JP5424163B2 - Film thickness measuring method, film thickness measuring apparatus and program - Google Patents
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Description
本発明は、被検査物表面における塗膜の膜厚を非接触で測定する膜厚計測方法に関する。また、この膜厚計測方法を実行する膜厚計測装置、及びこれに用いられるプログラムに関する。 The present invention relates to a film thickness measuring method for measuring the film thickness of a coating film on the surface of an object to be inspected in a non-contact manner. The present invention also relates to a film thickness measuring apparatus that executes this film thickness measuring method and a program used therefor.
タンカー等の大型船舶においては、船体保護のために、船体に塗装を施すことが義務づけられており、その膜厚についても、IMO(International Maritime Organization:国際海事機関)の海上安全委員会で規定されている。 For large ships such as tankers, it is obliged to paint the hull to protect the hull, and the film thickness is also specified by the Maritime Safety Committee of the International Maritime Organization (IMO). ing.
この委員会においては、(1)塗膜の乾燥時の膜厚の基準値を320μmとすること、(2)測定点の90%でこの基準値以上の膜厚であり、かつ残りの10%での膜厚はこの基準値の90%を下回らないこと、(3)塗料の仕様によって決まる乾燥時の最大膜厚をこえないこと、(4)平坦部における測定点の密度は1点/5m2とすること、(5)防撓材においては、エッジや溶接部から15mm以内で1点/2〜3mの密度で計測すること、等が規定されている。この条件に従って計測を行う場合、例えば大型船舶においては、その測定点は10万点にも達する。 In this committee, (1) the standard value of the film thickness when drying the coating film is set to 320 μm, (2) the film thickness is 90% or more of the standard value and the remaining 10%. (3) The maximum film thickness at the time of drying determined by the specifications of the paint is not exceeded, (4) The density of the measurement points on the flat part is 1 point / 5 m. 2 (5) In the stiffener, it is specified that measurement is performed at a density of 1 point / 2 to 3 m within 15 mm from the edge or welded portion. When measuring according to these conditions, for example, in a large ship, the number of measurement points reaches 100,000.
こうした点を考慮して、例えば、非特許文献1に記載されるように、SI(Self Indicating)塗料が船舶に用いられている。SI塗料においては、上記の基準値近辺の膜厚において、塗膜の色の膜厚依存性が特に大きい。従って、作業者が目視で膜厚のむらを確認することができ、大型の船舶に対しても、これをむらなく塗布することができる。また、目視で確認された色が所定の色とは異なる場合には、膜厚が設定値から異なっていることを容易に認識できる。
In consideration of these points, for example, as described in
ただし、上記の規定を遵守するためには、作業者がむらを目視で確認するだけでなく、膜厚を数値化して確認することが必要になる。薄膜の膜厚を計測する方法としては多数のものが知られているが、その中でも非接触・非破壊でこれを計測する方法は、特に簡便かつ有効である。非接触で膜厚計測を行う場合には、光の反射・干渉等を利用した方法が用いられる場合が多いが、例えば、上記の膜厚を測定する場合のように、使用する光の波長よりもはるかに厚い試料に対しての適用は困難である。 However, in order to comply with the above regulations, it is necessary for the operator not only to visually check the unevenness but also to numerically check the film thickness. There are many known methods for measuring the thickness of a thin film, and among them, a method for measuring this in a non-contact and non-destructive manner is particularly simple and effective. When measuring film thickness in a non-contact manner, a method using light reflection / interference is often used.For example, as in the case of measuring the above film thickness, However, application to a much thicker sample is difficult.
上記の膜厚程度の塗膜の膜厚を計測する方法は、例えば特許文献1に記載されている。この技術においては、光源から発した光を試料表面で反射させ、その反射光のスペクトルを測定することによって、膜厚を算出する。従って、鋼板上に塗布されたSI塗料の膜厚を非接触で計測することができる。
A method for measuring the film thickness of the coating film having the above-mentioned film thickness is described in
この他に、レーザーによって加熱された塗膜表面からの赤外線輻射を検出することにより塗膜の膜厚を測定する技術が、非特許文献2に記載されている。更に、パルス状のテラヘルツ波を発振し、その塗膜/鋼板界面からの反射波と塗膜表面からの反射波の干渉を利用して膜厚を測定する技術が、特許文献2に記載されている。 In addition, Non-Patent Document 2 describes a technique for measuring the film thickness of a coating film by detecting infrared radiation from the surface of the coating film heated by a laser. Furthermore, Patent Document 2 describes a technique for measuring a film thickness by oscillating a pulsed terahertz wave and utilizing interference between a reflected wave from the coating film / steel plate interface and a reflected wave from the coating film surface. Yes.
