車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法及びその装置
【課題】化成被覆率を高精度・短時間で測定が可能な車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法及びその装置を提供する。
【解決手段】化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測方法であって、前記車両鋼板表面に光を所定の照射角度で照射し、当該車両鋼板表面から所定の受光角度で反射される正反射成分を用い、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測する。
【解決手段】化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測方法であって、前記車両鋼板表面に光を所定の照射角度で照射し、当該車両鋼板表面から所定の受光角度で反射される正反射成分を用い、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車鋼板等の車両鋼板表面には防錆のための塗装の下地層として化成被膜（化成層）が形成される（図１６、図１７参照）。化成被膜の役割としては、車両鋼板表面に化成被膜を形成することにより、腐食因子が直接基材（鋼板）に触れないようにするとともに、化成自身が反応し、車両鋼板表面をアルカリ性環境にして錆を防ぐものである。そのため、化成被膜が鋼板表面に均一に塗装されていないと、錆が発生する原因となるため、化成被膜形成後に、化成被膜が鋼板表面に均一に被覆されているかどうかを評価する必要がある。
【０００３】
従来から行われている化成被膜を計測評価する方法としては、蛍光Ｘ線による重量計測、ＳＥＭ画像による結晶粒径観察（グレード評価）及び化成被膜のＳＥＭ画像を画像解析することで化成被覆率を算出する方法が一般的である。
【０００４】
また、被膜の被覆率を直接計測する技術としては、透明ガラス上に形成された熱可塑性樹脂被膜の被覆率を計測する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１では、熱可塑性樹脂が塗布されたガラス製品の表面に、所定波長の紫外光を照射し、熱可塑性樹脂被膜の形成に伴う散乱光の強度増加を検出して、熱可塑性樹脂被膜の被覆率を測定する旨が記載されている。
【０００６】
また、被膜を重量計測により計測評価する技術としては、紫外光をクロメート処理された鋼板に照射して、紫外光の反射光強度の変化により鋼板上に付着したクロムの重量を計測する技術が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４６８００号公報
【特許文献２】特開平１１−１８１５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている被覆率測定方法においては、ガラス製品のような透明基材を測定対象としており、ガラスと被膜との散乱光強度の差が得られるため、バックグラウンドからの散乱光が弱くても、被覆率を測定することができるが、この測定方法を化成を被覆した鋼板に適用した場合、被覆した化成と鋼板との散乱光強度の差が小さいため、被覆率を測定することができない。
【０００９】
また、特許文献２に記載されている技術においては、紫外線の吸収が起こる被膜物質しか検出の対象としていない。すなわち、測定波長を限定しているため、特定の被覆物質の検出にしか適用できない。
【００１０】
また、従来から化成被膜の評価に用いられる蛍光Ｘ線分析装置やＳＥＭは、非常に高価であるため、汎用性に欠ける。また、これらの装置を用いた検査は、検査サンプルを加工する時間も必要であるため非常に検査時間がかかる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、化成被覆率を高精度・短時間で測定が可能な車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１３】
即ち、請求項１においては、
化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測方法であって、
前記車両鋼板表面に光を所定の照射角度で照射し、当該車両鋼板表面から所定の受光角度で反射される正反射成分を用い、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測する、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法である。
【００１４】
請求項２においては、
前記照射角度及び前記受光角度は、前記車両鋼板表面の法線に対して８°前後に設定される、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法である。
【００１５】
請求項３においては、
化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測装置であって、
前記車両鋼板表面に配置して、当該車両鋼板表面に対して光を照射するための測定用開口部を有する積分球と、
前記積分球内に光を導入する光源部と、
前記車両鋼板表面により反射された反射光を受光する受光部と、
前記反射光のうち正反射成分を除去可能な光トラップ部と、
前記反射光の反射強度を用いて所定の演算を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測する、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置である。
【００１６】
請求項４においては、
前記照射角度及び前記受光角度は、前記車両鋼板表面の法線に対して８°前後に設定される、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置である。
【００１７】
請求項５においては、
前記積分球の測定用開口部が表面に配置され、前記積分球の測定用開口部を前記車両鋼板表面に配置した状態において前記車両鋼板表面に対向する対向面を有する計測装置本体と、
前記対向面において前記測定用開口部を中心にした同心円上に等間隔に３つの電磁石が配置され、当該３個の電磁石により前記計測装置本体を前記車両鋼板表面の任意の位置に固定する固定手段と、を備え、
前記積分球の測定用開口部を前記車両鋼板表面に配置した際に、前記車両鋼板表面と前記対向面との位置関係を一定に保つことを特徴とする、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、化成被膜が表面に被覆された車両鋼板における化成被覆率を、高精度・短時間で測定可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る計測装置の全体構成を示す模式図。
【図２】正反射光を示す説明図。
【図３】正反射成分を含む全ての反射光を測定するＳＣＩ方式を示す説明図であり、（ａ）はＳＣＩ方式のイメージを示す図、（ｂ）は計測装置にＳＣＩ方式を適用した場合（トラップ壁部の閉時）を示す模式図。
【図４】正反射成分を含まない拡散成分のみの反射光を測定するＳＣＥ方式を示す説明図であり、（ａ）はＳＣＥ方式のイメージを示す図、（ｂ）は計測装置にＳＣＥ方式を適用した場合（トラップ壁部の開時）を示す模式図。
