JPH0763677A - 表面反射特性測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外装材等の材料の表面性状を測定し、施行後
の性状を推定、評価する。 【構成】 リングライト１４、楕円体ミラー２０、全反
射鏡２２、光検出素子３４を有し、ステンレス鋼板等の
測定対象にリングライト照明１４より光を照射し、その
反射光を楕円体ミラー２０等を経由することにより任意
の受光角、方位角にて測定して拡散反射輝度から表面の
特性を推定する。又、反射光を測定する際、被測定材を
自動回転ステージ上に載せ、該ステージと直結された記
録紙回転ステージを同時に回転させ、任意の方位角で測
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス鋼板やアル
ミ板等の光学的な表面性状をオンライン又はオフライン
で計測する技術に係り、特に、例えば屋根や外壁等建築
構造物の外装材等、あるいは電車、飛行機、自動車の外
板等として用いられる材料の表面性状を評価する表面反
射特性測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼板やアルミ板は、その高い
耐候性、耐腐食性や表面美観が良いこと等の特徴から、
近年多くの建築物の外装材として使用されてきている。
その際には、一定寸法のパネル板を貼り合わせて施行さ
れるので、各パネル毎の表面反射特性が異なると、遠方
よりその建築物を見た場合、壁面や屋根等がまだら模様
に見えることになり、美観上問題となる場合もある。

【０００３】又、太陽光が、外装材に反射して眩しく感
じられる場合もある。例えば、屋根の反射が航空機運行
時や、航空官制時の障害になるので、この場合も眩しさ
を抑えた表面反射特性（防眩性）が要求される。

【０００４】そのために、表面に細かい、すじ模様を付
加したヘアライン仕上げステンレス鋼板や、化学処理に
より色調を付けたカラーステンレス鋼板等が開発されて
外装材としても使用されている。このような鋼板では、
表面の眩しさを減少させ、且つ色調そのものを均一化す
る試みがなされているが、材料そのものの耐食性、耐候
性の観点からは、例えば建築用材料としての特性は不充
分である。

【０００５】このような観点から、材料の成分を調整し
た高耐食性ステンレス鋼板が開発されている。それらの
鋼板では、例えば、クロムやモリブデンの量が規定され
ている。更に防眩性を良くする意味から表面光沢を抑え
るために、放電ダル加工ロールやＹＡＧレーザ加工とエ
ッチングを組み合わせた加工法により作製されたロール
を用いて圧延することにより、鋼板表面にダル仕上げを
施し、酸洗工程を付加して表面を白色化し、色調を安定
させることもなされている。

【０００６】このような材料及びプロセスでは、使用す
るロールの条件、例えば初期の粗さの条件、ロール使用
時間に応じて変化する摩耗状況及び酸洗の条件等によっ
て、材料表面の微細形状や屈折率変化に起因して反射状
況が変化するために製造ロットやコイル毎に、又場合に
よってはコイル内長手方向の場所により、色調が異なる
場合がある。

【０００７】そこで、従来は、ライン内での目視による
監視や、一定間隔毎にサンプルを切り出して、屋外での
目視検査が行われていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、定量評価を行うことができず、目視検査
を行う者による差異も生じる。屋外検査の場合には太陽
光の位置や天候にも影響を受ける等の問題も生じる。
又、サンプル切り出しのための作業負荷増大、歩留りの
低下、更にはコイルの巻き戻し工程が加わる等、生産効
率を悪化させるという問題点もある。

【０００９】以上のような問題を解決するためには、効
率の良い光学的測定手段によるオンライン又はオフライ
ン測定を導入して定量評価する必要がある。

【００１０】これに対しては、既に、本発明者等は、特
願平１−２５００７４において、光沢や白色度を測定
し、表面の反射特性を測定するための方法として、鋼板
のオンライン表面性状測定方法を、又特開昭６１−１３
４６３６において、酸洗鋼板の白色度を測定するための
鋼板表面の変色度測定方法を提案している。

【００１１】これらの方法では、ＪＩＳに規定されたパ
ラメータに相当する値をオンラインで測定することがで
きる点で有効であるが、外装用材料の色調や防眩性等の
反射特性を測定するためには、これらのパラメータでは
対応が付かないという問題点があった。

【００１２】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、外装材等として用いられる材料の表
面性状を評価し、生産の効率化及び製品品質の安定を計
ることのできる表面反射特性測定方法及び装置を提供す
ることを目的とする。

【００１３】本発明は又、測定と同時に記録でき、測定
時間を大幅に短縮し、迅速な測定を行うことのできる表
面反射特性測定装置を提供することを第２の目的とす
る。

【００１４】

【課題を達成するための手段】本発明は、材料の表面性
状を評価する表面反射特性測定方法において、光源から
の光の、材料表面における反射光強度を、任意の方向か
ら、任意の受光角、視野角で測定し、反射光輝度値や、
その分布を求め、該材料を外装材等に使用する場合の、
施行後の色調むらや防眩性を推定し、管理指標として用
いることにより、前記目的を達成したものである。

