(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
かき傷の部分のみを撮影することのできる高倍率対物レンズを備えたデジタル画像取得装置、バルク、及び該バルクに力をかける圧子を用いて、引っ掻き試験で得られたかき傷を分析する方法であって、
該方法が
−参照位置に関して前記かき傷の開始位置を決定し、
−前記圧子によって前記バルクに前記かき傷を付け、かき傷を付けるのに与えられた力と、かき傷の少なくとも１つの被測定特性を、バルク上の圧子の前記参照位置に関する変位量の関数として記録し、
−前記かき傷を付け終えた後に、次いで、前記かき傷の重要な部分の全体を、１セットの複数の画像として取得して記録し、各画像はかき傷の拡大された領域に対応し、記録された各画像のかき傷上の位置は前記参照位置に対して定められ、
−前記記録された複数の画像と、与えられた力と、被測定特性とを、前記圧子の変位量に対する関数として関連付け、並びに
−前記与えられた力と前記被測定特性とのグラフを圧子の変位量の関数として表示し、該与えられた力及び被測定特性と同時に、前記記録された複数の画像から再構築された前記かき傷の重要な部分のパノラマ画像を表示する
段階を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記方法が、画素の大きさを決定し、これによってデジタル画像取得装置の画素とバルクにおけるその対応する実際の大きさとの間の対応関係が確立される段階を有する対応付け段階から開始されることを特徴とする、請求項１に記載の方法
【請求項３】
前記対応付け段階が前記デジタル画像取得装置のフィールドを決定する段階も有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法が、前記かき傷の開始位置を決定する段階に引き続いて、かき傷を付ける前に、バルクのかき傷が付けられる領域に対してデジタル画像取得装置を動かすことによって、バルクの高度を測定して記録する段階を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記バルクの記録された高度が、デジタル画像取得装置の調節を最適化するために、かき傷の複数の画像を取得する最中に使用されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記デジタル画像取得装置が対物レンズを有し、複数の画像を取得して記録している間に、前記バルクが該対物レンズから距離ｄをおいて配置され、ｄが
ｄ＝ｄ０＋ｈｉ＋ｐｉ
（但し、
ｄ０は前記バルクと対物レンズとの間の最適な初期の距離であり、
ｈｉが任意の位置におけるバルクの高さであり、
ｐｉが前記圧子の垂直方向の位置によって定められる、任意の位置における前記かき傷の深さである。）
と、定義されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記かき傷の任意の位置について、前記バルクと前記対物レンズとの間の距離をｄ＞ｄ０＋ｈｉを満たすように様々に変えながら、前記デジタル画像取得装置が一連の画像を取得するように制御され、取得された一連の画像が該任意の位置におけるかき傷の最終的な画像を再構築するように加工されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
各撮影の後に、前記対物レンズと前記かき傷とが相互に関して、前記デジタル画像取得装置のフィールドの一部分に対応する距離だけ変位され、連続する２枚の画像は相互関連付けによって相互に関して配置されることを特徴とする、請求項３〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記参照位置がかき傷の開始位置であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記デジタル画像取得装置が複数の対物レンズを有し、前記対応付け段階が該対物レンズの各々に対して行われる、請求項２〜９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルク上に層を堆積する分野に関する。より詳しくは、本発明は引っ掻き試験で行われる、かき傷を分析する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つ（又はそれ以上の）塗膜をバルク（又は基板）上に堆積する場合には、バルクへの塗膜の接着性、塗膜の凝集力と共に塗膜とバルクとの組合せの弾塑特性を評価することができるのが重要である。引っ掻き試験として知られる試験は非常に広く用いられており、このような性質を評価するには好適な手段である。
