JPH07311030A - 塗装面性状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】塗装面の鮮映性の三質感を高精度で測定する。 【構成】画像メモリ３０に記憶された円形状の画像の輪
郭を輪郭線抽出部３２によって抽出し、放物線近似部３
４によって当該画像の輪郭線を再現する。塗装面曲率演
算部３６は、放物線近似された輪郭線に基づいて塗装面
の曲率を算出し、この曲率に応じて鮮映性の三質感を測
定する場合の補正値を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のボディー等の
塗装面の鮮映性を定量的に測定する塗装面性状測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のボディー等の塗装面の性
状の検査は、例えば、天井の蛍光灯を塗装面に反射させ
作業者がその蛍光灯の端線のゆがみ具合を見て、あるい
は作業者がＰＧＤ計と呼ばれる測定器を覗きこんで塗装
面の鮮映性（塗膜表面の凹凸の程度）を評価していた。
しかし、この方法では塗装面の鮮映性を定量的に測定す
ることができない。

【０００３】そこで、塗装面の鮮映性を定量的に測定す
る方法として、ストライプパターンを塗装面に照射しそ
の反射光の乱れを観測して塗装面の鮮映性を測定する方
法が考案されている。この測定原理は、例えば図１６に
示すように、光源３０からの光をストライプ格子４（例
えばストライプパターンが印刷されたガラス板）に通し
てストライプパターンを塗装面１に照射しその反射光を
ＣＣＤカメラ３１でとらえてストライプ像の乱れを観測
し評価するというものであり、塗装面１の鮮映性が悪い
ほどＣＣＤカメラ３１でとらえられる塗装面１上のスト
ライプ像が大きく変形することを利用したものである。

【０００４】一般に測定の精度を上げるには感度を上げ
るとよいが、図１６に示す光学系の場合、その感度（塗
装面の凹凸に対するストライプ像の偏位の大きさ）を上
げるためには光学的にみてストライプ格子４と塗装面１
との距離ａまたは塗装面１とＣＣＤカメラ３１との距離
ｂを長くとらなければならない。実際上は、前者の距離
ａをできるだけ長くとるようにして後者の距離ｂをＣＣ
Ｄカメラ３１が塗装面１に反射したストライプ格子４が
良く見える距離とする。しかし、感度を上げるために距
離ａを長くすれば装置自体が大きくなってしまう。

【０００５】そこで、最近、装置の小型化を図るため、
図１７に示すようにストライプ格子４と塗装面１との間
に凸レンズ５を配置してストライプ格子４を塗装面１か
ら疑似的に遠くに離せる光学系を有する装置が開示され
ている（例えば特開昭６３−１８２１０号公報参照）。
このようにストライプ格子４と塗装面１との間に凸レン
ズ５を配置することにより、光学的にみて系の感度およ
び拡大率（塗装面上に拡大されるストライプ像の大きさ
の割合）が向上するので実際にストライプ格子４と塗装
面１との距離を長くとらなくても十分な感度と解像度を
得ることができ、装置を小型化することができる。

【０００６】また、このような光学系では、塗装面１に
照射される光にむらがあるとＣＣＤカメラ３１でとらえ
る像にむらが生じて鮮映性の解析処理が困難になるの
で、むらのない光源（理想は面発光光源）を作ることが
必要である。このようなむらのない光源を作るための一
方法として、従来は、例えば図１８に示すように、光源
３０を反射鏡３０ａの焦点に電球３０ｂを置いて平行光
線を発するようにしたスポット型の光源として構成し、
この光源３０とストライプ格子４との間に多くの方向に
入射光を拡散透過させる拡散板３２（例えばオパールガ
ラス）を配置していた。

【０００７】そして以上のような光学系は、通常、例え
ば図１７に示すように光の出入口としての開口３３をも
つケーシング３４内に収納されている。このような装置
においては、実際の測定は装置を直接塗装面１に接触さ
せた状態で行われる。さらに、例えば図１９に示すよう
に開口をもつケーシング３５に単なる棒状の足３６を取
り付けた構造の測定装置もある。この場合には装置を塗
装面から離した状態で測定することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の塗装面性状測定装置には以下に述べるように
光学系および構造の面でいろいろな問題がある。

【０００９】まず光学系の面から見ていく。一般に鮮映
性は三種類の質感、すなわち平滑感（ゆず肌）、肉持感
（ちりちり感）、光沢感（つや感）で構成され、これら
は塗装表面のうねりの大きさに対応している（平滑感は
１mm以上、肉持感は０．２〜１mm、光沢感は０．２mm以
下）。ところが、従来の装置の光学系ではこれら三種類
の質感を同時に測定することができない。というのは、
肉持感や光沢感に対応する小さなうねりを測定するには
うねりの大きさが小さいため受光レンズ３１ａの焦点を
塗装面１に合わせる必要があり、一方で平滑感に対応す
る大きなうねりを測定するにはストライプ格子４に焦点
を合わせた方が見やすくなるため、これらを同時に測定
するためにはストライプ格子４と塗装面１の両方にピン
ト合わせすることが必要である。しかし、従来の光学系
では被写界深度（焦点を合わせた被写体面の前後で鮮明
な結像が得られる範囲）がそれほど大きくないためスト
ライプ格子４と塗装面１の両方に焦点合わせすることが
できないからである。その結果、従来の装置では、受光
レンズ３１ａを可動式にしたりまたは可変焦点レンズに
したりしてストライプ格子４と塗装面１に別々に順次焦
点を合わせるようにするか、あるいはあえてストライプ
格子４と塗装面１の中間に焦点を合わせるようにするし
かない。ただ、後者の場合は像がぼけてしまうため測定
精度の点ではかなり問題がある。

