JP2022062213A - 三次元表面粗度評価装置及び三次元表面粗度評価方法 - Google Patents

三次元表面粗度評価装置及び三次元表面粗度評価方法 Download PDF

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Abstract

【課題】運搬不可能な物体や構造物などの三次元表面粗度に関する表面粗度パラメーターを、迅速に、取得することができる三次元表面粗度評価装置及び三次元表面粗度評価方法を提供する。【解決手段】二次元レーザー変位計と、二次元レーザー変位計をＸ軸方向に移動させる移動機構と、二次元レーザー変位計のＸ軸方向の移動距離を読み取る移動距離読取装置と、二次元レーザー変位計により取得された変位データと、移動距離読取装置により取得された移動距離データとに基づき、測定対象の三次元表面粗度データを生成する演算装置とを備える三次元表面粗度評価装置。二次元レーザー変位計は幅方向がＹ軸方向と一致するように配置され、演算装置は二次元レーザー変位計によりＸ軸方向の一定間隔毎に取得された前記変位データを、Ｙ軸方向に平均化して各座標の基準面データを生成し、測定対象の三次元表面粗度データを生成するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、運搬不可能な物体や構造物などの三次元表面粗度に関する表面粗度パラメーターを取得する三次元表面粗度評価装置及び三次元表面粗度評価方法に関する。具体的には、表面粗度パラメーターを、迅速に、連続的に、大量に、且つ直接取得することができる三次元表面粗度評価装置及び三次元表面粗度評価方法に関する。
物体の表面粗度形状は、その表面の摩擦特性を把握する上で重要である。近年では、非特許文献１に示すように、物体表面の水流摩擦特性の把握には、粗度高さだけではなく、波長等を含めた形状パラメーターの測定の重要性が示されている。
非特許文献１では、船体の表面粗度（塗膜表面粗度）に関する評価について述べられており、船体のように運搬不可能な物体や構造物などの表面粗度を評価するには、非常に広大な範囲において、十分な点数の形状パラメーターを測定する必要があることが示されている。
また、従来の粗度測定器である「ＢＳＲＡ ＨＵＬＬ ＲＯＵＧＨＮＥＳＳ ＡＮＡＬＩＺＥＲ」を用いた場合、船体表面粗度の精密測定並びにパラメーター解析が出来ない問題が指摘されている。非特許文献１では、これを解決するため、熱可塑性樹脂を用いて船体表面の粗度レプリカを作成し、実験室内において、Ｘ－Ｙステージに搭載された点状レーザー変位計により、粗度レプリカの表面解析をすることによって船体の表面粗度を計測している。
特許文献１では、運搬不可能な物体や構造物などの非接触粗度測定装置として、陰影画像記録装置を用いたものが提案されている。
特開昭６１－２９２５０９号公報
三重野 紘央、増田 宏、「船底塗料の塗膜表面粗度による抵抗増加について-船底外板塗料による船体抵抗低減」、日本マリンエンジニアリング学会誌、第48巻、第 3 号（2013）、p300-307
非特許文献１に開示されている手法では、粗度レプリカにより複製できる面積に限りがあるため、広大な面積を評価するには過度な労力を必要とするといった問題があった。また、特許文献１に開示されている手法では、光源を照射して撮影した陰影画像を基に、粗度を測定するため、比較的平滑な表面の形状パラメーターを精度良く測定することには適していない。
また、マイクロメートルオーダーの微細粗度の粗度パラメーターの測定において、レーザー型の光学式変位計をＸ－Ｙステージ等によりトラバースし、機械的精度を確保して行うことにより最も精度良く測定することができる。
