JP3700170B2 - 塗装品質解析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の塗装において、塗布直後や塗布から所定時間後（例えば数分後）の塗膜中の非揮発成分量および塗膜厚を非接触で計測するのに用いられる塗装品質解析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
塗装品質の評価、例えば自動車の車体塗装における塗装品質の評価としては、塗装後に長時間かけて乾燥させ、乾燥後に塗装の鮮映性、すなわち平滑性と肉持ち感と光沢感を検査して評価することが行なわれている。
【０００３】
上記の如き塗装品質評価の際に、鮮映性の評価値にばらつきが発生した場合、その要因としては、吹き付け時の塗料の種類、塗着後の非揮発成分量（以下『 塗着Ｎ.Ｖ』と略記する ）、塗膜厚、塗着粘度、および塗料の微粒化等の不適が挙げられる。これらの要因のうち、代表的な要因としては、塗着Ｎ.Ｖと塗膜厚があり、安定した塗装品質を維持するためには、これらの要因の定量値を塗布直後に正確に把握することが必要である。また、これらの測定により塗装条件の最適化や改善へ役立てることが可能となる。
【０００４】
従来、塗装直後の塗膜中の塗着Ｎ.Ｖを測定するには、車体等の被塗装体にアルミ箔を貼り、塗装ガンで塗料を塗布した後にアルミ箔を剥ぎ取り、塗布直後のアルミ箔の重量と乾燥後のアルミ箔の重量とを計測するアルミ重量法が用いられていた。（類似公知例として特開平９−１０５６１２号公報、特開２０００−２０５８３０号公報、特開平９−２９１５７号公報等がある。）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車の車体塗装のように、自動化された塗装ラインで次々に塗装を行なう場合には、塗装状態の良否をできるだけ速やかにフィードバックして次の塗装条件を改善し、常に最良の塗装状態を保つ必要がある。しかし、従来のアルミ重量法では、被塗装体へのアルミ箔の貼付け工程や剥離工程、乾燥工程や重量測定工程を経ることから、測定に多くの時間が必要であり、且つ乾燥後のアルミ箔の重量を計測した後に塗着Ｎ.Ｖが判明するので、塗布直後や塗布から任意の時点（たとえば数分後）の塗着Ｎ.Ｖをリアルタイムで求めることはできなかった。このため、上記の如き自動塗装ラインにおける要求に応えることができないという問題があった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、塗布直後や塗布から所定時間後における塗膜中の非揮発性分量および塗膜厚を非接触で且つ短時間で計測することができる塗装品質解析装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わる塗装品質解析装置は、請求項１として、塗料を塗布した被検査面に赤外光を含む光を照射して被検査面からの反射光の中から塗料のシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分と塗料のシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分を測定する反射光検出手段と、反射光検出手段からの電気信号情報を増幅する信号増幅手段と、信号増幅手段からの各種電気信号情報からシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の信号情報を取り出すシンナ吸収波長光測定手段と、信号増幅手段からの各種電気信号情報からシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分の信号情報を取り出す非吸収波長光測定手段と、非吸収波長光測定手段からの信号情報と予め設定した塗料種情報と塗布後の経過時間とに基づいて塗膜厚を算出するウエット膜厚算出手段と、シンナ吸収波長光測定手段からの信号情報と塗料種情報とウエット膜厚算出手段からの塗膜厚情報とに基づいてシンナ溶剤成分の濃度を算出するシンナ溶剤成分量算出手段と、シンナ溶剤成分量算出手段からのシンナ溶剤成分の濃度情報から塗着後の非揮発成分量を算出する非揮発成分量算出手段を備えた構成とし、請求項２として、反射光検出手段は、白色光を発生する光発生手段と、光発生手段からの光のうちのシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の光を透過させるバンドフィルタとシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分の光を透過させるバンドフィルタとを有する光波長透過フィルタ手段と、光波長透過フィルタ手段を透過した特定波長光を被検査面に照射する照射手段と、被検査面で反射した光を受光する受光手段を備えていることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係わる塗装品質解析装置は、請求項３として、塗料を塗布した被検査面に赤外光を含む光を照射して被検査面からの反射光の中から塗料の樹脂成分に吸収され易い波長成分と塗料の樹脂成分に吸収され難い波長成分を測定する反射光検出手段と、反射光検出手段からの電気信号情報を増幅する信号増幅手段と、信号増幅手段からの各種電気信号情報から樹脂成分に吸収され易い波長成分の信号情報を取り出す樹脂吸収波長光測定手段と、信号増幅手段からの各種電気信号情報から樹脂成分に吸収され難い波長成分の信号情報を取り出す非吸収波長光測定手段と、非吸収波長光測定手段からの信号情報と予め設定した塗料種情報と塗布後の経過時間とに基づいて塗膜厚を算出するウエット膜厚算出手段と、樹脂吸収波長光測定手段からの信号情報と塗料種情報とウエット膜厚算出手段からの塗膜厚情報とに基づいて塗着後の非揮発成分量を算出する非揮発成分量算出手段を備えた構成とし、請求項４として、反射光検出手段は、白色光を発生する光発生手段と、光発生手段からの光のうちの樹脂成分に吸収され易い波長成分の光を透過させるバンドフィルタと樹脂成分に吸収され難い波長成分の光を透過させるバンドフィルタとを有する光波長透過フィルタ手段と、光波長透過フィルタ手段を透過した特定波長光を被検査面に照射する照射手段と、被検査面で反射された光を受光する受光手段を備えていることを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明に係わる塗装品質解析装置は、請求項５として、ウエット膜厚算出手段からの塗膜厚情報と予め設定した塗膜厚との比較により良否判定を行う塗膜厚判定手段と、非揮発成分算出手段からの非揮発成分量情報と予め設定した非揮発成分量との比較により良否判定を行う非揮発成分量判定手段と、塗膜厚判定手段および非揮発成分量判定手段からの良否判定情報を表示する表示手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に係わる塗装品質解析装置によれば、赤外線の特定吸収波長域および非吸収波長域の光反射を測定し、非吸収波長域の光反射とアルミニウム粉の配列の時間変化を考慮した新しい膜厚算出アルゴリズムから塗布直後の塗膜厚を算出し、その塗膜厚とシンナ溶剤成分の吸収波長域の光反射または吸収光度からシンナ溶剤成分の濃度を算出して塗膜表面の塗着Ｎ.Ｖを算出するものとしたから、塗膜表面の塗着Ｎ.Ｖを非接触で且つ短時間で連続的に計測することができる。したがって、自動化された自動車の車体塗装ラインにおいても塗着Ｎ.Ｖや塗膜厚をリアルタイムで計測すいることが可能になり、塗装の大幅な品質安定ならびに品質向上に貢献することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係わる塗装品質解析装置によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、塗料のシンナ溶剤成分に吸収され易い光、ならびにシンナ溶剤成分に吸収され難い光の照射や受光を簡単な構造で実現することができる。
