(57)【要約】  測定対象からの電磁波反射強度の基に、各種パラメータを非接触方式により、精度良く測定可能な測定装置およびその関連技術を提供する。測定対象に対する非接触式の測定装置であって、電磁波が照射された測定対象からの電磁波反射強度を測定する検出器と、測定対象からの距離を計測する距離計と、測定対象と測定装置との正対からのずれ角度を計測するずれ角度計測機構と、を含む、測定装置およびその関連技術を提供する。
2019131840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に対する非接触式の測定装置であって、
電磁波が照射された測定対象からの電磁波反射強度を測定する検出器と、
測定対象からの距離を計測する距離計と、
測定対象と測定装置との正対からのずれ角度を計測するずれ角度計測機構と、
を含む、測定装置。
【請求項２】
測定対象に対して電磁波を照射する発振部を更に含む、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記発振部が、温度調節機能付きレーザーダイオードである、請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記発振部から照射される電磁波の一部を取り出し、前記検出器とは別の検出器にて前記発振部の出力変動を監視する、請求項２または３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記ずれ角度計測機構では、前記距離計により計測された距離に基づき、ずれ角度を演算する、請求項１〜４のいずれかに記載の測定装置。
【請求項６】
可搬型である、請求項１〜５のいずれかに記載の測定装置。
【請求項７】
さらに、偏光フィルターを有する、請求項１〜６のいずれかに記載の測定装置。
【請求項８】
前記電磁波は非可視光であり、前記距離計からは可視光が照射される、請求項１〜７のいずれかに記載の測定装置。
【請求項９】
前記距離計を複数有する、請求項１〜８のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１０】
測定対象に対して電磁波を照射する発振部を更に含み、
前記距離計はいずれも同一平面上にて前記発振部からの距離を等しくして配置され、かつ、前記発振部は前記距離計の位置の重心に配置された、請求項９に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記電磁波の波長範囲は７８０ｎｍを超え且つ３，０００μｍ以下である、請求項１〜１０のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１２】
さらに、測定対象からの電磁波反射強度と、測定対象からの距離と、測定対象と装置との正対からのずれ角度とから、測定対象の厚さを演算する演算機構を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１３】
さらに、測定対象からの電磁波反射強度と、測定対象からの距離と、測定対象と装置との正対からのずれ角度から、測定対象の濃度を演算する演算機構を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の測定装置を用いて測定対象の厚さを測定する、測定方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の測定装置を用いて測定対象の濃度を測定する、測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、船舶等の大型鋼構造物に塗装された塗膜の膜厚測定は、ウェット塗膜に対してはウェットゲージ、乾燥塗膜に対しては電磁膜厚計が用いられており、いずれも接触方式による測定方法である。一方、非接触方式の測定方法としては、赤外線を用いることが知られているが、例えば、特許文献１に記載されているように、測定対象との距離と角度を一定にすることができる生産ラインに膜厚測定装置を固定し、製造物の検査等にのみ利用されている。【０００３】
また、特許文献２には、赤外線反射強度を用いた塗膜の膜厚測定装置および測定方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２４２３７５号公報
【特許文献２】特開２０１６−１７１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の船舶内部のような複雑な形状を有する大型鋼構造物に塗装された塗膜を測定対象とする場合、現行の接触方式による測定では、高所での危険な作業が必要となる上、作業のための足場を組むことによる経済的な不利益がある。そのため、非接触方式の測定方法の開発が望まれている。また、上記以外の場合であっても、測定対象に対して損傷を与えるおそれのない非接触方式が好ましい。【０００６】
その一方、電磁波の一種である赤外線を用いた膜厚測定方法において、検出できる赤外線反射強度は、測定対象からの距離や測定対象に対する正対からのずれ角度の影響を受ける。従来の赤外線膜厚測定方法では、この影響が考慮されていない。【０００７】
本発明は、測定対象からの電磁波反射強度を基に、各種パラメータを非接触方式により精度良く測定可能な測定装置、およびその関連技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、
測定対象に対する非接触式の測定装置であって、
電磁波が照射された測定対象からの電磁波反射強度を測定する検出器と、
測定対象からの距離を計測する距離計と、
測定対象と測定装置との正対からのずれ角度を計測するずれ角度計測機構と、
を含む、測定装置である。【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の態様であって、
測定対象に対して電磁波を照射する発振部を更に含む。【００１０】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の態様であって、
