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JP2014149286A - Surface roughness measurement device - Google Patents

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JP2014149286A
JP2014149286A JP2013168217A JP2013168217A JP2014149286A JP 2014149286 A JP2014149286 A JP 2014149286A JP 2013168217 A JP2013168217 A JP 2013168217A JP 2013168217 A JP2013168217 A JP 2013168217A JP 2014149286 A JP2014149286 A JP 2014149286A
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measurement
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reflected
luminance
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JP2013168217A
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Japanese (ja)
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Takeo Yamada
健夫 山田
Masaaki Kobayashi
正明 小林
Yoshiko Nishikawa
良子 西川
Shinichi Nishikawa
信一 西川
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Original Assignee
Nireco Corp
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  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measurement device that can detect surface roughness with high accuracy in order to accurately discriminate a slight difference in a color or color unevenness.SOLUTION: The measurement device comprises: an optical system (101) that includes a light source (1011); an imaging section (103); and a data process section (105). The measurement device is configured so as to: irradiate a measurement object (201) with the optical system; acquire an image of the measurement object by the imaging section; and process the image of the measurement object by the data process section. The data process section is configured so as to: calculate correction reflection luminance that eliminates reflection inside the optical system as to each pixel of the image of the measurement object from data on the image of the measurement object and data on an image of a sub black body, and calculate surface roughness of the measurement object, using the correction reflection luminance.

Description

本発明は、測定対象に照射された光の反射輝度を使用することによって測定対象の面粗さを求める測定装置に関する。また、測定対象に照射された光の反射輝度を使用することによって、測定対象の面粗さとともに反射色彩値を求める測定装置に関する。   The present invention relates to a measuring apparatus that obtains the surface roughness of a measuring object by using the reflection luminance of light irradiated to the measuring object. The present invention also relates to a measuring apparatus that obtains a reflected color value together with the surface roughness of the measuring object by using the reflection luminance of the light irradiated to the measuring object.

近年、自動車、家電、携帯電話、コンパクトカメラなどの製品において、ユーザは、外観をより重視するようになってきている。このため、製品の外観に対する要求は非常に高くなっている。   In recent years, in products such as automobiles, home appliances, mobile phones, and compact cameras, users are placing more emphasis on the appearance. For this reason, the request | requirement with respect to the external appearance of a product is very high.

製品の外観に関し、製品のわずかな色の差や色むらを的確に判別することは重要である。従来、このような製品のわずかな色の差や色むらは目視によって判別されていた。その理由は、従来、製品のわずかな色の差や色むらを的確に判別することのできる測定装置が存在しなかったためである。   Regarding the appearance of the product, it is important to accurately discriminate slight color differences and color unevenness of the product. Conventionally, slight color differences and color unevenness of such products have been visually determined. This is because there has conventionally been no measuring apparatus that can accurately discriminate slight color differences and color unevenness of products.

たとえば、圧延されたステンレス板であって、表面が鏡面(圧延筋がある)で、その裏面が鏡面にショットブラストをかけたものの場合に、表面及び裏面の違いを定量的に表すことが、従来の測定装置ではできない。   For example, in the case of a rolled stainless steel plate having a mirror surface (with rolling streaks) and the back surface of which has been subjected to shot blasting, the difference between the front surface and the back surface can be expressed quantitatively. It is not possible with the measuring device.

また、金属の押し出し成型品について、押し出し加工により、素材の色は変わらないにもかかわらず、光沢(表面粗さ)が変化し、あたかも色が変化したように見える場合がある。たとえば、アルミ材では、その純度が高いので、押し出し加工により、基材の色は変化しない。しかし、金型の内面について、金型の使用開始直後は粗いが、使用回数が多くなると、内面の凹凸が減り、成型品が滑らかな表面となり、反射率が高くなると考えられる。このような原因で金属の押し出し成型品に色むらが発生する場合がある。しかし、このような色むらを定量的に測定できる測定装置はない。   In addition, for an extruded metal product, the gloss (surface roughness) may change due to the extrusion process even though the color of the material does not change, and it may appear as if the color has changed. For example, since the purity of aluminum material is high, the color of the base material does not change by the extrusion process. However, it is considered that the inner surface of the mold is rough immediately after the start of use of the mold, but if the number of uses increases, the unevenness of the inner surface is reduced, the molded product has a smooth surface, and the reflectance is increased. For this reason, color unevenness may occur in a metal extrusion-molded product. However, there is no measuring device that can quantitatively measure such color unevenness.

樹脂製品についても、成型品は金型を使用して作製される。最近は樹脂の表面にも金属光沢を持たせたものが増加している。上述の金属の場合と同様に、金型の内面の粗さ変化が、成型品に転写されるので、成型品の反射色彩値が変化し、色むらといわれる現象が起きている。   As for the resin product, the molded product is produced using a mold. Recently, the surface of the resin with a metallic luster has been increasing. As in the case of the metal described above, since the change in roughness of the inner surface of the mold is transferred to the molded product, the reflected color value of the molded product changes and a phenomenon called color unevenness occurs.

また、新しい成型品の開発時に、試作成型品と、量産成型品とで色の差が発生するとも言われている。これは、試作成型品はサンプル数が少ないので、耐久性の低い金型でも製作できる。しかし、量産時は耐久性が要求されるので、量産時の金型は、試作品作製時と金型の材質が変わることがある。その場合に試作成型品の光沢(表面粗さ)と、量産時の成型品の光沢(表面粗さ)とが一致せずに、試作品と光沢(表面粗さ)の異なる製品ができることがある。このような場合に、素材が同じでも、人の目は、色むらや色の差を感じてしまう。   It is also said that when developing a new molded product, a color difference occurs between a prototype molded product and a mass-produced molded product. This is because a prototype molded product has a small number of samples, so it can be manufactured even with a low-durability mold. However, since durability is required at the time of mass production, the mold material at the time of mass production may be different from that at the time of producing a prototype. In this case, the gloss (surface roughness) of the prototype molded product may not match the gloss (surface roughness) of the molded product during mass production, and a product with a different gloss (surface roughness) from the prototype may be produced. . In such a case, even if the materials are the same, the human eye feels uneven color and color differences.

たとえば、携帯電話、デジカメなどのアルミ筐体を作製するメーカでは、アルミの表面状態を変化させるために、サンドペーパーで直線的な粗さをつけたもの(鏡面)、ショットブラスト処理により粗面にしたものなどを使用する。これに電着処理により色付けをするが、色には光沢(表面粗さ)の影響が出る。このような色の差を測定することのできる測定装置は、従来開発されていない。そこで、5水準の表面粗さ、及び5水準の色濃度を有する合計25枚のサンプルを作り、それらを色管理の見本とし、作業者が見本と比べながら目視により製品の色の良し悪しを判定している。このような目視検査のために、個人差、目の疲労による経時変化などの要因で、検査歩留まりが悪くなる。   For example, manufacturers that produce aluminum casings such as mobile phones and digital cameras use sandpaper with a linear roughness (mirror surface) to change the surface condition of the aluminum, and make it rough by shot blasting. Use what you did. This is colored by electrodeposition, but the color is affected by gloss (surface roughness). A measuring apparatus that can measure such a color difference has not been developed. Therefore, a total of 25 samples having 5 levels of surface roughness and 5 levels of color density are made, and these are used as samples for color management. The operator visually determines the quality of the product compared to the samples. doing. Due to such a visual inspection, the inspection yield deteriorates due to factors such as individual differences and changes over time due to eye fatigue.

また、紙にPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを張り合わせ、アルミ蒸着により、鏡面を生成したものがパッケージコート紙、ラベルコート紙として市販されている。これらのコート紙は、PETの厚みが変わることで、アルミ蒸着による熱の発生が影響し、蒸着面の下地の光沢(粗さ)が変化し、反射色彩値が変化することがある。従来、このような色の差を測定することのできる測定装置はない。   Also, a PET (polyethylene terephthalate) film laminated on paper and a mirror surface produced by aluminum vapor deposition is commercially available as package-coated paper and label-coated paper. In these coated papers, the change in PET thickness affects the generation of heat due to aluminum vapor deposition, and the gloss (roughness) of the underlying surface of the vapor deposition surface changes, and the reflected color value may change. Conventionally, there is no measuring apparatus that can measure such a color difference.

ここで、従来の反射色測定装置について説明する。従来の反射色彩計は、表面が拡散面に近いものを想定している。その理由は、積分球方式、もしくは45°/0°の投受光角の拡散反射色彩計であるからである。このような反射色彩計は、金属面のように圧延筋がはっきり見えるような、鏡面の測定には適していない。素材は紙であっても表面に蒸着膜を成膜したものも、同様の理由で測定できていない。   Here, a conventional reflection color measuring apparatus will be described. The conventional reflection colorimeter assumes that the surface is close to the diffusing surface. The reason is that it is an integrating sphere method or a diffuse reflection colorimeter with a light projecting / receiving angle of 45 ° / 0 °. Such reflective colorimeters are not suitable for specular measurements where the rolling streaks are clearly visible like metal surfaces. Even if the material is paper, a material having a deposited film formed on the surface cannot be measured for the same reason.

また、測定対象に照射された光の反射輝度を使用することによって測定対象の面粗さを求める測定装置は、すでに開発されている(たとえば、特許文献1乃至3)。しかし、従来の測定装置は、光学系内部の反射の影響を考慮していないので、面粗さの測定精度に問題がある。また、測定対象の画像データから面粗さと反射色彩値の両方を測定することのできる測定装置は開発されていない。   In addition, a measuring apparatus that obtains the surface roughness of a measuring object by using the reflection luminance of light irradiated to the measuring object has already been developed (for example, Patent Documents 1 to 3). However, since the conventional measuring apparatus does not consider the influence of reflection inside the optical system, there is a problem in the measurement accuracy of the surface roughness. In addition, a measuring apparatus that can measure both surface roughness and reflected color value from image data to be measured has not been developed.

特表2002−544497号公報JP-T-2002-544497 特開2003−161608号公報JP 2003-161608 A 特開平6−213953号公報JP-A-6-213953

したがって、わずかな色の差や色むらを的確に判別するために、面粗さを高い精度で測定することのできる測定装置に対するニーズがある。また、面粗さと反射色彩値の両方を測定することのできる測定装置に対するニーズがある。   Therefore, there is a need for a measuring apparatus that can measure surface roughness with high accuracy in order to accurately discriminate slight color differences and color unevenness. There is also a need for a measuring device that can measure both surface roughness and reflected color values.

本発明の第1の態様による測定装置は、光源を含む光学系と撮像部とデータ処理部とを備え、前記光学系によって測定対象を照射し、照射された前記測定対象の画像を前記撮像部によって取得し、前記測定対象の画像を前記データ処理部によって処理するように構成された測定装置であって、前記データ処理部は、前記測定対象の画像のデータと準黒体の画像のデータとから、前記測定対象の画像の各画素について前記光学系内部の反射を除去した補正反射輝度を求め、前記補正反射輝度を使用して、前記測定対象の面粗さを求めるように構成されている。   A measurement apparatus according to a first aspect of the present invention includes an optical system including a light source, an imaging unit, and a data processing unit, irradiates a measurement target with the optical system, and outputs an image of the irradiated measurement target to the imaging unit. And the data processing unit is configured to process the measurement target image by the data processing unit, wherein the data processing unit includes the measurement target image data, the quasi-blackbody image data, and The corrected reflection brightness obtained by removing the reflection inside the optical system is obtained for each pixel of the image to be measured, and the surface roughness of the measurement object is obtained using the corrected reflection brightness. .