【００１５】本発明は又、材料の表面性状を評価する表
面反射特性測定装置において、被測定対象である材料表
面に一定の照度で光を照射する照明手段と、該材料の測
定点が焦点の１つに位置するように材料を内包する、内
面が鏡面である楕円体ミラーと、該楕円体ミラーの他の
焦点に位置し、角度及び方位角を自動調節可能な全反射
鏡と、該材料の測定部位を規定するレンズ系、アパーチ
ャ等から成る光学系と、該光学系より導かれる、該材料
からの反射光強度を検出するための検出素子と、該検出
された信号を処理し、且つ前記全反射鏡の角度等を制御
するための処理・演算装置と、該処理・演算装置による
演算結果を出力する出力装置と、を備えたことにより、
同様に前記目的を達成したものである。

【００１６】本発明は又、材料の表面性状を評価する表
面反射特性測定装置において、被測定対象である材料表
面に、一定の照度で光を照射する照明手段と、該材料
を、一定の速度で回転させる自動回転ステージと、該材
料からの反射光強度を、視野角を規定して検出するため
の光学系を有する光検出素子と、該光検出素子を移動さ
せて受光角を変更可能にするための受光角設定機構と、
該光検出素子からの検出信号を入力し、且つ記録するた
めの記録計とを備えたことにより、同様に前記目的を達
成したものである。

【００１７】

【作用】外装材の場合、例えば、それらを使用する建築
物の建造場所や構造が決まると、太陽との相対的位置関
係、建築物を実際に見る人間との位置関係が定まる。従
って、太陽光の材料表面への入射角と、人の目と材料表
面とのなす受光角が定まることになる。

【００１８】前述したように、従来このような施行後の
材料パネルの配置を考慮して屋外での目視評価のための
検査がなされている。即ち、色調が明から暗まで、異な
るパネルを標準サンプルとして評点付けをしておく。例
えば評点５から１のようにして５枚のパネルを用意して
おき、実際のパネルを比較して標準サンプルと近い評点
をそのパネルの評点とする。この際、人間の目では一定
の視野角での反射光強度、つまり太陽光の反射光輝度を
相対的に比較していることになる。

【００１９】従って、光源、被測定材、受光器等の相対
的位置関係、即ち入射角や受光角の条件、視野角や光源
スペクトル、受光波長等の条件を定めて、輝度測定を行
うことにより、目視評点に相当する定量評価が可能であ
ると考えられる。又、外装材の場合、見る方向も広範囲
にわたることから、受光する方向、即ち方位角を自由に
選び、任意の方向から測定できるようにする必要があ
る。

【００２０】そこで、本発明者等は、実際に見る方向に
よって目視評点の異なるサンプルを用意して、入射角、
受光角、視野角、方位角等の条件を変化させて反射光輝
度の測定を行い、以下の知見を得、これに基づいて本発
明がなされた。

【００２１】図１は、本発明の基本原理を示す、鋼板の
反射輝度測定系の斜視図である。ここでは、被測定物１
６としてダル仕上げステンレス鋼板を使用した。図１に
おいて、ハロゲンランプ１０の光を多数の光ファイバを
束ねた光ファイバ束１２で導き、ファイバ先端を円周状
に配置したリングライト照明１４により被測定物１６を
照射する。ファイバ端からの光は一定の広がり角を有す
るが、その中心方向と鋼板とは垂直の関係とした。鋼板
からの反射光を受光角αを７０°として異なる方位角β
にて輝度計１８により輝度測定を行った。測定には視野
角２°、受光の分光感度が中心波長として５５５nmの輝
度計を用いた。光源の照度の条件を一定にしておき、各
サンプル鋼板の測定輝度の単位は［Ｃd ／ m² ］として
測定される。

【００２２】ダル仕上げステンレス鋼板の場合、表面の
金属光沢を押える処理がしてあるので、光の正反射成分
は小さくなり、逆に０°入射７０°受光のように、表面
の拡散反射成分が多くなるので、その値を測定して、表
面の色調の違いを顕著に識別することができた。屋外で
の目視検査も太陽光の反射光を、浅い角度、例えば図１
の光学系とほぼ同様な７０°〜８０°の条件にて行われ
ている。

【００２３】図２は、屋外での目視評点と上記光学系に
よる測定値との対応の一例を示すグラフである。これよ
り、両者には、直線的な相関が見られ、輝度測定が目視
検査に代替可能であることが確認された。

