(57)【要約】【課題】製品の外観品質を適正かつ画一的に評価できるようにする。【解決手段】設計形状よりも凹凸があり人が視覚を通じて認識可能な大きさの凹凸部が表面に現れる可能性のある製品の外観品質を評価するにあたり、対象の製品の表面形状の測定データをフィルタ処理することで凹凸部の形状を含む波長成分を抽出し、その抽出した波長成分に現れる凹凸部の深さ若しくは高さ並びに当該凹凸部の傾きの大きさに基づいて対象の製品の外観品質の良否を判定することとした。凹凸部の形状を含む波長成分を抽出するためのフィルタのカットオフ値は、高域側の波長成分のカットオフ値λc＝ｋcＤ、低域側の波長成分のカットオフ値λf＝ｋfＴ＋Ｄ（但し、Ｔは対象の製品の厚み寸法、Ｄは対象の製品の裏面側に突出する凸部の幅寸法、ｋc及びｋfはそれぞれ定数）のように設定することが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計形状よりも凹凸があり人が視覚を通じて認識可能な大きさの凹凸部が表面に現れる可能性のある製品の外観品質を評価するために用いられる方法であって、
対象の製品の表面形状の測定データをフィルタ処理することで前記凹凸部の形状を含む波長成分を抽出し、
その抽出した波長成分に現れる凹凸部の深さ若しくは高さ並びに当該凹凸部の傾きの大きさに基づいて対象の製品の外観品質の良否を判定する外観品質評価方法。
【請求項２】
設計形状よりも凹凸があり人が視覚を通じて認識可能な大きさの凹凸部が表面に現れる可能性のある製品の外観品質を評価するために用いられる方法であって、
対象の製品の表面形状の測定データから前記凹凸部の形状を含む波長成分を抽出するためのフィルタのカットオフ値λc及びλfを、
高域側の波長成分のカットオフ値λc＝ｋcＤ
低域側の波長成分のカットオフ値λf＝ｋfＴ＋Ｄ
（但し、Ｔは対象の製品の厚み、Ｄは対象の製品の裏面側に突出する凸部の幅、ｋc及びｋfはそれぞれ定数である）
のように設定する外観品質評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視認可能な程度の大きさの凹凸部が表面に現れる可能性のある製品の外観品質の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂成形品に代表される工業製品には、その材料が起こす成形収縮によって表面に凹みを生ずる「ひけ」と呼ばれる現象が生じることが知られている。ひけは、金型を使用して作製される射出成形品に顕著に見られる（例えば、下記特許文献を参照）。射出成形では、溶融した高温の材料を金型内に射出するが、金型から取り出される冷えた製品は溶融状態と比較して多少なりとも収縮することから、その製品の表面形状は金型の内面形状とは完全には一致せず、一部が凹んだり穴が開いたりする。このような収縮に起因した外観不良がひけである。ひけは、製品の厚み寸法の大きい、つまりは材料の量の多い部位に発生しやすい。典型的には、製品の裏面側にリブや突起等の凸部が存在している部位が収縮することで、その表面側がひける。なお、ひけは樹脂成形品に特有の現象ではなく、金属の鋳造品等でも起こり得る。
【０００３】
また、射出成形において、金型内で二手に分かれた溶融樹脂の流れが合流して融着する部分にＶ溝状の細い線が形成されることもある。これは、ウェルドライン、ウェルドマーク、または単にウェルドと呼ばれる。ウェルドは、製品に中空部を設ける目的で金型にピンやコア等を配置している場合や、溶融樹脂を金型内に注入するためのゲートが二つ以上存在する場合に発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−２３２３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ひけ等が発生し難い製品の開発、またひけ等が表出した不良製品を市場に流出させない品質管理を実現するためには、製品の表面に外観上問題となるひけ等が発生していないかどうかを評価し判定する必要がある。
【０００６】
現状、製品が外観の面で良品であるか不良品であるかの判定は、人の目視による官能評価に頼っている。しかしながら、官能評価ではどうしても評価者個人の主観が入り込み、判定基準が評価者毎にばらつく嫌いがある。
【０００７】
