JP6860923B2 - Surface roughness judgment device and judgment method using a white light source - Google Patents
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Description
本発明は、白色光源による表面粗さ判定装置及び判定方法、特に、表面の粗さの一致度を評価するための判定装置とその方法に関する。 The present invention relates to a surface roughness determination device and a determination method using a white light source, particularly a determination device for evaluating the degree of coincidence of surface roughness and a method thereof.
表面、例えば、金属表面での微細な凹凸を研磨するには様々な発明が提案されている(http://www.chemicoat.co.jp/column/detail_6.html)。 Various inventions have been proposed for polishing fine irregularities on a surface, for example, a metal surface (http://www.chemicoat.co.jp/column/detail_6.html).
上記発明における「化学研磨」とは、研磨用の溶液に金属を浸して、酸やアルカリの力によってその化学反応で金属の表面を腐食させる研磨方法である。細かい部分にまで溶液が入り込むため、機械による研磨では届かないような細部にも処理を行うことができるのが特徴である。主に複雑な形状の微細部品や内面部分の研磨を行う場合に化学研磨が向いている。 The "chemical polishing" in the above invention is a polishing method in which a metal is immersed in a polishing solution and the surface of the metal is corroded by the chemical reaction by the force of an acid or an alkali. Since the solution penetrates into even the smallest parts, it is possible to process even the smallest details that cannot be reached by mechanical polishing. Chemical polishing is suitable mainly for polishing fine parts with complicated shapes and inner surface parts.
「電解研磨」とは、電解研磨用の溶液に金属を浸して、その溶液の中で金属をプラスとして電流を流すことによる研磨方法である。金属は次第に溶解し、表面が光沢化や平滑化してくる。表面に加工による変質層を作ることがなく汚れや焼けなども残さないため、化学研磨とともに精密部品などのクリーンな研磨方法が必要な場合に利用されている。 "Electropolishing" is a polishing method in which a metal is immersed in a solution for electropolishing and an electric current is passed through the solution with the metal as a plus. The metal gradually melts and the surface becomes glossy and smooth. It is used when a clean polishing method for precision parts is required in addition to chemical polishing because it does not form an altered layer on the surface and does not leave stains or burns.
「機械研磨」とは、その名の通り機械を使って行う研磨のことを指し、様々な方法がある。現在の主流は、円盤型の定盤の上に研磨パッドを貼り、その上に化学成分や微細な粒子を含んだ液体の研磨材を垂らし、回転させながら磨くロータリータイプである。他にも金属の内径を精密に研磨するホーニングマシンによる研磨や、バフを使用したバフ研磨など様々な研磨方法がある。 As the name implies, "mechanical polishing" refers to polishing performed using a machine, and there are various methods. The current mainstream is a rotary type in which a polishing pad is attached on a disk-shaped surface plate, and a liquid abrasive containing chemical components and fine particles is hung on the polishing pad and polished while rotating. In addition, there are various polishing methods such as polishing with a honing machine that precisely polishes the inner diameter of metal and buffing using a buff.
梨地仕上げ(なしぢしあげ)とは(http://www.chemicoat.co.jp/knowledge/detail_169.html)、金属の表面に微細な凹凸をつけて、ざらざらとした表面粗さに仕上げる表面処理方法を言う。果実の梨の表面に似ていることからこう呼ばれる。梨地仕上げには、光沢、半光沢、無光沢の梨地がある。梨地仕上げを行う目的は、表面粗さや見た目をよくするなどのほかオイルのついた手で触ったときに滑りにくくするための滑り止め目的や、塗装や陽極酸化をする際の前処理などの目的で用いられている。また精密機械などの表面の摩擦抵抗を減らすために、「きさげ加工」という微細な凹凸をつける加工がほどこされる場合もある。 What is satin finish (Nashijiage) (http://www.chemicoat.co.jp/knowledge/detail_169.html) is a surface that gives a rough surface roughness by adding fine irregularities to the metal surface. Say the processing method. It is called this because it resembles the surface of a fruit pear. The satin finish includes glossy, semi-glossy, and matte satin finishes. The purpose of the satin finish is to improve the surface roughness and appearance, as well as to prevent slipping when touched with oily hands, and to pre-treat when painting or anodizing. It is used in. Further, in order to reduce the frictional resistance on the surface of a precision machine or the like, a process called "scraping" may be performed to make fine irregularities.
金属表面を梨地仕上げ加工する方法には主に機械的な方法と化学的な方法があり、機械的な方法としては前述のきさげ加工のほかワイヤブラシにより表面を磨くワイヤブラシ法、微粒子を圧縮空気により表面に吹き付けるサンドブラスト法、細かい粒子を含んだ加工液を金属加工面に吹き付ける液体ホーニング法などがある。化学的に梨地仕上げ加工を行う方法には、エッチングなどの化学腐食や電解腐食を用いる方法、分散めっき法などの電気メッキを用いた表面処理を行う方法などがある。 There are mainly mechanical and chemical methods for satin finish processing of metal surfaces. Mechanical methods include the above-mentioned shaving process, wire brush method for polishing the surface with a wire brush, and compression of fine particles. There are sandblasting method in which the surface is sprayed with air, and liquid honing method in which a processing liquid containing fine particles is sprayed on the metal processing surface. Examples of the method of chemically performing satin finish processing include a method of using chemical corrosion such as etching and electrolytic corrosion, and a method of performing surface treatment using electroplating such as a dispersion plating method.
表面のつや・粗さ測定方式は、従来、粗さ計があり、それには機械式のもの、レーザーなどの光学式のものがある。これらは凹凸が何mmあるか、あるいは何nmあるかといった数値で示すが、現場の経験ある技術者は、こうした値よりも目で見た、表面のツヤ感やテカリ度を見て判定している。また、こうした経験に基づく現場の判定で作業が進んでいる。表面粗さの測定の従来技術には以下の発明がある。 Conventionally, there is a roughness meter as a surface gloss / roughness measurement method, and there are a mechanical type and an optical type such as a laser. These are indicated by numerical values such as how many mm or nm the unevenness is, but engineers with experience in the field judge by looking at the glossiness and shine of the surface rather than these values. There is. In addition, work is progressing based on on-site judgment based on such experience. Conventional techniques for measuring surface roughness include the following inventions.
表面粗さをスタイラス等により倣い式で計測する特許文献1〜3の発明が提案されている。
The inventions of
表面粗さを非接触式に撮像装置で計測する特許文献4〜6の発明が提案されている。
The inventions of
表面粗さを非接触式にレーザー光で計測する特許文献7〜10の発明が提案されている。
Inventions of
しかしながら、特許文献1〜10は、光沢、つや、粗さ等の仕上がり具合を示す表面粗さの判断までは行うことができない。特許文献1〜3は、接触子で表面をスキャンするため、表面測定に時間を要するとともに、装置が大掛かりなものとなる。特許文献4〜6は、可視光等によるが、精度が十分ではない。特許文献7〜10は、レーザー光で表面をスキャンし、表面粗さを測定するため時間を要する。
However,
また、通常、艶感のある物体の色を見る時には、物体色と光源色をバランスよく認識している。全反射したところは輝度が高くなり、光源色を強く反映した色を見ることになる。一方、シェード部分は輝度が低く、対象物体の反射の影響が大きい。ハイライトとシェードの中間は、人の目には、加色混合されて見える。 In addition, when looking at the color of a glossy object, the object color and the light source color are usually recognized in a well-balanced manner. The brightness becomes high where the total reflection occurs, and you can see the color that strongly reflects the light source color. On the other hand, the shade portion has low brightness and is greatly affected by the reflection of the target object. The middle between the highlight and the shade appears to the human eye as a mixture of colors.
従来法の画像による発明でも、シボなどの構造をもつものは単なる物体色ではなく、構造的に全反射が起こっているにもかかわらず、ΔE、ΔL、Δa、Δb等は、色の広がりの情報を失われてしまい、ごく限られた領域の平均色しかとれないので、複雑な構造によって様々な色・輝度で織り成すテクスチャー感情報は失われていた。測る場所によっても数値にばらつきがあった。 Even in the invention using the image of the conventional method, those having a structure such as grain are not merely object colors, and despite the fact that total internal reflection occurs structurally, ΔE, ΔL, Δa, Δb, etc. have a color spread. Since the information was lost and only the average color of a very limited area could be obtained, the texture information woven with various colors and brightness was lost due to the complicated structure. The values varied depending on the measurement location.
したがって、表面を仕上げるのに、粗くしたり、鏡面仕上げにしたりするが、この粗さ加減は、専門家の目による評価が必要となる。 Therefore, the surface is roughened or mirror-finished to finish the surface, but the degree of roughness needs to be evaluated by an expert's eyes.
表面が細かなものはミクロンオーダー、鏡面ではナノオーダーの粗さ判定となるが、人の目はその両方での判定を行うので、時間とコストがかかる、正確な判定が難しいという問題がある。特に、表面粗さの凹凸の高さが、細かく微小な場合、例えば、光の波長がナノレベル(例えば700nm)からマイクロメータのレベルでの粗さについては、色のシフトがあると考えられ、微細な粗さの判定も要望があるが、実現できていない。 If the surface is fine, the roughness is judged on the order of microns, and if the surface is mirrored, the roughness is judged on the order of nano. However, since the human eye makes judgments on both sides, there is a problem that it takes time and cost and it is difficult to make an accurate judgment. In particular, when the height of the unevenness of the surface roughness is fine and minute, for example, when the wavelength of light is from the nano level (for example, 700 nm) to the micrometer level, it is considered that there is a color shift. There is also a request for fine roughness judgment, but it has not been realized.
例えば、金属の表面上に樹脂をコーティングした場合、金属と樹脂との結合が最適となるように表面の測定を行ってから、コーティングをおこなう。そういう小さなオーダーの粗さ加減を、従来の粗さ計で、製造ラインで、いちいちチェックすることは不可能であり、技術開発のネックになっている。なぜならば、従来の粗さ計では表面をなぞるのに計測時間がかかる。例えば、AFM又はレーザーにより表面でのラインスキャンを繰り返して、面積全部をスキャンして計測することは、測定時間がかかりすぎて、ラインがストップする。また、製品の表面は、緩やかなカーブがある場合が多く、また、工業製品では測定面積が多いものが多数であり、表面の粗さをチェックしようとしても、製品において計測するのは無理である。 For example, when a resin is coated on the surface of a metal, the surface is measured so that the bond between the metal and the resin is optimized, and then the coating is performed. It is impossible to check the roughness of such a small order on the production line with a conventional roughness meter, which is a bottleneck in technological development. This is because it takes a long time to trace the surface with a conventional roughness meter. For example, repeating a line scan on the surface with an AFM or a laser to scan and measure the entire area takes too much measurement time and the line stops. In addition, the surface of the product often has a gentle curve, and many industrial products have a large measurement area, so even if you try to check the surface roughness, it is impossible to measure it in the product. ..
そこで、本発明は、XYZ系の撮像装置により、表面の凹凸に光源からの光を当てて、その反射光分布を計測し、表面の形状により、光源からの光が散乱と回折により色・粗さ度として観測され、この粗さ度により、人間の目の判定条件に近い状態で、表面の仕上げ判定の定量化を可能とすることを課題とする。 Therefore, in the present invention, the light from the light source is applied to the unevenness of the surface by the XYZ type image pickup device, the reflected light distribution is measured, and the light from the light source is scattered and diffracted depending on the shape of the surface. It is observed as a degree, and it is an object to make it possible to quantify the finish judgment of the surface in a state close to the judgment condition of the human eye by this roughness.
また、本発明は、表面粗さの凹凸の高さが、ナノレベルからマイクロレベルでの微細な粗さ判定も可能とし、測定時間の短縮化、曲面の粗さ判定、面積の大きな製品の粗さ判定を正確に行うことを課題とする。 Further, the present invention enables the height of the unevenness of the surface roughness to determine the fine roughness from the nano level to the micro level, shortening the measurement time, determining the roughness of the curved surface, and roughening the product having a large area. The task is to make an accurate judgment.
本発明は、XYZ系の撮像装置を用いた判定方式で、この方式では人の見た目の判定法と極めて近い判定ができる。その根拠は撮像装置では、正確な値が2次元又は3次元で求められるため、検査面の凹凸等の表面粗さを照明光の散乱と回折現象にて定量化できる点にある。 The present invention is a determination method using an XYZ-based imaging device, and this method can make a determination that is extremely close to the determination method of human appearance. The rationale for this is that in an imaging device, accurate values are obtained in two or three dimensions, so surface roughness such as irregularities on the inspection surface can be quantified by scattering and diffraction phenomena of illumination light.
本発明のXYZ系の撮像装置で、光源からの光を当てた表面を撮像し、その反射光分布を計測すると、表面の形状により、光源からの光が散乱と回折により色・表面粗さとして観測され、表面の色・表面粗さの定量化が可能となることに着目した。 When the surface exposed to the light from the light source is imaged by the XYZ system imaging device of the present invention and the reflected light distribution is measured, the light from the light source is scattered and diffracted as the color / surface roughness due to the shape of the surface. It was observed that it was possible to quantify the surface color and surface roughness.