【００２４】又、この鋼板を外装材として使用する際の
条件を想定して、別の受光角で測定したり、見る方向を
変えた場合を考慮して別の方位角で測定することも必要
となるが、予め、これらの条件で得られている目視評点
と良好な対応関係が得られることも確認された。例え
ば、図３は、図１の測定系により、方位角βを１０°ず
つ変化させて全周方向から測定した反射輝度を方位角β
に対して表したものである。これにより、輝度分布が真
円でなく、あるパターンを有することから、反射が一様
でないこと、即ち見る方向によって異なることがわか
る。

【００２５】こうした測定を行うことによって、鋼板の
反射特性の異方性を定量的に把握することができた。

【００２６】以上の知見に基づき、本発明は、材料表面
に光源より光を照射し、その反射光強度を、任意の受光
角、任意の方位角で測定し、反射光輝度値や、その分布
を求め、該材料を外装材等に使用する場合の、色調むら
や防眩性を推定するものである。

【００２７】又、本発明においては、内面が鏡面である
楕円体ミラーを使用し、その焦点の位置に測定対象面と
全反射鏡面を配置し、任意の方位角、受光角で反射光強
度値が迅速に測定可能となるようにしている。

【００２８】又、自動回転ステージを用い、これと記録
紙回転ステージとを直結機構により直結した場合には、
市販の記録計を利用して任意の受光角、方位角での反射
光強度値を測定し、反射方向性パターンを迅速に得るこ
とができる。

【００２９】

【実施例】以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００３０】図４は、本発明の表面反射特性測定装置の
第１実施例を示す斜視図である。

【００３１】図４において、被測定物（例えばステンレ
ス鋼板）１６にハロゲンランプ１０からの光を、バンド
ルファイバ１２でリングライト照明１４へ導いて照射す
る。被測定物１６の測定点は、内面が鏡面である楕円体
ミラー２０の焦点のうちの１つに位置し、他の焦点位置
には全反射鏡２２を配置する。この全反射鏡２２には、
受光角α及び方位角βをそれぞれ調節するための機構２
４及び２６が付随している。調節機構２４は、全反射鏡
２２を支える軸のまわりに回転させて受光角αを調節す
るものであり、調節機構２６は、全反射鏡２２を支える
軸の軸受を有するリングを水平面内で回転させ、方位角
βを調節するものである。

【００３２】α及びβを、ある角度に設定した時、被測
定物からの反射光は、楕円体ミラー２０及び全反射鏡２
２に反射して、アパーチャ２８を内蔵するミラー等の光
学系３０、視感度補正フィルタ３２を経由して光検出素
子３４により、その強度が検出される。

【００３３】本実施例においては、内面が鏡面である楕
円体ミラー２０が使われ、その２つの焦点の位置にそれ
ぞれ被測定物１６と全反射鏡２２が配置されているの
で、受光角αと方位角βを順次変化させることで、受光
角と方位角の異なる反射光強度値が迅速に測定可能とな
る。

【００３４】光検出素子３４により検出された信号は、
処理・演算装置３６により処理されて、出力装置３８に
出力される。

【００３５】アパーチャ２８としては開口を固定して、
例えば２°視野に測定角（視野角）を一定としても良い
し、又可変方式として測定角を変化させた時のデータを
採取可能としても良い。又、視感度補正フィルタ３２
は、人間の目の視感度に対応するスペクトル分布を有す
るものであり、感度のピークはおよそ５５５nmである。

【００３６】又、装置全体は検出ヘッド部４０に納めら
れているため、可搬式として被測定物１６に接触させて
測定することや、検出ヘッド部４０の構造を変えて非接
触方式とすることにより、被測定物が走行している場合
にでも使用することが可能である。

【００３７】図５は、本発明の表面反射特性測定装置の
第２実施例を示す斜視図である。

【００３８】図５において、図４の第１実施例と同様
に、被測定物（例えばステンレス鋼板）１６にハロゲン
ランプ１０からの光を、光ファイバ束１２でリングライ
ト照明１４へ導いて照射する。被測定材は回転速度が一
定な自動回転ステージ４２上に載っており、測定中に回
転し、方位角が変化するように、回転ステージ制御系４
４により制御されている。この自動回転ステージは、プ
ーリ４６、タイミングベルト４８等のような直結機構を
介して記録紙回転ステージ５０に直結されており、その
ステージ上に記録紙が固定してセッティングされる。従
って、測定中には、記録紙は被測定材と同一速度で回転
することになる。被測定材からの反射光は、アパーチャ
を内蔵するレンズ等の光学系３０、視感度補正フィルタ
を経由して光検出素子３４により、この強度が検出され
る。アパーチャ、光学系等を有する光検出素子は、一体
となって受光角設定機構５２に保持されており、受光角
素子を０°〜９０°の範囲で任意に設定可能である。但
し、リングライト照明１４にかかる部分のみ死角とな
る。光検出素子３４により検出された信号が、変換・増
幅回路５４を経て、記録計５６へ入力される。