【００１０】また、従来の装置の光学系では感度の向上
にも一定の限界がある。すなわち、前述のように感度は
ストライプ格子４を塗装面１から遠くに離せば離すほど
良くなるが、従来の光学系では、ストライプ格子４と塗
装面１との間に凸レンズ５を配置してストライプ格子４
を塗装面１から疑似的に遠くに離せるような構成にして
いるものの、前述のように被写界深度があまり大きくな
いためストライプ格子４を疑似的に無限遠より遠くに離
しても鮮明な像は得られず、実際上ストライプ格子４を
疑似的に無限遠以上（ストライプ格子４の像がＣＣＤカ
メラ３１の後ろ側に結像されること）に離すことは不可
能である。したがって感度を無限遠以上に上げることは
できない。

【００１１】次に構造の面を見てみると、従来の装置は
通常開口３３をもつケーシング３４内に前記光学系を収
納した構造をしているが、このような構造では、迷光に
よる影響をできるだけ少なくするため開口３３から外部
の光が入らないようにする必要があり、そのため実際の
測定は前述のように装置を直接塗装面１に接触させた状
態で行わざるを得ない。したがって、塗装面１が曲面の
ため開口３３を十分に塞ぐことができない場合には、外
乱光による影響を受けて塗装面１の性状を測定できない
場合がありうる。また、このように装置を塗装面１から
離して測定できないことは、ロボットによる測定の実現
を困難にしている。

【００１２】また、図１７に示す従来の構造の装置で
は、開口３３から中に塵等が入り装置の性能を劣化させ
る虞があるため、取扱いに注意を要し、雰囲気が悪い場
所での使用が制限される場合がある。これを回避するた
め、図２０に示すように開口３３に透明ガラス３７等を
取り付けて装置それ自体を密閉構造にすることも考えら
れるが、この装置のように直接塗装面１に接触させて測
定するタイプの場合には、ストライプパターンがガラス
表面と塗装面の両方で反射され、これら両反射光がとも
にＣＣＤカメラ３１にとらえられるので、像がダブって
測定できなくなってしまう。

【００１３】次に、ＣＣＤカメラ３１によってとらえら
れたストライプパターン画像の画像処理の面では、塗装
面１が平坦面であることを前提としてその画像処理を行
うようになっていたので、自動車の車体のように塗装面
１が曲面であるような場合には、前述した鮮映性の三種
類の質感の演算結果に誤差が生じ、曲率の程度によって
は見過ごせないほどの誤差を生じる恐れを内在してい
る。

【００１４】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、塗装面における三種類の質
感を同時に測定することができ、しかも塗装面が曲面で
あっても測定することができる小型軽量の塗装面性状測
定装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明にかかる第１の構成は、予め設定された照射
領域からストライプパターンを塗装面に照射しその反射
光の乱れを観測して塗装面の鮮映性を測定する塗装面性
状測定装置において、当該塗装面に照射されたストライ
プパターン画像を入力するストライプ画像入力手段と、
当該ストライプ画像入力手段によって入力されたストラ
イプパターン画像の輪郭線を抽出する輪郭線抽出手段
と、当該輪郭線抽出手段によって抽出されたストライプ
画像の輪郭線の形状を、前記ストライプパターンが平坦
な塗装面に照射された場合に前記輪郭線抽出手段によっ
て抽出されるであろうストライプ画像の輪郭線の形状と
比較することで当該輪郭線の歪み具合を演算し、前記塗
装面の曲率を算出する塗装面曲率算出手段とを有するこ
とを特徴とする。

【００１６】また、上記の目的を達成するための本発明
にかかる第２の構成は、ストライプパターンを塗装面に
照射しその反射光の乱れを観測して塗装面の鮮映性を測
定する塗装面性状測定装置において、当該塗装面に照射
されたストライプパターン画像を入力するストライプ画
像入力手段と、当該ストライプ画像入力手段から入力さ
れたストライプパターン画像中のストライプ配置間隔を
演算するストライプ配置間隔演算手段と、当該ストライ
プ配置間隔演算手段によって演算されたストライプ配置
間隔を、前記ストライプパターンが平坦な塗装面に照射
された場合に前記ストライプ配置間隔演算手段によって
演算されるであろうストライプ配置間隔と比較すること
で前記塗装面の曲率を算出する塗装面曲率算出手段とを
有することを特徴とする。

【００１７】さらに、上記第１及び第２の構成における
前記塗装面曲率算出手段は、算出された塗装面の曲率に
応じて当該塗装面の性状を正確に評価するための補正量
を出力する機能を有していることを特徴とする。

【００１８】

【作用】このように構成された塗装面性状測定装置の作
用は次の通りである。

【００１９】まず、第１の構成では、ストライプパター
ン入力手段には、予め設定された照射領域から照射され
たストライプパターンが塗装面を介して反射した像，す
なわち、ストライプパターン画像が入力される。このス
トライプパターン画像は、塗装面が平坦であれば、その
画像の４方向の歪みはないが、塗装面が曲面であるとき
にはその曲率に応じて歪みが生じる。輪郭線抽出手段
は、ストライプパターン画像の輪郭を抽出して輪郭線の
形状を得る。塗装面曲率算出手段は、この輪郭線の形状
をストライプパターンが平坦な塗装面に照射された場合
に前記輪郭線抽出手段によって抽出されるであろうスト
ライプ画像の輪郭線の形状と比較し、この比較に基づく
歪み具合から塗装面の曲率を算出する。

【００２０】つぎに、第２の構成では、ストライプパタ
ーン入力手段には第１の構成と同様のストライプパター
ン画像が入力される。ストライプ間隔演算手段は、この
入力されたストライプパターン画像からストライプ配置
間隔を演算する。塗装面曲率算出手段は、この演算され
たストライプ配置間隔をストライプパターンが平坦な塗
装面に照射された場合に演算されるであろうストライプ
配置間隔と比較し、この配置間隔の相違に基づいて塗装
面の曲率を算出する。

