
この結果、建材の特徴を考慮した検査が可能となる。また、観測角度パラメータと照明角度パラメータを建材の品種や形状毎に取り出せるようにしたデータベースを設けることで、効率的な検査が実現できる。
【００１７】
請求項８では、検査条件として建材に照射する照明の光源色をさらに含んでおり、この照明光源色を選択して検査できるようにしている。
【００１８】
これにより、建材に対して照射される太陽光や人工照明の光源色を考慮することができるので、より現実的な環境で色調の検査が可能となる。
【００１９】
請求項９では、選択された検査条件で撮像された複数の建材の分光画像より算出した外観色調を所定の部位ごとに統計処理し、各部位ごとの色調ばらつきを求め、予め準備された検査基準に照らして合否を判断することを特徴とする。これにより、建材を複数枚施工したときに、色調差が目立つような隣り合う建材の色調のばらつきを検査することができる。
【００２０】
請求項１０に記載の建材外観色調検査装置は、観測角度パラメータの可変手段を備えた分光画像撮像装置と、照明角度パラメータの可変手段を備えた照明装置と、撮像装置及び照明装置に対して建材を相対的に移動させる移動手段と、分光画像記憶手段と、色調演算手段と、色調判定手段とを備えた建材外観色調検査装置であって、観測角度パラメータと照明角度パラメータの組合せを可変させて、前記移動手段により建材を相対的に移動させながら、建材表面の分光画像を取り込み、分光画像をもとにＬ＊ａ＊ｂ＊に変換して外観色調を算出し、所定の検査基準データと比較照合し、建材外観を検査することを特徴としている。
【００２１】
この装置によれば、撮像装置の観測角度と照明装置の照明角度を自由に変化させることができるので、高精度で効率的な色調検査ができる。
【００２２】
請求項１１に記載の建材外観色調検査装置には、建材をその上に載置して回転させる回転機構をさらに備えていることを特徴とする。これにより、あらゆる角度から照明照射、観測ができるようにしている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面とともに説明する。
【００２４】
図１は、本発明の建材外観色調検査装置２０の要部を示す図である。
【００２５】
図において、１は分光カメラで、建材の分光成分を撮像でき、そのための観測角度を変化させることができる。２は照明器具であり、光の照射角度を変化させることができる。また、Ｋは検査対象となる建材である。ここで、対象とする建材Ｋには、外装壁材、屋根材（瓦）、扉、内装壁材など建材として外観色調検査が必要なものを含む。
【００２６】
この図では、検査条件を特定のパラメータで規定するため、建材Ｋの表面中心に向けて、分光カメラ１と照明器具２を向けている。建材Ｋの中心点に立てた垂線を基準として、αｘは垂線に対する観測角度パラメータ（垂直方向）、αｙは観測角度パラメータ（水平方向）であり、この２つのパラメータαｘ、αｙで観測者が位置する観測方向が特定できる。同様に、θｘは垂直方向の照明角度パラメータ、θｙは水平方向の照明角度パラメータであり、これら２つのパラメータによって太陽や街灯などの光源を特定している。
【００２７】
図１に示すように、この装置２０は、分光カメラ１、照明器具２が矢印方向に移動して、観測角度と照明角度をあらゆる角度に変化できる可変手段を備えており、検査対象となる建材Ｋを、図２に示したコンベヤ等で構成された移動手段３で移送しながら、検査条件を変えながら表面の分光画像が撮像できるようになっている。なお、建材Ｋを固定して、分光カメラ１と照明器具２を移動させるようにしてもよい。
【００２８】
また、分光カメラには、対象ライン上を検出して各点ごとの分光スペクトルを画像化して検出するラインセンサータイプや、カラーカメラのように対象面上の領域を複数の波長帯に分けた分光画像で撮像するエリアセンサータイプなどがある。
【００２９】
図１０に、ラインセンサータイプの分光カメラの要部構成例を表わす斜視図を示す。
【００３０】
図１０に示すように、この分光カメラ１は、プリズム１ａと、ＣＣＤ（受光素子）１ｂとを含んで構成される。分光カメラ３では、スリット１ｃを通過した光をプリズム１ａで縦方向に分光させ、分光画像が撮像される。この撮像された分光画像は、たとえば各波長ごとに２５６分割されたもので、ＣＣＤ１ｂの画素に映し出される。
【００３１】
図３は、建材外観色調検査装置２０の内部構成を示す図である。
【００３２】
図３において、４はマイクロコンピュータなどで構成され、各制御部全体を制御する全体制御部、５は分光画像を記憶する分光画像記憶部、６は分光カメラを制御する観測機構制御部、７は照明器具２を制御する照明機構制御部、８は検査対象Ｋを搬送させるための搬送部を制御する被検査物搬送制御部、９は分光画像より色調を算出する色調演算部、１０は色調の良・不良を判定する色調判定部、１１は色調を検査するための検査基準データを記憶させた色調規格データである。
【００３３】
このような装置２０によれば、検査対象である建材Ｋを移動手段３で移送させながら、建材Ｋの全体に対してある角度で色成分を計測することが出来、その際、観測機構制御部６と照明機構制御部７で分光カメラ１と照明器具２を移動させて、第１の検査条件を設定し、検査対象全体に対して色成分を計測する。この計測を検査条件を変えて繰返し、所定の検査条件のすべての組合せ角度で検査対象全体を計測する。