【０００３】
引っ掻き試験の方法は、制御された力と速度の下で、測定される特性を記録しながら、例えばロックウェルＣ200μm等の、径が測定されている先端によってかき傷を作ることである。この先端は、ダイヤモンド、又は同種の他の硬い材料によって作られている。最も普通に測定される特性は垂直力、接線力、針入深度、アコースティックエミッション等である。かき傷を作る際の力と速度とを特に制御するという事実によって、塗膜堆積物の品質について再現性がよくて信頼性の高い評価を与えることができる。この方法は広く用いられており、いくつの標準（ISO, IEN, ASTM等）の試験項目にもなっている。
【０００４】
かき傷が作られると、塗膜の接着及び凝集特性の測定が、顕微鏡下でのかき傷の観察と、臨界荷重、即ち、塗膜のレベルで発生する、視覚的に明らかに特定することのできる事象に対応する、塗膜に与えられた力を測定することとによってなされる。一例として、図１は、ある臨界荷重を受けた塗膜に生じた、脆性の指標となる小はがれを示している。
【０００５】
最先端の技術による引っ掻き試験の方法は次のようにして行われる。
−顕微鏡下でかき傷の所定の開始領域を狙って、又は無作為に
−圧子でかき傷をつけ、
−かき傷の終端部から開始領域に向けて顕微鏡下でその傷を視覚的に観察しながら、与えられた力を参照して臨界荷重を量定し、
−次の測定に移る。
【０００６】
ある特定の事象が検知される臨界荷重に対応する画像の記録が行われることもある。図２は、前記方法に従って作られたかき傷の分析を示すスクリーンキャプチャを示している。測定された複数の特性のグラフを、圧子の変位量に応じて見ることができる。２番目のスクリーンには、例えば図１のかき傷のような、かき傷の少数の画像が概略的に表示されている。かき傷が顕微鏡下にある限り、グラフと画像との間に同時表示性を持たせることが可能であり、このようにして、任意の画像をグラフの横軸に対応させることができる。他方、かき傷がもはや顕微鏡下にない場合には、かき傷を付けている間に記録されたかき傷のほんの少数の画像のみしかデータベースから見ることが出来ない。したがって、後からの分析に際して、これらの画像の内の１つと、該画像が示す塗膜に与えられた力とを確実に対応させるのは不可能である。
【０００７】
この操作モードの限界が、諸特性の測定の直後に臨界荷重の量定を行わなければならないことであることは容易に理解される。かき傷の画像と、当該画像が示す塗膜に与えられた力との間の物理的な同時表示性が失われてしまっているために、試験片を動かしたり交換したりした後に視覚的観察に戻すのは不可能であり、この視覚的な観察は一度しか行うことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、特に、傷が付けられた瞬間に関して、そのどの瞬間についてでも画像の分析を行うことができるようにすることによって、かき傷の分析を容易にする方法を提案することである。
【０００９】
本発明の目的は、解像度を失うことなく、かき傷全体又はかき傷の広領域に亘る重要な部位を示すパノラマ画像を記録、対応付け、そして利用する方法を提案することである。特に好適な方法においては、パノラマ画像をかき傷の被測定特性と同時に表示させることができ、それによって、かき傷が顕微鏡下にもはやない状態でも、依然として解像度を低下させることなく、このかき傷を視覚的に分析することができる。臨界荷重をかき傷の画像と視覚的に対応付けることが後からはできないという問題もこれによって解消することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
より詳しくは、本発明は請求項に記載されている方法に関する。
【００１１】
本発明を実施するためには、引っ掻き試験を行うために通常の方法で使用される装置を用いることができるので、その詳細については記載しない。このような装置は、特に、
−高倍率で拡大された画像、即ち、顕微鏡に類する機器で拡大された画像を取得することのできる少なくとも１つの対物レンズを有するデジタル画像取得装置、
−試験対象である、その上にかき傷が付けられるバルクを受容する支持体、及び
