JP3326961B2

JP3326961B2 - 塗装膜厚計測装置

Info

Publication number: JP3326961B2
Application number: JP09841194A
Authority: JP
Inventors: 修田中; 清吉田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 2002-09-24
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: JPH07306019A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、塗料を塗布した直後の
未乾燥状態で塗装の膜厚を計測することの出来る塗装膜
厚計測技術に関し、特に、膜厚計測の精度向上技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】塗装直後の未乾燥状態で塗装膜厚を計測
する装置としては、例えば針ゲージを利用した接触式の
装置、或いは電磁式や渦電流式の非接触式の装置があ
る。図１６は、上記のごとき従来装置のうち、磁気を用
いた計測装置の一例の原理を示す断面図である。図１６
においては、まず（ａ）に示すように、鋼板の被塗装体
８１の塗装表面に対向して非接触膜厚センサ８２を近接
距離ｈ₀に予め位置決めする。そして非接触膜厚センサ
８２内に設けられた送受信コイル（図示省略）によって
被塗装体８１と非接触膜厚センサ８２との間に磁界を生
成する。この状態で、被塗装体８１の表面にウェット状
態の塗料８３を塗布すると、塗装後の被塗装体８１と非
接触膜厚センサ８２との間の磁界は、塗装膜厚による電
磁気抵抗によって減衰し、塗装前よりも低下した状態で
送受信コイルに感知される。このように膜厚ｈに比例し
て減衰する磁束の変化を検出することにより、塗装膜厚
を測定することが出来る。しかし、上記のごとき従来の
膜厚測定装置においては、塗装前に被塗装体８１と非接
触膜厚センサ８２との距離を所定の近接距離に設定し、
塗装前後を通じてその位置関係を精密に保つ必要がある
ため、塗装中でもセンサを近接距離に設定したままにし
ておく必要があり、実用的でない。また、測定を塗装前
と塗装後との２回行なう必要があるので手間がかかると
共に、測定精度も悪い、等の問題があった。また、前記
針ゲージを用いた接触式の装置では、塗装面に傷を付け
るので、塗装品質が低下するという問題があった。

【０００３】上記のごとき問題を解決するため、本出願
人は、塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面の粗さに基
づいて、非接触で塗装膜厚を測定する装置を既に出願
（特願平４−３０６９６６号、未公開）している。上記
の測定装置は、光学的な表面粗さ計や撮像装置によって
塗装直後の未乾燥塗装表面の粗さと、塗装表面の凹凸波
形の波長とを計測し、それらに基づいて未乾燥状態にお
ける膜厚（ウェット膜厚）を測定し、さらに乾燥後の膜
厚（ドライ膜厚）を予測するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
接触式の装置では、塗装面に傷を付けるので、塗装品質
が低下するという問題があり、また、磁気を利用した非
接触の装置では測定に手間がかかると共に測定精度が悪
いという問題があった。また、上記のごとき従来装置の
問題を解決した本出願人の先行出願においては、非接触
で、しかも容易に正確な測定を行なうことが可能である
が、実際の塗装作業においては、次のごとき２つの問題
がある。（１）自動車の車体塗装のように、塗装自動化ラインで
次々に塗装を行なう場合には、塗装ラインに設けられた
塗装用ロボットに膜厚計測の撮像装置を取付け、順次送
られて来る車体に合わせて撮像装置の位置を設定し、塗
装面を撮像するようになっている。この際、ロボットは
指令コンピュータの信号によって撮像装置の位置を制御
するが、この位置と高さを合わせるためのティーチング
に時間が掛かり、また、現在使用している塗装用ロボッ
トはｘ軸、ｙ軸、ｚ軸およびそれらの回転方向を含めた
６軸方向に制御可能な６軸制御ロボットであって非常に
高価である。（２）塗装自動化ラインは、生産計画に合わせてライン
速度が変化し、また、ラインの機械的なガタによっても
ライン速度が不規則に変化する。そのため、撮像装置で
塗装表面を撮像する際に、画像にブレを生じて良好な画
像が得られない場合があり、それによって膜厚計測の精
度が低下するおそれがある。

【０００５】本発明は、本出願人の先行出願を塗装自動
化ラインに適用した場合に生じる上記のごとき問題を解
決するためになされたものであり、塗装自動化ラインに
適した塗装膜厚計測装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明は、
図１（ａ）に示すごとく、塗料を塗布した直後の未乾燥
塗装表面の粗さを撮像する撮像手段１００と、上記撮像
手段からの画像情報を画像処理する画像処理手段１０１
と、上記画像処理手段で処理された画像処理データに基
づいて、塗装表面の粗さ度と、塗装表面の凹凸波形の波
長とを算出する粗さ演算手段１０２と、少なくとも塗料
の粘度を含む塗装条件を入力する塗装条件入力手段１０
３と、上記粗さ演算手段で算出された粗さ度から求めた
粗さ度の時間変化量および波長と、上記塗装条件入力手
段からの塗装条件とに基づいて、塗装の膜厚を算出する
膜厚演算手段１０４と、該撮像手段と被塗装体の塗装表
面との距離を非接触で計測する距離計測手段１０５と、
上記距離計測手段の計測結果に基づいて、上記撮像手段
と被塗装体との距離が予め定めた所定値になるように上
記撮像手段の位置を制御する駆動手段１０６と、を備え
ている。なお、上記の各手段は、例えば後記図２の実施
例における下記の部分にそれぞれ対応する。すなわち、
撮像手段１００は撮像部２に、画像処理手段１０１は画
像処理部３に、粗さ演算手段１０２は粗さ演算部４に、
塗装条件入力手段１０３は塗装条件入力手段７に、膜厚
演算手段１０４は膜厚演算部８に、距離計測手段１０５
は距離計測部１２に、駆動手段１０６は直動２軸制御ロ
ボット１３とその制御部１４に、それぞれ対応する。次
に、請求項２に記載の発明は、図１（ｂ）に示すごと
く、上記請求項１に記載の発明に、上記距離が上記所定
値を中心とした所定範囲内にある場合にのみ撮像手段１
００の撮像動作を行なわせるように制御する撮像制御手
段１０７を追加したものである。なお、上記撮像制御手
段１０７は、例えば後記図１２の実施例における撮像制
御部１５相当する。

