(57)【要約】【課題】メタリック塗装がなされた自動車などの計測対象物の平面だけでなく曲面においても、メタリック色の塗装ムラ（メタルムラ）を面情報として計測でき、目視評価との一致性が高い塗装ムラの計測装置、計測方法及び評価方法を提供する。【解決手段】メタリック塗装面に光を照射し、正反射光が入射しない角度から受光した反射光強度を連続的に測定して該塗装面の塗装ムラを計測する装置であって、発光素子及び受光素子を内蔵し、３つ又は４つのボールベアリングころによって支持された光学ユニットと、該光学ユニットに具備された全てのボールベアリングころが前記塗装面に点接触するように前記光学ユニットを保持可能で且つ前記塗装面上を移動可能とせしめるロボットと、該ロボットの制御装置と、前記光学ユニットによって測定された反射光強度を処理可能な処理装置とを具備する塗装ムラの計測装置。【選択図】図１
2006201045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタリック塗装面に光を照射し、正反射光が入射しない角度から受光した反射光強度を連続的に測定して該塗装面の塗装ムラを計測する装置であって、
前記塗装面に光を照射する発光素子及び該塗装面からの反射光を受光する受光素子を内蔵し、３つ又は４つのボールベアリングころによって支持された光学ユニットと、
該光学ユニットに具備された全てのボールベアリングころが前記塗装面に接触するように前記光学ユニットを保持可能で且つ前記塗装面上を移動可能とせしめるロボットと、
該ロボットの制御装置と、
前記光学ユニットによって測定された反射光強度を処理可能な処理装置とを具備する塗装ムラの計測装置。
【請求項２】
光学ユニットを保持するロボットが、可動関節部を具備する２軸ロボットもしくはアームロボットである請求項１記載の計測装置。
【請求項３】
メタリック塗装面に光を照射し、正反射光が入射しない角度から受光した反射光強度を連続的に測定する光学ユニットを用いて、該塗装面の塗装ムラを計測する方法であって、
該光学ユニットが、３つ又は４つのボールベアリングころを介して前記塗装面上に接触し且つ移動可能であり、
該光学ユニットを一定速度で前記塗装面上に対して略水平方向に往復移動させながら矩形に掃引して、計測対象面全体の塗装ムラの程度を２次元的に計測することを特徴とする塗装ムラの計測方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法によって測定された反射光強度のデータを、計測対象面全体について２次元マッピングしてなる画像から、計測対象面の塗装ムラを評価してなる塗装ムラの評価方法。
【請求項５】
請求項３記載の方法によって測定された反射光強度のデータの標準偏差を用いて、計測対象面の塗装ムラを定量的に評価してなる塗装ムラの評価方法。
【請求項６】
請求項３記載の方法によって測定された反射光強度のデータを、２次元フーリエ変換することにより得られる２次元パワースペクトルを用いて、計測対象面の塗装ムラを定量的に評価してなる塗装ムラの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタリック塗装がなされた自動車などの計測対象物の平面だけでなく曲面においても、メタリック色の塗装ムラ（メタルムラ）を面情報として計測でき、目視評価との一致性が高い塗装ムラの計測装置、計測方法及び評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車外板などに形成される塗膜の意匠性を高めるため、近年ソリッドカラー仕上げに代えて、りん片状のアルミニウムや雲母粉末などの光輝材を含有せしめた塗料によるメタリック塗装が多く採用されている。
【０００３】
メタリック塗膜の光学的特性としては、明るさ（白さ）、方向性（フリップ・フロップ性）、スパークル感（キラキラ感）、塗装ムラ（メタルムラ）等が挙げられ、従来、これらはほとんど人間の目視による定性的な判断がなされており、特に、塗装ムラ（メタルムラ）については熟練者の判断によるところが多く、初心者でも判断可能な有効な計測方法が見いだされていなかった。
【０００４】
メタリック塗装時に発生する塗装ムラは、光輝材の配列乱れに起因するものであり、塗装ラインにおける塗装条件や塗料条件によって左右されることから、ライン管理の一環として塗装ムラの計測が求められている。
【０００５】
そこで特許文献１〜特許文献３において、メタリック塗膜の塗装ムラ（メタルムラ感）の程度を客観的且つ定量的に計測、評価する方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２８８６９０号公報
【特許文献２】特開平９−３１８４４８号公報