本態様による測定装置は、測定対象の画像のデータと準黒体の画像のデータとから、前記測定対象の画像の各画素について光学系内部の反射を除去した補正反射輝度を求め、前記補正反射輝度を使用して、前記測定対象の面粗さを求めるように構成されているので、特に低反射率の測定対象についても、高い精度で面粗さを求めることができる。   The measuring apparatus according to the present aspect obtains a corrected reflection luminance obtained by removing reflection inside the optical system for each pixel of the measurement target image from the measurement target image data and the quasi-blackbody image data, and the corrected reflection Since the luminance is used to determine the surface roughness of the measurement target, the surface roughness can be determined with high accuracy even for a measurement target having a low reflectance.

本発明の実施形態による測定装置においては、前記光学系は、前記測定対象の面に対してほぼ垂直な方向に光を照射し、前記撮像部は、前記測定対象の前記面に対してほぼ垂直な方向に反射される光を受け取るように構成されている。   In the measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the optical system irradiates light in a direction substantially perpendicular to the surface of the measurement object, and the imaging unit is substantially perpendicular to the surface of the measurement object. Configured to receive light reflected in various directions.

本実施形態による測定装置においては、測定対象の面に対してほぼ垂直な方向に反射される光による画像を利用するので、周囲の外部光の影響を受けにくく、高い精度で面粗さを求めることができる。   In the measurement apparatus according to the present embodiment, an image by light reflected in a direction substantially perpendicular to the surface to be measured is used, so that the surface roughness is obtained with high accuracy and is not easily affected by ambient external light. be able to.

本発明の実施形態による測定装置においては、前記撮像部は、カラービデオカメラであり、前記データ処理部は、前記測定対象の画像からさらに反射色彩値を求めるように構成されている。   In the measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the imaging unit is a color video camera, and the data processing unit is configured to further obtain a reflection color value from the measurement target image.

本実施形態による測定装置においては、測定対象の画像から測定対象の面粗さと反射色彩値を同時に求めることができる。   In the measurement apparatus according to the present embodiment, the surface roughness and the reflected color value of the measurement object can be obtained simultaneously from the image of the measurement object.

本発明の実施形態による測定装置においては、前記撮像部は、前記測定対象の前記面に対して垂直な方向に反射される光を受け取るように構成された第1の撮像装置と、前記測定対象の前記面に対して垂直な方向から20度から30度傾斜した方向に反射される光を受け取るように構成された第2の撮像装置と、を含む。   In the measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the imaging unit includes a first imaging apparatus configured to receive light reflected in a direction perpendicular to the surface of the measurement target, and the measurement target. A second imaging device configured to receive light reflected in a direction inclined by 20 degrees to 30 degrees from a direction perpendicular to the plane.

本実施形態による測定装置によれば、表面に透明膜を付したカラータイルのように、測定対象の面に垂直に反射する光によっては反射色彩値を測定することができない測定対象の反射色彩値を測定することができる。   According to the measuring apparatus according to the present embodiment, the reflected color value of the measurement object that cannot measure the reflected color value depending on the light reflected perpendicularly to the surface of the measurement object, such as a color tile with a transparent film on the surface. Can be measured.

本発明の実施形態による測定装置においては、前記データ処理部は、前記各画素についての前記補正反射輝度の標準偏差を使用して、前記測定対象の面粗さを求めるように構成されている。   In the measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the data processing unit is configured to obtain the surface roughness of the measurement target using a standard deviation of the corrected reflected luminance for each pixel.

本実施形態による測定装置においては、簡単な計算によって前記測定対象の面粗さを求めることができる。   In the measuring apparatus according to the present embodiment, the surface roughness of the measurement object can be obtained by simple calculation.

本発明の実施形態による測定装置においては、前記データ処理部は、前記測定対象の画像においてx軸及びy軸を定め、前記画像のx軸上の各点についてy方向の各点の前記補正反射輝度の平均値を求め、x軸上の各点についてのy方向の各点の反射輝度の平均値の標準偏差を使用してx軸方向の面粗さを求め、前記画像のy軸上の各点についてx方向の各点の前記補正反射輝度の平均値を求め、y軸上の各点についてのx方向の各点の反射輝度の平均値の標準偏差を使用してy軸方向の面粗さを求めるように構成されている。   In the measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the data processing unit defines an x-axis and a y-axis in the measurement target image, and the corrected reflection of each point in the y direction for each point on the x-axis of the image. The average value of the luminance is obtained, the surface roughness in the x-axis direction is obtained using the standard deviation of the average value of the reflected luminance at each point in the y-direction for each point on the x-axis, and the image on the y-axis is obtained. The average value of the corrected reflected luminance at each point in the x direction is obtained for each point, and the standard deviation of the average value of the reflected luminance at each point in the x direction is obtained for each point on the y axis. It is comprised so that roughness may be calculated | required.

本実施形態による測定装置によれば、x軸方向の面粗さ及びy軸方向の面粗さを使用して測定対象面の粗さの向きを数値化することができる。   According to the measuring apparatus according to the present embodiment, the direction of the roughness of the measurement target surface can be quantified using the surface roughness in the x-axis direction and the surface roughness in the y-axis direction.

本発明の実施形態による測定装置においては、前記データ処理部は、前記補正反射輝度に所定の倍率を乗じた反射輝度から構成される画像を作成するように構成されている。   In the measurement apparatus according to the embodiment of the present invention, the data processing unit is configured to create an image composed of reflection luminance obtained by multiplying the corrected reflection luminance by a predetermined magnification.

本実施形態による測定装置によれば、測定対象の面が低反射率であっても、差画像の輝度値に所定の倍率を乗じることにより、肉眼によって識別しやすい測定対象の面の画像を提供することができる。   According to the measurement apparatus according to the present embodiment, even when the measurement target surface has a low reflectance, the luminance value of the difference image is multiplied by a predetermined magnification to provide an image of the measurement target surface that can be easily identified by the naked eye. can do.

本発明の第2の態様による検査装置は、本発明第1の態様による測定装置を使用したものである。   The inspection apparatus according to the second aspect of the present invention uses the measuring apparatus according to the first aspect of the present invention.

本発明の第2の態様による検査装置は、本発明第1の態様による測定装置によって数値化されたデータを使用して、従来目視でしか行うことができなかった製品の外観の検査を行うことができる。   The inspection apparatus according to the second aspect of the present invention uses the data digitized by the measuring apparatus according to the first aspect of the present invention to inspect the appearance of a product that could only be performed by visual observation in the past. Can do.

本発明の一実施形態による測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measuring apparatus by one Embodiment of this invention. 測定装置によって校正板の画像データから基準反射輝度を求める方法を示す流れ図である。It is a flowchart which shows the method of calculating | requiring reference | standard reflection brightness | luminance from the image data of a calibration board with a measuring apparatus. 光源の分光輝度分布、及び撮像部として使用したカラービデオカメラのRGBフィルターの透過率分布を示す図であるIt is a figure which shows the spectral luminance distribution of a light source, and the transmittance | permeability distribution of the RGB filter of the color video camera used as an imaging part. 測定対象の反射率の平均値及び標準偏差を求める方法を説明するための流れ図である。It is a flowchart for demonstrating the method of calculating | requiring the average value and standard deviation of the reflectance of a measuring object. 黒色の封筒の文字を含む領域の、デジタルカメラによる画像を示す図である。It is a figure which shows the image by the digital camera of the area | region containing the character of a black envelope. 図4のステップS2040において求めた測定対象の差画像の輝度値を8倍した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which multiplied 8 times the luminance value of the difference image of the measuring object calculated | required in step S2040 of FIG. 図4のステップS2040において求めた測定対象の差画像の輝度値を32倍した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which multiplied 32 times the luminance value of the difference image of the measuring object calculated | required in step S2040 of FIG. 準黒体、黒色の封筒の地、及び黒色の封筒の地にニスを印刷した文字部の垂直反射率Rv(R)、Rv(G)、Rv(B)の値を示す図である。It is a figure which shows the value of the vertical reflectance Rv (R), Rv (G), and Rv (B) of the character part which printed the varnish on the background of the quasi-black body, the black envelope, and the black envelope. 撮像部によって求めたステンレス板の圧延筋を示す画像を示す図である。It is a figure which shows the image which shows the rolling stripe of the stainless steel plate calculated | required by the imaging part. 撮像部によって求めたステンレス板の鏡面の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the mirror surface of the stainless steel plate calculated | required by the imaging part. 撮像部によって求めたステンレス板の粗面の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the rough surface of the stainless steel plate calculated | required by the imaging part. 本測定装置によって求めた、ステンレス板鏡面及び粗面の反射色彩値と光沢度指数とを示す図である。It is a figure which shows the reflective color value and glossiness index of the stainless steel plate mirror surface and rough surface which were calculated | required with this measuring apparatus. 本測定装置によるアルミニウムの四角アングルの測定の状況を示す図である。It is a figure which shows the condition of the measurement of the square angle of aluminum by this measuring apparatus. 撮像部によって求めたサンプル1の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the sample 1 calculated | required by the imaging part. 撮像部によって求めたサンプル2の画像を示す図である。。It is a figure which shows the image of the sample 2 calculated | required by the imaging part. . 図14及び図15の画像の長方形で囲った部分の、垂直反射率Rv(G)及び標準偏差値の相対値Rela.σxyの長辺方向の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the long side direction of the relative value Rela. (Sigma) xy of vertical reflectance Rv (G) and the standard deviation value of the part enclosed with the rectangle of the image of FIG.14 and FIG.15. 図14及び図15の画像の長方形で囲った部分の、反射色彩値L、a、bの長辺方向の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the long side direction of the reflective color value L, a, and b of the part enclosed with the rectangle of the image of FIG.14 and FIG.15. 撮像部によって求めたサンプル3の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the sample 3 calculated | required by the imaging part. 撮像部によって求めたサンプル4の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the sample 4 calculated | required by the imaging part. 本測定装置によって求めた、サンプル3及びサンプル4の反射色彩値L、a、bと、光沢度指数Rela.σxy、及び比率αを示す図である。It is a figure which shows the reflective color value L, a, b of the sample 3 and the sample 4 which were calculated | required with this measuring apparatus, glossiness index Rela. (Sigma) xy, and ratio (alpha). 撮像部によって求めたサンプル5の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the sample 5 calculated | required by the imaging part. 撮像部によって求めたサンプル6の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the sample 6 calculated | required by the imaging part. 本測定装置によって求めた、サンプル5及びサンプル6の反射色彩値L、a、bと、光沢度指数Rela.σxy、及び比率αを示す図である。It is a figure which shows the reflective color value L, a, b of the sample 5 and the sample 6, the glossiness index Rela. (Sigma) xy, and ratio (alpha) which were calculated | required with this measuring apparatus. 撮像部によって求めたサンプル7の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the sample 7 calculated | required by the imaging part. 撮像部によって求めたサンプル8の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the sample 8 calculated | required by the imaging part. 撮像部によって求めたサンプル9の画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the sample 9 calculated | required by the imaging part. 本測定装置によって求めた、サンプル7乃至サンプル9の反射色彩値L、a、bと、光沢度指数Rela.σxy、及び比率αを示す図である。It is a figure which shows the reflective color value L, a, b of the sample 7 thru | or sample 9, the glossiness index | exponent Rela. (Sigma) xy, and ratio (alpha) which were calculated | required with this measuring apparatus. 本発明の他の実施形態による測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measuring apparatus by other embodiment of this invention. オレンジタイルの、測定対象の面に垂直に反射する光による画像を示す図である。It is a figure which shows the image by the light of an orange tile reflected perpendicularly to the surface of a measuring object. オレンジタイルの、測定対象の面の法線に対する角度が25°の拡散反射光を撮影した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which image | photographed the diffuse reflected light whose angle with respect to the normal line of the surface of a measurement object of an orange tile is 25 degrees. 測定装置によって求めた、オレンジタイルを含む10種類のカラータイルの、垂直反射率の平均値Rv(G)と標準偏差値Rv(G)・σxyと光沢度指数のRela.σxyを示す図である。It is a figure which shows Rela. (Sigma) xy of the average value Rv (G) of the vertical reflectance Rv (G) * (sigma) xy, and the glossiness index | exponent of 10 types of color tiles including an orange tile calculated | required with the measuring apparatus. . 測定装置によって求めた、オレンジタイルを含む10種類のカラータイルの、拡散反射色彩値L、a、bの分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of diffuse reflection color value L, a, b of ten types of color tiles including an orange tile calculated | required with the measuring apparatus.

