JP2966869B2 - 光沢測定装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光沢測定の装置と方法に関する。

光沢はペンキ、コーチング、プラスチック表面の品質
を評価するための重要な判定基準である。しかしなが
ら、追跡可能で決定的な結果を生ずる光沢測定は非常に
困難である。物理学的な観点から、光沢は光反射性能に
関する表面の性質と規定される。しかし、人間の眼はこ
の物理的アスペクトを見ることができ、しかも相当な生
理学的偏向があるため、光沢測定結果の標準化を困難に
する。

ドイツにおいては、1980年11月にさかのぼるが、産業
規格DIN67350のための提案書があり、その提案書には光
沢測定のための反射方法が規格として提案されている。
この方法は光源からの光を表面に投射し、この表面から
の反射光を第２レンズを通してフォートセルに導入す
る。光学部材の位置がわずかにずれても、フォートセル
の入射光にかなりの変化を生ずるから、使用する絞り開
口面と個々の光学部材のアラインメントは特に高精度で
なくてはならない。

この方法による公知の装置は光学部材のためのアルミ
ニウムキャリアに特徴がある。この装置は高い光沢特性
値を持つ高光沢面といわゆるライトトラップなどの標準
面を測定して補正する。ライトトラップは無反射でり、
光沢値はゼロである。この公知測定装置において、光沢
特性値は、生理学的な考慮はされずに、ゼロ値と高光沢
値の間を線形グラフ化する。光学的部材の幾何学的な正
確さの欠除によるずれを最小にするため、この公知装置
においては、光学的部材のキャリアを変位させ光学的部
材を精密に配置することも行なわれる。

1978年にさかのぼるが、国際規格ISO2813/1978におい
ては、表面光沢の同じような方法が規格として提案され
ている。米国において光沢測定はASTMD523によって標準
化されている。

DEOS3413838によって開示された光沢測定器は多くの
光学手段を器内に配置したものであり、各種の入射角に
対する反射を測定する。このため、反射光を受ける測定
検出部材が設けられ、その出力信号を計算手段によって
計算する。これが可能なためには、各光学手段に関する
基準値が装置のメモリーに入れられ、この基準値は光沢
特性値100として測定された信号に相当する。中間値は
割算によって得られる。

光沢測定の公知装置を実用した結果、これらの装置の
精度を改善することが強く要望されていた。さらに、キ
ャリアを変位させて調整すると、所要の精度を達成する
とが難しいこともわかってきた。

本発明の目的は従来の装置よりもより正確な結果が得
られる光沢測定装置及び方法を提供することにある。

この目的は請求項１記載の本発明の装置及び請求項８
に記載の方法によって達成される。

本発明の好ましい実施態様は従属請求項の内容であ
る。

本発明の装置は従来可能であったものよりも著しく高
い精度で光沢特性値を求めることができるという長所を
有する。

請求項８記載の本発明方法は光沢測定数値化に関して
は全く新規な方法である。これまでの光沢測定は光沢特
性値に基準反射測定を線形に関連させることにより光沢
特性値を不適確に数値化していた。本発明方法は最小で
５、好ましくは10以上の基準値ペアを各光学手段に対し
て設ける。これらの基準値ペアは基準面の反射測定によ
って得られる。これらの基準面は、ドイツにおいては、
ベルリン材料試験所から入手可能であり、それらの数値
に関連する電気信号は装置に蓄積される。このように、
各ペアは実際の基準光沢特性値と奏内内の電気信号値か
らなる。たとえば、０から93の範囲で10の基準値を測定
し、それぞれの電気信号がこの数値と共に蓄積される。

この測定において、得られた電気信号値は蓄積した信
号値と比較され、測定した信号値がどの信号値の間にあ
るかが定められる。ついで、当該光沢特性値が補間法で
決定される。

本発明の方法は、線形近似法を用いる従来技術より
も、実質的により正確に反射の光沢特性値を表わす非線
形プロフィール曲線を近似することが可能である。

本発明の装置の実質的利益は、高光沢（光沢特性値9
3）よりも高い光沢特性値の測定が可能なことである。
特殊な場合には理想的反射値1000が光沢特性値のベース
として使用される。この値は約980である。この数値980
を光沢特性の最高値として高光沢鏡面の電気信号値を蓄
えることができる。10個の基準値を使用するとき、この
値は10番目、16の基準値を使用するとき、16番目とな
る。装置は０から980までの信頼しうる光沢特性値を検
出することが可能であり、又、従来の装置では不可能で
あった鏡面光沢の測定にも適合する。

