JP2006105672A - 塗装面検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の塗装面検出装置では、散乱光により塗装面の傷を検出していたので、１００μｍ程度までの大きさの傷は検出できたが、それよりも小さな傷を検出することができなかった。また、光検出手段の光軸に平行な反射光のみを検出する場合、完全に平行な光であることが必要であったので、塗装面検査装置の位置合わせ等のセッティングや調節が煩雑であった。
【解決手段】 指向性を有する平行な光を照射する光源部２と、光源部２から照射され塗装面で反射した光を検出する光検出手段であるカメラ４とを備え、光源部２から照射される光の光軸と、カメラ４にて検出される光の光軸とを同軸上に配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塗装面の傷や凹凸等の有無を検出するための塗装面検出装置に関する。

従来から、車両のボディ等の塗装面に光を照射して、塗装面からの反射光により塗装面の傷や凹凸等の有無を検出することは行われている。
例えば、均一な照度の光を塗装面に対して垂直に照射して、塗装面にて乱反射して戻ってきた散乱光を検出することで、塗装面の傷の有無を判定することが行われている。

また、均一な照度の光を、スリットを介して塗装面に対して斜めから照射し、塗装面で反射した光をＣＣＤカメラ等の光検出手段にて検出して、検出した光におけるスリットの歪みの大きさを測定することにより、塗装面のブツ（凸部）や肌荒れ等を検出することが行われている。
この場合、塗装面検査装置と塗装面との距離が多少変化した場合でも、スリットによる明暗パターンの視野が変化することないよう、反射光のうち、光検出手段の光軸に平行な光のみを結像させて光検出手段に到達させるようにすることがあった（特許文献１参照）。
特開２０００−１１１４９０号公報

しかし、前述の散乱光により塗装面の傷を検出する場合、１００μｍ程度までの大きさの傷は検出することができるが、それよりも小さな傷（例えば５０μｍ程度の傷）を検出することができない。
また、車両の塗装面は、鉄板、下塗り層、メタリック層、およびクリア層からなっているが、塗装面に対して斜めから光を照射した場合、表層側のクリア層とその下層のメタリック層で反射するため、クリア層に付いている傷を検出することができない。
近年、車両のボディ等の塗装面においては傷や凹凸がない高品質な塗装面が求められており、５０μｍ程度の小さな傷等をも検出することが必要であるが、このように、前述の検出方法では検出することができなかった。

また、光検出手段の光軸に平行な反射光のみを検出する場合、完全に平行な光であることが必要であったので、塗装面検査装置の位置合わせ等のセッティングや調節が煩雑であった。さらに、完全な平行光を検出した場合、５０μｍ程度の小さな傷等を検出することはできなかった。

上記課題を解決する塗装面検出装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載のごとく、指向性を有する平行な光を照射する光源部と、光源部から照射され塗装面で反射した光を検出する光検出手段とを備え、光源部から照射される光の光軸と、光検出手段にて検出される光の光軸とを同軸上に配置した。
これにより、指向性を有する平行光を、塗装面に対して垂直方向から照射し、塗装面から垂直方向へ進行する光をカメラにて受光することができ、散乱光を斜めから照射した場合とは異なり、５０μ程度の小さな傷等をも検出することが可能となる。

また、請求項２記載のごとく、前記光源部から照射される平行光の指向性角度は３度〜５度である。
このように、照射光にある程度の光源角度を持たせることで、５０μｍ程度の小さな傷等の検出を可能としつつ、塗装面検出装置の操作や取り扱いを容易とすることができる。

また、請求項３記載のごとく、前記光源部は光源と絞り機構とを備え、光源から照射される光の指向性角度を、絞り機構により調節可能とする。
これにより、塗装面に応じた光源角度を、適宜決定することができる。

また、請求項４記載のごとく、前記光源部と塗装面との間に集光レンズを介装し、該集光レンズにより、光源部からの塗装面に対する光の照射面積を調節可能とした。
これにより、塗装面に応じた照射面積を適宜決定することができる。