図1は、本発明の一実施形態による測定装置100の構成を示す図である。測定装置100は、光学系101と、撮像部103と、データ処理部105と、データ記憶部107と、を含む。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a measuring apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The measuring apparatus 100 includes an optical system 101, an imaging unit 103, a data processing unit 105, and a data storage unit 107.

光学系101は、光源1011と、ビーム・スプリッタ1013と、テレセントリックレンズ1015と、を含む。光源1011は、430ナノメータ乃至700ナノメータの波長範囲に発光輝度を有する発光ダイオード(LED)光源であってもよい。   The optical system 101 includes a light source 1011, a beam splitter 1013, and a telecentric lens 1015. The light source 1011 may be a light emitting diode (LED) light source having emission luminance in a wavelength range of 430 nanometers to 700 nanometers.

撮像部103は、電子シャッター機構を備えたカラービデオカメラであってもよい。カラービデオカメラの信号は、R、G、Bの色信号に分けられ、12ビットのAD変換器により0〜4095の数値が(R、G、B)の値として各画素に対応して記憶される。画素数は画面の水平方向X=1600、垂直方向Y=1200のものを使用したが、これに限定されるものではない。画像データとして(X、Y)の各点について(R、G、B)データが得られる。光学系101により、測定視野を約14mm×11mmとし、1画素の視野が約9μm×9μmと小さなスポットのRGB情報が得られる。測定視野のうち、最終的な測定エリアを約3mm×3mmとしたときに、約9万点のRGBデータ(12ビット)が得られる。   The imaging unit 103 may be a color video camera provided with an electronic shutter mechanism. The color video camera signal is divided into R, G, and B color signals, and a numeric value of 0 to 4095 is stored as a (R, G, B) value corresponding to each pixel by a 12-bit AD converter. The The number of pixels in the horizontal direction X = 1600 of the screen and the vertical direction Y = 1200 is used, but is not limited to this. (R, G, B) data is obtained as image data for each point (X, Y). With the optical system 101, the measurement visual field is about 14 mm × 11 mm, and the RGB information of a small spot is obtained with the visual field of one pixel being about 9 μm × 9 μm. Approximately 90,000 points of RGB data (12 bits) can be obtained when the final measurement area of the measurement field of view is approximately 3 mm x 3 mm.

データ処理部105は、図示しないモニタを備えたパーソナルコンピュータであってもよい。モニタによって後で説明する種々の画像を表示するように構成してもよい。   The data processing unit 105 may be a personal computer having a monitor (not shown). You may comprise so that the various images demonstrated later may be displayed with a monitor.

光源1011からの光は、ビーム・スプリッタ1013によって反射された後、テレセントリック
レンズ1015を介して対象201の面に、該面に対してほぼ垂直な平行光として照射される。対象201の面で面に垂直な方向に反射された光は、テレセントリックレンズ1015及びビーム・スプリッタ1013を通過し撮像部103に至る。テレセントリックレンズ1015は、対象201の面にほぼ垂直な平行光を形成するとともに、対象201の面に対してほぼ垂直な方向に反射された光のみを撮像部103に送る。このようにして、撮像部103によって、光源1011によって照射された対象201の2次元画像が採取される。採取された2次元画像のデータは、データ処理部105に送られて処理される。処理されたデータは、データ記憶部107に記憶され、必要に応じて再びデータ処理部105によって使用される。
After the light from the light source 1011 is reflected by the beam splitter 1013, the surface of the object 201 is irradiated as parallel light substantially perpendicular to the surface through the telecentric lens 1015. The light reflected in the direction perpendicular to the surface of the object 201 passes through the telecentric lens 1015 and the beam splitter 1013 and reaches the imaging unit 103. The telecentric lens 1015 forms parallel light substantially perpendicular to the surface of the target 201 and sends only the light reflected in a direction substantially perpendicular to the surface of the target 201 to the imaging unit 103. In this way, a two-dimensional image of the target 201 irradiated by the light source 1011 is collected by the imaging unit 103. The collected two-dimensional image data is sent to the data processing unit 105 for processing. The processed data is stored in the data storage unit 107 and used again by the data processing unit 105 as necessary.

測定装置100は、対象201の面に垂直に反射された光の反射率、すなわち垂直反射率が0.01%から99%までの広い範囲を測定対象とするので、上述のように撮像部103に電子シャッター機能を備える必要がある。   Since the measuring apparatus 100 has a wide range of reflectance of light reflected perpendicularly to the surface of the object 201, that is, a vertical reflectance of 0.01% to 99%, the imaging unit 103 is as described above. Must have an electronic shutter function.

撮像部103で取得した画像データから垂直反射率を求めるためには校正板を使用する。   In order to obtain the vertical reflectance from the image data acquired by the imaging unit 103, a calibration plate is used.

また、測定装置100において、対象201で反射された光を撮像部103で測定する際に、光源1011から放射され光学系101の内部で反射された光も測定してしまうという問題がある。このため、特に垂直反射率が低い場合には、測定精度が著しく低下する。   Further, in the measurement apparatus 100, when the light reflected by the object 201 is measured by the imaging unit 103, there is a problem that the light emitted from the light source 1011 and reflected inside the optical system 101 is also measured. For this reason, especially when the vertical reflectance is low, the measurement accuracy is significantly lowered.

そこで、本実施形態においては、準黒体としての円筒状黒体空洞の画像を測定装置100によって測定することにより、光学系101の内部反射の画像データを求め、この画像データを測定対象の画像データから差し引くことによって、光学系101の内部反射の影響を除去する。   Therefore, in this embodiment, the measurement device 100 measures an image of a cylindrical black body cavity as a quasi-black body to obtain image data of internal reflection of the optical system 101, and this image data is used as an image to be measured. By subtracting from the data, the influence of internal reflection of the optical system 101 is removed.

準黒体は、円筒状の黒体空洞であり、空洞の径は、約40ミリメータであり、空洞の深さは、約69ミリメータである。底部は円錐形で、天頂角60°、円錐高さ約35ミリメータで、円筒部にはねじ込み式で、一体化される。円筒部、円錐部の内面は黒色塗装が施されている。   The quasi-blackbody is a cylindrical blackbody cavity with a cavity diameter of about 40 millimeters and a cavity depth of about 69 millimeters. The bottom is conical, the zenith angle is 60 °, the cone height is about 35 millimeters, and the cylindrical part is integrated by screwing. The inner surfaces of the cylindrical part and the conical part are painted black.

図2は、測定装置100によって校正板の画像データから基準反射輝度を求める方法を示す流れ図である。本実施形態においては、校正板として、低反射率校正板を使用する。低反射率校正板は、400-700nmの波長に対して、4.43-4.25%の反射率を有する。測定対象によっては、400-700nmの波長に対して、ほぼ90%の反射率を有する高反射率校正板を使用してもよい。   FIG. 2 is a flowchart showing a method for obtaining the reference reflection luminance from the image data of the calibration plate by the measuring apparatus 100. In the present embodiment, a low reflectance calibration plate is used as the calibration plate. The low reflectivity calibration plate has a reflectivity of 4.43-4.25% for wavelengths of 400-700 nm. Depending on the object to be measured, a high reflectance calibration plate having a reflectance of approximately 90% for a wavelength of 400 to 700 nm may be used.

図2のステップS1010において、光源の輝度を設定する。光源1011として、LED(発光ダイオード)光源、具体的には株式会社モリテックスの型式MCEC-CW8(最大定格0.15A、MML用同軸落射照明用)を使用した。   In step S1010 of FIG. 2, the brightness of the light source is set. As the light source 1011, an LED (light emitting diode) light source, specifically, a model MCEC-CW8 (maximum rating 0.15A, for MML coaxial epi-illumination) manufactured by Moritex Corporation was used.

図3は、光源1011の分光輝度分布、及び撮像部103として使用したカラービデオカメラのRGBフィルターの透過率分布を示す図である。上記のカラービデオカメラは、赤外線カットフィルタを備えている。上記の分光輝度分布は、赤外線カットフィルタによる赤外線カット後のものである。   FIG. 3 is a diagram illustrating the spectral luminance distribution of the light source 1011 and the transmittance distribution of the RGB filter of the color video camera used as the imaging unit 103. The color video camera includes an infrared cut filter. The above spectral luminance distribution is after the infrared cut by the infrared cut filter.

図2のステップS1020において、校正板を測定する際における撮像部103のシャッター時間を設定する。一例として、シャッター時間は0.5ミリ秒とする。   In step S1020 in FIG. 2, the shutter time of the imaging unit 103 when measuring the calibration plate is set. As an example, the shutter time is 0.5 milliseconds.

図2のステップS1030において、撮像部103によって低反射率校正板の画像データを取得する。   In step S1030 in FIG. 2, image data of the low reflectance calibration plate is acquired by the imaging unit 103.

図2のステップS1040において、撮像部103によって準黒体の画像データを取得する。   In step S1040 of FIG. 2, the imaging unit 103 acquires quasi-blackbody image data.

図2のステップS1050において、データ処理部105によって、ステップS1030において取得した低反射率校正板の画像データからステップS1040において取得した準黒体の画像データを差し引く。このようにして引き算によって求めた画像データを校正板の差画像データと呼称する。   In step S1050 of FIG. 2, the data processing unit 105 subtracts the quasi-blackbody image data acquired in step S1040 from the image data of the low reflectance calibration plate acquired in step S1030. The image data obtained by subtraction in this way is referred to as calibration plate difference image data.

図2のステップS1060において、データ処理部105によって、校正板の差画像データの測定エリアにおけるR、G、B値の平均値R1(R)、R1(G)R1(B)を計算する。   In step S1060 of FIG. 2, the data processing unit 105 calculates the average values R1 (R) and R1 (G) R1 (B) of the R, G, and B values in the measurement area of the difference image data on the calibration plate.