本発明の装置は各器具についてこの比較測定法を実施
するために設けられる。メモリーに貯えられる数値のペ
アは各器具によって得られる測定値に相応させ、これに
よって各器具の構成上の差異が重要ではなくなるように
する。

技術上、用語「較正」と「最終調整」はしばしば同意
に使用されるが、ここでは両者を次のとおり区別する。
「較正」は基準値ペアを装置に読込ませること、すなわ
ち、「較正」とは測定パラメータと光沢特性の指示値の
間の基本関係を設定することであり、再調整（再較正）
はメモリーに貯えた基準値の修正を意味する。

装置の実施態様において、器具はそれぞれ較正され
る。

本発明の実施態様の一つにおいて、マイクロプロセッ
サ、好ましくはワンチップコンピュータが比較工程と必
要な補間工程を実施するために設けられる。

本発明装置の別の実施態様において、基準値ペアの設
定は装置外のプロセッサによって制御される。これは装
置のメモリーに装置の較正を実施するためのプログラム
を内蔵する必要がないという利点となる。この場合、装
置は多ピンコネクタを持ち、そのコネクタを介してプロ
セッサ（コンピュータ）は外部のホストコンピュータに
接続される。

本発明装置は光源、フィルタ、絞り、第１レンズ、第
２レンズ、絞り、フォートセルからなる１組の光学的手
段を装備する。フィルタは光源からの非可視光を除去
し、眼に見える波長の光のみを使用する。さらに、この
フィルタは人間の眼によって生理的に意味のある波長ス
ペクトラムを採用する。これらについてはDIN67530、な
どのDIN規格に記載されている。

測定基準はそれぞれの場合に応じて設定する。これら
の光学的手段は表面に対して所望の入射角、たとえば20
゜、60゜、85゜が得られるように配置する。

本発明の他の実施例において、装置は２組又は３組の
光学的手段を装備する。その手段は数種類の規格に示さ
れる角度に設定される。たとえば、光学的手段は装置内
において、20゜、60゜、85゜の角度に配置される。これ
はISO規格2813/1978、米国規格ASTMD523、ドイツ規格DI
N67530、日本規格JIS8741に適合する。又、３組の光学
的手段を20゜、45゜、60゜に配置すると、米国規格ASTM
D2457に適合する。

２組だけの光学的手段を使用するとき、それぞれの場
合に応じて３つの中から選択する。日本規格JISZ8741を
満足するためには、光束が表面に対して20゜と60゜にな
るように２組の光学的手段を配置すればよい。

３組の光学的手段を設けることは、装置を小型化又は
ハンディ化しようとするとき、スペースが重大な問題に
なる。このため、実施例において、ファイバーガラスの
光ガイド及びプリズムを少なくとも１組の光学的手段に
用いて光束を偏向する。

好ましい実施例において、３組の光学的手段は共通の
マウントに配置され、実質的に同一面上に位置する。た
とえば、測定角が20゜、60゜、85゜の場合、適当な構造
によって一方が他方に妨害を及ぼさないように、20゜及
び60゜の測定手段を配置して表面に共通の入射光点を持
つようにすることは可能である。しかし、85゜測定手段
をこの配置に入れて60゜及び20゜手段と本質的に同一の
入射光点を持つようにすることは困難である。これは光
束が比較的急なすなわち90゜に近い角度で表面に入射す
るためであり、表面上のプリズムによって偏向するの
で、光束の偏向角度が85゜になるからである。この実施
例により、すべての基準角度を満足する測定装置の製作
が可能になる。

上記のとおり、複数組の光学的手段を異なる角度に配
設した装置は従来から知られていた。これらの装置の重
大な欠点は一つの規格に合致する測定しかできなかった
ことである。各種の規格たとえば米国規格、日本規格、
ドイツ規格などの３つの規格に適合する測定を実施する
ためには、それぞれ異なった３つの測定装置を用意しな
ければならなかった。