【０００７】次に、請求項３に記載の発明は、図１
（ｃ）に示すごとく、塗料を塗布した直後の未乾燥塗装
表面の粗さを撮像する撮像手段１００と、上記撮像手段
からの画像情報を画像処理する画像処理手段１０１と、
上記画像処理手段で処理された画像処理データに基づい
て、塗装表面の粗さ度と、塗装表面の凹凸波形の波長と
を算出する粗さ演算手段１０２と、少なくとも塗料の粘
度を含む塗装条件を入力する塗装条件入力手段１０３
と、上記粗さ演算手段で算出された粗さ度から求めた粗
さ度の時間変化量および波長と、上記塗装条件入力手段
からの塗装条件とに基づいて、塗装の膜厚を算出する膜
厚演算手段１０４と、複数の被塗装体を順次運搬して塗
装を行なう塗装ラインの速度パターンもしくは実際の速
度を入力するライン速度入力手段１０８と、上記ライン
速度入力手段から入力したライン速度が安定状態にある
場合にのみ上記撮像手段の撮像動作を行なわせる撮像制
御手段１０９と、を備えている。なお、上記の各手段
は、例えば後記図１３の実施例における下記の部分にそ
れぞれ対応する。すなわち、撮像手段１００は撮像部２
に、画像処理手段１０１は画像処理部３に、粗さ演算手
段１０２は粗さ演算部４に、塗装条件入力手段１０３は
塗装条件入力手段７に、膜厚演算手段１０４は膜厚演算
部８に、ライン速度入力手段１０８はライン速度入力部
１６に、撮像制御手段１０９は撮像制御部１７に、それ
ぞれ対応する。

【０００８】次に、請求項４に記載の発明は、図１
（ｄ）に示すごとく、塗料を塗布した直後の未乾燥塗装
表面の粗さを撮像する撮像手段１００と、上記撮像手段
からの画像情報を画像処理する画像処理手段１０１と、
上記画像処理手段で処理された画像処理データに基づい
て、塗装表面の粗さ度と、塗装表面の凹凸波形の波長と
を算出する粗さ演算手段１０２と、少なくとも塗料の粘
度を含む塗装条件を入力する塗装条件入力手段１０３
と、上記粗さ演算手段で算出された粗さ度から求めた粗
さ度の時間変化量および波長と、上記塗装条件入力手段
からの塗装条件とに基づいて、塗装の膜厚を算出する膜
厚演算手段１０４と、複数の被塗装体を順次運搬して塗
装を行なう塗装ラインの速度パターンもしくは実際の速
度を検出するライン速度入力手段１０８と、上記ライン
速度入力手段から入力したライン速度に応じて上記撮像
手段における撮像時のシャッタ速度を変更するシャッタ
速度制御手段１１０と、を備えている。なお、この場合
のライン速度は、生産計画等に応じて予め定められたラ
イン速度パターンを用いてもよい。なお、上記の各手段
は、例えば後記図１４の実施例における下記の部分にそ
れぞれ対応する。すなわち、撮像手段１００は撮像部２
に、画像処理手段１０１は画像処理部３に、粗さ演算手
段１０２は粗さ演算部４に、塗装条件入力手段１０３は
塗装条件入力手段７に、膜厚演算手段１０４は膜厚演算
部８に、ライン速度入力手段１０８はライン速度入力部
１６に、シャッタ速度制御手段１１０はシャッタ速度制
御部１８に、それぞれ対応する。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明は、撮像手段１００と被
塗装体との距離を計測する距離計測手段１０５と、駆動
手段１０６とを設け、上記距離が所定距離となるように
制御するものである。それにより、上記駆動手段１０６
として直動２軸制御ロボットのような簡単な移動装置を
用いることが出来ると共に、被塗装体ごとのロボットア
ーム位置合わせのためのティーチング時間が殆ど不要に
なり、計測工程が従来よりも大幅に簡略化される。しか
も常にピントの合った良好な画像を入力することが出来
るので、塗装膜厚を常に正確に計測することが出来る。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成
に加えて撮像制御手段１０７を設け、撮像手段１００と
被塗装体との間隔が、予め定めた所定値を中心とした所
定範囲内である場合にのみ撮像手段１００で撮像動作を
行なわせるように構成したものである。それにより、常
にピントの合った良好な画像を入力することが出来るの
で、塗装膜厚を常に正確に計測することが出来る。そし
て撮像部１００を移動して多数の個所で撮像を行なった
場合でも、ピント外れのおそれがなくなるので、塗装面
の各部分の膜厚を迅速に計測することが可能となる。

【００１０】また、請求項３に記載の発明は、ライン速
度入力手段１０８と撮像制御手段１０９とを設け、塗装
ラインの実速度が安定状態にある場合にのみ撮像手段１
００の撮像動作を行なわせるように構成したものであ
る。それにより、ライン速度が機械的なガタ等によって
不規則に変動する場合でも、常にブレのない良質な画像
を入力することが出来、それによって正確な膜厚計測を
行なうことが出来る。また、請求項４に記載の発明は、
ライン速度入力手段１０８から入力したライン速度に応
じて撮像手段１００のシャッタ速度を変化させるように
構成したものである。それにより、生産計画等によって
ライン速度が大幅に変化する場合でも、常にブレのない
良質な画像を入力することが出来、それによって正確な
膜厚計測を行なうことが出来る。