【００２１】そして、以上の構成における塗装面曲率算
出手段は、算出した曲率に基づいて塗装面の性状，すな
わち、鮮映性の三種類の質感の評価を行うための補正量
を出力する。この補正量を取り入れてストライプパター
ン画像を処理すれば、測定塗装面が平面でもあるいは曲
面であっても、正確な鮮映性を測定することができるこ
とになる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００２３】図１は、本発明にかかる塗装面性状測定装
置の光学系の概略構成図である。本発明装置では、絞り
８を回折限界近傍まで絞っているために、ぼけの原因と
なる結像に望ましくない光束は全て制限される。この結
果、焦点を合せた被写体面の前後どこでも結像として鮮
明に捕らえることができるようになり、被写界深度が飛
躍的に大きくなる。なお、絞り８を回折限界以下に絞ら
ないのは、回折現象による解像度の低下を防ぐためであ
る。

【００２４】光源２からの光は半拡散板３によって光む
らが解消されてストライプ格子４に透光される。そし
て、ストライプ格子４を通過したむらのないストライプ
パターンの光は凸レンズ５を通って塗装面１に照射さ
れ、その反射光は、受光レンズ７で集光された後絞り８
で望ましくない光が遮光され、絞り８を通過した光だけ
がＣＣＤ素子９にとらえられて結像される。なお、受光
レンズ７，絞り８，およびＣＣＤ素子９はＣＣＤカメラ
６を構成している。

【００２５】このときには、絞り８によって上記のよう
に被写界深度が著しく増大しているので、被写体の位置
がどこであろうとピントが合うことになり、受光レンズ
７を移動させたりその焦点距離を変えたりすることなく
ストライプ格子４と塗装面１の両方にピントを合わせる
ことができる。これにより塗装面１のうねりの大小を同
時に測定することができるようになる。また、被写界深
度が極めて大きくピントがどこにでも合うために、凸レ
ンズ５との関係においてストライプ格子４を塗装面１か
ら疑似的に無限遠以上（ストライプ格子４の結像がＣＣ
Ｄ素子９の反受光レンズ側後方で行われる状態）に離す
ことができる。これによって、感度をさらに上げること
ができるようになる。さらに、絞り８は回折限界程度の
非常に小さい口径となっているので、外乱光をほとんど
遮断することができるようになり、その結果測定が外乱
光の影響を受けることがなくなる。このようにして本装
置を塗装面１から離しての測定を可能としている。

【００２６】図２は本発明による塗装面性状測定装置の
一例を示す構造図で、同図（Ａ）は主にその内部構造を
示す正面図、同図（Ｂ）はその底面図である。なお、図
１と共通の部分には同じ符号を付している。

【００２７】この塗装面性状測定装置２５は小型軽量の
ハンディータイプの測定ヘッドであって、光の出入口と
なる開口１２をもつケーシング１１を備えている。この
ケーシング１１内には、投光側に光源２、半拡散板３、
ストライプ格子４、鏡１０および凸レンズ５が、また受
光側にはＣＣＤカメラ６を構成する受光レンズ７、絞り
８およびＣＣＤ素子９が順にそれぞれ光軸を基準として
配列収納されている。光源２はハロゲン電球２ａと反射
鏡２ｂで構成され、またストライプ格子４は例えばスト
ライプパターンが印刷されたガラス板からなっている。
こうして、投光側からストライプパターンが塗装面１に
照射されその反射光が受光側のＣＣＤカメラ６によって
撮像されるようになっている。なお、ＣＣＤカメラ６で
撮像された反射ストライプパターンは内蔵モニター１３
の画面に表示されるとともに外部コネクター１４を介し
て図示しない鮮映性を数値化し記録する演算処理装置等
に出力されるようになっている。

【００２８】概略以上のような構造をもつ本測定ヘッド
２５の各構成要素の詳細について以下に順に説明する。
まず、本測定ヘッド２５の光学系から説明する。受光側
の絞り８は、光の回折限界近傍まで絞られた直径０．２
〜０．３mm程度のピンホール絞りであって、同じＣＣＤ
カメラ６内の受光レンズ７とＣＣＤ素子９との間に配置
されている。前述したように、この非常に小さい絞り８
によって、結像がぼける原因となる望ましくない光束が
すべて遮光されるため、焦点を合わせた被写体面の前後
どこでも結像として鮮明にとらえることができるように
なり、被写界深度が飛躍的に大きくなる。そしてこの絞
り８による被写界深度の飛躍的増大によって、被写体の
位置がどこであろうとピントが合うようになり、受光レ
ンズ７を移動させたりその焦点距離を変えたりすること
なくストライプ格子４と塗装面１の両方にピントを合わ
せることができるようになる。その結果、塗装面１のう
ねりの大小に対応する鮮映性の三質感（平滑感、肉持
感、光沢感）を同時に精度良く測定することができるよ
うになる。この他、絞り８により被写界深度が著しく増
大したことで、再度後述するが、感度のさらなる向上お
よび感度の調節が可能になり、また測定ヘッド２５を塗
装面１から離しての非接触の測定が可能になる。なお、
ピンホール８の直径を回折限界以下に小さくすると回折
現象によって解像度が低下するため、好ましくない。

【００２９】次に投光側の光学系について説明する。こ
の光学系に含まれる凸レンズ５は感度を上げるためスト
ライプ格子４を疑似的にできるだけ遠くに置くようにす
るためのものであって、この凸レンズ５を入れることに
よってストライプ格子４を無限遠にあるように見せかけ
ることが可能になり、感度を上げつつ装置２５を小型化
できるようになっている。さらに、前述のように絞り８
によって被写界深度が極めて大きくピントがどこにでも
合うため、凸レンズ５との関係においてストライプ格子
４を任意の適当な位置に置くことができ、ストライプ格
子４の位置を、このストライプ格子４の結像がＣＣＤ素
子９の後方側となるような位置に設定すれば、人間には
ぼけて見えないけれどもストライプ格子４を塗装面１か
ら疑似的に無限遠以上に離すことが可能になる。これに
よって感度がさらに一層向上する。また、本実施例で
は、鏡１０を設けて光路をかせぎ、より一層装置の小型
化を図っている。なお、以下、本実施例において「スト
ライプ格子４を塗装面１から疑似的に無限遠以上に離
す」との意味は、「ストライプ格子４の像がＣＣＤ素子
９の後方側で結像される」ことを意味するものとする。