前記発振部が、温度調節機能付きレーザーダイオードである。【００１１】
本発明の第４の態様は、第２または第３の態様に記載の態様であって、
前記発振部から照射される電磁波の一部を取り出し、前記検出器とは別の検出器にて前記発振部の出力変動を監視する。【００１２】
本発明の第５の態様は、第１〜第４のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記ずれ角度計測機構では、前記距離計により計測された距離に基づき、ずれ角度を演算する。【００１３】
本発明の第６の態様は、第１〜第５のいずれかの態様に記載の態様であって、
可搬型である。【００１４】
本発明の第７の態様は、第１〜第６のいずれかの態様に記載の態様であって、
さらに、偏光フィルターを有する。【００１５】
本発明の第８の態様は、第１〜第７のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記電磁波は非可視光であり、前記距離計からは可視光が照射される。【００１６】
本発明の第９の態様は、第１〜第８のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記距離計を複数有する。【００１７】
本発明の第１０の態様は、第９の態様に記載の態様であって、
測定対象に対して電磁波を照射する発振部を更に含み、
前記距離計はいずれも同一平面上にて前記発振部からの距離を等しくして配置され、かつ、前記発振部は前記距離計の位置の重心に配置される。【００１８】
本発明の第１１の態様は、第１〜第１０のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記電磁波の波長範囲は７８０ｎｍを超え且つ３，０００μｍ以下である。【００１９】
本発明の第１２の態様は、第１〜第１１のいずれかの態様に記載の態様であって、
さらに、測定対象からの電磁波反射強度と、測定対象からの距離と、測定対象と装置との正対からのずれ角度とから、測定対象の厚さを演算する演算機構を含む。【００２０】
本発明の第１３の態様は、第１〜第１１のいずれかの態様に記載の態様であって、
さらに、測定対象からの電磁波反射強度と、測定対象からの距離と、測定対象と装置との正対からのずれ角度から、測定対象の濃度を演算する演算機構を含む。【００２１】
本発明の第１４の態様は、
第１２の態様に記載の測定装置を用いて測定対象の厚さを測定する、測定方法である。【００２２】
本発明の第１５の態様は、
第１３の態様に記載の測定装置を用いて測定対象の濃度を測定する、測定方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、測定対象からの電磁波反射強度を基に、各種パラメータを非接触方式により精度良く測定可能な測定装置、およびその関連技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の測定装置の概略斜視図である。
【図２】本実施形態の測定装置の概略側面図である。
【図３】本実施例における、測定対象と同じ種類の物質（後述の塗膜Ｘ）に対する赤外線反射強度と厚さ（膜厚）との関係を表すグラフである。
【図４】本実施例における、測定対象と同じ種類の物質に対する赤外線反射強度と、該物質からの距離との関係を表すグラフである。
【図５】本実施例における、測定対象と同じ種類の物質に対する赤外線反射強度と、測定装置の該物質に対する正対からのずれ角度との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について、図１および図２を用いて説明する。変形例については後述する。本明細書において「〜」は所定の値以上かつ所定の値以下を指す。
【００２６】
本実施形態において例示する測定装置１は、少なくとも以下の構成を含む。
・測定対象に対して電磁波を照射する発振源１１
・測定対象からの電磁波反射強度を測定する検出器１２
・測定対象からの距離を計測する距離計１３（１３ａ〜１３ｄ）
・測定対象と測定装置１との正対からのずれ角度を計測するずれ角度計測機構１４
【００２７】
また、本明細書において“正対からのずれ角度”とは、測定装置１から照射される電磁波の光軸が測定対象に対して垂直となる位置を“正対”とし、その光軸からのずれを角度で表したものである。以降、特記無い限り、ずれ角度とは上記を意味する。
【００２８】
また、本明細書における電磁波とは、電磁場の周期的な変化で起こる波動のことであり、波長の長い方から電波、赤外線、可視光、紫外線、放射線が挙げられる。本実施形態における測定装置１の発振源が採用する電磁波の種類は、各種パラメータを非接触方式により精度良く測定可能であれば特に限定されない。本実施形態においては、一例として、７８０ｎｍから３，０００μｍ（３ｍｍ）までの波長範囲の電磁波を例示する。本明細書においてはこの波長範囲の電磁波を、説明の便宜上、赤外線と称する。
【００２９】
本実施形態における測定装置１により測定される各種パラメータとしては、測定対象からの赤外線反射強度を基に得ることができる。この各種パラメータとしては特に制限は無く、例えば“厚さ”または“濃度”、或いは赤外線反射強度そのものが挙げられる。
【００３０】
ここで言う“厚さ”とは、測定対象の塗膜、防錆油や樹脂膜等の厚みであって、ウェット塗膜の厚み、乾燥膜厚のいずれであってもよい。なお、上記測定対象としては、測定対象に赤外線を照射した際、測定対象の厚みに応じて赤外線反射強度が変化するものであれば、特に制限されない。
【００３１】
本実施形態においては説明の便宜上、“厚さ”を測定する場合を例示する。本実施形態の中では、塗膜を測定対象とする場合を例示するが、本発明は膜厚測定に限定されるものではなく、以降に述べる好適例は、濃度を測定する場合にも有効である。濃度を測定する場合については後で詳述する。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態における測定装置１は、大きく分けて、各機構が収納された略立方体状の筐体１０と、該筐体の上面１０ａから外に向けて弧状に延在するハンドル２０（すなわち測定装置１搬出時の持ち手）とを有し、可搬型である。ハンドル２０には、赤外線の照射を行うための赤外線発振ボタン２１を備えている。
