JPS61292509A - 非接触式粗度測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は船舶外板や建造物壁面などの運搬不能な物体
表面を含む各種被測定面に対して非接触状態で粗度を測
定しうる非接触式粗度測定装置に関する。

〔従来の技術〕

表面粗度の代表的な測定方法としては、一般に触針法、
光学的方法、電気容量法などが知られている。

触針法は、被測定面に触針を接触させた状態で一定方向
に定速度移動させたときに生じる該触針の上下動より粗
度を求める方法であり、１ｐ以下の微細領域から１００
μを超える粗い領域まで広範囲の粗度測定が可能である
ことなどから現在のところ最も汎用されている。

また光学的方法は、光波干渉法、光切断法、鏡面反射率
を利用する方法、シーン現象を利用する方法、陰影法な
どに分けられ、これらのうち１００μを超える粗い領域
まで広範囲の粗度測定に利用できる方法としては陰影法
が挙げられる。この陰影法は、被測定面に斜め方向から
光照射した際に生じる凸部の影の長さを測定し、この影
の長さと光の入射角とから凸部の高さを算出する方法で
あり、従来では暗ボックス内に設置した目盛り付き回転
テーブル上に被測定物を載置してその表面に斜め上方か
ら可視光線を照射して生じた影の長さを真上から目視ま
たは顕微鏡によって上記目盛りから読み取る手段が採用
されている。なお、前記シーン現象とは粗面に対する入
射光の角度を次第に大きくしていった際にある入射角で
反対側の同角度に強い正反射光が現われる現象であるが
、これを利用できる粗度範囲は一般に１１ＩＭ以下に限
られている。

さらに電気容量法は、被測定面上に一定面積の電極板を
被せ、被測定面の凹凸によって該電極板との間に生じる
空隙をコンデンサーとみなしてその静電容量を測定し、
この測定値より被測定面と電極板との平均間隙を求めて
これを凹凸の平均深さとする方法であり、粗度測定範囲
は一般に０．８〜８Ｐ程度である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記各種測定方法のうち、１００μを超える粗度領域ま
で広範な測定が可能な方法としては既述のように触針法
と光学的方法中の陰影法とがある。

しかしながら、触針法に使用される粗度測定装置は、測
定物が軟質である場合には測定できず、しかも一般的に
振動に弱いことから持ち運びが不能であるものが多く、
例えば船舶外板や建造物壁面などの運搬不可能な物体表
面についてはそのレプリカを作製して間接的に測定する
必要があるため、非常に手間がかかり、迅速性を欠くと
いう問題がある。またこのような装置を仮に携帯型とし
た場合でも傾斜面、垂直面、下向き面等では測定不能で
あって、やはり上記レプリカが必要となる。

さらに触針法では一回の操作で得られるのは被測定面の
一方向における２次元の粗度情報に過ぎず、３次元の粗
度情報を得るには異なる方向について繰り返し測定せね
ばならず、作業性に難がある。

一方、従来の陰影法に使用されている既述構成の粗度測
定装置では、回転テーブルを回転させることによって３
次元の粗度情報を得ることが可能であるが、測定物は暗
ボックス内に収容できる大きさのものに限られ、前記触
針法の場合と同様に運搬不能な物体表面および巨大物体
表面についてはそのレプリカを作製して測定する必要が
あり、加えて陰影の読み取りが容易でなく熟練を要する
と共に精度的にも信頼性に乏しい。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明者らは、上述状況に鑑みて鋭意検討を重ねた結
果、陰影法を利用する粗度測定において、特定構成の携
帯可能な陰影画像記録装置にて被測定面の複数方向の光
照射による陰影画像を撮影記録し、この陰影画像に基づ
いて粗度を算出する手段によれば、運搬不可能な物体表
面および巨大物体ノ表面についてもレプリカを作製する
ことなく容易に粗度測定が可能であり、しかも三次元の
粗度情報が迅速に得られ、また被測定面が傾斜面。

垂直面、下向き面などであっても撮影に要するごく短時
間だけ上記記録装置を保持すればよいからさほど困難を
伴わず、かつ粗度の算出に際して拡大した画像を使用で
きると共に近年進歩の著しい画像処理技術を応用できる
ことから高い測定精度が得られることを知り、この発明
をなすに至つｆ。