しかしながら、このような方法で、例えば、船体のように広い範囲を測定する必要がある場合には、トラバース装置が大型化し、トラバース装置の重量が増大することとなり、加工や塗装などの現場における取り扱いが困難となる。また、大型化したとしても、トラバース装置の動作範囲や計測範囲は限られてしまう技術的制約がある。
また、Ｘ－Ｙステージを用いる場合には、Ｘ－Ｙ方向に精密動作をさせるため、精密ステージとステッピングモーターとを用いる必要がある。また、このようなＸ－Ｙステージを制御するＸ－Ｙステージコントローラーと、レーザー変位計のコントローラーなども備える必要がある。このため、測定装置として重量が大きくなり、また、消費電力も大きくなるため、測定装置の持ち運びには適さない。
本発明では、このような現状を鑑み、運搬不可能な物体や構造物などの三次元表面粗度に関する表面粗度パラメーターを、迅速に、連続的に、大量に、且つ直接取得することができる三次元表面粗度評価装置及び三次元表面粗度評価方法を提供することを目的とする。
本発明は、前述するような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明の三次元表面粗度評価装置は、
二次元レーザー変位計と、
前記二次元レーザー変位計をＸ軸方向に移動させる移動機構と、
前記二次元レーザー変位計のＸ軸方向の移動距離を読み取る移動距離読取装置と、
前記二次元レーザー変位計により取得された変位データと、前記移動距離読取装置により取得された移動距離データとに基づき、測定対象の三次元表面粗度データを生成する演算装置と、
を備える三次元表面粗度評価装置であって、
前記移動機構が、車輪またはクローラーであり、
前記二次元レーザー変位計は、一定間隔毎にＹ軸方向の座標の変位データを読み取り可能となるように、該二次元レーザー変位計の幅方向がＹ軸方向と一致するように配置され、
前記演算装置は、
前記二次元レーザー変位計によりＸ軸方向の一定間隔毎に取得された前記変位データを、前記二次元レーザー変位計のレーザー幅以下である所定の計測幅においてＹ軸方向に平均化して、各座標の基準面データを生成し、
各Ｘ－Ｙ平面座標の前記変位データから、前記各座標の基準面データを減算して、前記測定対象の三次元表面粗度データを生成するように構成され、
前記二次元レーザー変位計の計測幅が、平均化するＹ軸方向の長さであり、
該平均化するＹ軸方向の長さが、測定対象の要素の平均長さＲＳｍの２倍以上であることを特徴とする。
このような三次元表面粗度評価装置では、前記平均化するＹ軸方向の長さが、測定対象の要素の平均長さＲＳｍの２倍以上１７．６倍以下とすることができる。
また、前記移動距離読取装置を、前記移動機構と連動した円形スケールにより移動距離をスケールセンサーで読み取る装置、または、ロータリーエンコーダーにより回転数を読み取り移動距離を算出する装置であることができる。
また、可搬型バッテリーをさらに備えることもできる。
また、本発明の三次元表面粗度評価方法は、
測定対象の三次元表面粗度データを生成する三次元表面粗度評価方法であって、
二次元レーザー変位計によって、Ｘ軸方向の一定間隔毎に変位を測定することにより変位データを取得し、
前記変位データを、前記二次元レーザー変位計のレーザー幅以下である所定の計測幅においてＹ軸方向に平均化して、各座標の基準面データを生成し、
各Ｘ－Ｙ平面座標の前記変位データから、前記各座標の基準面データを減算して、前記測定対象の三次元表面粗度データを生成するものであり、
前記二次元レーザー変位計の計測幅が、平均化するＹ軸方向の長さであり、
該平均化するＹ軸方向の長さが、測定対象の要素の平均長さＲＳｍの２倍以上であることを特徴とする。
このような三次元表面粗度評価方法では、前記平均化するＹ軸方向の長さが、測定対象の要素の平均長さＲＳｍの２倍以上１７．６倍以下とすることができる。
本発明によれば、測定対象が運搬不可能な物体や構造物などであったとしても、測定対象の表面から表面粗度パラメーターを、迅速に、連続的に、大量に、且つ直接取得することが可能となる。