第1発明は、CIE XYZ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))を有する撮像装置が取得した三つの分光感度を有する3バンド視覚感度画像S1i,S2i,S3iをCIE XYZ表色系における三刺激値X、Y、Zに変換し演算する演算処理部を備え、前記演算処理部が、検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔEを演算する色差演算部と、XYZ表色系の色空間にそれぞれ対応する座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する前記検査面と基準面の画素数を積算することにより、XYZ表色系の色空間ヒストグラム分布を作成する色空間ヒストグラム分布作成部と、前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の差を示す表面粗さ指標Mを、前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を他の色空間ヒストグラム分布の中心に近接するようにオフセットさせることにより行われるオフセット補正あり、または前記オフセット補正なしで演算する表面粗さ指標演算部と、粗さ計により実測した、検量に係る検査サンプルの表面粗さ計測値Raを記憶する表面粗さ計測データ記憶部と、表面粗さ評価指数Estが、前記検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、当該表面粗さ指標Mに係る第1係数a、前記検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔE、当該色差ΔEに係る第2係数bに基づいて演算されるように設定し、前記表面粗さ計測値Raと前記表面粗さ評価指数Estの間の誤差Errorが最小となるように、前記第1係数a、及び前記第2係数bを定め、前記表面粗さ計測値Raと前記表面粗さ評価指数Estの相関関係を示す第1検量線関数、前記表面粗さ計測値Raと前記色差ΔEの相関関係を示す第2検量線関数、前記表面粗さ計測値Raと前記オフセット補正なしで演算された前記表面粗さ指標Mとの相関関係を示す第3検量線関数、又は、前記表面粗さ計測値Raと前記オフセット補正ありで演算された前記表面粗さ指標Mとの相関関係を示す第4検量線関数のうちの少なくとも1つを設定し、前記第2〜第4検量線に用いられる表面粗さ指標Mと色差ΔEが、それぞれ、検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔEである関数設定部と、判定に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、判定に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔE、前記関数設定部によって定められた第1係数a、及び第2係数bに基づいて、前記判定に係る検査用サンプルの検査面の表面粗さ評価指数Est’を演算する演算部と、を備えたことを特徴とする白色光源による表面粗さ判定装置である。 The first invention has three spectral sensitivities acquired by an image pickup apparatus having three spectral sensitivities (S1 (λ), S2 (λ), S3 (λ)) linearly converted to the CIE XYZ color difference function. A calculation processing unit that converts the three-band visual sensitivity images S1i, S2i, and S3i into tristimulus values X, Y, and Z in the CIE XYZ color system and calculates the calculation is provided. The color difference calculation unit that calculates the color difference ΔE of the reference surface and the inspection area of the coordinates corresponding to the color space of the XYZ color system are divided by a grid, and the number of pixels of the inspection plane and the reference plane belonging to each grid are integrated. By doing so, the color space histogram distribution creation unit that creates the color space histogram distribution of the XYZ color system and the surface roughness index M that indicates the difference between the two color space histogram distributions of the inspection surface and the reference surface are examined. There is offset correction performed by identifying the centers of the two color space histogram distributions, the surface and the reference surface, and offsetting the center of one of the color space histogram distributions so that it is close to the center of the other color space histogram distribution. or wherein the surface roughness index calculator for calculating without offset correction, and measured by roughness meter, the surface roughness measurement data storage unit for storing a surface roughness measurement Ra of the test samples according to the calibration, the front surface The roughness evaluation index Est is the surface roughness index M of the inspection surface of the inspection sample related to the calibration and the reference surface of the reference sample, the first coefficient a related to the surface roughness index M, and the inspection of the inspection sample related to the calibration. It is set to be calculated based on the color difference ΔE between the surface and the reference surface of the reference sample and the second coefficient b related to the color difference ΔE, and the error between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness evaluation index Est. The first calibration line function, wherein the first coefficient a and the second coefficient b are determined so that the Error is minimized, and the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness evaluation index Est is shown. The second calibration line function showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the color difference ΔE, and the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness index M calculated without the offset correction. At least one of the three calibration line functions or the fourth calibration line function showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness index M calculated with the offset correction is set . The surface roughness index M and the color difference ΔE used for the second to fourth calibration lines are the surface roughness index M of the inspection surface of the inspection sample related to calibration and the reference surface of the reference sample, respectively, and the inspection sample related to calibration. Inspection The function setting unit that is the color difference ΔE between the inspection surface and the reference surface of the reference sample, the surface roughness index M of the inspection surface of the inspection sample related to the judgment and the reference surface of the reference sample, and the inspection surface and the reference sample of the inspection sample related to the judgment. Based on the color difference ΔE of the reference surface of the above, the first coefficient a determined by the function setting unit, and the second coefficient b, the surface roughness evaluation index Est'of the inspection surface of the inspection sample according to the determination is calculated. It is a surface roughness determination device using a white light source, which is characterized by having a calculation unit.
第1発明において、前記オフセット補正は、前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を他の色空間ヒストグラム分布の中心に近接するようにオフセットさせることにより行われることを特徴とする。また、第1発明において、前記表面粗さ評価指数Estは、表面粗さ計測値Raとの間の誤差が最小となるように、前記表面粗さ指標に係る第1係数及び前記色差に係る第2係数を特定することによって決定されることを特徴とする。例えば、重回帰分析により、表面粗さ評価指数Estを、表面粗さ指数Mと、色差ΔEとを用いて、演算する分析手法が好ましい。 In the first invention, the offset correction identifies the centers of two color space histogram distributions of the inspection surface and the reference surface, and the center of one of the color space histogram distributions is close to the center of the other color space histogram distribution. It is characterized in that it is performed by offsetting so as to do so. Further, in the first invention, the surface roughness evaluation index Est has a first coefficient related to the surface roughness index and a first coefficient related to the color difference so that an error between the surface roughness evaluation index Est and the measured surface roughness value Ra is minimized. 2 It is characterized in that it is determined by specifying a coefficient. For example, an analysis method in which the surface roughness evaluation index Est is calculated by using the surface roughness index M and the color difference ΔE by multiple regression analysis is preferable.
技術的関連を有する第2発明は、CIE XYZ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))を有する撮像装置が取得した三つの分光感度を有する3バンド視覚感度画像S1i,S2i,S3iをCIE XYZ表色系における三刺激値X、Y、Zに変換し演算する演算処理ステップと、検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔEを演算する色差演算ステップと、XYZ表色系の色空間にそれぞれ対応する座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する前記検査面と基準面の画素数を積算することにより、XYZ表色系の色空間ヒストグラム分布を作成する色空間ヒストグラム分布作成ステップと、前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の差を示す表面粗さ指標Mを、前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を他の色空間ヒストグラム分布の中心に近接するようにオフセットさせることにより行われるオフセット補正あり、または前記オフセット補正なしで演算する表面粗さ指標演算ステップと、粗さ計により実測した、検量に係る検査サンプルの表面粗さ計測値Raを記憶する表面粗さ計測データ記憶ステップと、表面粗さ評価指数Estが、前記検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、当該表面粗さ指標Mに係る第1係数a、前記検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔE、当該色差ΔEに係る第2係数bに基づいて演算されるように設定し、前記表面粗さ計測値Raと前記表面粗さ評価指数Estの間の誤差Errorが最小となるように、前記第1係数a、及び前記第2係数bを定め、前記表面粗さ計測値Raと前記表面粗さ評価指数Estの相関関係を示す第1検量線関数、前記表面粗さ計測値Raと前記色差ΔEの相関関係を示す第2検量線関数、前記表面粗さ計測値Raと前記オフセット補正なしで演算された前記表面粗さ指標Mとの相関関係を示す第3検量線関数、又は、前記表面粗さ計測値Raと前記オフセット補正ありで演算された前記表面粗さ指標Mとの相関関係を示す第4検量線関数のうちの少なくとも1つを設定し、前記第2〜第4検量線に用いられる表面粗さ指標Mと色差ΔEが、それぞれ、検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔEである関数設定ステップと、判定に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、判定に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔE、前記関数設定ステップによって定められた第1係数a、及び第2係数bに基づいて、前記判定に係る検査用サンプルの検査面の表面粗さ評価指数Est’を演算する演算ステップと、を備えたことを特徴とする白色光源による表面粗さ判定方法である。
The second invention having a technical relationship is obtained by an image pickup apparatus having three spectral sensitivities (S1 (λ), S2 (λ), S3 (λ)) linearly converted to be equivalent to the CIE XYZ color difference function. Three-band visual sensitivity images with two spectral sensitivities S1i, S2i, S3i are converted into tristimulus values X, Y, Z in the CIE XYZ color system and calculated, and the inspection surface of the inspection sample and the reference of the reference sample. The color difference calculation step for calculating the color difference ΔE of the surface and the inspection area of the coordinates corresponding to the color space of the XYZ color system are divided by a grid, and the number of pixels of the inspection plane and the reference plane belonging to each grid are integrated. The color space histogram distribution creation step for creating the color space histogram distribution of the XYZ color system and the surface roughness index M indicating the difference between the two color space histogram distributions of the inspection surface and the reference surface are set with the inspection surface. With offset correction, or by identifying the centers of two color space histogram distributions on the reference plane and offsetting the center of one color space histogram distribution closer to the center of the other color space histogram distribution. and the surface roughness index calculation step of calculating without the offset correction was measured by roughness meter, the surface roughness measurement data storage step of storing the surface roughness measurement Ra of the test samples according to the calibration, the table surface roughness The evaluation index Est is the surface roughness index M of the inspection surface of the inspection sample related to the calibration and the reference surface of the reference sample, the first coefficient a related to the surface roughness index M, and the inspection surface of the inspection sample related to the calibration. It is set to be calculated based on the color difference ΔE of the reference surface of the reference sample and the second coefficient b related to the color difference ΔE, and the error Error between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness evaluation index Est is The first calibration line function, which defines the first coefficient a and the second coefficient b so as to be the minimum and shows the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness evaluation index Est, the surface roughness. The second calibration line function showing the correlation between the measured value Ra and the color difference ΔE, and the third calibration showing the correlation between the surface roughness measured value Ra and the surface roughness index M calculated without the offset correction. At least one of the line function or the fourth calibration line function showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness index M calculated with the offset correction is set, and the first The surface roughness index M and the color difference ΔE used for the 2nd to 4th calibration lines are the surface roughness index M of the inspection surface of the inspection sample and the reference surface of the reference sample related to the calibration, respectively. A function setting step that is a color difference ΔE between the inspection surface of the inspection sample related to calibration and the reference surface of the reference sample, the surface roughness index M of the inspection surface of the inspection sample related to judgment and the reference surface of the reference sample, and the inspection sample related to judgment. Surface roughness evaluation of the inspection surface of the inspection sample according to the determination based on the color difference ΔE between the inspection surface and the reference surface of the reference sample, the first coefficient a and the second coefficient b determined by the function setting step. a surface roughness determination method according to the white light source, characterized by comprising a calculating step of calculating the index Est ', a.
第2発明において、前記オフセット補正は、前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を他の色空間ヒストグラム分布の中心に近接するようにオフセットさせることにより行われることを特徴とする。
第2発明において、前記表面粗さ評価指数Estは、表面粗さ計測値Raとの間の誤差が最小となるように、前記表面粗さ指標に係る第1係数及び前記色差に係る第2係数を特定することによって決定されることを特徴とする。
In the second invention, the offset correction identifies the center of two color space histogram distributions of the inspection surface and the reference surface, and the center of one of the color space histogram distributions is close to the center of the other color space histogram distribution. It is characterized in that it is performed by offsetting so as to do so.
In the second invention, the surface roughness evaluation index Est has a first coefficient related to the surface roughness index and a second coefficient related to the color difference so that the error between the surface roughness evaluation index Est and the measured surface roughness value Ra is minimized. It is characterized in that it is determined by specifying.
「撮像装置」は、三つの分光感度(S1(λ),S2(λ),S3(λ))により、基準面、検査面を三つのチャンネルに分けて撮像することとなるが、その手段としては、これらの分光感度を得るために設定された光学フィルタ又はダイクロイックミラーもしくはダイクロイックプリズム等のいずれであるかを問わず用いることができる。 The "imaging device" divides the reference plane and the inspection plane into three channels for imaging according to the three spectral sensitivities (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)). As the means, any of an optical filter, a dichroic mirror, a dichroic prism, or the like set to obtain these spectral sensitivities can be used.
「撮像装置」の分光感度(S1(λ),S2(λ),S3(λ))は、CIE XYZ分光特性から負の値を持たない、単独ピークを持つ山形であり、それぞれの分光感度曲線のピーク値が等しく、かつ分光感度の曲線の重なりは最小限にするという条件から等価変換したものであって、分光特性S1のカーブは、ピーク波長が582nmであり、半値幅が523〜629nmであり、1/10幅が491〜663nmである。分光特性S2のカーブは、ピーク波長が543nmであり、半値幅が506〜589nmであり、1/10幅が464〜632nmである。分光特性S3のカーブは、ピーク波長が446nmであり、半値幅が423〜478nmであり、1/10幅が409〜508nmである。 The spectral sensitivity (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)) of the “imaging device” is a chevron with a single peak that does not have a negative value from the CIE XYZ spectral characteristics, and each of them. peak value of the spectral sensitivity curve is equal and the overlap of the curve of the spectral sensitivity be one obtained by equivalently converting the condition of minimizing, curves spectral characteristics S 1, the peak wavelength of 582 nm, half width It is 523 to 629 nm and has a 1/10 width of 491 to 663 nm. Curve of the spectral characteristics S 2 is a peak wavelength of 543 nm, the half value width is 506~589nm, 1/10 width is 464~632Nm. Curve of the spectral characteristics S 3 is a peak wavelength of 446 nm, the half value width is 423~478nm, 1/10 width is 409~508Nm.
「表面」には、樹脂表面、金属表面、セラミック表面等がある。樹脂の表面にはシボ加工を施した表面等、また、金属表面には、刃物の表面、金型の表面、めっきの表面等が挙げられる。表面には平面のほかに曲面も含まれ、さらに、複雑な形状の表面も含まれる。 The "surface" includes a resin surface, a metal surface, a ceramic surface, and the like. Examples of the surface of the resin include a textured surface and the like, and examples of the metal surface include the surface of a cutting tool, the surface of a mold, and the surface of plating. The surface includes not only a flat surface but also a curved surface, and also includes a surface having a complicated shape.
「評価」は表面の粗さを評価することをいう。「指標」には、指数、グラフ、絵図、又は、これらの組み合わせで示すもの等、平面、立体にかぎらず、種々なる態様が可能である。 "Evaluation" refers to evaluating the surface roughness. The "index" can be in various forms, such as an index, a graph, a picture, or a combination thereof, not limited to a plane or a three-dimensional object.
「粗さ計」には、原子間力顕微鏡(AFM)、レーザー粗さ計(例えばナノメーターオーダーの測定値の場合)、接触機械式粗さ計(例えば、ミクロンオーダーの測定値の場合)等があり、これらの測定機で、実測値を計るものである。原子間力顕微鏡AFM(Atomic Force Microscope )の非接触式又は接触式の粗さ計があり、試料と探針の原子間に働く力を検出して画像を得るものであり、高精度である。例えば、ミクロン又はナノオーダーレベルの粗さを計測できる走査型プローブ顕微鏡(SPM)等が例示される。測定すべき対象物の粗さレベルに応じて、適宜、測定方式を選択する。 "Roughness meter" includes atomic force microscope (AFM), laser roughness meter (for example, for measurement values on the order of nanometers), contact mechanical roughness meter (for example, for measurement values on the order of microns), etc. There are, and these measuring machines measure the measured values. There is a non-contact type or contact type roughness meter of the atomic force microscope AFM (Atomic Force Microscope), which detects the force acting between the atom of the sample and the probe to obtain an image, and is highly accurate. For example, a scanning probe microscope (SPM) capable of measuring micron or nano-order level roughness is exemplified. The measurement method is appropriately selected according to the roughness level of the object to be measured.