すなわち、この発明は、被測定面に異なる方向から斜め
に平行光に近い可視光線を照射する複数の光源と、この
照射面を撮影する撮影機と、被測定面を外光から遮断す
ると共に上記光源および撮影機を一体的に固定した遮蔽
枠体と、上記光源用バッテリー電源とからなる携帯可能
な陰影画像記録装置、ならびに該記録装置にて記録され
た画像の陰影に基づいて粗度を算出する装置を備えてな
る非接触式粗度測定装置に係る。

［発明の構成・作用〕 この発明の非接触式粗度測定装置は、携帯可能な陰影画
像記録装置と、これによって記録された画像の陰影に基
づいて粗度を算出する装置とから構成される。すなわち
、測定物が船舶外板や建造物壁部等の運搬不能なもので
ある場合は、該測定物が存在する現場へ上記陰影画像記
録装置を携行し、被測定面の陰影画像を直接撮影すれば
よい。

このとき、撮影に要する時間は数秒程度の極めて短時間
であるから、被測定面が傾斜面、垂直面。

下向き面等であったり高所に位置していてもさほど困難
を伴わず、かつ他の作業に及ぼす影響も少なくて済み、
また同時に多数の部位について記録をとることができる
。そして、記録画像からの粗度の算出はのちほど適当な
場所で行えばよく、しかも上記画像は一般的なデータ資
料として扱え、携行、保管、郵送、複写、コンピュータ
への記録など゛が自在である。

第１図はこの発明の粗度測定装置における陰影画像記録
装置の構成例を示す電気配線図を付記した概略平面図、
第２図は第１図の■−■線の断面矢視図である。

図中、１は平面視略正方形かつ側面視略台形で底面側が
開放された光不透過性材料からなる遮蔽枠体であって、
その四周の裾壁部１ａ、Ｉａ・・・のそれぞれ中央に略
円筒状のライト２が固定され、また土壁部１ｂの中央位
置に光学カメラからなる撮影機３が固定されている。そ
して各ライト２は、可視光線りが遮蔽枠体１内のカメラ
３直下の最下位置Ｐに底部平面に対する傾斜角αをもっ
て照射されるように設定されている。また各ライト２の
リード線４はバッテリー電源５に対して切換スイッチ６
を介して接続されており、該スイッチ６の切換にて位置
Ｐに対して順次９００の位相差で配置した４つのライト
２，２・・・のいずれか１つが点灯する。

各ライト２は、第３図で示すように、内部に末端側から
順に光源７、反射ミラー８、スリット板９、レンズ１０
が配されており、光源７から発した可視光線がスリット
板９の細孔９ａおよびレンズ１０を通過することによっ
て平行光に近い光線りとして照射されるように構成され
ている。

上記の陰影画像記録装置にて粗度を求める被測定面の陰
影画像を測定するには、測定物が巨大物体である場合、
位置Ｐが被測定面の中心にくるように遮蔽枠体１を測定
物表面に被せる。これによって被測定面は外光から遮断
されて暗黒となる。

ついで、４つのライト２，２・・・を順次点灯し、その
都度に措影機３にて被測定面を真上から撮影することに
より、９０°ずつ異なる４方向からの陰影画像が得られ
る。

なお、上記例では撮影機２を位置Ｐを中心として９０の
異相差で４ケ所に配置しているが、この発明における陰
影画像記録装置は少なくとも２方向からの陰影画像が得
られるものであればよく、たとえば１８０°異相差で２
ケ所あるいは１２０°異相差で３ケ所などと措影機２の
設置数を変えても差し支えない。また撮影機２としては
光学的カメラ以外Ｉこ磁気カメラ等の磁気記録型撮影機
も使用可能である。さらにライト２としては、照射する
可視光線りが平行光に近いもの、好ましくは拡がり角５
°以下の可視光線を照射し得るものであれば、第３図示
以外の種々の構造を採用でき、場合によってはレーザー
光源も使用可能である。

この発明では陰影画像記録装置にて記録された画像の陰
影に基づいて粗度を算出するが、基体平面上に凸部が疎
に存在するような被測定面の場合、その原理は従来の陰
影法と同様である。すなわち、第４図で示すように、被
測定面１１に対して光線りを傾斜角αで照射することに
より、凸部１２後方に形部１３を生じる。この形部１３
を被測定面１１の真上から見たときの長さ、つまり被測
定面１１の基準面１１ａに沿う方向の長さをＥとすると
、凸部工２の高さｈは７？ｔａｎαで表わされる。