しかしながら、反射光を検出する特許文献1に記載の方法では、様々な外的要因によって、算出された膜厚が異なることがあった。例えば、光源から発した以外の光が試料に入射した場合には、正確な膜厚を算出することが困難であった。
However, in the method described in
また、赤外線やテラヘルツ波を利用した非特許文献2、特許文献2に記載の技術においては、正確な膜厚を算出することが可能であるが、レーザー光源や、テラヘルツ波発振源等の高価な部品が必要であるため、膜厚計測装置全体のコストが高くなった。 Further, in the techniques described in Non-Patent Document 2 and Patent Document 2 using infrared rays or terahertz waves, it is possible to calculate an accurate film thickness, but expensive laser light sources, terahertz wave oscillation sources, and the like. Since parts are required, the cost of the entire film thickness measuring device has increased.
従って、塗膜の膜厚を、低コストで、非接触で正確に計測することは困難であった。 Therefore, it has been difficult to accurately measure the film thickness of the coating film in a non-contact manner at a low cost.
本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の請求項1に係る膜厚計測方法は、被検査物表面に形成された塗膜の膜厚を非接触で計測する膜厚計測方法であって、前記被検査物に照射された光の散乱光のみを撮像部を用いてカラー撮像するステップと、前記撮像部の出力であるカラー画像信号における色の属性値として色相の値を算出するステップと、前記色の属性値としての色相の値を入力値とした数式を用いて前記膜厚を算出するステップと、を具備することを特徴とする。
この発明においては、非検査物からの散乱光のカラー画像信号における色の属性値が算出される。この属性値を数式に入力して膜厚が算出される。この散乱光の元となる光としては、LED、蛍光灯等、色の属性値が有意に得られるものであれば、任意の光源から発するものを用いることができる。ここで、膜厚との関係における照明光依存性が特に小さい色相(h)が、色の属性値として用いられる。
また、本発明の請求項2に係る膜厚計測方法において、前記塗膜は、SI(Self Indicating)塗料により形成されることを特徴とする。
この発明においては、色の膜厚依存性が特に顕著であるSI塗料が塗膜を構成する材料として用いられる。
また、本発明の請求項3に係る膜厚計測方法は、前記カラー画像信号におけるR(Red)信号、G(Green)信号、B(Blue)信号を元に前記属性値としての色相の値を算出することを特徴とする。
この発明においては、一般的なカラー撮像の出力信号として用いられるRGB信号から色の属性値であるhsv信号が算出される。
また、本発明の請求項4に係る膜厚計測方法は、前記被検査物に対して、光源から発せられた照明光を照射することを特徴とする。
この発明においては、散乱光の元となる照明光を発するための光源が特に用いられる。
本発明の請求項5に係るプログラムは、前記膜厚計測方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。
この発明によって、前記膜厚計測方法が例えばパーソナルコンピュータ上で実行される。
本発明の請求項6に係る膜厚計測装置は、被検査物表面に形成された塗膜の膜厚を非接触で計測する膜厚計測装置であって、前記被検査物に照射された光の散乱光のみをカラー撮像する撮像部と、前記撮像部の出力であるカラー画像信号における色の属性値として色相の値を算出し、前記属性値としての色相の値を入力値とした数式を用いて前記膜厚を算出する制御部と、を具備することを特徴とする。
この発明においては、非検査物からの散乱光が撮像部によってカラー撮像される。制御部は、このカラー画像信号における色の属性値を算出し、この属性値から数式を用いて、膜厚を算出する。この散乱光の元となる光としては、LED、蛍光灯等、色の属性値が有意に得られるものであれば、任意の光源から発するものを用いることができる。ここで、膜厚との関係における照明光依存性が特に小さい色相(h)が色の属性値として用いられ、制御部がこれを用いて膜厚を算出する。
また、本発明の請求項7に係る膜厚計測装置において、前記制御部は、前記カラー画像信号におけるR(Red)信号、G(Green)信号、B(Blue)信号を元に前記色の属性値としての色相の値を算出することを特徴とする。
この発明においては、制御部が、一般的なカラー撮像の出力信号として用いられるRGB信号から色の属性値であるhsv信号を算出する。
また、本発明の請求項8に係る膜厚計測装置は、前記被検査物に対して照明光を発する光源を具備することを特徴とする。
この発明においては、散乱光の元となる照明光を発するための光源が特に用いられる。
また、本発明の請求項9に係る膜厚計測装置において、前記照明光は白色光であることを特徴とする。
この発明においては、単一波長の光ではない白色光が特に照明光として用いられる。
また、本発明の請求項10に係る膜厚計測装置は、前記撮像部と前記光源の位置関係が、少なくとも、前記撮像部が前記照明光の前記被検査物側からの反射光を検出せず前記被検査物からの前記散乱光を検出する位置に設定される構成を具備することを特徴とする。
この発明においては、撮像部が被検査物からの反射光を検出せず散乱光を検出する位置に設定される。従って、撮像部は、反射光の影響を受けずに散乱光の撮像を行うことができる。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
A film thickness measuring method according to
In the present invention, the color attribute value in the color image signal of the scattered light from the non-inspection object is calculated. The film thickness is calculated by inputting this attribute value into the equation. As light that is the source of the scattered light, light emitted from an arbitrary light source, such as an LED or a fluorescent lamp, can be used as long as the color attribute value is significantly obtained. Here, a hue (h) having particularly small illumination light dependency in relation to the film thickness is used as a color attribute value.
In the film thickness measuring method according to claim 2 of the present invention, the coating film is formed of SI (Self Indicating) paint.
In the present invention, an SI paint whose color film thickness dependency is particularly remarkable is used as a material constituting the coating film .
