JPH0239377A - 板ガラスの検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は板ガラスを透過したときに生ずる透視像の光学
歪のシミュレーション方法に関し、特に自動車の前面窓
ガラスの規格チエ・ンクに用いて好適なものである。

〔発明の概要〕

ガラス形状の三次元モデルを作成し、このモデルによる
仮想曲面に関して平行入射光の屈折に伴う角度ずれを追
跡して透視歪をシミュレーションし、ガラスの面に対応
して歪度の分布状態を表示することにより、透視劣化を
ガラス形状の設計段階で認、識できるようにした透視歪
のシミュレーション方法である。

〔従来の技術〕

仮ガラスを通して遠くにある物体を見たとき、その物体
が歪んで見えることがある。このような透視歪は仮ガラ
スの表裏面の平行度が劣化している所や湾曲部分の曲率
が大きい所で生じ、視線に対するガラス面の角度によっ
ては、かなりの透視劣化が生じる。

仮ガラスが自動車の前方窓ガラスである場合、自動車用
安全ガラスに関するＪＩＳ規格には、視差角で表現され
た透視歪の許容最大値が窓ガラスの要所で例えば２分以
内のように規定されている。

従来では、製造された自動車用窓ガラスに対し、上記Ｊ
ＩＳに規定された試験方法に則って透視歪試験を行い、
規格を満足するか否かを判定していた。規定された試験
では、明暗の水玉模様の像がスクリーンに生じるような
像光を透過させて、像の歪度を測定し、歪度を視差角に
換算している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来では実際にガラスを作って所定の試験方法で試験し
てみて始めて透視歪の判定が可能となる。

規格を満足しない場合には、ガラス形状を再設計して加
熱曲げ型を作り直すか又は曲げ型を部分修正する必要が
ある。このため型製作に無駄が生じ易く、特に多品種小
量生産の場合に迅速な対応が困難であった。

ガラスの設計図から光学的作図法により透視歪を予測計
算することが試みられている。しかしこの方法は図面上
に曲線として表されている部分Ｇこ対してのみ適用可能
で、ガラス面全体につむ）で計算することが困難であり
、また光学的作図Ｇこ多大の時間を要し、実用性が殆ど
無かった。

本発明はこの問題にかんがみ、ガラス形状の設計データ
から透視歪をガラス面全体に関し迅速Ｇこ求めることが
できるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、与えられたガラス形状データより曲面パンチ
式で表現された板ガラスの三次元曲面形状モデルを得る
過程と、上記曲面形状モデル上の光線透過点を定める過
程と、上記光線透過点の近傍においてガラス内で屈折し
て上記視点Ｇこ向かう二本の平行光線の屈折に伴う角度
ずれを、曲面の法線ヘクトル及びガラス屈折率に基いて
上記形状モデルより夫々計算する過程と、ガラス面上の
多数の光線透過点に関して計算した上記角度ずれを透視
歪度分布として表示する過程とを具備する透視歪シミュ
レーション方法である。

〔実施例〕

第１図及び第２図は本発明による透視歪シミュレーショ
ン方法を示し、第１図は自動車の前面窓ガラスを透過す
る光線の光路図で、第２図はガラス断面の光路図である
。第３図はシミュレーションシステムのブロック図であ
る。

原理的には、まずコンピュータによる周知の形状モデリ
ング手法（ＣＡＤ）を用いた形状モデラー３により、窓
ガラス１の設計図又は設計データからガラス曲面の幾何
学的な３次元形状モデル２を生成する。次に、透視歪シ
ミュレータ４により、車外側の仮想光源りからガラス背
後の仮想スクリンＳＣに向かう平行光線Ｒ，，Ｒ２を想
定して、屈折の法則に従う光路を追跡し、最終的に、透
視歪の原因となる二つの屈折光線Ｒ３、Ｒ４の角度ずれ
を計算する。二つの屈折光に視角差があると、レンズ効
果により透視した物体が歪んで見える。

窓ガラス１上の多数の点において計算された視差角に対
応する透視歪は、ガラス面に沿った歪度分布図の形式で
デイスプレィ、プリンタ等の表示器５において可視表示
される。窓ガラスｌの設計者又は製造者は、この強度分
布図を見て歪の発生状態及びその程度を知り、規格を満
足するか否かを判定することができる。