【図５】照射角度及び受光角度（α＝８°前後）を示す説明図。
【図６】計測装置の別実施形態を示す模式図であり、（ａ）は計測装置の側面図、（ｂ）は計測装置本体の底面図。
【図７】電磁石の別実施形態を示す模式側面図。
【図８】計測装置の別実施形態の全体構成を示す模式図。
【図９】袋構造部の内面における計測状態を示す模式図。
【図１０】袋構造部の内面における計測状態を示す模式断面図。
【図１１】測定フローを示す図。
【図１２】化成被膜形成の過程を示す模式図。
【図１３】照射角度及び受光角度を変更した場合の実験結果（化成被覆率と測定値との関係）を示す図であり、（ａ）は照射角度及び受光角度が８°の場合を示す図、（ｂ）は照射角度及び受光角度が角度２０°の場合を示す図、（ｃ）は照射角度及び受光角度が６０°の場合を示す図。
【図１４】鋼板及び化成を変更した場合の実験結果（化成被覆率と測定値との関係）を示す図。
【図１５】固定手段を備えた計測装置を用いた評価結果を示す図であり、（ａ）は化成被覆率に対する相対グロス値の平均値とσを示す図、（ｂ）は（ａ）の各値に基づいて作成した化成被覆率と相対グロスの関係を示す図。
【図１６】鋼板表面に形成された化成被膜（化成層）を示す模式図。
【図１７】鋼板表面に形成された化成被膜を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
本実施形態に係る車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置（以下、計測装置１０という）は、測定対象物である車両鋼板の一例として化成処理が行われた自動車鋼板２０に適用するものである。以下、計測装置１０について具体的に説明する。
【００２１】
計測装置１０は、化成被膜が表面に被覆された自動車鋼板２０の化成被覆率を計測するものである。計測装置１０は、図１に示すように、計測装置本体１と、当該計測装置本体１に接続される制御手段５とから構成される。
【００２２】
計測装置本体１は、円筒状の筐体であり、積分球２と、光源部３と、受光部４と、を主に備える。
【００２３】
積分球２は、当該積分球２の内壁２ａに高反射率かつ高拡散性を有する酸化マンガン、硫酸バリウム等の白色拡散反射塗料が塗布された中空の球（φ４０ｍｍ程度）である。積分球２は、当該積分球２内に導入された光を内壁２ａにより拡散反射を繰り返し、中空空間内の光を積分して均一光にするものである。
【００２４】
また、積分球２は、自動車鋼板２０表面に配置して、当該自動車鋼板２０表面に対して光を照射するための測定用開口部６、光源部３から積分球２内に光を導入するための光源用開口部７、受光部４に所定の反射光を受光させるための受光用開口部８、自動車鋼板２０表面の法線Ｌに対して受光用開口部８の対称の位置に形成されたトラップ開口部９、を有する。具体的には、積分球２は、自動車鋼板２０表面に配置可能な測定用開口部６を有し、当該測定用開口部６に配置される自動車鋼板２０表面の法線Ｌとのなす角が８°の方向（なす角の好適な範囲としては、８°±５°）にある受光用開口部８と、前記法線Ｌに対して受光用開口部８と対称な位置であって、法線Ｌとのなす角が８°の方向（なす角の好適な範囲としては、８°±５°）にあるトラップ開口部９及び光トラップ部１１とを有する。
【００２５】
光トラップ部１１は、トラップ開口部９から積分球２の外側に突出して形成された筒状のものであり、トラップ開口部９を機械的に開閉可能なトラップ開口部９の開閉手段であるトラップ壁部１１ａを有する。光トラップ部１１は、トラップ壁部１１ａの開閉を行うことにより、反射光のうち正反射成分を除去可能である。光トラップ部１１は、制御手段５に接続されており、当該制御手段５によりトラップ壁部１１ａの開閉を自動で行うことが可能である。制御手段５は、トラップ壁部１１ａの開閉動作を行うことで、光学的に異なる２つの反射特性を測定することができる。ここで、図２に示すように、光源から測定物表面（本実施形態においては自動車鋼板２０表面）に対して光を測定物表面の法線Ｌ方向に対し所定の照射角度αで測定物に照射した時、逆方向に同じ角度αで反射された光を「正反射光（正反射成分）」といい、一方、あらゆる方向に拡散して反射する光を「拡散光（拡散成分）」という。
【００２６】
また、上記光学的に異なる２つの反射特性とは、正反射成分を含む全ての光を測定する方式であるＳＣＩ（Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｃｌｕｄｅ）方式によるもの（図３（ａ）（ｂ）参照）と、正反射成分を含まず拡散成分のみの光を測定する方式であるＳＣＥ（Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｅｘｃｌｕｄｅ）方式によるものである。ＳＣＩ方式及びＳＣＥ方式を用いた具体的な反射特性の測定方法については後述する。
【００２７】
そして、図３（ｂ）に示すように、光トラップ部１１が有するトラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を閉じた場合、トラップ壁部１１ａは積分球２の内壁２ａの一部を構成し、自動車鋼板２０表面の法線Ｌとのなす角が８°の光軸Ｌ１方向に光を照射する光源の役割を果たすものである（図５参照）。
一方、図４（ｂ）に示すように、光トラップ部１１が有するトラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を開けた場合、トラップ開口部９において積分球２の内壁２ａの一部が欠落した状態となり、トラップ壁部１１ａは自動車鋼板２０表面の法線Ｌとのなす角が８°の光軸Ｌ１方向に光を照射しない。
【００２８】
すなわち、光トラップ部１１は、トラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を閉状態とすることにより正反射成分を含む拡散成分の光（図３（ａ）参照）を受光部４に導くことを可能とする。一方、光トラップ部１１は、トラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を開状態とすることにより正反射光成分を含まない拡散成分の光（図４（ａ）参照）のみを受光部４に導くことを可能とするものである。
【００２９】
光源部３は、光源用開口部７の近傍に配設されており、当該光源用開口部７を介して積分球２内に光を導入するものである。光源部３は、光源（照明光源）、当該光源を発光させるための発光回路等から構成され、光源としては、キセノンランプ、ＬＥＤ等が用いられる。光源部３は、制御手段５に接続されている。光源部３は、積分球２内に光を導入して、当該導入された光は内壁２ａにより拡散反射されて、測定用開口部６に配置された自動車鋼板２０表面に対して拡散光が照射される。
なお、光源部３から照射する光の波長については、特に限定するものではないが、波長範囲としては３８０〜７８０ｎｍである可視光領域を適用するとよい。また、分光器を用いて当該可視光領域の特定の波長領域を適用する構成としてもかまわない。
【００３０】
受光部４は、受光用開口部８の近傍に配設されており、当該受光用開口部８を介して前記自動車鋼板２０により反射された反射光を受光するものである。受光部４は、図示しないレンズ、複数の受光素子からなるシリコンフォトダイオードアレイ等から構成される。受光部４は、当該受光部４の光軸Ｌ１が自動車鋼板２０表面の法線に対して８°傾斜した方向に配置されており、自動車鋼板２０表面から入射する８°方向の反射光は受光部４が有するシリコンフォトダイオードアレイの受光面に集められる。受光部４は、制御手段５に接続されている。受光部４は、受光用開口部８を介してシリコンフォトダイオードアレイにより検出された光の強度を制御手段５に出力する。