【００３３】
赤外線を照射する発振源１１は、筐体１０に設けられ、筐体の前面１０ｂから測定対象に対して赤外線を照射可能な構造を有している。このとき、赤外線の光軸が筐体の前面１０ｂ（更に言うと後述の４つの距離計１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ（４つをまとめたものには符号１３を付す）が配置された同一平面）に対して垂直となるように発振源１１を配置する。また、本実施形態において、発振源１１における赤外線の出射部分も上記の同一平面上に配置してもよいが、出射部分を筐体の前面１０ｂよりも測定対象側（すなわち外側）に配置しても構わないし、出射部分を筐体１０の内部に設けても構わない。
【００３４】
この発振源１１としては、発光ダイオード、レーザーダイオード、ハロゲンランプなど、赤外線を出力できるものであればよく、直線的に強いエネルギーの赤外線を出力できるレーザーダイオードが好ましい。発振源１１としてレーザーダイオードを選択することで、ハロゲンランプ等を使用する場合よりも省スペース化を図れるうえ、省電力により測定装置１の電池１５の軽量化および小型化を図れる。
【００３５】
発振源１１から照射される赤外線は、分解能に優れる点で近赤外線であることが好ましい。詳しく言うと、検出器１２での赤外線の検出の際、赤外線の中でも近赤外線の検出精度が高く、分解能に優れる。具体的な波長の値は、好ましくは７８０ｎｍを超え且つ３０，０００ｎｍ以下（或いは８３０ｎｍを超え且つ３０，０００ｎｍ以下）、より好ましくは７８０ｎｍを超え（或いは８３０ｎｍを超え）且つ２，６００ｎｍ以下、特に好ましくは８３０ｎｍを超え且つ１，２００ｎｍ以下である。また、上記発振源１１から照射される赤外線は、使用環境による影響を受けにくい点より、超遠赤外線あるいはテラヘルツ波であることも好ましく、具体的には、波長が好ましくは３０μｍを超え且つ３，０００μｍ以下、より好ましくは４０〜３００μｍである。
【００３６】
赤外線レーザーダイオードを使用する場合、温度調節機能付きレーザーダイオードであることが好ましい。レーザーダイオードの連続発振等により、温度が変動することに起因する赤外線の出力変動を抑制することが可能となり、ひいては各種パラメータを更に精度良く測定することが可能となる。この温度調節機能を実現する機構としては、例えばペルチェ素子が挙げられる。
【００３７】
また、赤外線の出力変動は、上記のようにコントロールする方法以外に、赤外線の出力を監視する方法が挙げられる。一実施形態としては、電磁波反射強度を測定する検出器とは別の検出器を備えた構成とすることで、上記レーザーダイオードから照射される赤外線の一部をＮＤフィルターなどの光学フィルターで取り出し、上記別の検出器にて出力変動を監視することができる。例えば、照射される赤外線の９０％が測定対象に照射され、残り１０％を出力変動の監視に利用することができる。得られた出力変動に関する記録を基に強度への影響を解析する構成としてもよいし、出力変動に合わせて発振源の出力を変動させる構成としてもよい。
【００３８】
測定対象からの赤外線反射光は、筐体１０の内部であって筐体の後面１０ｃに設けられた検出器１２により強度が測定される。検出器１２により測定された赤外線反射強度に基づいて、測定対象の膜厚を測定することができる。なお、検出器１２としては、測定対象からの赤外線反射光を検知可能なものであって、赤外線反射強度を電圧値として測定可能なものであれば、公知のものを使用することができる。
【００３９】
なお、筐体の前面１０ｂに集光レンズ１６を設けても良い。これにより赤外線反射光（図２の破線矢印）を効率良く検出器１２に向かわせることが可能となり、ひいては感度良く強度を測定することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態の測定装置１は、偏光フィルター１７ａ、１７ｂ（まとめたものは符号１７）を有することが好ましい。その理由は以下の通りである。
【００４１】
測定対象からの反射光には、鏡面反射による正反射光と、測定対象内における拡散反射による散乱光とが含まれている。仮に、測定装置１が測定対象に対して正対ではなく、ずれ角度が存在する場合、正反射光の強度はずれ角度に依存して変化する。これは、測定対象に対する角度による感度差が大きくなることを意味する。
【００４２】
その一方、偏光フィルター１７により正反射光をカットすることができれば、検出器１２は散乱光のみを検出して赤外線反射強度を測定することになるので、測定結果に対する測定装置１のずれ角度による影響を小さくすることが可能となる。
【００４３】
さらに、正反射光の強度は、測定対象の膜厚に加え、測定対象の表面状態に一部依存する。つまり、偏光フィルター１７により正反射光をカットすることにより、膜厚に起因する反射光強度を精度良く測定することが可能となる。
【００４４】
ただし、正反射光は強度の高い光であり、測定対象によっては膜厚測定に好適な場合がある。偏光フィルター１７は、反射光全体の強度は低下させるため、操作者の意図に応じて偏光フィルター１７の機能のオン／オフを切り替えられる偏光フィルター切替機構（不図示）を測定装置１に備えさせても良い。この偏光フィルター切替機構としては、例えば筐体１０のタッチパネルである液晶ディスプレイ１８やスイッチ（不図示）等で操作することにより、偏光フィルター１７の有無を切り替えても良いし、偏光フィルター１７の位置を物理的に変更してもよい。
【００４５】
なお、図２には、偏光フィルター１７の配置を概略的に記載しているが、偏光フィルター１７を配置する態様には特に制限は無く、例えば発振源１１における赤外線の出射部分に第１の偏光フィルター１７ａを設けて一方向のみの波とし、検出器１２に対して正反射光をカットすべく、該一方向と直交する方向の第２の偏光フィルター１７ｂを設けても構わない。