窓ガラス１０３次元形状モデル２は、内表面ＳＵ１と外
表面ＳＵ２とから成り、夫々はバッチ（面素）の集合体
として表現される。各パンチは例えば、クーンズ（Ｃｏ
ｏｎｓ）曲面、ヘジエ（Ｂｅｚｉｅｒ）曲面、８１１９
４７曲面などで数学的に表現することができる。

第２図に示すように、二本の平行光線Ｒ，，Ｒ２に対す
る屈折光線Ｒｙ、Ｒ４は曲面の法線ベクトルと屈折角と
に基づいて追跡することができ、核光線Ｒ３、Ｒ４のベ
クトルの内積から角度ずれが求まる。更に、透過歪試験
における水玉模様（明るい円）に相当する円Ｃを想定し
、１８０°　（直径）間隔の平行光線Ｒ＋　、Ｒｚの位
置を円Ｃの周上で移動することにより、屈折光を追跡し
、角度ずれの最大値を求めることができる。この最大値
がガラス面上の一点における透視歪度を示す。

第４図に実際のシミュレーションシステムの構成を示す
。窓ガラス１の形状モデラー３は汎用のＣＡＤシステム
でよい。窓ガラス１の形状データは設計図面７をディジ
タイザ８でプロットすることにより入力することができ
る。或いは、窓ガラスｌの形状をＣＡＤシステムで設計
した場合には、その設計データを書込んだ例えば磁気テ
ープを磁気テープ装置９にかけることにより、形状デー
タを人力することができる。

入力された形状データ１０はコンピュータ１０で処理さ
れ、３次元曲面モデルの生成及び透視歪シミュレーショ
ンの計算が順次行われる。計算結果はグラフインクデイ
スプレィ１１、プリンタ１２又はハードコピー装置１３
によって、歪度分布図の形式で表示される。

第５図に形状モデラー３によるモデリング処理の流れを
示す。まず第６図に示すようなマイラー図と称されてい
る窓ガラス１の平面図及び側面図上の多数の点Ｐ＋　、
Ｐｚ　、Ｐ：ｌ’−’−・−・・−・・−をディジタイ
ザ８で指示して、３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の座標データを
取込む（ステップＳＬ＞。次に点列を通る格子状の３次
元スプライン曲線を生成する（ステップＳ２）。次にス
プライン曲線を境界として曲面を四辺形パンチに分割し
、バッチの各辺に沿ったパラメータＨ，ｖによって表現
されるクーンズ面のような双３次バラメトリンク曲面を
生成する（ステップ３４）。この曲面をガラスの内表面
ＳＵＩの形状モデル２とし、次にステ・ツブＳ５で板厚
分だけオフセットした外表面ＳＵ２の形状モデル２を生
成する。

第７図に光線追跡法による透視歪シミュレーションの手
順を示す。まずステップＳｌｌで、窓ガラス１の形状モ
デル２の外表面ＳＵＺ上に、測定対象の点Ｔｏ（光線透
過点）を設定する。この点は、形状モデリングで得た各
バッチを、シミュレーション精度を考慮して適当な大き
さに再度分割し、各細分割パンチごとに設定する。

次に第１図、第２図に示すように予め設定された座標の
車外の光ａ、Ｌと点ＴＯとを結ぶｖｉｈｇ上に入射光線
Ｒ０を想定し、その単位ベクトルＶＯを求める（ステッ
プ５１２）。次に、ベクトル■Ｏと平行な実寸法換算で
４ｍ１間隔の平行光線ＲＲ２（ＲＯから等間隔）が曲面
と交わる点ＴＩ、Ｔ２を求めるくステップ５１３）。更
にステップＳ１４で点ＴＩ、Ｔ２での曲面の法線ベクト
ルＮ１、Ｎ２を求める。次にステップＳＬ５で、上記ベ
クトル■０とＮ１とより、ガラス１内の屈折光ｒ１のベ
クトル■１を求める。

法線ベクトルＮ１の方向余弦を （ａ　ｖ　、　ｂ　ｙ　、　Ｃｖ　）　−−−−−−−
−−−−−−１１＋とし、ベクトル■０の方向余弦を （α。、β。、γ。）・・−−−−−−−−−−−−（
２１とし、空気及びガラスの屈折率をｎＯ、ｎ　１　と
すると、点Ｔ１における入射角θは、 θ”　ＣＯ５−’　（ａｖ　αＯｂｖβＯＣｖｒｏ）・
−−一一−−−−−−−−−−−・−・（３）であり、
屈折角ωは、 ｎｌ である。従って屈折光ｒ１のベクトル■１の方向余弦は
、 ｊ ｎｌ　　　　　　　　　　　　　ｎ。