なお、受光部４は、分光手段（分光器）を備えることで、受光した光を分光して取得することも可能である。
【００３１】
制御手段５は、受光部４を介して受光した自動車鋼板２０表面により反射された反射光の反射強度を検出し、当該検出した反射光の反射強度を用いて所定の演算を行うものである。制御手段５は、ＣＰＵ等の演算処理部、記憶部、入力装置、出力表示装置等から構成されるパーソナルコンピュータである。記憶部には、計測装置本体１の各部の動作を制御するための制御プログラム、受光部４を介して取得した反射強度に対して所定の演算処理を行うための演算処理プログラム及び当該プログラムによる演算処理結果等が格納される。つまり、制御手段５は、計測装置本体１の各部の動作を制御して計測装置本体１の受光部４により取得した正反射成分の有無の各反射強度、すなわちＳＣＩ及びＳＣＥを取得し、当該ＳＣＩ及びＳＣＥを用いて所定の演算処理を実行するものである。
なお、図１においては計測装置１０を説明する便宜上、制御手段５と計測装置本体１の各部との間は、複数の配線により接続する構成を示しているが、当該複数の配線は、当然ながら１つの配線ケーブルとしてまとめることが可能であるとともに、当該１つの配線ケーブルを計測装置本体１を測定位置に持ち運びしやすいように柔軟性及び所定のケーブル長を有するように構成することができる。
【００３２】
このように計測装置１０を構成することで、光源部３から照射された光が光源用開口部７を介して積分球２内に導入され、当該導入された光は積分球２内で拡散反射される。当該拡散反射された光が測定用開口部６を介して自動車鋼板２０表面に対してあらゆる方向から照射され、当該自動車鋼板２０表面により反射された反射光が、受光用開口部８を介して受光部４により受光される。そして、トラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を閉じる場合は、トラップ壁部１１ａは積分球２の内壁２ａの一部となり、当該トラップ壁部１１ａにより自動車鋼板２０表面に照射された光は、自動車鋼板２０表面によって受光部４の光軸Ｌ１方向に正反射される。すなわち、トラップ壁部１１ａは、受光部４により受光される正反射成分の光源となるものであり、トラップ壁部１１ａを閉じた状態ではＳＣＩの反射特性、開いた状態ではＳＣＥの反射特性が測定されるものである。
【００３３】
次に、本発明の別の実施形態である計測装置３０について説明する。
なお、計測装置３０は、計測装置１０における計測装置本体１部分を小型化し、後述する固定手段を付加して構成したものであるため、上記計測装置１０と機能上異なる部分についてのみ説明を行い、計測装置１０と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
計測装置３０は、図６に示すように、上述した計測装置１０と同様に、前記積分球２の測定用開口部６が計測装置本体１表面（図６（ａ）においては下面）に配置され、前記積分球２の測定用開口部６を自動車鋼板２０表面に配置した状態において前記自動車鋼板２０表面に対向する対向面１ａを有する円柱状の計測装置本体１と、前記対向面１ａにおいて前記測定用開口部６を中心にした同心円上に等間隔に３つの電磁石１２・１２・１２が配置され、当該３個の電磁石１２・１２・１２により前記計測装置本体１を自動車鋼板２０表面の任意の位置に固定する固定手段と、を備える。また、電磁石１２・１２・１２は、自動車鋼板２０表面と当接する部分が半球状に形成されている。電磁石１２・１２・１２には、図示しない電流印加手段が接続されており、当該電流印加手段により電磁石１２・１２・１２に印加する電流のＯＮ／ＯＦＦを制御することで電磁石１２・１２・１２を自動車鋼板２０表面に対して着脱可能である。つまり、計測装置３０は、電流印加手段により電磁石１２・１２・１２に電流を流して磁力を発生させることで、当該磁力により自動車鋼板２０の所望の位置に磁着することができる。例えば、本実施形態における計測装置３０においては、電磁石の厚さは０．５ｍｍ程度、電磁石の直径は２ｍｍ程度、計測装置本体１の直径は１０ｍｍ程度、測定用開口部６の直径は３ｍｍ程度である。
【００３５】
このように計測装置３０を構成することで、積分球２の測定用開口部６を自動車鋼板２０表面に配置した際に、前記自動車鋼板２０表面と前記対向面１ａとの位置関係を一定に保つことができる。すなわち、計測装置本体１が有する３つの電磁石１２・１２・１２による３点支持により計測装置本体１の対向面１ａと自動車鋼板２０表面との距離バラツキを低減することが可能である。また、計測装置３０のように、電磁石１２・１２・１２による固定手段を設けることで、自動車鋼板２０の任意の場所での固定が可能となるとともに、電磁石であるため自動車鋼板２０への着脱が容易に行え、測定箇所間の移動が容易となる。また、固定手段は、例えば、緩やかに曲線状に形成された自動車鋼板２０表面であっても計測装置本体１を安定して固定可能であるとともに、対向面１ａに開口する測定用開口部６と測定対象物である自動車鋼板２０表面との位置関係を一定に保つことが可能となる。
【００３６】
また、電磁石１２の先端形状を半球状に形成しているため、測定対象物である自動車鋼板２０表面の傾斜角度等に依存せずに点接触が可能となる。さらに、図７に示すように、半球状に形成した電磁石１２の先端に小さな半球状部１２ａを設けて、測定対象物に対して点接触するように構成することで、測定対象物の表面傾斜の影響をさらに受けないようにすることが可能である。
なお、計測装置３０においては、電磁石１２・１２・１２を対向面１ａから下方に突出する構成としたが、特に限定するものではなく、測定対象物表面が平らである場合などでは電磁石を対向面１ａに埋設して、電磁石が対向面１ａから突出しないように構成してもかまわない。
【００３７】
次に、本発明の別の実施形態である計測装置４０について説明する。計測装置４０は、上記計測装置３０における光源部３及び受光部４の各構成について別の実施形態としたものである。
なお、計測装置４０において計測装置３０と機能上異なる部分についてのみ説明を行い、計測装置３０と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
計測装置４０は、図８に示すように、光源手段１３と、受光手段１４とを有する。
【００３９】
光源手段１３は、積分球２の光源用開口部７と制御手段５との間に介装されており、当該光源用開口部７を介して積分球２内に光を導入するものである。光源手段１３は、積分球２内に光を供給するための光源及び当該光源を発光させるための発光回路等から構成される光源部１３ａと、当該光源部１３ａの一端からの光を光ファイバーを介して伝達して光源用開口部７から導入する屈曲自在の投光用光ファイバーケーブル１３ｂと、から構成される。光源部１３ａの他端は、制御手段５に接続されている。光源手段１３は、光源部１３ａにより発光した光を投光用光ファイバーケーブル１３ｂを介して光源用開口部７から積分球２内に導入して、当該積分球２内に導入された光は内壁２ａにより拡散反射されて、測定用開口部６に配置された自動車鋼板２０表面に対して拡散光が照射される。
【００４０】