したがって第５図で示すように、撮影機３にて記録され
た陰影画像１４においては陰影１３ａの光軸方向の長さ
ｌ、より画像倍率ｎを補正してｌを求め、これより凸部
１２の高さｈを算出すればよい。

なお、画像倍率ｎは予め大きさが判明している基準物の
撮影画像より測定しておけばよい。

ここで、被測定面１１の粗度を凸部１２の粗度高さＨと
して表わす場合、第５図を例にとると、ｌ！１を測定す
る代わりに、陰影１３ａの面積Ｓを算出し、このＳを光
軸方向に直交する方向に沿った陰影長さｔで除した値Ｓ
／ｌ＝ｌ！２より求めればよい。すなわち、 粗度高さＨ＝Ｓ／　ｔ−’／Ｈ・ｔａｎ　ａ＝　１２／
ｎ−ｔａｎ　ａである。

そして、この発明の粗度測定装置では、陰影画像記録装
置にて光線りの照射方向が異なる複数の画像が得られる
から、粗度は各画像より算出された凸部１２の粗度高さ
Ｈの平均値ｎとして三次元的に表わされる。

この発明において、上述のように画像１４の凸部１２の
陰影面積Ｓから粗度ａを算出する装置としては、画像処
理を行う種々のコンピューター関連装置を利用でき、た
とえば凸部１２の陰影１３ａの輪郭を座標化するディジ
タイザ−や工業用テレビカメラなどの座標入力装置と、
入力座標より上記面積Ｓおよびこれに基づく粗度高さＨ
を算出するようにプログラムした演算装置とを組み合わ
せたものが好適に使用できる。

上記ディジタイザ−による座標入力は、第６図で示すよ
うにディジタイザ−ボード１５上の左下を原点Ｏとする
ＸＹ座標軸を設定し、このボード１５上に画像１４ａを
配置し、カーソル１６を第７図で示すように凸部１２ａ
の陰影１３ａの輪郭に沿って移動させつつ、例えば第８
図で示す入カポインド１７．１７・・・ごとにボタン１
６ａを押してマイクロコンピュータ−などの演算装置に
入力すればよい。そして画像１４ａの他の凸部１２ｂ〜
１２ｈについても同様に座標入力する。なお、入カポイ
ンド１７を多くとるほど測定精度が向上することは言う
までもない。また凸部が非常に微細な場合は前記撮影機
３にて得られたものから拡大した画像を使用すればよい
。

このとき、光線りの照射方向によってはある凸部の陰影
が他の凸部もしくはその陰影に重なることがある。この
ような場合は、上記型なりを生じていない光線りの照射
方向の画像分についてのみ、粗度高さＨを算出して粗度
■を求めればよい。

上述した粗度測定手段は、基体平面上に凸部が疎に存在
するような被測定面、たとえば剥離を生じた塗装面、塗
膜除去処理を経たのちの残留塗膜が存在する物体表面、
この残留塗膜が存在する状態で再塗装を施した塗装面、
粗粒物を含む塗装面などに適用される。

一方、凹凸が密に存在するような被測定面、たとえば砂
状粗面などにあっては、陰影画像記録装置にて得られた
光線りの照射方向が異なる画像のいずれにおいても凸部
の陰影が他の凸部やその陰影あるいは凹面上に重なるこ
とになる。この場合は、画像の陰影より粗度を算出する
装置としてミクロフォトメーターなどの陰影濃度測定装
置を利用できる。

このような陰影濃度測定装置による粗度測定手段は、各
画像についてその基準点より順次ずらせた各位置におい
て上記装置で一方向に走査して第９図で示すように陰影
濃度を求め、これより陰影濃度と距離の自己相関関数を
算出する。そしてこの自己相関関数と相関距離との関係
パターン曲線を、たとえば第１０図で示すように予め粗
度が判明している数種の基準粗面の上記関係パターン曲
線Ｒ，（たとえば粗度５００１ｔＩｎ）、Ｒ２（同３０
０ｐｎ）、Ｒ３（同１００／’ａ）などと比較すること
により、定性的に粗度の近似値を求める。なお、このと
き、各画像の陰影濃度の比較もしくは自己相関関数の比
較より被測定面の凹凸が等方向でない場合は、各画像の
自己相関数の平均値にて上記比較を行って粗度を求めれ
ばよい。