【００３９】又、アパーチャや視感度補正フィルタの条
件は第１実施例と同様である。

【００４０】図６に、本発明により測定された反射光輝
度の方位角依存性を表わすグラフを示す。図６に示すよ
うに、図３に示す結果と同様のパターンが得られてお
り、測定及び出力に要する時間は大幅に短縮された。

【００４１】なお、リングライト照明を用いた理由は照
明の背後から、即ち受光角αが０°の場合も測定が可能
になるからである。α＝０°で測定することで正反射に
近い条件での反射の方向性パターンを測定可能となるか
らである。他の方法として、ハーフミラーを利用して、
横方向から光を入れて、直角に光路を曲げて照射するこ
ともできる。参考としてリングライト照明の構造は図７
に示すように、バンドルファイバの各ファイバがリング
状に埋め込まれて配置されたものである。

【００４２】

【発明の効果】例えば、ダル仕上げステンレス鋼板の製
造プロセスにおける表面検査工程に、本発明の装置を適
用する場合、酸洗処理後の表面検査場で、ラインを停止
させ鋼板静止状態でインライン測定を行うか、非接触方
式としてオンライン連続測定を行うことによって鋼板全
長の表面反射特性を測定することも可能となる。

【００４３】前者の場合、屋外での目視による定性的な
評価に代わって、任意の方向からの反射輝度パターンを
定量的に迅速に行うことができ、屋外目視評価のための
サンプル切り出し、巻き戻し等の工程を省くことができ
生産の効率化を図ることができる。

【００４４】又後者の場合では、同様のメリットの他、
操業条件への迅速なフィードバックを行うことによって
製品品質のより安定した生産が可能であり、新しい表面
凹凸パターンを有するような新製品を開発する際の評価
にも利用することができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本原理を示す、鋼板の反射輝度測定
系の斜視図

【図２】目視評点と輝度測定値との対応を表わすグラフ

【図３】反射光輝度の方位角依存性を表わすグラフ

【図４】本第１実施例の装置の概略構成を示す斜視図

【図５】本第２実施例の装置の概略構成を示す斜視図

【図６】本発明により測定された反射光輝度の方位角依
存性を表わすグラフ

【図７】リングライト照明の説明図

【符号の説明】

１０…ハロゲンランプ １２…光ファイバ束 １４…リングライト照明 １６…被測定物 １８…輝度計 ２０…楕円体ミラー ２２…全反射鏡 ２４…受光角調節機構 ２６…方位角調節機構 ２８…アパーチャ ３０…光学系 ３２…視感度補正フィルタ ３４…光検出素子 ３６…処理・演算装置 ３８…出力装置 ４０…検出ヘッド部 ４２…自動回転ステージ ４４…回転ステージ制御系 ５０…記録紙回転ステージ ５２…受光角設定機構 ５４…変換・増幅回路 ５６…記録計

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】材料の表面性状を評価する表面反射特性測
   定方法において、 光源からの光の、材料表面における反射光強度を、任意
   の方向から、任意の受光角、視野角で測定し、 反射光輝度値や、その分布を求め、 該材料を外装材等に使用する場合の、施行後の色調むら
   や防眩性を推定し、管理指標として用いることを特徴と
   する表面反射特性測定方法。
2. 【請求項２】材料の表面性状を評価する表面反射特性測
   定装置において、 被測定対象である材料表面に一定の照度で光を照射する
   照明手段と、 該材料の測定点が焦点の１つに位置するように材料を内
   包する、内面が鏡面である楕円体ミラーと、 該楕円体ミラーの他の焦点に位置し、角度及び方位角を
   自動調節可能な全反射鏡と、 該材料の測定部位を規定するレンズ系、アパーチャ等か
   ら成る光学系と、 該光学系より導かれる、該材料からの反射光強度を検出
   するための検出素子と、 該検出された信号を処理し、且つ前記全反射鏡の角度等
   を制御するための処理・演算装置と、 該処理・演算装置による演算結果を出力する出力装置
   と、 を備えたことを特徴とする表面反射特性測定装置。
3. 【請求項３】材料の表面性状を評価する表面反射特性測
   定装置において、 被測定対象である材料表面に、一定の照度で光を照射す
   る照明手段と、 該材料を、一定の速度で回転させる自動回転ステージ
   と、 該材料からの反射光強度を、視野角を規定して検出する
   ための光学系を有する光検出素子と、 該光検出素子を移動させて受光角を変更可能にするため
   の受光角設定機構と、 該光検出素子からの検出信号を入力し、且つ記録するた
   めの記録計と、 を備えたことを特徴とする表面反射特性測定装置。