In the film thickness measuring method according to claim 3 of the present invention, the hue value as the attribute value is determined based on the R (Red) signal, G (Green) signal, and B (Blue) signal in the color image signal. It is characterized by calculating.
In the present invention, an hsv signal, which is a color attribute value, is calculated from an RGB signal used as an output signal for general color imaging.
Moreover, the film thickness measuring method which concerns on Claim 4 of this invention irradiates the illumination light emitted from the light source with respect to the said to-be-inspected object, It is characterized by the above-mentioned.
In the present invention, a light source for emitting illumination light that is a source of scattered light is particularly used.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to execute the film thickness measuring method.
According to the present invention, the film thickness measurement method is executed on, for example, a personal computer.
A film thickness measuring apparatus according to claim 6 of the present invention is a film thickness measuring apparatus that measures the film thickness of a coating film formed on the surface of an object to be inspected in a non-contact manner, and the light irradiated to the object to be inspected. of an imaging unit only scattered light color imaging, and calculate the hue values as a color attribute value in a color image signal which is an output of the imaging unit, a formula that was input values the hue value of as the attribute value And a control unit for calculating the film thickness by using the control unit.
In the present invention, the scattered light from the non-inspection object is color-imaged by the imaging unit. The control unit calculates an attribute value of the color in the color image signal, and calculates a film thickness from the attribute value using an equation. As light that is the source of the scattered light, light emitted from an arbitrary light source, such as an LED or a fluorescent lamp, can be used as long as the color attribute value is significantly obtained. Here, the hue (h) having a particularly small dependency on the illumination light in relation to the film thickness is used as the color attribute value, and the control unit calculates the film thickness using this.
Further, in the film thickness measuring apparatus according to claim 7 of the present invention, the control unit is configured to generate the color attribute based on an R (Red) signal, a G (Green) signal, and a B (Blue) signal in the color image signal. A hue value as a value is calculated.
In the present invention, the control unit calculates an hsv signal, which is a color attribute value, from an RGB signal used as an output signal for general color imaging.
A film thickness measuring apparatus according to an eighth aspect of the present invention includes a light source that emits illumination light to the object to be inspected.
In the present invention, a light source for emitting illumination light that is a source of scattered light is particularly used.
In the film thickness measuring device according to claim 9 of the present invention, the illumination light is white light.
In the present invention, white light that is not single-wavelength light is particularly used as illumination light.
In the film thickness measuring device according to
In the present invention, the imaging unit is set to a position where it detects scattered light without detecting reflected light from the inspection object. Therefore, the imaging unit can capture the scattered light without being affected by the reflected light.