図2のステップS1070において、データ処理部105によって、上述の平均値R1(R)、R1(G)R1(B)、及び校正板の反射率から、1ミリ秒のシャッター時間で反射率1%の測定対象を測定した場合の反射輝度に相当する基準反射輝度Rs1(R)、Rs1(G)、Rs1(B)を計算する。基準反射輝度Rs1(R)、Rs1(G)、Rs1(B)は、データ記憶部107に送られて格納される。なお、校正板の反射率は表1に記載する。   In step S1070 of FIG. 2, the data processing unit 105 uses the above-described average values R1 (R), R1 (G) R1 (B), and the reflectance of the calibration plate to reflect 1% with a shutter time of 1 millisecond. The reference reflection luminances Rs1 (R), Rs1 (G), and Rs1 (B) corresponding to the reflection luminance when the measurement object is measured are calculated. The reference reflection luminances Rs1 (R), Rs1 (G), and Rs1 (B) are sent to and stored in the data storage unit 107. The reflectance of the calibration plate is shown in Table 1.

図4は、測定対象の反射率の平均値及び標準偏差を求める方法を説明するための流れ図である。   FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of obtaining the average value and standard deviation of the reflectance of the measurement target.

図4のステップS2010において、測定時の撮像部103のシャッター時間を設定する。一例として、シャッター時間は2ミリ秒とする。   In step S2010 of FIG. 4, the shutter time of the imaging unit 103 at the time of measurement is set. As an example, the shutter time is 2 milliseconds.

図4のステップS2020において、撮像部103によって準黒体の画像データを取得する。   In step S2020 of FIG. 4, quasi-blackbody image data is acquired by the imaging unit 103.

図4のステップS2030において、撮像部103によって測定対象の画像データを取得する。   In step S2030 in FIG. 4, the image data to be measured is acquired by the imaging unit 103.

図4のステップS2040において、データ処理部105によって、ステップS2040において取得した測定対象の画像データからステップS2030において取得した準黒体の画像データを差し引く。このようにして引き算によって求めた画像データを測定対象の差画像データと呼称する。   In step S2040 of FIG. 4, the data processing unit 105 subtracts the quasi-blackbody image data acquired in step S2030 from the measurement target image data acquired in step S2040. The image data obtained by subtraction in this way is called difference image data to be measured.

図4のステップS2050において、データ処理部105によって、差画像の測定エリアにおいて、R、G、Bの値の平均値R2(R)、R2(G)、R2(B)、及びRの値の標準偏差R2(G)σを計算する。標準偏差R2(G)σは以下の手順により計算する。   In step S2050 of FIG. 4, the data processing unit 105 uses the average values R2 (R), R2 (G), R2 (B), and R of the R, G, and B values in the difference image measurement area. A standard deviation R2 (G) σ is calculated. The standard deviation R2 (G) σ is calculated by the following procedure.

一例として、測定エリアの開始点の座標を(Xs、Ys)=(650、450)とし、終了点の座標を(Xe、Ye)=(950、750)とする。この二次元測定エリアの座標点は301×301=90,601点である。このときに、座標X=650, 651, 652 ---- 948, 949, 950の301点について、それぞれY方向の平均値を求め、その301点の平均値の標準偏差値をR2(G)・σxとする。このR2(G)・σxをX方向標準偏差値と呼称する。同様にして、座標Y=450,451,452------748,749,750の301点について、それぞれX方向の平均値を求め、その301点の平均値の標準偏差値をR2(G)・σyとする。このR2(G)・σyをY方向標準偏差値と呼称する。   As an example, the coordinates of the start point of the measurement area are (Xs, Ys) = (650, 450), and the coordinates of the end point are (Xe, Ye) = (950, 750). The coordinate points of this two-dimensional measurement area are 301 × 301 = 90,601 points. At this time, for the 301 points of coordinates X = 650, 651, 652 ---- 948, 949, 950, the average value in the Y direction is obtained, respectively, and the standard deviation value of the average value of the 301 points is R2 (G) • σx. This R2 (G) · σx is referred to as an X-direction standard deviation value. Similarly, an average value in the X direction is obtained for 301 points at coordinates Y = 450,451,452 ----- 748,749,750, and the standard deviation value of the average value of the 301 points is R2 (G) · σy. This R2 (G) · σy is referred to as a Y-direction standard deviation value.

測定エリア内の標準偏差値としてR2(G)・σxyの値は以下の式で計算する。
R2(G)・σxy=√{R2(G)・σx}2+{R2(G)・σy}2
The value of R2 (G) · σxy as the standard deviation value in the measurement area is calculated using the following formula.
R2 (G) · σxy = √ {R2 (G) · σx} 2 + {R2 (G) · σy} 2

図4のステップS2060において、データ処理部105によって、記憶部107に格納された基準反射輝度Rs1(R)、Rs1(G)、Rs1(B)を使用して、垂直反射率の平均値Rv(R)、 Rv(G) 、Rv(B)及び3種類の標準偏差Rv(G)・σx、Rv(G)・σy、Rv(G)・σxyを求め、記憶部107に格納する。   In step S2060 of FIG. 4, the data processing unit 105 uses the reference reflection luminances Rs1 (R), Rs1 (G), and Rs1 (B) stored in the storage unit 107 to calculate the average value Rv ( R), Rv (G), Rv (B) and three types of standard deviations Rv (G) · σx, Rv (G) · σy, Rv (G) · σxy are obtained and stored in the storage unit 107.

たとえば、垂直反射率の平均値Rv(R)の計算は、以下の式による。
Rv(R)= R2(R)/ (2×Rs1(R))
上記の式において、基準反射輝度Rs1(R)を2倍しているのは、シャッター時間の補正をするためである。他の平均値及び標準偏差についても同様の式によって計算を行う。
For example, the average value Rv (R) of the vertical reflectance is calculated according to the following formula.
Rv (R) = R2 (R) / (2 × Rs1 (R))
In the above formula, the reference reflection luminance Rs1 (R) is doubled in order to correct the shutter time. Other average values and standard deviations are also calculated by the same formula.

また、相対値標準偏差を以下の式によって求め、この値を光沢度指数とする。
Rela.σxy=Rv(G)・σxy/Rv(G)
光沢度指数は面の粗さに対応し、光沢度指数が大きいほど粗さが大きく光沢度は小さい。
Moreover, a relative value standard deviation is calculated | required by the following formula | equation, and let this value be a glossiness index | exponent.
Rela.σxy = Rv (G) ・ σxy / Rv (G)
The gloss index corresponds to the roughness of the surface. The larger the gloss index, the greater the roughness and the lower the gloss.

さらに、X方向標準偏差値とY方向標準偏差値との比をαとする。
α=Rv(G)・σx/(Rv(G)・σy)
αは粗さに方向性があるかどうか判断するのに使用する。αが1に近い場合は、方向性が無く、αが2以上であれば、粗さに明確な方向性がある。αについては、具体例にしたがって後で説明する。
Further, a ratio between the X-direction standard deviation value and the Y-direction standard deviation value is α.
α = Rv (G) · σx / (Rv (G) · σy)
α is used to determine whether the roughness has a direction. When α is close to 1, there is no directionality, and when α is 2 or more, there is a clear directionality in roughness. α will be described later according to a specific example.

なお、本実施形態ではG値に関する標準偏差を求めたが、R値またはB値に関する標準偏差を求めてもよい。あるいは、モノクロの撮像装置を使用してモノクロ画像の輝度値の標準偏差を求めてもよい。   In the present embodiment, the standard deviation for the G value is obtained, but the standard deviation for the R value or B value may be obtained. Alternatively, a standard deviation of luminance values of a monochrome image may be obtained using a monochrome imaging device.

ここで、図4に示した方法による測定結果について説明する。   Here, the measurement result by the method shown in FIG. 4 will be described.

測定対象は、黒色の封筒を地として、その上に文字をニスにより印刷したものである。このような測定対象の文字を肉眼で識別するのは困難である。   The object to be measured is a black envelope on which characters are printed with varnish. It is difficult to identify such characters to be measured with the naked eye.

図5は、黒色の封筒の文字を含む領域の、デジタルカメラによる画像を示す図である。   FIG. 5 is a diagram illustrating an image obtained by a digital camera in an area including characters of a black envelope.

図6は、図4のステップS2040において求めた測定対象の差画像の輝度値を8倍した画像を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an image obtained by multiplying the luminance value of the difference image to be measured obtained in step S2040 of FIG. 4 by eight.

図7は、図4のステップS2040において求めた測定対象の差画像の輝度値を32倍した画像を示す図である。図7の画像においては、黒色の封筒の地と文字部とを肉眼によって容易に区別することができる。このように、測定対象の面が低反射率であっても、差画像の輝度値に所定の倍率を乗じることにより、肉眼によって識別しやすい測定対象の面の画像を提供することができる。すなわち、画像の「見える化」を実現することができる。   FIG. 7 is a diagram showing an image obtained by multiplying the luminance value of the difference image to be measured obtained in step S2040 of FIG. 4 by 32 times. In the image of FIG. 7, the background of the black envelope and the character portion can be easily distinguished by the naked eye. As described above, even if the measurement target surface has a low reflectance, an image of the measurement target surface that can be easily identified by the naked eye can be provided by multiplying the luminance value of the difference image by a predetermined magnification. That is, “visualization” of the image can be realized.

図8は、準黒体、黒色の封筒の地、及び黒色の封筒の地にニスを印刷した文字部の垂直反射率Rv(R)、Rv(G)、Rv(B)の値を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing the values of vertical reflectances Rv (R), Rv (G), and Rv (B) of a character portion in which a varnish is printed on a quasi-black body, a black envelope, and a black envelope. It is.

表1は、低反射率校正板の反射率、ならびに準黒体、黒色の封筒の地、及び黒色の封筒の地にニスを印刷した文字部の垂直反射率Rv(R)、Rv(G)、Rv(B)の値を示す表である。

Figure 2014149286
Table 1 shows the reflectivity of the low reflectivity calibration plate, and the vertical reflectivity Rv (R) and Rv (G) of the character part in which the varnish is printed on the quasi-black body, the background of the black envelope, and the background of the black envelope , Rv (B) values.
Figure 2014149286

図8及び表1に示した、黒色の封筒の地、及び黒色の封筒の地にニスを印刷した文字部の垂直反射率Rv(R)、Rv(G)、Rv(B)の値は、図4に示した方法によって求めたものである。準黒体の垂直反射率は、図4のステップS2020において求めた準黒体の画像データを使用して、図4のステップS2050及びS2060と同様の手順により求めたものである。準黒体による光学系の内部反射の影響は、約1%であり、誤差としては無視できない。特に、低反射率の測定対象の測定精度に対する影響は非常に大きい。   The values of the vertical reflectances Rv (R), Rv (G), and Rv (B) of the character portion in which the varnish is printed on the background of the black envelope and the background of the black envelope shown in FIG. It is obtained by the method shown in FIG. The vertical reflectance of the quasi-blackbody is obtained by the same procedure as steps S2050 and S2060 in FIG. 4 using the quasi-blackbody image data obtained in step S2020 in FIG. The influence of the internal reflection of the optical system by the quasi-blackbody is about 1%, and cannot be ignored as an error. In particular, the influence on the measurement accuracy of a measurement object having a low reflectance is very large.

上述のようにデータ処理部105によって画像データのX方向標準偏差及びY方向標準偏差が計算される。X方向標準偏差及びY方向標準偏差によって、粗さの向きを数値化する場合には、測定対象の圧延筋などの方向性を有するものの方向が画面のX方向またはY方向と一致するように画面を設定する必要がある。具体的には、たとえば、圧延筋が画面の水平方向または垂直方向と一致するように画面を設定する。   As described above, the data processing unit 105 calculates the X-direction standard deviation and the Y-direction standard deviation of the image data. When the direction of roughness is quantified by the X-direction standard deviation and the Y-direction standard deviation, the screen has a direction so that the direction of the measurement target, such as rolling rebar, coincides with the X-direction or Y-direction of the screen. Need to be set. Specifically, for example, the screen is set so that the rolling bars coincide with the horizontal direction or the vertical direction of the screen.

