特開 2023-106251 光沢検査装置、及び光沢検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023106251

(43)【公開日】2023-08-01

(54)【発明の名称】光沢検査装置、及び光沢検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/57 20060101AFI20230725BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20230725BHJP

【ＦＩ】

G01N21/57

G01N21/88 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022007481

(22)【出願日】2022-01-20

(71)【出願人】

【識別番号】515086908

【氏名又は名称】株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】弁理士法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】椛島 治樹

【テーマコード（参考）】

2G051

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G051AA89

2G051AB02

2G051CA04

2G051CB01

2G051CD02

2G051EA12

2G059AA02

2G059BB15

2G059EE02

2G059GG01

2G059KK04

2G059MM01

(57)【要約】

【課題】短時間で、被検体に接触することなく、被検体面の光沢の定量的な評価を行う光沢検査装置、及び光沢検査方法を提供する。
【解決手段】光沢検査装置であって、被検査面に照射光を照射する照射光光源装置と、被検査面に照射された照射光により生じる反射光を撮像する撮像装置と、撮像装置により撮像される反射光の反射光画像によって反射光の拡散度合いに基づいて被検査面の光沢の変化を判定する解析装置とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検査面に照射光を照射する照射光光源装置と、
前記被検査面に照射された前記照射光により生じる反射光を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像される前記反射光の反射光画像によって前記反射光の拡散度合いに基づいて前記被検査面の光沢の変化を判定する解析装置と
を有することを特徴とする光沢検査装置。

【請求項2】

前記撮像装置は、
スクリーン部と、カメラ部とを有し、
前記スクリーン部に投影された前記反射光を前記カメラ部によって撮影することを特徴とする請求項１に記載の光沢検査装置。

【請求項3】

前記照射光はレーザ光であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光沢検査装置。

【請求項4】

前記拡散度合いは、前記スクリーン部に投影された前記反射光の投影画像により生じる円形部の半径、楕円形部の短軸の長さ、又は長軸の長さに基づき決定されることを特徴とする請求項２に記載の光沢検査装置。

【請求項5】

前記照射光光源装置と、前記撮像装置とが、前記被検査面に対して互いに同じ速度及び方向で移動し、前記被検査面上において所定の距離ごとに撮像し、前記解析装置が、得られた前記反射光画像を画像合成して、前記被検査面における光沢の変化の部位及び光沢の変化の程度を判定することを特徴とする請求項２に記載の光沢検査装置。

【請求項6】

前記拡散度合いは、前記投影された前記反射光の前記スクリーン上の位置に対する輝度を測定し、前記輝度の位置分布によって決定されることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の光沢検査装置。

【請求項7】

前記拡散度合いは、前記スクリーン部に生じた前記反射光の投影画像に線集中度フィルタを適用して得た結果に基づき決定されることを特徴とする請求項６に記載の光沢検査装置。

【請求項8】

照射光を照射する照射光光源装置と、
前記照射光により生じる反射光を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像される前記反射光の反射光画像によって前記反射光の拡散度合いに基づいて前記被検査面の光沢の変化を判定する処理装置と
を有する光沢検査装置における光沢検査方法であって、
前記照射光光源装置により被検査面に前記照射光を照射する照射ステップと、
前記撮像装置により前記反射光を撮像する撮像ステップと、
前記処理装置により前記被検査面の光沢の変化を判定する判定ステップと
を備えたことを特徴とする光沢検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光沢検査装置、及び光沢検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の外装に使用されるウィンドウモール等の部材は、自動車の車体を保護するとともに、自動車のデザインにアクセントを加える等、美観を高める効果がある。ウィンドウモールは、金属等から構成され、光沢感を高めるために、メッキ加工や、樹脂コーティング加工がなされる場合もある。光沢感をだすために表面が加工された部品に例えば曲げ加工を施す際、白化現象等により、表面の光沢度が変化し、光沢度が基準範囲から外れる場合がある。ウィンドウモールの光沢度が基準を満たしているか否かの判断は、従来、目視によって行っていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２―１０７９３６号公報

【特許文献2】特許第６４３１６４３号公報

【特許文献3】特開２０１２－１４１３２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、目視による官能評価は人為的な差異を発生しやすいため、定量的な評価方法が求められていた。定量的な評価方法としては、表面粗さ計を用いた評価法、ＡＦＭ顕微鏡を用いた評価法、レーザ顕微鏡、又は光学顕微鏡を用いた評価法、光沢度計を用いた評価法等があるが、いずれの方法においても、被検査面上において点測定、又はごく狭い範囲内での計測であり、部品全体の評価を行おうとすると、測定数が非常に多くなり、手間と時間を要する。そのうえ、いずれの方法においても、部品への接触又は部品の切断を必要とする。部品の切断は言うまでもなく、部品への接触によっても、部品を破損させかねず、評価後の部品の使用に支障をきたす恐れがある。又、部品に接触することなく表面の欠陥等を検査する方法が開示されているが（特許文献１乃至３参照）、いずれも、光沢度が基準を満たしているかの検査を行うものではない。

