WO2007034848A1 - 面歪の測定装置及び方法 - Google Patents

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WO2007034848A1
WO2007034848A1 PCT/JP2006/318671 JP2006318671W WO2007034848A1 WO 2007034848 A1 WO2007034848 A1 WO 2007034848A1 JP 2006318671 W JP2006318671 W JP 2006318671W WO 2007034848 A1 WO2007034848 A1 WO 2007034848A1
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distortion
mirror surface
mirror
pattern
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PCT/JP2006/318671
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English (en)
French (fr)
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Kentaro Sato
Takanobu Saito
Takashi Iwama
Akihide Yoshitake
Mitsuaki Uesugi
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Jfe Steel Corporation
Jfe Techno-Research Corporation
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    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/521—Depth or shape recovery from laser ranging, e.g. using interferometry; from the projection of structured light

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for measuring surface distortion. More specifically, a surface distortion cloth at any observable place on the surface to be measured of a mirror surface or a half mirror surface is optically
  • the present invention relates to an apparatus and a method for measuring surface strain, which are quantitatively measured and evaluated using a means. Background art
  • the above-mentioned distortion occurs at every stage in the middle of a series of processing, such as press forming-assembling-painting a metal plate.
  • press molding there is a risk of distortion due to deformation of the surface of the product subjected to press molding due to elastic deformation after release.
  • foreign matter such as iron powder adheres to the press die
  • distortion occurs in the product that is the object of press molding.
  • the tension of the product changes, which induces distortion.
  • distortion may occur due to force welding.
  • distortion may occur due to thermal deformation caused by baking, uneven coating, and foreign matter adhesion.
  • the mirror image of the background stripe pattern or reinforced earth pattern reflected on the surface of the object is conventionally due to surface distortion.
  • Patent Document 1 is one of the qualitative surface distortion observation methods mainly for large panels of construction fences with a mirror-polished surface. Line width and line reflected on the panel Of the three types of striped pads with different spacing, the size of the surface distortion is determined from the size of the predetermined line width / line spacing with respect to the threshold.
  • Patent Document 2 Patent Document 3
  • Patent Document 4 Patent Document 5
  • the stripe pattern is a reflection pattern on the surface of the glass to be measured or a transmission image inside the glass, and the distortion is evaluated from the amount of distortion, curvature, line width, and line spacing. . ..
  • Patent Document 6 Patent Document .7, or Patent Document 8 discloses an attempt to step up the above observation method and quantify it. These methods attempt to quantify the contrast of the stripe pattern and checkerboard pattern, focusing on the phase shift or the generated moire fringes depending on the amount of distortion.
  • Patent Document 9 discloses a method of detecting uneven micro-defects on a semi-specular painted surface of an automobile body with high sensitivity, although the purpose is slightly different from that of surface strain measurement. .
  • This method scans a slit-shaped diffuse illumination light, determines the timing of the mirror image of the slit on the surface to be measured passing through each point on the target surface by image synthesis, Due to the partial distortion of the timing pattern, There is something to be detected.
  • the method of. Can be used to transfer the 'face ⁇ ' and provides a robust observation method for the target shape.
  • Patent Document 10 has a.; ⁇ Point light source '., Et al., Sequentially project multiple kinds of ⁇ live array patterns for binary code pattern projection.
  • the one set of stripes in the previous stripe arrangement pattern is covered by the light and dark range of one set of stripes.
  • the process of scanning the strip parallel to the stripe in the direction perpendicular to the direction in which the stripe extends is performed simultaneously for all the assembled stripes, and the slip is small.
  • the coordinates of the slit running position at the timing when each pixel shows the maximum luminance is captured over the entire image.
  • the above-mentioned stripe arrangement pattern is sequentially displayed.
  • the fine unevenness distribution obtained by scanning the slit Supplemented with concave 3 ⁇ 4 distribution ', a method of obtaining a fine uneven distribution as a whole is disclosed.
  • the 2 'value code pattern projection method is a multiple-type stripe array pattern, for example, as shown in Fig. 15.
  • the stripe array pattern arranged alternately in light and dark by dividing ⁇ to the power of ⁇ is sequentially projected according to the position: From the pattern that reverses the light, the position is temporarily set as the corresponding binary number. It is a position recognition method that recognizes automatically and recognizes it as a decimal number.
  • Fig. 15 shows the situation when the point light source 1 5 is projected to the reference plane 2 0 in order up to the third order pattern, but it corresponds to the ⁇ th from the left of the bottom 'section' 1
  • the number corresponding to 0 in the decimal number position, and # 7 “7” on the left is the clear “1” for the primary pattern and “1” for the secondary pattern.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-153420.
  • Patent Literature ⁇ 2 JP-A-60-11.940 ⁇ .
  • Patent Document 3 JP-A-1-165907
  • Patent Document 4 Japanese Patent Publication No. 3-135704
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 3-1.999946,
  • Patent Document 6 Japanese Patent Publication No. 7-20059
  • Patent Document 7 JP-A-8-220021
  • Patent Document 8 JP 2004-251878 A
  • Patent Document 9 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-22665
  • Patent Document 10 JP 2005-3409
  • Patent Documents 2 to 5 only visualize the distortion, and the quantification of the measured values was not guaranteed.
  • the measurement results are easily affected by the light and darkness of the projected stripe pattern and checkerboard pattern, and the observable region is the light and darkness of the pattern.
  • the performance was naturally limited, such as being limited to the edge of the edge, and limited spatial resolution due to averaging. ',. ⁇
  • the measurement time is long because of the 'running of the mirror image of one slit', and the timing shift and There was a problem in that a quantitative evaluation formula with the amount of strain was not established.
  • the coordinate value in the slit scanning direction at the timing indicating the maximum luminance is determined by capturing somewhere within the angle 0 shown in FIG. Therefore, although it is easy to perform quantitative measurement of unevenness of several millimeters or more, such as the undulation of a human face, due to the limit of resolution at an angle of 0, for example, a mirror surface or semi-mirror surface such as a car outer plate surface. It was impossible to quantitatively measure the surface strain distribution corresponding to the slight ridges of about several tens / m.
  • at least one of press forming, 'part mounting, assembly, painting, heat treatment, and finished product inspection is performed.In each processing of metal plates, inspection of surface quality defects due to surface distortion is performed.
  • the surface strain distribution at any observable point on the mirror surface or the semi-mirror surface is measured quantitatively and at high speed. 'It is an object to provide an apparatus and method for measuring surface strain that can be measured and evaluated with high accuracy.
  • a pattern display means capable of switching and displaying a plurality of types of light and dark patterns, and a pattern display means reflected on a mirror surface or a semi-specular surface to be measured are displayed on the pattern display means.
  • a surface strain distribution calculating means for calculating the surface strain distribution on the surface to be measured, and a surface strain measuring device on a mirror surface or a half mirror surface, characterized by comprising: '.
  • the invention of the second aspect of the present invention is a device for measuring surface distortion on a mirror surface or a half mirror surface of the first invention, wherein a mirror image image photographed by the photographing means can be displayed as an image.
  • An apparatus for measuring surface distortion on a mirror surface or a semi-mirror surface characterized by comprising an image display means. No. — ⁇ ⁇ ,
  • the processing result and / or the surface distortion calculation result in the middle or final stage of image processing is displayed.
  • a measuring apparatus for measuring surface distortion on a mirror surface or a half mirror surface comprising a display unit for displaying a measurement result that can be measured.
  • a surface distortion measuring apparatus on a mirror surface or a half mirror surface according to any one of the first to third aspects, wherein the pattern display means includes a plurality of types for binary code pattern projection. It is characterized by the fact that a clear pattern can be displayed with a strip arrangement pattern of, a plurality of single slits that scan a range that is greater than or equal to the minimum stripe width, and.
  • This is an apparatus for measuring surface distortion on a mirror surface or a half mirror surface.
  • the fifth invention of the present invention is the apparatus for measuring surface strain on the mirror surface or half mirror surface of the fourth invention, wherein the plurality of types of stripe array patterns are the entire stripe array patterns.
  • a fourth or fifth aspect of the apparatus for measuring a mirror surface or semi-mirror surface upper surface distortion wherein the plurality of slits have a direction in which the slits extend.
  • This is a device for measuring surface distortion on a mirror surface or a semi-mirror surface, characterized by being scanned in the intersecting direction.
  • a seventh invention of the present invention is the surface distortion measuring apparatus on the mirror surface half mirror surface of any of the fourth to sixth inventions, wherein the plurality of types of stripe arrangement patterns and the plurality of slits are provided.
  • the pattern display means is a projector capable of projecting an arbitrary pattern.
  • This is a device for measuring surface distortion on a mirror surface or a half mirror, characterized by being a screen. .: .. ⁇ ';
  • a ninth invention of the present invention is the apparatus for measuring surface distortion on the mirror surface or half mirror surface of any one of the first to seventh inventions, wherein the pattern displaying means is capable of displaying a desired pattern.
  • the tenth invention of the present invention is the apparatus for measuring surface distortion on the mirror surface or half mirror surface of any one of the fourth to ninth inventions, wherein a plurality of types of stripes for the binary code pattern projection method are used.
  • a surface distortion measuring device that calculates a surface distortion distribution from a mirror image of a pattern arrangement pattern, and during switching display of a plurality of types of stripe arrangement patterns, for each pixel of the imaging means, the brightness and darkness of the pixel
  • the appearance order is stored, the coordinate value on the pattern display means corresponding to the storage result of the appearance order is obtained, the obtained coordinate value, the address of each pixel, the image display means, the photographing means, and the measurement object Measurement relationship corresponding to each pixel
  • the coordinate value on the surface of the elephant is obtained, the pattern display corresponding to each pixel, the value of the coordinate on the ⁇ step, and the value of the locus on the surface to be measured corresponding to each pixel.
  • a plurality of slits obtained by scanning a plurality of slits in the apparatus for measuring surface distortion on a mirror surface or a half mirror surface of the invention 1;
  • a device for measuring surface distortion that calculates a surface distortion distribution of a mirror image, and for each 'pixel', during the sliding of the slide, each pixel of the imaging means has a maximum luminance at the timing.
  • the position coordinate value is obtained as a pattern display corresponding to each pixel: the coordinate value on the means, and the obtained coordinate value.
  • the geometrical relationship between the dress, the image display means, the imaging means, and the measurement target From the relevant relationship, the fine surface distortion distribution within the minimum ⁇ trip width is obtained, and the fine surface distortion distribution is displayed as an image.
  • This is a measuring device for surface distortion on a specular surface or half surface.
  • the first invention of the present invention is a mirror image of a plurality of kinds of stripe arrangement patterns for the binary code pattern projection method in the apparatus for measuring surface distortion on a mirror surface or a semi-cylindrical surface of the first invention.
  • the calculation result of the rough surface strain distribution of the surface to be measured, obtained from the image, was obtained from multiple mirror images obtained by scanning multiple slits: the range above the minimum stripe width: above
  • the image processing or surface distortion performed by the surface distortion distribution calculating means.
  • the image processing or surface distortion performed by the surface distortion distribution calculating means.
  • An apparatus for measuring surface distortion on a mirror surface or a half mirror surface comprising: a step of calculating a distribution; and a step of displaying an image of an execution result of one or more of the steps: It is.
  • the surface of the object to be measured is subjected to a second-order differential process. It is a device for measuring surface strain on a mirror surface or a half mirror surface, characterized by calculating the rate of change in inclination and 'quantitatively evaluating the surface strain generation position. :.
  • the fifth aspect of the present invention is a process for displaying a plurality of types of stripe arrangement patterns for binary code pattern projection on a pattern display means capable of displaying an arbitrary pattern; A process of scanning and displaying the grid in a direction orthogonal to the slit extending direction, and a mirror image of the displayed multiple stripe arrangement patterns on the mirror surface or semi-mirror surface of the measurement target surface
  • binary code pattern projection method For each pixel of the imaging means that captures the mirror image captured in the measurement object of the multiple types of stripe array pattern for processing, binary code pattern projection method
  • the appearance order of light and dark at is stored, and the coordinate value on the pattern display means corresponding to the storage result of the appearance order corresponds to each pixel:
  • the value of the obtained coordinates and the address of each pixel The coordinate values on the surface of the measurement corresponding to each pixel are obtained from the geometric relationship between the image display means, the photographing means, and the measurement object, and the pattern display means corresponding to each pixel
  • a process of scanning a plurality of slits in a direction perpendicular to the slit extending direction and displaying them, and a mirror or semi-specular measurement target of the plurality of displayed stripe arrangement patterns The above-mentioned image capturing that captures the image of the mirror image on the measurement object of the process of photographing the mirror image on the surface with the photographing means and the multiple code array patterns for the binary code pattern S shadow method.
  • a method of measuring surface distortion on a mirror surface or a half mirror surface characterized in that: processing, processing for displaying an image of an execution result at the middle stage and / or the final stage of each of the above processes, and : '
  • the seventeenth invention of the present invention is the method of measuring the surface inclination on the mirror surface or the half mirror surface of the first or sixth invention by subjecting the inclination of the surface to be measured to second order differential processing. It is a method for measuring surface strain on a mirror surface or a half mirror surface, characterized by calculating the rate of change of surface tilt and quantitatively evaluating the position and amount of surface strain generation.
  • the surface strain distribution of the metal plate after press forming is determined from the mirror surface or the half mirror surface according to any one of the first to the fourteenth inventions.
  • a metal plate press forming method characterized by using a strain measuring device and a measuring method of surface strain on a mirror surface or half mirror surface of any one of the inventions of No. 15 to 17 is there.
  • the first invention of the present invention is: '. Surface quality derived from surface distortion caused by processing of at least one metal plate of either press forming, component mounting, assembly, painting, or heat treatment or finished product inspection.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the measurement principle of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention (part 1). .
  • FIG. 3 is a diagram showing an embodiment (part 2) of the present invention.
  • "' ⁇ ' Figure 4 is a diagram for explaining the spot padder raster running type which is a kind of clear pattern.
  • Fig. 5A and Fig. 5B are a kind of light and dark patterns; 5 are diagrams for explaining one slit scan. '.
  • FIG. 6 is a diagram showing light and dark patterns used in the present invention, ie, stripe arrangement pattern switching extending in the left-right direction, multi-slitting, and scanning.
  • ⁇ Fig. 7 is shown on the surface to be measured at each stage of code pattern projection corresponding to triply pattern switching using the clear pattern of Fig. 6 and at each stage of multi slit scanning. It is a figure which shows the picked-up image of the dark blue image of a light and dark pattern.
  • Fig. 8A shows a display image that expresses the data (corresponding to the coarse position coordinates in the Z direction) of the pixels obtained by image processing of the captured image at each stage of the code pattern projection of Fig. 7 in light and dark.