【００１５】
本発明の請求項３に係わる塗装品質解析装置によれば、赤外線の特定吸収波長域および非吸収波長域の光反射を測定し、非吸収波長域の光反射とアルミニウム粉の配列の時間変化を考慮した新しい膜厚算出アルゴリズムから塗布直後の塗膜厚を算出し、その塗膜厚と樹脂成分の吸収波長域の光反射または吸収光度から塗膜表面の塗着Ｎ.Ｖを算出するものとしたから、塗膜表面の塗着Ｎ.Ｖを非接触で且つ短時間で連続的に計測することができる。したがって、自動化された自動車の車体塗装ラインにおいても塗着Ｎ.Ｖや塗膜厚をリアルタイムで計測すいることが可能になり、塗装の大幅な品質安定ならびに品質向上に貢献することができる。
【００１６】
本発明の請求項４に係わる塗装品質解析装置によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるうえに、塗料の樹脂成分に吸収され易い光、ならびに樹脂溶剤成分に吸収され難い光の照射や受光を簡単な構造で実現することができる。
【００１７】
本発明の請求項５に係わる塗装品質解析装置によれば、請求項１〜４と同様の効果を得ることができるうえに、表示手段において、塗膜厚判定手段および非揮発成分量判定手段からの良否判定情報が表示されることとなり、塗着Ｎ．Ｖや塗膜厚等の塗装賞状態をリアルタイムで認識することができる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明に係わる塗装品質解析装置の第１の実施例を示す図である。
この実施例における被塗装体１は自動車のボディである。被塗装体１は、塗装ライン上を所定の速度で移動しており、図中右側の塗装エリアにおいて塗装ガン１８を用いて静電塗装が施され、その後図中左側の計測エリアにおいて塗装品質解析装置により塗布直後の塗装品質の解析が行われる。
【００１９】
塗装品質解析装置は、概略として、反射光検出手段２と、信号増幅手段３と、塗装情報入力手段４と、非吸収波長光測定手段である非吸収波長光電圧測定手段５と、シンナ吸収波長光測定手段であるシンナ吸収波長光電圧測定手段６と、ウエット膜厚算出手段７と、シンナ溶剤成分量算出手段８と、非揮発成分量算出手段９と、シンナ基準波長光測定手段であるシンナ基準波長光電圧測定手段１１と、計測開始信号発生手段１９を備えている。
【００２０】
また、塗料は、例えば車体塗装におけるベース塗料の場合、シンナ溶剤成分としては、トルエン、キシレン、エステルおよびスチレン（基本化学式：ＣＨ３−やＣＨ２ＣＨ−などの官能基を有するベンゼン環、ＣＨ、ＯＨ）等が含まれており、樹脂成分としては、ポリエステル、アクリル、メラミン（基本化学式：ＣＨ、ＣＨ２、ＯＨ）、顔料およびアルミニウム粉等が含まれている。
【００２１】
反射光検出手段２は、塗布直後におけるウエット状態の被検査面（塗膜面）に赤外光を含む光を照射して被検査面で反射した反射光を受光するものであり、この際、塗料のシンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され易い波長成分の光（赤外光）と、シンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され難い波長成分の光（赤外光）とを被検査面に連続的に照射し、被検査面からの反射光の中から塗料のシンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され易い波長成分の光量と、塗料のシンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され難い波長成分の光量とを連続的に測定するものとなっている。
【００２２】
反射光検出手段２は、図２により具体的に示すように、白色光を発生する光発生手段として例えばタングステンランプである光源２１と、光源からの光のうちのシンナ溶剤成分および樹脂成分に吸収され易い波長成分の光を透過させる夫々のバンドフィルタ２２ａ，２２ｂとシンナ溶剤成分および樹脂成分に吸収され難い波長成分の光を透過させる夫々のバンドフィルタ２２ｃ，２２ｄとを有する光波長透過フィルタ手段２２と、光波長透過フィルタ手段２２を透過した特定波長光を被検査面Ｗに照射する照射手段としての反射鏡２３と、被検査面Ｗからの反射光を集光レンズ２４を介して受光する受光手段である受光素子２５を備えており、受光素子は光量を微小電圧値に変換して出力する。なお、この実施例の光波長透過フィルタ手段２２は、回転盤２２ｅに４つのバンドフィルタ２２ａ〜２２ｄを９０度間隔で配置した構成であり、回転盤２２ｅを回転させることで透過させる光の波長成分の切り替えを行うようにしてある。
【００２３】
なお、図３は、光の波長と光反射電圧との関係を示すグラフである。図３から明らかなように、非吸収波長（１）とシンナ溶剤成分の吸収波長（２）と樹脂成分の吸収波長（３）の夫々の光反射電圧が異なっている。
【００２４】
信号増幅手段３は、反射光検出手段２の受光素子１５から入力した微小な電圧信号を増幅し、吸収波長の光量および非吸収波長の光量に対応する各種の電気信号情報を出力する。塗装情報入力手段４には、塗装する前の塗料の種類や塗布後から非揮発成分量の計測に至るまでの経過時間ｔが入力される。
【００２５】
非吸収波長光電圧測定手段５は、信号増幅手段３からの各種電気信号情報から塗料のシンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され難い波長成分の電圧信号情報を取り出す。また、シンナ吸収波長光電圧測定手段６は、信号増幅手段からの各種電気信号情報から塗料のシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の電圧信号情報を取り出す。
【００２６】
ウエット膜厚算出手段７は、非吸収波長電圧測定手段５からの電圧信号情報と塗装情報入力手段４からの塗料種情報および経過時間とに基づいて塗布後のウエット塗膜厚を算出する。シンナ溶剤成分量算出手段８は、シンナ吸収波長電圧出力手段６からの電圧信号情報と塗装情報入力手段４からの塗料種情報とウエット膜厚算出手段７からの膜厚情報に基づいてシンナ溶剤成分の濃度（揮発成分量）を算出する。非揮発成分量算出手段９は、シンナ溶剤成分量算出手段８からのシンナ溶剤成分の濃度情報から塗着後の非揮発成分量を算出する。
【００２７】
シンナ基準波長光電圧測定手段１１は、シンナ溶剤成分の吸収波長電圧を算出するために基準とする値を測定する手段であって、図３中の（２）’で示すように、シンナ溶剤成分吸収波長（２）により近い非吸収波長電圧を測定する。
【００２８】
計測開始信号発生手段１９は、例えば計測エリアに移動してきた被塗装体１を検出するセンサであって、被塗装体１を検出した時点で信号増幅手段３に対して計測開始信号を発生する。なお、この種のセンサを計測エリアに加えて塗装エリアにも設ければ、各センサの位置検出信号と予め設定されている被塗装体１の移動速度とから、塗布後の経過時間を検出することができ、このようにして得た経過時間を塗装情報入力手段４に入力するようにしても良い。
【００２９】