この欠点は本発明の好ましい一実施例によって除去さ
れる。その実施例は格納手段（メモリー）に各種の規格
の基準値ペアを貯えている。この実施例はセレクタスイ
ッチを備え、ユーザは測定しようとする規格を選択す
る。この装置は２つの基準規格たとえば米国規格とドイ
ツ規格による測定の要件を具備するように設計すること
ができる。しかし、その装置は３つ又はそれ以上の標準
規格による測定も実施するように設計することが可能で
あるから、１台の装置で異なる基準規格の測定値を得る
ことができる。

装置の精度を長期間維持するために、好ましい一実施
例は装置の最終調整すなわち再較正手段を設けている。
この目的のため、好ましい高光沢と黒と既知の光沢特性
値を示す基準ガラス面に基づく２パラメータ調整が使用
される。その装置はこの基準面上におかれ、すでに述べ
た基準値ペアの測定方法を実行する間に、その装置が特
定光沢に対してこの基準値を正確に達成するように調整
される。第２パラメータは光沢特性０であり、それは光
源を消したときに反射が生じないものとして規定され
る。この最終調整は自動的に行われる。すなわち、装置
内蔵のマイクロプロセッサを使用してそのスイッチを入
れると、特定のプログラムに従って最終調整が自動的に
始動する。

最終調整操作を特に簡略化した本発明装置の他の実施
例においては、基準面が装置の一部であり、適当なハウ
ジングの中に組込まれる。そのハウジングのスイッチを
操作するだけで装置の最終調整工程が始動する 本発明は従来技術の装置に比べると実質的により高い
精度で光沢測定を実施する方法と装置に到達した。

本発明の他の特徴は請求項及び図面に基づく実施例に
ついての説明から明らかなる。

図１は本発明の装置における光学的手段の基本的配置
を示す図である。

図２は測定値をどのように扱うかを示すブロック図で
ある。

図３は測定信号と光沢特性値の関係を示すダイヤグラ
ムである。

図４は図３の詳細図であり、数値化の方法を示す。

図５は３組の光学的手段を備えた本発明の他の実施例
を示す図である。

本発明装置を図１ないし図５に示す実施例に基づいて
説明する。

図１は光沢測定要光学的手段の基本的配置を示すもの
であり、被測定面１に向けて光源２の光束を投射する。
光源２は電気ランプであり、光源２の前に絞り３が位置
する。その絞り３から定距離の位置に第１レンズ４を設
ける。この光学的手段は被測定面１に関して光束５の投
射角が60゜になるように配置する。この角度60゜は被測
定面１に立てた垂直線７から規定される。反射光は第２
レンズ８を通りフォートセル９に入る。

図２は測定値がどのように処理されるかを示すもので
あり、フォトセル９が受光した測定信号は起点10から測
定値処理手段に入力する。その測定すなわち入力信号は
先ず増幅器11内で増幅される。その出力電圧は電圧周波
コンバータ12に渡され、次に、その出力信号はマイクロ
プロセッサ15に導入される。このマイクロプロセッサ15
は一方ではルーチンプログラムを貯えたEPROM16にアク
セス可能であり、他方ではRAMであるメモリー手段17の
基準値ペアを保持する。メモリー17が記憶するデータの
信頼性を高めるため、メモリー手段はリチウム電池18を
バックアップ電源とする。又、マイクロプロセッサはア
ルファニユーメルカル方式のLCDディスプレイ19を制御
する。

測定評価を図３及び図４について説明する。図３のグ
ラフは測定手段のコンバータ12において電圧周波数変換
結果として得られた周波数を横座標とし、縦座標に周波
数に対応する光沢特性値を示すものである。グラフ上の
点はドイツ材料試験所によってこの装置について作成さ
れた基準光沢表面の測定から得られたものである。図３
からわかるように、光沢−周波数関係曲線は非線形であ
る。したがって、従来技術においてなされていた線形近
似は基準値からかなりずれた結果になる。

表面光沢を測定するとき、装置を先ずこの表面上に配
置する。装置の底に開口があり、そこから光源２の投射
光束がさえぎられることなく被測定表面に突き当たり反
射する。