【００３０】また、本実施例では、光源２について、図
３に示すように、従来の場合と違ってハロゲン電球２ａ
を反射鏡２ｂの焦点よりも若干遠くに配置し、光がいっ
たん集光した後広がる集光型の光源を構成している。こ
れは、塗装面１は通常曲面であるため、従来の平行光線
を発するスポット型の光源では塗装面の曲りによる角度
の変化により照射面の端が中心部に比べて暗くなりがち
であるため、光源の光線の方向に幅を持たせることによ
り曲面あるいは測定時の塗装面との角度の誤差に対して
より安定した明るさを確保するためである。この集光型
光源２の配光角はたとえば４０°以上であり、スポット
型のもの（配光角０〜１０°）に比べ大きくなってい
る。

【００３１】光むらを解消させるための半拡散板３は、
従来使用していた拡散板と違って小さな散乱角の範囲内
で入射光を拡散透過させるもので、例えばすりガラスや
ピントガラス等を使用する。この半拡散板３は、図３に
示すように、光源２からの光の集光点Ｃの手前に配置す
る。拡散板と半拡散板との光軸上での光透過率を比較す
ると、拡散板で約４５％、半拡散板で約８５％（ともに
実測値）である。このように、半拡散板は拡散板と異な
り光を直進させる作用をある程度有するため、ストライ
プ格子４に照射される光軸方向の光量の減少は比較的小
さくてすむ。そのため、半拡散板３を用いることによっ
て従来より小さな容量の光源２で測定に必要な明るさを
確保することができる。また、本実施例では三枚の半拡
散板３を使用してむらを十分になくすようにしている。
このように適当な枚数の半拡散板３を使用することによ
り、光量を確保しつつむらのない光をストライプ格子４
に照射することができる。

【００３２】次にこの測定ヘッド２５の構造について説
明すると、まず、光の出入口としてのケーシング１１の
開口１２に透明ガラス１５が取り付けられ、測定ヘッド
２５自体が密閉構造になっている。これにより、塵等が
測定ヘッド２５内部に侵入して光学系を汚染し装置の性
能低下をきたすことが防止される。なお、このとき、測
定ヘッド２５は自由足１６により塗装面１から離れた位
置に支持されるため、図４に示すようにガラス面からの
反射光はＣＣＤカメラ６に入射しない。そのため、開口
１２を透明ガラス１５で塞いでも測定は可能である。こ
の他、直接塗装面１に接触させて測定するタイプの装置
の場合には、図示しないが、ガラス面が光軸に対して直
角になるようガラスを逆Ｖ字形に配置して密閉すれば、
結像に望ましくないガラス面での反射はなくなるため、
ガラスで密閉しても測定することができる。

【００３３】また、測定ヘッド２５の底面には四本の自
由足１６が取り付けられている。この自由足１６は、先
端がボールジョイントの旋回自在のスイベル式の足先
で、しかも脚部がばね内蔵の伸縮自在の構造をもってい
る。先端部にはフェルトが取り付けられており、測定時
に塗装面１を傷つけないように配慮している。このよう
に自由足１６は足先が旋回自在のスイベル式でしかも脚
部が押すと縮む伸縮自在のものであるため、塗装面１が
曲面であっても足先の向きと脚部の長さを適当に調節す
ることにより塗装面１からの反射光を常にＣＣＤカメラ
６でとらえることができる。なお、このように足１６を
設けることで測定に際しヘッド２５を塗装面１から離す
ことができるが、前述のようにＣＣＤカメラ６内の絞り
８は回折限界程度と非常に小さいので、開口１２からの
外乱光は絞り８によりほとんど遮断され、外乱光による
影響はなくなり、したがって測定ヘッド２５を塗装面１
から離して測定することが可能になる。

【００３４】さらに、本実施例では、操作スイッチ取付
基板２０にタイマー回路が組み込まれており、一定時間
操作スイッチが操作されないと自動的に光源２やＣＣＤ
カメラ６、モニター１３等の内部機器への電源供給が切
れ、操作スイッチが操作されると直ちに電源が入るよう
になっている。

【００３５】次に、本発明にかかる塗装面性状測定装置
の画像処理を司る演算処理装置の概略構成について説明
する。この演算処理装置は、図５に示してあるようなブ
ロックから構成される。

【００３６】画像メモリ３０は、ＣＣＤ素子９からの画
像を記憶するものであり、塗装面１を介して反射された
一枚のストライプパターン画像を記憶するものである。
本実施例においては、このストライプパターン画像は円
形としてあるが、これ以外の形状，例えば通常のカメラ
のファインダーの視野と同様に長方形であっても差し支
えない。なお、この画像メモリ３０はストライプ画像入
力手段として機能する部分である。輪郭線抽出部３２
は、画像メモリ３０に記憶されているストライプパター
ン画像に画像処理を施してそのストライプパターン画像
の輪郭線のみを抽出する部分である。この輪郭線の抽出
には、公知のエッジ法などを用いている。この輪郭線抽
出部３２は、輪郭線抽出手段として機能する部分であ
る。放物線近似部３４は、輪郭線抽出部３２によって抽
出された輪郭線の画像から、その輪郭線部分のデータに
最小二乗法を適用して、この輪郭線を放物線に近似させ
る処理を行う。塗装面曲率演算部３６は、放物線近似さ
れた輪郭線から、その放物線の４つの頂点を求め、この
４つの頂点からストライプパターン画像のつぶれ具合を
演算し、塗装面１の曲率を演算する。放物線近似部３４
と塗装面曲率演算部３６とによって塗装面曲率算出手段
を構成している。