図１は、本実施例における三次元表面粗度評価装置の構成を説明するための概略構成図である。 図２は、三次元表面粗度データ取得装置の構成を説明するための概略構成図である。 図３は、測定対象として金属板の表面を塗料により塗装した状態（乾燥塗膜で被覆された状態。以下同様。）の塗装板１について測定した場合の、Ｘ－Ｙ平面座標の変位データである。 図４は、図３のＸ－Ｙ平面座標の変位データを、Ｙ軸方向に平均化して生成した各座標の基準面データである。 図５は、図４に示す基準面データの傾きを最小二乗法により補正した基準面データである。 図６は、図３に示す変位データから、図４に示す基準面データを減算して得られた三次元表面粗度データである。 図７は、図６の三次元表面粗度データから得られた表面粗度パラメーターの解析結果をグラフ化したものである。 図８は、測定対象として塗装板１について、Ｘ－Ｙステージに取り付けたレーザー変位計により取得した表面粗度パラメーターの解析結果をグラフ化したものである。 図９は、測定対象として塗装板１について、Ｙ軸方向の端から７．５ｍｍの範囲について測定した場合の、Ｘ－Ｙ平面座標の変位データの比較例である。 図１０は、図９のＸ－Ｙ平面座標の変位データを、Ｙ軸方向に平均化して生成した各座標の基準面データである。 図１１は、図１０に示す基準面データの傾きを最小二乗法により補正した基準面データである。 図１２は、図９に示す変位データから、図１０に示す基準面データを減算して得られた三次元表面粗度データである。 図１３は、図１２の三次元表面粗度データから得られた表面粗度パラメーターの解析結果をグラフ化したものである。 図１４は、塗装板２～６について、計測幅３２ｍｍでの要素の平均長さＲＳｍに対する計測幅の倍率と、計測幅３２ｍｍでの最大高さ粗さＲｚに対する各計測幅でのＲｚの割合（％）との関係を示すグラフである。 図１５は、本実施例の三次元表面粗度評価装置を用いて、測定対象として船体の三次元表面粗度を測定した際の表面粗度パラメーターの分布を示すヒストグラムである。
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本実施例における三次元表面粗度評価装置の構成を説明するための概略構成図であり、図１（ａ）は側面から見た概略構成図、図１（ｂ）は正面から見た概略構成図である。
図１に示すように、本実施例の三次元表面粗度評価装置１０は、二次元レーザー変位計１２と、移動機構１４と、移動距離読取装置１６と、演算装置１８と、二次元レーザー変位計１２、移動距離読取装置１６、演算装置１８を動作させるための可搬型バッテリー２０とを備えている。
なお、測定現場での演算結果の確認が不要である場合には、図２に示すように、二次元レーザー変位計１２により取得される変位データや、移動距離読取装置１６により取得される移動距離データを、例えば、ハードディスクドライブやフラッシュメモリなどの記憶装置３２に記憶したり、通信手段３４などを用いて後述するような外部端末に送信するように構成することで、三次元表面粗度データ取得装置３０として用いることもできる。
このように演算装置１８を切り離して、外部端末を演算装置１８として使用することで、測定現場での装置構成を簡略化することができ、取得したデータは、例えば、パーソナルコンピューターなどといった外部の演算装置によって演算し、演算結果を表示するように構成することもできる。
なお、二次元レーザー変位計１２としては、特に限定されるものではないが、例えば、キーエンス社製ＬＪ－Ｖ７０８０（基準距離におけるレーザー幅３２ｍｍ）などを用いることができる。
また、二次元レーザー変位計１２は、一定間隔毎にＹ軸方向の座標の変位データを一度に読み取れるように、二次元レーザー変位計１２の幅方向が、移動機構１４の移動方向（Ｘ軸方向）と垂直、すなわち、Ｙ軸方向と一致するように配置されている。