光は絞り３を通り、さらにレンズ４を経て表面に衝突
する。反射光をレンズ８で集光しフォートセル９に導入
する。フォートセル９は電流を発生する閉回路と電圧を
発生する開回路モードのいずれにおいても作動可能であ
る。フォートセルの信号は電圧周波数コンバータに入力
する前に増幅器11によって増幅する。次に、出力する周
波数信号はEPROM16に格納したプログラムによって制御
されるマイクロプロセッサによって各所定周波数値と比
較される。これらの所定周波数値は装置のメモリー手段
17中に独立に保持している。これらの所定周波数値は図
３において符号ａないしｋで示すものと同一である。測
定周波数ｘはこのようにして各所定周波数と比較され、
その結果、測定周波数は所定周波数値ｂ、ｃの間にある
と判定する。これらの所定周波数値ｂ、ｃに対応する光
沢特性値ｂ′、ｃ′をメモリー17から読み出し、補間法
によって光沢特性値ｘ′を決定する。

測定結果はついでディスプレイ19に表示される。この
ディスプレイ19はLCDディスプレイであり、実施例はア
ルファニューメリカル表示である。ユーザにはEPROM内
蔵ルーチンプログラムによっていつでも装置の作動状態
に関する正確な情報が提供される。

図２に示す各部材間の接続は略図であり、実際にはこ
れらの部材は複数の配線によって相互に接続される。装
置の較正は次のとおりである。点14はデータ接続端であ
り、実施例においては装置の外側に設けたコネクタであ
る。このデータ接続は測定値を外部のコンピュータに接
続するために使用される。外部のコンピュータはマイク
ロプロセッサ15に接続し、較正手段を制御する。較正の
ため、装置はいくつかの標準光沢タイルの上に順次配置
する。較標準光沢タイルは異った光沢特性値を有する。
ホストコンピュータに基準表面の各特性光沢値を入力す
る。次に、測定装置は標準光沢タイルの反射をその装置
の持つ光学的及び電気的部材によって測定する。その測
定信号値は基準値としてのそれに関連する特性光沢と共
にホストコンピュータを介してメモリー手段17に読込ま
れる。この手順は複数の基準表面についてくり返され
る。10ないし16個の値が調べられる。すべての基準値ペ
アがメモリ手段17中に入ると直ちに較正が終了する。実
施例のメモリー手段はバッテリー18によってバックアッ
プされているから、測定値は数年にわたり記憶される。
不揮発性格納手段であるEEPROMなどを使用してもよい。

図３の曲線は特性光沢値93まで連続する。すでに述べ
たとおり、本発明装置を使用すると、さらに高い光沢特
性値を測定することができるから、約980までの特性光
沢値とそれと関連する信号値を格納することも可能であ
る。すでに述べたとおり、ドイツ、米国、日本には光沢
測定について異なる規格が存在する。これが、これまで
ペンキ製造者などがこれらの異なる規格に基づいてペン
キの光沢を表示するため、それぞれの規格に合わせて製
作され較正された数種類の光沢測定器を使用しなければ
ならなかった理由である。本発明装置は、１つの測定装
置によって異なった規格の光沢測定を可能にするため、
図２に示すように、セレクタースイッチを備えている。
そのスイッチによって装置を各種の規格用に切替えるこ
とができる。この実施例のものは３種類の規格に切替え
ることができる。ユーザは測定の前に米国規格、日本規
格、ドイツ規格のいずれによって測定するかを選択す
る。この場合、RAM17は１種類の規格の基準値ペアにみ
ではなく、３種類の規格の基準値ペアをすべて保有す
る。セレクタスイッチの位置によってマイクロプロセッ
サはRAM17から該当する基準値ペアを選択する。

図５は合成樹脂製キャリア30に取付け、ロック部材で
保持した３組の光学的手段を用いた実施例である。前記
実施例と同様に、第１組の手段は表面に対して20゜の角
度で光を投射する。測定装置は被測定面にのせるプレー
ト31を備え、そのプレート31は合成樹脂製キャリア30に
対して調整可能であることが好ましい。

第１組の光学的手段は電気ランプを光源35として備え
る。この光源35は絞りセット36が隣接して設けられ、そ
の絞りリセットは一定角度の開口を持つ絞りとフィルタ
の組合せである。このフィルタは人間の眼に見える光の
みを通す。さらに、このフィルタは人間の眼のスペクト
ル輝度感性にとって輝度として受け入れられるもののみ
を取入れるように設定されている。この詳細について
は、ドイツ産業規格DIN5031、パート２、DIN5033、パー
ト７、DIN5036、パート１に記載されている。