本発明によれば、５０μｍ程度の小さな傷等の検出を可能としつつ、塗装面検出装置の操作や取り扱いを容易とすることができる。
また、塗装面に応じた光源角度や照射面積を、適宜決定することができる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１に示すように、塗装面検出装置１は、光源部２と、光学系部３と、光検出手段であるＣＣＤカメラ等のカメラ４と、カメラ４により検出された光を画像処理する画像処理装置５とを備えている。光源部２は、光を照射する光源２１と、光源２１の光照射側に配置される絞り２２とを有しており、光学系部３は、光源２１から照射された光を集光するレンズ３１と、光源２１から照射された光の方向を変化させるハーフミラー３２とを有している。

光源２１は、例えばＬＥＤ素子にて構成され、該光源２１からは水平方向に光が照射される。照射された光は、絞り２２を通過して絞られ、指向性を有する平行光となってレンズ３１を通過した後に、ハーフミラー３２により垂直方向へ屈曲される。図１に示す場合は、水平方向へ照射された光がハーフミラー３２により下方へ屈曲されるように構成している。なお、レンズ３１は、凸レンズまたはフレネルレンズにて構成されている。

光学系部３の下方には塗装面９が配置されており、レンズ３１により下方へ屈曲された光は、塗装面９にて反射して上方へ進行する。その後、反射光はハーフミラー３２を通過してカメラ４に到達し、カメラ４により撮像される。
カメラ４にて撮像された反射光は、画像処理装置５にて画像処理され、塗装面９における傷等の有無が判断される。
塗装面９の傷等の検出は、例えば、カメラ４により撮影された画像を画像処理装置５にて二値化処理して、例えば処理画像の「黒」の部分を傷等と判定するようにしている。

本塗装面検出装置１では、光源２１から照射されてレンズ３１を通過し、ハーフミラー３２で屈曲されるまでの光は水平方向に進行し、その光軸はＯａとなっている。その後、ハーフミラー３２により屈曲されてから、塗装面９にて反射してカメラ４へ到達するまでの光は垂直方向に進行し、その光軸はＯｂとなっている。

そして、カメラ４は、光源２１から照射される光の光軸Ｏａ・Ｏｂと、該カメラ４が検出する光の光軸とが同軸となるように、つまりカメラ４の受光軸と光軸Ｏａ・Ｏｂとが一致するように配置している。
従って、指向性を有する平行光を、塗装面９に対して垂直方向から照射した場合、塗装面９からの反射光のうち、垂直方向へ進行する光がカメラ４にて受光されることとなる。

ここで、塗装面９に対して垂直上方から光を照射した場合、塗装面９のうち、傷等のない平滑な面である部分では反射光は塗装面９から垂直上方へ進行し、カメラ４にて受光されるため、画像処理装置５により二値化処理された画像は「白」となる。
一方、塗装面９に傷や凹凸がある部分では、反射光は乱反射されてカメラ４にて受光されないので、画像処理装置５により二値化処理された画像は「黒」となる。

このように、画像処理装置５の処理により、傷等のない平滑な塗装面９は「白」で表わされ、傷や凹凸がある塗装面９は「黒」で表わされるため、「黒」の部分を傷等と判定して、検出することが可能となっている。
そして、光源２１から照射される光の光軸Ｏａ・Ｏｂと、該カメラ４が検出する光の光軸とが同軸となるように、カメラ４を配置することで、光を斜めから照射した場合とは異なり、５０μ程度の小さな傷等をも検出することが可能となっている。

また、図２に示すように、塗装面検出装置１が一度に光を照射する照射範囲Ｒは、塗装面９全体の一部であり、塗装面９の傷等を検出する際には、塗装面検出装置１を移動装置等に装着して、塗装面検出装置１からの照射光を塗装面９上で順次走査させながら、塗装面９全体について傷等の検出を行うようにしている。

ここで、図３に示すように、仮に、光源２１から塗装面９に対して照射する光を拡散光とした場合は、拡散光の光源角度θｉが大きく、光が照射された塗装面９で反射した光のうち、一部の範囲の光しかカメラ４で受光することができない。つまり、照射範囲の一部のみが受光範囲９ａとなる。