  • Figures 8B and 8B show the pixel data obtained by image processing of the captured image at each stage of multi-slit scanning in Fig. 7 (the fine position coordinates within the coarse position coordinate section in the Z direction).
  • Fig. 8C shows the pixel data (corresponding to the fine position in the Z direction) formed by combining the data of the pixels in Figs. 8A and 8B. It is a figure which shows the display image represented with light and dark.
  • Fig. 9 shows a display image showing the result of calculating the surface strain distribution in the y direction from Fig. 8C in light and dark. It is a figure which shows an image. '
  • FIG. 10 is a diagram showing a light / dark pattern according to the present invention, in which a strip arrangement pattern switching and multi-slit scanning extending in the vertical direction are performed. ⁇ ⁇
  • FIG. 11 shows the measurement pairing at each stage of the code pattern projection corresponding to the striped pattern switching with the bright and dark patterns shown in Figure 10 and each stage of the multi-slit scanning. It is a figure which shows the picked-up image of the mirror image of the light-and-dark pattern 'photographed on the surface.
  • FIG. 1 2 shows the pixel data (corresponding to the coarse position in the X direction) obtained by image processing of the captured image at each stage of the code pattern projection of Fig. 1 1 and the multi-slice of Fig. 1 1. Pixels obtained by synthesizing pixel data (corresponding to fine positions in the coarse position category in the X direction) obtained by image processing of the captured image at each scanning stage
  • FIG. 10 is a diagram showing a display surface image representing data (corresponding to a fine position in the X direction) in light and dark. . ⁇
  • Fig. 13 is a diagram showing a display image that expresses the result of calculating the surface strain distribution in the X direction from the data of the pixel in Fig. 12 in light and dark. '
  • FIG. 1 '4 is a view showing an embodiment (part 3) of the present invention.
  • Fig. 15 is a diagram for explaining the principle of the binary code pattern projection method.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example in which the cross-sectional shape and the second-order differential value ′ are associated with each other.
  • FIG. 17 is a diagram showing an entire processing opening in the second embodiment.
  • Fig. 18 A and Fig. 1 ⁇ 8 ⁇ are examples of approximate curves for the first derivative of the cross-sectional shape. ..
  • Fig. 1.9 shows a comparison between the experimental results and the surface strain evaluation results according to the present invention. 'The main symbols in the figure are as follows.
  • ⁇ is the object to be measured
  • 2 is the screen (pattern display means; used in conjunction with the projector)
  • 3 is the TV camera (photographing means)
  • 4 is the flat display (pattern display means)
  • 5 is the striped pattern (light / dark pattern)
  • 6 is a projector (pattern display means; used in combination with a screen)
  • 7 is a slit (part of clear pattern)
  • 10 is a personal computer (surface distortion distribution calculation means)
  • 15 is a point light source
  • 2 0 represents a reference plane
  • 1 0 1 represents a sequence control unit
  • 1 0 2 represents a surface distortion calculation unit
  • 1 0 3 represents an image buffer unit
  • 1 0 4 represents a pattern projection unit.
  • the present invention makes use of the phenomenon that the bright and dark pattern reflected on the mirror surface or semi-mirror surface of the measurement target surface is distorted by surface distortion, and displays a plurality of bright images displayed on the pattern display means (for example, a screen).
  • the pattern display means for example, a screen.
  • 'Dark pattern reflected on the surface of the object to be measured that is, the pattern reflected on the surface of the object to be measured.
  • Mirror images of the multiple light and dark patterns were taken using the shooting means (I [(for example, TV camera)']
  • the processed image is processed to obtain the coordinates of the pattern display means (display surface) corresponding to each point on the surface to be measured, and the surface distortion is calculated based on the measurement principle described below. In addition, this calculation is performed for every observable point on the surface to be measured to obtain the surface strain distribution.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the measurement principle of the present invention. First, the measurement principle of the present invention will be explained using this figure. ..
  • screen 2 is arranged as a pattern display means capable of displaying a “light / dark pattern” on one side of the mirror surface or semi-mirror surface of the surface to be measured 1, On one side, the measurement pattern of the light and dark pattern of '2 screen 2 ⁇ is used as a photographing means at a position where the mirror image on the surface of the elephant can be observed. Observe the mirror image.
  • the coordinate system of measurement object 1 is (x, y, z). It is assumed that screen 2 stands vertically at a position l. (Lowercase L) in the _.y direction from the reference point '0 of measurement object 1.
  • the TV camera 3 is arranged in the + y direction with respect to the reference 'point 0 and separated by L as the projection distance. Assuming that the XY plane is a horizontal plane, the elevation angle when looking up from the reference point 0 to the TV camera 3 is ⁇ , and the corresponding point on the screen 2 when the reference point 0 is viewed by the TV camera 3 is ⁇ .
  • the coordinate system on screen 2 is represented by (X, ⁇ ) with the ⁇ point as the origin.
  • the coordinates of the saddle point on the surface to be measured are (x, y, ⁇ ), and the unit vector indicating the direction of the surface distortion at point A (more precisely, the measurement object causing the surface distortion)
  • the unit vector in the normal direction of the surface (hereinafter referred to as the surface strain unit vector) U is connected as shown in [Expanded view of point A] in Fig. 1.
  • U (s in s in ⁇ , s in ⁇ cos ⁇ , cos ⁇ ), the point when the A point is observed with the TV camera 3 is Clean (1), (2)
  • the equation (1) and (2) can be modified to change the surface strain unit vector in the X direction.
  • Tilt To be precise, the tangent of the angle formed by the orthogonal projection of the plane strain unit vector to the x_z plane with the z axis) Sin ⁇ tan ⁇ and the tilt in the y direction (To be precise, the plane strain unit vector
  • the tangent of the angle that the orthographic projection of the y-z plane makes with the Z axis) cos ⁇ i) tar ⁇ can be found in the form of equations (3) and (4), respectively.
  • This means includes a 'pattern display means capable of switching and displaying a plurality of types of light / dark patterns' and a plurality of' light / dark images displayed on the pattern display means reflected on a mirror surface or a half mirror surface to be measured. Measures to capture the mirror image of the image, and to measure and process the mirror image of multiple bright and dark patterns that have been photographed.Surface distortion distribution calculation means to calculate the surface distortion distribution of the target surface It is realized by a measuring device (first invention of the present invention) comprising: FIG. 2 is a diagram showing an embodiment (part 1) of the present invention.
  • the pattern display means is configured to project the light / dark pattern 5 from the projector 6 onto the screen 2 (the eighth invention of the present invention).
  • the bright and dark pattern 5 projected on the screen 2 is reflected from the specular or semi-specular surface of the measuring object 1 and is reflected on the surface of the measuring object ⁇ .
  • This mirror image is taken by a television camera 3 as an imaging means arranged at a position where it can be observed.
  • the projector 6 and the TV camera 3 are connected to a personal computer (personal computer) 10. No.
  • the computer 10 includes a pattern projection unit 10 4 for sequentially sending a plurality of types of light and dark patterns to the projector 6, an image buffer unit 10 3 for temporarily storing images taken by the TV camera 3, and an image buffer unit 1 0 3 Operation order of the surface distortion calculation unit 10 0 2 that performs image processing on the temporarily stored photographed image and calculates the surface distortion distribution, pattern projection unit 1 0 4, image buffer unit 1 0 3, and surface distortion calculation unit 1 0 2 Or a sequence gun roll section 1 0 1 for controlling the operation time. Therefore, the sequence control unit 1 0 1 controls the Projector 6 can switch and shade and display two or more types of light and dark patterns, and surface distortion calculation unit 102 can operate as a ffi distortion distribution calculation means. is there. ..
  • the former can be easily realized with equipment using liquid crystal or DLP (Digital ⁇ Light Procesing Singing), and the latter with a CCD dryer.
  • the DLP projector performs projection by controlling the reflection angle of a small mirror surface DMD (Digital Micromiirror Device), and can control the light and dark patterns projected at high speed.
  • the number of pixels of these elements can be appropriately selected according to the target measurement accuracy. For example, 10 to 4 76 8 for a projector, 600 X 480 for a TV camera, etc. are sufficient for the purposes of the present invention.
  • the number of pixels of the projector may be about 1 to 2 times each of the vertical and horizontal directions with respect to the number of pixels of the TV camera.
  • FIG. 3 is a diagram showing an embodiment (part 2) of the present invention.
  • the flat display 4 is used instead of the “projector 6 and screen 2” as the pattern display means (the ninth invention of the present invention).
  • Flat display 4 consists of a liquid crystal display, a plasma display, etc., and can display multiple types of light and dark patterns sequentially sent from the pattern projection unit 10 4. on its own display screen.
  • the TV camera 3 may be connected to a monitor TV (not shown), which can be used as an image display means for displaying the captured mirror image as an image ( Corresponding to the second invention of the present invention).
  • a dedicated display (not shown) may be connected to the personal computer 10, and this can be used as an image display means for displaying the mirror image as an image, similar to the monitor television (this book).
  • a measurement calculation result display means for displaying the processing result in the middle stage or the final stage of image processing and the result of calculation of the distortion or surface distortion (third invention of the present invention) Corresponding).
  • the display surface of the pattern display means is arranged perpendicular to the y-axis has been described as an example, but the display surface is not necessarily relative to the y-axis.
  • the optical axis of the TV camera 3 is the surface of the measurement object '1' as shown in Fig. 14 as an embodiment of the present invention (3 of 4). Even if it is arranged in such a way that the display screen of the flat display 4 is orthogonal to the virtual optical axis because it is considered to be specularly reflected, or in any other suitable arrangement, From the geometrical relationship corresponding to each arrangement form, the surface distortion calculation formula (image display means, imaging means. Can be derived and the surface distortion can be calculated using them.
  • the light / dark pattern displayed by the 'pattern display means' is, for example, the above-described simplified surface distortion : (5), (6) on the screen in order to enable the distribution calculation. (Or on the flat display screen)
  • it may be a clear pattern formed by raster inspection of a spot pattern as shown in Fig. '4. Since the mirror image position coordinates correspond to the pixel array on the screen that displays the mirror image, in this case, during spot pattern scanning, the spot pattern at the time when the brightness of the pixel at a certain pixel address becomes maximum. 'the display position of the button, the pixel ⁇ Dore by the data with the scan of the picture element,' original image position coordinates (X, Z) a mirror image position coordinates (X ', y'): the association of Is possible. No.
  • a longitudinally extending slit (7) (horizontal slit) extending in the horizontal direction (X direction) and a vertical direction as shown in FIG. 5B. It may be a light and dark pattern formed by combining slit 7 (vertical slit) extending in the (Z direction) with horizontal scanning.
  • slit 7 vertical slit
  • the original image position coordinate Z of the horizontal slit at the time when the luminance of the pixel of the pixel address reaches the maximum is calculated as the pixel of the pixel address.
  • the original image position coordinate X of the vertical slit at the time when the brightness of the pixel of the pixel address reaches the maximum is the data that the pixel of the pixel address has.
  • the scanning time can be shortened by using a so-called multi-slit in which a plurality of slits are arranged in parallel and at equal intervals.
  • multi-slit there is a problem here.
  • the surface distortion is large, the mirror image is greatly distorted, so in the case of multi-slit, it is not clear which slit image on the mirror image corresponds to which slit on the original image. It is not uncommon for them to end up. In that case, the correspondence between the original image position coordinates ( ⁇ , ⁇ ) and the mirror image position coordinates ', y') is guaranteed to be reliable only within the range divided by the slit. :.
  • a plurality of types of stripe arrangement patterns for the binary code pattern projection method described above may be used as the light and dark patterns in the present invention.
  • '' According to this, it is possible to change the stripe extension ⁇ direction and true intersection in the display area by combining the different types of stripe arrangement patterns and display ffi order of different kinds of stripe arrangement patterns that are displayed sequentially.
  • Binary code pattern which is binary coded so that the position within the interval on the interval is known. Force used The binary code is ⁇ bright '' '(1) and ⁇ (' '(0) at the pixel of each pixel address during the sequential switching display of different types of stripe array pans.
  • the minimum stripe width among the multiple types of stripe arrangement patterns is the minimum unit of the original image position coordinates ( ⁇ , ⁇ ), and This is because, since it is difficult to determine whether the stripe boundary belongs to light or dark, the minimum stripe width cannot be reduced so much, and this has the disadvantage of low resolution.
  • 'stripe width' means the width of one area of one set of stripes
  • the minimum stripe width means the width of one area of light and dark.
  • a plurality of types of clear patterns a plurality of types of stripe arrangement patterns for binary code pattern projection and a plurality of strips for scanning a range of at least the minimum stripe width are used.
  • the stripe array pattern of multiple types should be divided into 2 n equal parts and arranged in a clear and alternating manner.
  • the “multi-slit” multi-slit is scanned in a direction perpendicular to the extending direction of the slit (corresponding to the sixth invention of the present invention).
  • Fig. 6 shows five types of stripe arrangement patterns and one type of multi-slit extending in the left-right direction (X' direction).
  • the “striped pattern” is the “striped array pattern” divided into 2 n equal parts and alternately arranged light and dark.
  • n 1 to 5 is assumed.
  • the multi-slit has multiple slits whose slit interval is the minimum stripe width (the stripe width of the 1/32 stripe array pattern). ) It is arranged with a pick. 1/32 striped pattern It is not unique, but it is difficult to know which stripe on the mirror image corresponds to which stripe on the original image. In some cases, how far the minimum stripe width is reduced can be adjusted as appropriate by human judgment.
  • This multi-slit maintains a minimum stripe width bit in the direction perpendicular to the slit extension, and is greater than or equal to the minimum stripe width, preferably slightly larger than the minimum stripe width.
  • Scan at 1. '3 times the minimum stripe width.
  • the reason why it is preferable to scan slightly larger than the minimum stripe width is that the boundary is reliably scanned and the surface distortion of the same part can be measured reliably.
  • each slit book scans each segment of the minimum stripe width, the mirror image position coordinate y in the same binary code segment corresponding to each segment of the minimum stripe width And the original image position coordinate ' ⁇ ' which can be precisely matched.
  • Fig. 10 shows a strip arrangement pattern and a multi-slit that extend in the vertical direction instead of the strips and multi-strips shown in Fig. 6. .
  • X is replaced with y and X is replaced with Z, so that a rough correspondence between the mirror image position coordinate X and the original image position coordinate X is possible.
  • the number of stripe arrangement patterns and the number of slits before and after the change are the same, but not limited to this, before the change.
  • the number of strip arrangement patterns and / or the number of slits may be different.
  • binary code pattern projection for example, as shown in Fig. 6 and Fig. 10
  • the calculation method is preferably set as follows, for example. .
  • the bright and dark order of appearance is stored, and the corresponding result of the appearance and order is stored.
  • the coordinate value on the pattern display means is obtained, and the coordinates value obtained, the address of each pixel, and the geometrical relationship between the image display means, the photographing means, and the measurement target are determined for each pixel.