【００４６】
また、本実施形態の測定装置１は、分光器を備えた構成とすることができる。
一具体例としては、発振源１１から照射される電磁波の入射波と反射波の位相差を基に、測定対象の膜厚を測定してもよい。
位相差は、電磁波が膜内で往復する距離に膜の屈折率を乗じた値によって決定される。つまり、位相差は膜厚に依存する。そのため、予め位相差と膜厚との関係性（例えば検量線）を得ていれば、分光器によって分離した上記入射波と上記反射波の位相差を検出器１２で測定することにより、膜厚を測定することが可能となる。
別の具体例としては、近赤外分光カメラや近赤外分光組成分析装置のように、特定波長における電磁波反射強度を検出器１２により測定してもよい。なお、特定波長における電磁波の反射強度は一次元解析してもよいし、二次元解析（イメージング）してもよい。
【００４７】
本実施形態の特徴の一つであるが、筐体の前面１０ｂには、測定対象からの距離を計測する距離計１３が４つ設けられている。距離計１３はいずれも同一平面上にて正方形または長方形の頂点の位置に配置され、かつ、発振源１１は距離計１３の重心に配置されている。この距離計１３としては、測定対象からの距離を計測可能なものであれば公知のものを使用して構わず、例えばパルスレーザーを照射し、反射光が再び距離計１３に入射する時間を基に距離を計測しても構わない。なお、本実施形態において、距離計１３の内部に上記パルスレーザーの反射光を検出する機構が設けられており、赤外線反射強度を測定する検出器１２とは別である場合を例示する。
【００４８】
また、本実施形態においては、距離計１３からは可視光（波長４００〜７８０ｎｍ（或いは８３０ｎｍ）、なお、この範囲以外の電磁波のことを非可視光と称する。）が照射されることが好ましい。その理由は以下の通りである。
【００４９】
本実施形態の測定装置１を用いて測定を実施する際、測定対象には発振源１１より赤外線が照射されるが、赤外線は不可視光線であるため、発振源１１だけでは測定対象のどの位置に赤外線が照射されているのか、操作者が把握できない。
【００５０】
一方、距離計１３から可視光（例えば、可視光のパルスレーザー）が照射される場合、本実施形態において距離計１３は同一平面上にて正方形または長方形の頂点の位置に配置され、かつ、発振源１１は距離計１３の重心に配置しているため、４つの距離計１３から可視光が照射されることで、操作者は、測定対象上に４つの光点を視認することができ、４つの光点を対角線で結んだ交点上に赤外線が照射されていることを容易に把握できる。
【００５１】
その際、測定装置１のハンドルに備えられたボタンに対し、浅く押す場合は距離計１３のみを起動して可視光を照射し、操作者による目視の位置決めが完了した後にボタンを深押しして赤外線を照射する構成を採用しても構わない。つまり、可視光と赤外線とで光線の種類を切り替える切替機構を設けても構わない。もちろん、この具体的な構成以外であってもよく、例えば１回目にボタンを押したときには可視光が照射され、２回目にボタンを押したときには赤外線が照射される構成でもよい。
【００５２】
本実施形態の特徴の一つは、測定対象と測定装置１との正対からのずれ角度を計測する、ずれ角度計測機構１４を有していることにある。ずれ角度計測機構１４として一例を挙げると、距離計１３により計測された距離に基づき、ずれ角度を計測する機構である。その計測の一例を、測定対象からの距離を計測する具体例と共に、以下に示す。
【００５３】
本実施形態の測定装置１の発振源１１から赤外線（上記例では赤外線レーザー）を照射すると同時に、４つの距離計１３から可視光のパルスレーザーが測定対象へ同時に照射される。赤外線レーザーを照射した測定対象からの反射光は、集光レンズ１６を通して検出器１２で検知され、電圧値としてその強度を得ることができる。
【００５４】
測定対象からの距離の計測であるが、４つの距離計１３は、測定装置１の前面１０ｂにおいて、正方形または長方形の頂点の位置となるよう設置されている。また、発振源１１である赤外線レーザーダイオードは、４つの距離計１３の設置位置から対角線で結んだ交点上（重心）に配置されている。そのため、４つの距離計１３から得られた距離の平均値は、赤外線レーザーダイオードから測定対象までの距離とみなしても構わないし、測定対象が平面状ならば測定対象までの距離そのものである。なお、この手法は、赤外線レーザーダイオードを取り囲む距離計１３の数が３個であっても実現可能である。
【００５５】
そして、ずれ角度の計測であるが、測定装置１の前面１０ｂに向かって見た時、距離計１３は発振源１１から等しい水平距離に配置されていることから、水平ずれ角度およびその角度を有する平面の方程式を得ることができる。同様に、発振源１１から等しい垂直距離に距離計１３が配置されていることから、垂直ずれ角度およびその角度を有する平面の方程式も得ることができる。本実施形態において、測定対象と前面１０ｂの２つの平面が成す角はずれ角度と等しい。
【００５６】
以上の構成により、測定対象からの距離および測定対象に対する正対からのずれ角度を計測することが可能となる。本実施形態の測定装置１は、測定対象の赤外線反射強度と、測定対象からの距離と、測定対象と装置との正対からのずれ角度とから、測定対象の膜厚を演算する演算機構１９を更に設けることが好ましい。
【００５７】
例えば、特許文献２の図３等や後述の実施例の図３等の検量線に示されるように、測定対象の膜厚は、測定対象の赤外線反射強度と相関関係がある。
【００５８】
そして、測定装置１により検出される赤外線反射強度は、測定対象からの距離が遠くなるほど減衰する。その際に、測定対象の赤外線反射強度と測定対象からの距離との間には相関関係がある（後述の実施例の図４の検量線参照）。
【００５９】
ずれ角度についても同様であり、ずれ角度が大きくなるほど赤外線反射強度は減衰する。その際に、測定対象の赤外線反射強度とずれ角度との間には相関関係がある（後述の実施例の図５の検量線参照）。