また、本実施例において、移動機構１４は、所定方向（Ｘ軸方向）のみに移動可能な二対の車輪（すなわち、四輪）としているが、所定方向のみに移動可能な機構であれば特に限定されるものではなく、例えば、クローラーなどであってもよい。
また、本実施例では、移動距離読取装置１６として、ロータリーエンコーダーを用いており、移動機構１４である車輪の回転数を読み取ることにより、車輪の周長と回転数とに基づいて移動距離を算出している。
なお、移動距離読取装置１６は、これに限らず、例えば、移動機構１４と連動した円形スケールにより移動距離をスケールセンサーで読み取るような装置とすることもできる。
また、演算装置１８は、後述するように、二次元レーザー変位計１２により取得される変位データや、移動距離読取装置１６により取得される移動距離データに基づき、表面粗度パラメーターなどを算出可能なものであれば特に限定されるものではない。例えば、タブレットコンピューターやスマートフォン、パーソナルコンピューターなどの外部端末に変位データと移動距離データとを送信して、演算処理を実施し、演算結果を外部端末に表示するように構成することができる。
演算装置１８を三次元表面粗度評価装置１０に内蔵する場合は、表面粗度パラメーターなどの演算結果を表示する表示手段を設けてもよいし、データ出力手段を設けて、例えば、上述の外部端末に演算結果を送信し、外部端末に演算結果を表示するように構成することもできる。
また、可搬型バッテリー２０としては、特に限定されるものではなく、例えば、鉛蓄電池やニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池など、既存の二次電池を用いることができる。
なお、本実施例では可搬型バッテリー２０を搭載することにより、持ち運び容易な三次元表面粗度評価装置１０としているが、二次元レーザー変位計１２や演算装置１８などの電源を、例えば、外部バッテリーや商用電源などから供給するように構成することも可能である。
［実施例１］
このように構成される本実施例の三次元表面粗度評価装置１０による測定対象２２の表面粗度評価の具体例を以下に示す。
まず、三次元表面粗度評価装置１０を移動機構１４により測定対象２２の表面上で移動させることにより、一定間隔毎に移動距離読取装置１６により得られる移動距離に基づく移動距離データと、二次元レーザー変位計１２により得られる変位データを演算装置１８に記録する。
図３は、測定対象２２として金属板の表面を塗料により塗装した状態の塗装板１について測定した、Ｘ－Ｙ平面座標の変位データである。
なお、図３に示す変位データは、本実施例の三次元表面粗度評価装置１０により、塗装板１の３０ｍｍ×３０ｍｍの測定範囲を２５０μｍピッチで１２１×１２１（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに１２１点）データを取得したものである。本実施例では、このような計測が１秒以内に完了した。
次いで、演算装置１８は、Ｘ－Ｙ平面座標の変位データを、Ｙ軸方向に平均化して、図４に示すような、各座標の基準面データを生成した。
図４に示す基準面データの傾きを、最小二乗法により補正した基準面データを図５に示す。なお、図５は、縦軸を±３０μｍに拡大している。図５により、基準面データには、移動機構１４である車輪の偏心が±３０μｍ程度含まれていることがわかる。
このように、図３に示す変位データには、表面粗度に加えて、測定対象２２の傾きや移動機構１４である車輪を転がしたことによる偏心を含んでおり、表面粗度評価には適さない。そこで、演算装置１８により、図４に示す基準面データを、図３に示す変位データから減算することにより、変位データに含まれる傾きと移動機構１４である車輪を転がしたことによる偏心とを除去し、より正確な三次元表面粗度データを取得することができる。