  • the corresponding coordinate value on the measurement object table is obtained, corresponding to each pixel, the coordinate value on the pattern display means, and the coordinate value on the measurement object surface corresponding to each pixel. From this, the distribution of the entire surface to be measured (between binary code categories), rough surface 31 is obtained (corresponding to the invention 10 of the present invention).
  • a surface distortion measuring device that calculates surface distortion ⁇ from a plurality of mirror images obtained by scanning a plurality of slits. For each pixel, a slit is being scanned. At the timing when each pixel in the above-mentioned shooting and shadow stage shows the maximum luminance; 5, ⁇ The coordinate value of the position in the running direction of the slit on the button display means corresponds to each pixel. The value of the coordinates on the pattern display means to be calculated, the value of the obtained coordinates, the address of each pixel, the geometric relationship between the image display means and the imaging means, and the measurement target, the smallest stripe Range over width (within binary code category, but the distinction between categories is the switching of multiple types of striped array patterns described above (A1). Obtained by a series of processing after display. Based on the results The fine surface strain distribution is preferably obtained, and the fine surface strain distribution is displayed as an image (first 1 1 of the present invention). It corresponds to the invention).
  • (A3) Complement the calculation result of the rough surface strain distribution of the entire measurement target surface obtained in (A1) with the fine surface strain distribution obtained in (A2), and the fine surface strain distribution of the entire measurement target surface.
  • the coordinate value of the slit in the scanning direction position on the pattern display means is obtained as the coordinate value on the pattern display means corresponding to each pixel.
  • (Ii) Surface distortion ⁇ calculation means Image processing to be performed 3 ⁇ 4 Surface distortion distribution calculation is performed for each pixel of the imaging means during switching display of multiple types of slave array patterns.
  • the light and dark appearance order is stored, and the coordinate value on the previous pattern display means corresponding to the storage result of the appearance order is set as the coordinate value on the pattern display means corresponding to each pixel.
  • each pixel of the photographing means has a maximum luminance during the timing.
  • the padan display The scanning direction position of the slit on the means.
  • the surface strain measuring method is the following series of processing (AS1 to AS6 ) (Corresponding to the fifteenth invention of the present invention).
  • AS3 Processing for photographing a mirror image on the mirror surface or semi-mirror surface of the measurement target surface of the plurality of displayed stripe arrangement patterns with a photographing means.
  • AS4 Binary co-pattern projection? Slave arrangement of multiple types for use (/ pattern; for each pixel of the imaging means that captures the mirror image captured in the measurement target, the brightness and darkness at that pixel The appearance order is stored, and the coordinate value on the pattern display means corresponding to the storage result of the appearance order is obtained as the coordinate value on the pattern display means corresponding to each pixel.
  • the coordinate value, the address of each pixel From the geometric relationship between the rain image display means, the photographing means and the measurement object, the coordinate value on the measurement object surface corresponding to each pixel is obtained, and A process for obtaining a rough surface strain distribution on the entire surface to be measured from: a coordinate value on the corresponding pattern display means and a coordinate value on the measurement target surface corresponding to each pixel. .
  • each pixel when the slit is scanned, each pixel shows the maximum brightness.
  • the coordinate value of the slit in the scanning direction on the pattern display means is It is obtained as a coordinate value on the pattern display means corresponding to each pixel, or the data is further displayed as an image, and for all pixels, the obtained coordinate value, the address of each pixel's image display means and photographing means, Processing to obtain a fine surface strain distribution in the range beyond the minimum stripe width from the geometric relationship with the measurement target. '.:
  • the surface strain measurement method may be as follows. (Corresponding to the 16th invention of the present invention). ...
  • BS1 Processing to display multiple kinds of stripe array patterns for binary code 'pattern projection — method on the pattern display means that can display any pattern.
  • BS2 A process that scans and displays multiple slits in a direction perpendicular to the direction in which the slits extend.
  • BS3 Processing for photographing a mirror image on the mirror surface or semi-mirror surface of the measurement target surface of the plurality of displayed stripe arrangement patterns with a photographing means.
  • BS4 For each pixel of the imaging means that captures the mirror image captured in the measurement target of multiple types of striped array patterns for binary code pattern projection, the order in which the light and dark appear in that pixel is determined. On the pattern display means corresponding to the storage result of the appearance order The process of obtaining the value of the coordinates of the coordinates on the 3 ⁇ 4 pattern display means corresponding to each pixel. (BS5) For each pixel, the slit is scanned at the timing when each pixel shows the maximum brightness during the scanning of the slit. The coordinate value of the direction position is displayed on the pattern display means corresponding to each pixel. Processing to obtain as coordinate value.
  • the surface tilt change table is calculated by second-order differential processing of the surface of the object to be measured, and the surface strain generation position and amount are quantitatively evaluated.
  • the first-order differential value of the cross-sectional shape that is, the inclination of the surface is obtained by the above formulas (5) and 6), and these are approximated by a curve. Furthermore, the approximated line is differentiated to calculate the slope change value (secondary differential value).
  • D ⁇ Derivation of the differential value Repeatedly on the cross section, the second-order differential value distribution of the entire surface is obtained.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example in which cross-sectional shape second-order differential values are associated. In the part where the secondary differential value is negative and minimal (the position surrounded by the solid circle in the figure), the cross-sectional shape is a convex surface. Conversely, the secondary differential value is positive.
  • the cross-sectional shape is a concave curved surface at the portion where the maximum value is reached (the position surrounded by the dotted circle in the figure).
  • the press molding method is also within the scope of the present invention.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Metal products to be inspected using measuring devices and / or measuring methods ⁇ According to the surface quality inspection method, it is possible to sufficiently cope with the speed of products that flow through the production line, which was not possible with conventional technology. In-line inspection is possible, and it is possible to dramatically improve inspection accuracy and inspection efficiency.
  • the surface quality inspection method is also within the scope of the present invention. Corresponds to the nineteenth aspect of the invention) ':
  • Embodiment 1 the restriction from the resolution limit of the angle 6 is eliminated as in Patent Document 10, and depending on the fineness of the pixels of the pattern display means and the photographing means, for example, outside the vehicle It is possible to quantitatively measure and evaluate the surface strain distribution corresponding to slight irregularities of several tens of meters.
  • Embodiment 1 one of the embodiments of the present invention will be disclosed as Embodiment 1.
  • Example 1 using the measuring device shown in FIG. 2, after the automobile steel plate was press-formed, the coated sample was used as the measurement object, and the 16th ⁇ bright measurement ⁇ method of the present invention was used. The surface strain distribution was measured.
  • the measurement direction was two directions, the y direction and the X direction (see Fig. 1).
  • Fig. 1 the measurement direction was two directions, the y direction and the X direction (see Fig. 1).
  • the projector used a DLP projector with 1024 x 768 pixels
  • the TV camera used a CCD TV camera with 600 x 480 pixels. '.
  • Ha First, measurement in the y direction was performed. First, stripe pattern switching (coordinate pattern projection) shown in Fig. 6 is performed, then multi-slit scanning is performed, and a mirror image of the light and dark pattern displayed on the screen on the surface to be measured is displayed on the TV camera. Photographed (processing of (BS1), (BS2), (BS3) above). The photographed mirror image is shown in Fig. 7. '
  • Fig. 8A shows a display image in which the values of the coordinates on the pattern display means corresponding to each pixel (corresponding to the coarse position coordinates in the Z direction) obtained by the processing of (BS4) are expressed in light and dark for all pixels. .
  • Fig. 8B shows a display image in which all pixels are shaded for daylight. ...
  • FIG. 8C shows a display image in which the values of and are combined (corresponding to the fine position coordinates in the Z direction) and expressed in light and dark for all pixels.
  • This synthesis B was subjected to noise processing (processing to remove noise).
  • the present invention includes cases where such noise processing is performed.
  • Z values is applied to Eq. (6) to calculate the y-direction surface strain (co s ⁇ tan ⁇ ) distribution 3 ⁇ 4 over the entire surface to be measured. did.
  • a display image showing the result in light and dark is shown in FIG.
  • the surface strain distribution at any observable point on the specular or semi-specular surface to be measured can be quantitatively measured at high speed. It is possible to measure with high accuracy.
  • one embodiment of the present invention is disclosed as a second embodiment.
  • a measuring device shown in 2 after press forming the steel sheets for automobiles, a coating sample as measured versus green, the measuring method of the invention.
  • the first 4 present invention the surface inclination in the second-order differential treatment child
  • the rate of change (curvature) was calculated, and the position and amount of surface distortion were quantitatively evaluated.
  • FIG. 1 7. is a diagram showing an entire processing opening in the second embodiment.
  • the processing above the one-dot chain line is the same as that in the first embodiment, and the processing below the one-dot chain line (Stepl5 to Stepl.1.7) is newly added.
  • Stepl01 to Stepl06 The coarse correlation described above is performed, and the process from Stepl07 to SieH112 is performed as described above, respectively, by Stepll3 and Stepll4: A value (hereinafter also referred to as a TRiDY value) is calculated.
  • Fig. 1 '8 is a diagram showing an example of an approximate curve for the first derivative of the cross-sectional shape.
  • Figure 18 A shows the distribution of the face inclination around the door handle, and Figure 18 B shows the TRiDY value and the approximate curve at section A—AA. .. ⁇ ;
  • Step'116 the approximated curve f '(x) of the TRiDY value obtained in Eq. (7) is further differentiated as shown in Eq. (8) below, and the second derivative (curvature) f' (X) Ask for. This process is repeated for all cross sections, and the second derivative distribution of the plane is obtained.
  • FIG. 19 shows a comparison of the results of the evaluation of the surface strain according to the experiment and the present invention.
  • FIG. The figure shows the zebra display by experiment on the two sides, and the results of applying the present invention on the right side, so that the two types of steel plates with different materials can be compared.
  • ⁇ ⁇ : 'In the invention, the position and amount of surface distortion can be quantitatively evaluated using the color (or light and shade) map of the second derivative, but surface distortion occurs in zebra observation. It can be confirmed from the density map that surface distortion occurs at the same location as the observed part. '
  • the surface distortion cloth at every observable point on the specular or semi-specular surface to be measured is quantitatively determined.
  • the present invention it becomes possible to measure the surface strain distribution at any point that can be observed on a mirror surface or a semi-mirror surface to be measured quantitatively and at high speed and with high accuracy.
  • the development of the material metal plate to be provided it is possible to accurately evaluate the workability of the material metal plate, evaluate the deterioration of the press mold, and inspect the product metal plate.
  • the development of high-performance metal sheets and their processing methods will increase efficiency and contribute to the yield and quality of product metal sheets.

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Abstract

鏡面乃至半鏡面状の測定対象表面上の、観察可能なあらゆる点での面歪分布を、定量的に、また高速・高精度に測定および評価できる、面歪の測定装置及び方法である。複数種の明暗パタン５を切替えて表示することが可能なパタン表示手段２と、鏡面乃至半鏡面状の測定対象１表面上に写る、前記パタン表示手段に表示された複数の明暗パタンの鏡像を、撮影する撮影手段３と、撮影された、複数の明暗パタンの鏡像画像を画像処理して、測定対象表面の面歪分布を演算する面歪分布演算手段１０とを備える。

Description

明細書 面歪の測定装置及び方法
技術.分野
'本発明は、 面歪の測定装置及び方法に関レ、 .詳しくは、 鏡面乃至半鏡面.の測定 対象表面上の、 観'察可能なあらゆる場所における、 面歪の 布を、 .光学的手段を '用いて定量的に測定および評俩する、 面歪の測定装置及び方法に関する.ものであ る。 背景技術
プレス成形 '塗装後め自動車外'板や塗装された建築用壁面パネル、 あるいは平 面ガラス鏡など、 その表面が鏡面乃至半 面を,なす工業製品は、 表面に所謂 「面 '歪」 ど呼ばれる波打ち状の歪みがあると'、 その歪量がたとえ微小であっても、 写 る背景像が 「光て.こ」 の原理で太きく歪んで見えることにより.、 外観を著しく損' い、 品質上大きなダ'メ ジ..となる。、
上述の歪は、 金属板をプレス成形 -組み立て -塗装する等、 一連の処理を行う 途中のあらゆる段階で発生する。 プレス成形においては、 離型後の弾性変形.によ りプレス成形の対象となった成.品の表面が変形し、 歪が発生する危険性がある。 また、 プレス金型に鉄粉等の異物が付着した場合にも'、 プレス成形の対象となつ た成品に歪が発生する。 また、 プレス成形の途中でプレス成形の対象となった成 品の一部に亀裂やシヮが発生すると、 同成品の張りが変化するため、 歪が誘発さ れる。 組み立てにおいては、 力シメゃ溶接により歪が発生する場合がある。 塗装 においては、 焼付けによる熱変形や塗装ムラ、 異物付着により、 歪が発生する場 合がある。
したがって これら工業製品の材料の評価 · 品質作り こみ · 品質検査など製品 開発 ·製造の現場では、 かねてより面歪分布の定量測定技術が望まれていた。 しかしながら、 数 100mmから数 mの.サイズの対象表面上の 10 μ mから 100 μ m程度の凹凸を、 対象表面全面.に亘つて定量的に形状測定することは極めて.難' しい。 敢えて言えば:、 従来、. レーザ変位計に代表される非接触距離計を用いて'、 対 表面上を xy走査して.微小な形状歪み分布を求.める方法が知られてはいるが、 'あまりに測定時間がかかりすぎ、 実用..的な方法 έ;はなり'えていない。
' これ 対して、 面歪を定性的にパタン観察する方法としては、 従来より、 対象 表面上に写る、'背景のス トライプパタンやチ土ッ力ボード タンの鏡像が、 面歪 によつ.て歪んで見える現象を利用して、 その歪みの程度から面歪を評価する方法 が知られていた。 . . . .
.特許文献 1に開示されている方法は、 主に表面が鏡面塗装ざれだ建築甩の大型 パネルを対象とした定性的な面歪観察方法の一つであり パネルに写った 線幅 及ぴ線間隔の.異な ¾舉種類のス トライプパダンの内、 所定の線幅 ·線間隔の'閾値 に対しての大小から、 面歪の大小を判定しょう とするものである。
また、 特許文献 2、 特許文献 3、. 特許文献 4 ,、' または特許文献 5などに開示さ れた方法は、 主にガラスの表面や内部の歪の観察方法として.提案されたものであ り、 ス トライプパタン乃圭は袼子パタンの、 測 ¾対象ガラス表面の反射像乃至は ガラス内部の透過像 観察し、 その'歪み量 · 曲率 ·線幅 ·線間隔から歪を評価:し よう.とするものである。 . . .