図9は、測定装置100によって求めたステンレス板の圧延筋を示す画像を示す図である。図9(a)は、圧延筋が画面の垂直方向に対して時計回りの方向に10度傾斜した状態の画像を示す図である。図9(b)は、圧延筋が画面の垂直方向に一致した状態の画像を示す図である。図9(c)は、圧延筋が画面の垂直方向に対して反時計回りの方向に5度傾斜した状態の画像を示す図である。測定装置100によれば、測定装置100によって求めたステンレス板の圧延筋を示す画像を見ながら、圧延筋が画面の水平方向または垂直方向と一致するように画面を設定することができる。   FIG. 9 is a view showing an image showing the rolling stripes of the stainless steel plate obtained by the measuring apparatus 100. FIG. FIG. 9A is a diagram showing an image in a state in which the rolling stripe is inclined 10 degrees in the clockwise direction with respect to the vertical direction of the screen. FIG. 9B is a diagram showing an image in a state where the rolling stripes coincide with the vertical direction of the screen. FIG. 9C is a diagram showing an image in a state in which the rolling stripe is inclined 5 degrees in the counterclockwise direction with respect to the vertical direction of the screen. According to the measuring apparatus 100, it is possible to set the screen so that the rolling bar coincides with the horizontal direction or the vertical direction of the screen while viewing the image showing the rolling bar of the stainless plate obtained by the measuring apparatus 100.

ここで、垂直反射率の平均値Rv(R)、Rv (G)、Rv(B)から反射色彩値を求める方法について説明する。   Here, a method for obtaining the reflection color value from the average values Rv (R), Rv (G), and Rv (B) of the vertical reflectance will be described.

反射色三刺激値XYZに使用される人間の視度度曲線に相当する等色関数x10、y10、z10と、図3に示したR、G、Bフィルターの感度曲線と、は似ている。そこで、JISなどで拡散反射色はXYZの反射色三刺激値からL*、a*、b*を求めているのにならい、垂直反射率の平均値Rv(R)、Rv (G)、Rv(B)から、反射色彩値を計算する。 The color matching functions x 10 , y 10 and z 10 corresponding to the human diopter curve used for the reflected color tristimulus values XYZ are similar to the sensitivity curves of the R, G and B filters shown in FIG. ing. Therefore, according to JIS, etc., the diffuse reflection color is determined from L *, a *, b * from the reflection color tristimulus values of XYZ, and the average values of vertical reflectances Rv (R), Rv (G), Rv From (B), the reflected color value is calculated.

反射色三刺激値X、Y、ZからL*、a*、b*を求める式は文献(たとえば、JIS使い方シリーズ、「色の常識」、川上元郎・小松原仁著、日本規格協会発行、P163-164)に記載されており、下記の式が使用されている。
L*=116(Y/Yn)1/3−16 (1)
a*=500[(X/Xn)1/3−(Y/Yn)1/3] (2)
b*=200[((Y/Yn)1/3−(Z/Zn)1/3] (3)
X/Xn>0.008856 Y/Yn>0.008856、Z/Zn>0.008856 (4)
式(4)は式(1)乃至式(3)の共通の条件である。
The formulas for calculating L *, a *, b * from the reflected color tristimulus values X, Y, Z are literature (for example, JIS usage series, “Common sense of color”, Motoro Kawakami and Hitoshi Komatsubara, published by the Japanese Standards Association, P163-164) and the following formula is used.
L * = 116 (Y / Yn) 1/3 -16 (1)
a * = 500 [(X / Xn) 1 /3-(Y / Yn) 1/3 ] (2)
b * = 200 [((Y / Yn) 1 /3-(Z / Zn) 1/3 ] (3)
X / Xn> 0.008856 Y / Yn> 0.008856, Z / Zn> 0.008856 (4)
Equation (4) is a common condition for equations (1) to (3).

光源としてD65標準光源を仮定した場合には、Xn=94.811、Yn=100.00、Zn=107.333の値が、JIS−Z-8722に記載されている   When a D65 standard light source is assumed as the light source, the values of Xn = 94.811, Yn = 100.00, Zn = 107.333 are described in JIS-Z-8722.

本実施形態においては、明度値をL、色彩度をa、bと表記する。本実施形態においては、光源としてLEDを採用しているが、計算式の定数はD65標準光源と同じ値を使用する。   In the present embodiment, the lightness value is expressed as L, and the color saturation is expressed as a and b. In this embodiment, an LED is used as the light source, but the constant of the calculation formula uses the same value as the D65 standard light source.

JISにしたがって、式(4)が満たされる場合と式(4)が満たされない場合に分けて異なる式を使用する。式(4)が満たされる場合は、垂直反射率の平均値Rv(R)、Rv (G)、Rv(B)がすべて1%以上である場合にほぼ相当する。   According to JIS, different formulas are used depending on whether the formula (4) is satisfied or not (4). When the expression (4) is satisfied, it substantially corresponds to the case where the average values Rv (R), Rv (G), and Rv (B) of the vertical reflectance are all 1% or more.

式(4)が満たされる場合(Rv(R)、Rv (G)、Rv(B)がすべて1%以上である場合)の計算式
L=116(Rv(G)/100)1/3−16 (5)
a=500{(Rv(R)/94.81) 1/3−(Rv(G)/100)1/3} (6)
b=200{(Rv(G)/100)1/3−(Rv(B)/107.3) 1/3} (7)
上記の式(5)乃至式(7)は、式(1)乃至式(3)に相当する。
Calculation formula when formula (4) is satisfied (when Rv (R), Rv (G), and Rv (B) are all 1% or more)
L = 116 (Rv (G) / 100) 1/3 -16 (5)
a = 500 {(Rv (R) /94.81) 1/3 − (Rv (G) / 100) 1/3 } (6)
b = 200 {(Rv (G) / 100) 1/3 − (Rv (B) /107.3) 1/3 } (7)
The above formulas (5) to (7) correspond to the formulas (1) to (3).

式(4)が満たされない場合(Rv(R)、Rv (G)、Rv(B)のいずれかが1%未満である場合)の計算式
L=903.29(Rv(G)/100) (8)
a=3894{(Rv(R)/94.81)−(Rv(G)/100)} (9)
b=1557{(Rv(G)/100)−(Rv(B)/107.3) } (10)
上述のように式(5)乃至式(7)または式(8)乃至式(10)を使用して、垂直反射率の平均値Rv(R)、Rv (G)、Rv(B)から反射色彩値L、a、bを計算する。
Calculation formula when equation (4) is not satisfied (when Rv (R), Rv (G), or Rv (B) is less than 1%)
L = 903.29 (Rv (G) / 100) (8)
a = 3894 {(Rv (R) /94.81) − (Rv (G) / 100)} (9)
b = 1557 {(Rv (G) / 100) − (Rv (B) /107.3)} (10)
As described above, reflection from the average values Rv (R), Rv (G), and Rv (B) of the vertical reflectivity using the equations (5) to (7) or the equations (8) to (10). The color values L, a, and b are calculated.

測定装置100による測定結果について以下に説明する。以下に説明する画像データは、図29及び図30に示す画像を除き、図4のステップS2040で求めた、いわゆる差画像データである。   The measurement result by the measuring apparatus 100 will be described below. The image data described below is so-called difference image data obtained in step S2040 of FIG. 4 except for the images shown in FIGS.

最初にステンレス板の鏡面及び粗面の測定結果について説明する。   First, the measurement results of the mirror surface and the rough surface of the stainless steel plate will be described.

図10は、測定装置100によって求めたステンレス板の鏡面の画像を示す図である。鏡面には圧延筋がそのまま現われている。   FIG. 10 is a diagram showing an image of the mirror surface of the stainless steel plate obtained by the measuring apparatus 100. FIG. The rolling streaks appear on the mirror surface.

図11は、測定装置100によって求めたステンレス板の粗面の画像を示す図である。粗面は、圧延筋をショットブラストで消すことによって形成される。   FIG. 11 is a diagram showing an image of the rough surface of the stainless steel plate obtained by the measuring apparatus 100. FIG. The rough surface is formed by erasing the rolling streaks with shot blasting.

図10及び図11の画像の1画素は約9μmで、画面の視野は約14mm×11mmである。   One pixel of the images in FIGS. 10 and 11 is about 9 μm, and the field of view of the screen is about 14 mm × 11 mm.

図12は、本測定装置によって求めた、ステンレス板鏡面及び粗面の反射色彩値と光沢度指数とを示す図である。色彩値について、L、a、bの全てにおいて鏡面の値が粗面の値よりも大きい。光沢度指数は、粗さに対応するものであり、鏡面の光沢度指数は粗面の光沢度指数よりも小さい。比率αは、圧延筋がはっきり現われている鏡面の値は18.67であり、粗面の値よりも大きい。このように、本測定装置により、色彩及び光沢度(粗さ)の、肉眼による観察と対応した数値化が実現されている。   FIG. 12 is a diagram showing the reflection color values and gloss index of the stainless steel plate mirror surface and rough surface obtained by this measuring apparatus. Regarding the color value, the value of the mirror surface is larger than the value of the rough surface in all of L, a, and b. The gloss index corresponds to the roughness, and the gloss index of the mirror surface is smaller than the gloss index of the rough surface. As for the ratio α, the value of the mirror surface where the rolling bars appear clearly is 18.67, which is larger than the value of the rough surface. As described above, the measurement apparatus realizes the numerical values corresponding to the observation with the naked eye of the color and the gloss (roughness).

色彩値の10回連続測定時の変動分を測定した例では、色差値換算でΔEab<0.05と極めて小さい。これは、上述のように3mm×3mmの測定エリアとした場合は、色彩値は、9万点の平均値であるので、AD変換のノイズレベルを下げる効果があり、精度が向上するためである。このように反射色彩値の安定度は高いので、微小な色差値の判定が可能になる。   In the example in which the variation of the color value during 10 consecutive measurements is measured, ΔEab <0.05 in terms of color difference value is extremely small. This is because, when the measurement area is 3 mm × 3 mm as described above, the color value is an average value of 90,000 points, so that there is an effect of reducing the noise level of AD conversion and the accuracy is improved. . As described above, since the stability of the reflected color value is high, a minute color difference value can be determined.

つぎに、押出加工により形成されたアルミニウムの四角アングル(40mm×40mm)の測定結果について説明する。   Next, the measurement results of the square angle (40 mm × 40 mm) of aluminum formed by extrusion will be described.

図13は、本測定装置によるアルミニウムの四角アングルの測定の状況の写真を示す図である。光源による照射範囲の径は約25mmである。   FIG. 13 is a diagram showing a photograph of the situation of measuring the square angle of aluminum by this measuring apparatus. The diameter of the irradiation range by the light source is about 25 mm.

図14は、測定装置100によって求めたサンプル1の画像を示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating an image of the sample 1 obtained by the measuring apparatus 100.

図15は、測定装置100によって求めたサンプル2の画像を示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an image of the sample 2 obtained by the measuring apparatus 100.

図14及び図15の画像によれば、押出加工時の金型による加工筋が明確に見える。また、加工筋には明暗のムラがある。さらに、サンプル1とサンプル2の加工筋の状況は異なる。   According to the images of FIGS. 14 and 15, the processing streaks due to the mold during the extrusion process can be clearly seen. Further, the processing streaks have uneven brightness. Furthermore, the conditions of the processing streaks of sample 1 and sample 2 are different.

