JPH04305112A - 表面凹凸パターン計測方法および装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工されたロールなど
の表面凹凸パターン計測方法および装置に係り、圧延ロ
ールなどの加工表面の凹凸パターンが目標通りに加工さ
れているかどうかを迅速にかつ精度よく自動測定するた
めの計測方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車などの外板として使用され
る鋼板は、加工，塗装などのプロセスを経て最終的には
自動車の外観を支配する重要な構成要素となっている。 近年、自動車の高級化に伴い一般の消費者が外観の良好
さや美観など鮮映性を要求する傾向が強くなりつつある
。この鮮映性に対して、塗装前の鋼板表面の粗度や凹凸
のパターンなどが大きな影響を及ぼすといわれている。 したがって、鮮映性向上のために、より適切な表面凹凸
パターンを有する鋼板を製造する必要性が生じてきた。

【０００３】一般に自動車用鋼板は、調質圧延ライン（
スキンパスライン）において、適切な表面粗さを付加さ
れて製造される。このような鋼板の表面粗さは、製造プ
ロセスの条件などにも左右されるが、鋼板を圧延する圧
延ロールそのものの表面粗さによる影響が大きい。した
がって、従来から鋼板の目標表面粗さに応じて適切な圧
延ロールが用いられてきた。

【０００４】従来、調質圧延ロールの表面を粗面に加工
する方法としてショットブラスト法などが用いられてい
た。しかし、ショットブラスト法では表面粗度が不規則
で一様性に欠け、上記要求を満たさないので、近年これ
に代わり連続波炭酸ガスレーザなどの高エネルギー源を
用いてロール表面をレーザダル加工する方法が開発され
普及されつつある。

【０００５】この方法はたとえば図４に示すように、ロ
ール回転用架台２上に回転自在に設置された被加工ロー
ル１は図示しないロール回転機構で回転され、一方レー
ザ発振器３から照射されたレーザビーム４がミラー５に
よって方向を変えられた後レール６上にたとえばＮＣ制
御装置などの位置決め装置７を介して設置されたレーザ
加工機ヘッド８に送られてロール１の表面の長手方向お
よび垂直方向に左右前後移動しながら照射する。このよ
うにして、ロール表面の粗度値Ｒａ　が１〜３μｍ　程
度のものを得ることが可能である。ここで、Ｒａ　は中
心線平均粗さを表し、粗さ曲線ｙ＝ｆ（ｘ）からカット
オフ値の３倍以上の測定長さｌをとったとき、式（数１
）を単位μｍ　で表した値である。

【０００６】

【数１】

【０００７】しかし、上記従来のレーザダル加工方法で
は、実際に形成された凹凸のパターンが測定されないた
め、目標粗度をもつロールを製造すること、これらのロ
ールを分類し適時適切に使用することなどのいわゆる適
切なロール管理ができないという問題がある。現状では
、ロールの粗度を測定する方法として、■ロール端部で
試し打ちした加工部材の粗度パラメータをハンディな触
針式粗さ計を用いて測定する方法、■ロールを静止させ
て、その表面の微細形状の型取りを行い、その型を３次
元触針粗さ計により測定する方法、■顕微鏡を直接ロー
ルに押し当てて、目視にて凹凸パターンを確認する方法
、などの手段が用いられている。

【０００８】しかし、これらの方法は、目視による方法
では適切な定量評価をすることができないという欠点が
あり、また触針式粗さ計で目標の精度を得るためには測
定に長時間を要するという問題点があった。さらに、こ
れらの方法はいずれも測定対象物を静止させた状態にて
測定しなければならず、回転中のロール表面の凹凸パタ
ーンを把握することは不可能である。

【０００９】物体表面の微小な凹凸すなわち粗さは主と
して高さ方向の凹凸分布情報と２次元的な面方向の周波
数情報とから構成される。これらの粗さ情報は、粗さを
定義づける触針式粗さ計によるものの他は、光の散乱を
利用する方法、スペックル法、光切断法などがあり、た
とえば鋼板表面の粗度を測定するものとして特開昭６０
−２０１２０４号公報が挙げられる。しかし、この手法
はショットブラスト法などにより形成されたランダムな
粗度の統計的な性質を推定するには適しているが、レー
ザダル加工ロールのような規則的な面を測定する際には
適切でない。このレーザダル加工のように規則的な面を
測定する方法や装置としては、たとえば特公平２−　２
４６３６号公報や特開平１−１６２５８４号，　同２−
　２５７０７号などの公報が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た各公報に示された方法や装置では、ロールなどに加工
された表面上の規則的な凹凸パターンの３次元的な形状
を満足のいくレベルで測定し得るものではない。すなわ
ち、ロール表面の平面画像から２次元のパターン配置の
測定は可能であるが、深さ情報を直接測定することなく
、レーザ光の反射強度，平面画像の強度分布から間接的
に演算するものであるため、精度のよい深さ測定を行う
ことは不可能である。

