(57)【要約】【課題】凹凸の浅い表面模様であっても、この表面模様を簡便且つ迅速に、しかも精度良く測定できる表面形態測定装置、表面形態測定方法を提供すること、及び、表面形態を正確に定量評価できる金属板の表面形態評価方法を提供する。【解決手段】光源部及び撮像部は、相対位置変更部によって被測定対象物Ｍとの相対位置が変更される。相対位置変更部により変更される複数の相対位置で撮像部が被測定対象物Ｍを撮像する。撮像された複数の撮像画像Ｇ１から、特徴画像抽出部が特定領域の特徴画像Ｇ２をそれぞれ抽出する。合成特徴画像生成部は、抽出された複数の特徴画像Ｇ２を、その特徴画像Ｇ２に含まれる被測定対象物の部分画像が被測定物の対応する部位に配されるようにマッピングして、複数の特徴画像Ｇ２が合成された被測定対象物の合成特徴画像Ｇ３を生成する。【選択図】図３
2017219511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象物の表面形態を測定する表面形態測定装置であって、
前記被測定対象物に光を照射する光源部と、
前記光が照射された前記被測定対象物を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、
前記光源部及び前記撮像部と前記被測定対象物との相対位置を変更する相対位置変更部と、
前記相対位置変更部により変更される複数の前記相対位置で前記撮像部が撮像した複数の撮像画像から、前記被測定対象物の表面模様が強調される光照射方向となる特定領域内の特徴画像をそれぞれ抽出する特徴画像抽出部と、
抽出された複数の前記特徴画像を、当該特徴画像に含まれる前記被測定対象物の部分画像が前記被測定対象物の対応する位置に配されるようにマッピングして、複数の前記部分画像が合成された前記被測定対象物の合成特徴画像を生成する合成特徴画像生成部と、
を備える表面形態測定装置。
【請求項２】
前記光源部は、前記被測定対象物に線状光を照射するライン光源である請求項１に記載の表面形態測定装置。
【請求項３】
前記被測定対象物は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板である請求項１又は請求項２に記載の表面形態測定装置。
【請求項４】
被測定対象物の表面形態を測定する表面形態測定方法であって、
前記被測定対象物に光を照射する光源部と、前記光が照射された前記被測定対象物を撮像する撮像部とを、前記被測定対象物に対する互いに異なる複数の相対位置に移動させ、それぞれの前記相対位置で前記被測定対象物を撮像して複数の撮像画像を生成する工程と、
生成された複数の前記撮像画像から、前記被測定対象物の表面模様が強調される前記光の照射方向となる特定領域内の特徴画像をそれぞれ抽出する工程と、
抽出された複数の前記特徴画像を、当該特徴画像に含まれる前記被測定対象物の部分画像が前記被測定対象物の対応する位置に配されるようにマッピングして、複数の前記部分画像が合成された前記被測定対象物の合成特徴画像を生成する工程と、
を含む表面形態測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の表面形態測定方法により、金属板の表面の前記合成特徴画像を生成する工程と、
前記合成特徴画像に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から、平均強度値、パワースペクトルの原点を中心とする円周方向の最大強度方向、及び前記最大強度方向の最大強度値を求める工程と、
前記最大強度方向における前記最大強度値と前記平均強度値の差異の大きさを前記金属板の表面形態の評価指標値として算出する工程と、
を含む金属板の表面形態評価方法。
【請求項６】
前記最大強度値を求める工程は、
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て前記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方向を前記最大強度方向として求める工程と、
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前記最大強度値を算出する工程と、
を含む請求項５に記載の金属板の表面形態評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面形態測定装置、表面形態測定方法、及び金属板の表面形態評価方法に関する。
【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が確保されるとともに、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（ベークハード）性、人工時効硬化能、塗装焼付硬化性が得られる。
【０００４】