官能評価に代わる、製品の外観品質の定量評価の手法としては、対象の製品の表面形状を接触式の表面形状測定器や非接触式の表面形状測定器（レーザマイクロスコープまたはレーザ顕微鏡、白色干渉計、レーザ干渉計）を使用して測定し、その測定データと製品の本来の設計形状（理想の形状）との差分を求めることが考えられる。だが、仮に対象の製品に外観上問題となるひけ等が存在していなかったとしても、実際の製品の表面形状と図面上の設計形状との間にはμｍオーダの誤差が生じることが多く、測定データと設計形状との重ね合わせ方によって両者の差分の量が変わってしまう。加えて、実際の製品の表面には微細な凹凸の連続、いわゆる表面粗さが存在し、その表面粗さが測定データに混入することから、これをどのように取り扱うかによっても差分の量は変わってくる。
【０００８】
本発明は、ひけ等の凹凸部が表面に現れる可能性のある製品の外観品質を適正かつ画一的に評価できるようにすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、設計形状よりも凹凸があり人が視覚を通じて認識可能な大きさの凹凸部（凹または凸）が表面に現れる可能性のある製品の外観品質を評価するにあたり、対象の製品の表面形状の測定データをフィルタ処理することで前記凹凸部の形状を含む波長成分を抽出し、その抽出した波長成分に現れる凹凸部の深さ（凹の場合）若しくは高さ（凸の場合）並びに当該凹凸部の傾きの大きさに基づいて対象の製品の外観品質の良否を判定することとした。
【００１０】
並びに、本発明では、設計形状よりも凹凸があり人が視覚を通じて認識可能な大きさの凹凸部が表面に現れる可能性のある製品の外観品質を評価するにあたり、対象の製品の表面形状の測定データから前記凹凸部の形状を含む波長成分を抽出するためのフィルタのカットオフ値λc及びλfを、高域側の波長成分のカットオフ値λc＝ｋcＤ、低域側の波長成分のカットオフ値λf＝ｋfＴ＋Ｄ（但し、Ｔは対象の製品の厚み、Ｄは対象の製品の裏面側に突出する凸部の幅、ｋc及びｋfはそれぞれ定数である）のように設定することとした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ひけ等の凹凸部が表面に現れる可能性のある製品の外観品質を適正かつ画一的に評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態の外観品質評価方法の対象となる製品の表面に現れる凹部を模式的に示す拡大断面図。
【図２】同実施形態の外観品質評価方法の対象となる、製品の表面形状の測定データ及び本来の設計形状を例示する図。
【図３】同実施形態の外観品質評価方法によって測定データから抽出された、ひけ等の凹部の形状を含む波長成分を例示する図。
【図４】評価対象となる複数個の製品の表面に生じた凹部の深さと、官能評価による外観品質の良否の判定の結果との相関を示す図。
【図５】評価対象となる複数個の製品の表面に生じた凹部の内面の傾きの最大値と、官能評価による外観品質の良否の判定の結果との相関を示す図。
【図６】評価対象となる複数個の製品の表面に生じた凹部の幅と、官能評価による外観品質の良否の判定の結果との相関を示す図。
【図７】評価対象となる複数個の製品の表面に生じた凹部の深さ及び内面の傾きの最大値と、官能評価による外観品質の良否の判定の結果との相関を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態の外観品質評価方法は、射出成形等により作製される合成樹脂成形品１の表面に現れるひけやその他の凹部２の有無、またはその凹部２が外観の品質上問題となる程度に大きいか否かを評価することを目的とするものである。
【００１４】
図１に模式的に示すように、樹脂成形品１の表面にはひけと呼ばれる凹部２が発生することがある。ひけ２は、製品１本来の設計形状よりも凹み、人が視覚的にはっきりと認識できる大きさまで拡大することがある。ひけ２は、製品１の強度を確保するために設けられるリブやボス等の、製品１の裏面側に突出する凸部３が存在する部位の表面側に好発する。特に、ＰＰ（ポリプロピレン）等の結晶性樹脂を材料とする成形品１において、このようなひけが生じやすい。
【００１５】