【００１１】図５はレーザダル加工実施後の加工表面ク
レータの形状を３次元触針式粗さ計で測定した結果を示
したものであるが、図のように加工表面の凹凸パターン
を的確に把握するためにはたとえば加工クレータの直径
や配置位置などの２次元情報に加えて高さ分布などの深
さ情報が必要なことがわかる。本発明は、レーザビーム
を利用して圧延ロールに加工された表面上の規則的な凹
凸パターンの３次元的な形状を直接高精度かつ高速度に
測定し得るのに好適な表面凹凸パターン計測方法および
装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
加工された圧延ロールなどの表面の凹凸パターンを計測
するに当たり、■加工表面に高輝度光源から光を照射す
る工程、■加工表面に生じる凹凸部パターンの拡大像を
互いに焦点位置の異なる撮像機構を用いて撮像する工程
、■得られた複数の表面パターン像を解析して表面凹凸
部の３次元高さ情報を演算して表示する工程、からなる
ことを特徴とする表面凹凸パターン計測方法である。

【００１３】また、本発明の第２の態様は、加工された
圧延ロールなどの表面の凹凸パターンを計測する装置で
あって、前記圧延ロールの加工表面に高輝度光源からの
光を照射する照射装置と、照射光により形成された加工
表面の凹凸部パターン像を導光する複数のビームスプリ
ッタからなる多重導光装置と、前記ビームスプリッタに
対応して設けられる互いに焦点距離が異なりかつ一定の
倍率に拡大する複数の撮像装置と、前記複数の撮像装置
によって得られた複数の表面パターン像を解析，演算す
る画像処理装置と、前記画像処理装置による表面凹凸部
の３次元高さ情報を出力する出力装置と、からなること
を特徴とする表面凹凸パターン計測装置である。

【００１４】

【作　　用】本発明によれば、加工直後の表面凹凸パタ
ーンの３次元高さ情報を迅速に自動測定することができ
る。したがって、従来のように作業員が目視で検査した
り、触針式粗さ計を用いた長時間を要する検査をする必
要がなくなり、得られた情報を加工作業へ反映すること
により、円滑な加工作業を行うことができる。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例として測定対象が圧延ロー
ルであり、加工方法が炭酸ガスレーザをチョッピングし
てロール面に焦光照射するレーザダル加工である場合に
ついて説明する。図１は、本発明による表面凹凸パター
ン計測装置の一実施例を模式的に示した構成図である。 図において、１０は凹凸パターンの測定ヘッド、１１は
レーザビームを発振する高輝度光源、１２はレーザビー
ムを伝送する光ファイバ、１３は測定ヘッドに設けられ
た照射部である。１４は多重導光装置であり、複数（た
とえば４枚）のビームスプリッタ１５から構成される。 １６はビームスプリッタ１５と同数とされる複数台（４
台）の撮像器であり、これらの撮像器１６にはいずれも
互いに焦点距離が異なりかつ一定の倍率で拡大する撮像
レンズ１７が設けられる。

【００１６】１８は制御装置であり、複数の撮像器１６
に撮像トリガを出力して同時にロール表面像を撮像させ
る機能を有する。なお、この制御装置１８によって高輝
度光源１１の発光タイミングをコントロールできるよう
にして、発光と同時にロール表面像を撮像させるように
してもよい。１９はフレームメモリと高速画像処理用コ
ンピュータなどから構成される画像処理装置であり、２
０は出力装置である。