ところで、一部の６０００系アルミニウム合金板等、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、Ｃｕｂｅ方位、及び回転Ｃｕｂｅ方位の３つを、板幅方向にわたる平均面積率で抑制するとともに、この集合組織における各方位の各々の板幅方向にわたる偏差も抑制することで、板幅方向にわた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る。その場合、この金属板は不良品として判定される。
【０００８】
このようなリジングマークは、凹凸の深さでは表現できないため、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を塗装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、金属板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、検査員の主観に頼らざるを得ず、評価結果のバラつきが大きかった。
【０００９】
なお、レーザー顕微鏡等の表面形態を測定する装置も多数存在するが、レーザー顕微鏡は、１回の測定範囲が狭く、分析に必要な範囲を測定するには膨大な時間を要する。そのため、製造ラインにおいてレーザー顕微鏡をインラインで用いることは困難である。また、レーザー顕微鏡そのものが一般的な装置ではなく、しかも、測定するためには被測定対象物である金属板を切出す必要がある等、手軽さに欠ける。
【００１０】
本発明の目的は、凹凸の浅い表面模様であっても、この表面模様を簡便且つ迅速に、しかも精度良く測定できる表面形態測定装置、表面形態測定方法を提供すること、及び、表面形態を正確に定量評価できる金属板の表面形態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】
【００１１】
本発明は下記構成からなる。
（１）  被測定対象物の表面形態を測定する表面形態測定装置であって、
前記被測定対象物に光を照射する光源部と、
前記光が照射された前記被測定対象物を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、
前記光源部及び前記撮像部と前記被測定対象物との相対位置を変更する相対位置変更部と、
前記相対位置変更部により変更される複数の前記相対位置で前記撮像部が撮像した複数の撮像画像から、前記被測定対象物の表面模様が強調される光照射方向となる特定領域内の特徴画像をそれぞれ抽出する特徴画像抽出部と、
抽出された複数の前記特徴画像を、当該特徴画像に含まれる前記被測定対象物の部分画像が前記被測定対象物の対応する位置に配されるようにマッピングして、複数の前記部分画像が合成された前記被測定対象物の合成特徴画像を生成する合成特徴画像生成部と、
を備える表面形態測定装置。
（２）  被測定対象物の表面形態を測定する表面形態測定方法であって、
前記被測定対象物に光を照射する光源部と、前記光が照射された前記被測定対象物を撮像する撮像部とを、前記被測定対象物に対する互いに異なる複数の相対位置に移動させ、それぞれの前記相対位置で前記被測定対象物を撮像して複数の撮像画像を生成する工程と、
生成された複数の前記撮像画像から、前記被測定対象物の表面模様が強調される前記光の照射方向となる特定領域内の特徴画像をそれぞれ抽出する工程と、
抽出された複数の前記特徴画像を、当該特徴画像に含まれる前記被測定対象物の部分画像が前記被測定対象物の対応する位置に配されるようにマッピングして、複数の前記部分画像が合成された前記被測定対象物の合成特徴画像を生成する工程と、
を含む表面形態測定方法。
（３）  （２）に記載の表面形態測定方法により、金属板の表面の前記合成特徴画像を生成する工程と、
前記合成特徴画像に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から、平均強度値、パワースペクトルの原点を中心とする円周方向の最大強度方向、及び前記最大強度方向の最大強度値を求める工程と、
前記最大強度方向における前記最大強度値と前記平均強度値の差異の大きさを前記金属板の表面形態の評価指標値として算出する工程と、
を含む金属板の表面形態評価方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、凹凸の浅い表面模様であっても、この表面模様を簡便且つ迅速に、しかも精度良く測定できる。また、表面形態を正確に定量評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る表面形態測定装置の概略構成図である。
【図２】撮像部によって撮像された金属板の撮像画像を示す説明図である。
【図３】複数の撮像画像から特徴画像を抽出して合成特徴画像を生成する手順を説明する模式図である。
【図４】図３に示す手順により生成した合成特徴画像の例を示す説明図である。
【図５】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６Ａ】実施例１のリジングマークのない金属板の合成特徴画像を示す説明図である。
【図６Ｂ】実施例１のリジングマークを有する金属板の合成特徴画像を示す説明図である。
【図７Ａ】金属板ＭＡの２次元パワースペクトル強度の分布図である。