このようにして得られた三次元表面粗度データを図６に示す。
図７は、図６に示す三次元表面粗度データより、表面粗度パラメーターであるＲｚ（最大高さ粗さ）、ＲＳｍ（要素の平均長さ）、Rzjis（十点平均粗さ）、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｒｑ（二乗平均平方根粗さ）、Ｒｃ（粗さ曲線の平均高さ）、Ｒｓｋ（スキューネス）、Ｒｋｕ（クルトシス）を算出し、変位の最小点をゼロとしてグラフ化したものである。
塗装板１のＲｚは７８．９μｍ、ＲＳｍは３４６６μｍ、Rzjisは４５．１μｍ、Ｒａは１４．２μｍ、Ｒｑは１７．６μｍ、Ｒｃは２９．９μｍ、Ｒｓｋは０．０８、Ｒｋｕは２．７であった。
［比較例１］
本実施例の三次元表面粗度評価装置１０により得られた表面粗度パラメーターの妥当性を検証するため、Ｘ－Ｙステージに取り付けたレーザー変位計（点状レーザー型変位計）により、実施例１における塗装板１の測定範囲と同一の範囲の表面粗度パラメーターを測定した。
Ｘ－Ｙステージに取り付けたレーザー変位計により、実施例１と同様に、測定対象２２の３０ｍｍ×３０ｍｍの測定範囲を２５０μｍピッチで測定する場合、Ｘ軸方向に２５０μｍピッチで１２１点測定した後、Ｙ軸方向に２５０μｍ移動させ、再度Ｘ軸方向に２５０μｍピッチで１２１点測定するということを繰り返し行う必要がある。このため、本比較例では、このような計測に５分程度の時間を要した。
図８は、実施例１における塗装板１について、Ｘ－Ｙステージに取り付けたレーザー変位計により取得した表面粗度パラメーターであるＲｚ（最大高さ粗さ）、ＲＳｍ（要素の平均長さ）、Rzjis（十点平均粗さ）、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｒｑ（二乗平均平方根粗さ）、Ｒｃ（粗さ曲線の平均高さ）、Ｒｓｋ（スキューネス）、Ｒｋｕ（クルトシス）を算出し、グラフ化したものである。
レーザー変位計により測定した塗装板１のＲｚは７８．１μｍ、ＲＳｍは３５６１μｍ、Rzjisは５０．５μｍ、Ｒａは１３．１μｍ、Ｒｑは１６．３μｍ、Ｒｃは３５．２μｍ、Ｒｓｋは－０．１１、Ｒｋｕは２．８であり、実施例１の三次元表面粗度評価装置１０を用いて得られた表面粗度パラメーターと同等の結果が得られた。
［比較例２］
二次元レーザー変位計１２として、レーザー幅７．５ｍｍの二次元レーザー変位計を用いたケースをシミュレーションするため、実施例１における塗装板１の測定範囲の内、Ｙ軸方向の端から７．５ｍｍの範囲の表面粗度パラメーターを測定した。なお、二次元レーザー変位計１２のレーザー幅以外の構成は、実施例１の三次元表面粗度評価装置１０と同様のものを使用した。
図９は、塗装板１について、３０ｍｍ×７．５ｍｍの測定範囲を２５０μｍピッチで１２１×３１（Ｘ軸方向に１２１点、Ｙ軸方向に３１点）データを取得したＸ－Ｙ平面座標の変位データである。
実施例１と同様に、Ｘ－Ｙ平面座標の変位データを、Ｙ軸方向に平均化して、図１０に示す各座標の基準面データを生成した。図１１は、基準面データの傾きを最小二乗法により補正したものである。図５と同様に、移動機構１４である車輪の偏心を確認できるが、図５と比較して、その変位の幅は大きい。
図１２は、図９に示す変位データから図１０に示す基準面データを減算し、変位データに含まれる傾きと移動機構１４である車輪を転がしたことによる偏心を除去した三次元表面粗度データである。
図１３は、図１２に示す三次元表面粗度データより、表面粗度パラメーターであるＲｚ（最大高さ粗さ）、ＲＳｍ（要素の平均長さ）、Rzjis（十点平均粗さ）、Ｒａ（算術平均粗さ）、Ｒｑ（二乗平均平方根粗さ）、Ｒｃ（粗さ曲線の平均高さ）、Ｒｓｋ（スキューネス）、Ｒｋｕ（クルトシス）を算出し、変位の最小点をゼロとしてグラフ化したものである。