図16は、図14及び図15の画像の長方形で囲った部分の、垂直反射率Rv(G)及び標準偏差値の相対値Rela.σxyの長辺方向の分布を示す図である。図16の横軸は、X方向(長辺方向)の座標を示し、縦軸は、垂直反射率及び標準偏差の相対値を示す。縦軸の単位はパーセントである。ここで、あるX座標における垂直反射率Rv(G)とは、長方形内においてそのX座標を有するY方向の全画素の平均値である。また、あるX座標Xiにおける標準偏差値の相対値Rela.σxyは、Xi-20〜Xi+20の41画素の垂直反射率Rv(G)の標準偏差σxy(Xi)を計算し、以下の式から求めた。
Rela.σxy=σxy(Xi)/Rv(Xi)
FIG. 16 is a diagram illustrating a distribution in the long side direction of the relative value Rela.σxy of the vertical reflectance Rv (G) and the standard deviation value in a portion surrounded by a rectangle in the images of FIGS. 14 and 15. The horizontal axis in FIG. 16 indicates the coordinates in the X direction (long side direction), and the vertical axis indicates the relative values of the vertical reflectance and the standard deviation. The unit of the vertical axis is percent. Here, the vertical reflectance Rv (G) at a certain X coordinate is an average value of all pixels in the Y direction having the X coordinate in a rectangle. The relative value Rela.σxy of the standard deviation value at a certain X coordinate Xi calculates the standard deviation σxy (Xi) of the vertical reflectance Rv (G) of 41 pixels from Xi-20 to Xi + 20, I asked for it.
Rela. σxy = σxy (Xi) / Rv (Xi)

図17は、図14及び図15の画像の長方形で囲った部分の、反射色彩値L、a、bの長辺方向の分布を示す図である。図17の横軸は、X方向(長辺方向)の座標を示し、縦軸は、反射色彩値L、a、bの値を示す。ここで、あるX座標における反射色彩値L、a、bとは、長方形内においてそのX座標を有するY方向の全画素の平均値である。   FIG. 17 is a diagram illustrating the distribution in the long side direction of the reflected color values L, a, and b in the portion surrounded by the rectangle in the images of FIGS. 14 and 15. The horizontal axis in FIG. 17 indicates the coordinates in the X direction (long side direction), and the vertical axis indicates the reflected color values L, a, and b. Here, the reflection color values L, a, and b at a certain X coordinate are average values of all pixels in the Y direction having the X coordinate in the rectangle.

図16によれば、光沢度の指数Rela.σxyは、図の左側でやや大きく、中央から右側が小さい。このことは、中央から右側の光沢が高い(粗さが小さい)ことを意味する。   According to FIG. 16, the glossiness index Rela.σxy is slightly larger on the left side of the figure and smaller on the right side from the center. This means that the gloss on the right side from the center is high (the roughness is small).

図17によれば、サンプル1及び2の明度値Lは、図の左側(X座標N=200〜500)の値が右側の部分の値と比較して小さい。X=500〜700の範囲では、サンプル2の明度値がサンプル1の明度値よりも大きい。X=1100〜1400の範囲では、サンプル1の明度値がサンプル2の明度値よりも大きい。サンプル1及び2について、彩度値のaの差及びbの差は、比較的小さい。   According to FIG. 17, the lightness value L of samples 1 and 2 is smaller in the left side (X coordinate N = 200 to 500) in the figure than the value in the right side. In the range of X = 500 to 700, the lightness value of sample 2 is larger than the lightness value of sample 1. In the range of X = 1100 to 1400, the lightness value of sample 1 is larger than the lightness value of sample 2. For samples 1 and 2, the difference in saturation values a and b is relatively small.

つぎに、紙の上にポリエチレンテレフタレートをラミネートしてアルミ蒸着を行った、パッケージ用またはラベル用のコート紙のサンプルの測定結果について説明する。   Next, measurement results of a sample of coated paper for packaging or labeling, in which polyethylene terephthalate is laminated on paper and aluminum deposition is performed, will be described.

図18は、測定装置100によって求めたサンプル3の画像を示す図である。サンプル3は、ラミネートしたポリエチレンテレフタレートの厚さが25マイクロメータである。   FIG. 18 is a diagram illustrating an image of the sample 3 obtained by the measuring apparatus 100. Sample 3 has a laminated polyethylene terephthalate thickness of 25 micrometers.

図19は、測定装置100によって求めたサンプル4の画像を示す図である。サンプル4は、ラミネートしたポリエチレンテレフタレートの膜の厚さが12マイクロメータである。   FIG. 19 is a diagram illustrating an image of the sample 4 obtained by the measuring apparatus 100. Sample 4 has a laminated polyethylene terephthalate film thickness of 12 micrometers.

図18の画像と図19の画像とを比較すると、図18に示したサンプル3の表面は、図19に示したサンプル4の表面と比較してより滑らかで凹凸が少ない。サンプル4の表面の凹凸が多いのは、ポリエチレンテレフタレートの膜の厚さが小さいので、アルミ蒸着時の熱が下地に影響し、凹凸が増加したためと考えられる。肉眼による観察では、サンプル3及び4の表面の凹凸は識別できない。本測定装置によって、図18及び図19の画像に示したように、サンプル3及びサンプル4の表面の凹凸の識別が可能となる。   Comparing the image of FIG. 18 with the image of FIG. 19, the surface of the sample 3 shown in FIG. 18 is smoother and less uneven than the surface of the sample 4 shown in FIG. 19. The reason why the surface of the sample 4 has many irregularities is considered to be that the film thickness of polyethylene terephthalate is small, so that the heat during the deposition of aluminum affects the base and the irregularities increase. The surface irregularities of the samples 3 and 4 cannot be identified by observation with the naked eye. With this measuring apparatus, as shown in the images of FIGS. 18 and 19, it is possible to identify irregularities on the surfaces of the sample 3 and the sample 4.

図20は、本測定装置によって求めた、サンプル3及びサンプル4の反射色彩値L、a、bと、光沢度指数Rela.σxy、及び比率αを示す図である。サンプル4の光沢度指数Rela.σxyは、サンプル3のものよりも大きい。このことは、サンプル4の光沢度がサンプル3の光沢度よりも小さいこと、すなわち、サンプル4の粗さがサンプル3の粗さよりも大きいことを意味する。サンプル3の比率αは3.21であり、サンプル4の比率αは1.194である。このことは、Y方向の粗さに対するX方向の粗さは、サンプル3の方がサンプル4よりも大きいこと、すなわち、サンプル3の方がY方向の筋がはっきりしていることを意味する。このように、本測定装置による数値化の結果は、図18及び図19の画像による識別結果と一致する。反射色彩値の明度値Lは、サンプル3が93.45であり、サンプル4が80である。サンプル3及び4の間で、彩度値a、bの差はほとんど無い。   FIG. 20 is a diagram showing the reflected color values L, a, and b, the gloss index Rela.σxy, and the ratio α of Sample 3 and Sample 4 obtained by this measuring apparatus. The gloss index Rela.σxy of sample 4 is larger than that of sample 3. This means that the glossiness of the sample 4 is smaller than that of the sample 3, that is, the roughness of the sample 4 is larger than that of the sample 3. The ratio α of sample 3 is 3.21, and the ratio α of sample 4 is 1.194. This means that the roughness in the X direction with respect to the roughness in the Y direction is larger in the sample 3 than in the sample 4, that is, the sample 3 has a sharper stripe in the Y direction. As described above, the result of digitization by this measuring apparatus coincides with the identification result by the images of FIGS. 18 and 19. The lightness value L of the reflected color value is 93.45 for sample 3 and 80 for sample 4. There is almost no difference in saturation values a and b between samples 3 and 4.

つぎに、ラベル用のパールコート紙の測定結果について説明する。パールコート紙は、パール粒子の干渉性を利用して発色させているので、積分球方式のように全ての反射角度を積分したのでは、色の判別は全く出来ない。本測定装置では、撮像部103によって垂直反射光(0°/0°)の画像を撮影しているので、干渉色の撮像は容易に実現できている。   Next, the measurement result of the pearl coated paper for labels will be described. Since pearl coated paper is colored using the coherence of pearl particles, the color cannot be distinguished at all by integrating all reflection angles as in the integrating sphere method. In this measurement apparatus, since the image of the vertically reflected light (0 ° / 0 °) is captured by the imaging unit 103, imaging of interference colors can be easily realized.

図21は、測定装置100によって求めたサンプル5の画像を示す図である。サンプル5は、赤色のサンプルである。   FIG. 21 is a diagram illustrating an image of the sample 5 obtained by the measuring apparatus 100. Sample 5 is a red sample.

図22は、測定装置100によって求めたサンプル6の画像を示す図である。サンプル6は、青色のサンプルである。   FIG. 22 is a diagram illustrating an image of the sample 6 obtained by the measuring apparatus 100. Sample 6 is a blue sample.

図21及び図22の画像には、パール粒子群が現われており、粗さ(光沢)の方向性はほとんど見られない。   In the images of FIGS. 21 and 22, pearl particle groups appear, and the directionality of roughness (gloss) is hardly seen.

図23は、本測定装置によって求めた、サンプル5及びサンプル6の反射色彩値L、a、bと、光沢度指数Rela.σxy、及び比率αを示す図である。光沢度指数Rela.σxy及び比率αは、サンプル5とサンプル6の間でほとんど差が無い。サンプル5及びサンプル6のαはほぼ1.0で方向性が無いことが数値として表されている。一方、サンプル5及びサンプル6の反射色彩値について、明度値Lの差は小さいが、彩度値a、bは赤と青なので大きな差が明確に表れている。RED(赤色)、BLUE(青色)のサンプルの他に、WHITE、GLEY、GOLD、GREEN、LILACのサンプルについても測定したが、同様に色彩値の差が数値として明確に表れている。   FIG. 23 is a diagram showing the reflected color values L, a, and b, the glossiness index Rela.σxy, and the ratio α of the samples 5 and 6 obtained by this measuring apparatus. There is almost no difference between the sample 5 and the sample 6 in the gloss index Rela.σxy and the ratio α. The values α of Sample 5 and Sample 6 are approximately 1.0, indicating that there is no directionality. On the other hand, regarding the reflected color values of Sample 5 and Sample 6, the difference in lightness value L is small, but since the saturation values a and b are red and blue, a large difference clearly appears. In addition to the RED (red) and BLUE (blue) samples, WHITE, GLEY, GOLD, GREEN, and LILAC samples were also measured. Similarly, the difference in the color values clearly appears as numerical values.

本測定装置によれば、従来の反射色彩計で不可能であった干渉色の測定が可能となり、また、光沢度(粗さ)についても見える化と数値化が実現されたので、検査装置としての応用が期待できる。   According to this measuring device, it is possible to measure interference colors that were impossible with conventional reflection colorimeters, and also to visualize and quantify glossiness (roughness). The application of can be expected.

つぎに、色の異なる燐青銅、黄銅、銅の、圧延材の市販されている小片の測定結果について説明する。   Next, measurement results of commercially available small pieces of rolled material of phosphor bronze, brass, and copper having different colors will be described.

図24は、測定装置100によって求めたサンプル7の画像を示す図である。サンプル7は、燐青銅の圧延材の小片である。   FIG. 24 is a diagram illustrating an image of the sample 7 obtained by the measuring apparatus 100. Sample 7 is a small piece of phosphor bronze rolled material.