受光手段１４は、積分球２の受光用開口部８と制御手段５との間に介装されており、当該受光用開口部８を介して自動車鋼板２０により反射された光を受光するものである。受光手段１４は、図示しないレンズ、複数の受光素子からなるシリコンフォトダイオードアレイ等から構成される受光部１４ａと、受光用開口部８を介して入射する光を集めて受光部１４ａの一端に伝達する屈曲自在の受光用光ファイバーケーブル１４ｂと、から構成される。受光部１４ａの他端は、制御手段５に接続されている。受光用光ファイバーケーブル１４ｂの一端１５は、当該一端１５の光軸Ｌ１が自動車鋼板２０表面の法線に対して８°傾斜した方向に配置されており、自動車鋼板２０表面から入射する８°方向の反射光は受光用光ファイバーケーブル１４ｂを介して受光部１４ａが有するシリコンフォトダイオードアレイの受光面に集められる。受光部１４ａは、受光用光ファイバーケーブル１４ｂを介してシリコンフォトダイオードアレイにより検出された光の強度を制御手段５に出力する。
なお、図８においては計測装置４０を説明する便宜上、制御手段５と計測装置本体１の各部との間は、光ファイバーケーブル１３ｂ、１４ｂを含む複数の配線により接続する構成を示しているが、当該複数の配線は、当然ながら１つの配線ケーブルとしてまとめることは可能であるとともに、当該１つの配線ケーブルを計測装置本体１を測定位置に持ち運びしやすいように柔軟性及び所定のケーブル長を有するように構成することができる。
【００４１】
このように計測装置４０を構成することで、図９、図１０に示すような車体の袋構造部の内面に適用することが可能となる。具体的には、袋構造部の内面（例えば、ロッカーアーム内など）を計測する場合、従来は実際のワークを切断して計測用のサンプルを作製する必要があり、必ず破壊検査となってしまうものであった。一方、上記計測装置４０の如く、光源部１３ａと受光部１４ａを計測装置本体１の外部に配置し、光源部１３ａ及び受光部１４ａと積分球２との間を光ファイバーケーブル１３ｂ、１４ｂを用いて接続するように構成したことで、計測装置本体１を小型化することが可能となり、袋構造部の水抜き穴などから光ファイバーケーブル１３ｂ、１４ｂで接続された計測装置本体１を挿入して、図１０のように電磁石１２・１２・１２により検査部位に計測装置本体１を磁着し、袋構造部の内面の化成被覆率を非破壊で計測することが可能となる。
【００４２】
次に、上述した計測装置を用いて化成被覆率を計測する簡易計測方法について図１１を用いて説明する。
【００４３】
先ず、図６（ａ）に示すように、計測装置３０が有する計測装置本体１を測定対象物である自動車鋼板２０表面に配置し、電磁石１２・１２・１２をＯＮにして、磁力により計測装置本体１を自動車鋼板２０表面に固定する（Ｓ１０）。
【００４４】
続いて、ＳＣＩ、ＳＣＥの測定を順に行う（Ｓ２０、Ｓ３０）。
【００４５】
ＳＣＩを測定する場合、制御手段５は、トラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を閉じて、光源部３の光源を発光させて光源用開口部７を介して積分球２内に光を導入して、当該導入された光は内壁２ａにより拡散反射されて、測定用開口部６に配置された自動車鋼板２０表面に対して拡散光が照射される。そうして、自動車鋼板２０表面において反射した正反射成分を含む拡散成分の光（全反射成分）を受光部４に受光させることよりＳＣＩ方式による反射強度を測定する（Ｓ２０）。
【００４６】
そして、ＳＣＥを測定する場合、制御手段５は、トラップ開口部９を塞いでいるトラップ壁部１１ａを開けて、光源部３の光源を発光させて光源用開口部７を介して積分球２内に光を導入して、当該導入された光は内壁２ａにより拡散反射されて、測定用開口部６に配置された自動車鋼板２０表面に対して拡散光が照射される。そうして、自動車鋼板２０表面において反射した正反射成分を含まない拡散成分の光を受光部４に受光させることよりＳＣＥ方式による反射強度を測定する（Ｓ３０）。
【００４７】
次に、制御手段５は、取得したＳＣＩの値をＳＣＥの値で除算して相対グロス値を算出する（Ｓ４０）。この相対グロス値を算出することで、正反射成分のみを抽出することができる。
ここで、相対グロス値とは、ＳＣＩ値（正反射成分を含む反射強度）とＳＣＥ値（正反射成分を含まない反射強度）の比のことをいう。すなわち、ＳＣＩ値をＳＣＥ値で除算した値を相対グロス値という。
【００４８】
そうして、化成被覆率と相対グロス値との関係を示す検量線を予め求めておき、当該予め求めておいた検量線を用いて、算出した相対グロス値を化成被覆率に変換する（Ｓ５０）。そして、変換された化成被覆率は、制御手段５が有する出力表示装置に表示され（Ｓ６０）、化成被覆率の計測が完了する。
【００４９】
こうして、制御手段５は、自動車鋼板２０表面に光を所定の照射角度（本実施形態では、８°）で照射し、当該自動車鋼板２０表面から所定の受光角度（本実施形態では、８°）で反射される正反射成分を用い、ＳＣＩ値（正反射成分を含む反射強度）とＳＣＥ値（正反射成分を含まない反射強度）の比、すなわち相対グロス値を得ることにより、前記自動車鋼板２０における化成被膜の被覆率を計測する。
なお、検量線の作成方法としては、ＳＥＭ画像による画像解析等により正確な化成被覆率が既知である複数の鋼板サンプルを用いて、各鋼板サンプルの相対グロス値を算出して求めて、既知の化成被覆率と算出した相対グロス値との関係より最小二乗法等により検量線を設定すればよい。
【００５０】
また、前記検量線は、鋼板の種類と化成の種類とのそれぞれの組合わせ毎に予め作成しておき（図１４参照）、測定対象物である自動車鋼板の種類及び当該鋼板に被覆する化成の種類を化成被覆率計測の際に制御手段５に入力し、適用する検量線を自動的に選択可能になるように構成するとよい。
【００５１】
図１２に一般的な化成被膜の形成過程を示す。図１２に示すように、自動車鋼板に対して化成処理時において、化成処理の初期段階→中期段階→後期段階へと進むに従って、鋼板表面に化成被膜が形成されていく。本発明では、このような化成被膜の形成に伴って、表面状態が変わる（光沢度が低下する）点に着目し、図５に示す装置構成にて、上記のように正反射成分である相対グロス値を算出し、当該相対グロス値を化成被膜の被覆率に置き換えて計測評価を行うものである。
【００５２】
図１３は、上記計測装置１０を用いて化成被覆率が既知である鋼板サンプルを実際に測定し、化成被覆率と相対グロス値の測定値との関係を示した実験結果である。図１３においては、照光・受光角度（図５に示すなす角α）を８°、２０°、６０°として、化成被覆率（真値）と相対グロス値の測定値との関係を調べたものである。図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す各グラフにおいては、横軸が化成被覆率[％]、縦軸が相対グロス値[Ｇ]を表す。照光・受光角度が２０°、６０°（図１３（ｂ）（ｃ））の場合は、化成被覆率の変化に対して、相対グロス値[Ｇ]の変化がかなり小さく、相関が低い。一方、照光・受光角度が８°（図１３（ａ））の場合は、化成被覆率の変化に対して、相対グロス値[Ｇ]の変化が大きく、相関が高いため高精度の計測が可能であることがわかる。このことから、照射角度及び受光角度は、自動車鋼板２０表面の法線に対して８°前後に設定することが好適である。また、照射角度及び受光角度を８°前後に設定した場合、光源と受光部との配置距離を短くできるため、計測装置本体を小型化することができる利点がある。
【００５３】