【００３４】
分光カメラ１で取り込んだ分光画像は分光画像記憶部５に記憶され、色調演算部９で分光画像をＬ＊ａ＊ｂ＊（エルスター、エースター、ビースター）に変換し、次に色調判定部１０で、変換した値と、同様の方法で良品の分光画像より求めた色調データまたは規格データ１１とを比較し、製品の色調の良・不良を判定する。
【００３５】
この処理を、同一位置において観測角度パラメータαｘ、αｙと照明角度パラメータθｘ、θｙの１組、又は組合せ角度が異なる所定の検査条件でのすべての分光画像について実施し、判定結果がすべての組合せについて良と判定されたものを良品とする。なお、全組合せではなく所定の割合以上の組合せで合格であれば良品と判定してもよい。
【００３６】
上記検査を実施するための手順として、▲１▼同一位置で検査条件を順次変えて検査する、▲２▼同じ検査条件で位置を変えながら検査する、の２通りがあり、いずれで実施してもよい。しかし、同一位置で観測角度、照明角度を切り換えるのは時間を要するため、検査条件である観測角度、照明角度のパラメータ１組ごとに、建材Ｋの全面について分光画像を検出し記憶しておき、観測角度、照明角度のパラメータを順次変更設定し、すべての検査条件について分光画像の検出を繰返す方（すなわち▲２▼の方）が効率的な検査が実施できる。
【００３７】
このような装置によれば、照明角度をさまざまに変化させて照明を照射した際に、様々な角度から観測した色調の画像データが得られるので、それらを所定の判断基準と照らせれば、見え方の違いで発見しにくい色むらも見つけることができ、高精度な検査が実現できる。
【００３８】
この装置では、評価基準を定量的に分析するため、Ｌ＊ａ＊ｂ＊を用いている。このようなＬ＊ａ＊ｂ＊は、３次元の座標軸で表現される色調の程度を示す尺度であり、明るさを表わすＬ軸、心理的な４原色の赤〜緑、黄〜青をそれぞれ色度軸であるａ軸、ｂ軸で構成される。
【００３９】
光の三原色ＲＧＢでは色の差を数値化しにくく、色調の数値解析に不便であるが、Ｌ＊ａ＊ｂ＊は、このＲＧＢの欠点を除去したものであるため、検査対象の色調と規格データを数値比較するのに向いている。
【００４０】
また、この建材外観色調検査装置２０は、検査する観測角度と照明角度を製品の品種あるいは品番ごとに予め登録した品番検査条件データ部１２を備え、ある製品を検査する場合は、その製品について登録された１種又は複数種の角度条件で検査を行う。
【００４１】
この品種あるいは品番ごとに登録された条件データ１２は、ユーザからの苦情等に基づき設定されデータベース化されたものが使用でき、たとえば図４に示すような一覧表の形式で表わされる。
【００４２】
品種や品番ごとに予め定められた角度の条件で検査をするので、あらゆる角度の検査と異なり短時間で行うことができ、なおかつ、条件は経験則等に基づくものなので検査精度も落ちることがない。
【００４３】
図５は、人が住宅の屋根瓦を観測している図である。また図６（ａ）は、太陽光が住宅の外装壁材に照射している図であり、図６（ｂ）は、街灯の光が外装壁材に照射している図である。
【００４４】
建材に対するユーザの苦情の大半は、実際に建材が施工された状態で発生するため、本実施例に示す検査装置２０では、図５、６のような施工後に考えられる状態と同じ条件で検査を実施している。
【００４５】
太陽光の場合は、時刻ごとの太陽の方向で定まる照明角度と、朝夕で色の違いが生じるため光源色とを考慮して検査し、街灯の場合は、実際の街灯位置と街灯の光源色を考慮して検査する。
【００４６】
また、観測角度は、標準的な人の身長と、人が移動できる範囲とを考慮して設定することができる。
【００４７】
このように、現実に色調欠陥が発見されるであろう観測角度と照明角度を設定することで実質的な検査が行え、事実上無意味な検査を省略することができ、効率的な検査が実現できる。
【００４８】
図７は、表面に凹凸形状を有する建材を示す斜視図である。
【００４９】
外装壁材として使用される建材Ｋの表面は、目地部Ｋ１とトップ部Ｋ２を含んで構成される。各部は表面角度が異なるため、問題となる照明方向、観測方向が異なる場合もあり、色調検査を行うための照明方向と観測方向を様々に組合せて検査する必要がある。したがって、目地部Ｋ１、トップ部Ｋ２やこれらの境界部などの色調の検査基準を、必要に応じて各部位ごとに設定している。
【００５０】
また、規格データすなわち検査基準データは、同装置で良品を検出させ、複数枚の良品の各部位ごとの色調ばらつき（３σ）を求め、これを基準として決定する方法がある。また、同様なタイプの建材の検査基準データを参照して検査基準を決定してもよい。
【００５１】
他の建材外観色調検査装置では、形状別に検査条件データ（不図示）を設けて、考えられる角度条件を予め設定している。また、品番検査条件データと形状別検査条件データの両方を設けて、いずれか一方、あるいは両方を用いて検査してもよい。
【００５２】
これにより、どのような表面形状の建材であっても、高精度で高速な検査が可能となる。