図25は、測定装置100によって求めたサンプル8の画像を示す図である。サンプル8は、黄銅の圧延材の小片である。   FIG. 25 is a diagram illustrating an image of the sample 8 obtained by the measuring apparatus 100. Sample 8 is a small piece of brass rolled material.

図26は、測定装置100によって求めたサンプル9の画像を示す図である。サンプル9は、銅の圧延材の小片である。   FIG. 26 is a diagram illustrating an image of the sample 9 obtained by the measuring apparatus 100. Sample 9 is a small piece of rolled copper material.

図24乃至図26によれば、圧延筋は、黄銅(サンプル8)と銅(サンプル9)の圧延筋は明確に現われているが、燐青銅(サンプル7)の圧延筋は少しぼけて見える。   According to FIGS. 24 to 26, the rolling bars of brass (sample 8) and copper (sample 9) clearly appear, but the rolling bars of phosphor bronze (sample 7) appear slightly blurred.

図27は、本測定装置によって求めた、サンプル7乃至サンプル9の反射色彩値L、a、bと、光沢度指数Rela.σxy、及び比率αを示す図である。光沢度指数Rela.σxyについては燐青銅(サンプル7)が21.72と大きく三サンプルの中で光沢が低い(粗さが大きい)ことが分かる。方向性比率αは三サンプルともほぼ同じで差は無いと言える。反射色彩値は、三サンプルで、L値、a値、b値共に全て異なる。銅合金は酸化しやすいので色も変わり易い。色の微小な変化は、本測定装置を用いれば数値化が可能であり、その結果に基づいて判定や分類を行うことができる。   FIG. 27 is a diagram showing the reflected color values L, a, and b, the gloss index Rela.σxy, and the ratio α of Samples 7 to 9 obtained by this measuring apparatus. Regarding the gloss index Rela.σxy, phosphor bronze (sample 7) is as large as 21.72, and it can be seen that the gloss is low (roughness) among the three samples. It can be said that the directivity ratio α is almost the same in all three samples and there is no difference. The reflected color values are three samples, and the L value, a value, and b value are all different. Copper alloy is easy to oxidize, so its color is easy to change. A minute change in color can be digitized by using this measuring apparatus, and determination and classification can be performed based on the result.

図28は、本発明の他の実施形態による測定装置150の構成を示す図である。測定装置150は、第1の光学系151Aと、第1の撮像部153Aと、第2の光学系151Bと、第2の撮像部153Bと、データ処理部155と、データ記憶部157と、を含む。   FIG. 28 is a diagram showing a configuration of a measurement apparatus 150 according to another embodiment of the present invention. The measurement apparatus 150 includes a first optical system 151A, a first imaging unit 153A, a second optical system 151B, a second imaging unit 153B, a data processing unit 155, and a data storage unit 157. Including.

測定装置100と比較して、測定装置150は、第2の光学系151B及び第2の撮像部153Bを備えた点が異なる。第2の光学系151B及び第2の撮像部153Bは、測定対象の面に垂直に反射する光によっては反射色彩値を測定することができない測定対象の反射色彩値を測定するために使用される。そのような測定対象については後で説明する。第1の光学系151A及び第1の撮像部153Aは、それぞれ、測定装置100の光学系101及び撮像部103と同じである。   Compared with the measurement apparatus 100, the measurement apparatus 150 is different in that it includes a second optical system 151B and a second imaging unit 153B. The second optical system 151B and the second imaging unit 153B are used to measure the reflection color value of the measurement object that cannot measure the reflection color value by the light reflected perpendicularly to the surface of the measurement object. . Such a measurement object will be described later. The first optical system 151A and the first imaging unit 153A are the same as the optical system 101 and the imaging unit 103 of the measuring apparatus 100, respectively.

第2の光学系151Bは、テレセントリックレンズ1515Bを含み、測定対象201の面の法線に対して20度から30度の角度の方向に反射された光を受け取るように設置される。第2の撮像部153Bは、測定装置100の撮像部103と同様の電子シャッター機構を備えたカラービデオカメラであってもよい。   The second optical system 151B includes a telecentric lens 1515B, and is installed so as to receive light reflected in a direction of an angle of 20 degrees to 30 degrees with respect to the normal line of the surface of the measurement target 201. The second imaging unit 153 </ b> B may be a color video camera provided with the same electronic shutter mechanism as the imaging unit 103 of the measurement apparatus 100.

光源1511からの光は、ビーム・スプリッタ1013によって反射された後、テレセントリック
レンズ1515Aを介して対象201の面に、該面に対してほぼ垂直な平行光として照射される。対象201の面で面に垂直な方向に反射された光は、テレセントリックレンズ1515A及びビーム・スプリッタ1513を通過し第1の撮像部153Aに至る。テレセントリックレンズ1515Aは、対象201の面にほぼ垂直な平行光を形成するとともに、対象201の面に対してほぼ垂直な方向に反射された光のみを第1の撮像部153Aに送る。このようにして、第1の撮像部153Aによって、光源1511によって照射された対象201の2次元画像が採取される。また、対象201の面で拡散反射された光の一部は、テレセントリックレンズ1515Bを通過し、第2の撮像部153Bに至り、第2の撮像部153Bによって、光源1511によって照射された対象201の2次元画像が採取される。採取された2次元画像のデータは、データ処理部155に送られて処理される。処理されたデータは、データ記憶部157に記憶され、必要に応じて再びデータ処理部155によって使用される。
The light from the light source 1511 is reflected by the beam splitter 1013 and then irradiated as parallel light substantially perpendicular to the surface of the object 201 through the telecentric lens 1515A. The light reflected in the direction perpendicular to the surface of the target 201 passes through the telecentric lens 1515A and the beam splitter 1513 and reaches the first imaging unit 153A. The telecentric lens 1515A forms parallel light substantially perpendicular to the surface of the target 201 and sends only light reflected in a direction substantially perpendicular to the surface of the target 201 to the first imaging unit 153A. In this way, a two-dimensional image of the target 201 irradiated by the light source 1511 is collected by the first imaging unit 153A. In addition, part of the light diffusely reflected by the surface of the target 201 passes through the telecentric lens 1515B, reaches the second imaging unit 153B, and is irradiated by the light source 1511 from the second imaging unit 153B. A two-dimensional image is acquired. The collected two-dimensional image data is sent to the data processing unit 155 for processing. The processed data is stored in the data storage unit 157 and used again by the data processing unit 155 as necessary.

第1の撮像部153Aによる測定について、図2に示した方法によって、校正板の画像データから基準反射輝度を求め、また、図4に示した方法によって、測定対象の反射率の平均値及び標準偏差を求める。   For the measurement by the first imaging unit 153A, the reference reflection luminance is obtained from the image data of the calibration plate by the method shown in FIG. 2, and the average value and standard value of the reflectance of the measurement object are obtained by the method shown in FIG. Find the deviation.

第2の撮像部153Bによる測定には拡散反射校正板を使用する。ただし、第2の光学系151Bは光源を持たないので、光源の内部反射を除去するための準黒体による補正は不要である。そこで、図2に示した流れ図から準黒体に関する処理を除いた方法によって、校正板の画像データから基準反射輝度を求め、また、図4に示した流れ図から準黒体に関する処理を除いた方法によって、測定対象の反射率の平均値を求める。拡散反射率校正板は白色タイルから構成され、積分球方式でその白色タイルを使用したときの反射率を100%とするものである。   A diffuse reflection calibration plate is used for the measurement by the second imaging unit 153B. However, since the second optical system 151B does not have a light source, correction by a quasi-black body for removing the internal reflection of the light source is unnecessary. Therefore, a method in which the reference reflection luminance is obtained from the image data of the calibration plate by a method in which the process related to the quasi-black body is excluded from the flowchart shown in FIG. Thus, the average value of the reflectance of the measurement object is obtained. The diffuse reflectance calibration plate is composed of a white tile, and the reflectance when the white tile is used in an integrating sphere method is 100%.

ここで、測定対象の面に垂直に反射する光によっては反射色彩値を測定することができない、表面に透明膜を付したカラータイルの測定結果について説明する。   Here, a description will be given of measurement results of a color tile in which a reflection color value cannot be measured by light reflected perpendicularly to the surface to be measured and a transparent film is attached to the surface.

図29は、オレンジタイルの、測定対象の面に垂直に反射する光による画像を示す図である。画像の地は黒に近く、突起部が白く光っている。10種類のカラータイルについて測定したが、本サンプルが最も濃淡の幅が広く、凹凸が激しく見える。サンプルの目視でもオレンジタイルの下地が凹凸の激しいことが確認できた。測定対象の面に垂直に反射する光による画像に色がつかないのは下地の上に透明膜が有り、透明膜の空気に対する反射率が大きく、下地の色の反射が小さくなっているためと推定できる。   FIG. 29 is a diagram showing an image of the orange tile reflected by light perpendicular to the measurement target surface. The ground of the image is close to black, and the protrusions shine white. Measurements were made on 10 types of color tiles, but this sample has the widest shade and the unevenness looks intense. It was confirmed by visual inspection of the sample that the orange tile base was very uneven. The reason why the image due to the light reflected perpendicularly to the surface to be measured is not colored is because there is a transparent film on the base, the transparency of the transparent film is large, and the reflection of the base color is small. Can be estimated.

図30は、オレンジタイルの、測定対象の面の法線に対する角度が25°の拡散反射光を撮影した画像を示す図である。この画像にはオレンジ色が出ている。透明膜が表面にのっている材料では、この例のように、光沢(粗さ)に関しては垂直反射法で測定し、色に関しては拡散反射法で測定することが必要であることが実証された。   FIG. 30 is a diagram illustrating an image obtained by photographing diffuse reflected light having an angle of 25 ° with respect to the normal line of the surface to be measured of the orange tile. This image has an orange color. For materials with a transparent film on the surface, as shown in this example, it has been demonstrated that gloss (roughness) needs to be measured by the vertical reflection method and color by the diffuse reflection method. It was.

ここで、測定対象の面の法線に対する拡散反射光の角度が20°より小さいと、拡散反射成分より垂直反射成分が強くなり、拡散反射色の測定感度が低下する。他方、測定対象の面の法線に対する拡散反射光の角度が30°より大きいと、測定装置と測定対象との距離が変動した場合の照射位置のずれが大きくなり、拡散反射率測定の精度が低下する。また、測定対象の面における照度が低下するので、撮像部のシャッター時間を長くする必要がある。製造ラインにおける測定の場合にはシャッター時間は短い方が好ましい。そこで、撮像部153は、測定対象の面の法線に対する角度が20°から30°の範囲の反射光を受けるように設置するのが好ましい。   Here, when the angle of the diffuse reflection light with respect to the normal of the surface to be measured is smaller than 20 °, the vertical reflection component becomes stronger than the diffuse reflection component, and the measurement sensitivity of the diffuse reflection color decreases. On the other hand, if the angle of the diffuse reflected light with respect to the normal of the surface to be measured is larger than 30 °, the deviation of the irradiation position when the distance between the measuring device and the measurement target fluctuates increases, and the accuracy of the diffuse reflectance measurement is increased. descend. In addition, since the illuminance on the surface to be measured decreases, it is necessary to lengthen the shutter time of the imaging unit. In the case of measurement in a production line, it is preferable that the shutter time is short. Therefore, it is preferable that the imaging unit 153 be installed so as to receive reflected light having an angle with respect to the normal of the surface to be measured in the range of 20 ° to 30 °.

