JPH07139930A - 自動調光式表面性状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定面からの反射光の光量を自動的に調整
する。 【構成】 自動調光式表面性状測定装置１０は、電圧変
換回路５２から出力される電圧によって点灯し、スリッ
ト光線を塗装された被測定面２８Ａへ射出し、この反射
光が２次元ＣＣＤセンサ３０へ結像される。電圧変換回
路には、発振部４６で発振された周期のノコギリ波がラ
ンプ波発生回路５０から供給されると共に、２次元ＣＣ
Ｄセンサに結像された光量に応じた信号がＬＰＦ回路４
４によって平滑化されて供給される。電圧変換回路で
は、反射光の光量が多いためにＬＰＦ回路から低いレベ
ルの信号が供給されるとパルス幅を狭めた電圧を出力し
ランプを点滅させる。これによって、ランプの点灯時間
を短くして、反射光の光量を抑えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定面に照射したス
リット光の被測定面からの反射光を受光して被測定面の
表面性状を測定するときに、被測定面に照射する光量を
自動的に調整する自動調光式表面性状測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、非接触光学的に被測定面の表
面性状を測定する装置があり、このような装置には、例
えば特開昭６３−１８２１０号公報に示される如きもの
がある。この表面性状測定装置にあっては、スリット光
を被測定面を介して受光部にて結像し、得られた光量信
号から被測定面の表面性状を測定する。

【０００３】例えば、平板等の表面に塗装を施した後、
塗装面の平坦度を検査する表面性状測定装置では、多数
条のスリット光を塗装面へ向けて射出し、塗装面で反射
された反射光をＣＣＤセンサ等のイメージセンサへ結像
させる。このとき、塗装膜の厚さのムラ等によって塗装
面の平滑性が損なわれ、表面に凹凸が生じていた場合に
は、ＣＣＤセンサに結像されたスリット光に歪が生じ
る。表面性状測定装置では、ＣＣＤセンサに結像された
反射光の明暗を電気信号に変換して、この信号よりスリ
ット光の歪を統計的に処理して平坦度を知ることができ
るようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平板等
の塗装面は、塗料の材質、光沢等の相違から反射率が大
きく異なる。例えば、反射率が極めて高いときには、反
射光が強くなってしまいＣＣＤセンサ等に結像される反
射光が強くなってしまい、受光素子が飽和状態となって
しまい、多数条のスリット光の明暗に応じた明確なビデ
オ信号を得ることができないことがある。また、反射率
が極めて低いときには、ＣＣＤセンサ等に結像される反
射光が弱くなってしまい、明暗が明確なビデオ信号を得
ることができなくなる。

【０００５】このため、表面性状測定装置によって塗装
の仕上がりを検査するときには、ＣＣＤセンサ等のイメ
ージセンサに結像される反射光の強さ、すなわち各受光
素子が受光する光量が所定の範囲内となるように、光源
の輝度を調整する必要がなる。このような光源の輝度
は、塗布されている塗料の反射率を考慮して、マニュア
ル操作によって調整されており、表面性状の測定の際に
は煩雑な調整作業を強いられている。

【０００６】本発明は上記事実に鑑みてなされたもので
あり、反射光の光量の調整を自動的に行う自動調光式表
面性状測定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る自動調光式
表面性状測定装置は、多数条のスリット光を被測定面へ
向けて照射する光源部と、前記被測定面からの反射光が
結像される位置に配設され結像された反射光に応じた信
号を出力する受光部と、前記受光部の出力信号から前記
被測定面の表面性状を計測して表示出力する計測表示部
と、前記受光部の出力信号から受光部に結像された反射
光の平均光量を出力する光量レベル出力部と、前記光量
レベル出力部の前記平均光量に基づいて前記光源部の光
源から射出される光量を変化させて前記被測定面の照度
の過不足を補う光源制御手段と、を有することを特徴と
する。