【００６０】
後述の実施例に示す検量線により表される関係は、測定対象の組成や各組成の含有量が同等ならば維持される。その一方で、組成や各成分の含有量が異なる測定対象に対して測定を行う場合、上記関係をそのまま使用したり、上記関係に対して何らかの補正を行うよりも、その測定対象と同じ種類の物質に対する、膜厚と、赤外線反射強度と、該物質からの距離と、該物質と測定装置１との正対からのずれ角度との関係、すなわち検量線を予め得ておくことが好ましい。なお、この検量線は一つである必要は無く、図３〜５に示すように複数の検量線からなっても良い。
【００６１】
その結果、上記の各相関関係から得られた検量線により、測定装置１から測定対象に対して照射された赤外線反射強度から、測定対象からの距離およびずれ角度の影響を排した膜厚を測定することが可能となり、その結果を筐体１０の液晶ディスプレイ１８等にリアルタイムに表示することも可能となる。
【００６２】
なお、測定対象の種類ごとに用意された上記検量線を、測定対象の種類に応じて切り替え可能な種類選択機構（不図示）を、本実施形態の測定装置１に更に設けることが好ましい。なお、上記検量線は、筐体１０内のメモリ（不図示）に保存しておき、演算機構１９が作動する際にメモリから引き出せばよい。
【００６３】
演算機構１９は、ずれ角度計測機構１４と共通の構成としてもよく、例えば筐体１０内に設けられた一つの演算機構１９により、膜厚の演算およびずれ角度の計測を行っても構わない。また、演算機構１９は、測定装置１と接続したパソコンやタブレット等の外部端末であってもよい。
【００６４】
なお、上記の構成により、本発明の効果に加え、以下の効果も奏する。
【００６５】
前述のように、本実施形態の測定装置１が検出できる赤外線反射強度は、測定対象からの距離が遠くなるほど減衰し、その測定精度も低下する。もちろん測定可能な距離は発振源１１のパワーにも依存するが、本実施形態の測定装置１に使用した発振源１１は、測定対象までの距離が５ｍであっても十分な精度で塗膜の膜厚を測定できることが確認されている。ちなみに、先に挙げた偏光フィルター切替機構にて偏光フィルター１７の機能をオフにする場合は、正反射光を検出可能となるため、赤外線反射光の強度を大きく確保することができ、距離が１０〜１５ｍであっても十分な精度で塗膜の膜厚が測定できる。
【００６６】
また、上記赤外線反射強度は、測定対象に対する正対からのずれ角度が大きくなるほど減衰するため、測定対象と装置の前面１０ｂが正対に近いほど良好な測定精度を有する。その一方、本実施形態の測定装置１は、ずれ角度が大きくとも精度良く膜厚を測定することが可能である。例えば、本実施形態の測定装置１においては、測定対象に対する正対からのずれ角度は、８５°以下であっても非常に良好な精度で測定を実施することが可能であり、７５°以下であれば更に良好な精度となる。
【００６７】
もちろん本発明は本実施形態に限定されるものではない。以下、適用例または変形例を列挙する。なお、本実施形態にて挙げた好適例を以下の例に適宜組み合わせても構わない。
【００６８】
例えば、測定対象としては、特に制限されないが、チタン白、亜酸化銅、酸化亜鉛、弁柄、黄色弁柄、クロムグリーンブラックヘマタイト、マンガンビスマスブラック、クロミウムアイアンオキサイド、ニッケルアンチモンチタニウムイエロールチル、クロムアンチモンチタニウムバフルチルおよびルチルスズ亜鉛等より選択される１種以上の赤外線反射材料を含有する塗膜であることが好ましく、また、赤外線に対する反射性と透過性の両方を併せ持つ性質を有する塗膜であることが好ましい。
【００６９】
このような塗膜の内、赤外線反射材料を多く含有する場合は、赤外線の透過率が下がるため、本装置により測定できる膜厚の範囲が狭くなる傾向にある。よって、測定対象の塗膜は、膜厚が２，０００μｍ以下が好ましく、１，０００μｍ以下がより好ましい。
【００７０】
また、その他の測定対象としては、赤外線を反射する基材、例えば鋼板などに塗布された防錆油や樹脂膜等の厚みを測定することも可能である。
【００７１】
防錆油や樹脂膜は、厚みが増すと赤外線の吸収が大きくなるため、基材から反射する赤外線反射強度は減衰する。したがって、該相関関係を利用することで、赤外線を吸収する防錆油や樹脂膜等の厚みを非接触方式によりオンサイトで測定することも可能である。
【００７２】
また、本実施形態の測定装置１は、測定対象中に含有する赤外線反射材料の濃度を測定することができる。この“濃度”とは、赤外線反射材料がどれだけ含有されているかを示すものであり、（重量、体積）含有率でもある。該濃度の測定は、前述の測定対象の厚さ測定と同様に、赤外線反射強度を測定対象からの距離と正対からのずれ角度に応じて補正することで測定される。
【００７３】
具体例を挙げると、前述の厚さ測定の場合と同様に、測定対象と同じ塗料に対する濃度と、赤外線反射強度と、測定対象からの距離と、測定対象と測定装置１との正対からのずれ角度との関係、すなわち検量線を予め得ておくことで、測定対象からの距離およびずれ角度の影響が排された濃度を演算機構１９によって演算することができる。
【００７４】
また、測定装置１を用いて、“濃度”が既知の塗料より形成された特定の膜厚（例えば、膜厚ｔμｍ）の塗膜に対し、赤外線反射強度を測定する。そして、その測定結果より、測定対象からの距離およびずれ角度の影響を排することで濃度を測定する。
【００７５】
このようにして赤外線反射材料の濃度を測定することで、例えば、測定対象の塗膜が２成分型塗料より形成される場合、その混合比に誤りがないかを非破壊で容易に検査することができる。ちなみに上述の厚さ測定や濃度測定以外でも、本発明の技術的思想を適用可能であり、本明細書でいう各種パラメータのうち任意のパラメータと、測定対象からの電磁波反射強度と、測定対象からの距離と、測定対象と装置との正対からのずれ角度との関係から、該任意のパラメータを演算機構１４にて演算してもよい。
【００７６】