【００１１】

【実施例】図２は本発明の第１の実施例図であり、本発
明を車両の車体塗装ラインに適用した場合のブロック図
を示す。まず、図２に基づいて全体の構成の概略を説明
する。１は被塗装体の車体であり、塗装ライン上を所定
の速度で移動しながら塗装されるものである。２は塗装
直後における未乾燥（ウエット）状態の塗装表面を撮像
する撮像部である。なお、撮像する時点は、塗料を吹き
付けたのち所定時間（例えば１〜２分）後に行なう。そ
のため、撮像部２は塗装ラインの移動速度に合わせて、
例えば１〜２分後に車体が到達する位置に設置されてい
る。上記の撮像部２で撮像した塗装表面の粗さ情報（詳
細後述）は、画像処理部３で画像処理される。なお、こ
の画像処理部は画像情報を記憶する画像メモリとコンピ
ュータ等の演算装置で構成される。画像処理部３で処理
された画像処理データは粗さ演算部４に送られる。粗さ
演算部４では、入力した画像処理データから塗装表面の
粗さ情報、すなわち塗装表面の凹凸のピーク・ツウ・ピ
ークの面平均値に対応した粗さ度Ｒ_a（具体的には、後
記のパワースペクトル積分値Ｐを用いる）と凹凸波形の
波長λ（具体的には、後記の長波長領域のピーク波長λ
を用いる）を求める。また、曲面演算部５は、画像処理
部３で処理された画像処理データから被塗装体１の塗装
面の曲率を算出する（詳細後述）。曲面補正演算部６
は、粗さ演算部４で求めた粗さ度Ｒ_aと凹凸波形の波長
λに対して、曲面演算部５で求めた塗装面の曲率に応じ
た補正を与える（詳細後述）。なお、一般的には凹凸波
形の波長λに対してのみ補正を行なえばよい。また、曲
面演算部５と曲面補正演算部６においては、上記の曲率
演算とそれに応じた波長λの補正方法の他に、パワース
ペクトルのピーク波長から補正を行なう方法もある（詳
細後述）。

【００１２】また、塗装条件入力部７は、例えばキーボ
ード等の入力手段であり、塗料の種類、揮発成分の含有
量等の塗料の成分情報、塗料の粘度、温度等の塗装条件
を入力する。また、膜厚演算部８は、曲面補正演算部６
から与えられる補正後の粗さ情報（Ｒ_a、λ）から粗さ
度Ｒ_aの時間変化量ΔＲ_aを算出し、該ΔＲ_aおよび波長
λと上記塗装条件入力部８からの塗装条件とに基づいて
ウエット状態の塗装膜厚を演算する。上記膜厚演算部８
で求めた膜厚の値は、液晶表示装置やＣＲＴ表示装置等
の表示器９で表示して作業員に提示すると共に、塗装条
件制御システム１０へ送られ、塗装ガン１１の動作条件
を最適条件に保つように制御する。なお、上記の粗さ演
算部４、曲面演算部５、曲面補正演算部６、膜厚演算部
８は、コンピュータ等の演算装置で構成される。

【００１３】また、距離計測部１２は、例えば撮像部２
と一体に固定され、撮像部２と被塗装体１との距離を計
測する。この距離計測部１２は、撮像部２を構成するＣ
ＣＤカメラ等のピント合わせのために、所定の距離を計
測するものであるから、ｍｍオーダの測定精度があれば
よい。この距離計測部１２としては、例えば、超音波を
放射して物体からの反射を受信し、放射時点から受信時
点までの時間差によって距離を測定する超音波式の距離
計測装置を用いることが出来る。また、直動２軸制御ロ
ボット１３は、水平方向と垂直方向との２方向のみに直
線的に移動可能な装置であり、通常の塗装作業に用いら
れている６軸制御ロボットよりも大幅に安価な装置であ
る。制御部１４は、上記の直動２軸制御ロボット１３を
水平方向と垂直方向に移動させる制御を行なうものであ
り、水平方向は被塗装体１の任意の部分に撮像部２を移
動し、垂直方向は撮像部２と被塗装体１との間隔が予め
定められた所定距離になるように制御する。すなわち、
距離計測部１２で求めた距離情報を入力し、その値が予
め設定された所定距離（撮像部２のピントが合う距離）
になるように、直動２軸制御ロボット１３の垂直距離を
フィードバック制御する。なお、具体的には、所定距離
Ｌ₀から±Ｌ₁（例えば数ｍｍ程度）の範囲内であれば問
題はない。

【００１４】次に作用を説明する。まず、本発明におけ
る膜厚測定の原理について説明する。本発明における膜
厚測定方法は、塗料を塗布した直後の未乾燥状態、すな
わちウエット状態の塗装表面の平滑化現象に着目して塗
装膜厚を測定するものである。図３は、塗装後の塗膜の
断面図である。塗装直後には、（ａ）に示すように、塗
装表面は初期の付着粒子の結合によって凹凸状態になっ
ている。そして時間の経過と共に、（ｂ）に示すよう
に、レベリング力によって次第に平滑化され、最終的に
は、（ｃ）に示すように、平滑化状態となる。本発明に
おいては、このような平滑化現象に着目し、ウエット状
態における塗装表面の凹凸状態を測定し、それによって
平滑化後、或いは乾燥後の塗装膜厚を算出するものであ
る。上記のごときウエット状態における凹凸状態を測定
するには、光干渉式表面粗さ計など種々の方法（例えば
「機械工学便欄日本機械学会１９８９年９月３０日
新版３刷発行Ｂ２編２０７頁〜２０８頁」に記載）
があるが、ここでは撮像手段（例えばＣＣＤカメラ）で
塗装表面を撮像し、その情報を画像処理する方法につい
て説明する。