比較例２で測定した塗装板１のＲｚは５６．３μｍ、ＲＳｍは３９００μｍ、Rzjisは３４．９μｍ、Ｒａは１０μｍ、Ｒｑは１２．４μｍ、Ｒｃは２４．９μｍ、Ｒｓｋは０．０９、Ｒｋｕは２．８であった。
比較例２は、実施例１や比較例１と比べ、Ｒｚ、Rzjis、Ｒａ、Ｒｑ、Ｒｃといった粗度高さに関わる表面粗度パラメーターが小さくなっている。これは、二次元レーザーの幅方向（Ｙ軸方向）に平均化した基準面データに、表面粗度形状が含まれていることに起因する。
また、測定対象２２のＲＳｍ（要素の平均長さ）（比較例２では、３９００μｍ＝３．９ｍｍ）に対して、平均化するＹ軸方向の長さである二次元レーザー変位計１２の計測幅（比較例２では、レーザー幅である７．５ｍｍ）が小さすぎると、粗度高さを過小評価してしまうためであると考えられる。
粗度高さを適切に評価するためには、平均化するＹ軸方向の長さ（二次元レーザー変位計１２の計測幅）を、測定対象２２のＲＳｍの２倍以上とすることが好ましい。以下に、二次元レーザー変位計１２の計測幅と、測定対象２２の要素の平均長さＲＳｍとの関係について検討した。
［実施例２］
表１は、測定対象２２として金属板の表面を塗料により塗装した状態の塗装板２について測定し、二次元レーザー変位計１２の計測幅を０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、１６ｍｍ、３２ｍｍと変化させて、各計測幅で二次元レーザーの幅方向（Ｙ軸方向）に平均化した基準面データにより補正して得た各表面粗度パラメーターである。
Figure 2022062213000002
表１に示すように、計測幅が小さくなるに従って、粗度高さに関わる表面パラメーターであるＲｚ、Rzjis、Ｒａ、Ｒｑ、Ｒｃが小さくなっている。これは、計測幅が小さくなるほど、二次元レーザー変位計１２の幅方向（Ｙ軸方向）に平均化した基準面データに、表面粗度形状の含まれる量が増えることに起因する。
また、計測幅が大きくなるにしたがって、粗度高さに関わる表面パラメーターであるＲｚ、Rzjis、Ｒａ、Ｒｑ、Ｒｃは、いずれも真値に収れんしていく傾向が明らかとなった。これは、計測幅がＲＳｍより十分に大きくなると、二次元レーザーの幅方向（Ｙ軸方向）に平均化した基準面データに、表面粗度形状が含まれなくなることに起因する。
なお、計測幅３２ｍｍでの最大高さ粗さＲｚは１１１．８μｍ、要素の平均長さＲＳｍは３３２５μｍである。
表２は、計測幅３２ｍｍでのＲＳｍ（３３２５μｍ）に対する表１における各計測幅の倍率と、計測幅３２ｍｍでの各表面粗度パラメーターに対する表１における各計測幅での各表面粗度パラメーターの割合を示している。
Figure 2022062213000003
計測幅３２ｍｍでのＲｚに対する各計測幅でのＲｚの割合は、計測幅３２ｍｍでのＲＳｍに対する計測幅の倍率が０．２倍では３３．７％、０．３倍では５７．７％、０．６倍では８１．７％、１．２倍では９５．２％、２．４倍では１０１．２％、４．８倍では１０４．４％となっており、ＲＳｍに対する計測幅の倍率が大きくなるにしたがって、１００％に収れんする傾向は明らかである。特に、計測幅がＲＳｍの２倍程度でほぼ１００％に収れんしている。
測定対象２２として、表面粗度形状が未知のものを計測する場合、このように二次元レーザー変位計１２の計測幅を変動させて、各表面粗度パラメーターの変動が少ない計測幅の範囲を有効な計測幅として選択することもできる。
以下、測定対象２２として金属板の表面を塗料により塗装した状態の塗装板３～６について同様に測定し、二次元レーザー変位計１２の計測幅を０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍ、１６ｍｍ、３２ｍｍと変化させて、各計測幅で二次元レーザーの幅方向（Ｙ軸方向）に平均化した基準面データにより補正して得た粗度評価結果を表３、表５、表７、表９にそれぞれ示す。