次に、塗膜厚の算出方法、溶剤成分の濃度の算出方法、および非揮発成分量の算出方法について説明する。
【００３０】
まず、ウエット膜厚算出手段７による塗膜厚の算出方法を説明する。図５に塗布直後のメタリック塗膜における光反射特性を示すように、メタリック塗膜の光反射特性（電圧）は時間経過とともに上昇する。これは、塗布直後においては、図４（ａ）に示すように、塗膜中のアルミニウム粉Ａの立ち角度が水平面に対して大きい状態にあり、これによりアルミニウム粉Ａの金属面での反射による正反射光強度Φｒが小さくなるが、塗布から数分後においては、図４（ｂ）に示すように、レベリング現象による表面平坦化やシンナ蒸発による薄膜化によって、時間経過とともに塗膜中のアルミニウム粉Ａの立ち角度が水平面に近づく状態となり、これにより正反射光強度Φｒが徐々に大きくなるからである。
【００３１】
次に、図６に実際の塗布後の経過時間に対する光反射電圧特性を示すが、この光反射電圧特性から下記の式１の光反射電圧特性が導き出される。なお、図５に示すメタリック塗料における光反射電圧は{１−ＥＸＰ（ｔ／Ｔ）}の指数特性で表される。さらに、図７に示す塗膜厚−時定数特性から、時定数Ｔは下記の式２で示すように塗膜厚ｈの二次関数で表される。そして、式１および式２から塗膜厚ｈが下記の式３で導き出される。
【００３２】
【式１】 Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×{１−ＥＸＰ（−ｋ１×ｔ／Ｔ）}
【式２】 Ｔ（ｈ）＝ｋ２（ｈ−ｈ０）２
【式３】∴ｈ（ｔ）＝h0+[k1×t/（k2×1n{（V-V0）/V0}）]1/2
なお、 Ｖ（ｔ）は非吸収波長光反射電圧、Ｖ０は初期設定電圧、ｔは塗布後の経過時間、ｋ１，ｋ２は定数(塗料種)、Ｔは時定数、ｈは塗膜厚 、ｈ０は基準塗膜厚である。
【００３３】
次に、別の塗膜厚の算出方法について説明する。実験的に求めた図８の塗膜厚−光反射電圧特性から下記の式４の反射電圧特性が導出される。ここで、メタリック塗料における光反射電圧は{１−ＥＸＰ(ｔ/Ｔ)}の特性で表される。また、図８に示す塗膜厚−光反射電圧特性から、光反射電圧特性は塗膜厚ｈの関数として{１−ｋ３×ｈ２}で下記の式４のように表される。この式４から膜厚ｈを導き出すと式５のようになる。この場合、塗布後の経過時間ｔは一定時間ｔ１，ｔ２とする必要があるため、ラインでの測定場所は限定される。
【００３４】
【式４】 Ｖ（ｈ）＝Ｖ０−ｋ３×ｈ２
【式５】 ∴ｈ＝{（Ｖ０−Ｖ）／ｋ３} １／２
ただし、ｋ３（ｔ）＝ｋ４×ｔ＋ａであり、 Ｖ（ｈ）は非吸収波長光反射電圧、Ｖ０は初期設定電圧、ｋ３，ｋ４，ａは定数、Ｔは時定数(塗料種)、ｈは塗膜厚である。
【００３５】
次に、シンナ溶剤成分量の算出方法について説明する。 図９に実際の塗布後の時間ｔに対する光吸収特性およびシンナ溶剤成分特性を示す。さらに、塗膜厚を変化させた場合の光反射電圧（吸光度Ｉ）とシンナ溶剤成分量（濃度）Ｖｓの関係を示したのが図１０になる。したがって、この図１０の特性によりシンナ溶剤成分量Ｖｓは下記の式６のように導き出される。
【００３６】
【式６】 Ｖｓ＝ ｋ５×Ｉ＋ｋ６（ｈ−ｈ０）＋ｃ
ただし、Ｉ＝ ＬｎＶ−ＬｎＶ０＝Ｌｎ{Ｖ／Ｖ０}であり、Ｉはシンナ吸収波長吸収光度、ｋ５，ｋ６，ｃは定数、 ｈは膜厚である。
また、上記式６より塗着Ｎ．Ｖは下記の式７で表される.。
【００３７】
【式７】 Ｘ ＝（１−Ｖｓ）×１００
ここで、 Ｘは塗着Ｎ．Ｖ（塗着後の非揮発成分量）、 Ｖｓはシンナ溶剤成分量である。
【００３８】
以上の計測処理過程を図１１のフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ１において、塗料の種類や塗布後の経過時間ｔを入力し、ステップＳ２において、計測開始信号発生手段１９からの信号により計測を開始する。すなわち、ステップＳ３において、塗料のシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分の光（非吸収波長光）の電圧を測定すると共に、ステップＳ４において、シンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の光（シンナ吸収波長光）の電圧を測定し、ステップＳ５において、先の式１〜５に基づいてウエット膜厚を算出する。
【００３９】
その後、ステップＳ６において、先の式６に基づいてシンナ溶剤の成分量（濃度）を算出し、ステップＳ７において、先の式７に基づいて塗着Ｎ．Ｖ（非揮発成分量）を算出した後、ステップＳ８において、計測開始信号がＯＦＦであるか否かを判定し、ＯＦＦでは無い場合（ＮＯ）には、ステップＳ３，Ｓ４に戻り、ＯＦＦである場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９において、良否判定結果を表示して一連の過程を終了する。
【００４０】
そして、当該塗装品質解析装置では、自動の塗装ラインにおいて、上記の如くリアルタイムで得た塗着Ｎ．Ｖおよび塗膜厚の各値を塗装の制御装置にフィードバックすることにより、良好な塗装条件の維持を実現し得る。
【００４１】
（実施例２）
図１２は本発明に係わる塗装品質解析装置の第２の実施例を示す図である。なお、第１実施例と同一の構成部位は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４２】
一般的な塗料の成分には溶剤成分と樹脂成分があるが、最近使用され始めている水系塗料では、水分成分と樹脂成分の光吸収波長が異なり、樹脂成分波長の光吸収量の測定が可能となるため、樹脂成分波長の光吸収電圧等を用いて直接に樹脂濃度算出を行うことができる。
【００４３】
図１２中に示す樹脂吸収波長光測定手段である樹脂吸収波長光電圧測定手段１０は、信号増幅手段３からの電気信号情報から塗料の樹脂成分に吸収され易い波長成分の電圧信号情報を取り出す。また、非揮発成分量算出手段９は、樹脂吸収波長光電圧測定手段１０からの電圧信号情報と塗装情報入力手段４からの塗料種情報とウエット膜厚算出手段７からの塗膜厚情報に基づいて塗着Ｎ．Ｖを算出する。
【００４４】
次に、塗着Ｎ．Ｖの算出方法を説明する。図１３に実際の塗布後の経過時間ｔに対する光吸収特性および樹脂成分特性を示す。さらに、膜厚を変化させた場合の吸収光度Ｉと樹脂成分量Ｖｓの関係を示したのが図１４になる。したがって、この図１４の特性により塗着Ｎ．Ｖは下記の式８のように導き出される。
【００４５】
【式８】 Ｘ ＝ ｋ７×Ｉ＋ｋ８（ｈ−ｈ０）＋ｃ
ただし、Ｉ＝ ＬｎＶ−ＬｎＶ０＝Ｌｎ{Ｖ／Ｖ０}であり、Ｘは塗着Ｎ．Ｖ、Ｉは樹脂吸収波長吸収光度、ｋ７，ｋ８，ｃは定数、ｈは塗膜厚である。
このような第２実施例によれば、水性塗料に対しても的確に塗膜状態の判定を行うことができる。
【００４６】
（実施例３）
図１５は本発明に係わる塗装品質解析装置の第３の実施例を示す図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
図中に示す塗膜厚判定手段１５は、ウエット膜厚算出手段７からの塗膜厚情報と予め設定した所定の塗膜厚との比較により良否判定を行う。また、非揮発成分判定手段（塗着Ｎ．Ｖ判定手段）１６は、非揮発成分量算出手段９からの非揮発成分量情報と予め設定した所定の非揮発成分量との比較により良否判定を行う。また、表示手段１７は、塗膜厚判定手段１５と非揮発成分量判定手段１６による良否判定情報を表示する。このような第３実施例によれば、予め定めた値との対比で判定を行うために演算が早くなり、表示装置にリアルタイムで状況を表示することができる。