【００１５】図４は、撮像部２の一例を示す断面図であ
る。図４に示すように、撮像部の基本的構成は、光源３
１、明暗パタン板３２、反射鏡３３、レンズ３４、ＣＣ
Ｄカメラ３５から成る。上記の明暗パタン板３２は、所
定間隔（例えば１ｍｍ間隔）で直線状のスリットが設け
られた不透明板（または透明板に所定間隔で不透明なス
トライプパタンを印刷したもの）である。そして光源３
１からの平行光線を上記明暗パタン板３２と反射鏡３３
とレンズ３４とを介して塗装面に斜め方向から照射する
ことにより、被塗装体上にスリットに対応した縞模様を
つくる。この縞模様は、被塗装体上の凹凸に応じて歪ん
だ波形となる。その反射光をＣＣＤカメラ３５で撮像
し、上記の歪んだ縞模様、すなわち表面粗さの情報を入
力するようになっている。上記のごとき縞模様の画像情
報を画像処理し、パワースペクトル周波数分析（例えば
高速フーリエ変換処理：ＦＦＴ）を行なってパワースペ
クトルＰＳを求める。

【００１６】図５は、上記パワースペクトルＰＳの周波
数特性図であり、縦軸はパワースペクトルＰＳ、横軸は
周波数ｆ（波長λの逆数、ｆ＝１／λ）である。図５に
おいて、第１のピーク波形は、前記スリットに対応し
た基本縞による基本波形のパワースペクトル、第２のピ
ーク波形は、塗装表面の凹凸波形の長波長領域（１０
〜１ｍｍ程度）に対応したパワースペクトル、第３のピ
ーク波形は、凹凸波形の中波長領域（１〜０.１ｍｍ
程度）に対応したパワースペクトル、第４のピーク波形
は、凹凸波形の短波長領域（０.１ｍｍ以下）に対応
したパワースペクトルを示す。上記のパワースペクトル
波形において、凹凸波形の長波長領域のピーク波長、す
なわち第２のピーク波形のピーク値に対応した波長λ
を求め、さらに表面の粗さを表示する値として、第２の
ピーク波形の積分値（斜線部分の面積）を求め、それ
をパワースペクトル積分値Ｐとする。上記の波長λ（長
波長領域のピーク波長）とパワースペクトル積分値Ｐと
は、下記のごとく膜厚と関係があり、これらの値に基づ
いて、下記の平滑化理論式を用いて膜厚を算出すること
が出来る。

【００１７】まず、パワースペクトル積分値Ｐによる平
滑化特性を説明すると、表面の凹凸（ピーク・ツウ・ピ
ーク値）の面積平均値に相当する表面粗さＲ_aとパワー
スペクトル積分値Ｐとは、図６に示すような関係にあ
り、下記（数１）式、（数２）式に示す関係がある。Ｐ＝Ｑ＋ｋ×√Ｒ_a …（数１）Ｒ_a＝｛（Ｐ−Ｑ）／ｋ}² …（数２）ただし、上式において、Ｑは粗さ補正値、ｋは粗さ変換
係数である。パワースペクトル解析値による平滑化理論
式の導出では、まず、ウエット塗膜平滑化理論式（近似
式）として、表面粗さ度Ｒ_aは下記（数３）式で表され
る。Ｒ_a＝Ｒ_a0・exp(−ｔ／τ） …（数３）ただし、Ｒ_a0はＲ_aの初期値（時点０すなわち塗装直後
の値）、ｔは塗装後の経過時間である。また、τは粘性
流体の基本式から導出された時定数であり、後記（数
８）式に示すごときものである。上記（数２）式を（数
３）式に代入すると、下記（数４）式が得られる。｛（Ｐ−Ｑ）／ｋ}²＝｛（Ｐ₀−Ｑ₀）／ｋ}² exp(−ｔ／τ） …(数４) ただし、Ｐ₀はＰの初期値（時点０における値）であ
り、Ｑ₀はＱの初期値である。上記（数４）式におい
て、Ｐ、Ｐ₀をそれぞれの補正値Ｑ、Ｑ₀を含んだ値とし
て、（Ｐ₀−Ｑ₀）→Ｐ₀、（Ｐ−Ｑ）→Ｐと示せば、
（数４）式は下記（数５）式のように表せる。Ｐ＝Ｐ₀・exp(−ｔ／２τ） …（数５）また、時定数τは下記（数６）式で示される。 τ＝３ηλ⁴／１６π⁴γｈ³ …（数６）ただし、ηは塗料の粘度、λは前記の長波長領域のピー
ク波長、γは塗膜の表面張力、ｈはウエット状態におけ
る膜厚（撮像部分の平均値）である。以上から、パワー
スペクトル解析値による塗装膜厚ｈは、下記（数７）式
で示すようになる。

【００１８】

【数７】

【００１９】ただし、Ｐ₁は時点ｔ₁におけるパワースペ
クトル積分値Ｐの値、Ｐ₂は時点ｔ₂（ただし−₁＜ｔ₂）
におけるＰの値である。なお、τ'_iは下記（数８）式で
示される。 τ'_i＝３η(ｔ_i)・λ⁴／１６π⁴γ …（数８）ただし、ｉ＝１，２であり、η(ｔ_i）は塗料の粘度が塗
装後の経過時間の関数であることを示す。すなわち、塗
装条件入力手段７から入力するのは、塗装前における塗
料の粘度ηであるが、塗装後の塗着粘度は、塗装後の経
過時間に応じて変化する値η(ｔ_i）となる。この値は、
塗料組成（塗料内の揮発成分の割合等）や風速などによ
って定まる値である。上記（数７）式から判るように、
塗料の粘度η、塗膜の表面張力γ、凹凸波形の長波長領
域のピーク波長λ、塗装後の２つの時点ｔ₁、ｔ₂におけ
るパワースペクトル積分値Ｐの値から、ウエット状態に
おける膜厚ｈを求めることが出来る。上記の各数値のう
ち、塗料の粘度ηと塗膜の表面張力γは、塗料の特性に
よって定まる値であるから、予め判っている値を入力
し、長波長領域のピーク波長λとパワースペクトル積分
値Ｐの値は、前記の画像情報を処理した値を用いる。