一方、図４に示すように、光源２１の光照射方向の前方に絞り２２を配置し、光源２１からの照射光を絞った場合、照射光は、光源角度θｊが小さな、指向性を有した平行光となるため、光が照射された塗装面９で反射した光の略全部をカメラ４にて受光することができる。つまり、照射範囲と受光範囲９ａとが略一致することとなっている。

また、図１に示すように、絞り２２により光源の光を絞った場合の光源角度θｊは、絞り２２の開口部２２ａの大きさにより調節することができ、本塗装面検出装置１では、光源角度（すなわち平行光の指向性角度）θｊが３°〜５°程度の範囲となるように、開口部２２ａの大きさを調節している。

塗装面９上の傷や凹凸等を検出するためには、光源角度θｊができるだけ小さい方が好ましいが、光源角度θｊを小さくしすぎると（０°に近づけると）、光の照射範囲にあたる塗装面９とカメラ４との角度とが真直角から少しずれただけでも、塗装面９での反射光をカメラ４で受光することができなくなるため、光の照射範囲にあたる塗装面９とカメラ４とを常に真直角に維持しておかなければならず、塗装面検出装置１の操作や取り扱いが煩雑となる。

従って、本塗装面検出装置１では、照射光にある程度（３°〜５°程度）の光源角度θｊを持たせて、小さな傷等の検出を可能としつつ、本塗装面検出装置１の操作や取り扱いを容易としている。
つまり、塗装面９に照射する光の光軸を、塗装面９に対して完全に垂直な光とすることは必要でなく、若干傾斜していても塗装面９からの反射光をカメラ４にて受光することができるため、塗装面検出装置１と塗装面９との角度の設定を若干ラフにすることができる。
なお、平行光の指向性角度を示す光源角度θｊは３°〜５°程度の範囲に設定するのがよいが、この中でも、３°程度に設定するのが特に好ましい。

また、本塗装面検出装置１では、光源２１から照射した光を途中部でハーフミラー３２により直角方向へ屈曲させて、光源２１からの光の照射方向（光軸Ｏａの方向）と、塗装面９への光の照射方向およびカメラ４の受光軸の方向（光軸Ｏｂの方向）とを異ならせており、塗装面検出装置１の長さを短くして全体的にコンパクトに構成することが可能となっている。

さらに、塗装面検出装置１には絞り２２を設けて、光源２１からの光の光源角度θｊを調節可能としている。また、光学系部３にレンズ３１を設けて、該レンズ３１により塗装面９への光の照射面積（照射範囲Ｒの大きさ）を調整可能としている。
照射光の光源角度θｊを小さく設定すると、塗装面９に対する照射面積が小さくなるが、レンズ３１の大きさや曲率等の仕様、および光源角度θｊの大きさを適宜設定して、塗装面９に応じた光源角度θｊや照射面積を決定できるようになっている。

本発明にかかる塗装面検出装を示す概略図である。 塗装面検出装置からの照射光を塗装面上で順次走査させる様子を示す斜視図である。 拡散光を塗装面に照射した場合におけるカメラでの受光の様子を示す図である。 平行光を塗装面に照射した場合におけるカメラでの受光の様子を示す図である。

符号の説明

１ 塗装面検出装置
２ 光源部
３ 光学系部
４ カメラ
９ 塗装面
２１ 光源
２２ 絞り
３１ レンズ
３２ ハーフミラー

Claims (4)

1. 指向性を有する平行な光を照射する光源部と、
   光源部から照射され塗装面で反射した光を検出する光検出手段とを備え、
   光源部から照射される光の光軸と、光検出手段にて検出される光の光軸とを同軸上に配置したことを特徴とする塗装面検出装置。
2. 前記光源部から照射される平行光の指向性角度は３°〜５°であることを特徴とする請求項１に記載の塗装面検出装置。
3. 前記光源部は光源と絞り機構とを備え、光源から照射される光の指向性角度を、絞り機構により調節可能とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗装面検出装置。
4. 前記光源部と塗装面との間に集光レンズを介装し、該集光レンズにより、光源部からの塗装面に対する光の照射面積を調節可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の塗装面検出装置。
   
   

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