一方、 特許文献 6、，特許文献.7、 または特許文献 8では、 上記の観察方 ¾を 歩推し進めて、—これを定量化しよう とする試みが開示されている。 これらの方式 は、 ス トライブパタンやチェッカボードパタンのコントラス トゃ位相ずれ乃至は 生成されたモアレ縞が歪量によって変化することに着目して、 これを定量化しよ う とするものである。
そして、 特許文献 9には、 面歪測定とは多少目的を異にはするが、 自動車ボデ ィの半鏡面性の塗装面上の凹凸状の微小欠陥を感度良く検出する方法が開示され ている。 この方式は、 スリ ッ ト状の拡散照明光を走査し、 測定対象表面に写った スリ ツ トの鏡像が、 対象表面上の各点を通過するタイミングを画像合成によって 求め、 その凹凸微小欠陥に起因するタイ ミングパタンの部分的な歪から、 欠陥を 検出しよう とするものャある。. の方式は、' 面^の観察にも ト ラ ンスファ可能で あり、 対象の形状に対してロバス トな観察方式を提供する。
特許文献 1 0には .;· 点光源か'.ら、 2値コードパタン投影法用の複数種の^ トラ イブ配列パタンを順次投影して.、 それを撮影し、 画像処理して、 粗い凹凸分布を 求めるとともに、 先のス トライ.プ配列パタンのうちの、 1つのス トライプ配列ノ タンの中の、 1組のス トライブの明暗のカノく一する範囲に όいて、 その.1組のス トライプと平行なスリ ッ.トを、.ス トライプの延びる方向と直交す.る方向に走査さ せる処理を、 全組めス トライプについて同時に.行って、 しかも、..ス リ ッ.小の走査 中、 各画素が最大輝度を示すタイミングにおけるそのスリ ツ ト走查方向位置の座 標の値を、 画像全体にわたって捉え、. 最終的に、.先述のス トライプ配列パタン.を 順次表示して求めた粗い凹凸分布を、 スリ ツ トを走査して求めた精細な凹 ¾分布' で補完し、 全体と して精細な凹凸分布を求める方法が開示されている。
ここで、 2'値コードパタン投影法とは、 図 1 5に示すように、 複数種めス トラ ィプ配列パタン、 例えば、 全体を？の η乗等分,して明暗交互に配列したスト'ライ プ配列パタンを順次投影し、 位置に応じた： 明喑の反転するパタンから、 その位 置を、 対応する 2進数と して一時的に'認識し、 れを最終的に十進数に換算して 認識する、 位置認識法のことである
. 例えば、 図 1 5では、 点光源 1 5から基準面 2 0へ、 3次パタンまで順次投影 したときのようすを示しているが、 一番下の'区分の左から η番目に対応した 1 0 進数位置のうぢ、 一 #左の 「 7」 に対応するものは、 その上に表示されている明 喑パタンのうち、 1次パタンでは明 「 1」、 2次パタンでは明 「 1」、 3次パタン でも明 「 1」 と対応する 2進数として認識し、 22 X l + 22— i x l + S 2— 2 Χ 1 = 7、 同様に、 一番下の区分に対応した 1 0進数位置のうち、 一番左から 2番目 の 「6」 に対応するものは、 その上に表示されている明暗パタンのうち、 1次パ タンでは明 「 1」、 2次パタンでも明 「 1」·、 3次パタンでは暗 「 0」 と対応する 2進数として認識し、 22 X l + 22— i X l + Z 2— 2 Χ 0 = 6、 同様に、 一番下の 区分に対応した 1 0進数位置のうち、 一番左から 3番目の 「5」 に対応するもの は、 その上に表示されている明喑パタンのうち、 1次パタンでは明 「 1」、 2次ノ タンでは暗 「0」、 ' 3次パタンでは明 「 1」 'と対応する 2進数と.'して認識し、 X 1 + 2 2 1 X 0 + 2 2 2 X 1 = 5、 · · · ·という'具合である。
参照した特許文献を、 以下にまとめて記載する。 ' ·
特許文献 1 ： 特開平 11- 153420号公報 .
特許文献 · 2 ： 特開昭 60- 11.940^号公報.
特許文献 3 .： 特開平 1- 165907号公報
特許文献 4 ： 特.開平 3- 135704号公報
, 特許文献 5 .: 特開平. 3- 1.99946号公報.，
特許文献 6 ： 特'開平 7-20059号公報
特許文献 7 ： 特開平 8-220021号公報
特許文献 8 ： 特開 2004-251878号公報
特許文献 9 ： 特開 2002-22665号公報
特許文献 1 0 ：特開 2005-3409号公報
しかし'ながら、 特許文献 2〜 5に開示の技術は、 歪を可視化するだけであり、 測定値の定量化は保証されていなかった。
. ま こ、. 特許文献 6 〜 8に開示の技^では.、 その測定結果は、 投影したス トライ プパタンやチェッカボードパタンの明暗の影響を受けやすく、 また観察可能領:域 がパタンの明暗のェッジ近傍に限定されていたり、 平均化によって空間分解能の 限界があったり と、 その性能には自ずと限界があった。 . '， . · そして、 特許文献' 9に開示の技術では、 ' 1本のス リ ッ トの鏡像の走'耷であるた めに、 測定時間が長く、 また、 タイ ミングのずれと面歪量との定量評価式が確立 していないという点において、 課題を残していた。
さらに、 特許文献 1 0に開示の技術では、 最大輝度を示すタイミングにおける スリ ツ ト走査方向の座標の値を、 図 1 5中に示す角度 0内のどこか、 をとらえて 割り出すようにしているので、 角度 0の分解能の限界上、 例えば人の顔面の起伏 のような数 mm程度以上の凹凸の定量的測定は容易に行い得るものの、 例えば自 動車の外板表面のような鏡面乃至半鏡面の数十/ m程度のわずかな凹 ΰに相当す る面歪分布の定量的測定は不可能であった。 しかも、 プレス成形、'部品取付、. 組み立て、 塗装、 熱処理、 完成品検査のいず れか少なく とも一つを行う.金属板の各処理において、 面歪に由来した表面品質不 具合の検査を行う場合、製造ラインを流れる成品を高速で検査する必要がある力 従來の技術では製造ライ^を流れる成品の速度に対応できず、 ィンラインでの検 査が不可.能であった。 ， . - 本発明'では、. これら従来技術の問題点に鑑み、 鏡面乃至半鏡面.状の測定対象表 面上の、 観察可能なあらゆる点での面歪分布を、 定量的に、 また高速 ' 高精度に 測定および評価できる、 面歪の測定装置及び方 ¾を提供すること,を課題とする。 発明の開示 .. .. . .
本発明の第 1の発明は、 複数種の明暗パタンを切替えて表示することが可能な' パタン表示手段と、 鏡面乃至半鏡面状の測定対象表面上に写る、'前記パタン表示 手段に表示ざれた複数の明暗パタンの鏡像を、撮 ¾する撮影手段'.'と、撮影された、 ' 複数の明暗パタンの、 鏡像画像を、 画像処理し！：、 測定対象表面の面歪分布を演 算する面歪分布演 手段と、 を備えたことを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪 の測定装置である。 ' . '
また本発明の第 :2の発明.は、 第 1、の発明の鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置' において、 前記撮影手段により撮影された、 鏡像画像を、 画像と して表示可能な 画像表示手段を備えたことを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置であ る。ノ. — ■ ■ ,
また本発明の第 3の発明ば、 第 1又は第 2の発明の鏡面乃至半鏡面上の面歪の 測定装置において、 画像処理の途中段階或いは最終段階における処理結果及び 又は面歪演算結果を表示可能な測定演算結果表示手段を備えることを特徴とする 鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置である。
また本発明の第 4の発明は、 第 1乃至第 3の発明のいずれかの鏡面乃至半鏡面 上の面歪の測定装置において、 前記パタン表示手段は、 2値コードパタン投影法 用の複数種のス トライプ配列パタンと、最小ス トライプ幅以上の範囲を走査する、 1本のスリ ッ ト複数本と、 で明喑パタンを表示できるものであることを特徴とす る鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置である。 · ' ■
■ また本発明の第 5の発明は、.第 4の発明の鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置 において、 前記複数種の.ス ト:ライプ配列パタンは、 ス トライプ配列パタン全体を •2 n乗等分して明暗交 Sに配列したものであることを特徴とずる鏡面乃至半鏡 '面上の面歪の測定装置である。 ' ' ' .' · .
.また本発明の第 6の発明は 第 4又は第 5の ¾明の.鏡面乃至半鏡面上め面歪の 測 £装置において、 前記複数本のスリ ッ トは、 スリ ッ 卜の延びる方向と ¾交する 方向に走査されるととを特 mとす 鏡面乃至半.鏡面上の面歪の測定装置である。 また本発明の第 7.め発明は、 第 4乃至第 6の発明のいずれかの鏡面乃 ¾半鏡面 上の面歪の測定装置において、 前記複数種のス トライプ配列パタン及び前記複数 本のスリ ッ ドに替えて、. 延びる方向が前記複数種のス ト イブパタン及び前記複' 教本のスリ ッ トと直交する方向の複数種のス トライプパタン及ぴ複数本のスリ ツ トを用いるこ:とを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置である。.
また本発明の第' 8の発明は、 第 1乃至第 7の 明のいずれかの鏡面乃至半鏡面 上の面歪の測定装置において、 前記パタシ表示手段は、 任意のパタンを投影可能 なプロジェクタとスク リーンどか'.らな'ること.を特徴とする鏡面乃至半鏡 ¾上の面 歪の測定装置である。 .： .. ■ ' ；
. また本発明の第 9の発明は、 第 1乃至第 7の発明のいずれかの鏡面乃至半鏡面 上の面歪の測定装置において、 前記パタン 示手段は、 意のパタンを表示可能 な 7ラッ.トディスプレイ.からなることを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測 定装置である。
また本発明の第 1 0の発明は、 第 4乃至第 9の発明のいずれかの鏡面乃至半鏡 面上の面歪の測定装置において、 2値コ一ドパタン投影法用の複数種のス トライ プ配列パタンの鏡像画像から面歪分布を演算する面歪の測定装置であって、 複数 種のス トライプ配列パタンの切替え表示中、 前記撮影手段の各画素ごとに、 その 画素における明と暗の現出順序を記憶し、 該現出順序の記憶結果に対応する前記 パタン表示手段上の座標の値を求め、 求めた座標の値、 各画素のア ドレス、 画像 表示手段と撮影手段と測定対象との幾何学的関係から、 各画素に対応する測定対 象表面上の座標の値を求め、 前記各画素に対応するパタン表示 Φ段上 座標の値 と、 前記各画素に対応する測定対象表面上の座檩.の値と、 から、 測定対象表面全 体の粗い面歪分布を求めることを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測 ¾装置 · である。 . '
,' また本発明の第 1 1の発明は、 箄 1 ; 0の発明の.鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定 装置において、 複数本のスリ .ッ トを走査して得ちれる複数の鏡像画像かち面歪分 布を演算する面歪の測定装置であって、 各'画素.ごとに、 スリ ツ ドの走查中、 前記 撮影手段の各画素が最大輝度を示すタイミ,ング.における、.前記 タン表示手段上 のスリ ツ 卜の走査方向.位置の座標の値を、 各画素に対応するパタン表示：手段上の 座標の値として求め、 求めた座標の値、. 各画素のア ドレス、 画像表示手段と撮影 手段と測定対象との幾何学.的関係から、 最小^ トライプ幅以上の範囲の精細な面 歪分布を求め、 該精細な面歪分布を画像表示す.ることを特徴とする鏡面乃至半 面上の面歪の測定装置である。
また本発明の第 1 2の発明.は、 第 1 1の発明の鏡面乃至半鐃面上の面歪 測定 '装置において、 2値コードパタン投影法用の、， 複数種のストライプ配列パタンの 鏡像画像から求めた、 測定対象表面^体の粗い面歪分布の演算結果を、 複数本の スリ ッ トを走査して得られる複数の鏡像画像から求め:た、 最小ス トライプ幅以:上 の範囲の精細な面歪分布: C補完するとともに、 測定対象表面全体の精細な面歪分. 布を求めることを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置である.。.
^た本発明の第 1 3の発明は、 第 4乃至第 9の発明のいずれかの鏡面乃至半鏡 面上の面歪の測定装置において、 前記面歪分布演算手段が行う画像処理乃至面歪 分布演算 ίま、 複数種のス トライプ配列パタンの切替え表示中、 前記撮影手段の各 画素ごとに、 その画素における明と暗の現出順序を記憶し、 該現出順序の記憶結 果に対応する前記パタン表示手段上の座標の値を、 各画素に対応するパタン表示 手段上の座標の値と して求めるステップと、 各画素ごとに、 スリ ッ トの走査中、 前記撮影手段の各画素が最大輝度を示すタイミングにおける、 前記パタン表示手 段上のスリ ッ トの走査方向位置の座標の値を、 各画素に対応するパタン表示手段 上の座標の値として求めるステップと、 それらを合成して、 各画素に対応するパ タン表示手段上の座標め値を求めるステップと、全画素に亘り、^めた座標の値、 各画素のァ ドレス、 画像表示手段と撮影手段と測定対象との幾何学的関係から、 面歪分布を演算するステップと、 '前記ステップのうち 1又は 2以上のステ: yプで の実行結果を画像表示するステップとを有することを特徴とする鏡面乃至半鏡面 '上の面歪の測定装置である。
また本発明の第 1 4の発明は、 第 1乃至第 1 3の発明のいずれかの鏡面乃至半 鏡面上の面歪の測定装置において、 測定対象表面の傾きを 2次微分処理すること で表面傾きの変化率を算出し、'面ひずみ発生位. gおよび発生量を定量的に評価す る'ことを特徴とする.鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置である。 ： .