図１４は、上記計測装置１０を用いて化成被覆率が既知である複数の鋼板サンプル（メーカが異なる鋼板Ａ、Ｂ及び化成ａ、ｂを組合わせたサンプル）をそれぞれ実際に測定し、各組合わせ毎に化成被覆率（真値）と相対グロス値の測定値との関係を示した実験結果である。図１４に示す各グラフにおいては、横軸が化成被覆率[％]、縦軸が相対グロス値[Ｇ]を表す。図１４に示す実験結果より製造メーカの異なる鋼板や化成においても、化成被覆率（真値）と相対グロス値の測定値に相関性（線形性）があり、相対グロス値を用いて化成被覆率を計測することができることを示すものである。
【００５４】
図１５（ａ）（ｂ）は、上述した３つの電磁石を有する計測装置３０を用いて、化成被覆率が既知である鋼板サンプル（前述した鋼板Ａ及び化成ｂのサンプル）上の同位置に対して相対グロス値の測定を所定回数行って、相対グロス値の測定バラツキ（標準偏差σ）を評価した評価結果である。この評価結果からわかるように、測定ばらつき（σ）は１〜３[Ｇ]程度と非常に小さく、精度良く測定が可能であることが確認できた。
【００５５】
なお、本実施形態における計測装置１０、３０、４０は、上記の如く、ＪＩＳ Ｚ８７２２条件ｃ、ＩＳＯ７７２４／１に準拠したｄｉ：８°（照射光に試料からの鏡面反射となる成分を含む）、ｄｅ：８°（試料からの鏡面反射となる成分を除く）である照射及び受光の測定条件に適合するように構成したものである。
【００５６】
以上により、本発明によれば、測定対象物の鋼板外面・鋼板内面（ロッカーアーム内等の袋構造）に塗布された化成被膜の被覆率について、高精度・短時間（数秒程度）で測定が可能である。これにより、工程内での簡易計測が可能となり、全数検査による品質保証の向上が可能となる。また、インラインで化成被膜の被覆率全数計測が可能となり、品質向上に貢献できる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 計測装置本体
１ａ 対向面
２ 積分球
３ 光源部
４ 受光部
５ 制御手段
６ 測定用開口部
１０ 計測装置
１２ 電磁石
２０ 自動車鋼板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車鋼板等の車両鋼板表面には防錆のための塗装の下地層として化成被膜（化成層）が形成される（図１６、図１７参照）。化成被膜の役割としては、車両鋼板表面に化成被膜を形成することにより、腐食因子が直接基材（鋼板）に触れないようにするとともに、化成自身が反応し、車両鋼板表面をアルカリ性環境にして錆を防ぐものである。そのため、化成被膜が鋼板表面に均一に塗装されていないと、錆が発生する原因となるため、化成被膜形成後に、化成被膜が鋼板表面に均一に被覆されているかどうかを評価する必要がある。
【０００３】
従来から行われている化成被膜を計測評価する方法としては、蛍光Ｘ線による重量計測、ＳＥＭ画像による結晶粒径観察（グレード評価）及び化成被膜のＳＥＭ画像を画像解析することで化成被覆率を算出する方法が一般的である。
【０００４】
また、被膜の被覆率を直接計測する技術としては、透明ガラス上に形成された熱可塑性樹脂被膜の被覆率を計測する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１では、熱可塑性樹脂が塗布されたガラス製品の表面に、所定波長の紫外光を照射し、熱可塑性樹脂被膜の形成に伴う散乱光の強度増加を検出して、熱可塑性樹脂被膜の被覆率を測定する旨が記載されている。
【０００６】
また、被膜を重量計測により計測評価する技術としては、紫外光をクロメート処理された鋼板に照射して、紫外光の反射光強度の変化により鋼板上に付着したクロムの重量を計測する技術が開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４６８００号公報
【特許文献２】特開平１１−１８１５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている被覆率測定方法においては、ガラス製品のような透明基材を測定対象としており、ガラスと被膜との散乱光強度の差が得られるため、バックグラウンドからの散乱光が弱くても、被覆率を測定することができるが、この測定方法を化成を被覆した鋼板に適用した場合、被覆した化成と鋼板との散乱光強度の差が小さいため、被覆率を測定することができない。
【０００９】
また、特許文献２に記載されている技術においては、紫外線の吸収が起こる被膜物質しか検出の対象としていない。すなわち、測定波長を限定しているため、特定の被覆物質の検出にしか適用できない。
【００１０】
また、従来から化成被膜の評価に用いられる蛍光Ｘ線分析装置やＳＥＭは、非常に高価であるため、汎用性に欠ける。また、これらの装置を用いた検査は、検査サンプルを加工する時間も必要であるため非常に検査時間がかかる。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、化成被覆率を高精度・短時間で測定が可能な車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１３】
即ち、請求項１においては、
化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測方法であって、
前記車両鋼板表面に光を所定の照射角度で照射し、当該車両鋼板表面から所定の受光角度で反射される正反射成分を用い、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測する、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法である。
【００１４】
請求項２においては、
前記照射角度及び前記受光角度は、前記車両鋼板表面の法線に対して８°前後に設定される、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法である。
【００１５】
請求項３においては、
化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測装置であって、
前記車両鋼板表面に配置して、当該車両鋼板表面に対して光を照射するための測定用開口部を有する積分球と、
前記積分球内に光を導入する光源部と、
前記車両鋼板表面により反射された反射光を受光する受光部と、
前記反射光のうち正反射成分を除去可能な光トラップ部と、
前記反射光の反射強度を用いて所定の演算を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測する、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置である。
【００１６】
請求項４においては、
前記照射角度及び前記受光角度は、前記車両鋼板表面の法線に対して８°前後に設定される、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置である。
【００１７】
請求項５においては、
前記積分球の測定用開口部が表面に配置され、前記積分球の測定用開口部を前記車両鋼板表面に配置した状態において前記車両鋼板表面に対向する対向面を有する計測装置本体と、
前記対向面において前記測定用開口部を中心にした同心円上に等間隔に３つの電磁石が配置され、当該３個の電磁石により前記計測装置本体を前記車両鋼板表面の任意の位置に固定する固定手段と、を備え、