−制御された力を前記バルクに与えてかき傷を付ける圧子
を有する。
【００１２】
前記デジタル画像取得装置と圧子とは、バルクに対して変位させることができる。この変位を行うために、一般に、高精度で変位させることのできる可動台上にバルクを載置する。圧子とデジタル画像取得装置の方を変位させることも可能である。
【００１３】
かき傷の分析を行い、垂直力、接線力、針入深度、アコースティックエミッション等の測定される特性を感知するために、様々なセンサも配置される。
【００１４】
これらの様々な構成要素にコンピュータが接続され、これらの構成要素を制御し、センサからのデータを受信して処理し、かき傷の分析に関連する情報を画面上に表示することのできるプログラムが用いられる。
【００１５】
本発明が求める目的を達成するために、かき傷を分析する方法の重要な面の１つは、かき傷全体又は少なくともその重要な部分の画像、いわゆるパノラマ画像と、圧子の変位に対する測定された特性のグラフとを対応付けて同時に表示することにある。より詳しくは、図３及び４に示されているように、この同時表示によって、かき傷の画像の部分をグラフの横軸に合わせることが可能になる。グラフの横軸は圧子が動いた距離を示している。この対応付けた同時表示によると、バルクに与えられた力を様々な被測定特性及び適合するパノラマ画像の部分と関連付けることができる。
【００１６】
最先端の技術においては、この対応付けは、グラフを分析してグラフ上に特定される事象を顕微鏡で見るかき傷の部分と関連付けるオペレータによって行われる。本発明によると、かき傷の被測定特性とかき傷のパノラマ画像とは、それぞれ記録され、対応付けられた状態でいつでも同時に表示することができる。
【００１７】
バルクが可動台に載置されている装置を参照しながら、本発明の方法の各段階について詳述する。
【００１８】
第一に、求められている同時表示性を得るために、様々な対応付けが行われる。即ち、圧子とデジタル画像取得装置との間の距離が対応付けられ、可動台の任意の位置に対するそれら各々の位置がわかっているようにする。デジタル画像取得装置の対応付けも行い、その間に、画素の大きさが決定される。換言すれば、デジタル画像取得装置の画素と、バルクの高さにおいてそれが示す点の実際の大きさとの間の対応関係が確立される。デジタル画像取得装置のフィールドも、単一の画像上に示されているかき傷部分の実際の長さがわかっているように、決定される。フィールドは、デジタル画像取得装置が感知することのできる空間（或いは面にあっては表面）であることを確認されたい。最も近い点と、画像が未だに十分な鮮明さを有している最も遠い点との間の距離は、被写界深度と呼ばれている。
【００１９】
かき傷を付ける前に、かき傷の開始点に対応する位置Ｐ０が前記画像を取得することのできる対物レンズによって狙いを定められるように、画像取得装置の下でバルクを動かす。この例においては、参照として用いられるのはこの位置Ｐ０である。鮮明な画像を得るために、この対物レンズの焦点調節を人手、又は自動的に行う。これによって、Ｐ０において最適な品質の画像が得られるように、バルクと前記対物レンズとの間の最適な初期の距離ｄ０が決定される。
【００２０】
バルクの高さｈｉを測定して記録する段階は、かき傷が作られる領域において行われる。この段階は、非常に小さくて破壊的ではない負荷をかけて、圧子を通してこの領域を動かすことによって行うことができる。参照位置Ｐ０に関する、かき傷を作る前のバルクの形状図が得られる。
【００２１】
次いで、かき傷の開始位置として定められた位置Ｐ０が、圧子の下に配置されるようにバルクを動かす。そして、所定の長さに亘って、やはり所定の方法で変化する力をかけることによってかき傷が作られる。センサによってかき傷の特性が測定され、記録される。
【００２２】
次いで、このかき傷の画像が前記デジタル画像取得装置によって取得される。圧子と画像取得装置との各々の配置にもよるが、この操作は、かき傷を作るのとほぼ同時に行うことができる。
【００２３】
かき傷の位置Ｐ０を、デジタル画像取得装置の前記対物レンズの視域内に入れる。前記対物レンズは、可能な限り良い品質で、画像を取り込んで記録する。そして、かき傷の終端に達していない間は、前記対物レンズの視域の一部分に対応する距離だけ、バルクを変位させる。このようにして、デジタル化されていない部分がないように、かき傷全体の画像を集めることができる。通常、２つの連続する画像の間では、バルクは半視域に対応する距離だけ変位される。