【０００８】

【作用】本発明の自動調光式表面性状測定装置は、光源
部から多数条のスリット光を被測定面に照射して、この
被測定面からの反射光を受光部で受光する。このとき、
被測定面の表面性状、例えば凹凸等があったときには、
凹凸に応じて変形したスリット光が受光部に結像され
る。計測表示部では、受光部に結像されたスリット光の
歪みから被測定面に凹凸が生じているか等を計測して表
示する。

【０００９】一方、光量レベル出力部には、受光部から
結像された光の強さに応じた信号が入力され、平均光量
に応じた信号を光源制御部へ出力する。光源制御部で
は、この平均光量に基づいて、光源から被測定面へ照射
する光の照度を調整して、受光部へ結像された反射光の
光量を変化させる。すなわち、反射光の光量が不足して
いるときには、被測定面の照度を上げて受光部に結像さ
れる反射光の光量を上げ、反射光が強く光量が多いとき
には、被測定面の照度が下がるように光源から照射する
光を調整する。

【００１０】こうようにして光源部から射出したスリッ
ト光の反射光の光量をフィードバックして光源から射出
する光量を調整することにより、自動的に受光部に結像
される反射光のレベルが所定範囲内となり、スリット光
線に応じた明暗を明確に識別することが可能となる。

【００１１】ここで、光源制御手段としては、一定のパ
ルス電圧を発振させると共に、光量レベル出力部から入
力された平均光量に基づいてパルス幅を変化させて、光
源の点灯時間を変えるものであってもよい。すなわち、
反射光の光量レベルに応じたパルス幅のパルス電圧によ
って光源を点灯させて、被測定面の照度の過不足を補う
ことにより、受光部に結像される反射光の光量を増減さ
せる。なお、パルス電圧の周期は、このパルス電圧によ
る光源の点滅が実質的に受光部で反射光を受光したとき
の出力信号に影響を与えない範囲に設定すれば良い。

【００１２】また、光源制御手段は、光量レベル出力手
段から入力された平行光量に応じた信号から、光源を点
灯する電圧を変化させるものであってもよく、この場
合、受光部に結像された反射光が弱いときには、光源の
点灯電圧を高くして光源の輝度を上げる。これによっ
て、被測定面の照度が上がり受光部に結像させる反射光
を強くすればよく、逆に、反射光が強すぎるときには、
光源の点灯電圧を下げて、光源の輝度を下げればよい。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例１に適
用した自動調光式表面性状測定装置１０について説明す
る。この自動調光式表面性状測定装置１０は、光源装置
１２、撮像装置１４及び処理装置１６によって構成され
ている。光源装置１２には、ランプ１８、スリットパタ
ーン２０及び投光レンズ２２を備えた光源部２４と、光
源部２４のランプ１８を点灯させるための電源回路２６
によって構成されている。

【００１４】ランプ１８としては、タングステンランプ
等の所定電圧の直流ないしパルスが供給されることによ
って点灯して発光するようになっている。また、スリッ
トパターン２０は、所定幅のスリット状の開口が一定間
隔で形成されており、ランプ１８からの光がスリットパ
ターン２０のスリット状の開口を通過して、投光レンズ
２２へ達するようになっている。投光レンズ２２は、ス
リット状の開口を通過した光を集光して射出するように
なっている。

【００１５】この光源部２４は、測定物２８の被測定面
２８Ａの表面に対して所定角度及び距離で対向されるよ
うになっており、これによって、投光レンズ２２を通過
して光源部２４から射出された光が被測定面２８Ａへ照
射される。なお、被測定面２８Ａは、測定物２８を構成
する平面に塗装を施しており、自動調光式表面性状測定
装置１０では、塗装された被測定面２８Ａの表面が均一
になっているか否かなどの塗装の仕上がりを検査する。
このとき、被測定面２８Ａが塗装ムラ等によって塗装厚
が均一にならずに、表面に生じた凹凸等を測定すること
ができるようになっている。

【００１６】一方、撮像装置１４は、この被測定面２８
Ａに対して所定の位置に配置されるようになっており、
光源部２４から射出され被測定面２８Ａで反射した反射
光が照射されるようになっている。