【0005】

上記問題点を鑑み、本発明は、短時間で、被検体に接触することなく、定量的な評価を行う光沢検査装置、及び光沢検査方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様は、被検査面に照射光を照射する照射光光源装置と、被検査面に照射された照射光により生じる反射光を撮像する撮像装置と、撮像装置により撮像される反射光の反射光画像によって反射光の拡散度合いに基づいて被検査面の光沢の変化を判定する解析装置とを有することを要旨とする。

【0007】

本発明の第１の態様において、撮像装置は、スクリーン部と、カメラ部とを有し、スクリーン部に投影された反射光をカメラ部によって撮影してもよい。

【0008】

本発明の第１の態様において照射光はレーザ光であってよい。

【0009】

本発明の第１の態様において、拡散度合いは、スクリーン部に投影された反射光の投影画像により生じる円形部の半径、楕円形部の短軸の長さ、又は長軸の長さに基づき決定されてよい。

【0010】

本発明の第１の態様において、照射光光源装置と、撮像装置とが、被検査面に対して互いに同じ速度及び方向で移動し、被検査面上において所定の距離ごとに撮像し、解析装置が、得られた反射光画像を画像合成して、被検査面における光沢の変化の部位及び光沢の変化の程度を判定してもよい。

【0011】

本発明の第１の態様において、拡散度合いは、投影された反射光のスクリーン上の位置に対する輝度を測定し、輝度の位置分布によって決定されてよい。

【0012】

本発明の第１の態様において、拡散度合いは、スクリーン部に生じた反射光の投影画像に線集中度フィルタを適用して得た結果に基づき決定されてよい。

【0013】

本発明の第２の態様は、照射光を照射する照射光光源装置と、照射光により生じる反射光を撮像する撮像装置と、撮像装置により撮像される反射光の反射光画像によって反射光の拡散度合いに基づいて被検査面の光沢の変化を判定する処理装置とを有する光沢検査装置における光沢検査方法であって、照射光光源装置により被検査面に照射光を照射する照射ステップと、撮像装置により反射光を撮像する撮像ステップと、処理装置により被検査面の光沢の変化を判定する判定ステップとを備えたことを要旨とする。

【0014】

本発明によれば、短時間で、被検体に接触することなく、被検体面の光沢の定量的な評価を行う光沢検査装置、及び光沢検査方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光沢検査装置の一例の概略図である。

【図2】第１の実施形態に係る光沢検査装置による検査方法を説明するための図であり、図２（ａ）は被検体の光沢度が基準範囲内にある場合、図２（ｂ）は被検体の光沢度が低下している場合の図である。

【図3】第１の実施形態に係る光沢検査装置の一部及び被検体であるメッキモールの模式図である。

【図4】第１の実施形態に係る光沢検査装置による投影画像を示す図であり、図４（ａ）は被検体の光沢度が基準範囲内にある場合、図４（ｂ）は被検体の光沢度が低下している場合の図である。

【図5】図４に示す投影画像の、図面内横方向の位置に対する輝度の変化を示すグラフである。

【図6】図４に示す検査結果に対してＬＣＦ処理を行った結果を示す図であり、図６（ａ）は被検体の光沢度が基準範囲内にある場合、図６（ｂ）は被検体の光沢度が低下している場合の図である。

【図7】第１の実施形態に係る光沢検査装置を用いた光沢検査方法を説明するフローチャートである。

【図8】第２の実施形態に係る光沢検査装置の一例の概略図である。

【図9】本実施形態に係る光沢検査装置の設置部がロボットアームに取り付けられている様子を示す図である。

【図10】第２の実施形態に係る光沢検査装置によって、被検体上の所定距離ごとに測定を行う検査方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。実施形態に係る図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0017】

又、実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、各構成要素の構成や配置、レイアウト等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0018】

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る光沢検査装置の一例の概略図を図１に示す。図１に示す光沢検査装置１０は、照射光光源装置１０１と、スクリーン１０２と、カメラ１０３と、処理装置１０４とから構成される。