【００３７】また、この塗装面曲率演算部３６は、算出
された塗装面の曲率に応じて、平滑感（ゆず肌）、肉持
感（ちりちり感）、光沢感（つや感）等、鮮映性を表す
三種類の質感を算出するための補正値を出力する機能も
併有している。本発明装置では、鮮映性を定量的に表す
ために、入力したストライプパターン画像に設定される
画像処理エリア内のストライプの黒白の境界部分の乱れ
具合を測定している。この画像処理は本発明の要旨とは
直接関係がないので詳述はしないが、たとえば、塗装面
１が平面である場合に画像メモリ３０に記憶されるスト
ライプパターン画像は図６（Ａ）に示すような円形状の
画像となり、この画像に対しては、同図（Ｂ）に示すよ
うな画像処理エリアが設定されることとなって、この画
像処理エリア内のストライプの乱れを具合を測定する。
一方、塗装面１が曲面である場合には、画像メモリ３０
に記憶されるストライプパターン画像は図７（Ａ）に示
すように平面の場合とは異なって楕円形状となり、この
画像に対しては、同図（Ｂ）に示すような画像処理エリ
アが設定されることとなって、この画像処理エリア内の
ストライプの乱れを具合を測定する。しかしながら、塗
装面１が曲面である場合には、平面の場合と比較してス
トライプの幅が塗装面１の曲率に応じて細くなってしま
うので、前述の乱れ具合が若干変化することから、鮮映
性の測定精度に悪影響を及ぼすことになる。これは、曲
率に応じて画像処理エリアの大きさが異なってしまうこ
とと、この大きさが異なることに伴う倍率の変化に起因
するものである。

【００３８】このような不具合を解消するために、図８
に示すような画像が記憶された場合には、この画像を縦
横方向にスキャンして輝度値の変化が大きい部分を輪郭
として輪郭線を抽出し、この抽出した同図（Ｂ）に示す
ような輪郭線に基づいて鮮映性の測定を行なう方法もあ
るが、このような方法を採ったとしても、実際のストラ
イプ像の大きさと抽出された輪郭線の大きさとは異なっ
てしまうことと、曲面の場合にはこの誤差が増幅されて
しまうことから、放物線近似部３４では、抽出したスト
ライプパターン画像の輪郭線を正確に再現する放物線近
似の処理を行い、塗装面曲率演算部３６には、曲率の相
違によるこのような測定精度の低下が起こらないよう
に、演算された曲率に応じた補正値を出力させる機能も
持たせてある。

【００３９】このように構成してある演算処理装置は、
図９に示すフローチャートに基づいて塗装面の曲率を演
算する。まず、画像メモリ３０は、ＣＣＤカメラ６によ
って捕らえられたストライプパターン画像を記憶する。
この記憶される画像としては、塗装面１の状態に応じて
図１０の（Ａ）に示すような鮮明なストライプが写し出
されているものや、同図（Ｂ）に示すように境界面に乱
れが生じているものや、同図（Ｃ）に示すように全体的
にチリチリ感のあるものなどがあるが、本実施例におい
ては、図１０（Ｂ）に示す画像に類似している図９
（Ａ）に示す画像を例示し、ストライプパターン画像の
輪郭は図示の通り円形状であるとする（Ｓ１）。次に、
輪郭線抽出部３２は、画像メモリ３０に記憶されている
ストライプパターン画像を上下方向にスキャンして、ス
トライプパターン画像の輪郭線を抽出する処理を行う。
この処理は、輝度値がある値を越えているかどうかをス
トライプパターン画像を構成する全ての画素に対して判
断し、ある値を越えている画素のみを抽出するものであ
る。この処理は同様に、ストライプパターン画像を左右
方向にスキャンしても行われる。この処理が行われる
と、同図（Ｂ），（Ｃ）に示すような画像が得られる。
これらの画像は、図示されていないが、輪郭線抽出部３
２の記憶装置に一時記憶される（Ｓ２）。そして輪郭線
抽出部３２は、上下方向のスキャンによって得られた輪
郭線の抽出画像と、左右方向のスキャンによって得られ
た輪郭線の抽出画像とのＡＮＤをとって合成する処理を
行う。この処理によって同図（Ｄ）に示すようなストラ
イプの影響を受けていないストライプパターン画像の輪
郭線のみが抽出されることになる。つまり、ストライプ
パターン画像と背景との輪郭を示す線のみが抽出される
ことになる（Ｓ３）。

【００４０】以上の処理によって、不連続的に輪郭線の
抽出をすることができたわけであるが、断片的な曲線か
らではストライプパターン画像の形状や円のつぶれ具合
などを把握することは非常に困難であるので、放物線近
似部３４においては、ほぼストライプパターン画像の輪
郭に近似した輪郭を再現すべく次のような処理を行う。
放物線近似部３４は、輪郭線抽出部３２によって算出さ
れた図９（Ｄ）の輪郭線画像に基づいて、輪郭線を構成
する各画素の座標データから最小二乗法を用いた放物線
近似処理を行う。この放物線近似の処理を行うことによ
って、断片的に存在している輪郭線から連続的な輪郭線
が形成できる。この放物線近似処理は、具体的には、Ｓ
２のステップで得られた上下方向及び左右方向の輪郭線
に関するデータの内、上側半分のデータ、下側半分のデ
ータ、右側半分のデータ、左側半分のデータをそれぞれ
用いて不連続部分の放物線近似を行う処理である。この
ような処理を行うことによって、図９（Ｅ），（Ｆ）に
示したようなストライプパターン画像の輪郭線を再現す
ることができるようになる（Ｓ４）。塗装面曲率演算部
３６は、放物線近似部３４によって算出された輪郭線か
ら、図９（Ｇ）、（Ｈ）に示すようにＸ軸方向及びＹ軸
方向の両頂点をそれぞれ求め、この求めた４つの頂点に
基づいて塗装面１の曲率を求める（Ｓ５）。