【００２４】
最適品質の画像を得るためには、先に得られたバルクの形状図が、画像の取得中に、前記対物レンズに関するバルクの位置を調節するのに使用される。より詳しくは、台の垂直軸に沿って前記対物レンズから距離ｄをおいてバルクが配置され、ここにおいて、ｄは次のように定義される。  
ｄ＝ｄ０＋ｈｉ＋ｐｉ
ここにおいて、
ｄ０は、先に測定した、バルクと前記対物レンズとの最適な初期の距離、
ｈｉは、先に測定した、任意の位置におけるバルクの高さ、
ｐｉは、垂直軸における圧子の位置によって定められる、任意の位置におけるかき傷の深さである。
【００２５】
最適品質の画像を得るという目的を常に有し、かき傷の任意の位置に対して、画像取得装置は、バルクと前記対物レンズとの間の距離を変えながら、一連の画像を取得するように制御されている。ｄ＞ｄ０＋ｈｉである限りデジタル画像取得装置は画像を取得し、バルクと前記対物レンズとの間の距離は、該装置の被写界深度の関数として定められるピッチで、２回の撮影の間に変化する。通常、このピッチは被写界深度の半分である。次に、かき傷に関して任意の位置で、バルクから異なる距離で記録された各画像は最適化処理を受け、該最適化処理中に、輝度面のシャープ画像が局所ＤＣＴ（離散コサイン変換＝Discrete cosine transform）と局所階調度とによって計算される。これによって、高度マップは、各画素について、画素値が最大値を有するシャープ画像の高度を選択することによって構築される。高度マップのメディアンフィルタ処理の後、最終画像を再構築することが可能である。
【００２６】
そして、このようにして最適化された各画像の中央部位は、先の画像の中央部位との相関関係によって再配置される。この計算によって、画素の大きさの対応付けも、より洗練されたものとすることができる。このようにして得られた記録画像を１つ１つ加えて、かき傷全体又はかき傷の重要な部位のパノラマ画像を形成する。パノラマ画像を形成する各画像について、その対応付けパラメータと参照位置Ｐ０に対する各画像の位置とが記憶装置に保存される。
【００２７】
このようにして、連続する複数の画像からパノラマ画像が再形成され、この連続する複数の画像の各々は前記参照位置に対する距離で関係付けられる。各画像とその参照位置からの距離との関係付けは記憶装置に保存することができ、その結果、パノラマ画像は他方のグラフと同時に、バルクの物理的な存在とは独立に、表示することができる。
【００２８】
パノラマ画像と、かき傷の被測定特性のグラフとの表示のレベルで、図３に示されているように、同じ画面上で、パノラマ画像の全体の図とグラフの図とが示される。カーソルを用いて、パノラマ画像上の位置とこの画像に関連するグラフの横軸との間の対応を具体的に示すことが可能である。よりよく見えるように、図４に示されているように、パノラマ画像を拡大することもできる。既に行われている対応付けによって、この拡大は、グラフと同時に表示するという表示の同時性を全く失うことなく、簡単に完了することができる。
【００２９】
したがって、被測定特性のグラフに対応させて、パノラマ画像から臨界荷重を視覚的に分析するのは容易且つ快適である。
【００３０】
さらに、同一の測定に対して、異なる倍率の複数のパノラマ画像を関係付けることも可能である。
【００３１】
グラフとかき傷の痕跡のパノラマ図とを、同じファイル内で、対応付けられて同時表示可能な方法で関連付けることができる、引っ掻き試験で得られたかき傷の分析方法が提案されたので、引っ掻き試験の（後からの、又は即時のいずれもの）利用に、もはや制限がない。バルク上に堆積された塗膜について、自動化された品質管理試験を行うことも検討することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は従来技術に関し、ある臨界荷重を受けた塗膜に生じた、脆性の指標となる小はがれを示している。
【図２】図２は従来技術に関し、圧子で作られたかき傷の分析を示すスクリーンキャプチャである。
【図３】図３は、本発明の方法による結果を図示するスクリーンキャプチャである。
【図４】図４は、本発明の方法による結果を図示するスクリーンキャプチャである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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