【００２０】図７は、上記（数７）式を用いた平滑化理
論値と測定値を比較したウエット平滑化動特性（パワー
スペクトル積分値Ｐ）を示す特性図である。図７におい
て、横軸は塗装後の経過時間、縦軸はパワースペクトル
積分値Ｐである。上記の測定は、塗布直後の画像を撮像
部２で撮影し、パワースペクトル解析を行なったもので
ある。図７から、測定値は理論値とほぼ一致した平滑化
特性となっていることがわかる。また、表１は、膜厚６
０μｍと５４μｍの２つのサンプルに対して、上記（数
７）式の推定式を用いて膜厚ｈを計測した結果を示す表
である。表１に示すように、数μｍの精度で計測可能で
あることが判る。

【００２１】

【表１】

【００２２】図２の実施例においては、撮像部２、画像
処理部３、粗さ演算部４、膜厚演算部８において、上記
のごとき処理を行ない、撮像個所の膜厚ｈを求める。

【００２３】また、前記（数７）式においては、塗装後
の２つの時点ｔ₁とｔ₂における２つの値Ｐ₁、Ｐ₂を用
い、粗さ情報の時間変化量を用いて演算している。その
ため、塗装後に２つの時点で同一個所を撮像する必要が
ある。このためには、塗装ライン上の車体の移動に合わ
せて撮像部２を移動させる必要があるので、装置が複雑
になる。それを避けるためには、次のような方法があ
る。すなわち、被塗装体である車体の他に、テストピー
スを用意して被塗装体と同じ条件で塗装を行ない、時点
ｔ₁（例えばｔ₁＝１０秒、ｔ₁＜ｔ₂）における値Ｐ
₁は、テストピースの画像情報を処理して求めた値を用
いるようにする。このようにすれば、撮像部２は時点ｔ
₂（例えば塗装１〜２分後）において１回のみの撮像を
行なえばよい。なお、本実施例においては、基本的な測
定を塗装面の撮像と画像処理によって行ない、塗装表面
の粗さの情報としてパワースペクトル積分値Ｐと長波長
領域のピーク波長λとを用いて演算を行なう場合を例示
した。しかし、塗装表面の粗さ情報としては、例えば、
前記本出願人の先行出願（特願平４−３０６９６６号）
に記載のように、光干渉式表面粗さ計を用い、凹凸のピ
ーク・ツウ・ピークと凹凸の波長λに基づいて演算する
方法、或いは上記光干渉式表面粗さ計の測定結果から表
面の平均粗さ度Ｒ_aと凹凸の平均波長λ_aとを用いて演算
する方法などがあり、いずれを用いてもよい。

【００２４】また、これまでの計測は、ウエット状態の
膜厚を算出するものであるが、ウエット状態の膜厚と乾
燥後のドライ膜厚とには、塗料中の揮発成分に応じた一
定の相関関係がある。したがって計測したウエット膜厚
に塗料の内容に応じて定まる係数を乗算することによ
り、ドライ膜厚を容易に推定することが出来る。

【００２５】次に、本発明における曲面補正について説
明する。図８は、撮像部２で撮像した画像の一例図であ
り、（ａ）は塗装面が平面の場合、（ｂ）は塗装面が曲
面の場合（ｘ軸方向で湾曲）の画像を示す。塗装面が平
坦な場合は、（ａ）に示すように、画像の外形は前記図
４の撮像部２から投射した画像と同じ円形になり、明暗
パタン板３２の縞模様が塗装表面の凹凸に応じて歪んだ
形で現われる。これに対して曲面の場合は、（ｂ）に示
すように、曲面方向が縮んだ楕円形状になる。なお、図
８においては、縞模様の断続方向をｘ軸、それと直角方
向をｙ軸としている。

【００２６】曲率演算部５では、上記のごとき画像デー
タを用い下記の手順で塗装表面の曲率ｒを導出する。ま
ず、図８（ｂ）に示すように楕円形状をした画像エリア
のｘ軸、ｙ軸方向の最大長（明部エリア）ｘ、ｙを画像
上で導出する。導出方法は２値化された各軸上の初期明
点位置を左右から検索することによって最大長を算出す
る。次に、凸曲率をもつ塗膜面は一般に凹レンズ相当の
作用をするため、図４の撮像部２と凸曲面の塗膜面の光
学系は図９に示すようになる。このような光学系の距離
定数より、塗膜表面のｘ方向の曲率ｒは下記（数９）式
で与えられる。なお、ｙ方向も同様に算出できる。

【００２７】

【数９】

【００２８】ただし、ｘ：計測されたｘ軸最大長ｘ₀：塗装面が平面の場合のｘ軸最大長（既知の値）Ｌ₁：ＣＣＤカメラ３５と塗膜面との距離Ｌ₂：光源３１と塗膜面との距離次に、図１０に示される曲率ｒと補正係数Ｋの関係よ
り、波長λについての曲率ｒによる補正係数Ｋを求め
る。なお、図１０は実験よって求めた関係式であり、縦
軸は補正係数Ｋ、横軸は曲率ｒの逆数（１／ｒ＝Ｒ：曲
面）を示す。上記のようにして求めた補正係数Ｋによっ
て、前記の膜厚演算における長波長領域のピーク波長λ
の値を補正する。すなわち、曲面部における実測波長が
λであった場合、それを補正した平面相当の実波長λ'
は、下記（数１０）式で示される。