【００４１】本発明においては、この塗装面１の曲率を
求める処理が特に重要であるので、次に、この処理を図
面を参照しつつ詳細に説明する。

【００４２】本発明にかかる塗装面性状測定装置の光学
系モデルを図１１に示してあるが、この図において光軸
を傾けてあるのは、塗装面１を基準に光学系を描いてい
るからである。図中ａは、塗装面１とＣＣＤカメラ６の
受光レンズ７との距離を示し、ｂは、凸レンズ５と受光
レンズ７との距離を示し、ｃは、凸レンズ５と塗装面１
との距離を示している。なお、塗装面１に凹レンズを疑
似的に配してあるが、塗装面１の曲率を考慮すると、光
学的に凹レンズを配したのと同様になるからである。円
形状の輪郭線を有するストライプパターン画像の塗装面
１の曲率による凹レンズ（ｆ＝−ｒ＝−Ｒ／２）ででき
る像位置をｄとすると、 （１／ｃ）−（１／ｄ）＝１／−ｒ であるから、 ｄ＝ｃ・ｒ／（ｃ＋ｒ）となる。

【００４３】像の大きさの比をＫｒとすると、Ｋｒ＝ｄ
／ｃ＝ｒ／（ｃ＋ｒ）となる。

【００４４】ＣＣＤカメラから見た像の大きさの比Ｋｃ
は、カメラからの距離が変化するためにＫｒとは同一に
はならない。ここで、像の大きさの比Ｋｃを求めると、 Ｋｃ＝Ｋｒ・ｂ／（ａ＋ｄ）＝｛ｒ／（ｃ＋ｒ）｝ ・ｂ／ａ＋｛ｃ・ｒ／（ｃ＋ｒ）｝＝ｂｒ／（ａｃ＋ｂ
ｒ）となって、ＫｃよりＲ（＝２ｒ）を求めると、Ｋｃ
（ａ・ｃ＋ｂ・ｒ）＝ｂｒより、Ｒ＝｛２ａ・ｃ／（ａ
＋ｃ）｝・Ｋｃ／（１−Ｋｃ）となる。

【００４５】したがって、横方向の塗装面の曲率Ｒ＝
｛２ａｃ／（ａ＋ｂ）｝・（ｄｘ／平面時のｄｘ）／
｛１−（ｄｘ／平面時のｄｘ）｝で求めることができ
る。なお、ｄｘは、図９（Ｇ）に示したような２頂点間
の距離である。塗装面曲率演算部３６は、このような補
正式を演算することによって塗装面１の曲率を算出して
いる。

【００４６】また、塗装面曲率演算部３６は、このよう
にして求めた曲率に基づいて鮮映性測定のための補正値
を演算して出力する機能をも有しているのは前述の通り
であるが、この補正値は次のようにして求めている。

【００４７】図１２に示すような光学系において、塗装
面１が１゜傾いたときの塗装面上でのストライプのズレ
量をΔＧ、像のズレ量をΔＳ、凸レンズ５からストライ
プ像までの距離をＳＬとする。

【００４８】ΔＳ＝ｔａｎ２゜×（ＳＬ−ｃ）で表すこ
とができ、 塗装面上のストライプのズレ量 ΔＧ＝ΔＳ・｛ａ／（ＳＬ−ｂ）｝・１／ｃｏｓα ＝ｔａｎ２゜・（ＳＬ−ｃ）・｛ａ／（ＳＬ−ｂ）｝・
１／ｃｏｓα 塗装面が曲面である場合には、ΔＧ＝ｔａｎ２゜・（Ｔ
Ｌ−ｃ）・｛ａ／（ＴＬ−ｂ）｝・１／ｃｏｓα ここで、ＴＬは、［｛ＸＬ・ＦＬ／（ＸＬ＋ＦＬ）｝−
ｃ］・ｒＬ／［Ｒ−２・［｛ＸＬ・ＦＬ／（ＸＬ＋Ｆ
Ｌ）｝−ｃ］］＋ｃ である。

【００４９】したがって、ストライプのズレ量ΔＧは塗
装面１の曲率に応じて変化するが、この式を見れば明ら
かなように、曲率が小さくなると、ΔＧも小さくなっ
て、ストライプ歪みの検出感度が低下する。これは、塗
装面１が曲面になると、ストライプの歪みが平面のとき
よりも小さく見えてしまうからである。このように、曲
率が小さくなるにしたがって測定結果は実際の平滑感よ
りも良好となってしまうことになる。塗装面曲率演算部
３６は、このように曲率に応じて感度が悪化するのを補
償するための補正量を出力する。この補正量と算出され
た曲率との関係は図１３のグラフに示すようになる。塗
装面曲率演算部３６は、このグラフに示す関係を記憶し
た記憶装置を備えており、算出された曲率に応じてこの
グラフを参照し、この参照の結果に応じて補正量を出力
することになる。

【００５０】以上の実施例においては、ストライプパタ
ーン画像の輪郭の変形具合から塗装面１の曲率を算出す
る手法を例示したが、これ以外にも、画像メモリ３０に
入力されているストライプパターン画像のストライプ間
隔の変化具合に基づいて塗装面１の曲率を演算すること
ができる。

【００５１】以下に、ストライプの間隔に基づいて塗装
面１の曲率を算出する手法について説明する。

【００５２】この手法を実現するための装置構成は、図
５に示した輪郭線抽出部３２及び放物線近似部３４に代
えて図６（Ｂ）に示したと同様の画像を生成するストラ
イプ配置間隔演算部を設ける。このストライプ配置間隔
演算部は、このような画像処理を行うのみならず、得ら
れた画像における各ストライプの配置間隔を算出する機
能をも持っている。また、塗装面曲率演算部３６を有し
ているのは第１の実施例の場合と同様であるが、ストラ
イプ配置間隔演算部によって演算されたストライプの配
置間隔に基づいて塗装面１の曲率を算出する点が第１の
実施例の場合とは異なっている。本実施例に用いられる
光学系は第１の実施例と同様の構成である。図中、ＴＬ
は、塗装面１が曲面である場合に形成されるストライプ
像の位置、ｆＬは凸レンズの焦点距離、−ｒＬは凹レン
ズの焦点距離である。