「第1検量線関数、第2検量線関数、第3検量線関数」は、直線の関数、曲線の関数のいずれでもよい。 The "first calibration curve function, the second calibration curve function, and the third calibration curve function" may be either a straight line function or a curved line function.
1つの基準面について、1つの検量線を設定することが好ましい。基準面の凹凸の程度により、機械式、レーザー式等の検量線の基準が異なるからである。 It is preferable to set one calibration curve for one reference plane. This is because the standard of the calibration curve such as the mechanical type and the laser type differs depending on the degree of unevenness of the reference surface.
特許請求の範囲では、XYZ表色系は他のCIE系表色系を含む広義のものを意味し、特許請求の範囲以外では、狭義のものを意味する。狭義のXYZ表色系とは、RGB表色系を単純な一次変換で負の値が現れないように定めたものであり、他のCIE表色系、例えば、Yxy、XYZ、Lab、Luv等のCIE表色系の基礎となり、2次元色度図又は3次元色空間を含む概念である。従って、広義のXYZ表色系は、狭義のXYZ表色系と該XYZ表色系から発展させた他のCIE表色系を含む。 In the claims, the XYZ color system means a broad one including other CIE color systems, and outside the claims, it means a narrow one. The XYZ color system in a narrow sense is defined so that a negative value does not appear in an RGB color system by a simple first-order conversion, and other CIE color systems such as Yxy, XYZ, Lab, Luv, etc. It is a concept that forms the basis of the CIE color system of the above and includes a two-dimensional chromaticity diagram or a three-dimensional color space. Therefore, the XYZ color system in the broad sense includes the XYZ color system in the narrow sense and other CIE color systems developed from the XYZ color system.
狭義のXYZ表色系とは、RGB表色系を単純な一次変換で負の値が現れないように、CIEが1931年にRGB表色系と同時に定めたものである。 The XYZ color system in a narrow sense is defined by the CIE in 1931 at the same time as the RGB color system so that a negative value does not appear in the RGB color system by a simple first-order transformation.
xyY表色系(Yxy表色系ともいう)とは、XYZ表色系では数値と色の関連がわかりにくいので、XYZ表色系から絶対的な色合いを表現するために定められたものである。 The xyY color system (also referred to as the Yxy color system) is defined to express an absolute hue from the XYZ color system because it is difficult to understand the relationship between numerical values and colors in the XYZ color system. ..
Luv表色系とは、CIEが1976年に定めた均等色空間のひとつであり、CIELuvは光の波長を基礎に、XYZ表色系のxy色度図の波長間隔の均等性を改善したものである。日本ではJIS Z8518に規定されている。 The Luv color system is one of the uniform color spaces defined by CIE in 1976, and CIELuv improves the uniformity of the wavelength interval of the xy chromaticity diagram of the XYZ color system based on the wavelength of light. Is. In Japan, it is stipulated in JIS Z 8518.
Lab表色系とは、CIELabであり、XYZ表色系から知覚と装置の違いによる色差を測定するために派生したものである。日本ではJIS Z 8729に規定されている。Lab表色系による検量線はナノオーダーの粗さに有効な場合がある。 The Lab color system is CIELab, which is derived from the XYZ color system to measure the color difference due to the difference between perception and device. In Japan, it is stipulated in JIS Z 8729. A calibration curve based on the Lab color system may be effective for nano-order roughness.
広義のXYZ表色系には、2次元座標と3次元座標で規定される色空間が含まれる。色空間の代表例としては、xy色空間と、XYZ色空間と、Lab色空間等の構成例がある。2次元の色空間の場合、例えば、Yxy色空間、Luv色空間の場合、2次元平面であるxy色度図(Yxy色空間で正規化したxy色度値(平面))、uv色度図、u’v’色度図が挙げられる。平面上での2次元色度図の画素の密度として表現されるxy色度ヒストグラム分布又はLuv色度ヒストグラム分布等が対応する。3次元の色空間の場合、例えば、XYZ色空間、Lab色空間の場合、Lab色空間が挙げられる。3次元での色空間上の画素の密度として表現されるXYZ色空間ヒストグラム分布、又はLab色空間ヒストグラム分布等が対応する。 The XYZ color system in a broad sense includes a color space defined by two-dimensional coordinates and three-dimensional coordinates. Typical examples of the color space include configuration examples such as an xy color space, an XYZ color space, and a Lab color space. In the case of a two-dimensional color space, for example, in the case of a Yxy color space and a Luv color space, an xy chromaticity diagram (xy chromaticity value (plane) normalized in the Yxy color space) and a uv chromaticity diagram which are two-dimensional planes. , U'v'chromaticity diagram. The xy chromaticity histogram distribution or the Luv chromaticity histogram distribution, which is expressed as the density of pixels in the two-dimensional chromaticity diagram on a plane, corresponds to this. In the case of a three-dimensional color space, for example, an XYZ color space, and in the case of a Lab color space, a Lab color space can be mentioned. The XYZ color space histogram distribution expressed as the density of pixels in the color space in three dimensions, the Lab color space histogram distribution, and the like correspond.
2次元のxy色度図、uv色度図、u’v’色度図での色と表面粗さの分離に対して、他のXYZ色空間とLab色空間等は3次元色空間上で色と表面粗さの分離となる。従って、用語として、xy色度ヒストグラムに対して、XYZ色空間ヒストグラム、Lab色空間ヒストグラム等のように、区別して定義している。 In contrast to the separation of color and surface roughness in the two-dimensional xy chromaticity diagram, uv chromaticity diagram, and uv'chromaticity diagram, other XYZ color spaces and Lab color spaces are on the three-dimensional color space. It is the separation of color and surface roughness. Therefore, as a term, the xy chromaticity histogram is defined separately as in the XYZ color space histogram, the Lab color space histogram, and the like.
「XYZ色空間ヒストグラム」と「Lab色空間ヒストグラム」は、それぞれ、別のものであり、Lab色空間での表面粗さ指数演算は、XYZ色空間データをLab色空間データに変換して、この変換したデータより、計算するものである。 The "XYZ color space histogram" and the "Lab color space histogram" are different from each other, and the surface roughness index calculation in the Lab color space converts the XYZ color space data into the Lab color space data, and this It is calculated from the converted data.
近接させるようにオフセット補正する態様について、例えば、ヒストグラム分布の中心を一致させる、中心同士を所定範囲内まで近接させる、座標軸と平行に移動させることで近接させる、中心から他の中心まで直線方向に近接させる等、適切な指標を得られる程度であれば、種々なる態様で実施可能である。 Regarding the mode of offset correction so as to be close to each other, for example, the centers of the histogram distribution are matched, the centers are brought close to each other within a predetermined range, the centers are brought close by moving in parallel with the coordinate axes, and the centers are brought close to each other in a linear direction from the center to another center. It can be carried out in various modes as long as an appropriate index can be obtained, such as close proximity.
指標には、指数、グラフ、絵図、または、これらの組み合わせで示すもの等、平面、立体にかぎらず、種々なる態様が可能である。 The index can be in various modes, not limited to a plane or a three-dimensional object, such as an exponent, a graph, a picture, or a combination thereof.
本発明は、XYZ系の撮像装置によって、表面粗さを定量化できるため、人の見た目の判定法と極めて近い判定が、正確、効率的にできる利点がある。表面粗さの評価時間を短縮化できる。曲面での粗さの評価ができる。 Since the surface roughness can be quantified by the XYZ-based imaging device, the present invention has an advantage that the judgment very close to the judgment method of human appearance can be performed accurately and efficiently. The evaluation time of surface roughness can be shortened. Roughness on curved surfaces can be evaluated.
本発明は、ナノオーダー又はミクロンオーダーの粗さの評価を正確、効率的にできる利点がある。 The present invention has the advantage of being able to accurately and efficiently evaluate nano-order or micron-order roughness.
本発明の好適な実施形態1による白色光源による表面粗さ判定装置1について図1〜図12を参照して説明する。
The surface
表面粗さ判定装置1は、CIE XYZ等色関数と等価に線形変換された三つの分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))を有する2次元色彩計2が表面5から取得した三つの分光感度を有する3バンド視覚感度画像S1i,S2i,S3iをCIE XYZ表色系における三刺激値X、Y、Zに変換したデータを取得し演算する演算処理部3を備え、この演算処理部3が、色差ΔEを演算する色差演算部と、XYZ表色系の色空間にそれぞれ対応する座標の検査領域を格子Gで区画し、各格子Gに属する検査面と基準面の画素数を積算することにより、XYZ表色系の色空間ヒストグラム分布を作成する色空間ヒストグラム分布作成部と、検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の差を示す表面粗さ指数Mを演算する表面粗さ指数演算部と、粗さ計により実測した表面粗さ計測値Raを記憶する表面粗さ計測データ記憶部と、表面粗さ計測値Raと表面粗さ評価指数Estの相関関係を示す第1検量線関数L1、表面粗さ計測値Raと色差ΔEの相関関係を示す第2検量線関数L2、又は、表面粗さ計測値Raと表面粗さ指数Mとの相関関係を示す第3検量線関数L3のうちの少なくとも1つを設定する関数設定部と、を備えたことを特徴とする。表面粗さ評価指数Estは、表面粗さ計測値Raとの間の誤差Errorが最小となるように、表面粗さ指数Mに係る第1係数a及び色差ΔEに係る第2係数bを特定する。
The surface
2次元色彩計2の分光感度はルータ条件を満たすものであって、その分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))は、図2に示す通り、XYZ等色関数から、負の値を持たず、単独ピークを持つ山形であり、それぞれの分光感度曲線のピーク値が等しく、かつ分光感度の曲線の重なりはできるだけ少なくするという条件から等価変換したものである。分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))は具体的には以下の特性を持つ。
記
ピーク波長 半値幅 1/10幅
S1 582nm 523〜629nm 491〜663nm
S2 543nm 506〜589nm 464〜632nm
S3 446nm 423〜478nm 409〜508nm
The spectral sensitivity of the two-
Peak
S2 543nm 506-589nm 464-632nm
S3 446nm 423-478nm 409-508nm
上記の分光特性S1のピーク波長を580±4nm、分光特性S2のピーク波長を543±3nm、分光特性S3のピーク波長を446±7nmとして取り扱うこともできる。 The peak wavelength of the spectral characteristic S1 can be treated as 580 ± 4 nm, the peak wavelength of the spectral characteristic S2 can be treated as 543 ± 3 nm, and the peak wavelength of the spectral characteristic S3 can be treated as 446 ± 7 nm.
三つの分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))は次の数式1を用いて求められるものである。分光特性自体についての詳細は特開2005−257827号公報等を参照されたい。
2次元色彩計2の仕様は、例えば、有限会社パパラボの2次元色彩計RC-500であり、有効頻度値約500万画素、有効面積9.93mm×8.7mm、画像サイズ3.45μm×3.45μm、ビデオ出力12Bit、カメラインターフェイスGigE、フレーム数(ピント調整時)3〜7フレーム/sec、シャッタースピード1/15,600sec〜1/15sec、積算時間3秒まで、S/N比60dB以上、レンズマウントFマウント、動作温度0℃〜40℃、動作湿度20%〜80%である。
The specifications of the two-
2次元色彩計2は、図1に示すように、撮影レンズ21と、この撮影レンズ21の後方に配置された三つの光学フィルタ22a、22b、22cと、光学フィルタ22a、22b、22cの後方に配置された撮像素子23(CCD、CMOSなど)と、を備えている。2次元色彩計2の三つの分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))は、光学フィルタ22a、22b、22cの分光透過率と撮像素子23の分光感度との積により与えられる。図1における光学フィルタ22a、22b、22cと撮像素子23との配列的関係は模式的に示したものにすぎない。三つの分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))に従って3バンド視覚感度画像S1i,S2i,S3iを取得する方式について以下に具体例を挙げるが、本実施形態1ではこれらのうちいずれをも採ることができ、また、その他の方式を採ることもできる。24は演算部、25は表示部である。
As shown in FIG. 1, the two-
図3(a)に示すものはダイクロイックミラーを用いる方式である。これはダイクロイックミラー22c´により特定の波長の光を反射し、透過した残りの光について、さらに別のダイクロイックミラー22a´により別の特定の波長の光を反射して分光し、撮像素子23a、23b、23cを三つ並列にして読み出す方式である。ここでは、ダイクロイックミラー22a´が光学フィルタ22a、22bに相当し、ダイクロイックミラー22c´が光学フィルタ22cに相当する。撮影レンズ21から入射する光はダイクロイックミラー22c´により分光感度S3に従う光が反射され、残りの光は透過する。ダイクロイックミラー22c´により反射された光を反射鏡26により反射して撮像素子23cにより視覚感度画像S3iを得る。一方、ダイクロイックミラー22c´を透過した光は、ダイクロイックミラー22a´において、分光感度S1に従う光が反射され、残りの分光感度S2に従う光は透過する。ダイクロイックミラー22a´を透過した光を撮像素子23bにより撮像して視覚感度画像S2iを得る。ダイクロイックミラー22a´により反射された光を反射鏡29により反射して撮像素子23aにより視覚感度画像S1iを得る。ダイクロイックミラーに代えて同様な特性を有するダイクロイックプリズムを用いて三つに分光し、それぞれの光が透過する位置に撮像素子23a、23b、23cを接着することとしてもよい。
The method shown in FIG. 3A is a method using a dichroic mirror. This reflects light of a specific wavelength by the
図3(b)に示すものはフィルタターレット27を用いる方式である。撮影レンズ21からの入射光と同じ方向を回転軸に持つフィルタターレット27に光学フィルタ22a、22b、22cを設けてこれらを機械的に回転させ、順次透過する光について撮像素子23により3バンド視覚感度画像S1i,S2i,S3iを得る。
The method shown in FIG. 3B is a method using the
図3(c)に示すものは光学フィルタ22a、22b、22cを撮像素子23に微視的に貼着する方式である。撮像素子23上における光学フィルタ22a、22b、22cは、ベイヤー配列型に設けられる。この配列は、格子状に分けた撮像素子23上の領域のうち半分に光学フィルタ22bを設け、残りの半分の領域に光学フィルタ22aと光学フィルタ22cとをそれぞれ均等に配置する。すなわち、配置量は光学フィルタ22a:光学フィルタ22b:光学フィルタ22c=1:2:1となる。光学フィルタ22a、22b、22cの配列をベイヤー配列以外のものとすることは本実施形態1において特に妨げられない。一つ一つの光学フィルタ22a、22b、22cは非常に微細であるため、印刷により撮像素子23に貼着される。ただし、本発明はこの配列に意味があるのではなく、分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))の特性のフィルタを撮像素子に貼着することにある。
The method shown in FIG. 3C is a method in which the
2次元色彩計2は分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))により取得した画像情報を演算処理部3に送信し、演算処理部3でXYZ表色系における三刺激値X、Y、Zに変換し、取得した三刺激値X、Y、Zによる画像データに変換処理による演算処理を行い、視覚化処理された画像を表示する表示装置7を備える。
The two-
演算処理部3は2次元色彩計2により取得した画像の任意の位置における粗さ度、色差等を演算し視覚化処理する。表面5の真上又は斜めから照明を照射し、xy、XYZ又はLab色度分布データ同士を比較して指数化する。
The
2次元色彩計2で表面5を、通常、1ヶ所で撮像し、必要に応じて、2次元色彩計2が移動して、他の別の角度で撮像する。ここでは、例えば、正面、左右45度の3箇所(適宜数の箇所でも良い)で撮影することもできる。
The
照明部6の照明源はキセノンランプ(擬似太陽光)を採用する。照明部6はキセノンランプのほかに、フレネルレンズ・アセンブリを備えている。キセノンランプは表面5の斜め上から均一に照らすものとする。キセノンランプ以外にLEDの人工太陽灯でもよい。
A xenon lamp (pseudo-sunlight) is used as the illumination source of the
表示装置7は演算処理部3と接続され、演算処理部3で処理された画像信号を受信して、画像を画面に表示するようになっている。演算処理部3又は表示装置7は、適宜、入力手段(図示略)等を備える。入力手段はキーボード、マウス、ディスプレイに設けられるタッチパネル等である。
The
表面5の表面粗さ判定装置1の動作について具体例を挙げつつ説明する。表面5の表面粗さ判定装置1は、図1に示す通り、2次元色彩計2と、演算処理部3と、表示装置7とを接続することにより動作する。接続方法は有線・無線を問わず選択できる。表面粗さ判定装置1におけるフローチャートを図4に、演算処理部3および表示装置7におけるフローチャートを図5に、それぞれ示す。
The operation of the surface
2次元色彩計2の電源が入ると、図4に示す通り、初期化をする(初期化S1)。つぎに、表面5を撮像し(撮像処理S2)、その後、撮像された3バンド視覚感度画像S1i,S2i,S3iを撮像素子23により入力し(入力処理S3)、演算処理部3にて三刺激値X、Y、Zに変換する(変換処理S4)。3バンド視覚感度画像S1i,S2i,S3iは表示装置7に送信される(データ送信S5)。画像が動画である場合には、撮像処理S2からデータ送信S5の一連の処理が連続的に行われる(S6)。画像は表示装置7に表示される。
When the power of the two-
三刺激値X、Y、ZからY´xy表色系への変換式を数式2、3に挙げる。ここでは2次元色彩計2とともに輝度計(図示略)を使用し、Yは輝度計の値(nt)により校正してY´とした。色空間の変換式は慣用されているため、その他の詳しい式については割愛する。
The conversion formulas from the tristimulus values X, Y, Z to the Y'xy color system are given in
XYZ表色系は、現在CIE標準表色系として各表色系の基礎となっている。光の三原色(R=赤、G=緑、B=青紫)の加法混色の原理に基づいて発展したもので、色度図を使って色をYxyの3つの値で表わす。Yが反射率で明度に対応し、xyが色度になる。 The XYZ color system is currently the basis of each color system as the CIE standard color system. It was developed based on the principle of additive color mixing of the three primary colors of light (R = red, G = green, B = bluish purple), and the color is represented by the three values of Yxy using a chromaticity diagram. Y is the reflectance and corresponds to the brightness, and xy is the chromaticity.