また本発明の第 5の.発明は、任意のバタンが表示可能なパタン表示手段上に、 2値コードパタン投影法用の複数種のス トライプ配列パタンを表示する処理と、 ' 複数本のスリ ッ トをスリ ツ トの延びる方向と直交する方向に走査して表示する処 理と、 前記表示された複数種のス トライプ配列パタンの、 鏡面乃至半鏡面状の測 定対象表面上での鏡像を、 撮影手段で撮影する：,処理と、 2値コードパタ 投影法 '用の複数種のス トライプ配列パタンの、 測定対象に写る鏡像画像を捉える前記撮 影手段の各画素ごとに.、 その画素における明と暗の現出順序を記憶し、 該現出順 序の記憶結果に対応する前記パタン'表示手段上の座標の値を、 各画素に対応す：る · パタン表示手段上の座標の値と.して求め、. 求めた座標の値、 各画素のア ドレス、 . 画像表示手段と撮影手段と測定対象との幾何学的関係かち、 各画素に対応する測 定 象表面上の座標の値を求め、 前記各画素に対応するパタン表示手'段上の座標' の値と、 前記各画素に対応する測定対象表面上の座標の値と、 から、 測定対象表 面全体の粗い面歪分布を求める処理と、 各画素ごとに、 スリ ッ トの走査中、 各画 素が最大輝度を示すタイミングにおける前記パタン表示手段上のスリ ッ トの走査 方向位置の座標の値を、 各画素に対応するパタン表示手段上の座標の値と して求 め、 あるいはさらに該データを画像表示するとともに、 全画素について、 求めた 座標の値、 各画素のア ドレス、 画像表示手段と撮影手段と測定対象との幾何学的 関係から、 最小ス トライプ幅以上の範囲の精細な面歪分布を求める処理と、 前記 全体の粗い面歪分布の演算結果を、 前記精細 ¾面歪分布の演算結果で、 補完する .ことで、 測定対象表面全体の精細な面歪分 ^を演算する処理と、' 'を行うことを特 徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定方法である。
また本発明の第 1 :6の発明は、任意のパタンが表示可能なパタン表示手段上に、 2値コードパタン投影法用の複数種のス トライプ配列パタ を表示する処理と、
：複数本のスリ ッ トをスリ ツ トの延びる方向と直交する方向に走査して表示する処 理と、 前記表示された複数種のス トライプ配列パタ の、 鏡面乃至半鏡面状の測 定対象表面上での鏡像を、 撮影手段で撮影する処理と、 2値コードパタン S影法 用の複数種のス ト^イプ配列パタンの、 測定対象に写る镜像画像を捉える前記撮
'影手段の各画素ごとに、 その画素における明と暗の現出順序を記憶し、 該現出順 序の記偉結果に対応する前記パタン表示手段上の座標の値を、 各画素に対応する パタン表示手段上の座標の値と して求める処理と、 各画素ごとに、 スリ ツ'ドの走' 査中、 各画素が最大輝度を示すタイ ミングにおけるスリ ッ トの走査方向位置の'座 標の値を、 各 '画素に対応するパタン表示手段上の座標の値と しそ求める処理と、 ' それらを合成し、各画素に対応するバタン¾示手段上の座標の値を求める処理と、
'全画素に亘.り、 求めた座標の値、' 各画素のア ドレス、 画像表示手段と撮影手段と 測定対象との幾何学的関 から、測定 象表面全伴の面歪分布を演算する処理と、 前記各処理の途中段 及び 又は最'終段階の実行結果を.画像表示する処理と、 'を— 行う とを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定方法である。 ：'
また本発明の第 1 7の発明は、 第 · 1 5又は'第 1 6の発明の鏡面乃至半鏡面上の 面歪の測定方法において、 測定対象表面の傾きを 2次微分処理する'ことで表面傾 きの変化率を算出し、 面ひずみ発生位置および発生量を定量的に評価することを 特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定方法である。
また本発明の第 1 8の発明は、 金属板のプレス成形方法において、 プレス成形 後の金属板の面歪分布を、 第 1乃至第 1 4の発明のいずれかの鏡面乃至半鏡面上 の面歪の測定装置及びノ又は第 1 5乃至第 1 7の発明のいずれかの鏡面乃至半鏡 面上の面歪の測定方法を用いて測定することを特徴とする金属板のプレス成形方 法である。 さらに本発明の第 1 の発明は、'. プレス成形、 部品取付、 組み立て、 塗装、. '熱 処理、 完成品検査のいずれか少なく とも 1つの金属板の処理による面歪に由来し た表面品質不具合を.、 第 1 Λ至第 1 4の発明のいずれかの鏡面乃 ·至半鏡面上の面 歪の測定装置及び 又は第 1 5乃至第 1 7発明のいずれかの鏡面乃 ¾半鏡面上の ：面歪の測定方法を用いて検査すること.を特徴とする金属成品の表面品質検査方法. である。. ' ' 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の測定原理を説明するための図である。
. 図 2 .は、 本発明の実 ½の形態 （その.1 ) を示す図である。 . .
図 3は、 本発明の実施の形態 （その 2 )- を示す図である。 " ' ―' 図 4は、 明喑パタンの一種であるスポッ トパダンラスタ走查について説明す るための図である。 ' '
図 5 A、 図 5 Bは、. 明暗パタンの一種であ ;5 1本のス リ ッ ト走査について説 明するための図である。 ' . ' .
図 6は、 本発明に用いられる明暗パタンのう,ち、 .左右方向に延びるス トライ プ配列パタン切替及びマルチスリ ツ、ト走査を示す図である。" ： · 図 7は、 図 6の明喑パタンを用いた トライプ配列パタン切替に対応するコ ードパタン投影の各段階、 及びマルチスリ ツ'ト走査の各段階での、 測定対象表面 上に写った..明暗パタンの鐃像の撮影画像を示す図である。 .
図 8 Aは、 図 7のコードパタン投影の各段階での撮影画像を画像処理して得 られた画素のもつデータ （Z 方向の粗い位置座標に対応） を明暗で表した表示画 像を示す図、 図 8 Bは、 図 7のマルチスリ ッ ト走査の各段階での撮影画像を画像 処理して得られた画素のもつデータ （Z 方向の粗い位置座標の区分内での精細な 位置座標に対応） を明暗で表した表示画像を示す図、 図 8 Cは、 図 8 A及び図 8 Bの画素のもつデータを合成してなる画素のもつデータ （Z 方向の精細な位置に 対応） を明暗で表した表示画像を示す図である。
図 9は、 図 8 Cから y方向の面歪分布を演算した結果を明暗で表した表示画 像を示す図である。'
図 1 0は、 本発明に甩いられる明暗パタンめ.うち、 上下方向に延びるス トラ ィプ配列パタン切替及びマルチスリ ッ ト.走査を示す囱である。 · ·
. .. '図 1 1は、 図 1 0の明暗パタンを角いたス トライプ配列パタン切替に対応す るコ一ドパ ン投影の各段階、 及びマルチスリ ッ ト走査の各段階での、 測定対 表面上に'写った明暗パタンの鏡像の撮影画像を示す図である。
—図. 1 2は、 .図 1 1のコードパタン投影の各段階での.撮影画像を画像処理して 得られた画素のデータ （X 方向の粗い位置に対応） 及び図 1 1のマルチス リ ッ ト. 走査の各段階での撮影画像を画像処理して得られた画素のもつデータ （X .方向の 粗い位置の区分内での精細な位置に対応.） を合成してなる画素のもつデータ （X 方向の精細な位置に対応） を明暗で表した表示面像を示十図である。 · .■
図 1 3は、 図 1 2の画素のもつデータから. X方向の面歪分布を演算した結果 を明暗で表した表示画像を示す図である。 '
図 1 '4は、 本発明の実施の形態 '（その 3 ) · を示す図である。
図 1 5は、 2値コードパタン投影法の原理を説明するた.めの図である。
図 1 6は、 断面形状と二次微分値'を対応させた例を示す図である。
図 1 7は、.実施例 2.における全体処理フ口-を示す図である。
図 1 8 A、 図 1· 8 Βは、 断面形状の一次微分値についての近似曲線の例を示 す図である。 ..
図 1 .9は、 実験と本発明による面ひずみ評価結果の比較を示す図である。 ' なお、 図中の主な符号は、 '以下に記載の通りである。
Ίは測定対象、 2はスク リーン （パタン表示手段 ； プロジェクタと併用される）、 3はテレビカメラ （撮影手段）、 4はフラッ トディスプレイ （パタン表示手段）、 5はス トライプ配列パタン （明暗パタン）、 6はプロジェクタ （パタン表示手段 ； スク リーンと併用される）、 7はスリ ッ ト （明喑パタンの 部）、 1 0はパソコン (面歪分布演算手段）、 1 5は点光源、 2 0は基準面、 1 0 1はシーケンスコント ロール部、 1 0 2は面歪演算部、 1 0 3は画像バッファ部、 および 1 0 4はパタ ン投影部をそれぞれ表わす。 ' 発明を実施するための最良の形態
本発明は、 鏡面乃至半鏡面状の測定対象表面に写った明暗パタンが面歪によつ て歪む現象を利.用し、 パタン表示手段 ' (例えばスク リーン）. に表示した複 ¾の明 '暗バタンが測定対象表面で正反射レたパタン、 すなわち測定対象表面上に写った. 前記複数の明暗パタンの鏡像を、 撮影手段 （伊 [(えばテレビカメラ)' を用いて撮影 し、 撮影した画像を画像処理して、 測定対象表面の各点に対応するパタン表示手 段 （の表示面） 上め点の座標を求め、 以下に述べる測定原理に基いて面歪量を演 算する。 さちに、 この演算を測定対象表面の、 観察可能なあらゆる点について行 うことにより、. 面歪分布を求めるものである。 .
図 1は、 本発明の測定原理を説明するための図である。 先ずこの図を用いて本' 発明の測定原理を説 する。. . . . '
• '本発明では'、 測定対象 1の鏡面乃至半鏡面状の測定対象表面に対し、 片側に明 暗パタン'を表示可能なパタン表示手段とじて例 ばスク リーン 2を配置し、 'もう '片側に、' 'スク リーン 2 ±の明暗パタンの、 測定対.象表面上の鏡像を観察可能な位 置に、撮影手段と''して、.例えばテ ビカメラ 3を E置して、その,鏡像を観察する。 図 1において、 測定対象 1 の座標系を（x, y, z)とする。 スク リーン 2は、 測定対 象 1の基準点' 0から _.y方向に距離 l . ( Lの小文字）.だけ離れた位置に垂直に立つ ているものとする。 テレビカメラ 3は、 基準'点 0 に対して + y方向に、 投影距離 にして L離して配置きれている。 X— y面を水平面とみなして基準点 0からテレビ カメラ 3を見上げた仰角を αと し、 基準点 0をテレビカメラ 3で見たときのスク リーン 2上の対応点を Ρ とする。 スク リーン 2上の座標系は、 Ρ点を原点と して (X, Ζ)で表すものとする。
このとき、 測定対象表面上の Α点の座標を（x, y, ζ)と し、 A点における面歪の方 向を示す単位べク トル （正確には、 面歪を生じている測定対象表面の法線方向の 単位ベク トル、 以下、 面歪単位ベク トルという） Uを、 図 1内の [A 点拡大図] に示すようにとつた y軸に対する角度 Φ及ぴ z軸に対する角度 ξを用いて、 U (s in s in φ , s in ξ cos φ , cos ξ )とすると、 A点をテレビカメラ 3で観察したときのス クリーン （1)， （2) 式の形に
Figure imgf000015_0001
但し、 Λ/ -IIL
近似条件： x,y,z<l,L
測定対象表面上の各点について、 その点のスクリーン上の対応点の座標が求め られれば、 （1), (2)式.を変形レて、 面歪単位べク.トルの' X方向の傾き （正確には、 面歪単位べク トルの x_z面への正射影が z軸となす角のタンジェント） sin φ tan ξ及び y方向の傾き （正確には、 面歪単位べ-タ トルの y—z面べ'の正射影が Z軸ど なす角のタンジェント） cos<i) tar^は、 それぞれ（3), (4)式の形で求められる。
Figure imgf000015_0002
(3)，（4)式の計算にあたっては、 （4)式右辺に zが含まれるから、 測定対象表面 上の各点の座標 （x，y) に加えて、 その点の凹凸形状の情報が必要である。 この凹 凸形状の情報 （z の値） は、 例えば特許文献 1 0に記載される方法により得るこ とができる。
ただし、 図 1において、 M=1ZL = 1、 すなわち、.基準点 0 - スク リーン間距離 (1) =基準点 0 -テレビカメラ間投影距離 （L)、 となる配置形態を採用すると、 (4)式右辺に含まれる zの係数（1一 M)が 0となって、測定対象表面の凹凸形状の影 響がキャンセルされ、 より簡略化された面歪演算式（5), (6)式が得られる。 のとき ^ …
,
...(6)
Figure imgf000016_0001
、
近似条件： 《 x,y,z<l,L 上述の測定原理を実際に適用して測定対象表面上の面歪分布を求めるためには、 テレビカメラで撮影.可能な測定対象表面上の各点について、 その点のスクリーン '上の対応点の座標を求める手段が必要である。 .