【００４８】
(実施例４)
この実施例では、ソリッド塗膜におけるウエット膜厚の算出方法について説明する。図１６および図１７に塗布直後のソリッド塗膜における拡散反射光特性を示す。ソリッド塗膜の光反射電圧特性は、塗膜厚に比例する内部拡散反射光と表面拡散反射光により表されて下記の式９のようになり、実際の塗布後の経過時間に対する光反射電圧特性は図１７に示すものとなる。
【００４９】
【式９】Φ１２≒ｋ０Φ０ｃｏｓθ×（４ε／βλ）・（１／ｃｏｓθ）・（ｃｏｓθ＋ｃｏｓφ）２ｅｘｐ（−ｐ２Ｒ２）＋（１−ｋ０）Φ０×ｋ１×２ｈ
なお、Φ０は入射光強度、Φ１２は拡散反射光強度、θは入射角、φは反射角、λは光の波長、ｐ，β，ｋ０，ｋ１は定数、Ｒは表面粗さである。
【００５０】
ここで、塗膜表面での溶剤飛散による塗膜厚ｈの縮小化と塗膜表面粗さの変動により、拡散反射光強度すなわち光反射電圧特性は時間経過に対して低下することになる。なお、メタリック塗装では金属反射により逆に増加する。
【００５１】
図１７に示す光反射電圧特性から下記の式１０の光反射電圧特性が導き出される。また、ソリッド塗膜における光反射電圧は{−ＥＸＰ（ｔ／Ｔ）}の指数関数特性で表される。さらに、図１８の塗膜厚−時定数特性から字定数Ｔは下記の式１１に示されるように、塗膜厚ｈの二次関数で表される。したがって、光反射電圧特性は式１２のように表され、これらの式から塗膜厚ｈは下記の式１３で導き出される。
【００５２】
【式１０】 Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×ＥＸＰ（−ｋ１１×ｔ／Ｔ）
【式１１】 Ｔ（ｈ）＝ｋ２×（ｈ０−ｈ）２
【式１２】∴Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×ＥＸＰ{−ｋ１１×ｔ／ｋ２×（ｈ０−ｈ）２}
【式１３】∴ｈ（ｔ）＝h0+[-k11×t/（k12×1n（V/V0）]1/2
ここで、Ｖは非吸収波長光反射電圧、Ｖ０は初期設定電圧、ｔは塗布後の経過時間、ｋ１１，ｋ１２は定数（塗料種）、Ｔは時定数、ｈは塗膜厚、ｈ０は基準塗膜厚である。
【００５３】
次に、別のウエット膜厚の算出方法について説明する。図１９に示すように、実験的に求めた塗膜厚−光反射電圧特性から下記の式１４の光反射電圧特性が導き出される。ここで、ソリッド塗膜における光反射電圧は{ＥＸＰ（−ｔ／Ｔ）}の特性で表される。この式１４から塗膜厚ｈを導き出すと式１５となる。この場合、塗布後の経過時間ｔは一定時間ｔ１，ｔ２とする必要があるため、ラインでの測定場所は限定される。
【００５４】
【式１４】 Ｖ（ｈ）＝Ｖ０−ｋ１３×ｈ２
【式１５】∴ｈ＝{（Ｖ０−Ｖ）／ｋ１３}１／２
ただし、ｋ１３（ｔ）＝ｋ１４×ｔ＋ａであり、Ｖ（ｈ）は非吸収波長光反射電圧、Ｖ０は初期設定電圧、ｋ１３，ｋ１４，ａは定数、Ｔは時定数（塗料種）、ｈは塗膜厚である。このような第４実施例によれば、ソリッド系の塗料に対しても的確な対応を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる塗装品質解析装置の一実施例を説明する図である。
【図２】反射光検出手段の構成を説明する図である。
【図３】光の波長と光反射電圧との関係を示すグラフである。
【図４】塗膜中において、塗布直後のアルミニウム粉の状態を示す断面説明図（ａ）および所定時間が経過したときのアルミニウム粉の状態を示す断面説明図（ｂ）である。
【図５】メタリック塗料の近赤外域吸収波長特性を示すグラフである。
【図６】塗布後の時間経過に対する光反射電圧の特性を示すグラフである。
【図７】塗膜厚に対する時定数の関係を示すグラフである。
【図８】塗膜厚に対する光反射電圧の特性を示すグラフである。
【図９】メタリック塗料の光吸収特性を示すグラフである。
【図１０】光反射電圧とシンナ溶剤成分の濃度との関係を示すグラフである。
【図１１】第１実施例における塗装品質解析装置による計測処理過程を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明に係わる塗装品質解析装置の他の実施例を示す説明図である。
【図１３】塗布後の経過時間と光吸収樹脂成分量との関係を示すグラフである。
【図１４】光反射電圧と樹脂濃度との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明に係わる塗装品質解析装置のさらに他の実施例を示す説明図である。
【図１６】本発明塗装品質解析装置のさらに他の実施例において、ソリッド塗膜の光反射特性を示すグラフである。
【図１７】塗膜厚に対する光反射電圧特性を示すグラフである。
【図１８】塗膜厚に対する時定数の関係を示すグラフである。
【図１９】塗膜厚に対する光反射電圧特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…被塗装体
２…反射光検出手段
３…信号増幅手段
４…塗装情報入力手段
５…非吸収波長光電圧測定手段（非吸収波長光測定手段）
６…シンナ吸収波長光電圧測定手段（シンナ吸収波長光測定手段）
７…ウエット膜厚算出手段
８…シンナ溶剤成分量算出手段
９…非揮発成分量算出手段
１０…樹脂吸収波長光電圧測定手段（樹脂吸収波長光測定手段）
１１…シンナ基準波長光電圧測定手段（シンナ基準波長光測定手段）
１２…シンナ吸収光度算出手段
１３…樹脂基準波長光電圧測定手段（樹脂基準波長光測定手段）
１５…塗膜厚判定手段
１６…非揮発成分量判定手段
１７…表示手段
２１…光源
２２…光波長透過フィルタ手段
２２ａ〜２２ｄ…バンドフィルタ
２３…反射鏡（照射手段）
２５…受光素子（受光手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の塗装において、塗布直後や塗布から所定時間後（例えば数分後）の塗膜中の非揮発成分量および塗膜厚を非接触で計測するのに用いられる塗装品質解析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
塗装品質の評価、例えば自動車の車体塗装における塗装品質の評価としては、塗装後に長時間かけて乾燥させ、乾燥後に塗装の鮮映性、すなわち平滑性と肉持ち感と光沢感を検査して評価することが行なわれている。
【０００３】
上記の如き塗装品質評価の際に、鮮映性の評価値にばらつきが発生した場合、その要因としては、吹き付け時の塗料の種類、塗着後の非揮発成分量（以下『 塗着Ｎ.Ｖ』と略記する ）、塗膜厚、塗着粘度、および塗料の微粒化等の不適が挙げられる。これらの要因のうち、代表的な要因としては、塗着Ｎ.Ｖと塗膜厚があり、安定した塗装品質を維持するためには、これらの要因の定量値を塗布直後に正確に把握することが必要である。また、これらの測定により塗装条件の最適化や改善へ役立てることが可能となる。
【０００４】