撮像処理S2は、三つの分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))を有する2次元色彩計2によって表面5を撮像する工程である(図1、図4参照)。分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))は上記の数式1に従って与えられる。撮影レンズ21と光学フィルタ22a、22b、22cと撮像素子23により撮像されると同時に入力処理S3が連続的に行われる。
The imaging process S2 is a step of imaging the
入力された画像データは分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))に従った値であるため、2次元色彩計2と接続する演算処理部3における変換処理S4によって、撮像された画像の画像データを三刺激値X、Y、Zに変換する。この変換は数式1に従って行われる。すなわち、数式1における係数の逆行列を乗じて三刺激値X、Y、Zを得ることができる。なお、2次元色彩計2からは分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))に従った値のまま演算処理部3に送信する。
Since the input image data is a value according to the spectral sensitivity (S1 (λ), S2 (λ), S3 (λ)), the conversion process S4 in the
演算処理部3に電源が入ると、図5に示す通り、初期化をする(初期化S110)。表示装置7は2次元色彩計2と接続された状態において、2次元色彩計2から送信された3バンド視覚感度画像S1i,S2i,S3iを受信する(データ受信S120)。その後、3バンド視覚感度画像S1i,S2i,S3iから三刺激値X、Y、Zに変換し、撮像された基準面と検査面の画像のLab平均値及びxy表面粗さ指数Mを演算し視覚化処理する(S130)、表示装置7に表示するために必要な場合は、色情報をRGB等に変換処理する(S140)。その内容を表示装置7に送信する(表示処理S150)。2次元色彩計2からのデータ受信S120の後、変換処理S130から表示処理S150の一連の処理が連続的に行われる(S160)。
When the power is turned on to the
前記の表示処理S150は、視覚化処理された表面粗さ指数Mを表示装置7に表示する工程であり、処理をリターンする。
The display process S150 is a step of displaying the visualized surface roughness index M on the
図6のS140のサブフローチャートを説明する。基準面の第1画像(画像B)を撮像しておき、次に対比すべき検査面の第2画像(画像A)を撮像し、以下のとおり、表面粗さ指数Mを順次計算する。表面粗さを分離した表面粗さ指数Mにより、表面粗さの類似性を判定する。 The sub-flow chart of S140 of FIG. 6 will be described. The first image (image B) of the reference surface is imaged, then the second image (image A) of the inspection surface to be compared is imaged, and the surface roughness index M is sequentially calculated as follows. The similarity of the surface roughness is determined by the surface roughness index M obtained by separating the surface roughness.
撮像した画像A,Bについて検査したい領域T(図7(a)参照)に対応する検査領域K(図7(b)参照)を設定する(S141)。大きさや場所を自由に設定することができる。 The inspection area K (see FIG. 7B) corresponding to the region T (see FIG. 7A) to be inspected is set for the captured images A and B (S141). The size and location can be set freely.
色度xyを演算する(S142)。 The chromaticity xy is calculated (S142).
撮像した基準面の画像Bから切り出した検査領域Kの基準面のxy色度ヒストグラム分布を作成する(S143)。 An xy chromaticity histogram distribution of the reference plane of the inspection region K cut out from the image B of the captured reference plane is created (S143).
xy色度ヒストグラム分布は、上記各単位格子Gに属する画素の積算数を示す立体ヒストグラムである。 The xy chromaticity histogram distribution is a three-dimensional histogram showing the integrated number of pixels belonging to each unit cell G.
図7(f)は、xy座標の位置での比較対象の色分布を平面的に書いたものであり、図7(c)に示す通り検査領域Kを格子Gで区画し、その区画のxy値を有する画素を積算しz軸とするヒストグラム分布を作成する。xy座標を、特定の幅のグリッド、例えば、xyをそれぞれ1/1000(1000個の線)で切った平面格子とする。検査領域Kの端から端までスキャンしてゆき、格子Gに区画した領域ごとに、これに属する画素数をz方向に積算してゆく。また、検査領域Kでxy座標の特定範囲だけを演算すれば、演算時間が短縮できる。グリッドのマス目を細かくすれば精度は上がるが、演算時間が長くなるので、適宜のマス目とする。 FIG. 7 (f) shows the color distribution of the comparison target at the position of the xy coordinate in a plane, and as shown in FIG. 7 (c), the inspection area K is divided by the grid G, and the xy of the division is divided. A histogram distribution is created by integrating the pixels having values and using the z-axis as the axis. Let the xy coordinates be a grid of a specific width, for example, a plane grid in which xy is cut by 1/1000 (1000 lines). The inspection area K is scanned from one end to the other, and the number of pixels belonging to each area divided in the grid G is integrated in the z direction. Further, if only the specific range of the xy coordinates is calculated in the inspection area K, the calculation time can be shortened. If the grid is made finer, the accuracy will be improved, but the calculation time will be longer, so use appropriate grids.
S143と同様に、検査面の画像Aのxy色度ヒストグラム分布を作成する(S144)。xy色度ヒストグラム分布は、xy軸がxy色度、z軸が画素の積算数である。 Similar to S143, an xy chromaticity histogram distribution of the image A of the inspection surface is created (S144). In the xy chromaticity histogram distribution, the xy axis is the xy chromaticity and the z axis is the integrated number of pixels.
Labのa軸、b軸、L軸について、それぞれ独立に検査領域Kのすべての画素の総和を取り、その画素数にて、それぞれのL値、a値、b値の総和を割って、Lab色度分布の平均L値、平均a値、平均b値を計算する。またΔEを数式4により演算する(S145)。
下記の数式5により変換したLab空間のLab値を算出する。Lab色空間は補色空間の一種で、明度を意味する次元Lと補色次元のA及びBを持ち、CIEXYZ色空間の座標を非線形に圧縮したものに基づいている。正規化する前のXYZ値からLab値に数式5により変換する。XYZ色空間上での分布に対して、Lab色空間の分布は、明るさ方向も加味した分布が得られる。
数5で、関数fの括弧の中のX,Y,Zの値がそれぞれ白色点の座標Xn,Yn,Znで割ってあるのは,最大値を1に揃えるためである。
In
基準面及び検査面の平均値の差分を取り色の相違の判断材料とする。 The difference between the average values of the reference surface and the inspection surface is used as a material for judging the difference in color.
表面粗さ指数Mを演算する(S146)。これにより、単純に粗さの程度を分離して、これを定量化できる。xy色度分布の2次元空間の中で粗さ度を演算し、その粗さ度の違いを、色のことは除いた、粗さ度の違いとして把握できるので、色と表面粗さとを確実に分離して検出できる。 The surface roughness index M is calculated (S146). This makes it possible to simply separate the degree of roughness and quantify it. Roughness is calculated in the two-dimensional space of the xy chromaticity distribution, and the difference in roughness can be grasped as the difference in roughness excluding color, so the color and surface roughness are assured. Can be detected separately.
表面粗さ指数Mは、下式により計算する。xy色度ヒストグラム分布は、画素の積算数であり、図7(d)に重なり領域D、図7(e)にミニマム分布を示す。
表面粗さ指数M=重なり領域Dに属する画素の積算数/検査領域Kの全体の画素数×100(%)
The surface roughness index M is calculated by the following formula. The xy chromaticity histogram distribution is the integrated number of pixels, and the overlapping region D is shown in FIG. 7 (d), and the minimum distribution is shown in FIG. 7 (e).
Surface roughness index M = integrated number of pixels belonging to overlapping area D / total number of pixels in inspection area K x 100 (%)
基準面と検査面の2次元空間上でのxy色度ヒストグラムを計算し、その配列の同じ位置同士のミニマム値を取ったものが、重なり合い頻度となるため、全体のヒストグラム総和カウントで、この値を割ったもので計算される。 The xy chromaticity histogram in the two-dimensional space of the reference plane and the inspection plane is calculated, and the minimum value of the same positions in the array is taken as the overlap frequency. It is calculated by dividing by.
図7(d)(e)は図7(c)をS−S断面で切り取った1つの断面図であり、xy座標で同じライン上で見た場合には重なり合いがある。立体的に描く代わりに、便宜上、平面で描いている。またヒストグラムであるから、微小な階段形状の分布になっている。図7(d)の積算数H1と積算数H2はそれぞれ画像A、画像Bに対応する。二つのヒストグラム分布を比較すると、重なり領域Dが存在する。 7 (d) and 7 (e) are one cross-sectional view of FIG. 7 (c) cut out in the SS cross section, and there is an overlap when viewed on the same line in xy coordinates. Instead of drawing three-dimensionally, it is drawn on a flat surface for convenience. Moreover, since it is a histogram, it has a minute stepped distribution. Cumulative number H 1 and the accumulated number of H 2 FIG. 7 (d) respectively image A, corresponding to the image B. Comparing the two histogram distributions, there is an overlapping region D.
図7(e)に示す通り、H1(x1、y1)を検査面のxy色度ヒストグラム分布の積算数、H2(x2、y2)を基準面のxy色度ヒストグラム分布の積算数とすると、重なり合った左側領域ではH1>H2で、中央でH1<H2となり、右側ではH1>H2である。H1,H2のうち、小さい方の積算数(画素頻度)を取ると、左側および右側ではH2、中央ではH1となり、階段状のヒストグラム曲線であるミニマム分布が特定できる。これを利用し、重なり領域Dの全体領域に対する二次元又は三次元での割合が演算できる。
As shown in FIG. 7 (e), H 1 (x 1 , y 1 ) is the integrated number of the xy chromaticity histogram distribution on the inspection surface, and H 2 (x 2 , y 2 ) is the xy chromaticity histogram distribution on the reference surface. If the integrated number, in overlapping the
このミニマム分布で小さな方の積算値を特定する。H1とH2のうち、少ない方の積算数を加算演算すれば、重なり領域Dの積算数が演算でき、全体の画素数に対する割合が特定できる。検査領域Kの全体の画素数は決まっており、検査面と基準面では、ともに総画素数は同一値である。この割合の演算は全部の格子Gについて3次元的に積算してもよいし、例えば、図7(c)に示す通り、S−S軸に沿って検査領域Kを切り、yが所定値でxが端から端まで変化する場合での画素の積算数H1,H2の分布を2次元的に積算してもよい。図7(f)はxy色度ヒストグラム分布の一例である。検査領域Kにおいて分布がなく画素数がゼロの場合には演算から除外する。 The smaller integrated value is specified by this minimum distribution. By adding the smaller integrated number of H 1 and H 2 , the integrated number of the overlapping region D can be calculated, and the ratio to the total number of pixels can be specified. The total number of pixels in the inspection area K is fixed, and the total number of pixels is the same on both the inspection surface and the reference surface. The calculation of this ratio may be three-dimensionally integrated for all the grids G. For example, as shown in FIG. 7C, the inspection area K is cut along the SS axis, and y is a predetermined value. The distribution of the integrated numbers H 1 and H 2 of the pixels when x changes from end to end may be integrated two-dimensionally. FIG. 7 (f) is an example of the xy chromaticity histogram distribution. If there is no distribution in the inspection area K and the number of pixels is zero, it is excluded from the calculation.