【００２９】

【数１０】

【００３０】ただしａ：定数Ｒ＝１／ｒ上記のようにして算出した実波長λ'を用いて前記のよ
うにして膜厚演算を行なえば、曲面においても正確に膜
厚を計測することが出来る。図２の実施例においては、
曲面演算部５で上記の補正係数Ｋを求める演算を行な
い、曲面補正演算部６で上記の実波長λ'を求める演算
を行なう。そして膜厚演算部８では、曲面補正演算部６
から与えられるパワースペクトル積分値Ｐと補正後の実
波長λ'と塗装条件入力部８からの塗装条件とに基づい
てウエット状態の塗装膜厚ｈを演算する。

【００３１】なお、表示器９にはウエット膜厚ｈの他、
パワースペクトル積分値Ｐ、波長λ、補正後の実波長
λ'、塗膜面の曲率ｒ等を表示してもよい。また、上記
の説明においては、ｘ軸方向についてのみ曲率ｒを求め
て補正を行なっている。これは図８に示すように縞模様
の断続方向をｘ軸としているためであるが、ｙ軸方向に
ついても同様に曲率を求め、曲率の大きい方の値を用い
て補正係数Ｋを求めるように構成してもよい。また、上
記の説明においては、曲面補正は波長λについてのみ行
なっているが、パワースペクトル積分値Ｐについても同
様に補正することが出来る。すなわち、前記図１０に示
した波長λについての曲率ｒと補正係数Ｋとの関係と同
様に、パワースペクトル積分値Ｐについての曲率ｒと補
正係数Ｋ'との関係を予め実験で求めておき、その関係
に基づいて、算出した曲率ｒから補正係数Ｋ'を求め、
それを測定したパワースペクトル積分値Ｐに乗算して、
補正後の実パワースペクトル積分値Ｐ'を求めればよ
い。

【００３２】次に、曲面補正の他の方法について説明す
る。前記図５に示したように、パワースペクトルＰＳの
周波数特性において、第１のピーク波形は、撮像部２
のスリットに対応した基本縞による基本波形のパワース
ペクトル、ピーク波形は、塗装表面の凹凸波形の長波
長領域（１０〜１ｍｍ程度）に対応したパワースペクト
ルである。これらのパワースペクトルのピーク値は、塗
装面の曲率の応じて変化するが、本発明者らの実験によ
ると、基本縞のピーク周波数ｆと長波長のピーク周波数
ｆ'には、塗装面の曲率に関わりなく一定の関係がある
ことが判明した。図１１は、パワースペクトルＰＳの周
波数特性の曲面依存性を示す特性図である。図１１にお
いて、縦軸はパワースペクトルＰＳ、横軸は周波数ｆ
（１／λ）を示し、実線（Ａ）は塗装面が平面の特性、
点線（Ｂ）は塗装面が曲率ｒ₁の場合の特性、破線
（Ｃ）は塗装面が曲率ｒ₂（ｒ₁＜ｒ₂）の場合の特性を
示す。

【００３３】図１１から判るように、曲率が大きくなる
に従ってピーク周波数は大きく（ピーク波長λは小さ
く）なるが、曲率に関わりなく、下記（数１１）式の関
係が成立することが判明した。

【００３４】

【数１１】

【００３５】ただしｆ₀ ：平面時の基本縞ピーク周波
数ｆ₀'：平面時の長波長ピーク周波数ｆ_r ：曲率ｒ時の基本縞ピーク周波数ｆ_r'：曲率ｒ時の長波長ピーク周波数上記（数１１）式から、平面時の長波長ピーク周波数ｆ
₀'は下記（数１２）式で求められる。

【００３６】

【数１２】

【００３７】（数１２）式において、平面時の基本縞ピ
ーク周波数ｆ₀の値は、予め測定可能な既知の値であ
る。また、曲率ｒのときの基本縞ピーク周波数ｆ_rと長
波長ピーク周波数ｆ_r'とは前記の画像処理によって実測
値として求められる。したがって曲率ｒのときの長波長
ピーク周波数ｆ_r'を平面時の値ｆ₀'に換算するには、ｆ
_r'にｆ₀／ｆ_rを乗算してやればよい。なお、前記の膜厚
演算で説明したように波長λで表現する場合には、下記
（数１３）式のように補正すればよい。

【００３８】

【数１３】

【００３９】ただし λ₀ ：平面時の基本縞ピーク波長 λ₀'：平面時の長波長ピーク波長 λ_r ：曲率ｒ時の基本縞ピーク波長 λ_r'：曲率ｒ時の長波長ピーク波長この方法によれば、基本縞ピーク波長λ_rと長波長ピー
ク波長λ_r'とを求めるだけで簡単に曲面補正を行なうこ
とが出来る。上記の方法を前記図２の実施例に適用する
場合には、画像処理部３の画像処理データから曲面演算
部５でλ_rとλ_r'を求める演算を行ない、曲面補正演算
部６では、それらの値と予め記憶しておいたλ₀の値か
らλ₀'を求める演算を行なうように構成すればよい。な
お、λ_r'の値は、粗さ演算部４で求めた値を用いること
もできる。

【００４０】上記のごとく、図２に示した第１の実施例
においては、撮像部２と被塗装体１との間隔を計測する
距離計測部１２を設け、撮像部２と被塗装体１との距離
が所定距離となるように自動制御している。そのため、
直動２軸制御ロボット１３のような簡単な移動装置を用
いることが出来ると共に、被塗装体ごとのロボットアー
ム位置合わせのためのティーチング時間が殆ど不要にな
り、計測工程が従来よりも大幅に簡略化される。しかも
常にピントの合った良好な画像を入力することが出来る
ので、塗装膜厚を常に正確に計測することが出来る。