【0019】

照射光光源装置１０１は、照射光１０５を被検体１０６に照射する。照射光１０５は被検体１０６の表面上の照射領域１０８において反射され、反射光１０７がスクリーン１０２に投影される。スクリーン１０２に投影された反射光１０７の投影画像１０９を、カメラ１０３によって撮影する。撮影された投影画像は処理装置１０４に送信される。投影画像を用いて、処理装置１０４において被検体１０６の照射領域１０８における光沢の変化を判定する。ここで言う被検体１０６とは、ステンレス鋼等の光沢ある金属部材であり、例えば、ウィンドウモール等の部材である。

【0020】

照射光１０５は、照射光１０５の進行方向に対してビーム幅が一定であればどのような種類の光であっても構わない。本実施形態においては、照射光１０５はレーザ光であるとする。処理装置１０４は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、メインフレーム、ワークステーション、クラウドコンピューティングシステム等、種々の電子計算機（計算リソース）である。図示の処理装置１０４はパーソナルコンピュータであり、検査結果の表示のためのディスプレイ、その他、入力用のキーボード、マウス等が接続されている。被検体１０６は、表面が光沢を有するように加工されているとする。

【0021】

図２を参照しながら、本実施形態に係る光沢検査装置による光沢検査方法を説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）はいずれも、図示しない照射光光源装置から被検体２０１、２０２に照射光２０３を照射し、被検体２０１、２０２からの反射光２０４、２０５を、スクリーン２０６、２０７に投影する様子を示している。

【0022】

図２（ａ）に示す被検体２０１、及び、図２（ｂ）に示す被検体２０２は、表面が互いに同程度の光沢度を有するように作製される。照射領域２０８、２０９は、それぞれ、照射光２０３が照射される被検体２０１、２０２の表面上の領域である。照射領域２０９において、例えば降伏点を超えるように曲げ加工を施す、といった方法により白化が生じるように加工されている。被検体２０１の照射領域２０８には白化等の光沢度を変化させる異常は生じていないものとする。

【0023】

照射領域２０８、２０９はいずれも、表面に微小な凹凸を有するが、白化が生じている面である照射領域２０９は、白化が生じていない面である照射領域２０８と比較すると、照射領域２０８の凹凸よりも凹凸の深さが大きく、凹凸の領域も広い。このため、照射光２０３を照射領域２０９に照射して生じる反射光２０５の拡散度合いは、反射光２０４の拡散度合いに比較して大きくなる。

【0024】

照射光２０３の照射領域２０８への入射角と、照射光２０３の照射領域２０９への入射角とが同じになるように、かつ、照射領域２０８とスクリーン２０６との間の距離と、照射領域２０９とスクリーン２０７との間の距離が同じになるように、被検体２０１、２０２と、照射光光源装置と、スクリーン２０６、２０７は配置されている。反射光２０４、２０５はスクリーン２０６、２０７にそれぞれ投影され、投影画像２１０、２１１としてスクリーン２０６、２０７に映し出される。照射光２０３の断面が円形であり、照射領域２０８、２０９が平面であって、スクリーン２０６、２０７の面が反射光２０４、２０５の進行方向に対して垂直になるように設置されていれば、投影画像２１０、２１１は円形となる。円形状の投影画像２１０、２１１の半径は、反射光２０４、２０５の拡散度合いに応じて変化する。即ち、投影画像２１０、２１１の半径を計測することにより、反射光の拡散度合いの変化を得ることができる。反射光の拡散度合いから、光沢度に変化が生じているかどうかを判定することができる。

【0025】

反射光の拡散度合いの計測は、反射光の断面の強度分布を検出できる方法であれば、いかなる方法によってなされても構わない。本実施形態においては、スクリーン１０２に投影された反射光１０７の投影画像を、カメラ１０３によって撮影し、撮影された投影画像を処理装置１０４に送信する。処理装置１０４においては、後述する、図５に示す投影画像の輝度の分布や、投影画像に対する線集中度フィルタ処理等によって、照射領域１０８において光沢度に変化が生じているかどうかの判定がなされる。

【0026】

図３及び図４を参照しながら、ウィンドウモールを被検体とし、本実施形態に係る光沢検査装置によって実際に検査を行った際の結果を説明する。図３に、被検体であるウィンドウモール３０１と、本実施形態に係る光沢検査装置の一部の模式図を示す。図３に示すウィンドウモール３０１は、断面３０２がＬ字型の柱状の形状をなす。表面は光沢が生じるように加工されている。図３に示すウィンドウモールは、まず、断面がＩ字型の板状の形状となるように作製され、断面がＩ字型からＬ字型になるように、Ｌ字型の角となる湾曲した部分である尾根部３０３において曲げ加工を施すことによって図３に示す形状に加工される。尾根部３０３において曲げ加工を施すことから、尾根部３０３において、白化等による光沢度の変化が生じることが多い。