なお、本実施形態の測定装置１の使用態様として特に制限は無いが、近赤外線を含む太陽光の下では、天候や測定対象の方位などによって影響を受けるおそれがあるため、近赤外線がほとんど含まれない照明（例えば、蛍光灯等）下の屋内での使用が好ましい。さらに、本実施形態の測定装置１は、完全な暗所であっても使用することができ、例えば夜間の屋外、船舶や構造物のブロック内部等のほとんど照明がない環境でも測定することができる。また、外光の赤外線強度が非常に高い環境でなければ、測定により得られた赤外線反射強度から外光による影響を排して厚さを求めることもできる。
一方、発振源の波長が、一般に超遠赤外線あるいはテラヘルツ波、サブテラヘルツ波と呼ばれる波長（例えば３０μｍを超え且つ３，０００μｍ以下）である場合、太陽光の影響を受けにくいといった利点がある。
【００７７】
以下、本測定装置の変形例を列挙する。
【００７８】
本実施形態においては、測定対象の赤外線反射強度と、測定対象からの距離と、測定対象と装置との正対からのずれ角度とから、測定対象の厚さを演算する演算機構１９を設ける例を挙げた。その一方、上記距離およびずれ角度が液晶ディスプレイ１８等に表示されることにより距離およびずれ角度を操作者が把握できれば、本実施形態の可搬型の測定装置１を測定対象に対して適切に配置することが可能となる。その結果、演算機構１９を使用しない場合であっても、測定対象からの赤外線反射強度の基となる各種パラメータを非接触方式により短時間で精度良く測定可能となる。ただし、演算機構１９を設ける方が操作者の負担が減る上、測定結果の精度も向上する。
【００７９】
本実施形態の測定装置１において、ずれ角度計測機構１４は、距離計１３により計測された距離に基づき、ずれ角度を計測する例を挙げたが、それ以外にも、測定装置１に重力センサー（不図示）を搭載する場合、測定対象を前面１０ｂに対して垂直に配置することにより、測定装置１とのずれ角度を計測することが可能である。
【００８０】
本実施形態の測定装置１は、距離計１３を４つ有し、距離計１３はいずれも同一平面上にて正方形または長方形の頂点の位置に配置され、かつ、発振源１１が距離計１３の重心に配置された場合を例示した。本実施形態において、距離計１３を複数有することが好ましく、距離計１３を３つ以上有することがより好ましい。その一方、距離計１３は、例えば筐体の前面１０ｂにおいて発振源１１を中心として配置された１つの円環状の距離計であってもよく、測定対象からの距離（平均値）や、測定装置１に対する垂直方向、水平方向のずれ角度を得ることが可能となる。また、発振源１１を挟んで２つの長尺な距離計を水平（垂直）方向に配置した態様であってもよい。
【００８１】
本実施形態の測定装置１は、距離計１３がいずれも同一平面上にて発振源１１からの距離を等しくして配置され、かつ、発振源１１は距離計１３の位置の重心に配置された場合を例示したが、この態様に限定されない。例えば、各距離計１３の発振源１１からの距離が異なる場合であっても、各距離計と発振源１１との位置関係を基に、測定対象からの距離および正対からのずれ角度を、演算機構１９によって演算することができる。
【００８２】
本実施形態の測定装置１は、絶対値としての厚さを得るべく、予め検量線を得ておく例を挙げたが、相対値としての厚さを得る場合、検量線は不要となる。例えば、測定対象が大面積である場合、測定対象の数箇所に対してランダムに赤外線を照射し、各測定箇所間での赤外線反射強度の差の有無を調べることにより、測定対象の厚さにバラツキがあるかどうかを調べることが可能となる。本明細書において、“演算機構１９によって、測定対象の厚さおよび濃度の少なくともいずれかを演算する”とは、絶対値として、例えば厚さを得るための演算はもとより、相対値として、例えば厚さ（より詳細には、厚さの基となる赤外線反射強度）を得るための演算をも意味する。
【００８３】
本実施形態において述べた、絶対値としての厚さを得る場合に加え、上記のように相対値としての厚さを得る場合において、測定対象の数箇所に対してランダムに赤外線を照射した際、各測定箇所での測定結果をメモリに保存し、上記演算機構１９または別の演算機構により、測定結果の平均値や標準偏差等を算出しても良い。
【００８４】
本実施形態の測定装置１について詳述したが、この測定装置１を用いて測定対象の厚さおよび濃度の少なくともいずれかを測定することに、本発明の技術的思想が反映されている。
【００８５】
また、本実施形態の測定装置１における厚さ補正に関する測定システムや測定プログラムについても本発明の技術的思想が反映されている。
【００８６】
測定システムとしての一構成としては、上記の測定装置１を測定システムと読み替えれば足りる。この測定システムは、例えば筐体１０内の制御部（不図示）で制御される。
【００８７】
また、ずれ角度計測機構１４や演算機構１９は、サーバーを介して遠隔地にて接続されていても構わない。その逆に、演算機構１９（または、それに加えてずれ角度計測機構１４）を手元に存在させ、それ以外の構成はサーバーを介して遠隔地にて接続されていても構わない。また、測定対象の検量線が筐体１０内のメモリに保存されていない場合、筐体１０内の制御部（不図示）により、サーバーを介してメモリに上記検量線をダウンロードさせるような構成を採用しても構わない。
【００８８】
測定プログラムとしての一構成としては、測定装置１を、上記の各構成として機能させる測定プログラムであればよい。筐体１０内の制御部により、コンピュータとしての測定装置１を機能させることにより測定プログラムは実行される。
【００８９】
本明細書において、実施形態として可搬型の測定装置１を例示したが、測定装置１を据置型とした上で本発明の技術的思想を適用することに妨げは無い。
【００９０】