【００４１】次に、図１２は、本発明の第２の実施例の
ブロック図である。図１２において、１５は撮像制御部
であり、その他は前記図２と同様である。この実施例
は、距離計測部１２で計測した撮像部２と被塗装体１と
の間隔が、予め定めた所定値Ｌ₀（前記と同様に±Ｌ₁範
囲内の誤差は可）である場合にのみ撮像部２で撮像動作
を行なわせるように構成したものである。すなわち、撮
像制御部１５は、距離計測部１２の計測結果を入力し、
距離が−Ｌ₁≦Ｌ₀≦＋Ｌ₁の範囲内にある場合にのみ撮
像部２の画像を画像処理部３へ送るように制御するもの
である。具体的には、上記の条件を満たす場合にのみ、
撮像部２の電子シャッタを作動可能にするか、或いは撮
像部２と画像処理部３との間に設けたスイッチ回路をオ
ンにするように構成すればよい。このように構成したこ
とにより、常にピントの合った良好な画像を入力するこ
とが出来るので、塗装膜厚を常に正確に計測することが
出来る。そして撮像部２を移動して多数の個所で撮像を
行なってもピント外れのおそれがなくなるので、塗装面
の各部分の膜厚を迅速に計測することが可能となる。

【００４２】次に、図１３は本発明の第３の実施例のブ
ロック図である。図１３において、１６はライン速度入
力部、１７は撮像制御部であり、その他は前記図２と同
様である。ライン速度入力部１６は、例えば塗装ライン
の実際の速度を計測する装置である。図１４に示すよう
に、塗装ラインの実速度ｖは、自動化ラインの機械的な
ガタ等によって変動することがあり、そのような変動時
に撮像部２で撮像を行なうと、画像にブレを生じて正確
な計測ができなくなるおそれがある。そのため、撮像制
御部１７は、ライン速度入力部１６で計測した実速度ｖ
を入力し、実速度ｖが安定状態にある場合にのみ撮像部
２の撮像動作を行なわせる。具体的には、例えばｖが基
準のライン速度ｖ₀近傍の値であり、かつ急変状態でな
い場合（例えばｖの微分値が所定値以下の場合）にの
み、撮像部２の電子シャッタを作動可能にするか、或い
は撮像部２と画像処理部３との間に設けたスイッチをオ
ンにするように構成すればよい。上記のように構成した
ことにより、本実施例においては、ライン速度が不規則
に変動する場合でも、常にブレのない良質な画像を入力
することが出来、それによって正確な膜厚計測を行なう
ことが出来る。

【００４３】次に、図１５は、本発明の第４の実施例の
ブロック図である。図１５において、１８は撮像部２の
電子シャッタの速度を設定するシャッタ速度制御部であ
り、その他は前記図１３と同様である。実際の塗装ライ
ンにおいては、生産計画等に応じてライン速度が大幅に
変化する。そのため、ライン速度が速くなった場合に
は、撮像部２の撮像画像にブレが生じて正確な計測が出
来なくなるおそれがある。それを避けるためには、撮像
部２の電子シャッタ速度を速くすればよいのであるが、
高速シャッタでは露光が不足がちになるので、出来るだ
け低速シャッタで使用する方が望ましい。そのため、シ
ャッタ速度制御部１８は、ライン速度入力部１６で求め
たライン速度に応じて、ライン速度が速い場合にはシャ
ッタ速度を上げ、遅い場合にはシャッタ速度を低下させ
るように制御する。なお、ライン速度は、生産計画等に
よって予め判っているので、ライン速度入力部１６は、
単に、予め定められたライン速度の時間的パターンを入
力するものでもよい。上記のように構成したことによ
り、本実施例においては、生産計画等によってライン速
度が大幅に変化する場合でも、常にブレのない良質な画
像を入力することが出来、それによって正確な膜厚計測
を行なうことが出来る。

【００４４】なお、これまでの第１〜第４の実施例にお
いては、それぞれ計測距離やライン速度に応じて独自の
制御を行なう場合を例示したが、それら任意に組み合わ
せてもよい。また、上記の実施例では、全て曲面補正を
行なうものを示しているが、その部分（曲面演算部５と
曲面補正部６）を除いてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したごとく、請求項１に記載の
発明においては、撮像手段と被塗装体との距離を計測す
る手段を設け、その距離が所定距離となるように自動的
に制御するように構成しているので、直動２軸制御ロボ
ットのような簡単な移動装置を用いることが出来ると共
に、被塗装体ごとのロボットアーム位置合わせのための
ティーチング時間が殆ど不要になり、計測工程が従来よ
りも大幅に簡略化される。しかも常にピントの合った良
好な画像を入力することが出来るので、塗装膜厚を常に
正確に計測することが出来る。また、請求項２に記載の
発明においては、撮像手段と被塗装体との距離が所定範
囲の場合にのみ撮像手段の撮像動作を行なわせるように
構成しているので、請求項１と同様の効果が得られると
共に、塗装面の各部分の膜厚を迅速に計測することが可
能となる。また、請求項３に記載の発明においては、塗
装ラインの実速度が安定状態にある場合にのみ撮像手段
の撮像動作を行なわせるように構成しているので、ライ
ン速度が不規則に変動する場合でも、常にブレのない良
質な画像を入力することが出来、それによって正確な膜
厚計測を行なうことが出来る。また、請求項４に記載の
発明においては、塗装ラインの速度に応じて撮像手段の
シャッタ速度を変えるように構成しているので、生産計
画等によってライン速度が大幅に変化する場合でも、常
にブレのない良質な画像を入力することが出来、それに
よって正確な膜厚計測を行なうことが出来る、という効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能ブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例のブロック図。