【0027】

図３において、照射光３０４を尾根部３０３の照射領域３０８に照射し、生じた反射光３０５をスクリーン３０６に投影する。尾根部３０３は、図３のｘ－ｙ平面内において湾曲しており、ｚ軸方向には湾曲していないことから、照射光３０４は、ｘ－ｙ平面と平行な面内を通るように、尾根部３０３に向けて照射する。スクリーン３０６の面を、反射光３０５の進行方向に対して垂直となるように設置する。照射光３０４の光の断面が円形であるとすると、尾根部３０３の湾曲形状によって、スクリーン３０６に投影された反射光３０５の投影図３０７は、ｚ軸と垂直な方向に長軸を有する楕円形となる。

【0028】

投影図３０７の楕円形の短軸の長さは、尾根部３０３がｚ軸方向には湾曲していないことから、尾根部３０３の湾曲形状の影響は受けないと考えられる。しかしながら、照射領域３０８において、光沢度に変化が生じている場合、反射光の拡散度合いに変化が生じ、投影図３０７の楕円形の短軸の長さが変化する。従って、この場合、投影図３０７の楕円形の短軸の長さの変化を測定することによって、尾根部３０３の湾曲形状の影響を考慮することなく、照射領域３０８に光沢度の変化が生じているかどうかを確認することができる。

【0029】

投影図３０７の楕円形の長軸の長さは、尾根部３０３の湾曲形状と、照射領域３０８における光沢度のいずれの影響をも受ける。従って、例えば、尾根部３０３の表面上の複数の領域において、湾曲形状が同じであれば、投影図３０７の楕円形の長軸の長さの違いを測定することによって、光沢度が同程度であるかどうかを確認することができる。

【0030】

図４に、図３に示す本実施形態に係る光沢検査装置による投影画像を示す。図４（ａ）は被検体の照射部分の光沢度が基準範囲内にある場合、図４（ｂ）は被検体の照射部分の光沢度が低下している場合の図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す投影画像はいずれも、図４の鉛直方向に長軸を有する楕円形となっている。図４（ａ）に示す投影画像と比較して、図４（ｂ）に示す投影画像は、楕円形の短軸方向に広がりが観られており、図４（ｂ）は被検体の照射部分の光沢度が低下していることについて、図４を目視することによっても確認することができる。

【0031】

図５に、図４の投影画像の、図面内横方向の位置に対する輝度の変化を示すグラフを示す。図５のデータＡは、図４（ａ）の線ａにおける輝度の変化を、図５のデータＢは、図４（ｂ）の線ｂにおける輝度の変化を示している。図５のデータＡと比較すると、図５のデータＢは位置に対して輝度の分布に広がりが観られることがわかる。図５によって、図４の投影画像の輝度の分布の広がりを数値によって表すことができ、従って、光沢の変化の程度を数値で表すことができる。

【0032】

図６は線集中度フィルタによる処理画像である。前出の図４に示す投影画像に対して、線集中度フィルタ（Ｌｉｎｅ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｆｉｌｔｅｒ、ＬＣＦ）処理を行った。ＬＣＦ処理とは、輝度の勾配が大きい程、白くなるように表示した画像処理である。図６に、図４に示す投影画像に対してＬＣＦ処理を行った結果を示す。図６のＬＣＦ処理は、図４の画面内横方向の輝度の勾配に対して処理を行っている。図６（ａ）に示すＬＣＦ処理を行った投影画像と比較して、図６（ｂ）に示すＬＣＦ処理を行った投影画像は、楕円形の短軸方向に広がりが観られる。図４（ａ）と図４（ｂ）のそれぞれに示す投影画像の差異と比較すると、図６（ａ）と図６（ｂ）のそれぞれに示すＬＣＦ処理を行った投影画像の差異が顕著であることがわかる。

【0033】

図７のフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る光沢検査方法を説明する。ステップＳ７０１において、照射光光源装置により被検査面に照射光を照射する。

【0034】

ステップＳ７０２において、撮像装置により被検査面からの反射光を撮像する。

【0035】

ステップＳ７０３において、撮像装置によって撮像された反射光の反射光画像を用いて、反射光の拡散度合いに基づいて被検査面の光沢の変化を判定する。

【0036】

以上述べたように、被検査面に照射光を照射し、生じた反射光の反射光画像の輝度分布の広がりから、被検査面の光沢の変化を確認することができる。反射光画像の輝度分布の広がりは、目視によって確認することが可能である。反射光画像の輝度分布を数値によって表すことにより、数値に基づいて光沢の変化を確認することができる。さらに、反射光画像に線集中度フィルタ処理を行うことにより、光沢の変化をより明確に確認することができる。