本実施形態では、まず、接触式の表面形状計測器や非接触式の表面形状計測器等を使用して、評価対象となる製品１の表面形状を測定する。接触式または非接触式の表面形状計測器は、それぞれ既知のものである。即ち、接触式の表面形状計測器は、触針の先端で対象の製品１の表面をなぞるように走査したときの触針の上下運動を電気信号に変換して取得し、その電気信号をディジタルサンプリングして測定データを得る。また、非接触式の表面形状計測器であるレーザマイクロスコープは、接触式の表面形状計測器における触針の代わりに光を用いる。具体的には、レーザ光を対象の製品１の表面に照射し、その製品１の表面からの反射光を可動の対物レンズを介して受光することを通じて、反射光量が最大となる（ピントが合う）ときの対物レンズの位置、つまり製品１の表面におけるレーザ光を照射した箇所の高さを計測する。このような計測を製品１の表面上の多数の箇所で実施することにより、対象の製品１の表面形状の測定データを得る。
【００１６】
図２に、対象の製品１の表面形状の測定データ、及び製品１の表面の理想的な設計形状の例を示す。図２中、測定データを実線で表し、設計形状を破線で表している。実線は、対象の製品１をその表面に対して直行する平面で切断した場合にその断面に現れる、当該製品１の表面に沿った輪郭の曲線（断面曲線）である。同様に、破線は、表面粗さやひけ２さらには設計形状からの誤差を全く含まない理想的な製品を同じ平面で切断した場合にその断面に現れる、当該製品の表面に沿った輪郭の曲線である。図２の横軸は、所定方向（この所定方向は、製品を切断する平面に沿った方向である）に沿った製品１の表面の位置である。縦軸は、当該位置における製品１の表面の高さである。
【００１７】
対象の製品の表面形状の測定データには、目視で確認可能なひけ等の凹部２の他、目視で確認することが困難なほど微細な凹凸の連続である表面粗さや、測定誤差であるノイズが混入する。図２において、表面粗さ及びノイズは、実線の断面曲線の細かな振動となって現れている。また、言うまでもないことであるが、測定データには製品１本来の設計形状が含まれている。製品１の外観品質を適正かつ画一的に評価するためには、これら表面粗さ、ノイズ及び製品１本来の設計形状を測定データから除去する必要がある。
【００１８】
測定データの断面曲線を所定方向に沿った位置ｘの関数Ｆ（ｘ）とおくと、Ｆ（ｘ）は位置ｘにおける対象の製品１の表面の高さを表す。そして、表面粗さ及びノイズは断面曲線Ｆ（ｘ）の短波長（高周波）成分、ひけ等の凹部２はＦ（ｘ）の中波長（中周波）成分、製品１本来の設計形状はＦ（ｘ）の長波長（低周波）成分と解釈することが可能になる。そこで、本実施形態では、測定データの断面曲線Ｆ（ｘ）に位相補償形のディジタルフィルタを適用することにより、評価の対象となるひけ等の凹部２の形状を含んだ成分のみを抽出し、その他の成分を除去する。
【００１９】
適用するフィルタの種類は任意に選択してよいが、ここではガウシアンフィルタを用いることとする。カットオフ値をλに設定したガウシアンフィルタ、即ちλよりも長い波長の成分を通過させλよりも短い波長の成分を遮断する低域通過（高域遮断）フィルタの空間領域での重み関数は、
Ｓ（ｘ）＝ｅｘｐ［−π｛ｘ／（αλ）｝2］／（αλ）
となる。但し、
α＝√（ｌｎ２／π）≒０．４６９７
である。Ｆ（ｘ）に上式の関数の重みをつける畳み込み積分を行うと、λよりも短い波長の成分をＦ（ｘ）から除去でき、λよりも長い波長の成分のみを得られる。逆に、λよりも長い波長の成分をＦ（ｘ）から除去し、λよりも短い波長の成分のみを得るためには、Ｆ（ｘ）に上式の関数の重みをつける畳み込み積分を行ったもの（λよりも長い波長の成分）を元のＦ（ｘ）から減算すればよい。
【００２０】
表面粗さ及びノイズの波長がλcよりも短く、製品１本来の設計形状の波長がλfよりも長く、ひけ等の凹部２の波長がλcからλfまでの範囲に属しているとすれば、測定データの断面曲線Ｆ（ｘ）にカットオフ値λcの低域通過フィルタを適用して表面粗さ及びノイズを除去した断面曲線Ｆ’（ｘ）を得、さらにこのＦ’（ｘ）にカットオフ値λfの低域通過フィルタを適用したものをフィルタ適用前のＦ’（ｘ）から減算することにより、ひけ等の凹部２の形状を含んだ成分のみを抽出することができる。
【００２１】
高域側の波長成分のカットオフ値λc、及び低域側の波長成分のカットオフ値λfはそれぞれ、