ｎｌｎＩ により計算できる。

同様にしてステップＳ１６で、ベクトル■ｏと点Ｔ２に
おける法線ベクトルＮ２とがら、ガラス内の屈折光ｒ２
のベクトル■２を求める。

次に屈折光ｒ１、ｒ２のベクトル■１、Ｖ２を延長して
窓ガラスＩの内表面ＳＵＩとの交点Ｔ３、Ｔ４を求める
（ステップ５１７）。更にステップＳ１８で点Ｔ３、Ｔ
４における法線ベクトルＮ３、Ｒ４を求め、ステップＳ
１９で屈折光ｒ１のベクトル■１と点Ｔ３における法線
ベクトルＮ３とより、アイポイントに向う屈折光Ｒ５の
ベクトルＶ３を弐（５）〜（７）に従って求める。同様
にステップＳ２０で屈折光ｒ２のベクトル■２と点Ｔ４
における法線ベクトルＮ４とから、仮想スクリーンＳＣ
に向かう屈折光Ｒ４のベクトル■４を求める。

次にベクトルＶ３及びｖ４で表された二つの屈折光線Ｒ
，、Ｒ，の角度ずれをＶ３とＶ４の内積により求める（
ステップ５２１）。

更に、ステップＳ２２で入射光線Ｒ８を中心とした直径
４鶴の直交円Ｃに沿って、平行光線Ｒ，、Ｒ２の位置を
１８０６の間隔を保ったまま微小角度ずつ移動し、ステ
ップ５ｌｌ−３２１を繰り返す。次に円Ｃの半周（１８
０°）にわたって求めた角度ずれの最大値を求める（ス
テップ５２３）。

このステップＳ２２、Ｓ２３の処理では、透視歪の光学
試験における水玉模様の像光源のシミュレーションに相
当し、直径が約４絹の円筒状ビームが窓ガラス１に入射
したときの円形透過像の変形量の最大値を角度すれとし
て求めている。なお規格に基づく実際の光学試験では、
水玉模様の透過像の最大変形量Δｄを、透過光を受ける
スクリーン上で計測し、透視歪量Δα（単位−分）を、
Δ　ｄ Ｏ，２９ＸＬｚ で求めている（Ｌｘは窓ガラスとスクリーンとの距朋）
。

更に測定対象点を変えて以上のステップ３１１〜Ｓ２３
の処理を繰り返し、窓ガラス１の全表面について角度ず
れを求める（ステップ５２４）。

次に求めた角度ずれを略Ｏ１０〜０．５分、０．５〜１
分、１〜１．５分−・−−−−−−・−・−１０分以上
のように分類し、各クラスを識別し得る色、模様、数値
等に割当て、表示器５において窓ガラス１の面に対応し
た分布図の形で表示する（ステップ５２５）。

シミュレーションの際の像光源りの位置は３次元空間に
定められた１点でよく、或いは実際の水玉模様のスライ
ドに対応させて複数箇所定めてもよい。また像光として
仮想スクリーンＳＣに直交する多数の平行光を想定して
もよい。

第８図に表示の一例を示す。この分布図を見ることによ
り透視歪の発生状態を知り、設計したガラス形状が規格
を満足するか否かを判定することができる。

なお第８図には、表示された窓ガラス１の中央部に領域
Ａ及びその外側の領域Ｂが夫々点線で示されている。こ
れらの各領域は、透視歪のＪＩＳ規格において規定され
た試験領域であり、規格では歪度の最大値が例えば領域
Ａでは２分以内、領域Ｂでは６分以内となっている。表
示された分布図を見れば、これらの規格を満足するか否
かを即座に判断することができる。

なお、光線の光路が可逆であるから、上述の屈折光線Ｒ
３、Ｒ４を基準とし、これらの屈折光に角度差が無いと
仮定して、そのときの入射光線Ｒｌ、Ｒ２の角度差を求
めても、同様な結果が得られる。