また、測定装置１の構成の一部を据置型としても構わない。例えば、筐体１０の外に発振源を配置しつつ、該発振源に導光部材（例：光ファイバ）の一端を接続し、該光ファイバの別の一端を筐体１０内に収め、図１および図２の発振源１１の位置に配置してもよい。このように発振源１１の駆動源が筐体１０の外に配置された場合にも、図１および図２に示すように電磁波（例：赤外線）が放出される発振源１１そのものが配置された場合にも、本発明の技術的思想を適用可能である。本明細書では、発振源または導光部材にて電磁波を放射するもののことを「発振部」と称する。つまり、発振部の少なくとも一部を、図１および図２の発振源１１の位置に配置してもよい。
【００９１】
更に言うと、上記発振部を測定装置１とは別体の装置として配置しても構わない。また、上記発振部をそもそも設けず、例えば太陽光が照射された測定対象からの電磁波反射強度を検出器１２により測定しても構わない。
【００９２】
なお、測定装置１の電源を筐体１０の外に配置しても構わない。電源を外に配置する場合は、外部からの電力供給を受けることになる。
【実施例】
【００９３】
次に、本発明について実施例に基づき、さらに詳細に説明する。以下の実施例において、本実施形態の測定装置１（図１）を塗膜の膜厚測定に用いた例を示すが、本発明は、以下の実施例に限定されない。【００９４】
本例においては、特開２０１６−１７１６４号公報の実施例５に記載のように、下塗り塗料ＳＰ−ＧＹからなる下塗り塗膜を形成し、上塗り塗料ＩＲ−Ｕからなる上塗り塗膜を形成したものを合わせて測定対象塗膜とした。その上で、厚さを求める対象としては、上塗り塗料ＩＲ−Ｕの塗膜（以降、塗膜Ｘと称する。）を選択した。【００９５】
予め塗膜Ｘにおける検量線を得るべく、以下の手順を行った。【００９６】
まず、下記の手順で塗膜Ｘの乾燥膜厚が１０８μｍ、２４３μｍ、４６９μｍ、７０１μｍ、９３５μｍの５つの膜厚の試験片を作成した。
＜試験片の作成手順＞
鋼板（幅７０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ×厚み１．６ｍｍ、ＩＳＯ８５０１−１：２００７に準拠した処理グレードＳＡ２．５のサンドブラスト処理鋼板、以下同様）上に、下塗り塗料ＳＰ−ＧＹを、約１０μｍとなるようにスプレー塗装し、室温で１週間乾燥させた。なお、下塗り塗膜の膜厚は、電磁膜厚計（Ｋｅｔｔ社製、ＬＺ−９９０）で測定した。
得られた下塗り塗膜付き鋼板の下塗り塗膜上に、上塗り塗料ＩＲ−Ｕを、５種類の膜厚となるようにスプレー塗装した。得られたウェット塗膜を６０℃で２４時間乾燥させ、下塗り塗膜と塗膜Ｘからなる測定対象塗膜付き試験片を作成した。測定対象塗膜の膜厚を上記電磁膜厚計で測定し、得られた値から下塗り塗膜の膜厚を差し引いた値を塗膜Ｘの膜厚とした。【００９７】
上記試験片を用い、測定装置１の前面１０ｂの測定対象塗膜に対する正対からのずれ角度θ＝０°、測定対象塗膜と測定装置１の前面１０ｂとの間の距離が１ｍ（４つの各距離計１３と測定対象との間の距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄの平均値Ｌ＝１ｍ）であるときの測定装置１に設けられた赤外線レーザーダイオード（型式：ＱＦＬＤ−８５０−１００Ｓ−ＰＭ、波長：８５５ｎｍ、ＱＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，ＬＬＣ社製）から発せられた赤外線反射強度を測定した。測定装置１に設けられた検出器１２は、Ｓｉ  ＰＩＮフォトダイオード（型式：Ｓ３２０４−０８、寸法：１８ｍｍ×１８ｍｍ、浜松ホトニクス（株）製）とした。その測定結果、すなわち測定対象と同じ種類の物質（上記塗膜Ｘ）に対する赤外線反射強度と厚さ（膜厚）との関係を表すグラフを図３に示す。【００９８】
図３に示すように、距離と角度を固定したとき、塗膜Ｘにおいて、測定装置１が検出する赤外線反射強度は、膜厚が厚くなるにつれて大きくなった。【００９９】
次に、上記試験片を用い、前面１０ｂの測定対象塗膜に対する正対からのずれ角度をθ＝０°とし、測定対象塗膜と測定装置１の前面１０ｂとの間の距離を、５０ｃｍ〜５ｍの範囲で変動させた場合の赤外線レーザーダイオードから発せられた赤外線反射強度を測定した。その測定結果、すなわち測定対象と同じ種類の物質に対する赤外線反射強度と、該物質からの距離との関係を表すグラフを図４に示す。【０１００】
図４に示すように、角度を固定し、距離を変動させたとき、測定装置１が検出する赤外線反射強度は、距離が遠くなるほど小さくなった。【０１０１】
次に、上記試験片を用い、測定対象塗膜と測定装置１の前面１０ｂとの間の距離を１ｍとし、前面１０ｂの測定対象塗膜に対する正対からのずれ角度を、θ＝−６５〜＋６５°の範囲で変動させた場合の赤外線レーザーダイオードから発せられた赤外線反射強度を測定した。その測定結果、すなわち測定対象と同じ種類の物質に対する赤外線反射強度と、測定装置１の該物質に対する正対からのずれ角度との関係を表すグラフを図５に示す。【０１０２】
図５に示すように、距離を固定し、ずれ角度を変動させたとき、装置が検出する赤外線反射強度は、正対からのずれ角度が大きくなるにつれて小さくなった。【０１０３】
上記の手順により、測定対象と同じ種類の物質に対する、膜厚と、赤外線反射強度と、該物質からの距離と、測定装置１の該物質に対する正対からのずれ角度との関係（検量線）を得た。【０１０４】
そして、膜厚が未知である塗膜Ｘを含む測定対象塗膜に対し、本実施形態の測定装置１を用いて膜厚測定を行った。その結果は以下の通りであった。
赤外線レーザーダイオードから発せられた赤外線反射強度＝０．８５０Ｖ
距離計１３ａの値Ｌａ＝９８０ｍｍ
距離計１３ｂの値Ｌｂ＝１，０４０ｍｍ
距離計１３ｃの値Ｌｃ＝１，０２０ｍｍ
距離計１３ｄの値Ｌｄ＝９６０ｍｍ
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄの平均値（距離）＝１，０００ｍｍ（１ｍ）
ずれ角度＝４１．１度
そして上記数値を、本実施形態にて述べた演算機構１９にて先の関係（検量線）に当てはめた結果、得られた膜厚は３２２μｍであった。【０１０５】
上記の測定結果の精度を確認すべく、前述の試験片の作成手順に従い、先の測定対象塗膜の塗膜Ｘの膜厚を測定した。その結果、膜厚は３２０μｍであった。電磁膜厚計の誤差範囲は２％とされているところ、本実施形態の測定装置１ならば、接触式に匹敵する精度で厚みを測定できることがわかった。【０１０６】