【図７Ｂ】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８】特定周波数成分の抽出用マスクを示す説明図である。
【図９】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１０Ａ】比較例１のリジングマークのない金属板の表面高さを表す画像の説明図である。
【図１０Ｂ】比較例１のリジングマークを有する金属板の表面高さを表す画像の説明図である。
【図１１Ａ】比較例２のリジングマークのない金属板の左右方向を基準軸とした場合の、表面の傾き量の分布を表す画像の説明図である。
【図１１Ｂ】比較例２のリジングマークを有する金属板の左右方向を基準軸とした場合の、表面の傾き量の分布を表す画像の説明図である。
【図１２】リジングマークのない金属板の画像のスペクトル強度の積算値の分布を示すグラフである。
【図１３】リジングマークを有する金属板の画像のスペクトル強度の積算値の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
本実施形態の表面形態測定装置は、例えば変形させた金属板の表面に発生する凹凸からなるリジングマークの有無等を容易に判定可能な表面形態測定用画像を生成するものである。
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。そこで、下記の表面形態測定装置により金属板を撮像し、金属板の表面模様となる凹凸を強調させた表面形態測定用画像を生成する。この生成された表面形態測定用画像を用いて、リジングマーク等を高精度に評価する。
【００１５】
図１は表面形態測定装置１０の概略構成図である。
表面形態測定装置１０は、光源部１１と、撮像部１２と、相対位置変更部１３と、制御部１４とを備える。
【００１６】
相対位置変更部１３は、例えば、駆動モータにより搬送駆動されるベルトコンベアであり、この相対位置変更部１３によって被測定対象物である金属板Ｍが搬送方向Ａに沿って一方向に搬送される。被測定対象物の金属板Ｍは、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板（６０００系アルミニウム合金板）であり、予め引張力を付与して変形させたものである。
【００１７】
光源部１１は、相対位置変更部１３によって搬送される金属板Ｍの表面に光を照射する。この光源部１１としては、直管状の蛍光灯や冷陰極線管のように線状光を照射するライン光源を用いるのが好ましい。光源部１１から照射された線状光は、相対位置変更部１３上の金属板Ｍに対して、搬送方向Ａと直交する幅方向に沿って照射される。
【００１８】
撮像部１２は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の撮像素子からなるもので、この撮像部１２は、相対位置変更部１３によって搬送される金属板Ｍの外観表面を撮像し、撮像画像を生成する。
【００１９】
制御部１４は、表面形態測定装置１０を統括して制御するもので、この制御部１４には、光源部１１、撮像部１２及び相対位置変更部１３が接続される。制御部１４は、光源部１１による光の点消灯及び照度等を制御し、相対位置変更部１３の駆動を制御する。また、制御部１４には、撮像部１２で撮像された金属板Ｍの撮像画像の信号が入力される。
【００２０】
制御部１４は、特徴画像抽出部２１と、合成特徴画像生成部２２とを備える。特徴画像抽出部２１は、撮像部１２から送信された金属板Ｍを撮像した撮像画像から特徴画像を抽出する。合成特徴画像生成部２２は、特徴画像抽出部２１で抽出された複数の特徴画像を合成した合成特徴画像を生成する。この制御部１４は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、記憶部（図示せず）等より構成される。制御部１４のＣＰＵは、ＲＯＭから、以下に説明する一連の処理手順が組み込まれたプログラムをロードしてＲＡＭを用いて実行し、装置全体の動作を制御する。記憶部は、ハードディスク又はフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体からなり、制御部１４から供給された画像情報等の各種情報を記憶する。記憶部に記憶されている情報は制御部１４によって適宜読み出し可能となっている。
【００２１】
次に、上記構成の表面形態測定装置１０の制御部１４による表面形態測定用画像の生成方法について説明する。
被測定対象物である金属板Ｍの表面模様を強調するために、光源部１１によって金属板Ｍの表面に光を照射する。このとき、光源部１１としてライン光源を用いれば、光源部１１から照射された線状光が、金属板Ｍに搬送方向Ａと直交する幅方向に沿って照射される。この線状光が照射された状態で、撮像部１２によって金属板Ｍの外観を撮像する。
【００２２】
図２はライン光源である光源部１１により金属板Ｍへ光を照射して撮像部１２によって撮像された撮像画像Ｇ１の一例である。