本発明の膜厚計測方法、膜厚計測装置、プログラムは以上のように構成されているので、塗膜の膜厚を、低コストで、非接触で正確に計測することができる。
この際、SI塗料で構成された塗膜に対しては、特に高い精度で膜厚を計測することができる。
色の属性値として、特に色相(h)を用いた場合には、照明光の照度等に関する情報を用いずに膜厚を算出することができる。
また、照明光を発するのに特定の光源を用いれば、特に高い精度で膜厚を計測することができる。あるいは、照明光として白色光を用いれば、より安価な光源を用いることができる。
Since the film thickness measuring method, film thickness measuring apparatus, and program of the present invention are configured as described above, the film thickness of the coating film can be accurately measured in a non-contact manner at a low cost.
At this time, the film thickness can be measured with particularly high accuracy for the coating film composed of the SI paint.
In particular, when the hue (h) is used as the color attribute value, the film thickness can be calculated without using information relating to the illuminance or the like of the illumination light.
Moreover, if a specific light source is used to emit illumination light, the film thickness can be measured with particularly high accuracy. Or if white light is used as illumination light, a cheaper light source can be used.
以下、本発明を実施するための形態となる膜厚計測装置について説明する。図1は、この膜厚計測装置10の構成を示す図である。図1において長破線で囲まれた領域で示される膜厚計測装置10は、非特許文献1や特許文献1に記載されたSI(Self Indicating)塗料の膜厚を非接触で計測する。
Hereinafter, a film thickness measuring apparatus according to an embodiment for carrying out the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the film
SI塗料の一例としては、例えば、日本ペイントマリン社製のN.O.A(商品名)がある。このSI塗料においては、所定の色をもつ顔料粒子が所定密度で樹脂成分に含有され溶剤が混合されている。塗布膜厚が薄い場合にはこの色成分が薄くなり、塗布膜厚が厚い場合にはこの色成分が濃くなるように設定されている。この際の色変化は、特にIMOの海上安全委員会で規定されている膜厚の基準値である320μm程度で大きくなるように設定されている。このSI塗料は、塗布された後で溶剤が蒸発することによって樹脂成分が固化し、安定した塗膜が得られる。 As an example of the SI paint, for example, N.P. O. There is A (trade name). In this SI paint, pigment particles having a predetermined color are contained in a resin component at a predetermined density, and a solvent is mixed. The color component is set to be thin when the coating film thickness is thin, and the color component is set to be dark when the coating film thickness is thick. The color change at this time is set to be particularly large at about 320 μm, which is the standard value of the film thickness defined by the IMO Maritime Safety Committee. In this SI paint, the resin component is solidified by evaporation of the solvent after being applied, and a stable coating film is obtained.
図1において、光源11は、例えばLED(発光ダイオード)であり、照明光12を発する。照明光の波長としては、可視光域におけるある一定の波長を用いることができるが、白色光を用いることもできる。従って、LED以外でも、蛍光灯等の安価な光源を用いることができる。
In FIG. 1, a
この照明光は、試料20に照射される。試料20(被検査物)は、例えば鋼板21上にSI塗料の塗膜22が塗布された構成である。鋼板21の表面は鏡面ではなく、ラッピング処理後の表面であることが、鋼板21の表面での反射光を発生しにくいために好ましい。
This illumination light is applied to the
カメラ(撮像部)13は、照明光12で照射された試料20の表面をカラー撮像する。この際、膜厚を計測する際には、図1の実線で示される位置(A)に設置され、照明光12の反射光14がこのカメラ13に直接入射しない構成とする。これにより、カメラ13が検出する光の大部分は、照明光12の試料20による散乱光15となる。ただし、膜厚の絶対値を計測するのではなく、例えば塗膜における凹凸の有無だけを検出する場合には、図1中の破線で示された位置(B)にカメラ13を設置することができ、反射光14を検出する構成とすることもできる。すなわち、カメラ13の位置は可変とする。
The camera (imaging unit) 13 performs color imaging of the surface of the
また、カラー画像は、RGB(Red:Green:Blue)毎の画像信号として取得される。この各信号は、通常知られるように、2次元CCDイメージセンサにおいてRed、Green、Blueのフィルタを画素毎に配列した構成を用いることによって得ることができる。2次元CCDイメージセンサの画素数は、カメラ13の光学系や試料20における被測定個所の大きさに応じて適宜設定される。また、RGB信号が得られる受光素子であれば、2次元CCDイメージセンサの代わりに用いることができる。
The color image is acquired as an image signal for each of RGB (Red: Green: Blue). Each signal can be obtained by using a configuration in which Red, Green, and Blue filters are arranged for each pixel in a two-dimensional CCD image sensor, as is generally known. The number of pixels of the two-dimensional CCD image sensor is appropriately set according to the optical system of the
パーソナルコンピュータ(制御部)16は、R信号、G信号、B信号の強度(それぞれ、R、G、Bとする)を、色相h、彩度s、明度vのHSV信号に変換する。この変換は、よく知られるように、MAX=max(R、G、B)、MIN=min(R、G、B)として、次式に従い行われる。 The personal computer (control unit) 16 converts the intensity of the R signal, the G signal, and the B signal (referred to as R, G, and B, respectively) into an HSV signal of hue h, saturation s, and brightness v. As is well known, this conversion is performed according to the following equation, with MAX = max (R, G, B) and MIN = min (R, G, B).