【００１７】撮像装置１４は、反射光を受光する２次元
ＣＣＤセンサ３０を備えており、被測定面２８Ａからの
反射光が投光レンズ２２によりこの２次元ＣＣＤセンサ
３０へ結像されるようになっている。この２次元ＣＣＤ
センサ３０は、ＣＣＤ駆動回路３２及び受光回路３４が
接続されており、２次元ＣＣＤセンサ３０は、ＣＣＤ駆
動回路３２によって所定周期の同期信号（水平同期及び
垂直同期信号）に合わせて、受光面の各位置における光
の明暗に応じたレベルの信号を受光回路３４へ出力する
ようになっている。すなわち、撮像装置１４では、受光
回路３４から２次元ＣＣＤセンサ３０の出力をビデオ信
号として出力する、所謂同期型撮像装置が構成されてい
る。なお、この受光回路３４からは、２次元ＣＣＤセン
サ３０の水平方向の画像間隔に対応する所定周期のクロ
ック信号も出力するようになっている。

【００１８】この撮像装置１４の受光回路３４は、処理
装置１６のアナログ−デジタル変換器（以下「Ａ／Ｄ変
換器３６」と言う）へ接続されており、処理装置１６で
は、受光回路３４から出力されたビデオ信号をクロック
信号に同期させてデジタル信号に変換した後、マイクロ
コンピュータ３８へ出力するようになっている。このマ
イクロコンピュータ３８は、Ａ／Ｄ変換器３６から入力
されたデジタル信号から被測定面２８Ａの表面の状態を
解析して表示部４０へ出力するようになっている。

【００１９】即ち、光源装置１２から射出された光によ
って被測定面２８Ａには、スリット光線に応じた帯状の
明暗部分が生じることになる（図３に示す）。なお、明
暗部分のそれぞれの幅寸法は、例えば約１mm程度に設定
することができる。ここで、被測定面２８Ａの表面に凹
凸等が生じていると、光源部２４から照射されたスリッ
ト光線が表面の凹凸部分で反射方向が歪められ、撮像装
置１４の２次元ＣＣＤセンサ３０には、歪められたスリ
ットパターンが結像される。この結像されたスリットパ
ターンには、被測定面２８Ａの凹凸が帯状の明暗パター
ンの一部に生じるずれや幅寸法の変化として現れる。

【００２０】撮像装置１４では、２次元ＣＣＤセンサ３
０に結像される反射されたスリット光線の帯状の明暗に
応じたビデオ信号を処理装置１６へ出力する。このとき
の信号レベル（電圧）は、反射光が強い部分では低く反
射光が弱い部分では高くなっている。なお、処理装置１
６では、明暗パターンの幅を統計処理することにより表
面の凹凸の程度と対応させている。

【００２１】ところで、撮像装置１４の受光回路３４
は、光源装置１２の電源回路２６へも接続されており、
電源回路２６へビデオ信号が入力される。電源回路２６
では、撮像装置１４の受光回路３４から入力されたビデ
オ信号をバッファ（緩衝増幅器）回路４２を介してＬＰ
Ｆ（ローパスフィルタ）回路４４へ供給するようになっ
ている。ＬＰＦ回路４４では、ビデオ信号から同期信号
（例えば走査信号）等の高周波成分を除去すると共に信
号レベルを平滑化し、２次元ＣＣＤセンサ３０で検出さ
れた受光量に応じたレベルの信号を出力する。

【００２２】すなわち、図２（Ｄ）に示すように、ＬＰ
Ｆ回路４４は、被測定面２８Ａからの反射光が強いとき
には出力信号のレベルが低くなり（二点鎖線で示す）、
弱い反射光が２次元ＣＣＤセンサ３０に結像されている
ときには出力信号のレベルが高くなる（一点鎖線で示
す）ようになっている。