従来、塗装直後の塗膜中の塗着Ｎ.Ｖを測定するには、車体等の被塗装体にアルミ箔を貼り、塗装ガンで塗料を塗布した後にアルミ箔を剥ぎ取り、塗布直後のアルミ箔の重量と乾燥後のアルミ箔の重量とを計測するアルミ重量法が用いられていた。（類似公知例として特開平９−１０５６１２号公報、特開２０００−２０５８３０号公報、特開平９−２９１５７号公報等がある。）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車の車体塗装のように、自動化された塗装ラインで次々に塗装を行なう場合には、塗装状態の良否をできるだけ速やかにフィードバックして次の塗装条件を改善し、常に最良の塗装状態を保つ必要がある。しかし、従来のアルミ重量法では、被塗装体へのアルミ箔の貼付け工程や剥離工程、乾燥工程や重量測定工程を経ることから、測定に多くの時間が必要であり、且つ乾燥後のアルミ箔の重量を計測した後に塗着Ｎ.Ｖが判明するので、塗布直後や塗布から任意の時点（たとえば数分後）の塗着Ｎ.Ｖをリアルタイムで求めることはできなかった。このため、上記の如き自動塗装ラインにおける要求に応えることができないという問題があった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、塗布直後や塗布から所定時間後における塗膜中の非揮発性分量および塗膜厚を非接触で且つ短時間で計測することができる塗装品質解析装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わる塗装品質解析装置は、請求項１として、塗料を塗布した被検査面に赤外光を含む光を照射して被検査面からの反射光の中から塗料のシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分と塗料のシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分を測定する反射光検出手段と、反射光検出手段からの電気信号情報を増幅する信号増幅手段と、信号増幅手段からの各種電気信号情報からシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の信号情報を取り出すシンナ吸収波長光測定手段と、信号増幅手段からの各種電気信号情報からシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分の信号情報を取り出す非吸収波長光測定手段と、非吸収波長光測定手段からの信号情報と予め設定した塗料種情報と塗布後の経過時間とに基づいて塗膜厚を算出するウエット膜厚算出手段と、シンナ吸収波長光測定手段からの信号情報と塗料種情報とウエット膜厚算出手段からの塗膜厚情報とに基づいてシンナ溶剤成分の濃度を算出するシンナ溶剤成分量算出手段と、シンナ溶剤成分量算出手段からのシンナ溶剤成分の濃度情報から塗着後の非揮発成分量を算出する非揮発成分量算出手段を備えた構成とし、請求項２として、反射光検出手段は、白色光を発生する光発生手段と、光発生手段からの光のうちのシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の光を透過させるバンドフィルタとシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分の光を透過させるバンドフィルタとを有する光波長透過フィルタ手段と、光波長透過フィルタ手段を透過した特定波長光を被検査面に照射する照射手段と、被検査面で反射した光を受光する受光手段を備えていることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係わる塗装品質解析装置は、請求項３として、塗料を塗布した被検査面に赤外光を含む光を照射して被検査面からの反射光の中から塗料の樹脂成分に吸収され易い波長成分と塗料の樹脂成分に吸収され難い波長成分を測定する反射光検出手段と、反射光検出手段からの電気信号情報を増幅する信号増幅手段と、信号増幅手段からの各種電気信号情報から樹脂成分に吸収され易い波長成分の信号情報を取り出す樹脂吸収波長光測定手段と、信号増幅手段からの各種電気信号情報から樹脂成分に吸収され難い波長成分の信号情報を取り出す非吸収波長光測定手段と、非吸収波長光測定手段からの信号情報と予め設定した塗料種情報と塗布後の経過時間とに基づいて塗膜厚を算出するウエット膜厚算出手段と、樹脂吸収波長光測定手段からの信号情報と塗料種情報とウエット膜厚算出手段からの塗膜厚情報とに基づいて塗着後の非揮発成分量を算出する非揮発成分量算出手段を備えた構成とし、請求項４として、反射光検出手段は、白色光を発生する光発生手段と、光発生手段からの光のうちの樹脂成分に吸収され易い波長成分の光を透過させるバンドフィルタと樹脂成分に吸収され難い波長成分の光を透過させるバンドフィルタとを有する光波長透過フィルタ手段と、光波長透過フィルタ手段を透過した特定波長光を被検査面に照射する照射手段と、被検査面で反射された光を受光する受光手段を備えていることを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明に係わる塗装品質解析装置は、請求項５として、ウエット膜厚算出手段からの塗膜厚情報と予め設定した塗膜厚との比較により良否判定を行う塗膜厚判定手段と、非揮発成分算出手段からの非揮発成分量情報と予め設定した非揮発成分量との比較により良否判定を行う非揮発成分量判定手段と、塗膜厚判定手段および非揮発成分量判定手段からの良否判定情報を表示する表示手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に係わる塗装品質解析装置によれば、赤外線の特定吸収波長域および非吸収波長域の光反射を測定し、非吸収波長域の光反射とアルミニウム粉の配列の時間変化を考慮した新しい膜厚算出アルゴリズムから塗布直後の塗膜厚を算出し、その塗膜厚とシンナ溶剤成分の吸収波長域の光反射または吸収光度からシンナ溶剤成分の濃度を算出して塗膜表面の塗着Ｎ.Ｖを算出するものとしたから、塗膜表面の塗着Ｎ.Ｖを非接触で且つ短時間で連続的に計測することができる。したがって、自動化された自動車の車体塗装ラインにおいても塗着Ｎ.Ｖや塗膜厚をリアルタイムで計測すいることが可能になり、塗装の大幅な品質安定ならびに品質向上に貢献することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係わる塗装品質解析装置によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、塗料のシンナ溶剤成分に吸収され易い光、ならびにシンナ溶剤成分に吸収され難い光の照射や受光を簡単な構造で実現することができる。
【００１５】
本発明の請求項３に係わる塗装品質解析装置によれば、赤外線の特定吸収波長域および非吸収波長域の光反射を測定し、非吸収波長域の光反射とアルミニウム粉の配列の時間変化を考慮した新しい膜厚算出アルゴリズムから塗布直後の塗膜厚を算出し、その塗膜厚と樹脂成分の吸収波長域の光反射または吸収光度から塗膜表面の塗着Ｎ.Ｖを算出するものとしたから、塗膜表面の塗着Ｎ.Ｖを非接触で且つ短時間で連続的に計測することができる。したがって、自動化された自動車の車体塗装ラインにおいても塗着Ｎ.Ｖや塗膜厚をリアルタイムで計測すいることが可能になり、塗装の大幅な品質安定ならびに品質向上に貢献することができる。
【００１６】
本発明の請求項４に係わる塗装品質解析装置によれば、請求項３と同様の効果を得ることができるうえに、塗料の樹脂成分に吸収され易い光、ならびに樹脂溶剤成分に吸収され難い光の照射や受光を簡単な構造で実現することができる。
【００１７】
本発明の請求項５に係わる塗装品質解析装置によれば、請求項１〜４と同様の効果を得ることができるうえに、表示手段において、塗膜厚判定手段および非揮発成分量判定手段からの良否判定情報が表示されることとなり、塗着Ｎ．Ｖや塗膜厚等の塗装賞状態をリアルタイムで認識することができる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明に係わる塗装品質解析装置の第１の実施例を示す図である。