なお、本発明者は、上記の赤外線レーザーダイオードに代え、以下の各種発振源を用いた場合についても試験を行った。
・「Ｈ８３８５０３０Ｄ」（Ｅｇｉｓｍｏｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製、小型レーザーダイオード、波長８５０ｎｍ）
・「ＫＥＤＥ１４５２Ｈ」（京都セミコンダクター（株）製、発光ダイオード、波長１２００〜１６００ｎｍ、２．８ｍＷ）
・「ＦＬＤ−９８０−１００Ｓ」（ＱＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，ＬＬＣ社製、温度調節機能付きファイバーレーザーダイオード、波長９７５ｎｍ）
・パナソニック（株）製のレフライト（写真撮影用、５００Ｗ型散光タイプ）を測定装置１の筐体側方に設置した（すなわち測定装置１とは別体の発振源を筐体側方に設置した）。そして、塗膜から反射された波長９００〜１７００ｎｍの電磁波の反射強度を赤外線カメラ「ＳＣ２５００−ＮＩＲ」（ＦＬＩＲ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社製）を用いて測定した。
その結果、これらの各種発振源を用いた場合、上記の実施例と同様、接触式に匹敵する精度で厚みを測定できることがわかった。【０１０７】
更に、本発明者は、波長３，０００μｍのテラヘルツ波を本発明の技術的思想に適用可能であることを示すべく試験を行った。この試験には以下の装置を使用した。
・発振源１１として、Ｔｅｒａｓｅｎｓｅ社製のテラヘルツ光源（波長３，０００μｍ（１００ＧＨｚ）、出力２００ｍＷ）
・検出器１２として、Ｔｅｒａｓｅｎｓｅ社製のテラヘルツイメージングカメラ（Ｔｅｒａ−１０２４、１００ＧＨｚ）
なお、この試験においては発振源１１と検出器１２とは別装置である。【０１０８】
互いに隣り合って配置された発振源１１および検出器１２に正対するよう、距離２０ｃｍの位置にプラスチックボード（厚さ３ｍｍ）を設置した。そして、検出器１２が捉えたプラスチックボードからの電磁波反射強度（電圧値）を測定した。その結果、電磁波反射強度は６．２×１０−２Ｖであった。【０１０９】
上記発振源および検出器と上記プラスチックボードとの間の距離を１９ｃｍに変更し、測定を行った。その結果、電磁波反射強度は７．１×１０−２Ｖ（距離２０ｃｍ、正対状態の場合の電磁波反射強度（電圧値）に対する相対値１．１８）であった。【０１１０】
距離２０ｃｍは変更せず、上記プラスチックボードに対する正対からのずれ角度を３０°に変更し、測定を行った。その結果、電磁波反射強度は４．１×１０−２Ｖ（距離２０ｃｍ、正対状態の場合の電磁波反射強度（電圧値）に対する相対値０．６６）であった。【０１１１】
この試験により、長波長領域の電磁波（テラヘルツ波）であっても、電磁波反射強度は距離と角度の影響を受けることを確認した。【０１１２】
次に、＜試験片の作成手順＞にて説明した前記鋼板に対し、「ＣＭＰ  ノバ２０００  ライトグレー」（中国塗料（株）製）を２種類の膜厚となるようにスプレー塗装した。得られたウェット塗膜を６０℃で２４時間乾燥させ、乾燥膜厚が２６２μｍ、４３１μｍの２つの測定対象塗膜付き試験片２を作成した。【０１１３】
発振源および検出器との間の距離が２０ｃｍであり、且つ、正対となる位置に、上記測定対象塗膜付き試験片２を設置し、検出器が捉えた試験片からの電磁波反射強度（電圧値）を測定した。【０１１４】
前記電磁膜厚計で測定した該試験片の乾燥膜厚が２６２μｍの場合、電磁波反射強度は１．０×１０−２Ｖであった。【０１１５】
また、該試験への乾燥膜厚が４３１μｍの場合、電磁波反射強度は４．２×１０−２Ｖ（乾燥膜厚が２６２μｍの場合に対する相対値４．２）であった。【０１１６】
この試験により、長波長領域の電磁波（テラヘルツ波）であっても、測定対象の塗膜の膜厚が、電磁波反射強度に影響することを確認した。【０１１７】
上記２つの試験結果から、測定対象からの電磁波反射強度と、測定対象からの距離と、測定対象と装置との正対からのずれ角度と、膜厚との関係を得られることが分かった。同様に濃度との関係を得ることも可能である。【０１１８】
前記関係が得られることに加え、測定対象からの距離は、測定装置１における距離計１３にて、また、測定対象に対する正対からのずれ角度は、ずれ角度計測機構１４にて測定でき、並びに、電磁波反射強度は、上記テラヘルツイメージングカメラを測定装置１に組み込んだうえで検出器１２とすることで得られる。【０１１９】
以上の結果、電磁波が波長３，０００μｍのテラヘルツ波であっても、本実施形態に係る測定装置１ならば、膜厚等を測定可能であることがわかった。【０１２０】
以上の結果より、本実施形態の測定装置１ならば、膜厚を非接触方式により精度良く測定可能であることがわかった。なお、膜厚以外の各種パラメータ（例えば、厚さ、濃度）であっても同様の手順を踏めば本発明の効果を奏する。
【符号の説明】
【０１２１】
１…測定装置
１０…筐体
１０ａ…筐体の上面
１０ｂ…筐体の前面
１０ｃ…筐体の後面
１１…発振源
１２…検出器
１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）…距離計
１４…ずれ角度計測機構
１５…電池
１６…集光レンズ
１７（１７ａ、１７ｂ）…偏光フィルター
１８…液晶ディスプレイ
１９…演算機構
２０…ハンドル
２１…赤外線発振ボタン
【図１】
2019131840.tif 000003
【図２】
2019131840.tif 000004
【図３】
2019131840.tif 000005
【図４】
2019131840.tif 000006
【図５】
2019131840.tif 000007
【国際調査報告】
2019131840.tif 000008
2019131840.tif 000009
2019131840.tif 000010