• この手段は、' 複数種の明暗パタンを切替えて表示することが可能なパタン表示' 手段と、 鏡面乃至半鏡面 の測定対象表面上に写る、 前記パタン表示手段に表示 された複数の'明暗バタシの鏡像を、 撮影する撮影.手段と、 撮影きれた、 複数の明 暗パタンの、 鏡像画像を、 画像処理して、 測定.対象表面の.面歪分布を演算 る面 歪分布演算手段と、 を備えた測定装置（本発明の第 1の発明） により実現ざれる。 図 2は、 本発明の実施の形態： （その 1 ) を示す図である。 パタン表示手段は、 プロジェグタ 6からスクリーン 2へ '明暗パタン 5を投影するよう構成されている (本発明の第 8の発明）。 スク リーン 2上に投影された明暗パタン 5は、 そこ ら 発して測定対象 1の鏡面又は半鏡面状の表面で正反射することによって、 その鏡 像が測定対象 Γの表面に写される。 この鏡像は、 これを観察可能な'位置に配置さ れた撮影手段としてのテレビカメラ 3で撮影される。 プロジェクタ 6及びテレビ カメラ 3は、 パソコン （パーソナルコンピュータ） 1 0と接続されている。 ノ、。ソ コン 1 0は、 プロジェクタ 6に複数種の明暗パタンを順次送るパタン投影部 1 0 4と、 テレビカメラ 3による撮影画像を一時記憶する画像バッファ部 1 0 3と、 画像バッファ部 1 0 3に一時記憶された撮影画像を画像処理して面歪分布を演算 する面歪演算部 1 0 2 と、 パタン投影部 1 0 4、 画像バッファ部 1 0 3及び面歪 演算部 1 0 2の動作順序乃至動作時間を制御するシーケンスゴン ト ロール部 1 0 1 とを有する。 よって、 シーケンスコントロール部 1 0 1の制御動作により、 プ ロジェクタ 6はスク リーン 2ベ複数種の明暗パタンを切替えて 影し、 表示する ことが可能であり、 また、 面歪演算部 1 0 2が ffi歪分布演算手段と して動作する ことが可能である。 . . · . ·
. · お、 プロジェクタ及びテ kビカメラ.については、 前者は液晶や DLP (Di gi tal ■ Li ght Proces s ing) , 後者は CCD素干等.を用いた機器により容易に実現できる。 な お.、 DLPプロジェクタは、 ^小な鏡面 DMD (Di gi tal Mi cromiirror Dev i ce)の反射角 度制御.により投影を行うもので、投影される明暗パタンの高速制御が可能.である。 これらの素子の画素数は、 目.的とする測定精度に応じて適宜選択するこ.とができ 'る。 例えば、 プロジ クタは 10?4 768、 テレビカメラは 600 X 480 等 すれば、 本発明の目的には'十分である。 また、. 双方の精度のバランスの観点から、 テレビ カメラの画素数に対してプロジェクタの画素数を縦横それぞれ 1〜 2倍程度とす- ればよい。
図 3は、 本発明の実施の形態 （その 2 ) を示す図である。 これは、 実施の形態 (そ 1 ) において、 パタン表示手段と じて、'プロジェクタ 6及びスク リーン 2 'に代えて、 フラッ下ディスプレイ 4を用いたものである.（本発明の第 9の発明）。 フラッ トディスプレイ.4ほ、 液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等からな り、 パタン投影部 1 0 4.から順次送られてく る複数種の明暗パタンを、 自身のデ イスプレイ画面に順次表示することができる。
テレビカメラ 3には、 モニタテレビ （図示を省略した). を接続しても く、 こ れは、. 撮影.:された鏡像画像を.画像として表示する画像表示手段と して'使用できる (本発明の第 2の発明に対応)。 また、 パソコン 1 0に、 専用ディスプレイ （図示 を省略した） を接続してもよく、 これは、 前記モニタテレビと同様、 前記鏡像画 像を画像として表示する画像表示手段と して使用できる （本発明の第 2の発明に 対応） と共に、 画像処理の途中段階或いは最終段階における処理結果及びノ又は 面歪演算結果を表示する測定演算結果表示手段と して使用できる （本発明の第 3 の発明に対応）。
なお、 図 1〜図 3では、 パタン表示手段の表示面を y軸に対して直交させた配 置形態とした場合を例に挙げて説明したが、 前記表示面は必ずしも y軸に対して .直交.させる必要はなく、'例えば図. 1 4に本発明の実施の形態 （4の 3 ). と して示 すような、 テレビカメラ 3の光軸が測定対象' 1の'表面で正反射したと考えた場合 め仮想的な光軸に対レ、 フラッ トディスプレイ 4の表示画面を直交させる配置形 態とした場合や、 あるいはこれら以外め適茸の配置形態とした場合においても、 それぞれの配置形態に対応した幾何学的関係から、 前記. )〜（6)式と類似した形 の面歪 算式 （画像表示手段、 撮影手段.、 測定対象を gく基準面'、 の幾何学的関 係式）. .を導く ことが,でき、 それらを用いて面歪を演算することが可能である。 パタン表示手段'で表示する明暗パタンと.レては、 '例え.ば前述の簡略化された •(5) , (6)式による面歪 :分布演算を.可能とするため 、 スク リーン上 （あるいはフラ ッ トディスプレイ画面上）め原像位置座標（Χ, Ζ)と、測定対象表面上の座標（x, y，z) と，テレビカメラ.で撮影した鏡像位置座標（χ' , y' )との対^付けが幾何学的関'係か · ら可能なようにコード化さ..れたものであれば何でもよ'い。
例えば、 図' 4に示すような、 スポッ ドパタンのラスタ 査により形成される明 唷.パタンでもよい。 鏡像位置座標は、'該鏡像を表示する画面の画素ァ レズと対 '応するから、 この場合、 スポッ トパタン走査中、 .ある画素ア ドレスの画素の輝度 が最大となつた時点の当該スポ トパ'タンの表示位置を、 その画素ァ ドレ,スの画 素のもつデータとすることにより、 '原像位置座標（X，Z)と鏡像位置座標（X'，y' ) :と の対応付けが可能である。 ノ.
また、 例えば、 図 5 Aに示.すような、 横 （X 方向） に延びるスリ ッ ト, 7 (横ス リ ツ— ト） の縦方向走 ¾と、 図 5 Bに示すような、 縦 （Z 方向） に延びるスリ ッ ト 7 (縦ス リ ッ ト） の横方向走査との、 組合せにより形成される明暗パタンでもよ い。 この場合、 横スリ ッ トの縦方向走査中、 ある画素ア ドレスの画素の輝度が最 大となった時点の当該横スリ ッ トの原像位置座標 Zを、 その画素ァ ドレスの—画素 のもつデータとすることにより、原像位置座標 Z と鏡像位置座標 y' との対応付け が可能である。 一方、 縦スリ ッ トの横方向走査中、 ある画素ア ドレスの画素の輝 度が最大となった時点の当該縦スリ ッ トの原像位置座標 X、 をその画素ア ドレス の画素のもつデータとすることにより、原像位置座標 X と鏡像位置座標 x' との対 応付けが可能である。 . もっとも、 図 4、 図 5の明暗パタンは、 パタン表示手段の表 領域全体を走査 する'のに時間がかかる。 · . ·
' そこで、 複数本のス リ ッ トを平行かつ等間隔に配列したいわゆるマルチスリ ツ トを用いると、 走査時間を短縮できる。' しかし、 ここで つ問題が り、' マルチ スリ ッ トでは、 複数本のスリ ッ ト同士の区別をつけるのが難しい。 特に、 面歪が 大きい場合、 鏡像は大きく歪むため、 マルチスリ ツ'ト,だと、 鏡像上のどのスリ.ッ ト像が、 原像上のどのスリ ッ トに対応するのか、 わ ら.なくなってしまうことも 少なくない。 そうなると、 原像位置座標（Χ, Ζ)と鏡像位置座標 ' , y' )との対応付 ナは、 スリ ッ トで区分きれた範囲内でしか、 信頼性が保証されない。 ：. .
.そういう場合にも対処できるようにするため、.前述の、 2値コードパタン投影 法用の複数種のス トライプ配列パタンを、 本発明における明暗パタンとしで用い るようにすることもできる。' これによれば、 表示領域全体にわたって順次切替え 表示される異なる複数種のス トライプ配列パタンの種癀と表示 ffi序との組合せに より.、 その表示領域内のス トライプ延長^向と真交する方向の最小ス トライ'プ幅 '区間上のどの区間内にある位置かがわかるように 2値コード化された、 2値コ一 ドパタ 投影法用の複数種のス トライ'プ配列パタンを用いる力 該.2値コードは、 異なる複数種のス トライ.プ配列パ ンの順次切替え表示中の、 各画素ァ ドレスの 画素における 「明」'（ 1 ) .と 「喑」 （0 ) .の現出順序に対応するので、 前記順次切 り替え中、 各画素ア ドレスの画素における 「明」 （ 1 ) と. 「喑」 （0 ) の現出順序 を言 ξ憶しておき、 この記憶結果を 2値コ 'ド化し、 これをその画素のデータとす る画像処理を、 ス トライプ延長方向に直交する方向を X方向とした場合と Ζ方向 と した場合との両方について実行することにより、原像位置座標（Χ，Ζ)と鏡像位置 座標（x' , y' )との粗い対応付けが可能である。
ここで粗い対応付けと述べたのは、 上記 2値コードパタン投影法では、 複数種 のス トライプ配列パタンうちの最小ス トライプ幅が原像位置座標（Χ, Ζ)の最小単 位となり、 また、 ス トライプ境界部が明暗いずれに属するかの判定が難しいこと から最小ス トライプ幅をさほど小さくできないため、 分解能が低いという欠点が あるためである。 ここで、 ス トライプ幅とは'、 ス.トライプの明暗 1組のうちの片方の領域の幅を 指すものと し、 最小ス.トラ.イブ幅とは、 明暗'片方の領域の幅のうち、 狭い方を指 : すことを意味する。 ··
'一方、 2値コ ドパタン投影法用の梭数種のス トライプ配列パタンを、 前記マ ルチスリ ッ ト走査と組み合わせた明暗パタンも知られて.いる（特許文献 1 0参照）。 これによれば、 複数種のス トライプ配列パタンのうちの最小ス トライプ幅の各区 分を、 マルチスリ ッ小内のスリ ッ トの 1本ずつで同時に走査することにより、 各 区分内でのさらに精細な位置を短時間で認識することができ、原像位置荜標（Χ,. Ζ) ど鏡像位置座標（x' ,. y' ) 'と,のさら.に精細な対応付けが可能である。 ；
そこで.、 本発明では、 複数種の明喑パタンと して、 2値コードパタン投影法用 の.複数種のストライプ配列パタンと、 最小ス トライプ幅以上の範囲を走査する複 数本のスリ ッ トとを用いることが好ましレ、 （本発明の第 4の発明に対応）。 ' ' この場合、 '画像処理の簡便さの観点から、 複数種のス トライプ配列パタンは、 ス トラィ 'プ配列パタン全体を 2 n等分して明喑交互に配列したものが好ま' 'しレ、 (本発明の第 5の発明に対応）。 'また、 複数本,のス リ ッ ト' （マルチス リ ッ ト） は、 スリ ツ トの延びる方向.と直交す 方向'に走査ざれることが好ましい （本発明の第 6の発明に対応）。 ' - ； このような明喑パタンの 例.と して、 左右方向 （X'方向） に延びる、 5種類の ス ドライプ配列パタン及び 1種類のマルチスリ ッ トを、 図 6に示す。 ス ,卜ライプ 配歹リパタ.ンは、 'ス ドライプ配列パタン全体'を 2 n等分して明暗交互に配列したも' のであり、 この例では n = 1'〜 5 と している。 すなわち、 n = l， 2， 3 , 4， 5がそれぞれ図 6中の左側の 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 と記した 5種類のパタンに 対応する。これら 5種類のス トライプ配列パタンは順次切替えて表示されるので、 鏡像画像上の y座標 （鏡像位置座標 y) とパタン表示手段上の Z座標 （原像位置 座標 Z) との粗い対応付け （ 2値コード区分間での対応付け） が可能である。
一方、 マルチスリ ッ トは、 図 6中の右端に示されるように、 複数本のスリ ッ ト が、 そのスリ ッ ト間隔を前記最小ス トライプ幅 （1/32のス トライプ配列パタンの ス トライプ幅） のピッ で配列されてなる。 なお、 1/32のス トライプ配列パタン までを投影するのほ、 一義的なも.のではなく、 面歪が大きい場 4、 それ以前に鏡 像上のどのス トライプが原像上のどのス トライプに対応するのかわからなくなつ てしまう場合もあるので、. 何処まで最小ス トライプ幅を小さく したものを ¾示して投影するかは.、 人為判断などで適宜調整してよい。
このマルチス リ ッ トは、 スリ ッ トの延びる方向と直交する方向に最小ス トライ プ幅のビツチを維持しつ 、 最小ス トラ-イブ幅以上、 好ましくは最小ス小ライプ 幅より.もやや大きく、 最小ス トライプ幅の 1 . ' 3倍以下.、 で走査する。 最小ス ト ライプ幅より もやや大きぐ走査するのが好ましい理由は、境界が確実に走査され、 同部の面歪の測定が.確実に行えるからである。 この例では、 スリ ッ トの 本ずつ が前記最小ス トライプ幅の各区分を走査するので、 前記最小ス トライプ幅の各区 分,に対応千る同一 2値コード区分内での、 鏡像位置座標 yと原像位置座標 'Ζ'どの' 精細な対応付けが可能'である。 +
また、 面歪分布の測定方向を、 互いに直交する二方向にとる場合、.後で行う一 方向の測定では、 先に行った他方向の測定に用,いた複数種のス トライプ配列パタ ン、 及ぴマルチスリ ッ トに.替えて、. 延びる方向が前記複数種のス トライプパタン 及び前記複数本のスリ ッ トと直交する'方向の S数種のス トラィプパタン及び複数 本のスリ ッ トを用いると好ましい 本発明の第 7の発明に対応）。
その一例として、'図 1 0には、 図 6に示した各ス トライプ酉己列パクン及びマル チスリ ツ トに替えて、.上下方向に延びるス トライプ配列パタンとマルチ.スリ ット を^した。 これによれば、 図 6の説明において、 yに替えて X と し、 Zに替えて X と した説明が成り立つから、 '鏡像位置座標 X と原像位置座標 X との粗い対応付け が可能であり、 かつ、 最小ス トライプ幅の各区分に対応する同一 2値コード区分 内での、 鏡像位置座標 X と原像位置座標 Xとの精細な対応付けが可能である。 なお、 図 6のものに替えて図 1 0のものを用いる場合は、 替える前と後のス ト ライプ配列パタン種類数及びスリ ッ ト本数は同じであるが、 これに限らず、 替え る前と後のス トライプ配列パタン種類数及び 又はスリ ッ ト本数は相異してもか まわない。
' 複数の明喑パタンと して、 例えば図 6、 図 1 0のような、 2値コードパタン投 影法用の複数種の トライプ配列パタン、. 並びに、 最小ス トライプ幅以上の範囲 を走査する複数本のスリ ッ トを用いる場合、 面'歪'分布測定.手段による画像処理乃 至面歪分布演算の仕方は、.例えば、 次のように設定するのが好ましい。.