最後に、表示・保存処理、送信処理を行い(S147)、処理をリターンする。 Finally, display / save processing and transmission processing are performed (S147), and the processing is returned.
例えば、検査領域Kに属する画素を縦100画素×横100画素=10,000画素とする。同じ検査領域Kで画像を切り取るので、画像Aと画像Bの全体の画素数はともに10,000画素である。xy色度ヒストグラムから、重なり領域Dの画素数を積算し、重なり領域Dの画素数が5,000個であった場合、表面粗さ指数Mは50%となる。表面粗さ指数Mが100%を下回るほど表面粗さの相違度が大きくなる。xy値の分布が完全に一致していれば100%となる。これにより、一定以上の数値であると判定された場合に、表面粗さについて適合面であると判定することができる。 For example, the pixels belonging to the inspection area K are defined as 100 vertical pixels x 100 horizontal pixels = 10,000 pixels. Since the image is cut out in the same inspection area K, the total number of pixels of the image A and the image B is 10,000 pixels. The number of pixels in the overlapping region D is integrated from the xy chromaticity histogram, and when the number of pixels in the overlapping region D is 5,000, the surface roughness index M is 50%. The degree of difference in surface roughness increases as the surface roughness index M falls below 100%. If the distribution of xy values is completely the same, it will be 100%. As a result, when it is determined that the numerical value is equal to or higher than a certain value, it can be determined that the surface roughness is a conforming surface.
画像について、第1次的に得られる色情報はXYZ等色関数と等価な関数である三つの分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))に基づくため、RGBにより取得する場合と比べて人の眼の感度に忠実で高精度である。分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))の重なり合いは小さく、S/N比も十分にとれ、分光感度の曲線におけるカーブも自然に変化するため、測色における誤差は最低限に留められる。 Since the color information initially obtained for the image is based on three spectral sensitivities (S1 (λ), S2 (λ), S3 (λ)) which are equivalent functions to the XYZ color matching function, it is acquired by RGB. It is more faithful to the sensitivity of the human eye and more accurate than when it is used. The overlap of the spectral sensitivities (S1 (λ), S2 (λ), S3 (λ)) is small, the S / N ratio is sufficient, and the curve in the spectral sensitivity curve changes naturally, so the error in color measurement is It is kept to a minimum.
画像の表面粗さを色とは分離してヒストグラム分布で把握できるため、表面5の粗さの違いを正確に判定することができる。
Since the surface roughness of the image can be grasped by the histogram distribution separately from the color, the difference in the roughness of the
例えば、図8(a)〜(c)に示す通り、粗さ度が小さいものから大きなものまで3種類を検査した場合の例を説明する。粗さ度の小さなものを基準面1とし、粗さ度の中程度を検査面2とし、粗さ度の大きなものを検査面3とする。まず、1〜3を前記の処理を行った後のxy色度図上での分布を作成すると、図8(b)のxy色度図に示す通り、ハイライト部分が積算されたデータである。積算数H1,H2を明暗で示してあり、色の明るいほど積算数は大きい。図8(c)は基準面と検査面の3次元で積算数H1,H2を模式的に表した。xy軸は色度、z軸は積算数H1,H2である。基本的には、凹凸が強いほど、低く広がった山形となり、凹凸が弱いほど、尖った山形になる。基準面1と、検査面2又は3について、2つのヒストグラム分布を比較することで、重なりの度合いを示す表面粗さ指数Mを演算する。ミクロン又はナノオーダー以上の凹凸感は、表面粗さ指数Mで判定が可能である。
For example, as shown in FIGS. 8A to 8C, an example will be described in which three types of inspections are inspected, from those having a small roughness to those having a large roughness. The one with a small roughness is designated as the
本実施形態は、点ではなく、面で測色するものであり、平均値だけではなく、統計的に比べることができる。色情報が複雑に織り成した粗さ情報を数値化できる。各画素が測色値である。それをヒストグラムにより統計処理する。 In this embodiment, the color is measured not by a point but by a surface, and not only the average value but also the statistical comparison can be performed. Roughness information in which color information is complicatedly woven can be quantified. Each pixel is a colorimetric value. Statistical processing is performed by using a histogram.
表面粗さ指数Mは、シボなど表面の粗さを数値比較するものであり、2次元色彩計で測色画像を撮影する。実際には頻度情報があるので図9の上部に示す通り、3次元色度図で山ができる。 The surface roughness index M is a numerical comparison of surface roughness such as grain, and a colorimetric image is taken with a two-dimensional colorimeter. Since there is actually frequency information, a mountain is formed in the three-dimensional chromaticity diagram as shown in the upper part of FIG.
図9の上において、(1)は一点に集中した尖った山、(2)通常の山、(3)は広がったなだらかな山である。山を横から見ると図9の中、下のようになる。(1)を基準に(2)(3)を重ね合わせると、色のついたところが重なり合った部分である。ここの体積の割合が表面粗さ指数Mである。表面粗さ指数Mは、検査領域Kの範囲内の積算数をそのまま用いるので、基準面1に対して、検査面2、3がそれぞれ58%、27%となり、数値で明確に、かつ、簡単に表面粗さの識別ができる。
In FIG. 9, (1) is a sharp mountain concentrated on one point, (2) a normal mountain, and (3) is a wide and gentle mountain. Looking at the mountain from the side, it looks like the bottom in Fig. 9. When (2) and (3) are overlapped with reference to (1), the colored part is the overlapping part. The ratio of the volume here is the surface roughness index M. Since the integrated number within the range of the inspection area K is used as it is for the surface roughness index M, the inspection surfaces 2 and 3 are 58% and 27%, respectively, with respect to the
表面粗さがナノオーダー又はミクロンオーダーの場合には、以上のように演算した表面粗さ指数M及び色差ΔEを用いて、重回帰分析を用いて、図10に示す通り、表面粗さ評価指数Estを演算する。ナノ、ミクロンオーダーの粗さの場合には、粗さが大きな場合とは、表面5での光散乱が異なっているからである。細かな粗さに対しては、当てる光との相互作用、つまり、干渉が生起してしまい、種々のシフトが起きるので、それも積極的に踏み込んでいく方が正確な評価値になる。可視光の波長域は、380nm〜780nmであるので、この波長に近いナノレベルの表面の凹凸では、色のシフトがより大きく観測される。光の波長と比べて、表面の凹凸がミクロンレベルより大きな場合で、同一材料でも、異種材料でも光のシフトよりも、凹凸に由来する白色光の回折が優勢となるので、色のシフトを考慮しなくてもい。そこで、表面粗さ指数Mと色差ΔEについての色のシフトを積極的に利用して、重回帰分析により、粗さ計との相関をとることとした。
When the surface roughness is on the nano-order or micron-order, the surface roughness evaluation index M and the color difference ΔE calculated as described above are used, and the surface roughness evaluation index is as shown in FIG. Calculate Est. This is because the light scattering on the
まず、この処理が開始されると、判定対象物についての粗さ計の計測値を取得する(S150)。ここでは接触式粗さ計により、表面粗さ計測値Raを求める。 First, when this process is started, the measured value of the roughness meter for the determination target object is acquired (S150). Here, the surface roughness measurement value Ra is obtained by a contact type roughness meter.
Raと下記数式6によって表されるEstとの間の重回帰分析により、最小自乗法による誤差Errorの合計が最小になるように、第1係数a、第2係数bを特定する(S151)。
(数6)
Est=a・M+b・ΔE
数式6で、Estは表面粗さ評価指数、aは第1係数、Mは表面粗さ指数、bは第2係数、ΔEは色差である。
By multiple regression analysis between Ra and Est represented by the
(Number 6)
Est = a ・ M + b ・ ΔE
In
上記a,bが特定された数式6にMとΔEの計測値を代入し、表面粗さ評価指数Estを演算する(S152)。
Substituting the measured values of M and ΔE into the
数式6に代えて、数式7による場合もある。色差ΔEのパラメータを用いない、より簡便な方法であり、Raと下記数式7によって表されるEstとの間の重回帰分析により、数式8によって表される最小自乗法による誤差Errorの合計が最小になるように、第1係数a、第2係数bを特定する。
(数7)
Est=a・M+b
数式7で、Estは表面粗さ評価指数、aは第1係数、Mは表面粗さ指数、bは第2係数である。
(数8)
Error=Σ(Est(i)−Ra(i))2
数式8で、Errorは誤差、Estは表面粗さ評価指数、Ra(i)は粗さ計による計測値、iは計測したデータ数である。
In some cases, the
(Number 7)
Est = a ・ M + b
In
(Number 8)
Error = Σ (Est (i) -Ra (i)) 2
In
上記a,bが特定された数式7にMの計測値を代入し、表面粗さ評価指数Estを演算する(S152)。
The measured value of M is substituted into the
以上で計測・演算した、表面粗さ指数M、色差ΔE、表面粗さ評価指数Est、表面粗さ計測値Raから、第1検量線関数L1、第2検量線関数L2、第3検量線関数L3の少なくとも1つを設定する。ここでは全てを設定するが、3つのうちの誤差の少ない関数、又は、それらの組み合わせを用いることができる。判定対象となる表面5の粗さ度を判定したい場合には、その判定対象の表面5を撮像し、演算した表面粗さ指数M、色差ΔEから、前記各関数を設定しておけば、対応する表面粗さ評価指数Est’、表面粗さ計測値Ra’(実測値ではなく推定演算値)を求めることができる。これにより、表面粗さ度の正確な評価を行うことで、基準表面に対する表面粗さ度の適切な比較判定が可能となり、不良品の発生を防止できるのである。詳細は実施例1〜3で説明する。
From the surface roughness index M, the color difference ΔE, the surface roughness evaluation index Est, and the surface roughness measurement value Ra measured and calculated as described above, the first calibration curve function L1, the second calibration curve function L2, and the third calibration curve function Set at least one of L3. All are set here, but a function with less error among the three, or a combination thereof can be used. If you want to determine the roughness of the
次の本実施形態2の表面105の表面粗さ判定装置101を図11、図12、図13を参照して説明する。対応する同様な要素については100番台として説明を援用し、主として、相違点を説明する。
Next, the surface
基準面、検査面を撮像する2次元色彩計102、2次元色彩計102とスイッチ109を介して接続し信号を受信し、表面粗さ指数Mの演算を行う演算処理装置103と、演算処理装置103と接続し指数表示を行う表示装置107とを備えている。
An
図11に示す通り、演算処理装置103は、基準面を撮像することにより取得される刺激値XYZ1を計算する演算部103Aと、検査面となる製品の表面105を撮像することにより取得される刺激値XYZ2を計算する演算部103Bと、演算部103Aと演算部103Bを接続し、表面105の表面粗さ指数Mを演算する演算部103Cと、を備える。演算部103CからのOK信号又はNG信号を表示装置107に送信したり、外部に送信する。なお、スイッチ109は、演算部103Aと演算部103Bを選択的に2次元色彩計102と接続する。
As shown in FIG. 11, the
図12は2つの画像A,Bから色度ヒストグラム分布の比較による表面粗さ指数Mを演算するフローチャートである。図12に示す通り、プログラムが起動すると、画像Aから検査面の検査領域Kを切り出し特定し、設定する(S201)。次に画像Bから画像Aと同様、基準面の検査領域Kを切り出し特定し、設定する(S202)。画像A,Bより色度値XYZの演算を行う(S203)。検査領域Kにおいて、検査面と基準面のXYZ色空間ヒストグラム分布をそれぞれ演算し、作成する(S204)。XYZ値の平均値を演算する(S205)。XYZ色空間ヒストグラム分布のミニマム分布を特定し、重なり領域DでのXYZ色空間ヒストグラム分布の積算数を演算する(S206)。表面粗さ指数M=(重なり領域Dに属する画素の積算数/検査領域Kの全体の画素数)×100(%)である。重なり領域Dでの積算数はT1、T2のうち、少ない方の積算数を加算演算する。表面粗さ指数Mを演算し(S207)、リターンする。 FIG. 12 is a flowchart for calculating the surface roughness index M by comparing the chromaticity histogram distributions from the two images A and B. As shown in FIG. 12, when the program is started, the inspection area K on the inspection surface is cut out from the image A, specified, and set (S201). Next, the inspection area K of the reference plane is cut out, specified, and set from the image B as in the image A (S202). The chromaticity value XYZ is calculated from the images A and B (S203). In the inspection area K, the XYZ color space histogram distributions of the inspection surface and the reference surface are calculated and created (S204). The average value of the XYZ values is calculated (S205). The minimum distribution of the XYZ color space histogram distribution is specified, and the integrated number of the XYZ color space histogram distribution in the overlapping region D is calculated (S206). The surface roughness index M = (integrated number of pixels belonging to the overlapping region D / total number of pixels in the inspection region K) × 100 (%). The integrated number in the overlapping region D is calculated by adding the integrated number of T 1 and T 2 , whichever is smaller. The surface roughness index M is calculated (S207) and returned.
なお、検査領域Kに対応するXYZ分布の演算の場合、表面粗さ指数Mの演算は、X軸、Y軸、Z軸の3次元空間での分布により行う。検査面と基準面でのXYZ空間座標でのヒストグラムを、それぞれ、T1(X,Y,Z)、T2(X,Y,Z)とする。XYZの色空間であるとヒストグラム分布は地球儀のような形状になっており、2つのヒストグラム分布が立体的に重なり合っている場合と分離している場合がある。3次元空間の検査領域Kを格子Gで区画し、3次元でのT1(X,Y,Z)、T2(X,Y,Z)の色度ヒストグラム分布とミニマム分布を求め、同様な指数の演算を行う。格子Gの積算数H1,H2を平面上に投影し、その面内で同様な積算で格子G上の重なり領域Dの積算数を演算してもよい。XYZ色度の場合には、明るさの情報がないため、XYZ空間では、画像の明るさが変わってもヒストグラム分布は変化しない。 In the case of the calculation of the XYZ distribution corresponding to the inspection area K, the calculation of the surface roughness index M is performed based on the distribution in the three-dimensional space of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis. Let the histograms in XYZ spatial coordinates on the inspection surface and the reference surface be T 1 (X, Y, Z) and T 2 (X, Y, Z), respectively. In the XYZ color space, the histogram distribution is shaped like a globe, and the two histogram distributions may be three-dimensionally overlapped or separated. The inspection area K in the three-dimensional space is divided by the lattice G, and the chromaticity histogram distribution and the minimum distribution of T 1 (X, Y, Z) and T 2 (X, Y, Z) in three dimensions are obtained, and the same is true. Perform exponential calculation. The integrated numbers H 1 and H 2 of the grid G may be projected on a plane, and the integrated number of the overlapping region D on the grid G may be calculated by the same integration in the plane. In the case of XYZ chromaticity, since there is no brightness information, the histogram distribution does not change in the XYZ space even if the brightness of the image changes.