図31は、測定装置150によって求めた、オレンジタイルを含む10種類のカラータイルの、垂直反射率の平均値Rv(G)と標準偏差値Rv(G)・σxyと光沢度指数のRela.σxyを示す図である。図31の横軸は、カラータイルの色を示し、図31の縦軸は、光沢度指数(右側の目盛り)ならびに垂直反射率の平均値及び標準偏差(左側の目盛り)を示す。カラータイルの色は、横軸に沿って左側から光沢度指数のRela.σxyの値の大きい順に並べた。オレンジタイルは、垂直反射率Rv(G)が最も小さく、標準偏差値Rv・σxy(G)の値も大きくないが、相対値のRela.σxyが0.95と他のサンプルに比べて跳びぬけて大きく光沢度が低い(粗さが大きい)ことが分かる。垂直反射率Rv(G)が大きいものは比較的光沢度指数Rela.σxyが小さく、光沢度が高い(粗さが小さい)傾向は垂直反射による画像とよく一致している。   FIG. 31 shows the average value Rv (G), the standard deviation value Rv (G) · σxy, and the gloss index Rela.σxy of ten types of color tiles including the orange tile, which are obtained by the measuring device 150. FIG. The horizontal axis of FIG. 31 indicates the color tile color, and the vertical axis of FIG. 31 indicates the gloss index (right scale), the average value of the vertical reflectance, and the standard deviation (left scale). The colors of the color tiles were arranged in descending order of the Rela.σxy value of the gloss index from the left side along the horizontal axis. The orange tile has the smallest vertical reflectance Rv (G) and the standard deviation value Rv · σxy (G) is not large, but the relative value Rela.σxy is 0.95, which is far greater than other samples. It can be seen that the glossiness is low (roughness is large). When the vertical reflectance Rv (G) is large, the glossiness index Rela.σxy is relatively small, and the tendency of high glossiness (low roughness) is in good agreement with the image by vertical reflection.

図32は、測定装置150によって求めた、オレンジタイルを含む10種類のカラータイルの、拡散反射色彩値L、a、bの分布を示す図である。図32の横軸は、カラータイルの色を示し、図32の縦軸は、反射色彩値L、a、bを示す。カラータイルの色は、横軸に沿って左側から、彩度値aの値の大きい順に並べた。10サンプルでは、L、a、b値がそれぞれ異なった値を示している。   FIG. 32 is a diagram illustrating the distribution of diffuse reflection color values L, a, and b of 10 types of color tiles including orange tiles, which are obtained by the measurement apparatus 150. The horizontal axis in FIG. 32 indicates the color of the color tile, and the vertical axis in FIG. 32 indicates the reflected color values L, a, and b. The color tile colors are arranged in descending order of the saturation value a from the left side along the horizontal axis. In 10 samples, L, a, and b values are different from each other.

図31及び図32は、透明膜が表面に存在する測定対象の反射色彩値と光沢度の測定において、垂直反射法と拡散反射法を組み合わせることにより、見える化と数値化が実現できることを示している。   FIG. 31 and FIG. 32 show that visualization and quantification can be realized by combining the vertical reflection method and the diffuse reflection method in the measurement of the reflection color value and glossiness of the measurement object having the transparent film on the surface. Yes.

本願の発明者は、製品のわずかな色の差や色むらは、反射色彩値と表面の光沢(粗さ)に依存するという本願の発明者の知見に基づいて、測定対象の表面に垂直に光を照射し、その反射光の画像を取得して、その画像から反射色彩値と表面の光沢(粗さ)を数値化する測定装置を開発した。本測定装置によれば、反射色彩値と表面の光沢(粗さ)を数値化することにより、製品のわずかな色の差や色むらを判別することが可能となった。また、上述の画像を表示することによって、特に光沢(粗さ)の「見える化」が実現される。   The inventor of the present application is perpendicular to the surface of the measurement object based on the inventor's knowledge that the slight color difference and color unevenness of the product depend on the reflection color value and the gloss (roughness) of the surface. We developed a measuring device that irradiates light, acquires an image of the reflected light, and quantifies the reflected color value and surface gloss (roughness) from the image. According to this measuring apparatus, it is possible to discriminate slight color differences and color unevenness of products by converting the reflected color value and surface gloss (roughness) into numerical values. Further, by displaying the above-described image, “visualization” of gloss (roughness) in particular is realized.

測定対象の表面に垂直に光を照射する方法の長所の一つは、周囲の外部光の影響を受けにくいことである。実際の測定装置では、レンズからサンプルの距離が110mmの光学系とした。垂直反射光(0°/0°)の測定であるので、カメラ本体が外部光の遮蔽効果をもち、あわせて光源であるLEDの光量も大きいので、通常の室内照明下では、周囲の外部光の影響は殆ど無視できる。この点は、特に、製造現場で使用する場合に有利である。   One of the advantages of irradiating light perpendicularly to the surface of the measurement object is that it is less susceptible to ambient external light. In the actual measuring apparatus, the optical system has a distance of 110 mm from the lens to the sample. Since the vertical reflected light (0 ° / 0 °) is measured, the camera body has a shielding effect against external light, and the LED light source is also large. The effect of is negligible. This point is particularly advantageous when used at a manufacturing site.

本測定装置は、上述のように、測定対象の反射色彩値と表面の光沢(粗さ)を数値化することができる。したがって、反射色彩値と表面の光沢(粗さ)の適切な基準値を定め、データ記憶部107または157に格納し、反射色彩値と表面の光沢(粗さ)の測定による数値と該基準値とをデータ処理部105または155によって比較するように構成することにより、本測定装置を、測定対象のわずかな色の差や色むらを検査するための検査装置として使用することができる。本測定装置を使用した検査装置によれば、測定対称である製品の色に対する保証精度を向上させることができる。   As described above, this measurement apparatus can quantify the reflection color value of the measurement target and the gloss (roughness) of the surface. Therefore, appropriate reference values for the reflection color value and the gloss (roughness) of the surface are determined and stored in the data storage unit 107 or 157, and numerical values obtained by measuring the reflection color value and the gloss (roughness) of the surface and the reference value are stored. Is configured to be compared by the data processing unit 105 or 155, the measurement apparatus can be used as an inspection apparatus for inspecting slight color differences or color unevenness of the measurement target. According to the inspection apparatus using this measuring apparatus, it is possible to improve the accuracy of guaranteeing the product color that is symmetrical to the measurement.

本測定装置を使用した検査装置は、金属、化学品、樹脂、フィルム、紙、繊維、窯業、農産物、水産物などの広い分野の製品の目視検査に代替可能である。   An inspection apparatus using this measuring apparatus can be substituted for visual inspection of products in a wide range of fields such as metals, chemicals, resins, films, paper, textiles, ceramics, agricultural products, and marine products.

101・・・光学系、1011,1511・・・光源、1013,1513・・・ビーム・スプリッタ、103・・・撮像部、153A・・・第1の撮像部、153B・・・第2の撮像部、105,155・・・データ処理部、107,157・・・データ記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Optical system, 1011, 1511 ... Light source, 1013, 1513 ... Beam splitter, 103 ... Imaging part, 153A ... First imaging part, 153B ... Second imaging , 105, 155 ... data processing unit, 107, 157 ... data storage unit

Claims (8)

光源を含む光学系と撮像部とデータ処理部とを備え、前記光学系によって測定対象を照射し、照射された前記測定対象の画像を前記撮像部によって取得し、前記測定対象の画像を前記データ処理部によって処理するように構成された測定装置であって、
前記データ処理部は、前記測定対象の画像のデータと準黒体の画像のデータとから、前記測定対象の画像の各画素について前記光学系内部の反射を除去した補正反射輝度を求め、前記補正反射輝度を使用して、前記測定対象の面粗さを求めるように構成された測定装置。
An optical system including a light source, an imaging unit, and a data processing unit, irradiating a measurement target by the optical system, obtaining an image of the irradiated measurement target by the imaging unit, and acquiring the measurement target image as the data A measuring device configured to process by a processing unit,
The data processing unit obtains a corrected reflection luminance obtained by removing reflection inside the optical system for each pixel of the measurement target image from the measurement target image data and the quasi-blackbody image data, and the correction A measuring apparatus configured to obtain the surface roughness of the measurement object using reflection luminance.
前記光学系は、前記測定対象の面に対してほぼ垂直な方向に光を照射し、前記撮像部は、前記測定対象の前記面に対してほぼ垂直な方向に反射される光を受け取るように構成された請求項1に記載の測定装置。   The optical system irradiates light in a direction substantially perpendicular to the surface of the measurement object, and the imaging unit receives light reflected in a direction substantially perpendicular to the surface of the measurement object. The measuring device according to claim 1 configured. 前記撮像部は、カラービデオカメラであり、前記データ処理部は、前記測定対象の画像からさらに反射色彩値を求めるように構成された請求項1または2に記載の測定装置。   The measuring apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit is a color video camera, and the data processing unit is configured to further obtain a reflected color value from the image to be measured. 前記撮像部は、前記測定対象の前記面に対して垂直な方向に反射される光を受け取るように構成された第1の撮像装置と、前記測定対象の前記面に対して垂直な方向から20度から30度傾斜した方向に反射される光を受け取るように構成された第2の撮像装置と、を含む請求項3に記載の測定装置。   The imaging unit includes a first imaging device configured to receive light reflected in a direction perpendicular to the surface of the measurement target, and 20 from a direction perpendicular to the surface of the measurement target. And a second imaging device configured to receive light reflected in a direction inclined by 30 degrees from 5 degrees. 前記データ処理部は、前記各画素についての前記補正反射輝度の標準偏差を使用して、前記測定対象の面粗さを求めるように構成された請求項1から4のいずれかに記載の測定装置。   The measurement apparatus according to claim 1, wherein the data processing unit is configured to obtain a surface roughness of the measurement target using a standard deviation of the corrected reflected luminance for each of the pixels. . 前記データ処理部は、前記測定対象の画像においてx軸及びy軸を定め、前記画像のx軸上の各点についてy方向の各点の前記補正反射輝度の平均値を求め、x軸上の各点についてのy方向の各点の反射輝度の平均値の標準偏差を使用してx軸方向の面粗さを求め、前記画像のy軸上の各点についてx方向の各点の前記補正反射輝度の平均値を求め、y軸上の各点についてのx方向の各点の反射輝度の平均値の標準偏差を使用してy軸方向の面粗さを求めるように構成された請求項5に記載の測定装置。   The data processing unit defines an x-axis and a y-axis in the measurement target image, obtains an average value of the corrected reflected luminance at each point in the y direction for each point on the x-axis of the image, and The surface roughness in the x-axis direction is obtained using the standard deviation of the average value of the reflected luminance of each point in the y direction for each point, and the correction of each point in the x direction for each point on the y axis of the image An average value of reflected luminance is obtained, and a surface roughness in the y-axis direction is obtained using a standard deviation of an average value of reflected luminance of each point in the x direction for each point on the y axis. 5. The measuring device according to 5. 前記データ処理部は、前記補正反射輝度に所定の倍率を乗じた反射輝度から構成される画像を作成するように構成された請求項1から6のいずれかに記載の測定装置。   The measurement apparatus according to claim 1, wherein the data processing unit is configured to create an image including reflection luminance obtained by multiplying the corrected reflection luminance by a predetermined magnification. 請求項1から7のいずれかに記載の測定装置を使用した検査装置。   An inspection apparatus using the measuring apparatus according to claim 1.
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