絞りから出た光束はレンズ37を通って点38において被
測定面に衝突する。点38は実測定点であり、点38におけ
る表面反射はレンズ39を通って絞り40に入る。絞り40は
絞りと一体に設けたフォートセルに続く。フォートセル
の電気信号は信号処理手段に導入される。

第２組の光学的手段は測定点38において60゜の角度で
被測定面に入射する光束を発生する。このため、第１組
の光学的手段の光源35と組合せ36と同一構造の光源45と
絞りとフィルタの組合せ46が設けられる。同様に、測定
点38直前にレンズ47が配置される。反射光はレンズ48を
通り、絞りとフォートセルの組合せ49に入る。

第３組の光学的手段は被測定面に85゜の入射角を有す
る光束を発生する。このため、光源50にフィルタと絞り
51を組合せる。この光源と絞りは実質的に被測定面に平
行に配置される。その光束を１束のガラス繊維52によっ
て偏向して別の絞り53に通す。絞り53から光は第１プリ
ズム54に入り、そのプリズムから所望の角度に偏向して
測定点38に至る。測定点38に続いて第２プリズム55が設
けられ、そのプリズムによって光束を絞りとフォートセ
ルの組合せである光学的部材56の方向へ偏向させる。

３組の光学的手段はすべて同一平面上に配置しなけれ
ばならない。

温度変化による差異を補正するため、実施例は温度依
存性抵抗を光源の電源手段に組込んでいる。

装置の測定システムのメモリー手段16に格納するルー
チンプログラムに装置の再較正を実施するプログラムを
入れる。この再較正は基準値ペアを入力して差異すなわ
ち電気部材のゼロ点移動を単に補正する較正と混同して
はならない。再較正をするには、装置を高光沢値を有す
る基準表面におき、ついで、光源を切り、フォートセル
への入光を遮断する。この後で、光沢特性値０をシミュ
レートして測定装置のゼロを調整する。次に、前記高光
沢表面の光沢特性値を測定し、補正値をRAM17に読み込
み、以後の測定に使用する。

すべての前記実施例において、特別な保護ハウジング
を設けて測定装置の底部を囲み、開口をごみによる汚れ
から保護する。この保護ハウジングに高光沢値を有する
基準表面を永久固定する。又、測定装置に再較正を起動
させるスイッチを設け、装置をこの保護ハウジングに入
れる必要のあるときはそのスイッチを操作すると、自動
的に再較正が実施されるようにしておく。