λc≒ｋcＤ
λf≒ｋfＴ＋Ｄ
のように設定できる。図１にも示している通り、Ｔは対象の製品１の厚み（製品１の表面の法線方向に沿った寸法）であり、Ｄは対象の製品１の裏面側に突出する凸部３の幅（製品１の表面の接線方向に沿った寸法）である。ｋc及びｋfはそれぞれ定数である。ひけ２の幅Ｗは、製品１の裏面側の凸部３の幅Ｄが大きいほど大きくなると考えられる。従って、ひけ等の凹部２の形状を含む成分を抽出するためのカットオフ波長λc、λfも、凸部の幅Ｄが大きいほど高くする。また、ひけ２の幅Ｗは、製品１の板厚Ｔが大きいほど大きくなると考えられる。それ故、カットオフ波長λc、λfを、製品１の厚みＴが大きいほど高くする。
【００２２】
カットオフ波長λc、λfについての係数ｋc、ｋfはそれぞれ、実験的に定めることができる。具体的には、評価対象の製品１と同一の材料を用いて、評価対象の製品１と同形の製品及び／または異形の製品を複数個作製し、それらの表面形状を測定して得た各測定データについて、ひけ等の凹部の形状を含んだ成分を適正に抽出（凹部以外の成分を適正に排除）できるようなカットオフ波長λc、λfの係数ｋc、ｋfを調査する。製品１がＰＰ成形体である場合、ｋc＝３．１、ｋf＝２．６に設定することが好適である。
【００２３】
図３に、対象の製品１の表面形状の測定データＦ（ｘ）に位相補償形フィルタを適用して、ひけ等の凹部２の形状を含む成分を抽出したもの（うねり曲線）の例を示す。図３中、うねり曲線を実線で表し、ベースラインを破線で表している。このように、断面曲線Ｆ（ｘ）から表面粗さやノイズ、並びに製品１自体の設計形状の成分を除去することによって、ひけ等の凹部２と当該凹部２以外のベースラインとの区別が明確になり、製品１の表面に現れる凹部２を客観的かつ定量的に評価することが容易となる。
【００２４】
以降、製品１の外観品質の画一的な良否判定の手法を述べる。従来、製品１が外観の面で良品であるか不良品であるかの判定は、人の目視による官能評価に頼るところが大であった。しかし、官能評価では、評価者個人の主観が入り込むことが避けられず、判定基準が評価者毎にばらついてしまう。本実施形態では、うねり曲線に現れている凹部２の深さＨ及び凹部２の内面の傾きＩの大きさに基づいて、対象の製品１の外観品質の良否を判定する。これにより、評価者個人の主観の入り込む余地をなくし、的確かつ迅速に製品１の外観品質の良否を判定することを可能にする。
【００２５】
図４ないし図７は、同一の材料を用いて作製した、同形の複数個（図示例では、二十個）の製品１について、精確な判定能力を有する評価者が外観品質の良否を判定した結果である。図４ないし図７において、○印は良品、即ち表面に外観上問題となるような顕著な凹部２が発生していない製品１を表し、×印は不良品、即ち表面に外観上問題となるような顕著な凹部２が発生している製品１を表している。
【００２６】
図４は、凹部２の深さ（ベースラインから凹部２の谷底点（凹部２の内面の中で周囲の隣接する点よりも高さが低い点）までの距離、つまりベースラインと凹部２の内面との距離の最大値）Ｈと良否判定結果との関係を示している。不良品の表面に現れている凹部２の深さＨは、良品の表面に現れる凹部２の深さＨよりも大きい。図４中破線で表しているように、良品と不良品との間には境界線を引くことができる。
【００２７】
図５は、凹部２の内面の傾き（凹部２の幅Ｗの範囲内における、うねり曲線を位置ｘで微分した微分係数の最大値）Ｉと良否判定結果との関係を示している。不良品の表面に現れている凹部２の内面の傾きＩは、良品の表面に現れる凹部２の内面の傾きＩよりも大きい。図５中破線で表しているように、良品と不良品との間には境界線を引くことができる。
【００２８】
これに対し、図６は、凹部２の幅Ｗと良否判定結果との関係を示している。不良品の表面に現れる凹部２の幅Ｗと、良品の表面に現れる凹部２の幅Ｗとの間に、明確な差は見て取れない。よって、凹部２の幅Ｗに基づいて製品１の外観品質の良否を判定することは適当でない。
【００２９】
また、図７は、凹部２の深さＨ及び凹部２の内面の傾きＩと良否判定結果との関係を示している。このように、凹部２の深さＷ及びその内面の傾きＩに基づけば、製品１が外観の面で良品であるか不良品であるかを客観的に判定することができる。
【００３０】
