(57)【要約】【課題】金属板の表面に生じるリジングマーク等の凹凸の有無を、主観に頼ることなくバラつきを抑えて定量的に判定可能な金属板の表面評価方法を提供する。【解決手段】金属板の表面評価方法は、金属板の２次元表面粗さ分布の２次元パワースペクトル強度分布から特定周波数領域のパワースペクトル強度分布を抽出し、抽出したパワースペクトル強度分布を複数領域に分割して、各分割領域内におけるパワースペクトル強度の絶対値を分割領域毎に合計して強度積算値を算出する。また、複数の分割領域に対する強度積算値の平均強度値を算出する。最大の強度積算値を示す分割領域に向かう最大強度方向を取得し、特定周波数領域の最大強度方向及びその周辺のパワースペクトル強度の絶対値を合計して最大強度値を取得する。最大強度値を平均強度値の差異の大きさを指標値として算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板の表面を評価する表面評価方法であって、
前記金属板の２次元表面粗さ分布を取得する工程と、
前記２次元表面粗さ分布に対して２次元フーリエ変換を実施して２次元パワースペクトル強度分布を求める工程と、
前記２次元パワースペクトル強度分布から特定周波数領域のパワースペクトル強度分布を抽出する工程と、
抽出された前記特定周波数領域のパワースペクトル強度分布を、パワースペクトルの原点を中心とする円周方向に一定の角度毎に、複数領域に分割する工程と、
分割された複数の分割領域内におけるパワースペクトル強度の絶対値を、前記分割領域毎に合計して前記分割領域毎の強度積算値をそれぞれ算出する工程と、
複数の前記分割領域の強度積算値を平均した平均強度値を算出する工程と、
複数の前記分割領域のうち、最大の前記強度積算値を示す分割領域を求め、前記パワースペクトルの原点から当該分割領域に向かう最大強度方向を求める工程と、
前記特定周波数領域の前記最大強度方向及びその周辺のパワースペクトル強度の絶対値を合計して最大強度値を算出する工程と、
前記最大強度値と前記平均強度値の差異の大きさを指標値として算出する工程と、
を含む金属板の表面評価方法。
【請求項２】
前記特定周波数領域は、リジングマークの特徴を含む周波数領域である請求項１に記載の金属板の表面評価方法。
【請求項３】
前記最大強度値は、前記特定周波数領域の前記最大強度方向を含む前記分割領域の強度積算値である請求項１又は請求項２に記載の金属板の表面評価方法。
【請求項４】
前記金属板は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の金属板の表面評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属板の表面評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のフード、フェンダー、ドア、ルーフ、トランクリッド等のパネル構造体の、アウタパネル（外板）やインナパネル（内板）等のパネルには、薄肉でかつ高強度のアルミニウム合金板として、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＡＡ乃至ＪＩＳ  ６０００系（以下、単に６０００系とも言う）のアルミニウム合金板の使用が検討されている。
【０００３】
６０００系アルミニウム合金板は、基本的には、Ｓｉ、Ｍｇを必須として含み、優れた時効硬化能を有している。そのため、プレス成形や曲げ加工時には低耐力化により成形性を確保するとともに、成形後のパネルの塗装焼付処理等、比較的低温の人工時効（硬化）処理時の加熱により時効硬化して耐力が向上する。これにより、必要な強度を確保できるＢＨ性（ベークハード性）、人工時効硬化能、塗装焼付硬化性を有する。
【０００４】
ところで、一部の６０００系アルミニウム合金板等の特定の金属板は、プレス成形等によって引張変形を与えると、圧延方向沿いに規則的な凹凸が現れる。これはリジングマークと呼ばれ、自動車の外板部品等、高い外観性能が要求される製品においては外観不良と見なされ、使用できないという問題が生じる。
【０００５】
このように、リジングマークの発生は品質に大きな影響を及ぼすため、これまでに様々な対策が提案されている。例えば、特許文献１には、比較的広範囲な板幅方向の集合組織における、特にＧｏｓｓ方位とＣｕｂｅ方位及び回転Ｃｕｂｅ方位の３つを、板幅方向に亙る平均面積率にて抑制するとともに、この集合組織における各方位の各々の板幅方向に亙る偏差も抑制することで、板幅方向に亙って比較的大きな板表面の凹凸の周期を有するリジングマークを抑制することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２４２２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、変形された金属板の表面に凹凸が発生しても、筋状の周期的な模様として現れない限り、人の目には目立って見えない。言い換えれば、凹凸が筋状の模様として現れると、凹凸の深さが浅くてもリジングマークとして認織され、不良品と判定される。