パーソナルコンピュータ16は、この散乱光におけるh、s、vの値から塗膜22の膜厚tを算出する。この関係は、例えば以下に示す3次多項式で表すことができる。
The
ここで、係数a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3、dは、下地(鋼板21)の材質及び表面状態、塗膜22(SI塗料の種類)、あるいは照明光による照度等によって決まる。具体的には、下地の材質及び表面状態。SI塗料の種類毎、照明光による照度毎に複数通りの膜厚を設定した試料を作成し、その結果から、重回帰分析等によってこれらの係数を求めることができる。 Here, the coefficients a 1 to a 3 , b 1 to b 3 , c 1 to c 3 , and d depend on the material and surface state of the base (steel plate 21), the coating film 22 (type of SI paint), or illumination light. It depends on the illuminance. Specifically, the base material and surface condition. Samples in which a plurality of film thicknesses are set for each type of SI paint and for each illuminance by illumination light are created, and from these results, these coefficients can be obtained by multiple regression analysis or the like.
実際にSI塗料として、NOAマイティ60HSバフ(300μmタイプ)を200mm×300mmの鋼板(非鏡面)上に予め設定された様々な厚さで塗布した試料20を作成した。これらの試料について、図1の構成における光源11として白色LEDを用い、かつ、室内照明として蛍光灯を用いた場合においてカメラ13によって撮像を行い、色相h、彩度s、明度vの算出を行った。カメラ13としては、画素数が1080×1600、RGB3色対応、焦点距離55mm、F値5.6のものを用いた。ここで、室内照明(蛍光灯)の点灯数を変えることによって、試料20の表面の照度を変化させた。室内照明(蛍光灯)を全部オフしてLEDのみによる照明を行った場合にはこの照度は945ルクスであり、蛍光灯の点灯数を変えることにより、この照度を992ルクス、1081ルクス、1345ルクスとした。
In actuality,
計測、算出されたこれらの値の膜厚依存性を、図2(a)に色相h、図2(b)に彩度s、図2(c)に明度vについてそれぞれ示す。ここで、光源11と試料との距離は95cm、カメラ13と試料との距離は132cmとした。
The film thickness dependence of these measured and calculated values is shown for hue h in FIG. 2 (a), saturation s in FIG. 2 (b), and brightness v in FIG. 2 (c). Here, the distance between the
この結果より、特に400μmまでの膜厚において、これらのパラメータには大きな膜厚依存性があることが明らかである。400μm以上ではどのパラメータも飽和するが、これは、膜厚方向で微視的に見た場合に、これ以上の厚さでは顔料粒子で全面が覆われた状態となるためである。従って、この飽和膜厚は、顔料粒子の粒径やその密度によって適宜設定できる。ただし、前記のIMOの海上安全委員会で規定されている膜厚の基準値は320μmであるため、この飽和膜厚は400μm程度とすることが好ましい。 From this result, it is clear that these parameters have a large film thickness dependency, particularly at a film thickness of up to 400 μm. Any parameter is saturated at 400 μm or more because this is because the entire surface is covered with pigment particles at a thickness greater than this when viewed microscopically in the film thickness direction. Therefore, the saturated film thickness can be appropriately set depending on the particle diameter of the pigment particles and the density thereof. However, since the standard value of the film thickness defined by the IMO Maritime Safety Committee is 320 μm, the saturated film thickness is preferably about 400 μm.