前記積分球の測定用開口部を前記車両鋼板表面に配置した際に、前記車両鋼板表面と前記対向面との位置関係を一定に保つことを特徴とする、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、化成被膜が表面に被覆された車両鋼板における化成被覆率を、高精度・短時間で測定可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る計測装置の全体構成を示す模式図。
【図２】正反射光を示す説明図。
【図３】正反射成分を含む全ての反射光を測定するＳＣＩ方式を示す説明図であり、（ａ）はＳＣＩ方式のイメージを示す図、（ｂ）は計測装置にＳＣＩ方式を適用した場合（トラップ壁部の閉時）を示す模式図。
【図４】正反射成分を含まない拡散成分のみの反射光を測定するＳＣＥ方式を示す説明図であり、（ａ）はＳＣＥ方式のイメージを示す図、（ｂ）は計測装置にＳＣＥ方式を適用した場合（トラップ壁部の開時）を示す模式図。
【図５】照射角度及び受光角度（α＝８°前後）を示す説明図。
【図６】計測装置の別実施形態を示す模式図であり、（ａ）は計測装置の側面図、（ｂ）は計測装置本体の底面図。
【図７】電磁石の別実施形態を示す模式側面図。
【図８】計測装置の別実施形態の全体構成を示す模式図。
【図９】袋構造部の内面における計測状態を示す模式図。
【図１０】袋構造部の内面における計測状態を示す模式断面図。
【図１１】測定フローを示す図。
【図１２】化成被膜形成の過程を示す模式図。
【図１３】照射角度及び受光角度を変更した場合の実験結果（化成被覆率と測定値との関係）を示す図であり、（ａ）は照射角度及び受光角度が８°の場合を示す図、（ｂ）は照射角度及び受光角度が角度２０°の場合を示す図、（ｃ）は照射角度及び受光角度が６０°の場合を示す図。
【図１４】鋼板及び化成を変更した場合の実験結果（化成被覆率と測定値との関係）を示す図。
【図１５】固定手段を備えた計測装置を用いた評価結果を示す図であり、（ａ）は化成被覆率に対する相対グロス値の平均値とσを示す図、（ｂ）は（ａ）の各値に基づいて作成した化成被覆率と相対グロスの関係を示す図。
【図１６】鋼板表面に形成された化成被膜（化成層）を示す模式図。
【図１７】鋼板表面に形成された化成被膜を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
本実施形態に係る車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置（以下、計測装置１０という）は、測定対象物である車両鋼板の一例として化成処理が行われた自動車鋼板２０に適用するものである。以下、計測装置１０について具体的に説明する。
【００２１】
計測装置１０は、化成被膜が表面に被覆された自動車鋼板２０の化成被覆率を計測するものである。計測装置１０は、図１に示すように、計測装置本体１と、当該計測装置本体１に接続される制御手段５とから構成される。
【００２２】
計測装置本体１は、円筒状の筐体であり、積分球２と、光源部３と、受光部４と、を主に備える。
【００２３】
積分球２は、当該積分球２の内壁２ａに高反射率かつ高拡散性を有する酸化マンガン、硫酸バリウム等の白色拡散反射塗料が塗布された中空の球（φ４０ｍｍ程度）である。積分球２は、当該積分球２内に導入された光を内壁２ａにより拡散反射を繰り返し、中空空間内の光を積分して均一光にするものである。
【００２４】
また、積分球２は、自動車鋼板２０表面に配置して、当該自動車鋼板２０表面に対して光を照射するための測定用開口部６、光源部３から積分球２内に光を導入するための光源用開口部７、受光部４に所定の反射光を受光させるための受光用開口部８、自動車鋼板２０表面の法線Ｌに対して受光用開口部８の対称の位置に形成されたトラップ開口部９、を有する。具体的には、積分球２は、自動車鋼板２０表面に配置可能な測定用開口部６を有し、当該測定用開口部６に配置される自動車鋼板２０表面の法線Ｌとのなす角が８°の方向（なす角の好適な範囲としては、８°±５°）にある受光用開口部８と、前記法線Ｌに対して受光用開口部８と対称な位置であって、法線Ｌとのなす角が８°の方向（なす角の好適な範囲としては、８°±５°）にあるトラップ開口部９及び光トラップ部１１とを有する。
【００２５】
光トラップ部１１は、トラップ開口部９から積分球２の外側に突出して形成された筒状のものであり、トラップ開口部９を機械的に開閉可能なトラップ開口部９の開閉手段であるトラップ壁部１１ａを有する。光トラップ部１１は、トラップ壁部１１ａの開閉を行うことにより、反射光のうち正反射成分を除去可能である。光トラップ部１１は、制御手段５に接続されており、当該制御手段５によりトラップ壁部１１ａの開閉を自動で行うことが可能である。制御手段５は、トラップ壁部１１ａの開閉動作を行うことで、光学的に異なる２つの反射特性を測定することができる。ここで、図２に示すように、光源から測定物表面（本実施形態においては自動車鋼板２０表面）に対して光を測定物表面の法線Ｌ方向に対し所定の照射角度αで測定物に照射した時、逆方向に同じ角度αで反射された光を「正反射光（正反射成分）」といい、一方、あらゆる方向に拡散して反射する光を「拡散光（拡散成分）」という。
【００２６】
また、上記光学的に異なる２つの反射特性とは、正反射成分を含む全ての光を測定する方式であるＳＣＩ（Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｃｌｕｄｅ）方式によるもの（図３（ａ）（ｂ）参照）と、正反射成分を含まず拡散成分のみの光を測定する方式であるＳＣＥ（Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｅｘｃｌｕｄｅ）方式によるものである。ＳＣＩ方式及びＳＣＥ方式を用いた具体的な反射特性の測定方法については後述する。
【００２７】
そして、図３（ｂ）に示すように、光トラップ部１１が有するトラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を閉じた場合、トラップ壁部１１ａは積分球２の内壁２ａの一部を構成し、自動車鋼板２０表面の法線Ｌとのなす角が８°の光軸Ｌ１方向に光を照射する光源の役割を果たすものである（図５参照）。
一方、図４（ｂ）に示すように、光トラップ部１１が有するトラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を開けた場合、トラップ開口部９において積分球２の内壁２ａの一部が欠落した状態となり、トラップ壁部１１ａは自動車鋼板２０表面の法線Ｌとのなす角が８°の光軸Ｌ１方向に光を照射しない。
【００２８】
すなわち、光トラップ部１１は、トラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を閉状態とすることにより正反射成分を含む拡散成分の光（図３（ａ）参照）を受光部４に導くことを可能とする。一方、光トラップ部１１は、トラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を開状態とすることにより正反射光成分を含まない拡散成分の光（図４（ａ）参照）のみを受光部４に導くことを可能とするものである。
【００２９】