【0037】

（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る光沢検査装置の一例の概略図を図８に示す。図８に示す光沢検査装置８０は、照射光光源装置８０１と、スクリーン８０２と、カメラ８０３と、処理装置８０４と、設置部８０５とから構成される。また、図９に、本実施形態に係る光沢検査装置の設置部８０５がロボットアーム９０１に取り付けられている様子を示す。

【0038】

照射光光源装置８０１と、スクリーン８０２と、カメラ８０３は、設置部８０５に取り付けられており、照射光光源装置８０１と、スクリーン８０２と、カメラ８０３の互いの間の距離と角度は固定されている。設置部８０５は、図９に示すように、ロボットアーム９０１の先端に取り付けられており、ロボットアーム９０１が動作することによって、被検体８０７の任意の位置に照射光８０６を照射できるように設置部８０５を移動させる。照射光光源装置８０１と、カメラ８０３と、ロボットアーム９０１は、処理装置８０４に接続され、処理装置８０４によって、照射光光源装置８０１による照射光８０６の照射タイミング、カメラ８０３による撮影のタイミング、設置部８０５の並行移動及び回転移動動作が制御される。

【0039】

まず、照射光光源装置８０１が被検体８０７の表面上の所望の位置に照射光８０６を照射し、反射光８０８がスクリーン８０２に投影され、スクリーン８０２に投影された投影画像８０９をカメラ８０３によって撮影できるように、設置部８０５を平行移動及び回転移動させる。次に、照射光光源装置８０１によって照射光８０６を被検体８０７に照射する。照射光８０６は被検体８０７の表面上の照射領域８１０において反射され、反射光８０８がスクリーン８０２に投影される。スクリーン８０２に投影された反射光８０８による投影画像８０９を、カメラ８０３によって撮影する。撮影された投影画像８０９は処理装置８０４に送信される。投影画像８０９を用いて、処理装置８０４において被検体８０７の表面における光沢の変化を判定する。

【0040】

図１０を参照しながら、第２の実施形態に係る光沢検査装置によって、被検体上の所定距離ごとに測定を行う検査方法を説明する。図１０は、被検体１００１の表面上の、所定距離ごとに光沢検査装置によって検査を行う様子を示しており、図１０には被検体１００１、照射光８０６、反射光８０８、投影画像１００３―１～１００３―ｎ、スクリーン１００４のみを示す。被検体１００１は図３に示すウィンドウモールと同一のものである。被検体１００１の尾根部１００２に沿って、所定距離ごとに照射光８０６の照射とカメラ８０３による撮影を行い、各照射領域において反射された反射光によるスクリーン１００４上の投影画像１００３―１～１００３―ｎを得る。

【0041】

設置部８０５を尾根部１００２と平行に一定の速度で移動させる。カメラ８０３による各照射領域の撮影は、各照射領域間の距離が所望の距離となるように、所定時間ごとに行う。照射光光源装置８０１からの照射光８０６の照射タイミングと、カメラ８０３による撮影のタイミングの同期をとり、カメラ８０３の撮影のタイミングに合わせて照射光８０６を照射してもよく、カメラ８０３による撮影タイミングと同期をとらず、常に照射をオン状態としていても構わない。本実施形態においては、照射光光源装置８０１からの照射光８０６の照射は常にオン状態とした。

【0042】

投影画像１００３―１～１００３－ｎの、それぞれの短軸の長さを算出する。投影画像１００３―１～１００３－ｎの、算出されたそれぞれの短軸の長さは、２、１、２、４となり、各照射領域における投影画像の短軸の長さの分布から、光沢度の分布を検出することができる。

【0043】

以上、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0044】

１０、８０ 光沢検査装置
１０１、８０１ 照射光光源装置
１０２、２０６、２０７、３０６、８０２、１００４ スクリーン
１０３、８０３ カメラ
１０４、８０４ 処理装置
１０５、２０３、３０４、８０６ 照射光
１０６、２０１、２０２、８０７、１００１ 被検体
１０７、２０４、２０５、３０５、８０８ 反射光
１０８、２０８、２０９、３０８、８１０ 照射領域
１０９、２１０、２１１、３０７、８０９、１００３―１～１００３―ｎ 投影画像
３０１ ウィンドウモール
３０２ 断面
３０３、１００２ 尾根部
８０５ 設置部
９０１ ロボットアーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】