この撮像画像Ｇ１は、光源部１１から照射された光が金属板Ｍで反射された反射光の画像である。撮像画像Ｇ１の反射光の強い領域と弱い領域とは、それぞれほぼ一様な輝度レベルになっている。これに対して、撮像画像Ｇ１の反射光の強い領域と弱い領域との境界となる中間部分（特定領域ＳＡ）では、金属板Ｍの表面模様が浮き出る明暗差のある輝度分布となっている。金属板Ｍの表面模様は、表面の凹凸の深さが非常に小さいため、光照射方向が特定の狭い範囲の場合でしか浮き出ない。そのため、表面模様が強調される部分は、特定の光照射方向となる撮像画像Ｇ１の狭い特定領域ＳＡ内にしか現れない。
【００２３】
図３は複数の撮像画像Ｇ１から特徴画像Ｇ２を抽出して合成特徴画像Ｇ３を生成する手順を説明する模式図である。図３には、図１に示す相対位置変更部１３により金属板Ｍを移動させ、各移動位置で撮像した複数枚（図示例では３枚）の撮像画像Ｇ１を示してある。各撮像画像Ｇ１は、図中右側から左側に向けて撮像タイミングの時系列順となっている。
【００２４】
図１に示すように、相対位置変更部１３は、光源部１１及び撮像部１２の位置と、金属板Ｍの位置との相対位置を変更する。つまり、光源部１１と撮像部１２との位置関係を維持したまま、金属板Ｍを搬送方向Ａへ搬送する。そして、相対位置変更部１３が金属板Ｍの相対位置を変更する度に、撮像部１２は金属板Ｍを撮像する。この相対移動と撮像とを繰り返し実施することで、複数の撮像画像Ｇ１が生成される。
【００２５】
より具体的には、相対位置変更部１３は金属板Ｍを搬送し、撮像部１２は金属板Ｍを互いに異なる複数の相対位置で撮像する。撮像して得られた撮像画像Ｇ１は、特徴画像抽出部２１に出力される。特徴画像抽出部２１は、入力された撮像画像Ｇ１から、前述した特定領域ＳＡの画像を特徴画像Ｇ２として抽出する。抽出される特徴画像Ｇ２は、撮像画像Ｇ１の定位置に設定される特定領域ＳＡ内の画像であり、金属板Ｍの表面模様が強調されて浮き出た画像である。
【００２６】
この特徴画像Ｇ２の抽出処理は、予め特定領域ＳＡとなる画像領域の座標を定めておき、その座標領域の画像を選択的に抽出してもよく、得られた撮像画像Ｇ１から、輝度分布の中間部分となる領域を求め、この中間部分の領域の画像を選択的に抽出する等、適宜な画像処理により動的に抽出してもよい。
【００２７】
なお、図２の撮像画像は金属板のみを示しているが、図３に示すように、撮像画像Ｇ１、特徴画像Ｇ２は金属板Ｍの周辺を含んでいてもよく、合成特徴画像Ｇ３を得るにあたり、適宜その撮像範囲を抽出することが可能である。
【００２８】
抽出された複数の特徴画像Ｇ２は、合成特徴画像生成部２２に出力される。合成特徴画像生成部２２は、入力された特徴画像Ｇ２を、それぞれの特定領域ＳＡに含まれる金属板Ｍの部分画像が、金属板Ｍの対応する位置に配されるようにマッピングする。
【００２９】
ここで、上記のマッピングの処理について詳述する。
撮像画像Ｇ１の座標系を画像座標系、映出された金属板Ｍを基準とする座標系を対象物座標系と定義した場合、特定領域ＳＡに映出された金属板Ｍの部位は、いずれの特徴画像Ｇ２であっても画像座標系では一定の座標値で表される。一方、対象物座標系では、映出された金属板Ｍの部位は、特徴画像Ｇ２毎に異なる。そこで、各特徴画像Ｇ２に映出された金属板Ｍの部位を、対象物座標系において、金属板Ｍ上の実際の位置に応じて配されるように、各特徴画像Ｇ２を並べ替える。
【００３０】
具体的には、各特徴画像Ｇ２を、例えば撮像画像Ｇ１の撮像タイミングにおける相対位置変更部１３の駆動量（金属板Ｍの位置、搬送ベルトを駆動する駆動モータ駆動信号のパルス数等）を求め、この駆動量から求まる金属板Ｍの変位量に基づいて、対象物座標系における座標を求める。求めた座標に基づいて特徴画像Ｇ２を対象物座標系の平面（画像）に配置する。これにより、複数の特徴画像Ｇ２のそれぞれに含まれる金属板Ｍの部分画像が、金属板Ｍの対応する位置にマッピングされる。マッピングして得られる画像は、金属板Ｍの複数の部分画像が合成され、金属板Ｍの全体像が復元された画像となる。この画像が合成特徴画像Ｇ３であり、撮像された金属板Ｍの全体にわたって表面模様が強調された画像となる。
【００３１】
図４は図３に示す手順により生成した合成特徴画像Ｇ３を示す説明図である。合成特徴画像Ｇ３は、各特徴画像Ｇ２の隣接する画像端部同士がつなぎ合わされた一枚の合成画像であり、金属板Ｍの表面全体にわたってリジングマークが明瞭に視認可能な画像となる。
【００３２】
なお、上記した撮像部１２が撮像画像Ｇ１を取得するタイミングは、相対位置変更部１３による金属板Ｍの相対移動動作と同期させる。撮像のタイミングは、金属板Ｍが、撮像画像Ｇ１の特定領域ＳＡにおける搬送方向Ａに沿った幅分を移動する度に設定されるのが好ましい。その場合、複数の撮像画像Ｇ１から抽出される各特徴画像Ｇ２の画像端部同士がつなぎ合わされ、合成特徴画像Ｇ３を一枚の画像として簡単に生成できる。
【００３３】
撮像のタイミングが上記タイミングより短い場合には、複数の特徴画像Ｇ２は、互いに隣接する画像端部同士がオーバーラップする。その場合、オーバーラップする領域同士の輝度値を平均化して合成特徴画像Ｇ３を生成すればよい。
【００３４】
各特徴画像Ｇ２のマッピングは、上記のように相対位置変更部１３の駆動量に基づいて実施する方法に限らない。例えば、映出された金属板Ｍの特徴点（端部や角部、或いはマーク等）に基づいて実施してもよい。