塗装板３の計測幅３２ｍｍでの最大高さ粗さＲｚは６０．４μｍ、要素の平均長さＲＳｍは１８２０μｍ、塗装板４の計測幅３２ｍｍでの最大高さ粗さＲｚは１４６．３μｍ、要素の平均長さＲＳｍは２２００μｍ、塗装板５の計測幅３２ｍｍでの最大高さ粗さＲｚは７６．５μｍ、要素の平均長さＲＳｍは４１５０μｍ、塗装板６の計測幅３２ｍｍでの最大高さ粗さＲｚは１１２．３μｍ、要素の平均長さＲＳｍは５００１μｍであった。
表４は、計測幅３２ｍｍでのＲＳｍ（３３２５μｍ）に対する表３における各計測幅の倍率と、計測幅３２ｍｍでの各表面粗度パラメーターに対する表３における各計測幅での各表面粗度パラメーターの割合を示しており、同様に、表６は表５、表８は表７、表１０は表９におけるものである。
Figure 2022062213000004
Figure 2022062213000005
Figure 2022062213000006
Figure 2022062213000007
Figure 2022062213000008
Figure 2022062213000009
Figure 2022062213000010
Figure 2022062213000011
いずれの塗装板３～６における粗度評価結果も、ＲＳｍに対する計測幅の倍率が大きくなるにしたがって、１００％に収れんする傾向は明らかであり、特に、計測幅がＲＳｍの２倍程度でほぼ１００％に収れんすることは明らかである。
図１４は、塗装板２～６について、計測幅３２ｍｍでの要素の平均長さＲＳｍに対する計測幅の倍率と、計測幅３２ｍｍでの最大高さ粗さＲｚに対する各計測幅でのＲｚの割合（％）との関係を示すグラフである。
図１４に示すように、いずれの塗装板２～６においても、計測幅をＲＳｍの２倍程度以上にすると、Ｒｚの割合が１００％に収れんし、大きく変動しないことが明らかになった。
これにより、二次元レーザー変位計１２の計測幅が、測定対象２２の要素の平均長さＲＳｍの少なくとも２倍以上であれば、二次元レーザーの幅方向（Ｙ軸方向）に平均化した基準面データに、表面粗度形状が含まれる可能性が減少し、精度を確保できることが明らかになった。
なお、本発明の三次元表面粗度評価装置１０を用いて、未知の粗度を有する測定対象２２の表面粗度パラメーターを測定する場合には、例えば、前述するような従来技術による方法を用いて、測定対象２２の要素の平均長さＲＳｍを事前に評価しておくことも有効である。
また、測定対象２２の要素の平均長さＲＳｍを事前に評価できない場合には、前述するように、二次元レーザー変位計１２の計測幅を変化させて、各表面粗度パラメーターに大きな変動がない範囲を有効計測幅範囲とすることで、精度の高い表面粗度評価を行うことができる。
［実施例３］
三次元表面粗度データ取得装置３０と外部端末である演算装置１８を用いて、測定対象２２として船体の三次元表面粗度を測定した。なお、実施例３の三次元表面粗度データ取得装置３０の構成は、実施例１の三次元表面粗度評価装置１０から演算装置１８を省いたものと同様である。
図１５（ａ）は、三次元表面粗度データ取得装置３０を用いて測定した船体の表面粗度パラメーターであるＲｚ（最大高さ粗さ）、ＲＳｍ（要素の平均長さ）の分布を示す三次元ヒストグラム、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＲＳｍ成分の分布を示すヒストグラム、図１５（ｃ）は、図１５（ａ）のＲｚ成分の分布を示すヒストグラムである。
船体塗装の完了後、三次元表面粗度データ取得装置３０を用いてＸ軸方向に２７ｃｍ走査し、３０ｍｍ×３０ｍｍのデータを９点取得することを繰り返し、船体全体で１００ヶ所の測定を実施して、９００点のデータを取得した。
なお、１００カ所の測定は２時間程度で完了した。全測定点９００点中、測定エラー等を除いた有効データは６２０点であり、取得したデータを基に、外部端末である演算装置１８で演算処理した結果、表面粗度パラメーターであるＲｚ（最大高さ粗さ）は５０．７μｍ、ＲＳｍ（要素の平均長さ）は３１８７μｍであった。