光源部３は、光源用開口部７の近傍に配設されており、当該光源用開口部７を介して積分球２内に光を導入するものである。光源部３は、光源（照明光源）、当該光源を発光させるための発光回路等から構成され、光源としては、キセノンランプ、ＬＥＤ等が用いられる。光源部３は、制御手段５に接続されている。光源部３は、積分球２内に光を導入して、当該導入された光は内壁２ａにより拡散反射されて、測定用開口部６に配置された自動車鋼板２０表面に対して拡散光が照射される。
なお、光源部３から照射する光の波長については、特に限定するものではないが、波長範囲としては３８０〜７８０ｎｍである可視光領域を適用するとよい。また、分光器を用いて当該可視光領域の特定の波長領域を適用する構成としてもかまわない。
【００３０】
受光部４は、受光用開口部８の近傍に配設されており、当該受光用開口部８を介して前記自動車鋼板２０により反射された反射光を受光するものである。受光部４は、図示しないレンズ、複数の受光素子からなるシリコンフォトダイオードアレイ等から構成される。受光部４は、当該受光部４の光軸Ｌ１が自動車鋼板２０表面の法線に対して８°傾斜した方向に配置されており、自動車鋼板２０表面から入射する８°方向の反射光は受光部４が有するシリコンフォトダイオードアレイの受光面に集められる。受光部４は、制御手段５に接続されている。受光部４は、受光用開口部８を介してシリコンフォトダイオードアレイにより検出された光の強度を制御手段５に出力する。
なお、受光部４は、分光手段（分光器）を備えることで、受光した光を分光して取得することも可能である。
【００３１】
制御手段５は、受光部４を介して受光した自動車鋼板２０表面により反射された反射光の反射強度を検出し、当該検出した反射光の反射強度を用いて所定の演算を行うものである。制御手段５は、ＣＰＵ等の演算処理部、記憶部、入力装置、出力表示装置等から構成されるパーソナルコンピュータである。記憶部には、計測装置本体１の各部の動作を制御するための制御プログラム、受光部４を介して取得した反射強度に対して所定の演算処理を行うための演算処理プログラム及び当該プログラムによる演算処理結果等が格納される。つまり、制御手段５は、計測装置本体１の各部の動作を制御して計測装置本体１の受光部４により取得した正反射成分の有無の各反射強度、すなわちＳＣＩ及びＳＣＥを取得し、当該ＳＣＩ及びＳＣＥを用いて所定の演算処理を実行するものである。
なお、図１においては計測装置１０を説明する便宜上、制御手段５と計測装置本体１の各部との間は、複数の配線により接続する構成を示しているが、当該複数の配線は、当然ながら１つの配線ケーブルとしてまとめることが可能であるとともに、当該１つの配線ケーブルを計測装置本体１を測定位置に持ち運びしやすいように柔軟性及び所定のケーブル長を有するように構成することができる。
【００３２】
このように計測装置１０を構成することで、光源部３から照射された光が光源用開口部７を介して積分球２内に導入され、当該導入された光は積分球２内で拡散反射される。当該拡散反射された光が測定用開口部６を介して自動車鋼板２０表面に対してあらゆる方向から照射され、当該自動車鋼板２０表面により反射された反射光が、受光用開口部８を介して受光部４により受光される。そして、トラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を閉じる場合は、トラップ壁部１１ａは積分球２の内壁２ａの一部となり、当該トラップ壁部１１ａにより自動車鋼板２０表面に照射された光は、自動車鋼板２０表面によって受光部４の光軸Ｌ１方向に正反射される。すなわち、トラップ壁部１１ａは、受光部４により受光される正反射成分の光源となるものであり、トラップ壁部１１ａを閉じた状態ではＳＣＩの反射特性、開いた状態ではＳＣＥの反射特性が測定されるものである。
【００３３】
次に、本発明の別の実施形態である計測装置３０について説明する。
なお、計測装置３０は、計測装置１０における計測装置本体１部分を小型化し、後述する固定手段を付加して構成したものであるため、上記計測装置１０と機能上異なる部分についてのみ説明を行い、計測装置１０と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
計測装置３０は、図６に示すように、上述した計測装置１０と同様に、前記積分球２の測定用開口部６が計測装置本体１表面（図６（ａ）においては下面）に配置され、前記積分球２の測定用開口部６を自動車鋼板２０表面に配置した状態において前記自動車鋼板２０表面に対向する対向面１ａを有する円柱状の計測装置本体１と、前記対向面１ａにおいて前記測定用開口部６を中心にした同心円上に等間隔に３つの電磁石１２・１２・１２が配置され、当該３個の電磁石１２・１２・１２により前記計測装置本体１を自動車鋼板２０表面の任意の位置に固定する固定手段と、を備える。また、電磁石１２・１２・１２は、自動車鋼板２０表面と当接する部分が半球状に形成されている。電磁石１２・１２・１２には、図示しない電流印加手段が接続されており、当該電流印加手段により電磁石１２・１２・１２に印加する電流のＯＮ／ＯＦＦを制御することで電磁石１２・１２・１２を自動車鋼板２０表面に対して着脱可能である。つまり、計測装置３０は、電流印加手段により電磁石１２・１２・１２に電流を流して磁力を発生させることで、当該磁力により自動車鋼板２０の所望の位置に磁着することができる。例えば、本実施形態における計測装置３０においては、電磁石の厚さは０．５ｍｍ程度、電磁石の直径は２ｍｍ程度、計測装置本体１の直径は１０ｍｍ程度、測定用開口部６の直径は３ｍｍ程度である。
【００３５】
このように計測装置３０を構成することで、積分球２の測定用開口部６を自動車鋼板２０表面に配置した際に、前記自動車鋼板２０表面と前記対向面１ａとの位置関係を一定に保つことができる。すなわち、計測装置本体１が有する３つの電磁石１２・１２・１２による３点支持により計測装置本体１の対向面１ａと自動車鋼板２０表面との距離バラツキを低減することが可能である。また、計測装置３０のように、電磁石１２・１２・１２による固定手段を設けることで、自動車鋼板２０の任意の場所での固定が可能となるとともに、電磁石であるため自動車鋼板２０への着脱が容易に行え、測定箇所間の移動が容易となる。また、固定手段は、例えば、緩やかに曲線状に形成された自動車鋼板２０表面であっても計測装置本体１を安定して固定可能であるとともに、対向面１ａに開口する測定用開口部６と測定対象物である自動車鋼板２０表面との位置関係を一定に保つことが可能となる。
【００３６】
また、電磁石１２の先端形状を半球状に形成しているため、測定対象物である自動車鋼板２０表面の傾斜角度等に依存せずに点接触が可能となる。さらに、図７に示すように、半球状に形成した電磁石１２の先端に小さな半球状部１２ａを設けて、測定対象物に対して点接触するように構成することで、測定対象物の表面傾斜の影響をさらに受けないようにすることが可能である。
なお、計測装置３０においては、電磁石１２・１２・１２を対向面１ａから下方に突出する構成としたが、特に限定するものではなく、測定対象物表面が平らである場合などでは電磁石を対向面１ａに埋設して、電磁石が対向面１ａから突出しないように構成してもかまわない。
【００３７】
次に、本発明の別の実施形態である計測装置４０について説明する。計測装置４０は、上記計測装置３０における光源部３及び受光部４の各構成について別の実施形態としたものである。
なお、計測装置４０において計測装置３０と機能上異なる部分についてのみ説明を行い、計測装置３０と同様の部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