【００５３】ストライプ像の倍率をＡＲとすると、 ＡＲ＝ＴＬ／ＸＬ・｛ａ／（ＴＬ−ｂ）｝ ここで、ＴＬ＝［｛ＸＬ・ｆＬ／（ＸＬ−ｆＬ）｝−
ｃ］・Ｒ／［Ｒ−２［｛ＸＬ・ｆＬ／（ＸＬ−ｆＬ）｝
−ｃ］］＋ｃである。

【００５４】以上の式を見れば明らかな通り、塗装面１
の曲率Ｒが変化すると、この変化に応じて倍率ＡＲも変
化することになる。この曲率の変化に対するストライプ
幅の変化の関係は、図１５に示すような関係となってい
て、ストライプ配置間隔演算部は、このグラフに示す関
係を記憶した記憶装置を備え、算出された曲率に応じて
このグラフを参照し、この参照の結果に応じて曲率を演
算することになる。そして、この算出された曲率に応じ
て塗装面曲率演算部３６から補正量が出力されるのは、
第１の実施例と同様である。

【００５５】なお、本発明によれば、前述のように、絞
り８によって被写界深度が飛躍的に増大しピントがどこ
にでも合うようになるため、塗装面１の性状に応じて感
度を可変にすることが可能になる。すなわち、測定精度
を上げるため一般に感度はなるべく大きく設定するが、
塗装面１がたいへん乱れている場合（長波成分が多い場
合）には、ＣＣＤカメラ６でとらえられるストライプ像
が大きく乱れて隣のストライプどうしがくっついてしま
い、画像解析が極めて困難になる場合がある。そこで、
塗装面１の凹凸に長波成分が多い場合には感度を下げて
ストライプ像の乱れを抑制する一方、短波・中波成分が
多い場合には感度を上げてストライプ像の乱れを強調し
うるようにすることが望ましい。このような感度調節を
実現する方法としては、例えば、第一に、ストライプ格
子４を可動式にしてこれを光軸に沿って移動させうるよ
うにすること、第二に、凸レンズ５のほかに図示しない
もう一枚の出し入れ自在の補助凸レンズをストライプ格
子４と塗装面１との間に配置し、補助凸レンズの出し入
れにより焦点距離を切り換えうるようにすること等が考
えられる。そして、どちらの方法においても、ＣＣＤカ
メラ６でとらえた画像を判定して、長波成分が多いとき
にはストライプ格子４を凸レンズ５に近づく方向に移動
させあるいは補助凸レンズを出す方向に動かし、また短
波・中波成分が多いときにはストライプ格子４を凸レン
ズ５から遠ざかる方向に移動させあるいは補助凸レンズ
を入れる方向に動かして、塗装面１の性状に応じて自動
的に感度調節を行いうるようにすることも可能である。

【００５６】このように、本実施例によれば、ＣＣＤカ
メラ６の絞り８を光の回折限界近傍まで絞って被写界深
度を飛躍的に大きくしたので、被写体の位置がどこであ
ろうとピントが合うようになり、受光レンズ７を移動さ
せたりその焦点距離を変えたりすることなくストライプ
格子４と塗装面１の両方にピントを合わせることができ
る。したがって、塗装面１のうねりの大小、つまり鮮映
性の三質感を同時に測定することが可能になる。

【００５７】また、本実施例では、上記のように被写界
深度が極めて大きくピントがどこにでも合うため、凸レ
ンズ５との関係においてストライプ格子４を任意の適当
な位置に置くことができるため、ストライプ格子４を適
当な位置に配置すればストライプ格子４を塗装面１から
疑似的に無限遠以上に離すことができる。したがって感
度をさらに上げることが可能になる。

【００５８】さらに、本実施例では、上記のように絞り
８が光の回折限界近傍まで絞られているため外乱光もほ
とんど遮断されるので、外乱光による影響を受けること
はなくなる。したがって、測定ヘッド２５に足１６を取
り付け、塗装面１から離して測定することが可能にな
る。また、足を取り付けないで測定ヘッドをロボットに
持たせて自動的に非接触な測定を行うことも可能とな
る。

【００５９】また、上記のように絞り８により被写界深
度が著しく増大しピントがどこにでも合うようになるた
め、塗装面１の凹凸の程度に応じた感度調節を行うこと
が可能になる。したがって、例えばストライプ格子４を
可動式にしたりあるいは凸レンズ５に加えて出し入れ自
在の補助凸レンズを設けるなどして感度を変えうるよう
にし、どんな乱れた塗装面でも、また平らな塗装面でも
感度を調節して同じように測定することが可能になる。

【００６０】また、本実施例によれば、光むらを解消す
るためにすりガラス等の半拡散板３を使用したので、ス
トライプ格子４に照射される光軸方向の光量の減少が少
なくてすみ、従来より小さな容量の光源２で測定に必要
な明るさを確保することができる。よって、測定ヘッド
２５の小型化や省エネ化を図ることができるほか、装置
の小型化に必要な発熱対策にも寄与することになる。

【００６１】さらに、本実施例では、光源２を集光型に
したため、塗装面１が曲面の場合に照射面の端の光量が
増加し、曲面に対してより安定した明るさを確保するこ
とができる。

【００６２】また、本実施例では、ケーシング１１の開
口１２に透明ガラス１５を取り付けて測定ヘッド２５を
密閉構造にしたので、塵等の侵入による性能低下のおそ
れはない。よって、取扱いが楽になり、雰囲気が悪い場
所での使用が可能になる。