また、図１５に示す三次元ヒストグラムにおけるＲｚ分布は２０μｍから１４０μｍ、ＲＳｍ分布は１７５０μｍから７５００μｍであった。
１０ 三次元表面粗度評価装置
１２ 二次元レーザー変位計
１４ 移動機構
１６ 移動距離読取装置
１８ 演算装置
２０ 可搬型バッテリー
２２ 測定対象
３０ 三次元表面粗度データ取得装置
３２ 記憶装置
３４ 通信手段

Claims (6)

  1. 二次元レーザー変位計と、
    前記二次元レーザー変位計をＸ軸方向に移動させる移動機構と、
    前記二次元レーザー変位計のＸ軸方向の移動距離を読み取る移動距離読取装置と、
    前記二次元レーザー変位計により取得された変位データと、前記移動距離読取装置により取得された移動距離データとに基づき、測定対象の三次元表面粗度データを生成する演算装置と、
    を備える三次元表面粗度評価装置であって、
    前記移動機構が、車輪またはクローラーであり、
    前記二次元レーザー変位計は、一定間隔毎にＹ軸方向の座標の変位データを読み取り可能となるように、該二次元レーザー変位計の幅方向がＹ軸方向と一致するように配置され、
    前記演算装置は、
    前記二次元レーザー変位計によりＸ軸方向の一定間隔毎に取得された前記変位データを、前記二次元レーザー変位計のレーザー幅以下である所定の計測幅においてＹ軸方向に平均化して、各座標の基準面データを生成し、
    各Ｘ－Ｙ平面座標の前記変位データから、前記各座標の基準面データを減算して、前記測定対象の三次元表面粗度データを生成するように構成され、
    前記二次元レーザー変位計の計測幅が、平均化するＹ軸方向の長さであり、
    該平均化するＹ軸方向の長さが、測定対象の要素の平均長さＲＳｍの２倍以上であることを特徴とする三次元表面粗度評価装置。
  2. 前記平均化するＹ軸方向の長さが、測定対象の要素の平均長さＲＳｍの２倍以上１７．６倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の三次元表面粗度評価装置。
  3. 前記移動距離読取装置が、前記移動機構と連動した円形スケールにより移動距離をスケールセンサーで読み取る装置、または、ロータリーエンコーダーにより回転数を読み取り移動距離を算出する装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元表面粗度評価装置。
  4. 可搬型バッテリーをさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の三次元表面粗度評価装置。
  5. 測定対象の三次元表面粗度データを生成する三次元表面粗度評価方法であって、
    二次元レーザー変位計によって、Ｘ軸方向の一定間隔毎に変位を測定することにより変位データを取得し、
    前記変位データを、前記二次元レーザー変位計のレーザー幅以下である所定の計測幅においてＹ軸方向に平均化して、各座標の基準面データを生成し、
    各Ｘ－Ｙ平面座標の前記変位データから、前記各座標の基準面データを減算して、前記測定対象の三次元表面粗度データを生成するものであり、
    前記二次元レーザー変位計の計測幅が、平均化するＹ軸方向の長さであり、
    該平均化するＹ軸方向の長さが、測定対象の要素の平均長さＲＳｍの２倍以上であることを特徴とする三次元表面粗度評価方法。
  6. 前記平均化するＹ軸方向の長さが、測定対象の要素の平均長さＲＳｍの２倍以上１７．６倍以下であることを特徴とする請求項５に記載の三次元表面粗度評価方法。
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