【０００８】
このようなリジングマークは、凹凸の深さで表現できないため、定量評価が難しかった。このため、上記特許文献１にも示されているように、リジングマークの有無の判定は、検査員の官能評価によって行われているのが現状である。具体的には、変形させた金属板の表面に塗装を施して最終製品に近い状態とした上で、固定された光源の光に金属板をかざし、表面における凹凸の目立ち具合を検査員が目視で評価している。しかし、このような目視による評価法は、検査員の主観に頼っているため、バラつきが大きかった。
【０００９】
本発明の目的は、金属板の表面に生じるリジングマーク等の凹凸の有無を、主観に頼ることなくバラつきを抑えて定量的に判定可能な金属板の表面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】
【００１０】
本発明は下記構成からなる。
金属板の表面を評価する表面評価方法であって、
前記金属板の２次元表面粗さ分布を取得する工程と、
前記２次元表面粗さ分布に対して２次元フーリエ変換を実施して２次元パワースペクトル強度分布を求める工程と、
前記２次元パワースペクトル強度分布から特定周波数領域のパワースペクトル強度分布を抽出する工程と、
抽出された前記特定周波数領域のパワースペクトル強度分布を、パワースペクトルの原点を中心とする円周方向に一定の角度毎に、複数領域に分割する工程と、
分割された複数の分割領域内におけるパワースペクトル強度の絶対値を、前記分割領域毎に合計して前記分割領域毎の強度積算値をそれぞれ算出する工程と、
複数の前記分割領域の強度積算値を平均した平均強度値を算出する工程と、
複数の前記分割領域のうち、最大の前記強度積算値を示す分割領域を求め、前記パワースペクトルの原点から当該分割領域に向かう最大強度方向を求める工程と、
前記特定周波数領域の前記最大強度方向及びその周辺のパワースペクトル強度の絶対値を合計して最大強度値を算出する工程と、
前記最大強度値と前記平均強度値の差異の大きさを指標値として算出する工程と、
を含む金属板の表面評価方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金属板の表面に生じるリジンマーク等の凹凸の有無を、主観に頼ることなくバラつきを抑えて定量的に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の金属板の表面評価方法を説明するフローチャートである。
【図２】（Ａ）は金属板ＭＡの表面高さ分布を示す分布図、（Ｂ）は金属板ＭＢの表面高さ分布を示す分布図である。
【図３】（Ａ）は金属板ＭＡの２次元パワースペクトル強度の分布図、（Ｂ）は金属板ＭＢの２次元パワースペクトル強度分布図である。
【図４】特定周波数成分の抽出用マスクを示す説明図である。
【図５】特定周波数領域の２次元パワースペクトル強度分布を円周方向に分割した様子を示す模式的な説明図である。
【図６】（Ａ）は金属板ＭＡの分割領域毎のパワースペクトル強度分布を表すグラフであり、（Ｂ）は金属板ＭＢの分割領域毎のパワースペクトル強度分布を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る金属板の表面評価方法は、例えば変形させた金属板の表面に発生する凹凸を、リジングマークと呼ばれる不具合と見なすか否かを、定量的な指標値により判定するものである。
【００１４】
前述のように、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板（６０００系アルミニウム合金板）等の特定の金属板にプレス成形等によって引張変形が付与されると、金属板の表面に圧延方向沿いに規則的な凹凸からなるリジングマークが現れることがある。このリジングマークが現れると、製品品質に大きな影響を及ぼすことになるため、金属板をプレス成形等によって加工した際には、リジングマークの有無を正確に判定することが要求される。
【００１５】
以下、本実施形態に係る金属板の表面評価方法について、フローチャートに沿って説明する。