【００２３】一方、電源回路２６には、発振回路４６及
びリセット信号発生回路４８が設けられており、発振回
路４６では、例えば図２（Ａ）に示すような周期ｔのパ
ルス信号は発生するようになっている。なお、発振回路
４６での発振パルスの周期、すなわち、発振周波数は、
ランプ１８としてタングステンランプを使用しているの
で、例えば５０Ｈ_Z 〜数百Ｈ_Z とすれば、電源のＯＮ／
ＯＦＦはランプの点滅としては確認されないようになっ
ている。また、ランプ１８としてＬＥＤ、蛍光管を使用
した場合には、ＣＣＤの掃引周波数のｎ倍の周波数とし
て、実質的にランプ１８の点滅が２次元ＣＣＤセンサ３
０によって検出され、受光回路３４から出力されるビデ
オ信号に影響を与えないように設定している。

【００２４】リセット信号発生回路４８では、例えば発
振回路４６から入力されたパルス信号を微分処理（図２
（Ｂ）に示す）したのちに周期ｔのリセットパルス（図
２（Ｃ）に示す）を出力する。このリセット信号発生回
路４８から出力されるリセットパルスは、ランプ点灯波
発生回路５０へ入力される。ランプ点灯波発生回路５０
では、リセット信号発生回路４８のリセットパルスから
周期ｔのノコギリ波を発生させるようになっている（図
２（Ｄ）に実線で示す）。

【００２５】ランプ点灯波発生回路５０及び前記したＬ
ＰＦ回路４４の出力は、それぞれ電圧変換回路５２へ出
力される。電圧変換回路５２では、例えばコンパレータ
（比較器）を備えており、ランプ点灯波発生回路５０か
ら入力されたノコギリ波の電圧とＬＰＦ回路４４から入
力された受光レベル（電圧）を比較し、ノコギリ波の電
圧が受光レベルより下がったときに、所定の電圧Ｖを出
力するようになっている。これによって、図２（Ｄ）乃
至図２（Ｆ）に示すように、２次元ＣＣＤセンサ３０に
結像された反射光が強くＬＰＦ回路４４から入力される
信号レベルが低いときにはパルス幅Ｔ_f （Ｔ₁ ）が狭く
（図２（Ｅ）に示す）、２次元ＣＣＤセンサ３０に結像
された反射光が弱く信号レベルが高いときにはパルス幅
Ｔ_f （Ｔ ₂ ）が広くなる（図２（Ｆ）に示す）。

【００２６】すなわち、電圧変換回路５２では、２次元
ＣＣＤセンサ３０の受光量に応じてパルス幅Ｔを変化さ
せたパルス電圧を発生する所謂パルス幅変換を行うよう
になっている。この電圧変換回路５２の出力は、光源部
２４のランプ１８へ供給されて、ランプ１８を点灯する
ようになっている。このパルス電圧によってランプ１８
は、周期ｔ毎にパルス幅Ｔ_f に応じた時間だけ点灯する
点滅が周期ｔで繰り返される。

【００２７】このようにして、光源装置１２のランプ１
８から照射された光によって、再度２次元ＣＣＤセンサ
３０に結像された光の強さによって、ランプ１８を点灯
するパルス幅Ｔ_f の調整が行われ２次元ＣＣＤセンサ３
０に結像される反射光の強さが所定の範囲で変化しなく
なり、自動調光式表面性状測定装置１０による被測定面
２８Ａの表面状態の検査が可能となる。

【００２８】次に本実施例の作用を説明する。この自動
調光式表面性状測定装置１０では、塗装が施された測定
物２８の被測定面２８Ａの仕上がりを表面に凹凸がある
か否かを計測する。この計測に先立って光源装置１２か
ら被測定面２８Ａへ向けて射出されるスリット光線の強
さが調整される。

【００２９】まず、光源装置１２のランプ１８に予め設
定した電圧を供給して、ランプ１８を点灯させる。な
お、このときの電圧は、電圧変換部５２から予め設定さ
れたパルス幅Ｔ_f （０＜Ｔ_f ＜ｔ）のパルス電圧でラン
プ１８を点滅させるようにしてよい。ランプ１８が点灯
すると、被測定面２８Ａにスリットパターン２０を通過
した多数条のスリット光線が照射される。このスリット
光線は、被測定面２８Ａで反射して撮像装置１４の２次
元ＣＣＤセンサ３０へ結像される。撮像装置１４では、
２次元ＣＣＤセンサ３０に結像された光の強さに応じた
ビデオ信号を受光回路３４から出力する。