XYZ色空間ヒストグラムに代えてLab色空間ヒストグラムを表面粗さ判定に用いる場合には、図13のフローチャートを用いる。図13の説明は図12の上記説明を援用し、ステップは300番台とする。S305では画像Aの検査領域Kの平均Lab値の計算と画像Bの検査領域Kの平均Lab値の演算となる。Lab色度の場合には、明るさの情報があるため、Lab空間では、画像A,Bの明るさが変わると、ヒストグラム分布が変化する。 When the Lab color space histogram is used for surface roughness determination instead of the XYZ color space histogram, the flowchart of FIG. 13 is used. The description of FIG. 13 is based on the above description of FIG. 12, and the steps are in the 300s. In S305, the average Lab value of the inspection area K of the image A is calculated and the average Lab value of the inspection area K of the image B is calculated. In the case of the Lab chromaticity, since there is brightness information, the histogram distribution changes when the brightness of the images A and B changes in the Lab space.
次に本実施形態3の表面205の表面粗さ判定装置201につき図14を参照して説明する。対応する同様な要素については200番台として説明を援用し、主として、相違点を説明する。
Next, the surface
図14に示す通り、色・粗さ判定対象は表面205の一部の領域であり、2次元色彩計202が表面205の検査領域Kを撮像する。演算処理装置203は、基準となる刺激値XYZ1からLabを計算する演算部203Aと、判定対象となる刺激値XYZ2からLabを計算する演算部203Bと、演算部203Aと演算部203Bと接続しLab平均値を演算する演算部203Cと、基準Labと対象Labから表面粗さ指数Mを演算する表面粗さ指数M演算部203Dとを備え、演算部203C、203Dからの演算値を粗さ処理装置250に送信する。粗さ処理装置250は、適正な表面粗さになっているかどうかを、画面に表示された指数値をチェックして判定し、さらに粗さ処理を行う。なお、スイッチ209は、演算部203Aと演算部203Bを選択的に2次元彩色計202と接続する。主要な処理は概ね実施形態1、2のフローチャートと同様であるので、説明は援用する。
As shown in FIG. 14, the color / roughness determination target is a part of the
検査領域Kに対応するLab空間における色度ヒストグラム分布の演算の場合、XYZ値からLabへ変換を行う。指数の演算は、L軸、a軸、b軸の3次元空間での分布により行う。Lab色空間分布は立体楕円形状である。検査面と基準面でのLab空間座標でのヒストグラムを、それぞれ、U1(L,a,b)、U2(L,a,b)とする。Labの色空間であるとヒストグラム分布は地球儀のような形状になっており、2つのヒストグラム分布が立体的に重なり合っている場合と分離している場合がある。3次元空間の検査領域Kを格子Gで区画し、3次元でのU1(L,a,b)、U2(L,a,b)の色空間ヒストグラム分布とミニマム分布を求め、同様な指数の演算を行う。格子Gの積算数H1,H2を平面上に投影し、その面内で同様な積算で格子G上の重なり領域Dの積算数を演算する。Lab色空間の場合には、明るさの情報があるため、Lab空間では、画像A,Bの明るさが変わると、L値が変化して、ヒストグラムU1、U2がLab空間内で位置がずれるため、明暗を考慮に入れた判定が可能である。画像A,Bの明るさが違えば分布の位置がずれるからである。例えば、Lab色空間ヒストグラム分布は、暗くなれば下方にずれ、明るくなれば上方にずれる。 In the case of calculation of the chromaticity histogram distribution in the Lab space corresponding to the inspection area K, the XYZ value is converted to the Lab. The exponent is calculated based on the distribution of the L-axis, a-axis, and b-axis in the three-dimensional space. The Lab color space distribution has a three-dimensional elliptical shape. Let the histograms in Lab space coordinates on the inspection surface and the reference surface be U 1 (L, a, b) and U 2 (L, a, b), respectively. In the Lab color space, the histogram distribution is shaped like a globe, and the two histogram distributions may be three-dimensionally overlapped or separated. The inspection area K in the three-dimensional space is divided by the lattice G, and the color space histogram distribution and the minimum distribution of U 1 (L, a, b) and U 2 (L, a, b) in three dimensions are obtained, and the same is true. Perform exponential calculation. The integrated numbers H 1 and H 2 of the grid G are projected on a plane, and the integrated number of the overlapping region D on the grid G is calculated by the same integration in the plane. In the case of the Lab color space, since there is brightness information, in the Lab space, when the brightness of the images A and B changes, the L value changes, and the histograms U 1 and U 2 are positioned in the Lab space. Therefore, it is possible to make a judgment in consideration of lightness and darkness. This is because if the brightness of the images A and B is different, the position of the distribution will shift. For example, the Lab color space histogram distribution shifts downward when it gets dark, and shifts upward when it gets bright.
その他の応用例を説明する。基準面・検査面の取得された画像A,Bの2枚の画像を重ねあわせ、それぞれの色度ヒストグラム分布を表示装置7に表示し、それぞれの色度ヒストグラム分布をひとつの色度図上で重ね合わせた色度図が表示でき、色の相違を平均Lab値で判定し、一方、表面5の粗さ度を示す表面粗さ指数Mの演算を分離してパーセンテージで表示できる。これにより、検査面の色度分布と基準面の色度分布の空間的広がりのズレで示す凹凸感や粗さ感を数値で確実に確認できる。各領域T毎に検査結果が数値で表示される。格子Gのグリッド幅の調節が可能である。指数の閾値を任意で設定可能である。測定結果と撮影した画像A,Bは保存が可能である。目視検査では避けられなかった個人差の問題や、客先との判断基準のトラブル等を減らして、表面粗さの仕上がり具合の基準化や安定した表面粗さ管理を行うことが可能となる。
Other application examples will be described. The two images A and B obtained from the reference plane and the inspection plane are superposed, the respective chromaticity histogram distributions are displayed on the
実施形態4の白色光源による表面粗さ判定装置及び表面粗さ判定方法を図15〜図19を参照して説明する。基本的には実施形態1から3と共通するので、共通点についての説明は援用する。 The surface roughness determination device and the surface roughness determination method using the white light source of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 19. Since it is basically the same as the first to third embodiments, the explanation of the common points will be incorporated.
表面粗さ指数Mの計算について、実施形態1〜3は、オフセット補正を使わない場合である。これは、校正するデータの材料と、測定対象の材料が同じものである場合、色の変化と、色分布の変化と両方のパラメータで、校正データを作成するため、より精度の高い粗さデータを求めることが出来る。これに対して、実施形態4はオフセット値を使う場合である。測定対象の金属材料が校正するものと同じであるかどうかが不明の時に、オフセット値を補正した色分布一致度のみでの校正曲線を求める手法である。 Regarding the calculation of the surface roughness index M, the first to third embodiments are the cases where the offset correction is not used. This is more accurate roughness data because calibration data is created with both parameters of color change and color distribution change when the material of the data to be calibrated and the material to be measured are the same. Can be sought. On the other hand, the fourth embodiment is a case where an offset value is used. When it is unclear whether the metal material to be measured is the same as the one to be calibrated, this is a method of obtaining a calibration curve based only on the color distribution consistency with the offset value corrected.
実施形態1〜3では、金属材料又は複合材料をエッチング等で凹凸をつけるため、材料本来の色は同じとなるので、同じ材料の校正用基板を使用している。実施例4では、校正曲線を作るのに異なる材料の校正用基板を用いる。校正用基板としては、例えば、粗さの標準として販売している校正用基板がある。市販の校正用基板を用いる場合、粗さ値がわかっていれば、その粗さ値をRa値として使用できる。 In the first to third embodiments, since the metal material or the composite material is made uneven by etching or the like, the original color of the material is the same, so that the calibration substrate of the same material is used. In Example 4, calibration substrates of different materials are used to create the calibration curve. As the calibration substrate, for example, there is a calibration substrate sold as a standard of roughness. When a commercially available calibration substrate is used, if the roughness value is known, the roughness value can be used as the Ra value.
実施形態4では、表面粗さの測定手順は次の通りである。a.機械式粗さ計で校正用基板のRa値を測定する。b.表面粗さ指数Mを計算する。ここで、測定対象が校正用のものと同一の材料の時には、オフセット補正なしの演算を行い、測定対象の材料が不明の時には、オフセット補正を行って、演算する。 In the fourth embodiment, the procedure for measuring the surface roughness is as follows. a. Measure the Ra value of the calibration substrate with a mechanical roughness meter. b. The surface roughness index M is calculated. Here, when the material to be measured is the same material as that for calibration, the calculation without offset correction is performed, and when the material to be measured is unknown, the offset correction is performed and the calculation is performed.
測定対象の金属材料が校正するものと同一材料である場合には、色変化(ΔE、Δb等)も校正用直線(曲線)用のパラメータとして使うが、材料のもとの色が不明な時には、色のオフセットを行い、表面粗さ指数M(一致度)でのみ、第4検量線(校正用曲線)を作るのが追加機能である。 If the metal material to be measured is the same material as the one to be calibrated, the color change (ΔE, Δb, etc.) is also used as a parameter for the calibration curve (curve), but when the original color of the material is unknown. , The additional function is to offset the colors and create a fourth calibration curve (calibration curve) only with the surface roughness index M (matching degree).
図38に示すデータに対し、Ra=A/(M−B)の校正曲線を設定して、エクセルのソルバーのオプション機能(設定した関数で最小二乗法の計算を行う便利な機能)を使ってA、Bを求めると、A=62.31、B=18.526となり、Ra=62.31/(M−18.526)の校正曲線が得られた。Raは、Ra機械実測値で、JISで規定している表面粗さ値である。機械式の粗さ計で求める。定義はJISにある。A,Bは校正係数である。 For the data shown in FIG. 38, set a calibration curve of Ra = A / (MB) and use the optional function of the Excel solver (a convenient function to calculate the least squares method with the set function). When A and B were obtained, A = 62.31 and B = 18.526, and a calibration curve of Ra = 62.31 / (M-18.526) was obtained. Ra is a Ra machine measured value and is a surface roughness value specified by JIS. Obtained with a mechanical roughness meter. The definition is in JIS. A and B are calibration coefficients.
次にオフセット補正について図15〜図19を参照して説明する。図16および図18に示す通り、2つのヒストグラム分布T1(X,Y,Z)、T2(X,Y,Z)のいずれか一方の中心座標を他の中心座標に一致するように、中心座標の偏差ΔF分だけ、XYZ色空間ヒストグラム分布全体をオフセット(写像)処理する(S407)。いずれか一方の分布を他の分布にオフセット補正させないと、色成分の差も計算してしまうことになるからである。グラフ上でも計算だけでもできる。オフセット量は適宜設定可能である。例えば、一方の中心から他の中心へのオフセット補正に代えて、一方の中心から他の中心の所定範囲内へのオフセットでも同様の効果がある。要は、粗さが把握できる適宜のオフセット量で接近させればよい。 Next, the offset correction will be described with reference to FIGS. 15 to 19. As shown in FIGS. 16 and 18, the center coordinates of one of the two histogram distributions T 1 (X, Y, Z) and T 2 (X, Y, Z) should match the other center coordinates. The entire XYZ color space histogram distribution is offset (mapped) by the deviation ΔF of the center coordinates (S407). This is because if one of the distributions is not offset-corrected to the other distribution, the difference in color components will also be calculated. You can do it on the graph or just by calculating. The offset amount can be set as appropriate. For example, instead of the offset correction from one center to the other center, an offset from one center to the other center within a predetermined range has the same effect. The point is that the roughness may be approached with an appropriate offset amount that can be grasped.
オフセット補正(S407)の前後に、XYZ色空間ヒストグラム分布の中心座標C1、C2を特定するステップを備える(S406、S408)。ここでは中心座標は図心(重心位置)とする。図12と図16が相違する点は、S406〜S408の3つのステップが挿入された点である。 Before and after the offset correction (S407), steps for specifying the center coordinates C 1 and C 2 of the XYZ color space histogram distribution are provided (S406, S408). Here, the center coordinate is the center of gravity (center of gravity position). The difference between FIGS. 12 and 16 is that the three steps S406 to S408 are inserted.
XYZ色空間ヒストグラムに代えて図19に示すLab色空間ヒストグラムを表面粗さ判定に用いる場合には、図17のフローチャートを用いる。図17の説明は図16の上記説明を援用する。また、xy色度ヒストグラムを用いる場合には図15のようにオフセットを行う。フローチャートは省略する。 When the Lab color space histogram shown in FIG. 19 is used for surface roughness determination instead of the XYZ color space histogram, the flowchart of FIG. 17 is used. The description of FIG. 17 is based on the above description of FIG. Further, when the xy chromaticity histogram is used, the offset is performed as shown in FIG. The flowchart is omitted.
以上、本実施形態1〜4を説明したが、以下の効果がある。(1)平均L値、平均a値、平均b値、及び、(2)2つのH1(x,y)、H2(x,y)、T1(X,Y,Z)、T2(X,Y,Z)、U1(L,a,b)、U2(L,a,b)に関する色差ΔE、表面粗さ指数Mについて、それぞれの例を挙げたが、色と表面粗さとの違いを、分離して提示することにより、正確、迅速な評価をおこなうことができ、表面粗さ調整により、仕上がり具合について適格な指針を与えることができる。
Although the
また、本実施形態は、表面粗さの凹凸の高さが、ナノレベルからマイクロメータのレベルでの微細な粗さの判定も可能とし、測定時間の短縮化、曲面の粗さ判定、面積の大きな製品の粗さ判定を正確に行うことが可能となる。 Further, in the present embodiment, the height of the unevenness of the surface roughness can determine the fine roughness from the nano level to the micrometer level, shortening the measurement time, determining the roughness of the curved surface, and determining the area. It is possible to accurately determine the roughness of a large product.
さらに、測定対象の材料が不明の時には、オフセット補正を行って、演算するので、正確な表面粗さの計測が可能となる。 Further, when the material to be measured is unknown, offset correction is performed and the calculation is performed, so that accurate surface roughness can be measured.