本実施形態では、金属板として、変形させたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板（６０００系アルミニウム合金板）からなる二種類の金属板ＭＡ，ＭＢの表面に現れる凹凸模様であるリジングマークと呼ばれる外観不良を定量評価する場合を例に説明する。なお、二種類の金属板ＭＡ，ＭＢは、予め目視による判定を実施したもので、目視による判定で、金属板ＭＡはリジングマーク無し、金属板ＭＢはリジングマーク有りと判定されたものである。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る金属板の表面評価方法のフローチャートである。参考として、図２（Ａ）に金属板ＭＡの２次元表面粗さ分布２ＤＳＳを表す表面高さ分布図、図２（Ｂ）に金属板ＭＢの２次元表面粗さ分布２ＤＳＳの表面高さ分布図を示す。図中ＲＤは圧延方向を示す。
【００１７】
（ステップＳ１）
まず、２次元表面粗さ測定装置を用いて、図２（Ａ），（Ｂ）に示すような金属板ＭＡ，ＭＢの２次元表面粗さ分布２ＤＳＳを取得する。この場合の表面粗さの測定範囲は、リジングマークを認識するために、表面粗さ分布データ中に複数の突起形状を含ませる必要があるため、リジングマークの波長より十分に広く設定する。
【００１８】
なお、上記の２次元表面粗さ測定装置としては、例えばＢｒｕｋｅｒ社製  光干渉式非接触型形状測定機Ｃｏｎｔｏｕｒ−ＧＴ等、マトリクス状の２次元表面高さデータが得られる装置を用いることができる。
【００１９】
（ステップＳ２）
取得した金属板ＭＡ、ＭＢの２次元表面粗さ分布２ＤＳＳのデータに対して２次元フーリエ変換を実施し、２次元パワースペクトル強度分布２ＤＦＴを取得する。
【００２０】
具体的には、測定した金属板ＭＡ、ＭＢの２次元表面粗さ分布２ＤＳＳに対して、ノイズやうねりを除去するためのフィルタ処理を施した後、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等のフーリエ変換手段により２次元フーリエ変換を実施する。この２次元フーリエ変換により、２次元パワースペクトル強度分布２ＤＦＴを取得する。参考として、図３（Ａ）に金属板ＭＡの２次元パワースペクトル強度分布２ＤＦＴの分布図、図３（Ｂ）に金属板ＭＢの２次元パワースペクトル強度分布２ＤＦＴの分布図を示す。
【００２１】
（ステップＳ３）
次に、２次元パワースペクトル強度分布２ＤＦＴから、リジングマークの特徴を含む特定周波数領域の成分を抽出する。具体的には、得られた２次元パワースペクトル強度分布２ＤＦＴから、抽出用マスクによりリジングマーク形状の特徴を含む特定周波数領域の成分を選択的に抽出する。
【００２２】
図４は特定周波数領域の成分を抽出する抽出用マスクＭＫの説明図である。抽出用マスクＭＫは、パワースペクトルの原点Ｏを中心として、抽出するリジングマークの波形成分の最大波長に対応する半径ｒ１の内周円１１と、抽出するリジングマークの波形成分の最小波長に対応する半径ｒ２の外周円１３と、により定義される。すなわち、抽出用マスクＭＫは、半径ｒ１の内周円１１と、半径ｒ２の外周円１３との間に囲まれた円環状領域に生成される。
【００２３】
２次元パワースペクトル強度分布２ＤＦＴから、このマスク領域内のパワースペクトルのみを選択的に抽出することで、特定周波数領域ＳＦのみのパワースペクトル強度分布を求める。なお、抽出用マスクＭＫを用いて選択的にパワースペクトルを抽出する処理は、畳み込み演算等の周知の手法により実施できる。
【００２４】
（ステップＳ４）
次に、抽出用マスクＭＫにより抽出された特定周波数領域ＳＦのパワースペクトル強度分布を、複数領域に分割する。図５に特定周波数領域ＳＦの２次元パワースペクトル強度分布を円周方向に分割した様子の模式的な説明図を示す。
【００２５】
そして、パワースペクトル強度分布を分割したそれぞれの分割領域ＳＡｉ（ｉは個々の分割領域に対する指標を意味する）内のパワースペクトル強度の絶対値を、各分割領域ＳＡｉ内で合計して強度積算値Ａｉとしてそれぞれ算出する。
【００２６】
この強度積算値Ａｉの算出過程を更に具体的に説明する。
まず、リジングマークの定量評価に必要な特定周波数領域ＳＦを、パワースペクトルの原点Ｏから水平周波数軸ｆＨの右側に向かう方向を基準方向として、基準方向から円周方向に一定の角度Δθ毎に複数領域に分割する。図示例では、特定周波数領域ＳＦを基準方向から反時計回りにＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３，・・・と複数の分割領域ＳＡｉに均等に分割している。また、同様に基準方向から時計回りにも複数の分割領域ＳＡｉに均等に分割している。
【００２７】
そして、個々の分割領域ＳＡｉに含まれるパワースペクトル強度の絶対値を合計して、これを強度積算値Ａｉとする。これにより得られた各分割領域ＳＡｉの強度積算値Ａｉは、その分割領域ＳＡｉにおけるリジングマークの特徴成分の絶対強度を表す値である。
【００２８】