【００３５】
なお、本構成では金属板Ｍを移動させているが、金属板Ｍを固定して光源部１１及び撮像部１２を移動させる構成や、金属板Ｍと光源部１１及び撮像部１２とを同時に移動させる構成であってもよい。その場合も、同様な手順で合成特徴画像Ｇ３を生成できる。
【００３６】
一般に、物体の外観測定においては、物体を直接的に目視観察することや、カメラで撮像した画像を観察することでなされている。しかし、リジングマーク等の表面模様は、浅い筋状の凹凸からなるため、光を特定の方向から照射しなければ視認できず、視認できる範囲も狭い。このような場合でも、本構成の表面形態測定装置１０によれば、金属板Ｍの表面全域の表面模様が強調された合成特徴画像Ｇ３を生成できるため、リジングマークを容易に視認できる。その結果、リジングマークの評価を高精度で、且つ、高い再現性で実施でき、評価結果の信頼性を向上できる。また、レーザー顕微鏡等の表面形態を測定する装置を用いる場合と比較して、手軽にかつ短時間で評価を実施できる。
【００３７】
また、本構成によれば、光源部１１としてライン光源を用い、金属板Ｍの表面に線状光を照射して撮像している。このため、撮像画像Ｇ１から抽出される特徴画像Ｇ２の形状が矩形状となる。特徴画像Ｇ２が矩形状であることにより、複数の特徴画像Ｇ２を合成して合成特徴画像Ｇ３を生成する処理が、複雑な演算処理を要することなく簡単に行える。
【００３８】
以上より、本構成の表面形態測定装置１０によれば、生成した合成特徴画像Ｇ３から、例えばプレス成形等によって加工されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の表面に生じたリジングマークを短時間で且つ正確に確認できる。これにより、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の加工製品の品質向上を図れる。
【００３９】
＜金属板の表面評価方法＞
次に、上記の手順で表面形態測定装置１０により得られた合成特徴画像Ｇ３を用いて、金属板の表面評価を実施する、金属板の表面評価方法を説明する。
ここでは、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を用いる。そして、これら金属板ＭＡ，ＭＢの表面に現れる凹凸模様であるリジングマークを定量評価する。なお、二種類の金属板ＭＡ，ＭＢは、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はリジングマークありと判定されたものである。
【００４０】
図５は金属板の表面評価方法の手順を示すフローチャートである。参考として、金属板ＭＡ，ＭＢの画像例を図６Ａ，図６Ｂに示す。図６Ａはリジングマークのない金属板の合成特徴画像であり、図６Ｂはリジングマークを有する金属板の合成特徴画像である。なお、各金属板の圧延方向は図中上下方向である。
【００４１】
（ステップＳ１）
まず、図１に示す表面形態測定装置１０を用いて、前述した手順により、図６Ａ，図６Ｂに示すような金属板ＭＡ，ＭＢの合成特徴画像を取得する。
【００４２】
（ステップＳ２）
取得した金属板ＭＡ，ＭＢの合成特徴画像Ｇ３（図４参照）の明度データ（輝度値）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。
【００４３】
具体的には、測定した金属板ＭＡ、ＭＢの合成特徴画像Ｇ３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７Ａ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７Ｂ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。
【００４４】
（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。
【００４５】
図８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３１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３３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３１と、半径ｒ２の外周円３３との間に囲まれた円環状領域に生成される。
【００４６】
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。
【００４７】
（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９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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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θの角度を、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を求める。