この実施例における被塗装体１は自動車のボディである。被塗装体１は、塗装ライン上を所定の速度で移動しており、図中右側の塗装エリアにおいて塗装ガン１８を用いて静電塗装が施され、その後図中左側の計測エリアにおいて塗装品質解析装置により塗布直後の塗装品質の解析が行われる。
【００１９】
塗装品質解析装置は、概略として、反射光検出手段２と、信号増幅手段３と、塗装情報入力手段４と、非吸収波長光測定手段である非吸収波長光電圧測定手段５と、シンナ吸収波長光測定手段であるシンナ吸収波長光電圧測定手段６と、ウエット膜厚算出手段７と、シンナ溶剤成分量算出手段８と、非揮発成分量算出手段９と、シンナ基準波長光測定手段であるシンナ基準波長光電圧測定手段１１と、計測開始信号発生手段１９を備えている。
【００２０】
また、塗料は、例えば車体塗装におけるベース塗料の場合、シンナ溶剤成分としては、トルエン、キシレン、エステルおよびスチレン（基本化学式：ＣＨ３−やＣＨ２ＣＨ−などの官能基を有するベンゼン環、ＣＨ、ＯＨ）等が含まれており、樹脂成分としては、ポリエステル、アクリル、メラミン（基本化学式：ＣＨ、ＣＨ２、ＯＨ）、顔料およびアルミニウム粉等が含まれている。
【００２１】
反射光検出手段２は、塗布直後におけるウエット状態の被検査面（塗膜面）に赤外光を含む光を照射して被検査面で反射した反射光を受光するものであり、この際、塗料のシンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され易い波長成分の光（赤外光）と、シンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され難い波長成分の光（赤外光）とを被検査面に連続的に照射し、被検査面からの反射光の中から塗料のシンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され易い波長成分の光量と、塗料のシンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され難い波長成分の光量とを連続的に測定するものとなっている。
【００２２】
反射光検出手段２は、図２により具体的に示すように、白色光を発生する光発生手段として例えばタングステンランプである光源２１と、光源からの光のうちのシンナ溶剤成分および樹脂成分に吸収され易い波長成分の光を透過させる夫々のバンドフィルタ２２ａ，２２ｂとシンナ溶剤成分および樹脂成分に吸収され難い波長成分の光を透過させる夫々のバンドフィルタ２２ｃ，２２ｄとを有する光波長透過フィルタ手段２２と、光波長透過フィルタ手段２２を透過した特定波長光を被検査面Ｗに照射する照射手段としての反射鏡２３と、被検査面Ｗからの反射光を集光レンズ２４を介して受光する受光手段である受光素子２５を備えており、受光素子は光量を微小電圧値に変換して出力する。なお、この実施例の光波長透過フィルタ手段２２は、回転盤２２ｅに４つのバンドフィルタ２２ａ〜２２ｄを９０度間隔で配置した構成であり、回転盤２２ｅを回転させることで透過させる光の波長成分の切り替えを行うようにしてある。
【００２３】
なお、図３は、光の波長と光反射電圧との関係を示すグラフである。図３から明らかなように、非吸収波長（１）とシンナ溶剤成分の吸収波長（２）と樹脂成分の吸収波長（３）の夫々の光反射電圧が異なっている。
【００２４】
信号増幅手段３は、反射光検出手段２の受光素子１５から入力した微小な電圧信号を増幅し、吸収波長の光量および非吸収波長の光量に対応する各種の電気信号情報を出力する。塗装情報入力手段４には、塗装する前の塗料の種類や塗布後から非揮発成分量の計測に至るまでの経過時間ｔが入力される。
【００２５】
非吸収波長光電圧測定手段５は、信号増幅手段３からの各種電気信号情報から塗料のシンナ溶剤成分（または樹脂成分）に吸収され難い波長成分の電圧信号情報を取り出す。また、シンナ吸収波長光電圧測定手段６は、信号増幅手段からの各種電気信号情報から塗料のシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の電圧信号情報を取り出す。
【００２６】
ウエット膜厚算出手段７は、非吸収波長電圧測定手段５からの電圧信号情報と塗装情報入力手段４からの塗料種情報および経過時間とに基づいて塗布後のウエット塗膜厚を算出する。シンナ溶剤成分量算出手段８は、シンナ吸収波長電圧出力手段６からの電圧信号情報と塗装情報入力手段４からの塗料種情報とウエット膜厚算出手段７からの膜厚情報に基づいてシンナ溶剤成分の濃度（揮発成分量）を算出する。非揮発成分量算出手段９は、シンナ溶剤成分量算出手段８からのシンナ溶剤成分の濃度情報から塗着後の非揮発成分量を算出する。
【００２７】
シンナ基準波長光電圧測定手段１１は、シンナ溶剤成分の吸収波長電圧を算出するために基準とする値を測定する手段であって、図３中の（２）’で示すように、シンナ溶剤成分吸収波長（２）により近い非吸収波長電圧を測定する。
【００２８】
計測開始信号発生手段１９は、例えば計測エリアに移動してきた被塗装体１を検出するセンサであって、被塗装体１を検出した時点で信号増幅手段３に対して計測開始信号を発生する。なお、この種のセンサを計測エリアに加えて塗装エリアにも設ければ、各センサの位置検出信号と予め設定されている被塗装体１の移動速度とから、塗布後の経過時間を検出することができ、このようにして得た経過時間を塗装情報入力手段４に入力するようにしても良い。
【００２９】
次に、塗膜厚の算出方法、溶剤成分の濃度の算出方法、および非揮発成分量の算出方法について説明する。
【００３０】
まず、ウエット膜厚算出手段７による塗膜厚の算出方法を説明する。図５に塗布直後のメタリック塗膜における光反射特性を示すように、メタリック塗膜の光反射特性（電圧）は時間経過とともに上昇する。これは、塗布直後においては、図４（ａ）に示すように、塗膜中のアルミニウム粉Ａの立ち角度が水平面に対して大きい状態にあり、これによりアルミニウム粉Ａの金属面での反射による正反射光強度Φｒが小さくなるが、塗布から数分後においては、図４（ｂ）に示すように、レベリング現象による表面平坦化やシンナ蒸発による薄膜化によって、時間経過とともに塗膜中のアルミニウム粉Ａの立ち角度が水平面に近づく状態となり、これにより正反射光強度Φｒが徐々に大きくなるからである。
【００３１】
次に、図６に実際の塗布後の経過時間に対する光反射電圧特性を示すが、この光反射電圧特性から下記の式１の光反射電圧特性が導き出される。なお、図５に示すメタリック塗料における光反射電圧は{１−ＥＸＰ（ｔ／Ｔ）}の指数特性で表される。さらに、図７に示す塗膜厚−時定数特性から、時定数Ｔは下記の式２で示すように塗膜厚ｈの二次関数で表される。そして、式１および式２から塗膜厚ｈが下記の式３で導き出される。
【００３２】
【式１】 Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×{１−ＥＸＰ（−ｋ１×ｔ／Ｔ）}
【式２】 Ｔ（ｈ）＝ｋ２（ｈ−ｈ０）２
【式３】∴ｈ（ｔ）＝h0+[k1×t/（k2×1n{（V-V0）/V0}）]1/2
なお、 Ｖ（ｔ）は非吸収波長光反射電圧、Ｖ０は初期設定電圧、ｔは塗布後の経過時間、ｋ１，ｋ２は定数(塗料種)、Ｔは時定数、ｈは塗膜厚 、ｈ０は基準塗膜厚である。
【００３３】
次に、別の塗膜厚の算出方法について説明する。実験的に求めた図８の塗膜厚−光反射電圧特性から下記の式４の反射電圧特性が導出される。ここで、メタリック塗料における光反射電圧は{１−ＥＸＰ(ｔ/Ｔ)}の特性で表される。また、図８に示す塗膜厚−光反射電圧特性から、光反射電圧特性は塗膜厚ｈの関数として{１−ｋ３×ｈ２}で下記の式４のように表される。この式４から膜厚ｈを導き出すと式５のようになる。この場合、塗布後の経過時間ｔは一定時間ｔ１，ｔ２とする必要があるため、ラインでの測定場所は限定される。