' (A1) 複数種の トライプ配列パタンの切替え表示中、 前記撮影手段の各画素 ごとに、 その画素における明ど暗の現出順序を記憶し、 該現出.順序の記憶結果に 対応す 前記パタン表示手段上の'座標の値を求め、. .求.めた座標の値、 各画素の.ァ ドレス、 画像表示手段と撮影手段と測定対象との幾何学的関係から、 各画素に対 応する測定対象表 上の座標の値を求め、 前記各画素に対応する.パタン表示手段 '上の座標の値と、 前..記各画素に対応する測定対象表面上の座標の値と、. から、 測 定対象表面全体の' （2値コード区分間の)， 粗い面 31分布を求める （本発.明の第 1 0の発明に対応).。 · · - ■
(A2) 複数本のスリ.ッ トを走査して得られる複数の鏡像画像から面歪分 Φを演 算する面歪の測定装置であって、 各画素ごとに、. スリ ッ トの走査中、 .前記撮,影手 段の各画素が最大輝度を示すタイミングにおけ .；5、 俞記バタン表示手段上の'スリ 'ッ トの走查方向位置の座標の値を、 各画素に対応するパタン表示手段上の座標の 値として求め.、 求めた座標.の値、，各画'素のア ドレス、 画像表示手段と撮影手段と 測定対象どの幾何学的関係から、 最 '小ス トライプ幅以上の藓囲 （ 2値コード区分 内、 ただし区分間の区別は、 先述（A1)の複数種のス トライプ配列パタンの切替え. 表示以降の一連の処理にて得られた.結果に基づいてつけるのが好ましい） の精細 な面歪分布.を求め、 該精細な面歪分布を画像表示する （本発明の第 1 1の発明に 対応）。
(A3) (A1)で求めた測定対象表面全体の粗い面歪分布の演算結果を、 （A2)で求 めた精細な面歪分布で補完するとともに、 測定対象表面全体の精細な面歪分布を 求める （本発明の第 1 2の発明に対応）。 最大輝度を示すタイ ミングにおける、 前 記パタン表示手段上のスリ ッ トの走査方向位置の座標の値を、 各画素に対応する パタン表示手段上の座標の値として求めるのは、 例えば、 次に述べる本発明の第 1 3の発明とも関係するが、 パタン表示手段上、横方向の画素数が 1024であった と し、 撮影手段のある画素において、 最大輝度を示したのがパタン表示手段上の
20
{ .第. 512番目の画素^あつたと レた場合、 これを、 面歪の状態を έ黒画像で'示すの に、. 白黒の階調の丁度.中間である灰色で示せる、 'など、 場所によって最大輝度を 示す走査方向位置が異なることを'利用して、 各場所における面歪の測定対象表面 全体での相対的な大きさなどを求めるのに好都合である、 などの利点がある。 また、最終的な、測定対象表面全体の精細な面歪分布のみを求めたい場合、 (A1 ) 及ぴ（Α2)での面歪分布演算ステップを省.略する二と.も可能であり.、 画像処理乃至 面歪分布演算の仕方を、 例 'えば次のように設定してもよい。
(Β)前記面歪分 Φ演算手段 行う画像処理乃 ¾面歪分布演算は、.複数種のス ラ 'イブ配列パタンの切替え表示中、. 前記撮影手段の各画素.ごとに、 その画素.におけ る'明と暗 現出順序を記憶し、 該現出順序の記憶結果に対応する前 パタン表示 手段上の座標の値を、 各画素に対応するパタン表示手段上の座標の値と し 求め' るステップと、 各聘素ごとに、 スリ ッ トの走査中、 前記撮影手段の各画素が最大 輝度を示すタ:ィミングにおける.、 前記パダン表示.手段上のスリ ッ 卜の走査方向位 置の座標の値を、 各画素に対応するパタジ表示 ;,手段上の座標の値と して求めるス テヅプと、 それらを合成して、.各画素に対応する.パタン表示手段上の座標の値を 求めるステップと、 全画素に亘り、 求めた座標 値、 .各画素のァ ドレス、 画像表 示手段と撮影手段と測定対象とめ幾'何学的関係から、 面歪分布を演算するステ:ッ - プと、 前記ステップのう 1又は 2以上のステップでの実行結果を.画像表示する ステヅプとを有する （本発明の第 1 3の発明'に対応）。 .，
面歪分布測定手段による画像処理乃至面歪分布演算の仕方を前記（Al)〜（A3)に '設定した測定装置を用いる場合、面歪の測定方法は、下記の一連の処理（AS1〜AS6) を行うものとすればよい （本発明の第 1 5の発明に対応）。
(AS 1) ' 任意のパタンが表示可能なパタン表示手段上に、 2値コードパタン投影 法用の複数種のス トライプ配列パタンを表示する処理。
(AS2) 複数本のスリ ッ トをスリ ッ トの延びる方向と直交する方向に走査して 表示'する処理。 '
(AS3) 前記表示された複数種のス トライプ配列パタンの、鏡面乃至半鏡面状の 測定対象表面上での鏡像を、 撮影手段で撮影する処理。 (AS4) 2値コ一'ドパタン投影?去用の複数'種のス トライプ配歹 (/パタンの;測定対 象に写る鏡像画像を捉える前記撮影手段の 画素ごとに、 その画素における明と 暗の.現出順序を記憶.し、 該現出順序の記憶結果に対応する前記パタン表示手段上 の座標の値を、 各画素に対応するパタ 表示手段上の座標の値として求め、 求め 'た座標の値、. 各画素のア ドレス、：雨像表示手段と撮影手段と測定対象との幾何学 的関係がら、 各画素に対応する測定対象表面上の座標の値を求め、 前記各画素に 対応す.るパタン表示手段上の座標の値と、 前記各画素に対応する.測定対象表面上 の座標の値と、；から、. 測定对象表面全体の粗い面歪分布を求め.る処理。 .
(AS 5) 各画素ごとに、 スリ ッ トの走査中、各.画素が最大輝度を示すタ.'イミング における.前記パタン表示手段上のスリ ッ.トの走査方向位置の座標の値を、 各画素 に対応するパタン表示手段上 座標の値として求め、 あるいはさらに該デーダを 画像表示す.るとともに、 全画素について、 求めた座標の値、 各画素のァ ドレ' 画像表示手段と撮影手段と測定対象との幾何学的関係から、 最小ス トライプ幅以 上の範囲の精細な面歪分布を求める処理。' . ：
(AS6) 前記全体の粗い面歪分布の演算結果'を、前記精細な面歪分布の演算結果 で、 補完することで、 .測定対象全体の'精細な面歪分布を演算する処理。
また、面歪分布測定手段 よる画像処理乃至面歪分布演算の仕方を前記（B)に'設 定した測定装置を用いる場合、 面歪の測定方法は、 下記の処理を行うものとすれ ばよい （本発明の第 1 6の発明に対応）。 . . . , , .
(BS1 ) 任意のパタンが表示可能なパタン表示手段上に、 2値コード'パタン投影 —法用の複数種のス トライプ配列パタンを表示する処理。
(BS2) 複数本のスリ ッ トをス リ ッ トの延びる方向と直交する方向に走査して 表示する処理。 '
(BS3) 前記表示された複数種のス トライプ配列パタンの、鏡面乃至半鏡面状の 測定対象表面上での鏡像を、 撮影手段で撮影する処理。
' (BS4) 2値コードパタン投影法用の複数種のス トライプ配列パタンの、測定対 象に写る鏡像画像を捉える前記撮影手段の各画素ごとに、 その画素における明と 暗の現出順序を記憶し、 該現出順序の記憶結果に対応する前記パタン表示手段上 の座標の値を、各画素に対応す ¾パタン表示'手段上の座標の値どして求める処理。 (BS5) 各画素ごとに、' スリ ツ 卜の走査中、各画素が最大輝度を示すタイミング におけるスリ ツ トの走査.方向位置の座標の値を、 各画素に対応するパタ 表示手 段上の座標の値.と して求める処理。
·: (BS6) (BS4)で求めた座標の値と（BS5)で求めた座標の値を合成し、各画素に対. 応するパタン表示手段上の座標の値を求める処理と'、 全画素に亘.り、 求めた座標 の値、 .各画素のア ドレズ、 画像表示手段と撮影手段ど測定対象との幾何学的関係 から、 測定対象表 ¾全体の面歪分布を演算する処理。 - . -
. · (BS7) - 前記各処理の途.中段階及び Z又は最終段階の実.行結果を画像表示する
：処理。 ' . · ' " ' ■ - また、 測定対象表面の俾きを 2次微分処理することで表面傾きの変化卓を算出 し、 面ひずみ発生位置お.よび発生量を定量的に評価する （本発明の第 1 4ま は 1 7の発明に'対応）。 · '
具体的には、 断面形状の一次微分値、すなわ '面の傾きを前記（5 )，ズ6 )式にて 求め、 それらを曲線近似する。 さらに、 近似したき線を微分し、 傾き変化値（二次 微分値）.を算出す 'る。 ニ^:微分値算出 断面すベ に繰り返し、 面全体の二次微分 値分布を得る。図 1 6は、断面形状 二次微分値を対応させた例を示す図である。 二次微分値が負の値で極小値になってい 部分（図中、 実線の丸で囲った位置）で は、 断面形状が凸曲面であり.、 反対に、 二次微分値が正の値で極大値にな.つてい る部分（図中、破線の丸で囲つた位置）では、断面形状が凹曲面であることが判る。 このよ うに二次微分値を求めることによって、 面の凹凸変化すなわち面歪発生位 賡および発生量を定量的に評価できる。 なお、 近似曲線を用いるのは、 デジタル 値をそのまま用いてデジタル微分を行うことも可能であるが、 その際生ずるデジ タルノイズの低減を図るためである。 ·
また、 金属板のプレス成形方法において、 上述の本発明に係る測定装置及ぴノ 又は測定方法を用いて、 プレス成形後の金属板の面歪分布を測定する金属板のプ レス成形方法によれば、 本発明の効果が最もよく顕現するので、 当該プレス成形 方法も本発明範囲内とする. （本発明の第 1 8の発明に対応）。 · · また、 プレス成形、 ^品取付、， 組み立て、 塗装、 熱処理、 完 品検査のいずれ か少なく とも一つの金属.板の処理による面歪に由来した表面品質不具合を、 上述 の本発明に係る測定装置及び/又は測定方法を用いて検査する金属成品 (^奉面品 質検査方法によれば、 従来の技術では 応できなかった、 '製造ラインを流れる成 '品の速度にも十分対応でき、 インラ.インでの検査が可能'となると共に、 検査精度 及び検牵'能率を飛躍的に向上させることがでぎ ので..、 当該表面品質検査方法も 本発明範囲内とする. （本発明の第 1 9の発明に対応）。 '：
上記各本発明によれば、 特許文献 1 0のように、 角度 6の分解能の限界からぐ る制約が解消され、 パタン表示手段と撮影手段の画素の精細さ次第で、 例えば自 動車の外 ¾表面の'よ.うな鏡面乃至反鏡面 数十 m 程度のわずかな凹凸に相当す る面歪分布の定量的測定おょぴ評価が可能になる。 ： ' ' ' 以下、 本発明の実施例の.一つを実施例 1 と して開示する。 本実施例 1では、 図 2·に示した測定装置を用い、 自動車用鋼板をプレス成形後、 塗装したサンプルを 測定対象と して、本発明の第 1 6の ^明の測定 ^法により、面歪分布を測定した。 測定方向は、 y方向及び X方向 （'図 1参照） の二方向とした。 y方向の測定には図 6、 X 方向の測定には図 ί . Ο.の日月暗パ'タンを用いた。 測定装置は図 1において 1 = Lになる配置形態と し、 面歪演算式は、 X方向には（5)式、 y方向には（6)式を用 いた。 プロジェグタは画素数 1024 X 768の DLPプロジェクタ、 テレビカメラは画- 素数 600 X 480の CCDテレビカメラを用いた。' . . ,
は:じめに y方向の測定を行った。 まず、 図 6のス トライプパタン切替え （コ一' ドパタン投影) を行い、 次いでマルチスリ ッ ト走査を行い、 スク リーン上に表示 した明暗パタンが測定対象表面上に写った鏡像を、 テレビカメ ラで撮影した （前 記（BS1)， （BS2) , (BS3)の処理）。 撮影された鏡像画像を、 図 7に示す。 '
コードパタン投影及びその鏡像撮影時に（BS4)，（BS7)の処理を行い、マルチスリ ッ ト走查及びその鏡像撮影時に（BS5)， （BS7)の処理を行った。 （BS4)の処理で求め られた、 各画素に対応するパタン表示手段上の座標の値 （Z 方向の粗い位置座標 に対応） を全画素について明暗で表した表示画像を、 図 8 Aに示す。 （BS5)の処理 で求められた、 各画素に対応するパタン表示手段上の M標の値 （Z 方向の粗い位 置座標の区分内での精細な位 s座標に対応）' を全画素について日 暗で表した表示 画像を、 図 8 Bに示す。 . . . ' .
• さちに、 （BS6) , (BS7)の..処理を.行った。 · (BS4)の処理で求められた、 各画^に対 応ずるパタン表示手段上の座標の値と、 .(BS5)の処理で求められた、 画素に対応 するパタン表示手段上の座標の値と.を合成したもの (Z ·方向の精細な位置座標に. 対応） を'全画素について明暗で表した表-示画像を.、 図 8 Cに示す。 なお、 この合 成 B にノイズ処理 （ノイズを除去する処理） を行った。 このようなノイズ処理を 行う場合も本発明 ίこ含まれる。 かく して精細に対応付けられた y .と Zの値の組を. (6)式に適用し、 測定対象表面全体に亘り y方向の面歪 （co s φ tan ξ ) 分 ¾を演算 'した。 その結果を明暗で ¾した表示画像を、 図 9に示す。
次に X 向 0測定を行った。 まず、 図 1 0のス トライ 7 "パタン切替え （ ー 'ド' パタン投影） を行い、 .次いでマルチスリ ツ小走査を行い、 ク リーン上に表示し た明暗パタ ンが測定対象表面上に写った鏡像を、 チレビカメ ラで撮影しだ
( (BS1)， （BS2)， （BS3)の処理）。 撮影されだ鏡像两像を、 図 1 1に示す。' ·
' コードパタン投影及びその鏡像撮影時に（BS4) 処理を行い、マルチス リ.ッ ト走 查及ぴその鏡像撮影時に（BS5)の： ^理を行い、 さらに、 ：(BS6)， （BS7)の処 ¾を行つ た。（BS4)の処理で求められた、各画素に対応するパタン表示手段上の座標め値と、 (BS6)の処理で求められた、各画素に対応するパタン表示手段上の座標の値とを合 成したもの （X ..方向の精細な位置座標に対応') を会画素について明暗で表した表 示 ®像を、 図 2に ¾す。
なお、 この合成時にノイズ処理 （ノイズを除去する処理） を行った。 かく して 精細に対応付けられた X と Xの値の組を（5)式に適用し、測定対象表面全体に亘り X 方向の面歪.（s i n <i) t an ξ ) 分布を演算した。 その結果を明暗で表した表示画像 を、 図 1 3に示す。
以上の実施例 1からもわかるように、 本発明によれば、 鏡面乃至半鏡面状の測 定対象表面上の、 観察可能なあらゆる点での面歪分布を、 定量的に、 また、 高速 · 高精度に測定することが可能である。
次に、 本発明の実施例の一つを実施例 2と して開示する。 本実施例 2では、 図 2に示した測定装置を用い、 自動車用鋼板をプレス成形後、 塗 したサンプルを 測定対绿として、 本発明の.第 1 4の発明の測定方法により、 2次微分処理するこ とで表面傾きの変化率（ 曲率）を算出し、 面歪発生位置および発生量を定量的に 評価した。 ■ ： ■
： 図 1 7.は、本実施例 2における全体処理フ口-を示す図である。 図中、 一点鎖綠. より上の処理は上記実施例 1 と同じであり、 一点鎖線より下の.処理（Stepl l5〜 Stepl.1.7)が、' 新たに加わっている。
Stepl01 ~Stepl06の処理 ίま前述の粗い対応付けを、 Stepl07~Sieひ 112の処理は 前述の精細な対応付けをそれぞれ行い、 Stepl l3および Stepl l4により:、 面の傾 きすなわち断面形状の一次微分値（以下、. TRiDY値とも称する）を算出する。
そして、 SteP115にて、 断面ごとに面の傾き分布を曲線近似する。 図 1 '8は、 · 断面形状の一次微分値に いての近似曲線の例を示す図である。'図 1 8 Aは； ド ァ取手部周辺め面傾き分布を、 図 1 8 Bは、 断面 A— A Aでの TRiDY値と近似曲 線を示す図である。 . . ■ ;
この例では、 TRiDY値の近似曲線 f ' (x)として、以下の（7)式を最小 2乗法を用 いて求めている。 近似範囲を、 '面ひず'み官能評価結果と最も合う 50mmにとれば、 図 1 8 Bに示すように良い近似ができていることが分る。 なお、 近似曲線の例:と して . ·' '
f， = 1.13 · 10-1-1.69 · 1(Γ3 χ + 8.07 · lCr6 X2 -1.22 · 1(Γ8 X3 · · · · · · (7) 最小 2乗法を用いた多項式の例を示したが、本発明はこれに限られるものでない。
Step'116では、 （7)式で求めた TRiDY値の近似曲線 f ' (x)をさらに、 以下の（8) 式のように微分して、 2次微分値（曲率） f ' (X)を求める。 この処理をすベての断 面に対して繰り返し、 面の 2次微分値分布を求める。
そして、最終的に 2次微分値のカラー（または濃淡）マップを表示（Stepl l7)して 処理を終了する。 図 1 9は、 実験と本発明による面ひずみ評価結果の比較を示す 図である。 図は、 材質め異なる 2種の鋼板について、 それぞれ 側に実験による ゼブラ表示と、 右側に本発明を適用した結果を、 対比できるように示している。 f"fxV = -1.69 - 10"J + 2 - 8.07 - 10"6 x - 3 - 1.22 - 10-8 x2 - · · · · · (8) ゼブラ観察では、 白と黒の直線状ス ト-ライプを.もつ.た光源を塗装したプレス品 に写し込む （ゼブラ表示） ことにより、 面ひずみによる外観不良を評価するもの である。 写り込んお平行線が歪んで見える場合、 面ひずみが発生.していると判断 でき、 ドア取手部と,の境界の丸く囲んだ部分に歪が確認できる。 ■
これに対して、 ； Φ: '発明では、 2次微分値のカラー（または濃淡）マップにより、 面歪発生位置および発生量を定量的に評価できるが、 ゼブラ観察で面ひずみが発' 生していると観察された部分と同じ個所に面ひずみが発生しているとその濃淡マ ップから確認できる。 '
以上の実施例 2からもわかるように、 本発明,,によれば、 鏡面乃至半鏡面状の測 定対象表面上の、 観察可能なあらゆる点での面歪 布を、 定量的に、 また、. 高速 - 高精度に測定することが" きるとともに、 測定 ¾；象表面の傾きを 2-次微分処理す ることで表面傾きの変化率を算出し'、 面ひずみ発生位置および発生量を定量的に '評価することが可能である。 車.業上の利用—可能性 . .