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定表面（１）に対して光を投射する光
   源（２）と、前記被測定表面（１）からの反射光を受け
   てそれを電気信号値に変換する光センサー（９）とを備
   え、前記被測定表面（１）に関して20゜、60゜、85゜の
   角度に配置された少なくとも３組の光学的手段と、光沢
   特性値を計算するルーチンプログラムを格納するための
   格納手段（16、17）と、前記ルーチンプログラムによっ
   て前記電気信号値から１つの光沢特性値を求める計算手
   段と、求めた前記光沢特性値を表示する表示手段（19）
   とからなる光沢測定装置であって、 前記格納手段（17）は少なくとも５つの基準表面に基づ
   く基準値ペアを有し、各基準値ペアは１つの前記基準表
   面の基準光沢特性値と、その基準表面を前記装置により
   測定したときの基準電気信号値とからなり、前記基準値
   ペアは光沢特性値と電気信号値の間の線形又は非線形関
   係近似をするために選択され、 前記光学的手段の各組に関して２つの較正用基準値ペア
   による再較正をするためのスイッチが設けられ、前記較
   正用基準値ペアは高光沢を有する基準表面を測定したも
   のであり、第１の前記較正用基準値ペアは、前記光学的
   手段の各組に関して前記光源を消灯して測定したもので
   あり、第２の前記較正用基準値ペアは、前記光学的手段
   の各組に関して、前記光源を点灯して測定したものであ
   り、 前記光学的手段の少なくとも１組には光源からの光を偏
   向させて前記被測定表面へ導くプリズム（54、55）が設
   けられ、 前記被測定面を測定した電気信号値を前記基準電気信号
   値と比較し、少なくともそれに最も近くて高い値と最も
   近くて低い値の基準電気信号値を補間手段に引渡す比較
   手段が設けられ、前記補間手段は引渡された２つの前記
   基準電気信号値とペアをなす２つの基準光沢特性値から
   補間法で前記被測定表面の光沢特性値を決定することを
   特徴とする光沢測定装置。
2. 【請求項２】前記比較手段、前記補間手段、前記計算手
   段はマイクロプロセッサ（15）の中にまとめられ、前記
   マイクロプロセッサ（15）はメモリーすなわち格納手段
   に保持したプログラムによって制御されることを特徴と
   する請求項１記載の光沢測定装置。
3. 【請求項３】前記光源とフォートセルの形で設けられた
   前記光センサーを除く光学的手段は光源からの光路にあ
   る絞りと、フィルタと、光が前記被測定表面に落ちる位
   置の前に配置した第１レンズと、光が被測定表面に落ち
   る位置に続く光路に配置した第２レンズと、前記光セン
   サーの直前に配置した絞りからなることを特徴とする請
   求項１又は２記載の光沢測定装置。
4. 【請求項４】前記装置は器具の再較正を前記較正用基準
   表面に基づいて行うためのマイクロプロセッサを制御す
   るプログラムを前記メモリ手段（16）に保有することを
   特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光
   沢測定装置。
5. 【請求項５】前記装置は前記基準表面が一体に設けられ
   たハウジングを有することを特徴とする請求項４記載の
   光沢測定装置。
6. 【請求項６】メモリ手段の中に少なくとも２群の基準値
   ペアが保持され、各群は一つの特定光沢基準規格に属
   し、前記特定光沢基準規格の各基準値群が光沢特性値を
   求めるために使用されるように前記計算手段を制御する
   セレクタスイッチが設けられたことを特徴とする請求項
   １ないし５のいずれか一つに記載の光沢測定装置。
7. 【請求項７】被測定表面（１）に対して光を投射する光
   源（２）と、前記被測定表面からの反射光を受けてそれ
   を電気信号値に変換する光センサー（９）とを備え、前
   記被測定表面に関して20゜、60゜、85゜の角度に配置さ
   れた少なくとも３組の光学的手段を有する光沢測定装置
   によって光沢を測定する方法において、 前記被測定表面の測定により得られた前記電気信号値は
   複数の少なくとも５つの基準表面に基づく基準値ペアと
   比較され、各基準値ペアは１つの前記基準表面の基準光
   沢特性値と、前記基準表面を前記装置により測定したと
   きの基準電気信号値とからなり、 前記基準値ペアは電気信号値と光沢特性値の間の線形又
   は非線形関係近似をするために選択され、 この比較によって、前記電気信号値に最も近くてそれよ
   りも低い基準電気信号値と最も近くてそれよりも高い基
   準電気信号値が定められ、上記最も近くて低い基準電気
   信号値と最も近くて高い基準電気信号値にそれぞれ対応
   する２つの前記基準光沢特性値から補間法によって前記
   被測定表面の光沢特性値が定められ、 スイッチを操作して各光学的手段に対して２つの較正用
   基準値ペアによる再較正がなされ、前記転正用基準値ペ
   アは高光沢を有する基準表面を測定したものであり、第
   １の較正用基準値ペアは前記光学的手段の各組に関して
   光源を消灯して測定されたものであり、第２の較正用基
   準値ペアは、前記光学的手段の各組に関して、光源を点
   灯して測定されたものであり、 前記光学的手段の少なくとも１組には、前記光源の光を
   偏向して前記被測定表面へ導くプリズム（54、55）が設
   けられることを特徴とする光沢測定方法。
8. 【請求項８】補間法は線形補間法として実施されること
   を特徴とする請求項７記載の光沢測定方法。
9. 【請求項９】再較正において、光センサーの入光を遮断
   したときの電気信号値を０に調整し、ついで、既定の高
   光沢基準表面を測定したときの電気信号値を既定の基準
   光沢特性値の電気信号値に合致させるための補正値を格
   納し、その補正値により基準光沢特性値を正確にマッチ
   ングすることを特徴とする請求項７又は８記載の光沢測
   定方法。