【００３４】
【式４】 Ｖ（ｈ）＝Ｖ０−ｋ３×ｈ２
【式５】 ∴ｈ＝{（Ｖ０−Ｖ）／ｋ３} １／２
ただし、ｋ３（ｔ）＝ｋ４×ｔ＋ａであり、 Ｖ（ｈ）は非吸収波長光反射電圧、Ｖ０は初期設定電圧、ｋ３，ｋ４，ａは定数、Ｔは時定数(塗料種)、ｈは塗膜厚である。
【００３５】
次に、シンナ溶剤成分量の算出方法について説明する。 図９に実際の塗布後の時間ｔに対する光吸収特性およびシンナ溶剤成分特性を示す。さらに、塗膜厚を変化させた場合の光反射電圧（吸光度Ｉ）とシンナ溶剤成分量（濃度）Ｖｓの関係を示したのが図１０になる。したがって、この図１０の特性によりシンナ溶剤成分量Ｖｓは下記の式６のように導き出される。
【００３６】
【式６】 Ｖｓ＝ ｋ５×Ｉ＋ｋ６（ｈ−ｈ０）＋ｃ
ただし、Ｉ＝ ＬｎＶ−ＬｎＶ０＝Ｌｎ{Ｖ／Ｖ０}であり、Ｉはシンナ吸収波長吸収光度、ｋ５，ｋ６，ｃは定数、 ｈは膜厚である。
また、上記式６より塗着Ｎ．Ｖは下記の式７で表される.。
【００３７】
【式７】 Ｘ ＝（１−Ｖｓ）×１００
ここで、 Ｘは塗着Ｎ．Ｖ（塗着後の非揮発成分量）、 Ｖｓはシンナ溶剤成分量である。
【００３８】
以上の計測処理過程を図１１のフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ１において、塗料の種類や塗布後の経過時間ｔを入力し、ステップＳ２において、計測開始信号発生手段１９からの信号により計測を開始する。すなわち、ステップＳ３において、塗料のシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分の光（非吸収波長光）の電圧を測定すると共に、ステップＳ４において、シンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の光（シンナ吸収波長光）の電圧を測定し、ステップＳ５において、先の式１〜５に基づいてウエット膜厚を算出する。
【００３９】
その後、ステップＳ６において、先の式６に基づいてシンナ溶剤の成分量（濃度）を算出し、ステップＳ７において、先の式７に基づいて塗着Ｎ．Ｖ（非揮発成分量）を算出した後、ステップＳ８において、計測開始信号がＯＦＦであるか否かを判定し、ＯＦＦでは無い場合（ＮＯ）には、ステップＳ３，Ｓ４に戻り、ＯＦＦである場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９において、良否判定結果を表示して一連の過程を終了する。
【００４０】
そして、当該塗装品質解析装置では、自動の塗装ラインにおいて、上記の如くリアルタイムで得た塗着Ｎ．Ｖおよび塗膜厚の各値を塗装の制御装置にフィードバックすることにより、良好な塗装条件の維持を実現し得る。
【００４１】
（実施例２）
図１２は本発明に係わる塗装品質解析装置の第２の実施例を示す図である。なお、第１実施例と同一の構成部位は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４２】
一般的な塗料の成分には溶剤成分と樹脂成分があるが、最近使用され始めている水系塗料では、水分成分と樹脂成分の光吸収波長が異なり、樹脂成分波長の光吸収量の測定が可能となるため、樹脂成分波長の光吸収電圧等を用いて直接に樹脂濃度算出を行うことができる。
【００４３】
図１２中に示す樹脂吸収波長光測定手段である樹脂吸収波長光電圧測定手段１０は、信号増幅手段３からの電気信号情報から塗料の樹脂成分に吸収され易い波長成分の電圧信号情報を取り出す。また、非揮発成分量算出手段９は、樹脂吸収波長光電圧測定手段１０からの電圧信号情報と塗装情報入力手段４からの塗料種情報とウエット膜厚算出手段７からの塗膜厚情報に基づいて塗着Ｎ．Ｖを算出する。
【００４４】
次に、塗着Ｎ．Ｖの算出方法を説明する。図１３に実際の塗布後の経過時間ｔに対する光吸収特性および樹脂成分特性を示す。さらに、膜厚を変化させた場合の吸収光度Ｉと樹脂成分量Ｖｓの関係を示したのが図１４になる。したがって、この図１４の特性により塗着Ｎ．Ｖは下記の式８のように導き出される。
【００４５】
【式８】 Ｘ ＝ ｋ７×Ｉ＋ｋ８（ｈ−ｈ０）＋ｃ
ただし、Ｉ＝ ＬｎＶ−ＬｎＶ０＝Ｌｎ{Ｖ／Ｖ０}であり、Ｘは塗着Ｎ．Ｖ、Ｉは樹脂吸収波長吸収光度、ｋ７，ｋ８，ｃは定数、ｈは塗膜厚である。
このような第２実施例によれば、水性塗料に対しても的確に塗膜状態の判定を行うことができる。
【００４６】
（実施例３）
図１５は本発明に係わる塗装品質解析装置の第３の実施例を示す図である。なお、先の実施例と同一の構成部位は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
図中に示す塗膜厚判定手段１５は、ウエット膜厚算出手段７からの塗膜厚情報と予め設定した所定の塗膜厚との比較により良否判定を行う。また、非揮発成分判定手段（塗着Ｎ．Ｖ判定手段）１６は、非揮発成分量算出手段９からの非揮発成分量情報と予め設定した所定の非揮発成分量との比較により良否判定を行う。また、表示手段１７は、塗膜厚判定手段１５と非揮発成分量判定手段１６による良否判定情報を表示する。このような第３実施例によれば、予め定めた値との対比で判定を行うために演算が早くなり、表示装置にリアルタイムで状況を表示することができる。
【００４８】
(実施例４)
この実施例では、ソリッド塗膜におけるウエット膜厚の算出方法について説明する。図１６および図１７に塗布直後のソリッド塗膜における拡散反射光特性を示す。ソリッド塗膜の光反射電圧特性は、塗膜厚に比例する内部拡散反射光と表面拡散反射光により表されて下記の式９のようになり、実際の塗布後の経過時間に対する光反射電圧特性は図１７に示すものとなる。
【００４９】
【式９】Φ１２≒ｋ０Φ０ｃｏｓθ×（４ε／βλ）・（１／ｃｏｓθ）・（ｃｏｓθ＋ｃｏｓφ）２ｅｘｐ（−ｐ２Ｒ２）＋（１−ｋ０）Φ０×ｋ１×２ｈ
なお、Φ０は入射光強度、Φ１２は拡散反射光強度、θは入射角、φは反射角、λは光の波長、ｐ，β，ｋ０，ｋ１は定数、Ｒは表面粗さである。
【００５０】
ここで、塗膜表面での溶剤飛散による塗膜厚ｈの縮小化と塗膜表面粗さの変動により、拡散反射光強度すなわち光反射電圧特性は時間経過に対して低下することになる。なお、メタリック塗装では金属反射により逆に増加する。
【００５１】
図１７に示す光反射電圧特性から下記の式１０の光反射電圧特性が導き出される。また、ソリッド塗膜における光反射電圧は{−ＥＸＰ（ｔ／Ｔ）}の指数関数特性で表される。さらに、図１８の塗膜厚−時定数特性から字定数Ｔは下記の式１１に示されるように、塗膜厚ｈの二次関数で表される。したがって、光反射電圧特性は式１２のように表され、これらの式から塗膜厚ｈは下記の式１３で導き出される。
【００５２】
【式１０】 Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×ＥＸＰ（−ｋ１１×ｔ／Ｔ）
【式１１】 Ｔ（ｈ）＝ｋ２×（ｈ０−ｈ）２
【式１２】∴Ｖ（ｔ）＝Ｖ０×ＥＸＰ{−ｋ１１×ｔ／ｋ２×（ｈ０−ｈ）２}
【式１３】∴ｈ（ｔ）＝h0+[-k11×t/（k12×1n（V/V0）]1/2
ここで、Ｖは非吸収波長光反射電圧、Ｖ０は初期設定電圧、ｔは塗布後の経過時間、ｋ１１，ｋ１２は定数（塗料種）、Ｔは時定数、ｈは塗膜厚、ｈ０は基準塗膜厚である。