本発明の透視歪シミュレーション方法の応用として、加
熱成形（自重式又はプレス式）により製造されたガラス
板に関し、光学検査を実施することなく、シミュレーシ
ョンにより透視歪の発生状態を把握することもできるよ
うになる。この場合には、ガラスの実体物の形状を３次
元測定器により点列の３次元データとして取込み、この
データから３次元形状モデルを作成する。実際に光学検
査をしないので、より短時間に正確に透視歪の規格試験
データを得ることができる。このような実体物に基くシ
ミュレーションでは、成形されたガラスの不平行部分や
局部的な凹凸に起因する透視歪も湾曲部分に起因する透
視歪と同等に追跡可能であるから、プレス曲げ型の場合
には、凹型、凸型の平行度の調整等にシミュレーション
結果を利用することができる。この場合、設計データに
暴く仮想の形状モデルに対して行う透視歪シミュレーシ
ョンと実体物に基く形状モデルに対して行う透視歪シミ
ュレーションとの各結果を比較（減算）すれば、不平行
度や局部的凹凸に起因する透視歪のみを分離抽出するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、ガラス曲面の形状モデルから平
行光線の屈折透過を夫々追跡し、両透過光の角度ずれに
よ、り透視歪の発生強度をシミュレーションするように
したから、ガラス面全体に関し透過歪度を短時間に求め
ることができ、歪度が規格以内か否かを迅速に判定する
ことができる。

また設計段階のガラス形状をシミュレーション対象とす
ることが可能であるから、実際に仮ガラスの曲げ型を製
作し、成形したガラスについて二重像の規格試験を行う
必要がない。従って試験結果によっては高価な曲げ型を
再製作したり部分修正するような無駄が生じていたが、
ガラスの設計図面又はＣＡＤデータのような修正が容易
な非実体物に対してシミュレーションすることにより、
規格を満足する最終仕様を型製作前に決定することがで
きる。このため設旧の自由度が増すと共に、形状設計か
ら型製作、加熱成形までの工程を大巾に短縮し、製造コ
ストを下げることができ、特に、多品種小量生産に適す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車の全面窓ガラスを透過する光線の光路図
、第２図は透視歪を生じさせる屈折光線を追跡するため
のガラス断面の光路図、第３図はシミュレーションシス
テムのブロック図、１４図はシミュレーションシステム
の実際の構成を示すブロック図、第５図は形状モデリン
グ処理の流れ線図、第６図は窓ガラスの設計図面である
平面図及び側面図、第７図は透視歪シミュレーションの
処理の流れを示す線図、第８図は透視歪度の分布を示す
窓ガラス正面図である。 なお図面に用いた符号において、 １−・・・−・・−・−・−窓ガラス ２−・−−−−−−−−・−・−形状モデル３−−−−
−−−一・−・・・・−形状モデラー４−・−・・−−
一−−−−−−−透視歪シミュレータ５・・−・−・・
・・−−−−−一−・透視歪度の表示器ＲＩ、ＲＺ、Ｉ
ｈ　Ｒ４−−−−一光線し−−−−−−・−−−−−一
−−光源である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、与えられたガラス形状データより曲面パッチ式で表
   現された板ガラスの三次元曲面形状モデルを得る過程と
   、 上記曲面形状モデル上の光線透過点を定める過程と、 上記光線透過点の近傍においてガラス内で屈折して仮想
   スクリーンに向かう二本の平行光線の屈折に伴う角度ず
   れを、曲面の法線ベクトル及びガラス屈折率に基いて上
   記形状モデルより夫々計算する過程と、 ガラス面上の多数の光線透過点に関して計算した上記角
   度ずれを透視歪度分布として表示する過程とを具備する
   板ガラスの透視歪のシミュレーション方法。 ２、上記ガラス形状データが形状設計段階における図形
   データであることを特徴とする請求項１のシミュレーシ
   ョン方法。 ３、上記二本の光線の角度ずれを求める過程が、各光線
   のガラス面に対する入射ベクトルに基づいて透過光線の
   ベクトルを上記形状モデルより求める過程と、各透過光
   線ベクトルの内積を求めて上記角度ずれとする過程とを
   備えることを特徴とする請求項１に記載のシミュレーシ
   ョン装置。 ４、各光線透過点ごとに、離間方向が異なる複数対の上
   記平行光線に対し屈折後の角度ずれを求め、角度ずれの
   最大値をその透過点の透視歪度とすることを特徴とする
   請求項１に記載のシミュレーション方法。 ５、上記ガラス形状データがガラス実体物を測定して得
   たデータであることを特徴とする請求項１に記載のシミ
   ュレーション方法。