【００６３】さらに、本実施例では、測定ヘッド２５に
タイマー回路を組み込んで一定時間スイッチが操作され
ないと自動的に電源が切れるオートパワーオフ機能を付
加したので、光源２やＣＣＤカメラ６、モニター１３等
の内部機器の寿命が延び信頼性が向上するほか、省エネ
にもなる。また、発熱が減るため発熱対策が不要にな
り、装置構成の簡素化・軽量化が図られる。

【００６４】そして、本実施例では、以上のように構成
された測定ヘッド２５は極めて小型軽量であるため、手
持ちによりボディーのどこでも測定することができる。
その際、モニター１３を見ながら測定場所を選ぶことが
できる。

【００６５】加えて、本実施例のように塗装面の曲率に
応じた補正が自動的に行えるようにしたために、鮮映性
の程度を評価する三つの数値、すなわち、平滑感（ゆず
肌）を表すもの、肉持感が肉持感（ちりちり感）を表す
数値、光沢感が光沢（つや感、コントラスト）を表す数
値を塗装面の曲率によらずに正確に表すことができるよ
うになる。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の第１の構成
によれば、ストライプパターン画像の歪み具合によって
塗装面の曲率を正確に演算することができるようにな
る。

【００６７】そして、第２の構成においては、ストライ
プの幅に基づいて塗装面の曲率を正確に演算することが
できるようになる。

【００６８】さらに、第３の構成においては、第１及び
第２の構成に基づいて演算された塗装面の曲率に応じ
て、鮮映性を測定するための補正値を出力する構成とし
たために、曲率の程度に応じて発生する測定誤差を理論
上ほぼ０に近付けることができ、測定精度が飛躍的に向
上することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による塗装面性状測定装置の光学系の構
成図である。

【図２】本発明の一実施例による塗装面性状測定ヘッド
の構造図である。

【図３】図２の光源の構成図である。

【図４】図２の実施例の説明に供する図である。

【図５】本発明装置における演算処理装置の概略構成ブ
ロック図である。

【図６】塗装面が平面である場合に、図５に示した画像
メモリに記憶される画像の一例とその画像処理領域を示
す図である。

【図７】塗装面が曲面である場合に、図５に示した画像
メモリに記憶される画像の一例とその画像処理領域を示
す図である。

【図８】本発明装置によって行われる画像処理の過程を
示す図である。

【図９】本発明装置によって行われる曲率算出のための
処理過程を示すフローチャートである。

【図１０】塗装面の性状の相違によって画像メモリに記
憶される画像の相違の一例を示す図である。

【図１１】塗装面の曲率がストライプパターン画像の輪
郭の歪みに基づいて算出される過程を光学的に説明する
ための図である。

【図１２】塗装面の曲率がストライプの歪み感度に与え
る影響を説明するための図である。

【図１３】図５の塗装面曲率演算部に記憶されている塗
装面の曲率とストライプ歪み感度との関係を示す図であ
る。

【図１４】塗装面の曲率がストライプの間隔に基づいて
算出される過程を光学的に説明するための図である。

【図１５】図５の塗装面曲率演算部に記憶されている塗
装面の曲率とストライプ幅との関係を示す図である。

【図１６】従来技術の説明に供する図である。

【図１７】本発明の基礎となる測定方法の原理の説明に
供する図である。

【図１８】従来の光源の一例を示す構成図である

【図１９】従来技術の説明に供する図である。

【図２０】従来技術の説明に供する図である。 １…塗装面 ２…光源 ３…すりガラス ４…ストライプ格子 ５…凸レンズ ６…ＣＣＤカメラ ７…受光レンズ ８…絞り ９…ＣＣＤ素子 １０…鏡 １１…ケーシング １２…開口 １３…モニター １５…透明ガラス（透明板） １６…自由足 ２５…測定ヘッド（塗装面性状測定装置） ３０…画像メモリ ３２…輪郭線抽出部 ３４…放物線近似部 ３６…塗装面曲率演算部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め設定された照射領域からストライプパ
   ターンを塗装面に照射しその反射光の乱れを観測して塗
   装面の鮮映性を測定する塗装面性状測定装置において、 当該塗装面に照射されたストライプパターン画像を入力
   するストライプ画像入力手段と、 当該ストライプ画像入力手段によって入力されたストラ
   イプパターン画像の輪郭線を抽出する輪郭線抽出手段
   と、 当該輪郭線抽出手段によって抽出されたストライプ画像
   の輪郭線の形状を、前記ストライプパターンが平坦な塗
   装面に照射された場合に前記輪郭線抽出手段によって抽
   出されるであろうストライプ画像の輪郭線の形状と比較
   することで当該輪郭線の歪み具合を演算し、前記塗装面
   の曲率を算出する塗装面曲率算出手段とを有することを
   特徴とする塗装面性状測定装置。
2. 【請求項２】ストライプパターンを塗装面に照射しその
   反射光の乱れを観測して塗装面の鮮映性を測定する塗装
   面性状測定装置において、 当該塗装面に照射されたストライプパターン画像を入力
   するストライプ画像入力手段と、 当該ストライプ画像入力手段から入力されたストライプ
   パターン画像中のストライプ配置間隔を演算するストラ
   イプ配置間隔演算手段と、 当該ストライプ配置間隔演算手段によって演算されたス
   トライプ配置間隔を、前記ストライプパターンが平坦な
   塗装面に照射された場合に前記ストライプ配置間隔演算
   手段によって演算されるであろうストライプ配置間隔と
   比較することで前記塗装面の曲率を算出する塗装面曲率
   算出手段とを有することを特徴とする塗装面性状測定装
   置。
3. 【請求項３】前記塗装面曲率算出手段は、算出された塗
   装面の曲率に応じて当該塗装面の性状を正確に評価する
   ための補正量を出力する機能を有していることを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載の塗装面性状測定装
   置。