本発明によれば、 鏡面乃至半鏡面状の測定対象表面上の、 観察可能なあらゆる 点での面歪分布を、 定量的に、 また高速 ' 高精度に測定することが可能となり、 プレス加工に供する素材金属板の開発などにおいて、素材金属板の加工性の評価、 プレス成形用金型の劣化状況の評価、 製品金属板の検査などを精度よく行うこと ができる。 例えば、 高性能の素材金属板や、 その加工法の開発を行う上で、 効率 が上がるとともに、 製品金属板の歩留り、 品質の向上にも寄与する。

Claims

請求の範囲
1 : 複数種の明暗パタンを切替えて表示することが可能なパタン表示手 と、 . 鏡面乃至半鏡面状の測定対象表面上に写る、'前記パタン表示手段に表示された複 ：数の明暗パタンの鐃像を、 撮影する撮^^手段と、 撮影ざれた、 複数の明暗パタン の、 鏡像画像を、 画像処理して、 測定対象表面の面歪分布を演算する面歪分布演 算手段と、 を備えたことを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置。 ；
2 . 請求の範囲第 1項記載め鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置において、 前記 撮影手段により撮影された、 '鏡像画像を、' 画像として表示可能な面像表示手段を 備えたことを特徴とする.鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置。
3 . 請求の範 H第 1項又は請求の範囲第 2項に記載の鏡面乃至半鏡面上の ¾歪の' 測定装置において、 画像処理の途中段階或いは最終段階における処理結果及び/ 又ば面歪演算結果を表示可能な測定演算转果表示手段を備えることを特徴とする 鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置。 V
4 . 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 3項の V、ずれか 1項に記載の鏡面乃至半 鏡面上の面歪の測定 ¾置において、 前記パタン莠示手段は、 2値コードパタン投 影法用の複数種のス トライプ配列パタンと、 最小ス トライプ幅以上の範囲を走:査 する、 1本のスリ ッ ト複数本と、 で明喑パタンを表示できるものであることを特 徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置。
5 . .請求の範囲第 4項に記載の鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置において、 前 記複数種のス トライプ配列パタンは、 ス トライプ配列パタン全体を 2の n乗等分 して明暗交互に配列したものであることを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の 測定装置。
6 . 請求の範囲第 4項又は請求の範囲第 5項に記載の鏡面乃至半鏡面上の面歪の 測定装置において、 前記複数本のスリ ッ トは、 スリ ッ トの延びる方向と直交する 方向に走査されることを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置。 '
7 . 請求の範囲第 4項乃至請求の範囲第 6項のいずれか 1項に記載の鏡面乃至半 鏡面上の面歪の測定装置において、 前記複数種のス トライプ配列パタン及び前記 複数本のスリ ツ トに替えて、 延びる方向が前記複数種のス ドラ プパタン及び前 記複数本のスリ ッ トと直交する方向の複数種のス.トライプパタン及び複数本のス 'リ ッ トを用いることを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定 置。 ·
8 . '請求.の範囲第, 1項乃至請求の範囲第 7項のいずれか 1項に記載の鏡面乃至半 ：鏡面上の面歪の測定装置において、.前記パタン表示手段は、 任意のパタンを投影 可能なプロジェクタとスク リーンとからなることを特徴とする鏡面乃至半鏡面上 の面歪の測定装置。 ·
9 . 請求の範囲第' 1項乃至蹿求の範囲第 7.項のいずれか 1項に記載の鏡面乃至半 鏡面上の面歪の測定装置において、.前記パタン ¾示手段は、 任意のパ ン.を表示 可能なフラッ .ト ィスプレイからなるこ.とを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪 の測定装置。 ' 一 · ' . ·
1 0 . 請求の範囲.第 4項乃至請求の範囲第 9項のいずれか 1項に記載の鏡面乃至 半鏡面上の面'歪の測定装置において、. 2値コードパタン投影法用の複数種のス ト ライプ配列パタンの鏡像画像から面歪分布を演:算する面歪の測定装置であって、 複数種のス トライプ配列パタンの切替え表示中、.前記撮影手段の各面素ごとに、 その画素におけ.る明と暗の現出摩序を'記憶し、'該現出順序の記憶結果に対応する 前記'パタン表示手段上の座標の値を求め、 求めた座標の値、 各画素のア ドレス',、 画像表示手段と撮影手段と測定.対象と 幾何学的関係から、 各画素に対応する測 定対象表面上の座標の値を求め、 前記各画素に対応する'パタン表示手段上の座標 の偉と、 前記各画素に対応する測定対象表面上の座標の値と、 から、 測定対象表 面全体の粗い面歪分布を求めることを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定 装置。
1 1 .請求の範囲第 1 0項に記載の鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置におレ、て、 複数本のスリ ッ トを走査して得られる複数の鏡像画像から面歪分布を演算する面 歪の測定装置であって、 各画素ごとに、 スリ ッ トの走査中、 前記撮影手段の各画 素が最大輝度を示すタイミングにおける、 前記パタン表示手段上のスリ ッ トの走 查方向位置の座標の値を、 各画素に対応するパタン表示手段上の座標の値と して 求め、 求めた座標の値、 各画素のア ドレス、 画像表示手段と撮影手段と測定対象 どの幾何学的関係から、'最小ス トラィプ幅以上の範囲の精細な 歪分布を求め、 該精細な面歪分布を画像表示することを特徴'とずる鏡面乃至半'鏡面上の面歪の測 定装置。 .
1. 2 ··'請求の範囲第 1 1項.に記載の鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置において、 2値コードパタン投影法用の、 複¾種のス トライプ配列.パタンの鏡像画像から求. めた、 定対象表面全体の粗い面歪分布の演算結果を、 複数本のスリ ツ卜を走査 して得られる複数の鏡像画像から求めた、 最小ス トライプ幅以上の範囲の精細な 面歪分布で補完すもととも 、 測定対象表面全体の精細な面歪分布を求めること. 'を特徴とする鐃面乃.至半鏡面上の面歪の測定装置。 ' .； .
1 3 . 請求の範囲'第 4項乃至請求の範囲第 9項のいずれか 1項に記載の鏡面乃至 半鏡面上の面歪の測定装置において、 前記面歪分布演算手段が行う画像処理乃至' 面歪分布演算.は、 複数種のス トライプ配列パタンの切替え表示中、 前記撮 ^手段 の各画素.ごどに、 その画素における明と暗の現出順序を記憶し、.',該現出順序の記 憶結果に対応する前記パタン表示手段上の座標,,の値を、 各画素に対応するバタン 表示手段上の座標の値と して汆めるステップと、 各画素ごとに、 スリ ッ トの走査 中.、 前記撮影手段の各画素が最木輝度'を示すタイミングにおける、.前記パタン表 示手段上のスリ ッ トの走査方向位置 座標の値を、 各画素に対応するパタン表示 手段上の座標の値と して求めるステップと、 それらを合成して、 各.画素に対応す. るパダン表示手段上の座標の値を求めるステップと、— 全画素に亘り、 求 た座標 の螭、. 各.画素のア ドレス、 画像表示手段と撮影手段と測定対象との幾何学的関係' から、 面歪分布を演算するステップと、 前記ステップのうち 1又は 2以上のステ ップでの実行結果を画像表示するステップとを有することを特徴とする鏡面乃至 半鏡面上の面歪の測定装置。 .
1 4 . 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 3項のいずれか 1項に記載の鏡面乃 至半鏡面上の面歪の測定装置において、 測定対象表面の傾きを 2次微分処理する ことで表面傾きの変化率を算出し、 面ひずみ発生位置および発生量を定量的に評 価することを特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定装置。
1 5 . .任意のパタンが表示可能なパタン表示手段上に、 2値コードパタン投影法 用の複数種の'ス トライプ配列パタンを表示する処理と、 複数本のスリ ッ トをスリ 'ン ト'の延びる方向と直交する方向.に走査して表 する処理と、 前記表示された複 数種のス トライプ配列バタンの、鏡面乃至半鏡面状の測定対象表面上での鏡像を、 撮影手段で撮影する処理と、 2値コ一 パタン投影法用の複数種のス トライプ配
'列パタンの、 測定対象に写る鏡像画像を捉える前記撮影手段の各画素ごとに、 そ の画素における明と暗の現出順序を記憶し、 該現出順序の記憶結果に対応する.前 記ハ°タン表示手段上の座標の値を、 各画素に対応するパタン表示手段上の座標の 値と して求め、.求めた座標の値、 各画素の.ァ ドレス、' 画像表示.手段と撮影手段と
'測定対象との幾何学的関係から、 各画素に対応する測定対象表面上の座:標の値を 求め、 前.記各 ®素に対応するパタン表示手段上の座標の値と、 前記各画素に対応 する.測定対象表面上の座標の値と、 から、 」定対象表面^体の.粗い面歪分布を求 める処理と、 各画素ごとに、 .スリ ッ トの走査中、 各画素が最大輝度を示すタイミ ングにおける'前記パタン表示手段上のスリ ッ トの走査方向位置の座標の値を、 各 画素に対応するパタン表示手段上の座標の値と.して求め、 あるいはさらに該デー タを画像表示するとともに、 全画素について、. 求めた座標の値、 各画素のァ ドレ ス.、 画像表示手段と撮影丰段と測定対'象との幾何学的関係から、 最小ス トライプ 幅以上の範囲の精細な面歪.分布を求める処理と、 前記全体の粗い面歪分布の演:算 結果を、.前記精細な面歪分布の演算結果で、 補完することで、 測定対象表面全体 の精細な面歪分布を演算する処理と、 を行う'こどを特徴とする鏡面乃至半鏡面上 の面歪の測定方法。 '
1 6 . 任意のパタンが表示可能なパタン表示手段上に、 2値コードパタン投影法 用の複数種のス トライプ配列パタンを表示する処理と、 複数本のスリ ッ トをスリ ッ 卜の延びる方向と直交する方向に走査して表示する処理と、 前記表示された複 数種のス トライプ配列パタンの、鏡面乃至半鏡面状の測定対象表面上での鏡像を、 撮影手段で撮影する処理と、 2値コードパタン投影法用の複数種のス トライプ配 列パタンの、 測定対象に写る鏡像画像を捉える前記撮影手段の各画素ごとに、 そ の画素における明と喑の現出順序を記憶し、 該現出順序の記憶結果に対応する前 記パタン表示手段上の座標の値を、 各画素に対応するパタン表示手段上の座標の 値.として求める処¾と、' '各商素ご.とに、 スリ ッ トの走査中、 各画素が最大輝度を 示すタイミングにおけるスリ ッ トの走査方向'位置の座標の値を、 各画素に対応す るバタン表示手段上の座標の値として求める処理と、 それらを合成し、 画素に 対応するパタン ¾示手段上の座標の値 .求める処理と、 全画素に亘り、 求めた座 擦の値、 各画素のアドレス、 画像表示手段と撮影手段と測定対象との幾何学的関 係から、 測定対象表面全体の面歪分布を演算する処理と、 前記备処理の途中段階 及 /又は最終段階の実行結果を画像表示する処理と、 を行うこどを特徴とする 鏡面乃至半鐃面上め面歪の測定方法。
1 7 . 請求の範囲第 1 5項又は請求の範囲第 1 6 '項に記載の鏡面乃至半銬面上の 面歪の測定方 ¾において、 測定対象表面 傾きを 2次微分処理することで表面俾 きの変化率を算出し、 面ひずみ発生位置およ 発生量を定量的に評価する 'ことを' 特徴とする鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定方法。
1 8 . 金属板のプレス成形方法において、 プレス成形後の金属板の面歪分布を、 ' 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 4項のい; fれか 1項に fc載の鏡面乃至'半鏡 '面上の面歪の測定装置及びノ又は請求の範囲第 1 5項乃至請求の範囲第 1. 7項の いずれか 1項に記載の鏡面乃至平鏡面上の面歪の測定方法を用いて測定すること を特徴とする金属板のプレス成形方'法。 . .
1 9 . プレス成形、 部品取付、 組み立て、 '塗装、 熱処理、 完成品検査のいずれか 少なぐとも 1 の金属板の処理による面歪に.由来した表面品質不具合を.、 請求の 範囲.第 1項乃至請求の範囲第 1 4項のいずれか 1項に記載の鏡面乃至半鏡面上の 面歪の測定装置及び/又は請求の範囲第 1 5項乃至請求の範囲第 1 7項のいずれ か 1項に記載の鏡面乃至半鏡面上の面歪の測定方法を用いて検査することを特徴 とする金属成品の表面品質検査方法。
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