【００３０】光源装置１２では、この撮像装置１４から
出力されたビデオ信号を電源回路２６のバッファ回路４
２を介してＬＰＦ回路４４へ供給して、２次元ＣＣＤセ
ンサ３０によって検出した反射光の強さに応じたレベル
の電圧を電圧変換回路５２へ出力する。

【００３１】一方、電圧変換回路５２には、発振回路４
６からリセット信号出力回路４８、ランプ点灯波発生回
路５０を介して、所定の周期ｔのノコギリ波状の電圧信
号が供給され、ＬＰＦ回路４４から入力されたレベル信
号に応じたパルス幅Ｔ_f の電圧Ｖをランプ１８へ出力す
る。ランプ１８は、電圧変換回路５２から出力されたパ
ルス電圧によって点滅する。

【００３２】これによって、例えば、被測定面２８Ａが
暗色に塗装され表面の反射率が低くなっているときに
は、反射光が弱くなっているため、受光回路３４から出
力される信号レベルが高くなり、電圧変換回路５２から
出力されるパルス幅Ｔ_f が広くなってランプ１８の点灯
時間が比較的長くなり、２次元ＣＣＤセンサ３０へ結像
される反射光の光量が増加する。

【００３３】また、被測定面２８Ａが明色ないし金属性
顔料を含んだ塗料を塗装（所謂メタリック塗装）され、
反射率が高いときには、反射光が強くなり受光回路３４
から出力される信号レベルが低くなるため、電圧変換回
路５２からランプ１８へ供給されるパルス幅Ｔ_f が狭く
なる。これによって、ランプ１８が発光する光量を抑え
て反射光を弱くする。

【００３４】このように、光源装置１２では、撮像装置
１４の２次元ＣＣＤセンサ３０によって検出される反射
光の強さをフィードバックして、２次元ＣＣＤセンサ３
０によって検出される光量に応じて、ランプ１８の点灯
時間を変化させ、除々にランプ１８の点灯時間と反射光
の強さの変化が小さくなったのちに、平衡状態となる。
この平衡状態は、あるパルス幅Ｔ_f で点滅するランプ１
８から射出され、被測定面２８Ａで反射して２次元ＣＣ
Ｄセンサ３０に結像されて検出される光量が、同一のパ
ルス幅Ｔ_f を設定する光量となった時点となる。

【００３５】この平衡状態では、２次元ＣＣＤセンサ３
０に結像される反射光の光量は、必要以上に増加して撮
像装置１４の２次元ＣＣＤセンサ３０を飽和させてしま
うことがなく、また、反射光が弱くなりすぎて２次元Ｃ
ＣＤセンサ３０によって、スリット光線の明暗を識別で
きなくなることがない所定範囲であり、この後は、平衡
状態が維持される。

【００３６】このようにして、光源装置１２から射出さ
れ、撮像装置１４の２次元ＣＣＤセンサ３０に結像され
る反射光が安定した状態で、処理装置１６では、撮像装
置１４から入力されたビデオ信号から、被測定面２８Ａ
の表面に凹凸等が生じているか否かを解析して、表示部
４０へ出力する。

【００３７】このように、本実施例では、２次元ＣＣＤ
センサ３０に結像された反射光の光量を光源装置１２の
電源回路２６にフィードバックして、ランプ１８の点灯
時間を自動的に調整するようにしている。これによっ
て、反射光を調整するために、被測定面２８Ａの塗料の
反射率を予測して、ランプ１８の輝度を調整する等の作
業が不要となると共に、短時間で簡単に被測定面２８Ａ
の計測を開始することができる。

【００３８】次に本発明の実施例２について説明する。
なお、実施例２においては、基本的構成は、実施例１と
同様であり、実施例１と同一の部品には同一の符号を付
与してその説明を省略している。