従って、照度毎に係数a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3、dを測定結果を元に最小2乗法等によるフィッティングで求めた値に設定すれば、式(4)を用いて高い精度で膜厚を算出することができる。この際、このフィッティングを行う膜厚範囲を最適化することによって、この精度を高めることができる。照明光として、(1)LEDのみを用いた場合(945ルクス)、LEDと蛍光灯を用いた場合(992ルクス)、LEDと蛍光を用いた場合(1081ルクス)、を用い、フィティングにおいて用いられた複数種類の膜厚範囲毎にこの誤差(rms値)を求めた結果を図3に示す。ここでは、0〜1063μm、0〜679μm、0〜561μm、0〜389μmの4種類の膜厚範囲とした。この結果より、特に0〜389μmとした場合に、誤差を小さくすることができることが確認できる。 Therefore, if the coefficients a 1 to a 3 , b 1 to b 3 , c 1 to c 3 , and d are set to values obtained by fitting by the least square method or the like based on the measurement results for each illuminance, the equation (4) Can be used to calculate the film thickness with high accuracy. At this time, this accuracy can be improved by optimizing the film thickness range for performing the fitting. When using only (1) LED as illumination light (945 lux), when using LED and fluorescent lamp (992 lux), when using LED and fluorescence (1081 lux), used in fitting FIG. 3 shows the result of calculating this error (rms value) for each of a plurality of types of film thickness ranges. Here, four film thickness ranges of 0 to 1063 μm, 0 to 679 μm, 0 to 561 μm, and 0 to 389 μm were set. From this result, it can be confirmed that the error can be reduced particularly in the case of 0 to 389 μm.
この際に得られた係数a1〜a3、b1〜b3、c1〜c3、dの値の例を表1に示す。なお、これらの係数は、用いるSI塗料の種類毎、鋼板21の種類毎及びその表面の状態毎に算出される。ただし、実際には、SI塗料の種類、鋼板21の種類やその表面状態は、一つの船体においては一様である場合が多いため、測定点を多数設けた場合でも、同一の係数を使用できる場合が多い。
Table 1 shows examples of values of the coefficients a 1 to a 3 , b 1 to b 3 , c 1 to c 3 , and d obtained at this time. These coefficients are calculated for each type of SI paint to be used, for each type of
図4に、横軸に実際の膜厚を、縦軸に、計測・算出されたh、s、vを用いて(4)式によって算出されたt及びその実際の膜厚との誤差(rms誤差)を示す。この結果より、上記の方法によって、小さなrms誤差で膜厚を算出することができることが確認された。ここで、この結果においては照明光として蛍光灯のみを利用しているが、蛍光灯とLEDとを併用した場合であっても同様であった。 In FIG. 4, the horizontal axis represents the actual film thickness, and the vertical axis represents the measured and calculated h, s, and v, and the error (rms) between t calculated by the equation (4) and the actual film thickness. Error). From this result, it was confirmed that the film thickness can be calculated with a small rms error by the above method. Here, in this result, only the fluorescent lamp is used as the illumination light, but the same is true even when the fluorescent lamp and the LED are used in combination.
すなわち、この膜厚計測装置10において実行される膜厚計測方法は、散乱光15をカメラ13を用いてカラー撮像するステップと、カメラ13の出力であるカラー画像信号における色の属性値をパーソナルコンピュータ16が算出するステップと、この属性値を入力値とした数式を用いてパーソナルコンピュータ16が膜厚を算出するステップとを具備する。この膜厚計測方法を実行させるプログラムは、パーソナルコンピュータ16において実行できる構成とすればよい。この場合、パーソナルコンピュータ16は、カメラ16の出力を上記の通りに処理するだけでなく、パーソナルコンピュータ16によって光源11、カメラ13が制御される構成とすることができる。
That is, the film thickness measurement method executed in the film
従って、上記の膜厚計測装置10、あるいはこの膜厚計測方法によって、非接触で、塗膜の膜厚を正確に計測することができる。この際、非特許文献2、特許文献2に記載の技術のように、高価なレーザー光源やテラヘルツ波発振源を必要とせず、例えば安価なLED(発光ダイオード)や蛍光灯を用いることができる。従って、この膜厚計測装置10は低コストとなる。
Therefore, the film thickness of the coating film can be accurately measured in a non-contact manner by the film