【００５２】
（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。
Ａａｖｅ＝（ΣＡｉ）／ｎ（但し、ｉ＝１〜ｎ：ｎは計算に用いる分割領域の全数）  ・・・（１）
【００５３】
（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。
【００５４】
（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。
【００５５】
（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等を指標とすることが可能で、ここでは比を指標として示す。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評価指標値Ｑを算出する。
Ｑ＝Ａｐｅａｋ／Ａａｖｅ  ・・・（２）
【００５６】
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評価指標値Ｑを示している。
【００５７】
【表１】
2017219511.tif 000003
【００５８】
表１に示すように、この表面評価方法によると、リジングマークの評価指標値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評価指標値Ｑが目視による評価と一致することがわかる。よって、評価指標値Ｑに閾値を設定することで、求めた評価指標値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。
【００５９】
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、評価指標値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評価指標値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低減され、判定結果の信頼性を向上できる。また、評価指標値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。
【実施例】
【００６０】
上記した合成特徴画像Ｇ３を生成する手法として、上述した表面形態測定方法と、レーザー顕微鏡を用いた表面形態測定方法とを比較、検証した。
（評価方法）
実施例１として、本実施形態の表面形態測定方法で金属板の表面形態測定用画像を生成する。また、レーザー顕微鏡を備える光干渉型表面形状測定システムを用い、比較例１として表面高さを表す画像を生成する。また、比較例２として金属板の左右方向を基準軸とした場合の、金属板表面の傾き量の分布を表す画像を生成する。そして、これらの実施例１、比較例１，２の画像を、比較、解析した。なお、光干渉型表面形状測定システムとして、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が使用可能である。
【００６１】
実施例１、比較例１及び比較例２では、リジングマークがない金属板ＭＡとリジングマークがある金属板ＭＢとに対して、それぞれ画像を生成した。
【００６２】
（評価結果）
（１）画像の比較結果
（実施例１）
前述の図６Ａ，図６Ｂは、実施例１の画像であって、図６Ａはリジングマークのない金属板の合成特徴画像、図６Ｂはリジングマークを有する金属板の合成特徴画像である。図６Ａに示すように、金属板ＭＡの画像には、特にリジングマークと思われる筋模様が確認できないのに対し、図６Ｂに示すように、金属板ＭＢの画像には、リジングマークと思われる上下方向（圧延方向）の筋模様が強く現れることが確認できた。
【００６３】
（比較例１）
図１０Ａ，図１０Ｂは、比較例１の画像を示す図であって、図１０Ａはリジングマークのない金属板の表面高さを輝度値として表した画像であり、図１０Ｂはリジングマークを有する金属板の表面高さを輝度値として表した画像である。図１０Ａに示すように、金属板ＭＡの画像には、特にリジングマークと思われる筋模様が確認できないのに対し、図１０Ｂに示すように、金属板ＭＢの画像は、リジングマークと思われる上下方向（圧延方向）の筋模様が強く現れることが確認できた。
【００６４】
（比較例２）
図１１Ａ，図１１Ｂは、比較例２の画像を示す図であって、図１１Ａはリジングマークのない金属板の左右方向（圧延方向の直交方向）を基準軸とした場合の、表面の傾き量を輝度値として表した画像であり、図１１Ｂはリジングマークを有する金属板の左右方向（圧延方向の直交方向）を基準軸とした場合の、表面の傾き量を輝度値として表した画像である。図１１Ａに示すように、金属板ＭＡの画像には、特にリジングマークと思われる筋模様が確認できないのに対し、図１１Ｂに示すように、金属板ＭＢの画像は、リジングマークと思われる上下方向（圧延方向）の筋模様が強く現れることが確認できた。
【００６５】