【００３９】図５には、実施例２に係る自動調光式表面
性状測定装置６０を示している。この自動調光式表面性
状測定装置６０の電源回路６２では、ＬＰＦ回路４４か
ら出力された信号が利得調整回路６４を経て差動増幅回
路６６へ入力される。また、この差動増幅回路６６に
は、基準電圧発生回路６８から基準電圧が入力されるよ
うになっており、この差動増幅回路６６からランプ１８
へ電源が供給されるようになっている。

【００４０】すなわち、この差動増幅回路６６では、被
測定面２８Ａの反射率が下がり、光量レベル出力回路３
４の出力電圧が上がったときに、利得調整回路６４の出
力を下げて、基準電圧との差を大きくしてランプ１８へ
印加する点灯電圧を上げるようになっている。また、逆
に被測定面２８Ａの反射率が上がり、光量レベル出力回
路３４の出力電圧が下がったときには、利得調整回路６
４の出力を上げて基準電圧との差を小さくしてランプ１
８への印加電圧を下げるようになている。

【００４１】このように、簡単な回路構成で被測定面２
８Ａの反射率に応じてランプ１８への印加電圧を調整し
て、ランプ１８の輝度を変化させるより、光量レベルを
略一定にするものであってもよい。

【００４２】なお、本実施例１及び２に適用した自動調
光式表面性状測定装置１０、６０は、本発明の適用を限
定するものではない。例えば、電源回路２６、６２は、
ランプ１８から照射される光量を調整する構成の一例を
示すものであり、撮像装置１４で受光された反射光の光
量に応じてランプ１８の輝度又は点灯時間等を変化させ
る構成であっれば適用が可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明の自動調光式
表面性状測定装置では、受光部で検出した反射光の光量
に応じて光源の点灯時間又は点灯電圧を調整するように
しているため、高反射率の塗装面を測定するときには自
動的に光源の光量を抑え、低反射率のために反射光が弱
いときには光源から射出する光量を増加させることがで
きる。これによって、被測定面の反射率を考慮して光源
の輝度等を調整する煩雑な作業を行うことなく被測定面
の凹凸等の表面性状を簡単に測定することができる優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に適用した自動調光式表面性状測定装
置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】電源回路の各ブロックにおける出力信号を示す
タイミングチャートであり、（Ａ）は発信回路の出力信
号、（Ｂ）はリセットパルスを得るためのパルス信号の
微分信号、（Ｃ）はリセットパルス出力回路の出力信
号、（Ｄ）はランプ波発生回路の出力信号とＬＰＦ回路
の出力信号、（Ｅ）は光量が多いときの電圧変換回路の
出力電圧、（Ｆ）は光量が少ないときの電圧変換回路の
出力電圧を示す。

【図３】光源部から被測定面に射出されるスリットパタ
ーンの一例を示すパターン図である。

【図４】受光部の出力信号の概略を示すグラフである。

【図５】実施例２に適用した自動調光式表面性状測定装
置の概略構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０、６０ 自動調光式表面性状測定装置 １２ 光源装置 １４ 撮像装置 １６ 処理装置 １８ ランプ ２４ 光源部 ２８Ａ 被測定面 ２６、６２ 電源回路（光源制御手段） ３０ ２次元ＣＣＤセンサ ４４ ＬＰＦ回路 ４６ 発振回路 ５２ 電圧変換回路 ６６ 差動増幅回路 ６８ 基準電圧発生回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数条のスリット光を被測定面へ向けて
   照射する光源部と、 前記被測定面からの反射光が結像される位置に配設され
   結像された反射光に応じた信号を出力する受光部と、 前記受光部の出力信号から前記被測定面の表面性状を計
   測して表示出力する計測表示部と、 前記受光部の出力信号から受光部に結像された反射光の
   平均光量を出力する光量レベル出力部と、 前記光量レベル出力部の前記平均光量に基づいて前記光
   源部の光源から射出される光量を変化させて前記被測定
   面の照度の過不足を補う光源制御手段と、 を有することを特徴とする自動調光式表面性状測定装
   置。