【００５３】
次に、別のウエット膜厚の算出方法について説明する。図１９に示すように、実験的に求めた塗膜厚−光反射電圧特性から下記の式１４の光反射電圧特性が導き出される。ここで、ソリッド塗膜における光反射電圧は{ＥＸＰ（−ｔ／Ｔ）}の特性で表される。この式１４から塗膜厚ｈを導き出すと式１５となる。この場合、塗布後の経過時間ｔは一定時間ｔ１，ｔ２とする必要があるため、ラインでの測定場所は限定される。
【００５４】
【式１４】 Ｖ（ｈ）＝Ｖ０−ｋ１３×ｈ２
【式１５】∴ｈ＝{（Ｖ０−Ｖ）／ｋ１３}１／２
ただし、ｋ１３（ｔ）＝ｋ１４×ｔ＋ａであり、Ｖ（ｈ）は非吸収波長光反射電圧、Ｖ０は初期設定電圧、ｋ１３，ｋ１４，ａは定数、Ｔは時定数（塗料種）、ｈは塗膜厚である。このような第４実施例によれば、ソリッド系の塗料に対しても的確な対応を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる塗装品質解析装置の一実施例を説明する図である。
【図２】反射光検出手段の構成を説明する図である。
【図３】光の波長と光反射電圧との関係を示すグラフである。
【図４】塗膜中において、塗布直後のアルミニウム粉の状態を示す断面説明図（ａ）および所定時間が経過したときのアルミニウム粉の状態を示す断面説明図（ｂ）である。
【図５】メタリック塗料の近赤外域吸収波長特性を示すグラフである。
【図６】塗布後の時間経過に対する光反射電圧の特性を示すグラフである。
【図７】塗膜厚に対する時定数の関係を示すグラフである。
【図８】塗膜厚に対する光反射電圧の特性を示すグラフである。
【図９】メタリック塗料の光吸収特性を示すグラフである。
【図１０】光反射電圧とシンナ溶剤成分の濃度との関係を示すグラフである。
【図１１】第１実施例における塗装品質解析装置による計測処理過程を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明に係わる塗装品質解析装置の他の実施例を示す説明図である。
【図１３】塗布後の経過時間と光吸収樹脂成分量との関係を示すグラフである。
【図１４】光反射電圧と樹脂濃度との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明に係わる塗装品質解析装置のさらに他の実施例を示す説明図である。
【図１６】本発明塗装品質解析装置のさらに他の実施例において、ソリッド塗膜の光反射特性を示すグラフである。
【図１７】塗膜厚に対する光反射電圧特性を示すグラフである。
【図１８】塗膜厚に対する時定数の関係を示すグラフである。
【図１９】塗膜厚に対する光反射電圧特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…被塗装体
２…反射光検出手段
３…信号増幅手段
４…塗装情報入力手段
５…非吸収波長光電圧測定手段（非吸収波長光測定手段）
６…シンナ吸収波長光電圧測定手段（シンナ吸収波長光測定手段）
７…ウエット膜厚算出手段
８…シンナ溶剤成分量算出手段
９…非揮発成分量算出手段
１０…樹脂吸収波長光電圧測定手段（樹脂吸収波長光測定手段）
１１…シンナ基準波長光電圧測定手段（シンナ基準波長光測定手段）
１２…シンナ吸収光度算出手段
１３…樹脂基準波長光電圧測定手段（樹脂基準波長光測定手段）
１５…塗膜厚判定手段
１６…非揮発成分量判定手段
１７…表示手段
２１…光源
２２…光波長透過フィルタ手段
２２ａ〜２２ｄ…バンドフィルタ
２３…反射鏡（照射手段）
２５…受光素子（受光手段）
Claims (5)
- 塗料を塗布した被検査面に赤外光を含む光を照射して被検査面からの反射光の中から塗料のシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分と塗料のシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分を測定する反射光検出手段と、
反射光検出手段からの電気信号情報を増幅する信号増幅手段と、
信号増幅手段からの各種電気信号情報からシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の信号情報を取り出すシンナ吸収波長光測定手段と、
信号増幅手段からの各種電気信号情報からシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分の信号情報を取り出す非吸収波長光測定手段と、
非吸収波長光測定手段からの信号情報と予め設定した塗料種情報と塗布後の経過時間とに基づいて塗膜厚を算出するウエット膜厚算出手段と、
シンナ吸収波長光測定手段からの信号情報と塗料種情報とウエット膜厚算出手段からの塗膜厚情報とに基づいてシンナ溶剤成分の濃度を算出するシンナ溶剤成分量算出手段と、
シンナ溶剤成分量算出手段からのシンナ溶剤成分の濃度情報から塗着後の非揮発成分量を算出する非揮発成分量算出手段
を備えたことを特徴とする塗装品質解析装置。 - 反射光検出手段は、白色光を発生する光発生手段と、光発生手段からの光のうちのシンナ溶剤成分に吸収され易い波長成分の光を透過させるバンドフィルタとシンナ溶剤成分に吸収され難い波長成分の光を透過させるバンドフィルタとを有する光波長透過フィルタ手段と、光波長透過フィルタ手段を透過した特定波長光を被検査面に照射する照射手段と、被検査面で反射した光を受光する受光手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の塗装品質解析装置。
- 塗料を塗布した被検査面に赤外光を含む光を照射して被検査面からの反射光の中から塗料の樹脂成分に吸収され易い波長成分と塗料の樹脂成分に吸収され難い波長成分を測定する反射光検出手段と、
反射光検出手段からの電気信号情報を増幅する信号増幅手段と、
信号増幅手段からの各種電気信号情報から樹脂成分に吸収され易い波長成分の信号情報を取り出す樹脂吸収波長光測定手段と、
信号増幅手段からの各種電気信号情報から樹脂成分に吸収され難い波長成分の信号情報を取り出す非吸収波長光測定手段と、
非吸収波長光測定手段からの信号情報と予め設定した塗料種情報と塗布後の経過時間とに基づいて塗膜厚を算出するウエット膜厚算出手段と、
樹脂吸収波長光測定手段からの信号情報と塗料種情報とウエット膜厚算出手段からの塗膜厚情報とに基づいて塗着後の非揮発成分量を算出する非揮発成分量算出手段
を備えたことを特徴とする塗装品質解析装置。 - 反射光検出手段は、白色光を発生する光発生手段と、光発生手段からの光のうちの樹脂成分に吸収され易い波長成分の光を透過させるバンドフィルタと樹脂成分に吸収され難い波長成分の光を透過させるバンドフィルタとを有する光波長透過フィルタ手段と、光波長透過フィルタ手段を透過した特定波長光を被検査面に照射する照射手段と、被検査面で反射された光を受光する受光手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の塗装品質解析装置。
- ウエット膜厚算出手段からの塗膜厚情報と予め設定した塗膜厚との比較により良否判定を行う塗膜厚判定手段と、非揮発成分算出手段からの非揮発成分量情報と予め設定した非揮発成分量との比較により良否判定を行う非揮発成分量判定手段と、塗膜厚判定手段および非揮発成分量判定手段からの良否判定情報を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の塗装品質解析装置。
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