【００５３】
また、検査装置２０は、複数の建材の分光画像より算出した各部位ごとの色調データを統計処理して、各建材の各部位ごとの色調ばらつきを検査している。
【００５４】
具体的には、建材を１枚１枚検査した後に、各建材の各部位を合わせて、各部位ごとに色調データの統計処理をして、色調のばらつきを求める。たとえば、各部位についてばらつきを示す標準偏差（σ）の３σが、各部位の規格データ以内であれば良品として出荷する。
【００５５】
その結果、図８のように通常外装壁材のごとく必ず複数枚を並べて使用するものについても、色調ばらつきが安定し現実的で有効な検査が可能となる。また、図８に示す各枚の隣合わせになる各部位間の色調差も目立ちやすく問題であるが、このような各部位間の色調差も検査が可能となる。
【００５６】
また、図８のように並べたときの色調データを画像表示して、目視で、このばらつき度合いや色むらを確認、検査できるようにしてもよい。
【００５７】
図９は、建材が回転可能な建材外観色調検査装置３０の要部を示す図である。
【００５８】
検査対象Ｋを回転テーブル１３等で構成された回転機構により回転させることで、全方向の検査を可能としている。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明からも理解できるように、請求項１〜９に記載の建材外観色調検査方法、又は請求項１０、１１に記載の建材外観色調検査装置によれば、予め準備された観測角度パラメータと照明角度パラメータのなかから、１つ又は複数の所定の組合せを検査条件として検査しているので、見え方の違いで発見しにくい色むらも見つけることができ、高精度な検査が実現できる。
【００６０】
請求項２の方法によれば、適切な観測角度と照明角度の組合せを、建材の特徴に応じて選択して検査するようにしているので、短時間で効率的な検査が実現できる。
【００６１】
請求項３によれば、建材施工後に人が観測するであろう状態を想定して観測角度を決定し検査するので、より現実的な見え方に対する色調の検査が可能となる。
【００６２】
請求項４では、建材施工後に太陽光が照射されるであろう方向を想定して照明角度を決定し、請求項５では、建材施工後に人工照明から照射される方向を想定して照明角度を決定し検査するので、より現実的な照射位置に対する色調の検査が可能となる。
【００６３】
請求項６によれば、観測角度と照明角度が建材の品種により決定され、これらの検査条件をユーザの苦情等に基づき設定するようにすれば、少ない検査回数で精度の高い検査が実現できる。
【００６４】
請求項７によれば、観測角度と照明角度が建材の形状により決定されるため、表面形状が特殊な建材であっても、予めデータベース等に設定された角度で検査すれば、効率的な検査をすることができる。
【００６５】
請求項８によれば、検査条件には観測角度、照明角度に加えて照明光源色を含んでいるので、朝夕の太陽光の色の差や街灯色の差を個別に考慮した検査が可能となる。
【００６６】
請求項９によれば、複数の建材の各部位ごとの色調データを統計処理して、色調ばらつきを検査しているので、建材を複数枚施工したときに隣り合う建材の色調のばらつきを検査することができる。
【００６７】
請求項１１に記載の記載の建材外観色調検査装置によれば、検査対象である建材を回転可能にしているので、あらゆる角度から照明照射、観測ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建材外観色調検査装置の要部を示し、照明角度と観測角度を説明する図である。
【図２】本発明の建材外観色調検査装置の要部を示す図である。
【図３】本発明の建材外観色調検査装置の内部構成例を示す図である。
【図４】建材品種別の照明角度と観測角度の組合せの一例を示す一覧表である。
【図５】施工後の建材（瓦）を人間が観測する場合の観測角度を示す図である。
【図６】（ａ）施工後の建材（外装壁材）に対する太陽光照射角度を示す図である。
（ｂ）施工後の建材（外装壁材）に対する街灯照明角度を示す図である。
【図７】凹凸形状を有する建材の一例の斜視図である。
【図８】建材を複数枚並べたときの平面図である。
【図９】本発明の色調検査方法を実施するための装置の他例の要部構成を示す図である。
【図１０】ラインセンサータイプの分光カメラの要部構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２０・・建材外観色調検査装置
１・・・分光カメラ
２・・・照明器具
αｘ、αｙ・・観測角度パラメータ
θｘ、θｙ・・照明角度パラメータ
Ｋ・・・建材
３・・・移動手段
【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】
0003653588.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003653588.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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