【００１７】つぎに、このように構成された表面凹凸パ
ターン計測装置による測定の手順について説明する。 ■まず、被加工ロール１の表面に図示しないスライド機
構により測定ヘッド１０をロール表面とある設定距離に
固定する。なお、測定ヘッド１０に距離センサを取付け
てロール表面との距離を測定し、その結果をフィードバ
ックしてスライド機構を駆動するようにしてもよい。 ■測定ヘッド１０は高輝度光源１１から発光された光を
光ファイバ１２を通して照射部１３から被測定面である
ロール１の表面に照射する。 ■そして、このロール１の表面の照射光を多重導光装置
１４の複数のビームスプリッタ１５を介してそれぞれに
対応する撮像器１６によって同時に撮像する。これによ
って、ロール１の同一面の凹凸パターンの信号を一定倍
率で拡大して得ることができる。なお、ビームスプリッ
タ１５の透過率は各撮像器１６が均等な強度でロール１
の表面が撮像し得るように設計されている。 ■これらの撮像器１６での撮像信号は画像処理装置１９
に入力され、撮像器１６の撮像レンズ１７のそれぞれの
焦点距離に対応して、凹凸パターンのある一定の深さの
部分のみに高輝度光源１１から発光された光による明部
が観察された像を得る。そして、画像処理装置１９にお
いて図２に示すように、制御装置１８から発するトリガ
信号によって各撮像器１６が撮像した像をフレームメモ
リに取り込んで二値化処理を施した後、画像明部の中心
線抽出を行い等高線を求める。すべての画像を処理して
から全等高線を合成することにより、ロール表面の凹凸
パターンの等高線図の作成を完成する。 ■このようにして得られたロール表面凹凸部の３次元高
さ情報の測定結果を出力装置２１に出力する。

【００１８】図３は本発明の表面凹凸パターン計測装置
によりレーザダル加工を施したロール表面のクレータ部
を測定した結果の一例を示したものである。この図から
明らかなように、等高線として１（最も高い部分）から
５（最も低い部分）までの５段階の高さレベルが明確に
得られるから高さ方向のパターンが正確に測定し得るこ
とがわかる。

【００１９】なお、本発明装置の代わりに、１個の撮像
装置を用いてロール表面と垂直に移動しながら連続的に
撮像するようにすれば、同等の作用効果を得ることがで
きるが、この場合は移動機構とその制御装置が別に必要
となり、ロールが回転中には適用することができないが
、本発明装置によれば高速回転するロール表面を撮像す
る場合は多重導光装置１４の前方にロールと等速で回転
するミラー（図示せず）を設けるようにすれば追跡撮像
を行うことが可能である。また、一例として、本発明装
置を用いて作成したレーザダル加工ロール表面のクレー
タ部の等高線図と、従来の３次元触針式粗度計による測
定値から作成した等高線図を比較したところ、±１５％
程度の誤差内で同等の値が得られることが確認された。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明による方法，
装置によれば、レーザビームを利用した方法などにより
ロールなどに加工された表面上の規則的な凹凸パターン
を高速度で測定することができるので、オンラインでロ
ール表面の凹凸パターンの３次元情報の変化を直接測定
することが可能となった。これによって、ロール加工に
関して以下のすぐれた効果が得られる。 ■設備のダウンタイムが減少して生産性が向上する。 ■作業員の省力化を図ることができ、危険作業から開放
することができる。 ■目標通りに安定したロール加工ができるので、製品の
歩留り向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表面凹凸パターン計測装置の一実
施例を模式的に示した構成図である。

【図２】画像処理手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明の表面凹凸パターン計測装置によるクレ
ータ測定結果の一例を示す図である。

【図４】レーザを用いたダル加工装置の一例を模式的に
示した構成図である。

【図５】従来の３次元触針式粗度計によるクレータ測定
結果の一例を示す図である。

【符号の説明】

１　　被加工ロール １０　　測定ヘッド １１　　高輝度光源 １２　　光ファイバ（照射装置） １３　　照射部（照射装置） １４　　多重導光装置 １５　　ビームスプリッタ １６　　撮像器（撮像装置） １７　　撮像レンズ １８　　制御装置 １９　　画像処理装置 ２０　　出力装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　　加工された圧延ロールなどの表面
   の凹凸パターンを計測するに当たり、■加工表面に高輝
   度光源から光を照射する工程、■加工表面に生じる凹凸
   部パターンの拡大像を互いに焦点位置の異なる撮像機構
   を用いて撮像する工程、■得られた複数の表面パターン
   像を解析して表面凹凸部の３次元高さ情報を演算して表
   示する工程、からなることを特徴とする表面凹凸パター
   ン計測方法。
2. 【請求項２】　　　　加工された圧延ロールなどの表面
   の凹凸パターンを計測する装置であって、前記圧延ロー
   ルの加工表面に高輝度光源からの光を照射する照射装置
   と、照射光により形成された加工表面の凹凸部パターン
   像を導光する複数のビームスプリッタからなる多重導光
   装置と、前記ビームスプリッタに対応して設けられる互
   いに焦点距離が異なりかつ一定の倍率に拡大する複数の
   撮像装置と、前記複数の撮像装置によって得られた複数
   の表面パターン像を解析，演算する画像処理装置と、前
   記画像処理装置による表面凹凸部の３次元高さ情報を出
   力する出力装置と、からなることを特徴とする表面凹凸
   パターン計測装置。