本発明の表面粗さ判定装置1により、表面5の粗さを評価するため実施例1〜実施例3の通り、測定し、評価を行った。本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例中における特性値の測定及び評価は下記のように行った。
In order to evaluate the roughness of the
(1) 判定装置
有限会社パパラボのPPLB-200を用いた。PPLB-200は2次元色彩計RC-500を備える。照明はPanasonic社製D50照明を用いた。
(1) Judgment device PPLB-200 from Paparabo Co., Ltd. was used. PPLB-200 is equipped with a two-dimensional colorimeter RC-500. The lighting used was Panasonic D50 lighting.
(2)撮影
PPLB-200による撮影は、部屋が暗室状態で行った。2次元色彩計は静止画タイプのものを使用し、白色板のL値を100として測定を行った。
(3)測定範囲
サンプルの測定範囲について、測定範囲は、実施例1、2、3は画像A,Bの全体である。
(2) Shooting
The shooting with PPLB-200 was done in a dark room. A two-dimensional colorimeter was used, and the measurement was performed with the L value of the white plate as 100.
(3) Measurement range Regarding the measurement range of the sample, the measurement range is the entire images A and B in Examples 1, 2 and 3.
(4)粗さ計について
実施例1、2、4はテーラーホブソン社製の粗さ計であるFORM TALYSURF(登録商標)−120(AFM接触式)粗さ計、実施例3はキーエンスのVN−8010の非接触式の粗さ計を用いた。
(4) Roughness Meter Examples 1, 2 and 4 are a roughness meter manufactured by Taylor Hobson, FORM TALYSURF (registered trademark) -120 (AFM contact type) roughness meter, and Example 3 is Keyence's VN-. A non-contact roughness meter of 8010 was used.
(5)測定項目及び結果について
サンプルの基準面と検査サンプルの検査面の測定を行った。撮影した基準・検査サンプル画像A,Bの表面粗さ指数M、ΔE、平均Labの差を求めた。表面粗さ指数Mはヒストグラム分布の中心座標のオフセット処理をせずに求めた値である。平均Lab値の差=検査サンプルの平均Lab値−基準サンプルの平均Lab値とした。測定結果から、表面粗さ指数の結果とΔEの数値から、基準サンプルに色も表面5の表面粗さも一番類似しているサンプルを特定した。ΔEに関して人間の視感度特性を考慮したΔE00を使用した。
(5) Measurement items and results The reference surface of the sample and the inspection surface of the inspection sample were measured. The difference between the surface roughness indexes M, ΔE and the average Lab of the photographed reference / inspection sample images A and B was obtained. The surface roughness index M is a value obtained without offset processing of the center coordinates of the histogram distribution. Difference in average Lab value = average Lab value of inspection sample-average Lab value of reference sample. From the measurement results, from the results of the surface roughness index and the numerical value of ΔE, a sample having the most similar color and surface roughness of the
実施例1のサンプル1、2、実施例2のサンプル3、実施例3のサンプル4の表面粗さ指数M、Lab、ΔL、Δa、Δb、ΔEを求めた。表面粗さ指数Mはそれぞれのヒストグラム分布の中心座標のオフセット処理をせずに演算した指数である。LabはLab座標での表面粗さ指数、Mはxy座標での表面粗さ指数、ΔL=平均L値の差=検査サンプルの平均L値−基準サンプルの平均L値とした。ΔE、Δa、Δbも同様である。測定結果から、表面粗さ指数の結果とΔEの数値から、サンプル1に色も表面の粗さも一番類似しているサンプル2又は3を特定した。ΔEに関して人間の視感度特性を考慮したΔE00を使用した。
The surface roughness indices M, Lab, ΔL, Δa, Δb, and ΔE of
(6)検量線の設定について
実施例1については、RaとEst、RaとΔE、RaとM、実施例3については、RaとM、RaとEstの間の検量線を、重回帰分析により求めた。実施例1はミクロンオーダーでの粗さを評価するため、実施例3はナノオーダーでの粗さを評価するため、重回帰分析を行った。
(6) Setting of calibration curve For Example 1, Ra and Est, Ra and ΔE, Ra and M, and for Example 3, the calibration curve between Ra and M and Ra and Est are analyzed by multiple regression analysis. I asked. Multiple regression analysis was performed in Example 1 to evaluate the roughness on the micron order and in Example 3 to evaluate the roughness on the nano order.
RaとEstの間の検量線については、Estに数式6,7を用い、重回帰分析により、最小自乗法による誤差を最小とするようにa,bを設定した。
For the calibration curve between Ra and Est,
実施例1はアルミ合金にケミカルエッチングは処理したものについての粗さの評価である。 Example 1 is an evaluation of the roughness of an aluminum alloy treated with chemical etching.
表1及び図20〜図22にサンプル1の測定・演算結果を示す。図20において横軸は表面粗さ計測値Ra(単位はμ)、縦軸は表面粗さ評価指数Estを示し、点線で示す直線は、第1検量線L1である。図21において横軸は色差ΔE、縦軸は表面粗さ計測値Ra(単位はμ)を示し、点線で示す直線は、第2検量線L2である。図22において横軸は表面粗さ指数M、縦軸は表面粗さ計測値Ra(単位はμ)を示し、点線で示す直線は、第3検量線L3である。
a=0、b=0.105242が得られた。表面粗さ評価指数Estと表面粗さ計測値Raの相関係数は0.887104、色差ΔEと表面粗さ計測値Raの相関係数は0.887104、表面粗さ指数Mと表面粗さ計測値Raの相関係数は−0.8377、総合誤差TotErroは5.9516である。 A = 0 and b = 0.105242 were obtained. The correlation coefficient between the surface roughness evaluation index Est and the surface roughness measurement value Ra is 0.887104, the correlation coefficient between the color difference ΔE and the surface roughness measurement value Ra is 0.887104, and the surface roughness index M and the surface roughness measurement. The correlation coefficient of the value Ra is −0.8377, and the total error TotErro is 5.9516.
実施例1のサンプル2はケミカルエッチングを施したアルミニウム合金である。
表2及び図23〜図25にアルミニウム合金のサンプル2の測定と数式6等による演算結果を示す。図23において横軸は表面粗さ計測値Ra(単位はμ)、縦軸は表面粗さ評価指数Estを示し、点線で示す直線は、第1検量線L1である。図24において横軸は色差ΔE、縦軸は表面粗さ計測値Ra(単位はμ)を示し、点線で示す直線は、第2検量線L2である。図25において横軸は表面粗さ指数M、縦軸は表面粗さ計測値Ra(単位はμ)を示し、点線で示す直線は、第3検量線L3である。
a=0.000893、b=0.694288が得られた。表面粗さ評価指数Estと表面粗さ計測値Raの相関係数は0.849651、色差ΔEと表面粗さ計測値Raの相関係数は0.849774、表面粗さ指数Mと表面粗さ計測値Raの相関係数は−0.88685、総合誤差TotErroは11.60513である。なお、図23で1点だけ上方に外れたEst=8.352787があるが、測定誤差として除去すれば、相関係数は概ね0.9になる。 A = 0.0009893 and b = 0.694288 were obtained. The correlation coefficient between the surface roughness evaluation index Est and the surface roughness measurement value Ra is 0.849651, the correlation coefficient between the color difference ΔE and the surface roughness measurement value Ra is 0.849774, and the surface roughness index M and the surface roughness measurement. The correlation coefficient of the value Ra is −0.88685, and the total error TotErro is 11.60513. In FIG. 23, there is Est = 8.352787 that is off by one point upward, but if it is removed as a measurement error, the correlation coefficient becomes approximately 0.9.
表1、2において、No.11〜No.19、No.21〜No.29まで、エッチング時間を増やしていったとき、アルミニウム合金のケミカルエッチングをしないものとの比較をすると、表面粗さ指数Mが低下してゆき、ΔEとRaとEstが増加する。 In Tables 1 and 2, when the etching time is increased from No. 11 to No. 19 and No. 21 to No. 29, the surface roughness index is compared with that of the aluminum alloy without chemical etching. As M decreases, ΔE, Ra, and Est increase.
アルミニウム合金のケミカルエッチングによる粗さ加減は、最初は表面5が真っ平らなものから、エッチングをかけると表面5が荒れてきて、さらにエッチングをかけると、表面5に穴が掘れたり、凹みができたり、中に空洞ができたりすることで、様々な粗さ形状の態様があるが、正確に評価することができる。
As for the roughness adjustment by chemical etching of aluminum alloy, the
実施例1によれば、第1検量線L1〜第3検量線L3により、ミクロンオーダー又はナノオーダーの粗さを正確に演算でき、適正な凹凸感を把握でき、閾値と比較することで、不良品を低減できる。例えば、ケミカルエッチングを行ったアルミニウム合金に樹脂層を被覆した場合、エッチングの過不足によりアルミニウム合金からの樹脂層の剥離が生じやすい。樹脂のアルミニウム合金へのコーティングの前に、アルミニウム合金の表面5を検査することで、アルミニウム合金と樹脂層の剥離が起きない一番、最適な表面粗さを適切に処理することで、アルミニウム合金から樹脂層が剥離する現象を回避でき、産業上の利用価値が高い。
According to the first embodiment, the roughness of the micron order or the nano order can be accurately calculated by the first calibration curve L1 to the third calibration curve L3, and an appropriate unevenness can be grasped. Good products can be reduced. For example, when a resin layer is coated on an aluminum alloy that has undergone chemical etching, the resin layer is likely to be peeled off from the aluminum alloy due to excess or deficiency of etching. By inspecting the
実施例2の樹脂部品であるサンプル3について、測定場所、一致度、ΔE00、ΔL、Δa、Δb値等を示す。実施例1と同様に、重回帰粗さ分析は行ったが、実施例1と同様な手法により、同様の結果が得られたので、記載は割愛する。測定範囲はそれぞれ、画像A,Bの枠線内である。
The measurement location, degree of agreement, ΔE00, ΔL, Δa, Δb values, etc. of the
図27に示すサンプル3は、2種類の樹脂P1とP2のシボ加工の違いによる表面粗さの定量化について行った。照明色温度5000Kである。
In the
サンプル3の評価結果は図28に示す。LabとΔEでの違いを検出した。表面粗さ指数M(粗さ一致度)は85%である。3次元xy一致度xy3Dは93%である。P1を基準として、P2はLab一致度は26%となり、表面粗さを明確に区別できた。色差ΔEは1.163、ΔLは1.532、Δaは−0.017、Δbは0.108である。P2のL値が高く明るいことが分かる。Δa、Δbで素材の色の違いが分かる。xy3Dは、色のシフトを補正した数値である。
The evaluation result of
図26は、シボ感の違いによる「見え」の違いは、シボの表面形状の違いによる反射の違いを示している。全反射部分は照明の色が強く反映し、輝度も高くなる。従って、(1)は局所的に全反射した光が多く眼に入りぎらついて見える。一方、(2)のように平面が少ないと全反射方向が分散されて面で見たときにぎらつきは感じられない。また、様々な反射が絡んで色の干渉が起こり、色の広がりを見せる。(3)は細かく全体的に拡散しているため、輝度は落ちる。色も平均化される。 FIG. 26 shows that the difference in “appearance” due to the difference in texture is the difference in reflection due to the difference in the surface shape of the texture. The color of the illumination is strongly reflected in the total reflection part, and the brightness is also high. Therefore, in (1), a large amount of locally totally reflected light appears to be glaring in the eyes. On the other hand, if there are few planes as in (2), the total reflection directions are dispersed and no glare is felt when viewed on the surface. In addition, various reflections are involved and color interference occurs, showing the spread of colors. Since (3) is finely diffused as a whole, the brightness is reduced. The colors are also averaged.
実施例2によれば、表面粗さ指数Mにより、適正な凹凸感を把握でき、閾値と比較することで、不良品を低減できる。例えば、樹脂の表面5をシボ加工した場合等には、色差ΔEはほとんどない場合でも、シボの深いもの、或いは、シボの浅いものにおいて、表面5の微妙なツヤ感の変化を把握できる。シボ加工の不良を回避できる等、種々の態様に利用できるので、産業上の利用価値が高い。
According to the second embodiment, an appropriate unevenness can be grasped by the surface roughness index M, and defective products can be reduced by comparing with the threshold value. For example, when the
実施例3のサンプル4はアルミ合金の金属表面のナノオーダーの表面粗さを評価する例である。表面粗さ計測値Ra(単位:nm)はキーエンスのVN−8010の非接触式の粗さ計を用いて計測した。
表面粗さ指数Mと表面粗さ計測値Raと表面粗さ評価指数Estの計測・演算結果を表3に示す。表3の演算は数式7による。表面粗さ計測値RaのサンプルNo.41〜47までの表面の凹凸を示す三次元CGを図29〜図35に示す。図29ではサンプルNo.41の全領域で平均の凹凸が88.33nm、図30ではサンプルNo.42の全領域で平均の凹凸が58.83nm、図31ではサンプルNo.43の全領域で平均の凹凸が88.33nm、図32ではサンプルNo.44の全領域で平均の凹凸が57.71nm、図33ではサンプルNo.45の全領域で平均の凹凸が93.9nm、図34ではサンプルNo.46の全領域で平均の凹凸が112.85nm、図35ではサンプルNo.47の全領域で平均の凹凸が100.18nmである。上記数値は、基準表面からの高さの平均値であり、凹凸を平均化した表面の歪みを示す値である。サンプルNo.41〜47のサンプル番号が増加すると、エッチング時間を順次増加するため、表面粗さ指数Mは減少し、表面粗さ計測値Raは増加している。
a=1.141439、b=143.1954が得られた。総合誤差TotErroは940.2347である。 A = 1.141439 and b = 143.1954 were obtained. The total error TotErro is 940.2347.
実施例3によれば、図37に示す第1検量線L1、図36に示す第3検量線L3により、適正な凹凸感を把握でき、ナノオーダーの表面粗さを評価でき、不良品を低減できる。 According to the third embodiment, an appropriate unevenness can be grasped, a nano-order surface roughness can be evaluated, and defective products can be reduced by the first calibration curve L1 shown in FIG. 37 and the third calibration curve L3 shown in FIG. it can.