この強度積算値Ａｉは、金属板の表面における方向の対称性から、特定周波数領域ＳＦの全領域を分割して求めてもよいが、円周方向に沿った１／２の領域のみを分割して求めてもよい。ここでは、円周方向の角度θを、反時計回りを正の角度、時計回りを負の角度として、−９０≦θ≦＋９０[ｄｅｇ]となる範囲で特定周波数領域ＳＦを均等に分割し、分割領域ＳＡｉ毎に強度積算値Ａｉを求めている。
【００２９】
図６（Ａ）は金属板ＭＡにおける各分割領域ＳＡｉの強度積算値Ａｉの円周方向に沿った分布を表すグラフであり、図６（Ｂ）は金属板ＭＢにおける各分割領域ＳＡｉの強度積算値Ａｉの円周方向に沿った分布を表すグラフである。
図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、円周方向に沿った角度θ毎の強度積算値Ａｉの分布を求めることで、リジングマークの強さの定量的な分析が可能になる。リジングマークは、目視においては、ある一定方向の周期的な波として認識される。前述した２次元パワースペクトル強度分布２ＤＦＴから抽出される特定周波数領域ＳＦにおいて、ある一定方向の強度積算値Ａｉが大きければ、その方向に凹凸を繰り返すリジングマークが存在することになる。
【００３０】
図６（Ａ）に示す金属板ＭＡにおいては、強度積算値Ａｉの円周方向の分布が約６００〜１４００の範囲で略一定になっており、特段に高い強度積算値Ａｉの存在は認められない。一方、目視でリジングマークが確認された図６（Ｂ）に示す金属板ＭＢにおいては、円周方向の角度θが０ｄｅｇの位置で、強度積算値Ａｉが最も高くなっている。これによれば、角度θが０ｄｅｇの方向にリジングマークが存在していることがわかる。
【００３１】
（ステップＳ５）
次に、求めた取得した分割領域ＳＡｉの各強度積算値Ａｉを、下記（１）式により平均して平均強度値Ａａｖｅを算出する。
Ｖａｖｅ＝（ΣＡｉ）／ｎ（但し、ｉ＝１〜ｎ：ｎは計算に用いる分割領域の全数）  ・・・（１）
【００３２】
（ステップＳ６）
分割領域ＳＡｉの各強度積算値Ａｉの分布から、強度積算値Ａｉが最大となるピーク方向θｐｅａｋを求める。ピーク方向θｐｅａｋは、原点Ｏから最大の強度積算値Ａｉを有する分割領域ＳＡｉに向かう方向とする。また、これ以外にも、円周方向θに沿った強度積算値Ａｉの分布の最大値付近を曲線近似等により求めたピークの中心と原点Ｏとを結ぶ方向、ピーク半値幅の中心と原点Ｏとを結ぶ方向等としてもよい。
【００３３】
（ステップＳ７）
求めたピーク方向θｐｅａｋ及びその周辺の強度積算値Ａｉを合計して最大強度値Ａｐｅａｋを算出する。ここで、合計する周辺の強度積算値Ａｉとは、前述した分割領域ＳＡｉのうち、ピーク方向θｐｅａｋが含まれる分割領域の強度積算値Ａｉ、又はこの分割領域に隣接する他の分割領域の強度積算値との平均値、例えば、（Ａｉ−１＋Ａｉ＋Ａｉ＋１）／３、等で表されるスペクトル強度である。
【００３４】
（ステップＳ８）
ステップＳ７で求めた最大強度値Ａｐｅａｋを平均強度値Ａａｖｅの差異の大きさが、リジングマークの指標となる。具体的には、両者の差もしくは比などを指標値とする事が可能で、ここでは比を指標値として示す。すなわち、下記（２）式により、最大強度値Ａｐｅａｋを平均強度値Ａａｖｅで除算して、リジングマークを定量的に表す指標値Ｑを算出する。
Ｑ＝Ａｐｅａｋ／Ａａｖｅ  ・・・（２）
【００３５】
表１は、前述した金属板ＭＡ，ＭＢにおける平均強度値Ａａｖｅ、最大強度値Ａｐｅａｋ、及び平均強度値Ａａｖｅと最大強度値Ａｐｅａｋから算出したリジングマークの指標値Ｑを示している。
【００３６】
【表１】
2017181389.tif 000003
【００３７】
表１に示すように、この表面評価方法によると、リジングマークの指標値Ｑは、金属板ＭＡでは１．１９であるのに対して金属板ＭＢでは金属板ＭＡよりも大きい３．４９であり、リジングマークとしての特徴が強く現れていることが示される。つまり、このリジングマークの指標値Ｑが目視による評価と一致することがわかる。よって、指標値Ｑに閾値を設定することで、求めた指標値Ｑと閾値との関係から、リジングマークの有無を容易に判定できる。また、リジングマークが存在する場合には、その強度を簡便に定量評価することが可能となる。
【００３８】
以上のように、この表面評価方法によれば、金属板に生じ、その強度が凹凸の深さで表現できないリジングマークを、指標値Ｑにより数値化できる。そのため、検査員が目視で行っていたリジングマークの有無の判定を、検査員の主観に頼ることなく指標値Ｑに基づいて定量的に行える。したがって、判定結果のバラつきがなくなり、判定結果の信頼性を向上できる。また、指標値Ｑを用いてリジングマークの有無の判定を自動化することもできる。
【００３９】