【特許文献３】実開平５−８７５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献１及び特許文献２の方法では、線状に測定点を採るために、目視評価のように塗装面全体からみて、どこにどの程度のムラが存在するかがわからないという問題があった。一方、特許文献３の装置では、塗装面としてのデータは取れるものの、曲面の多い被計測物については正確なデータが取れず実用性が低いという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、メタリック塗装がなされた自動車などの計測対象物の平面だけでなく曲面においても、メタリック色の塗装ムラ（メタルムラ）を塗装面全体で計測でき、目視評価との一致性が高い塗装ムラの計測装置、計測方法及び評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
１．メタリック塗装面に光を照射し、正反射光が入射しない角度から受光した反射光強度を連続的に測定して該塗装面の塗装ムラを計測する装置であって、
前記塗装面に光を照射する発光素子及び該塗装面からの反射光を受光する受光素子を内蔵し、３つ又は４つのボールベアリングころによって支持された光学ユニットと、
該光学ユニットに具備された全てのボールベアリングころが前記塗装面に接触するように前記光学ユニットを保持可能で且つ前記塗装面上を移動可能とせしめるロボットと、
該ロボットの制御装置と、
前記光学ユニットによって測定された反射光強度を処理可能な処理装置とを具備する塗装ムラの計測装置、
２．光学ユニットを保持するロボットが、可動関節部を具備する２軸ロボットもしくはアームロボットである１項記載の計測装置、
３．メタリック塗装面に光を照射し、正反射光が入射しない角度から受光した反射光強度を連続的に測定する光学ユニットを用いて、該塗装面の塗装ムラを計測する方法であって、
該光学ユニットが、３つ又は４つのボールベアリングころを介して前記塗装面上に接触し且つ移動可能であり、
該光学ユニットを一定速度で前記塗装面上に対して略水平方向に往復移動させながら矩形に掃引して、計測対象面全体の塗装ムラの程度を２次元的に計測することを特徴とする塗装ムラの計測方法、
４．３項記載の方法によって測定された反射光強度のデータを、計測対象面全体について２次元マッピングしてなる画像から、計測対象面の塗装ムラを評価してなる塗装ムラの評価方法、
５．３項記載の方法によって測定された反射光強度のデータの標準偏差を用いて、計測対象面の塗装ムラを定量的に評価してなる塗装ムラの評価方法、
６．３項記載の方法によって測定された反射光強度のデータを、２次元フーリエ変換することにより得られる２次元パワースペクトルを用いて、計測対象面の塗装ムラを定量的に評価してなる塗装ムラの評価方法、
に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、３つ又は４つのボールベアリングころによって支持された光学ユニットを、該光学ユニットに具備された全てのボールベアリングころが計測対象面である塗装面に点接触するように該塗装面上を一定速度で往復移動させて、反射光強度を連続的に測定することにより、塗装面における測定点の法線方向に対する光学ユニット内の発光素子及び受光素子の位置が常に設定された角度をほぼ保つことができ、計測対象物の曲面においても精度の良い測定が可能となる。また本発明では、このような光学ユニットを一定速度で前記塗装面上に対して略水平方向に往復移動させながら矩形に掃引して計測対象面全体の計測を行なうので、塗装面全体を評価でき目視評価との一致性が高く、その評価も定量的に処理可能で、熟練者であるか否かにかかわらず同様の評価結果を得ることができる。
【００１１】
従って本発明は、メタリック塗装がなされた自動車などの曲面を有する形状物の塗装ムラの計測に非常に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は本発明で使用する光学ユニットを説明する概略説明図であり、図２は光学ユニットの底面概略図である。図３は本発明の計測装置全体の概略説明図である。
【００１３】
図１において光学ユニット３は、内部に、計測対象物８である塗装面に光を照射する発光素子１及び該塗装面からの反射光を受光する受光素子２が固定設置され、外部は遮光カバーからなり、その一部分に計測対象物８に対して光を照射しその反射光を受光するための開口部を備え、その周りにボールベアリングころ４を配し、計測対象物８に対してボールベアリングころ４を介して接している。
【００１４】
本発明では、上記光学ユニットを用いて計測対象物８である塗装面に光を照射し、正反射光が入射しない角度から受光した反射光強度を連続的に測定する。
【００１５】