また、彩度s(図2(b))、明度v(図2((c))には明確な照明光(照度、あるいはLEDの有無)依存性が見られるのに対し、色相h(図2(a))における照明光依存性はこれらと比べて小さい。従って、式(4)における係数b1〜b3、c1〜c3を用いず(これらを全て零とする)、係数a1〜a3、dを最小2乗法等によるフィッティングで求めた値とすることによって、hのみを用いてtを算出することもできる。この場合、係数a1〜a3、dの値は、照度にはよらない値とすることができる。すなわち、照明光の照度等の情報を用いずに、高い精度で膜厚を算出することができる。この場合には、特別な光源としてのLED等は不要である。図2(a)の結果より、一般に室内灯等として用いられる蛍光灯等から発する光を照明光として用いることができる。従って、この膜厚計測装置10を更に低コスト化することができる。
In addition, the saturation s (FIG. 2 (b)) and lightness v (FIG. 2 (c)) have clear dependency on illumination light (illuminance or presence / absence of LED), whereas hue h (FIG. 2 (a)) is less dependent on the illumination light than these, so the coefficients b 1 to b 3 and c 1 to c 3 in equation (4) are not used (all of them are set to zero), and the coefficient a It is also possible to calculate t using only h by setting 1 to a 3 and d to values obtained by fitting by the least square method, etc. In this case, the values of the coefficients a 1 to a 3 and d are as follows: The film thickness can be calculated with high accuracy without using information such as the illuminance of illumination light, etc. In this case, an LED as a special light source, etc. From the result shown in Fig. 2 (a), fluorescence generally used as a room lamp or the like is used. Can be used light emanating from such as illumination light. Therefore, it is possible to further lower the cost of the membrane
上記の方法においては、検出されたRGB信号から、色の属性値として、色相h、彩度s、明度vが算出され、用いられる。この色は塗料に含まれる顔料の色に基づいて決まり、顔料の色が決まっていれば、膜厚方向から見た場合のこの顔料粒子の密度によってこの色が決まる。一方、非特許文献2、特許文献2に記載の方法では、塗膜自身の熱的性質や、塗膜自身の光学的性質に基づいて膜厚が算出される。塗膜の熱的性質や光学的性質は顔料粒子以外の部分にも大きく依存し、ここでいう顔料粒子以外の部分とは、固化後は樹脂成分であり、固化前には樹脂成分と溶剤との混合物である。従って、これらの性質は塗料の固化(乾燥)の前後で異なることがあり、測定される膜厚も、乾燥前後で異なる。これに対して、色の属性より膜厚を算出する上記の方法においては、この色はほぼ顔料のみによって決まるため、算出される膜厚は乾燥前後でほぼ同一である。従って、塗装作業者が、塗布直後に上記の方法によって乾燥後の塗膜の膜厚を算出することができる。 In the above method, hue h, saturation s, and brightness v are calculated and used as color attribute values from the detected RGB signals. This color is determined based on the color of the pigment contained in the paint. If the color of the pigment is determined, this color is determined by the density of the pigment particles when viewed from the film thickness direction. On the other hand, in the methods described in Non-Patent Document 2 and Patent Document 2, the film thickness is calculated based on the thermal properties of the coating film itself and the optical properties of the coating film itself. The thermal properties and optical properties of the coating largely depend on the parts other than the pigment particles, and the parts other than the pigment particles referred to here are resin components after solidification, and resin components and solvents before solidification. It is a mixture of Therefore, these properties may be different before and after solidification (drying) of the paint, and the measured film thickness is also different before and after drying. On the other hand, in the above-described method for calculating the film thickness from the color attribute, this color is almost determined only by the pigment, and thus the calculated film thickness is substantially the same before and after drying. Therefore, the coating worker can calculate the thickness of the coating film after drying by the above method immediately after application.