〔発明の効果〕

この発明に係る非接触式粗度測定装置は、被測定面に異
なる方向から光線を照射してその陰影画像を撮影する携
帯可能な陰影画像記録装置と、これにより得られた画像
の陰影に基づいて粗度を算出する装置とから構成される
ものであるから、運搬不能な物体表面および巨大物体の
表面についてもレプリカを作製することなく容易に粗度
測定が可能であり、かつ非接触式であるために軟物質に
対しても適用でき、しかも光線の照射方向が異なる複数
の画像より三次元の粗度情報が迅速に得られ、また被測
定面が傾斜面、垂直面、下向き面であっても撮影に要す
るごく短時間だけ上記記録装置を保持すればよいからさ
ほど困難を伴わずに粗度測定できると共に、他の作業へ
の影響を少なくできる。さらに、この発明の粗度測定装
置では、粗度の算出に際して拡大した画像を使用できる
と共に近年進歩の著しい画像処理技術を利用できること
から、上記算出操作は簡単にかつ短時間で精度よく行え
る。加えて上記画像は一般的なデータ資料として扱える
から、携行、保管、郵送、複写。

コンピューターへの記録などが自在である。

〔実　施例〕 第１〜３図で示す構造の陰影画像記録装置であって、遮
蔽枠体１が一辺６５０ｍｍ（下部基準）で高さ１９０朋
のアルミニウム製、ライト２が１２ＶＡＣ／ＤＣで５０
σ離間位置の明るさ８，０００ルツクスのアルミニウム
製、光線りの傾斜角αが１２であるものを使用し、船舶
の剥離および旧塗膜積層部を有する船底外板の塗装面の
３０×５０ｍｍ範囲を撮影したところ、第１１図Ａ−Ｄ
で示す４枚の陰影画像１４ａ〜１４ｄが得られた。各画
像の光軸方向は図中の矢印で示す如く、画像１４ａ（第
１１図Ａ）は上、画像１４ｂ（第１１図Ｂ）は下、画像
１４Ｃ（第１１図Ｃ）は右、画像１４ｄ（第１１図Ｄ）
は左である。

つぎに、これら各画像１４ａ〜１４ｄにおける凸部１２
ａ〜１２ｈの陰影１３ａ（斜線部）をディジタイザ−に
てマイクロコンピュータ−に座標入力し、それぞれの面
積ｓｃＪ：＋と粗度高さＨ（μ）を求めたところ、下表
の結果が得られた。なお表中の空欄部分は図示から明ら
かなように陰影１３ａに重なりを生じているので算出し
なかった。

上表から明らかなように、この塗装面の粗度Ｈは最大６
１０μ、最小２７７Ｐであることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の粗度測定装置の陰影画像記録装置の
構成例を示す概略平面と電気配線を示す図、第２図は第
１図の■−■線の断面矢視図、第３図は上記記録装置の
ライトの斜視図、第４図は陰影法による粗度算出原理を
示す模式断面図、第５図はこの発明の粗度測定装置によ
る粗度算出原理を示す模式平面図、第６図はこの発明の
粗度測定装置におけるディジタイザ−による座標入力手
段を示す斜視図、第７図は同要部拡大平面図、第８図は
座標入力スポットを説明する要部平面図、第９図はこの
発明の粗度測定装置による陰影濃度に基づく粗度算出に
おいて利用する陰影濃度−基準点からの距離のパターン
図、第１０図は同粗度算出に利用する基準粗面の自己相
関関数−相関距離のパターン図、第１１図Ａ−Ｄはこの
発明の実施例における塗装面の陰影画像図である。 １・・・遮蔽枠体、２・・・ライト（光源）、３・・・
撮影機、１】・・・被測定面、１３ａ・・・陰影、１４
．１４ａ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定面に異なる方向から斜めに平行光に近い可
   視光線を照射する複数の光源と、この照射面を撮影する
   撮影機と、被測定面を外光から遮断すると共に上記光源
   および撮影機を一体的に固定した遮蔽枠体と、上記光源
   用バッテリー電源とからなる携帯可能な陰影画像記録装
   置、ならびに該記録装置にて記録された画像の陰影に基
   づいて粗度を算出する装置を備えてなる非接触式粗度測
   定装置。