実施例１の画像と、比較例２，３の画像とを比較すると、実施例１の画像は、比較例２，３の画像の明暗の傾向及び傾き分布とよく似ていることが確認できた。これは、実施例１の画像の撮像時に、光源側に傾いた面ほど撮像方向に対して光を強く反射し、逆側へ傾いた面は光の反射が弱いことを示している。このように、実施例１の方法によれば、リジングマークの有無及び強弱を画像上で区別できることがわかった。
【００６６】
（２）画像の解析結果
実施例１、比較例１及び比較例２の画像をフーリエ解析して比較した。
具体的な画像の解析としては、実施例１、比較例１及び比較例２の画像に対して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取得し、２次元パワースペクトル強度分布から、リジングマークの特徴を含む周波数１ｍｍ〜５ｍｍの円環状領域のパワースペクトル強度分布を求める。更に、求めたパワースペクトル強度分布を、円周方向に沿って複数領域に分割し、個々の分割領域に含まれるパワースペクトル強度の絶対値を合計した強度積算値を求める。なお、強度積算値は、方向の対称性から、円周方向に−９０≦θ≦＋９０[ｄｅｇ]となる範囲で求める。なお、θ＝０°とは、金属板の左右方向（圧延方向の直交方向）を意味している。
【００６７】
図１２は実施例１、比較例１，２の画像の分析結果を示す図であって、リジングマークのない金属板の画像のスペクトル強度の積算値の分布を示すグラフである。図１３は実施例１、比較例１，２の画像の分析結果を示す図であって、リジングマークを有する金属板の画像のスペクトル強度の積算値の分布を示すグラフである。なお、図１２，図１３における縦軸の強度積算値は、最大値１を１として標準化している。
【００６８】
図１２に示すように、金属板ＭＡの場合、スペクトル強度の分布が実施例１、比較例１，２において、ほぼ類似した傾向を示すことがわかった。また、図１３に示すように、金属板ＭＢの場合も、スペクトル強度の分布が実施例１、比較例１，２において、ほぼ類似した傾向を示し、リジングマークの箇所でスペクトル強度の積算値がいずれも高くなることがわかった。
【００６９】
このように、本実施形態の方法によって得られた実施例１の画像は、光干渉型表面形状測定システムを用いて得られた比較例２，３の画像とほぼ同等であり、実施例１の画像をリジングマークの評価のための画像として用いることの妥当性が確認できた。
【００７０】
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。
上記した表面形態測定装置の説明においては、金属板表面に生じたリジングマークの評価に用いた場合を示しているが、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。
【００７１】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  被測定対象物の表面形態を測定する表面形態測定装置であって、
前記被測定対象物に光を照射する光源部と、
前記光が照射された前記被測定対象物を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、
前記光源部及び前記撮像部と前記被測定対象物との相対位置を変更する相対位置変更部と、
前記相対位置変更部により変更される複数の前記相対位置で前記撮像部が撮像した複数の撮像画像から、前記被測定対象物の表面模様が強調される光照射方向となる特定領域内の特徴画像をそれぞれ抽出する特徴画像抽出部と、
抽出された複数の前記特徴画像を、当該特徴画像に含まれる前記被測定対象物の部分画像が前記被測定対象物の対応する位置に配されるようにマッピングして、複数の前記部分画像が合成された前記被測定対象物の合成特徴画像を生成する合成特徴画像生成部と、
を備える表面形態測定装置。
この構成の表面形態測定装置によれば、被測定対象物を撮像した撮像画像から被測定対象物の表面模様が強調された特定領域の画像を特徴画像として抽出し、抽出された複数の特徴画像をマッピングして合成することで、被測定対象物の広い範囲にわたって表面模様が強調された合成特徴画像が得られる。
この合成特徴画像を用いることで、例えば金属板を変形させた後に現れる筋状の凹凸模様であるリジングマークを、簡便且つ迅速に、しかも精度良く測定できる。また、レーザー顕微鏡を用いる場合と比較して手軽にかつ短時間で測定できる。
（２）  前記光源部は、前記被測定対象物に線状光を照射するライン光源である（１）に記載の表面形態測定装置。
この構成の表面形態測定装置によれば、ライン光源によって被測定対象物の表面に線状光を照射して撮像することで、撮像画像から矩形状の特徴画像を抽出できるため、複数の特徴画像を容易につなぎ合わせて合成特徴画像を生成できる。
（３）  前記被測定対象物は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板である（１）又は（２）に記載の表面形態測定装置。