製品１の外観品質の良否判定に際しては、測定データＦ（ｘ）にフィルタを適用して得たうねり曲線についてベースラインを決定し、凹部２の深さＨ及び凹部２の内面の傾きＩを計測する。ベースラインは、うねり曲線を構成するデータに、最小二乗法による直線当てはめを行うこと等により決定できる。その上で、例えば、製品１の外観品質についての評価関数Ｅを、
Ｅ＝ｋHＨ＋ｋIＩ、または、
Ｅ＝（ｋHＨ）2＋（ｋIＩ）2
のように規定し、対象の製品１についての評価関数Ｅの値を求める。そして、その評価関数Ｅの値が判定閾値以下であるならば当該製品１を良品と判定し、判定閾値を超えたならば当該製品１を不良品と判定する。係数ｋH、ｋI及び判定閾値はそれぞれ、実験的に定めることができる。
【００３１】
あるいは、より単純に、対象の製品１の表面の凹部２の深さＨをこれに対応する判定閾値と比較するとともに、その凹部２の内面の傾きＩをこれに対応する判定閾値と比較する。そして、凹部２の深さＨが判定閾値を超えた、及び／または、凹部２の内面の傾きＩが判定閾値を超えた場合に当該製品１を不良品と判定し、そうでない場合に当該製品１を良品と判定することとしてもよい。
【００３２】
本実施形態によれば、対象の製品１の表面形状の測定データから、表面粗さや製品１本来の設計形状の成分を好適に除去できるので、ひけ等の凹部２の形状が明確となり、その形状や寸法を精確に計測、把握することができる。そして、良品と不良品とを仕分けするための条件が数値化されることから、ひけ等の凹部２が表面に現れる可能性のある製品１の外観品質を、適正かつ画一的に評価することが可能となる。製品１の成形品質について安定した管理ができ、製品１の開発、設計や生産管理に有用である。本実施形態における、凹部２の深さＨ及び内面の傾斜Ｉに基づく製品１の外観の良否判定の手法は、ひけ２以外の事象、例えばウェルド等に対してもそのまま応用できる。
【００３３】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、外観品質の評価の対象の製品として樹脂成形品１を想定していたが、高分子以外の金属を材料とする鋳造品や金属粉末射出成形品、セラミックス製品等の外観品質の評価のために本発明を利用することも当然に可能である。
【００３４】
また、対象の製品１の表面形状の測定データが、二次元平面座標系における各点の高さ位置を示す三次元曲面データとなっている場合には、当該曲面データに二次元ガウシアンフィルタ等を適用することで、製品１の表面に現れる凹部２の形状を含む波長成分（うねり曲面）を抽出すればよい。この場合にも、うねり曲面に現れる凹部２の深さＨ及び凹部２の内面の傾きＩの大きさを基に、対象の製品１が外観の面で良品であるか不良品であるかを客観的に判定することができる。
【００３５】
上記実施形態では、製品１本来の設計形状よりも凹む凹部２を評価対象としていたが、上記実施形態と同様の手法によって、製品１本来の設計形状よりも凸となる凸部が製品１の表面に現れているかどうか、またはその凸部が外観上問題となるかどうかを評価することもできる。即ち、対象の製品１の表面形状の測定データＦ（ｘ）をフィルタ処理することで凸部の形状を含む波長成分を抽出し、その抽出した波長成分に現れる凸部の高さ並びに当該凸部の外周面の傾きの大きさに基づいて、対象の製品１の外観品質の良否を判定することが可能である。
【００３６】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、人が視覚を通じて認識可能な大きさの凹凸部が表面に現れる可能性のある製品の外観品質の評価に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…製品
２…凹部（ひけ）
３…凸部
Ｄ…凸部の幅
Ｈ…凹部の深さ
Ｉ…凹部の傾き
Ｔ…製品の板厚
【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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【図６】
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【図７】
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