【図３】塗装後の塗膜の状態を示す断面図。

【図４】撮像部２の一例を示す断面図。

【図５】パワースペクトルＰＳの周波数特性図。

【図６】表面の凹凸の面積平均値に相当する表面粗さＲ
_aとパワースペクトル積分値Ｐと関係の関係を示す特性
図。

【図７】（数７）式を用いた平滑化理論値と測定値を比
較したウエット平滑化動特性を示す特性図。

【図８】撮像部２で撮像した画像の一例図であり、
（ａ）は塗装面が平面の場合、（ｂ）は塗装面が曲面の
場合（ｘ軸方向で湾曲）の画像を示す図。

【図９】撮像部２と凸曲面の塗膜面の光学系を示す図。

【図１０】曲率ｒと補正係数Ｋの関係を示す特性図。

【図１１】パワースペクトルＰＳの周波数特性の曲面依
存性を示す特性図。

【図１２】本発明の第２の実施例のブロック図。

【図１３】本発明の第３の実施例のブロック図。

【図１４】塗装ラインの実際の速度変化を示す特性図。

【図１５】本発明の第４の実施例のブロック図。

【図１６】従来装置の一例の断面図。

【符号の説明】

１…被塗装体（ボディ）１０…塗装条件制御
システム２…撮像部１１…塗装ガン３…画像処理部１２…距離計測部４…粗さ演算部１３…直動２軸制御
ロボット５…曲面演算部１４…制御部６…曲面補正部１５…撮像制御部７…塗装条件入力部１６…ライン速度入
力部８…膜厚演算部１７…撮像制御部９…表示器１８…シャッタ速度
制御部１００…撮像手段１０６…駆動手段１０１…画像処理手段１０７…撮像制御
手段１０２…粗さ演算手段１０８…ライン速
度入力手段１０３…塗装条件入力手段１０９…撮像制御
手段１０４…膜厚演算手段１１０…シャッタ
速度制御手段１０５…距離計測手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−306017（ＪＰ，Ａ) 特開平５−256773（ＪＰ，Ａ) 特開平３−160572（ＪＰ，Ａ) 特開平６−50904（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−28668（ＪＰ，Ａ) 特開平５−183784（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 B05C 7/00 - 21/00 G01N 21/84 - 21/958 G06T 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面の粗
さを撮像する撮像手段と、上記撮像手段からの画像情報を画像処理する画像処理手
段と、上記画像処理手段で処理された画像処理データに基づい
て、塗装表面の粗さ度と、塗装表面の凹凸波形の波長と
を算出する粗さ演算手段と、少なくとも塗料の粘度を含む塗装条件を入力する塗装条
件入力手段と、上記粗さ演算手段で算出された粗さ度から求めた粗さ度
の時間変化量および波長と、上記塗装条件入力手段から
の塗装条件とに基づいて、塗装の膜厚を算出する膜厚演
算手段と、上記撮像手段と被塗装体の塗装表面との距離を非接触で
計測する距離計測手段と、上記距離計測手段の計測結果に基づいて、上記撮像手段
と被塗装体との距離が予め定めた所定値になるように上
記撮像手段の位置を制御する駆動手段と、を備えたことを特徴とする塗装膜厚計測装置。
【請求項２】塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面の粗
さを撮像する撮像手段と、上記撮像手段からの画像情報を画像処理する画像処理手
段と、上記画像処理手段で処理された画像処理データに基づい
て、塗装表面の粗さ度と、塗装表面の凹凸波形の波長と
を算出する粗さ演算手段と、少なくとも塗料の粘度を含む塗装条件を入力する塗装条
件入力手段と、上記粗さ演算手段で算出された粗さ度から求めた粗さ度
の時間変化量および波長と、上記塗装条件入力手段から
の塗装条件とに基づいて、塗装の膜厚を算出する膜厚演
算手段と、上記撮像手段と被塗装体の塗装表面との距離を非接触で
計測する距離計測手段と、上記距離計測手段の計測結果に基づいて、上記撮像手段
と被塗装体との距離が予め定めた所定値になるように上
記撮像手段の位置を制御する駆動手段と、上記距離が上記所定値を中心とした所定範囲内にある場
合にのみ上記撮像手段の撮像動作を行なわせるように制
御する撮像制御手段と、を備えたことを特徴とする塗装膜厚計測装置。
【請求項３】塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面の粗
さを撮像する撮像手段と、上記撮像手段からの画像情報を画像処理する画像処理手
段と、上記画像処理手段で処理された画像処理データに基づい
て、塗装表面の粗さ度と、塗装表面の凹凸波形の波長と
を算出する粗さ演算手段と、少なくとも塗料の粘度を含む塗装条件を入力する塗装条
件入力手段と、上記粗さ演算手段で算出された粗さ度から求めた粗さ度
の時間変化量および波長と、上記塗装条件入力手段から
の塗装条件とに基づいて、塗装の膜厚を算出する膜厚演
算手段と、複数の被塗装体を順次運搬して塗装を行なう塗装ライン
の速度パターンもしくは実際の速度を入力するライン速
度入力手段と、上記ライン速度入力手段から入力したライン速度が安定
状態にある場合にのみ上記撮像手段の撮像動作を行なわ
せる撮像制御手段と、を備えたことを特徴とする塗装膜厚計測装置。
【請求項４】塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面の粗
さを撮像する撮像手段と、上記撮像手段からの画像情報を画像処理する画像処理手
段と、上記画像処理手段で処理された画像処理データに基づい
て、塗装表面の粗さ度と、塗装表面の凹凸波形の波長と
を算出する粗さ演算手段と、少なくとも塗料の粘度を含む塗装条件を入力する塗装条
件入力手段と、上記粗さ演算手段で算出された粗さ度から求めた粗さ度
の時間変化量および波長と、上記塗装条件入力手段から
の塗装条件とに基づいて、塗装の膜厚を算出する膜厚演
算手段と、複数の被塗装体を順次運搬して塗装を行なう塗装ライン
の速度パターンもしくは実際の速度を入力するライン速
度入力手段と、上記ライン速度入力手段から入力したライン速度に応じ
て上記撮像手段における撮像時のシャッタ速度を変更す
るシャッタ速度制御手段と、を備えたことを特徴とする塗装膜厚計測装置。