この表面形態測定装置によれば、生成した合成特徴画像から、プレス成形等によって加工されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の表面に生じるリジングマークを容易に測定できる。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。
（４）  被測定対象物の表面形態を測定する表面形態測定方法であって、
前記被測定対象物に光を照射する光源部と、前記光が照射された前記被測定対象物を撮像する撮像部とを、前記被測定対象物に対する互いに異なる複数の相対位置に移動させ、それぞれの前記相対位置で前記被測定対象物を撮像して複数の撮像画像を生成する工程と、
生成された複数の前記撮像画像から、前記被測定対象物の表面模様が強調される前記光の照射方向となる特定領域内の特徴画像をそれぞれ抽出する工程と、
抽出された複数の前記特徴画像を、当該特徴画像に含まれる前記被測定対象物の部分画像が前記被測定対象物の対応する位置に配されるようにマッピングして、複数の前記部分画像が合成された前記被測定対象物の合成特徴画像を生成する工程と、
を含む表面形態測定方法。
この表面形態測定方法によれば、被測定対象物を互いに異なる相対位置で複数回撮像して、これにより得られる複数の撮像画像から被測定対象物の表面模様が強調された特定領域の画像を特徴画像として抽出される。これら複数の特徴画像をつなぎ合わせることで、被測定対象物の広い範囲にわたって表面模様が強調された合成特徴画像が得られる。
この合成特徴画像を用いることで、例えば金属板を変形させた後に現れる筋状の凹凸模様であるリジングマークを、簡便且つ迅速に、しかも精度良く測定できる。また、レーザー顕微鏡を用いる場合と比較して手軽にかつ短時間で測定できる。
（５）  （４）に記載の表面形態測定方法により、金属板の表面の前記合成特徴画像を生成する工程と、
前記合成特徴画像に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から、平均強度値、パワースペクトルの原点を中心とする円周方向の最大強度方向、及び前記最大強度方向の最大強度値を求める工程と、
前記最大強度方向における前記最大強度値と前記平均強度値の差異の大きさを前記金属板の表面形態の評価指標値として算出する工程と、
を含む金属板の表面形態評価方法。
この表面評価方法によれば、金属板の表面に生じた凹凸を評価指標値により数値化して表せる。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、評価指標値により定量的に行える。したがって、検査員による判定のバラつきの問題を解消し、半径結果の信頼性を高められる。
（６）  前記最大強度値を求める工程は、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て前記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方向を前記最大強度方向として求める工程と、
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前記最大強度値を算出する工程と、
を含む（５）に記載の金属板の表面形態評価方法。
この表面形態評価方法によれば、特定周波数領域のパワースペクトル強度分布から、金属板表面の凹凸模様であるリジングマーク等の平均強度値、最大強度方向、最大強度方向の最大強度値が求められ、これらから評価指標値が求められる。以て、金属板の表面形態を正確に評価できる。
【符号の説明】
【００７２】
１０  表面形態測定装置
１１  光源部
１２  撮像部
１３  相対位置変更部
２１  特徴画像抽出部
２２  合成特徴画像生成部
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
Ａｉ  強度積算値
Ａａｖｅ  平均強度値
Ａｐｅａｋ  最大強度値
θｐｅａｋ  最大強度方向
Ｇ１  撮像画像
Ｇ２  特徴画像
Ｇ３  合成特徴画像
Ｍ，ＭＡ，ＭＢ  金属板（被測定対象物）
ＳＡ  特定領域
【図１】
2017219511.tif 000004
【図２】
2017219511.tif 000005
【図３】
2017219511.tif 000006
【図４】
2017219511.tif 000007
【図５】
2017219511.tif 000008
【図６Ａ】
2017219511.tif 000009
【図６Ｂ】
2017219511.tif 000010
【図７Ａ】
2017219511.tif 000011
【図７Ｂ】
2017219511.tif 000012
【図８】
2017219511.tif 000013
【図９】
2017219511.tif 000014
【図１０Ａ】
2017219511.tif 000015
【図１０Ｂ】
2017219511.tif 000016
【図１１Ａ】
2017219511.tif 000017
【図１１Ｂ】
2017219511.tif 000018
【図１２】
2017219511.tif 000019
【図１３】
2017219511.tif 000020