また、塗膜22の膜厚の絶対値を計測するのではなく、単なる表面の凹凸の有無を検出する場合においては、散乱光を撮像することは必ずしも有効ではない。図5は、図1における破線で示された箇所にカメラ13を設置し、反射光14をカメラ13で撮像し、上記と同様にして求められた明度vの1次元強度分布、及びその平滑化曲線、この平滑化曲線からの偏差である。反射光14の強度は特に塗膜22表面の凹凸の影響を強く受けるため、この場合においては、特に明度vを計測し、利用者が明度vの表示画像を目視することによって凹凸を容易に認識することができる。すなわち、この膜厚計測装置10においては、カメラ13を図1における破線で示された箇所(B)に設置し、色の属性値(特に明度v)を検出することによって、塗膜22表面の凹凸を高い精度で検出することもできる。ただし、この場合に認識されるのは凹凸の有無だけであり、膜厚の絶対値は、カメラ13を図1における実線で示された箇所(A)に設置し、色の属性値(特に色相h)を検出することによって、算出することができる。こうした測定は、カメラ13の反射光14に対する位置関係を可変とすることによって、適宜行うことができる。
In addition, in the case where the absolute value of the film thickness of the
すなわち、この膜厚計測装置10においては、カメラ13の反射光14に対する位置関係を可変とすることによって、塗膜22表面の凹凸の確認と、膜厚の絶対値の計測をそれぞれ最適な状態で行うことができる。この位置関係は、少なくとも、カメラ13が反射光14を検出する位置、及びカメラ13が反射光14を検出せず散乱光15を検出する位置、のいずれかに選択されて設定される構成を具備すればよい。この構成は、カメラ13及び/又は光源11の試料20に対する位置を可変とすることによって実現できる。
That is, in this film
なお、上記の例では、測定対象である塗膜はSI塗料によるものとしたが、含有する顔料によって色が決まる塗料であれば、同様の効果を奏することは明らかである。また、塗膜の下地として、鋼板を用いた場合につき記載したが、下地表面からの反射光が散乱光に悪影響を与えない材料であれば、同様に測定対象の下地として用いることができることは明らかである。 In the above example, the coating film to be measured is made of SI paint, but it is obvious that the same effect can be obtained if the color is determined by the pigment to be contained. In addition, although the case where a steel plate is used as the base of the coating film is described, it is clear that the material can be used as the base of the measurement object as long as the reflected light from the base surface does not adversely affect the scattered light. It is.
また、上記の例では、色の属性値から膜厚を算出するのに3次多項式である式(4)を用いたが、この換算式は適宜設定することが可能である。従って、上記の例では設定される係数はa1〜a3、b1〜b3、c1〜c3、dの10個であったが、この係数の種類、数もこれに応じて適宜設定される。 In the above example, the equation (4), which is a cubic polynomial, is used to calculate the film thickness from the color attribute value, but this conversion equation can be set as appropriate. Accordingly, in the above example, the set coefficients are 10 of a 1 to a 3 , b 1 to b 3 , c 1 to c 3 , and d. Is set.
上記の通り、この膜厚計測装置、及び膜厚計測方法は、特に船体上の塗膜に対して好ましく適用することができるが、同様に、非接触で正確に塗膜の膜厚を計測する場合には、船体以外にも、例えば自動車の車両や航空機等、任意の被検査物に対しても適用が可能である。 As described above, the film thickness measuring device and the film thickness measuring method can be preferably applied particularly to the coating film on the hull, but similarly, the film thickness of the coating film is accurately measured in a non-contact manner. In this case, in addition to the hull, the present invention can be applied to any inspection object such as an automobile vehicle or an aircraft.
10 膜厚計測装置
11 光源
12 照明光
13 カメラ(撮像部)
14 反射光
15 散乱光
16 パーソナルコンピュータ(制御部)
20 試料(被検査物)
21 鋼板
22 塗膜
DESCRIPTION OF
14
20 samples (inspection object)
21
Claims (10)
前記被検査物に照射された光の散乱光のみを撮像部を用いてカラー撮像するステップと、
前記撮像部の出力であるカラー画像信号における色の属性値として色相の値を算出するステップと、
前記色の属性値としての色相の値を入力値とした数式を用いて前記膜厚を算出するステップと、
を具備することを特徴とする膜厚計測方法。 A film thickness measurement method for measuring the film thickness of a coating film formed on the surface of an object to be inspected in a non-contact manner,
Color imaging only the scattered light of the light irradiated on the inspection object using an imaging unit;
Calculating a hue value as a color attribute value in a color image signal that is an output of the imaging unit;
Calculating the film thickness using a mathematical formula having a hue value as the color attribute value as an input value;
A film thickness measuring method comprising:
前記被検査物に照射された光の散乱光のみをカラー撮像する撮像部と、
前記撮像部の出力であるカラー画像信号における色の属性値として色相の値を算出し、前記属性値としての色相の値を入力値とした数式を用いて前記膜厚を算出する制御部と、
を具備することを特徴とする膜厚計測装置。 It is a film thickness measuring device that measures the film thickness of the coating film formed on the surface of the inspection object in a non-contact manner,
An imaging unit for color imaging only scattered light of the light irradiated on the inspection object;
A control unit for calculating a hue value as a color attribute value in a color image signal which is an output of the imaging unit, and calculates the film thickness by using a formula that was input value the value of the hue as the attribute value,
A film thickness measuring apparatus comprising:
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