実施例4はアルミ合金の金属表面のナノオーダーの表面粗さを評価する例である。表面粗さ計測値Ra(単位:μm)は機械式粗さ計(テーラーホブソン社製のFORM TALYSURF(登録商標))を用いて、校正基板としての異なる材料の金属製の粗さ標準片を計測した。粗さ標準片と測定対象の金属の本来の色が異なる場合、ベース色のオフセットを補正した値である必要があるからである。図38に測定データを示す。 Example 4 is an example of evaluating the nano-order surface roughness of the metal surface of an aluminum alloy. The surface roughness measurement value Ra (unit: μm) measures a metal roughness standard piece of a different material as a calibration substrate using a mechanical roughness meter (FORM TALYSURF (registered trademark) manufactured by Taylor Hobson). did. This is because when the original color of the metal to be measured is different from the roughness standard piece, it is necessary to correct the offset of the base color. FIG. 38 shows the measurement data.
(1)測定対象の金属材料が同一のときには、オフセットなしの表面粗さ指数Mを求め、表面粗さ指数MからRa値を演算する。校正値は、JISに規定されており、例えば、最小二乗法で校正曲線を求める。 (1) When the metal materials to be measured are the same, the surface roughness index M without offset is obtained, and the Ra value is calculated from the surface roughness index M. The calibration value is specified in JIS, and for example, the calibration curve is obtained by the least squares method.
(2)測定対象の金属材料が不明のときには、実施形態4で示すオフセット補正を行った表面粗さ指数Mを求め、第4検量線により、Ra値に変換する。 (2) When the metal material to be measured is unknown, the surface roughness index M after the offset correction shown in the fourth embodiment is obtained and converted into a Ra value by the fourth calibration curve.
図38に示すデータの第4検量線(校正曲線)は、数式9のようになった。
(数9)
Ra=62.31/(M−18.526)
Raは表面粗さ計測値Ra(算術平均粗さ)、Mは表面粗さ指数である。
The fourth calibration curve (calibration curve) of the data shown in FIG. 38 is as shown in
(Number 9)
Ra = 62.31 / (M-18.526)
Ra is the measured surface roughness Ra (arithmetic mean roughness), and M is the surface roughness index.
図38に示すグラフの表面粗さ計測値Raは粗さ標準片の8種類の異なる粗さ表面を計測したものである。 The surface roughness measurement value Ra of the graph shown in FIG. 38 is a measurement of eight different roughness surfaces of the roughness standard piece.
表4は6つの測定対象に関して測定し、オフセット演算した表面粗さ指数Mから第4検量線を用いて演算したRa値と、別法による粗さ計(機械式粗さ計であるテーラーホブソン社製のFORM TALYSURF(登録商標)粗さ計)で測定したRa値を示す。図39は、そのグラフと最小二乗法による検量線である。
実施例4によれば、Raの誤差は0.75以下であり、良好な結果を得られた。 According to Example 4, the error of Ra was 0.75 or less, and good results were obtained.
なお、本発明の実施形態は、上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることができるものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれ、前記技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることは言うまでもない。例えば、三つの分光感度(S1(λ)、S2(λ)、S3(λ))に従って画像A,Bを取得する方式について、本実施形態において挙げた方式は具体例に過ぎないものであって、これらに限られず、その他の方式によっても本発明の技術的思想は実施される。 It should be noted that the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and modifications and the like can be made without departing from the technical idea of the present invention. It goes without saying that things and the like are also included in the technical scope of the present invention, and various forms can be taken as long as they belong to the technical scope. For example, regarding the method of acquiring images A and B according to three spectral sensitivities (S1 (λ), S2 (λ), S3 (λ)), the method given in this embodiment is only a specific example. The technical idea of the present invention is implemented not only by these but also by other methods.
本発明の判定装置は、表面粗さを照明光の散乱と回折現象にて定量化できるため、人の見た目の判定法と極めて近い判定ができることにより、これまで人の目に依存していた表面粗さの評価に適用できる。金属、樹脂等も含めた広範囲な材質、平面、曲面、複雑な形状の表面等、種々の表面に適用可能である。 Since the surface roughness of the determination device of the present invention can be quantified by the scattering and diffraction phenomenon of the illumination light, the surface roughness can be determined very close to the human appearance determination method, and thus the surface has been dependent on the human eye. It can be applied to the evaluation of roughness. It can be applied to a wide range of materials including metals and resins, flat surfaces, curved surfaces, surfaces with complicated shapes, and various other surfaces.
1、101、201・・・表面粗さ判定装置
2、102、202・・・2次元色彩計
21・・・撮影レンズ
22a、22b、22c・・・光学フィルタ
23・・・撮像素子
22a´、22c´・・・ダイクロイックミラー
23a、23b、23c・・・撮像素子
26・・・反射鏡
27・・・フィルタターレット
3、103、203・・・演算処理部
5、105、205・・・表面
6、106、206・・・照明部
7・・・表示装置
109・・・スイッチ
250・・・粗さ処理装置
a・・・第1係数
b・・・第2係数
A,B・・・画像
AFM・・・原子間力顕微鏡
C1,C2・・・中心座標
D・・・重なり領域
ΔE・・・色差
Error・・・誤差
Est・・・表面粗さ評価指数
G・・・格子
M・・・表面粗さ指数
H1, H2・・・積算数
K・・・検査領域
T・・・検査領域
TotErro・・・総合誤差
1, 101, 201 ... Surface
Claims (2)
前記演算処理部が、
検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔEを演算する色差演算部と、
XYZ表色系の色空間にそれぞれ対応する座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する前記検査面と基準面の画素数を積算することにより、XYZ表色系の色空間ヒストグラム分布を作成する色空間ヒストグラム分布作成部と、
前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の差を示す表面粗さ指標Mを、前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を他の色空間ヒストグラム分布の中心に近接するようにオフセットさせることにより行われるオフセット補正あり、または前記オフセット補正なしで演算する表面粗さ指標演算部と、
粗さ計により実測した、検量に係る検査サンプルの表面粗さ計測値Raを記憶する表面粗さ計測データ記憶部と、
表面粗さ評価指数Estが、前記検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、当該表面粗さ指標Mに係る第1係数a、前記検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔE、当該色差ΔEに係る第2係数bに基づいて演算されるように設定し、
前記表面粗さ計測値Raと前記表面粗さ評価指数Estの間の誤差Errorが最小となるように、前記第1係数a、及び前記第2係数bを定め、
前記表面粗さ計測値Raと前記表面粗さ評価指数Estの相関関係を示す第1検量線関数、
前記表面粗さ計測値Raと前記色差ΔEの相関関係を示す第2検量線関数、
前記表面粗さ計測値Raと前記オフセット補正なしで演算された前記表面粗さ指標Mとの相関関係を示す第3検量線関数、又は、
前記表面粗さ計測値Raと前記オフセット補正ありで演算された前記表面粗さ指標Mとの相関関係を示す第4検量線関数のうちの少なくとも1つを設定し、前記第2〜第4検量線に用いられる表面粗さ指標Mと色差ΔEが、それぞれ、検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔEである関数設定部と、
判定に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、判定に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔE、前記関数設定部によって定められた第1係数a、及び第2係数bに基づいて、前記判定に係る検査用サンプルの検査面の表面粗さ評価指数Est’を演算する演算部と、を備えたことを特徴とする白色光源による表面粗さ判定装置。 A 3-band visual sensitivity image with three spectral sensitivities acquired by an imager having three spectral sensitivities (S1 (λ), S2 (λ), S3 (λ)) linearly converted to the CIE XYZ color matching function. It is equipped with an arithmetic processing unit that converts S1i, S2i, and S3i into tristimulus values X, Y, and Z in the CIE XYZ color system and calculates them.
The arithmetic processing unit
A color difference calculation unit that calculates the color difference ΔE between the inspection surface of the inspection sample and the reference surface of the reference sample,
The color space histogram distribution of the XYZ color system is obtained by dividing the inspection area of the coordinates corresponding to the color space of the XYZ color system by a grid and integrating the number of pixels of the inspection surface and the reference surface belonging to each grid. The color space histogram distribution creation part to be created and
The surface roughness index M indicating the difference between the two color space histogram distributions of the inspection surface and the reference surface is specified as the center of the two color space histogram distributions of the inspection surface and the reference surface, and one of the color space histograms is used. A surface roughness index calculation unit that calculates with or without offset correction performed by offsetting the center of the distribution so as to be close to the center of another color space histogram distribution.
A surface roughness measurement data storage unit that stores the surface roughness measurement value Ra of the inspection sample related to calibration measured by the roughness meter , and
Surface Texture evaluation index Est is, the surface roughness index M of the reference plane of the test surface and the reference sample of the test samples according to the calibration, first coefficient a according to the surface roughness index M, test samples according to the calibration It is set to be calculated based on the color difference ΔE between the inspection surface and the reference surface of the reference sample and the second coefficient b related to the color difference ΔE.
The first coefficient a and the second coefficient b are determined so that the error Error between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness evaluation index Est is minimized.
The first calibration curve function showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness evaluation index Est,
A second calibration curve function showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the color difference ΔE,
A third calibration curve function showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness index M calculated without the offset correction, or
At least one of the fourth calibration curve functions showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness index M calculated with the offset correction is set , and the second to fourth calibrations are performed. The surface roughness index M and the color difference ΔE used for the line are the surface roughness index M of the inspection surface of the inspection sample related to calibration and the reference surface of the reference sample, respectively, and the inspection surface of the inspection sample related to calibration and the reference of the reference sample. The function setting unit, which is the surface color difference ΔE, and
Surface roughness index M between the inspection surface of the inspection sample and the reference surface of the reference sample related to the judgment, the color difference ΔE between the inspection surface of the inspection sample and the reference surface of the reference sample related to the judgment, and the first coefficient determined by the function setting unit. Surface roughness by a white light source, which comprises a calculation unit for calculating the surface roughness evaluation index Est'of the inspection surface of the inspection sample according to the determination based on a and the second coefficient b. Judgment device.
検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔEを演算する色差演算ステップと、
XYZ表色系の色空間にそれぞれ対応する座標の検査領域を格子で区画し、各格子に属する前記検査面と基準面の画素数を積算することにより、XYZ表色系の色空間ヒストグラム分布を作成する色空間ヒストグラム分布作成ステップと、
前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の差を示す表面粗さ指標Mを、前記検査面と基準面の2つの色空間ヒストグラム分布の中心を特定し、いずれか一方の色空間ヒストグラム分布の中心を他の色空間ヒストグラム分布の中心に近接するようにオフセットさせることにより行われるオフセット補正あり、または前記オフセット補正なしで演算する表面粗さ指標演算ステップと、
粗さ計により実測した、検量に係る検査サンプルの表面粗さ計測値Raを記憶する表面粗さ計測データ記憶ステップと、
表面粗さ評価指数Estが、前記検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、当該表面粗さ指標Mに係る第1係数a、前記検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔE、当該色差ΔEに係る第2係数bに基づいて演算されるように設定し、
前記表面粗さ計測値Raと前記表面粗さ評価指数Estの間の誤差Errorが最小となるように、前記第1係数a、及び前記第2係数bを定め、前記表面粗さ計測値Raと前記表面粗さ評価指数Estの相関関係を示す第1検量線関数、
前記表面粗さ計測値Raと前記色差ΔEの相関関係を示す第2検量線関数、
前記表面粗さ計測値Raと前記オフセット補正なしで演算された前記表面粗さ指標Mとの相関関係を示す第3検量線関数、
又は、前記表面粗さ計測値Raと前記オフセット補正ありで演算された前記表面粗さ指標Mとの相関関係を示す第4検量線関数のうちの少なくとも1つを設定し、前記第2〜第4検量線に用いられる表面粗さ指標Mと色差ΔEが、それぞれ、検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、検量に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔEである関数設定ステップと、
判定に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の表面粗さ指標M、判定に係る検査サンプルの検査面と基準サンプルの基準面の色差ΔE、前記関数設定ステップによって定められた第1係数a、及び第2係数bに基づいて、前記判定に係る検査用サンプルの検査面の表面粗さ評価指数Est’を演算する演算ステップと、
を備えたことを特徴とする白色光源による表面粗さ判定方法。 A 3-band visual sensitivity image with three spectral sensitivities acquired by an imager having three spectral sensitivities (S1 (λ), S2 (λ), S3 (λ)) linearly converted to the CIE XYZ color matching function. An arithmetic processing step that converts S1i, S2i, and S3i into tristimulus values X, Y, and Z in the CIE XYZ color system and calculates them.
A color difference calculation step for calculating the color difference ΔE between the inspection surface of the inspection sample and the reference surface of the reference sample, and
The color space histogram distribution of the XYZ color system is obtained by dividing the inspection area of the coordinates corresponding to the color space of the XYZ color system by a grid and integrating the number of pixels of the inspection surface and the reference surface belonging to each grid. The steps to create the color space histogram distribution to be created and
The surface roughness index M indicating the difference between the two color space histogram distributions of the inspection surface and the reference surface is specified as the center of the two color space histogram distributions of the inspection surface and the reference surface, and one of the color space histograms is used. A surface roughness index calculation step that is calculated with or without offset correction performed by offsetting the center of the distribution so as to be close to the center of another color space histogram distribution.
A surface roughness measurement data storage step for storing the surface roughness measurement value Ra of the inspection sample related to the calibration measured by the roughness meter , and
Surface Texture evaluation index Est is, the surface roughness index M of the reference plane of the test surface and the reference sample of the test samples according to the calibration, first coefficient a according to the surface roughness index M, test samples according to the calibration It is set to be calculated based on the color difference ΔE between the inspection surface and the reference surface of the reference sample and the second coefficient b related to the color difference ΔE.
The first coefficient a and the second coefficient b are determined so that the error Error between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness evaluation index Est is minimized, and the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness measurement value Ra are defined. The first calibration curve function showing the correlation of the surface roughness evaluation index Est,
A second calibration curve function showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the color difference ΔE,
A third calibration curve function showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness index M calculated without the offset correction.
Alternatively, at least one of the fourth calibration curve functions showing the correlation between the surface roughness measurement value Ra and the surface roughness index M calculated with the offset correction is set, and the second to second. 4 The surface roughness index M and the color difference ΔE used for the calibration curve are the surface roughness index M of the inspection surface of the inspection sample related to the calibration and the reference surface of the reference sample, and the inspection surface and the reference sample of the inspection sample related to the calibration curve, respectively. Function setting step, which is the color difference ΔE of the reference surface of
Surface roughness index M between the inspection surface of the inspection sample and the reference surface of the reference sample related to the judgment, the color difference ΔE between the inspection surface of the inspection sample and the reference surface of the reference sample related to the judgment, and the first coefficient determined by the function setting step. Based on a and the second coefficient b, a calculation step for calculating the surface roughness evaluation index Est'of the inspection surface of the inspection sample according to the determination, and
A method for determining surface roughness using a white light source.
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