特に、本表面評価方法によれば、プレス成形等によって加工されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板（６０００系アルミニウム合金板）の表面におけるリジングマークの有無を安定して判定できる。これにより、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板（６０００系アルミニウム合金板）を加工した製品の品質向上を図れる。
【００４０】
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
上記した金属板の表面評価方法は、金属板表面に生じたリジングマークの評価に用いているが、リジングマークに限らず、例えば、成形時に発生する歪み模様であるＳＳマーク（ストレッチャー・ストレインマーク）や、他の周期性を有する凹凸パターンの評価にも適用でき、同様の作用効果が得られる。
【００４１】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  金属板の表面を評価する表面評価方法であって、
前記金属板の２次元表面粗さ分布を取得する工程と、
前記２次元表面粗さ分布に対して２次元フーリエ変換を実施して２次元パワースペクトル強度分布を求める工程と、
前記２次元パワースペクトル強度分布から特定周波数領域のパワースペクトル強度分布を抽出する工程と、
抽出された前記特定周波数領域のパワースペクトル強度分布を、パワースペクトルの原点を中心とする円周方向に一定の角度毎に、複数領域に分割する工程と、
分割された複数の分割領域内におけるパワースペクトル強度の絶対値を、前記分割領域毎に合計して前記分割領域毎の強度積算値をそれぞれ算出する工程と、
複数の前記分割領域の強度積算値を平均した平均強度値を算出する工程と、
複数の前記分割領域のうち、最大の前記強度積算値を示す分割領域を求め、前記パワースペクトルの原点から当該分割領域に向かう最大強度方向を求める工程と、
前記特定周波数領域の前記最大強度方向及びその周辺のパワースペクトル強度の絶対値を合計して最大強度値を算出する工程と、
前記最大強度値と前記平均強度値の差異の大きさを指標値として算出する工程とを含む金属板の表面評価方法。
この金属板の表面評価方法によれば、金属板の表面に生じた凹凸を指標値で数値化して表せる。これにより、検査員が目視で行っていたリジングマーク等の欠陥有無の判定を指標値で定量的に判定することが可能となる。したがって、検査員による判定のバラつきをなくし、判定結果の信頼性を高められる。また、この判定工程を自動化することもできる。
【００４２】
（２）  前記特定周波数領域は、リジングマークの特徴を含む周波数領域である（１）に記載の金属板の表面評価方法。
この金属板の表面評価方法によれば、金属板を変形させた際等に生じ得るリジングマークの有無を定量的に評価できる。つまり、凹凸の深さでその強度を表現できないリジングマークであっても、人の視感に合致した高い精度で定量評価が行える。
【００４３】
（３）  前記最大強度値は、前記特定周波数領域の前記最大強度方向を含む前記分割領域の強度積算値である（１）又は（２）に記載の金属板の表面評価方法。
この金属板の表面評価方法によれば、最大強度方向が分割領域単位で定まり、また、最大強度値が最大強度方向を含む分割領域の強度積算値となるので、演算処理が軽減されて高速処理が可能となり、判定処理のタクトアップが図れる。
【００４４】
（４）  前記金属板は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板である（１）〜（３）のいずれか一つに記載の金属板の表面評価方法。
この金属板の表面評価方法によれば、プレス成形等によって加工されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の表面におけるリジングマークを定量的に評価できる。これにより、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を加工した製品の品質向上を図れる。
【符号の説明】
【００４５】
ＭＡ，ＭＢ  金属板
２ＤＳＳ  ２次元表面粗さ分布
２ＤＦＴ  ２次元パワースペクトル強度分布
ＳＦ  特定周波数領域
ＳＡｉ  分割領域
Ａａｖｅ  平均強度値
Ａｐｅａｋ  最大強度値
θｐｅａｋ  最大強度方向
【図１】
2017181389.tif 000004
【図２】
2017181389.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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