一般に、物体に光が照射されると、物体の光吸収能に応じて光の一部は該物体に吸収され、「正反射光」と「拡散反射光」として反射される。本明細書及び請求項において「正反射光」とは、計測対象物表面と入射光との接点の法線に対して入射光角度と同じ角度で且つ該入射光と反対の方向に該接点から反射していく光であり、本発明で測定する反射光強度は、拡散反射光の強度であり、拡散反射光とは、計測対象物表面で四方に散乱する光を意味する。発光素子から発せられる光が、平行光である場合は、その光軸の角度から正反射光の角度が決まる。発光素子から発せられる光が、ある程度広がりをもった拡散光である場合は、正反射光は照射光の拡散角度に応じた拡散角度を有する。この場合は、受光素子が拡散した正反射光の一部を受ける可能性がある。但し、拡散角度をもった正反射光の内、周辺部分の正反射光の強度が、計測対象物からの拡散反射光に比して低く、測定上問題とならない場合は、受光素子がそのような正反射光を受けることは、本発明において許容され得る。本発明における「正反射光が入射しない角度」とは、このような角度を含む。
【００１６】
前記発光素子１及び受光素子２は、計測対象物８からの拡散反射光の一部が受光素子に受光されるように夫々配置されるように、その好ましい位置関係として、発光素子は、上記開口部の面の中心法線を基準として３５〜５５°の範囲内の角度となるように設定されることが望ましい。ここで、面の中心法線とは、照射される面の中心を通る法線を意味し、法線を０°として発光素子側の斜角を正の角度とする。受光素子は、開口部の面の中心法線に対して−４５〜２５°の範囲内の角度となるように設定することができる。
【００１７】
上記開口部は、測定時に計測対象物表面に光を照射させ、該計測対象物からの反射光を受光させるために設けられるものであり、その形状としては、円状、方状等特に制限はないが、対称な形状であることが望ましい。
【００１８】
ボールベアリングころ４は、自在に回転可能な球体が計測対象物上に接触可能な構造であれば特に制限なく任意の形状を有するものであり、各ボールベアリングころ４は図２に示すように、上記開口部の周りに配されるものであり、曲面を有する計測対象物上を光学ユニット３が掃引される場合においても、計測対象物面における測定点の法線方向に対する光学ユニット内の発光素子及び受光素子の位置が常に設定された角度を保てるように設置されている。その目的から該ボールベアリングころは３つ又は４つ配されることが望ましく、特に図２のように４つが望ましい。ボールベアリングころを５つ以上設置すると曲率半径の小さい計測対象物の形状に追随した計測が困難になり、ボールベアリングころが２つ以下の場合は発光素子１及び受光素子２が計測対象物に対して不安定な位置関係になり正確な計測ができなくなるので望ましくない。
【００１９】
各ボールベアリングころ４の配置は、光学ユニット３の掃引計測中に発光素子１及び受光素子２が安定に一定の位置関係を保つために、ボールベアリングころの頂点が幾何学的に線対称な形状に設置されることが望ましく、図２に示すようにボールベアリングころ４を長方形状の四隅に設置することができる。
【００２０】
上記光学ユニット３は、図１に示すように、可動関節部６、７及び保持アーム５を介して掃引駆動ロボット（図示せず）に接続されている。保持アーム５は、可動関節部６、７によって、４つのボールベアリングころ４が前記塗装面に接触するように前記光学ユニットを保持している。この構造により、曲面を有する計測対象物８に対しても発光素子１と受光素子２が一定の位置関係を維持し、さらには曲面を有する計測対象物面上を掃引した場合においても、可動関節部６及び７によって発光素子１と受光素子２が計測対象物と一定の距離を維持することができる。
【００２１】
図３において光学ユニット３は、多関節保持アーム１０を介して、単軸ロボットＸ１１及び単軸ロボットＹ１２からなる２軸ロボットに保持されている。多関節保持アーム１０は、前記図１に示すような保持アーム５及び可動関節部６及び７によって構成され、多関節保持アーム１０の一端は単軸ロボットＸ１１へ固定接続され、他端は光学ユニット３を固定接続している。直交に配置された単軸ロボットＸ１１及び単軸ロボットＹ１２は、ステッピングモーターやサーボモーターなどを使用したアクチュエーターを使用することができ、これらは各々または単一のロボット駆動制御装置１３によって制御される。
【００２２】
本発明方法では、上記２軸ロボットの駆動によって、光学ユニット３を一定速度で計測対象物８である塗装面上に対して略水平方向に往復移動させながら矩形に掃引して、計測対象範囲全体の塗装ムラの程度を２次元的に計測することができる。
【００２３】
上記光学ユニット３内部に設置された受光素子２の電気信号は、Ａ／Ｄ変換機１４によって適宜デジタルデータに変換されコンピュータ１５へ送信される。また光学ユニット３で計測されＡ／Ｄ変換機１４から得られるデジタルデータと計測対象物８面上の正確な位置を同時に得るために、ロボット駆動制御装置１３はコンピュータ１５と接続している。
【００２４】
上記コンピュータ１５では、得られたデジタルデータから、例えば２次元マッピング処理、標準偏差演算処理及びフーリエ変換演算処理を行なうことができる。コンピュータ１５で行われる上記処理結果を出力するために、必要に応じて印刷機などを接続することも可能である。
【００２５】
本発明では上記の通り得られる２次元マッピングしてなる画像から、計測対象面全体の塗装ムラを評価することができる。また標準偏差や２次元パワースペクトルを用いて、計測対象面の塗装ムラを定量的に評価することができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例を挙げて本発明方法をさらに詳細に説明する。
【００２７】
（測定対象物の作成）
測定対象物は、厚さ０．８ｍｍの湾曲鋼板に、自動車車体塗装と同様に電着塗装及び焼付を行った後、ポリエステル／メラミン硬化系中塗り塗料を塗装及び焼き付けし、メタリック塗装用下地を用意した。次いでメタリック塗装においては、アルミニウムフレークを配合した関西ペイント株式会社製水性ベースコート塗料を用いて、下記表１に記載の条件にて同一塗料を塗装し実施例１〜３の計測対象物を作成した。
【００２８】
【表１】
2006201045.tif 000003
【００２９】
（計測対象物の計測）
図３と同様の装置を用いて実施例１〜３の計測を行った。駆動及び計測条件は下記表２に記載の条件で行った。尚、発光素子及び受光素子の位置関係は、４５°入射／３５°受光となるよう設定した。
【００３０】
【表２】
2006201045.tif 000004
【００３１】
（計測データの評価と解析）
各実施例について計測で得られた７８×２５点のデータを８階調で２次元マッピングした処理画像を図４、５及び６に示す。２次元マッピング画像上において、濃淡の差が少ないほど塗装ムラ（メタリックムラ）が少ないことを示しており、技術者の目視評価熟練度にかかわり無く計測評価物の塗装ムラ（メタリックムラ）の優劣を認識し決定することができる。具体的には実施例１（図４）が塗装ムラが少なく、実施例２（図５）がムラなく優れており、実施例３（図６）は顕著な塗装ムラが生じていることがわかる。本実施例では、マイクロソフト社製表計算ソフト「エクセル」を使用して、２次元マッピングを作成したが、２次元的な数値データを図示可能なソフトウェアであれば、適宜選択して使用することができる。
【００３２】
さらに計測によって得られたデータは、フーリエ変換による解析によって定量的な評価を導き出すことができる。各実施例について２次元フーリエ変換を行って得られる２次元パワースペクトルの処理画像を図７、８及び９に示した。２次元フーリエ変換には、計測データのうち５０×５０の正方データを使用して行い、特に顕著な差異が認められる低周波数（１〜１０Ｈｚ）のデータにおいて、スペクトルデータの値が大きいものほど明度が小さくなるよう図示した。表３に示したように、２次元パワースペクトルデータの最大値は計測データの２次元マッピングから得られた定性的な官能評価と逆相関を示しており、パワースペクトルデータの最大値によって塗装ムラの程度を定量的に評価できることがわかる。
【００３３】
【表３】
2006201045.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明で使用する光学ユニットを説明する概略説明図である。
【図２】光学ユニットの底面概略図である。
【図３】本発明の計測装置全体の概略説明図である。
【図４】実施例１の計測による８階調２次元マッピング図である。
【図５】実施例２の計測による８階調２次元マッピング図である。
【図６】実施例３の計測による８階調２次元マッピング図である。
【図７】実施例１の２次元フーリエ変換パワースペクトルである。
【図８】実施例２の２次元フーリエ変換パワースペクトルである。
【図９】実施例３の２次元フーリエ変換パワースペクトルである。
【符号の説明】
【００３５】
１  発光素子
２  受光素子
３  光学ユニット
４  ボールベアリングころ
５  保持アーム
６、７  可動関節部
８  計測対象物
１０  多関節保持アーム
１１  単軸ロボットＸ
１２  単軸ロボットＹ
１３  ロボット駆動制御装置
１４  Ａ／Ｄ変換機
１５  コンピュータ
【図１】
2006201045.tif 000006
【図２】
2006201045.tif 000007
【図３】
2006201045.tif 000008
【図４】
2006201045.tif 000009
【図５】
2006201045.tif 000010
【図６】
2006201045.tif 000011
【図７】
2006201045.tif 000012
【図８】
2006201045.tif 000013
【図９】
2006201045.tif 000014