計測装置４０は、図８に示すように、光源手段１３と、受光手段１４とを有する。
【００３９】
光源手段１３は、積分球２の光源用開口部７と制御手段５との間に介装されており、当該光源用開口部７を介して積分球２内に光を導入するものである。光源手段１３は、積分球２内に光を供給するための光源及び当該光源を発光させるための発光回路等から構成される光源部１３ａと、当該光源部１３ａの一端からの光を光ファイバーを介して伝達して光源用開口部７から導入する屈曲自在の投光用光ファイバーケーブル１３ｂと、から構成される。光源部１３ａの他端は、制御手段５に接続されている。光源手段１３は、光源部１３ａにより発光した光を投光用光ファイバーケーブル１３ｂを介して光源用開口部７から積分球２内に導入して、当該積分球２内に導入された光は内壁２ａにより拡散反射されて、測定用開口部６に配置された自動車鋼板２０表面に対して拡散光が照射される。
【００４０】
受光手段１４は、積分球２の受光用開口部８と制御手段５との間に介装されており、当該受光用開口部８を介して自動車鋼板２０により反射された光を受光するものである。受光手段１４は、図示しないレンズ、複数の受光素子からなるシリコンフォトダイオードアレイ等から構成される受光部１４ａと、受光用開口部８を介して入射する光を集めて受光部１４ａの一端に伝達する屈曲自在の受光用光ファイバーケーブル１４ｂと、から構成される。受光部１４ａの他端は、制御手段５に接続されている。受光用光ファイバーケーブル１４ｂの一端１５は、当該一端１５の光軸Ｌ１が自動車鋼板２０表面の法線に対して８°傾斜した方向に配置されており、自動車鋼板２０表面から入射する８°方向の反射光は受光用光ファイバーケーブル１４ｂを介して受光部１４ａが有するシリコンフォトダイオードアレイの受光面に集められる。受光部１４ａは、受光用光ファイバーケーブル１４ｂを介してシリコンフォトダイオードアレイにより検出された光の強度を制御手段５に出力する。
なお、図８においては計測装置４０を説明する便宜上、制御手段５と計測装置本体１の各部との間は、光ファイバーケーブル１３ｂ、１４ｂを含む複数の配線により接続する構成を示しているが、当該複数の配線は、当然ながら１つの配線ケーブルとしてまとめることは可能であるとともに、当該１つの配線ケーブルを計測装置本体１を測定位置に持ち運びしやすいように柔軟性及び所定のケーブル長を有するように構成することができる。
【００４１】
このように計測装置４０を構成することで、図９、図１０に示すような車体の袋構造部の内面に適用することが可能となる。具体的には、袋構造部の内面（例えば、ロッカーアーム内など）を計測する場合、従来は実際のワークを切断して計測用のサンプルを作製する必要があり、必ず破壊検査となってしまうものであった。一方、上記計測装置４０の如く、光源部１３ａと受光部１４ａを計測装置本体１の外部に配置し、光源部１３ａ及び受光部１４ａと積分球２との間を光ファイバーケーブル１３ｂ、１４ｂを用いて接続するように構成したことで、計測装置本体１を小型化することが可能となり、袋構造部の水抜き穴などから光ファイバーケーブル１３ｂ、１４ｂで接続された計測装置本体１を挿入して、図１０のように電磁石１２・１２・１２により検査部位に計測装置本体１を磁着し、袋構造部の内面の化成被覆率を非破壊で計測することが可能となる。
【００４２】
次に、上述した計測装置を用いて化成被覆率を計測する簡易計測方法について図１１を用いて説明する。
【００４３】
先ず、図６（ａ）に示すように、計測装置３０が有する計測装置本体１を測定対象物である自動車鋼板２０表面に配置し、電磁石１２・１２・１２をＯＮにして、磁力により計測装置本体１を自動車鋼板２０表面に固定する（Ｓ１０）。
【００４４】
続いて、ＳＣＩ、ＳＣＥの測定を順に行う（Ｓ２０、Ｓ３０）。
【００４５】
ＳＣＩを測定する場合、制御手段５は、トラップ壁部１１ａによりトラップ開口部９を閉じて、光源部３の光源を発光させて光源用開口部７を介して積分球２内に光を導入して、当該導入された光は内壁２ａにより拡散反射されて、測定用開口部６に配置された自動車鋼板２０表面に対して拡散光が照射される。そうして、自動車鋼板２０表面において反射した正反射成分を含む拡散成分の光（全反射成分）を受光部４に受光させることよりＳＣＩ方式による反射強度を測定する（Ｓ２０）。
【００４６】
そして、ＳＣＥを測定する場合、制御手段５は、トラップ開口部９を塞いでいるトラップ壁部１１ａを開けて、光源部３の光源を発光させて光源用開口部７を介して積分球２内に光を導入して、当該導入された光は内壁２ａにより拡散反射されて、測定用開口部６に配置された自動車鋼板２０表面に対して拡散光が照射される。そうして、自動車鋼板２０表面において反射した正反射成分を含まない拡散成分の光を受光部４に受光させることよりＳＣＥ方式による反射強度を測定する（Ｓ３０）。
【００４７】
次に、制御手段５は、取得したＳＣＩの値をＳＣＥの値で除算して相対グロス値を算出する（Ｓ４０）。この相対グロス値を算出することで、正反射成分のみを抽出することができる。
ここで、相対グロス値とは、ＳＣＩ値（正反射成分を含む反射強度）とＳＣＥ値（正反射成分を含まない反射強度）の比のことをいう。すなわち、ＳＣＩ値をＳＣＥ値で除算した値を相対グロス値という。
【００４８】
そうして、化成被覆率と相対グロス値との関係を示す検量線を予め求めておき、当該予め求めておいた検量線を用いて、算出した相対グロス値を化成被覆率に変換する（Ｓ５０）。そして、変換された化成被覆率は、制御手段５が有する出力表示装置に表示され（Ｓ６０）、化成被覆率の計測が完了する。
【００４９】
こうして、制御手段５は、自動車鋼板２０表面に光を所定の照射角度（本実施形態では、８°）で照射し、当該自動車鋼板２０表面から所定の受光角度（本実施形態では、８°）で反射される正反射成分を用い、ＳＣＩ値（正反射成分を含む反射強度）とＳＣＥ値（正反射成分を含まない反射強度）の比、すなわち相対グロス値を得ることにより、前記自動車鋼板２０における化成被膜の被覆率を計測する。
なお、検量線の作成方法としては、ＳＥＭ画像による画像解析等により正確な化成被覆率が既知である複数の鋼板サンプルを用いて、各鋼板サンプルの相対グロス値を算出して求めて、既知の化成被覆率と算出した相対グロス値との関係より最小二乗法等により検量線を設定すればよい。
【００５０】
また、前記検量線は、鋼板の種類と化成の種類とのそれぞれの組合わせ毎に予め作成しておき（図１４参照）、測定対象物である自動車鋼板の種類及び当該鋼板に被覆する化成の種類を化成被覆率計測の際に制御手段５に入力し、適用する検量線を自動的に選択可能になるように構成するとよい。
【００５１】
図１２に一般的な化成被膜の形成過程を示す。図１２に示すように、自動車鋼板に対して化成処理時において、化成処理の初期段階→中期段階→後期段階へと進むに従って、鋼板表面に化成被膜が形成されていく。本発明では、このような化成被膜の形成に伴って、表面状態が変わる（光沢度が低下する）点に着目し、図５に示す装置構成にて、上記のように正反射成分である相対グロス値を算出し、当該相対グロス値を化成被膜の被覆率に置き換えて計測評価を行うものである。
【００５２】
図１３は、上記計測装置１０を用いて化成被覆率が既知である鋼板サンプルを実際に測定し、化成被覆率と相対グロス値の測定値との関係を示した実験結果である。図１３においては、照光・受光角度（図５に示すなす角α）を８°、２０°、６０°として、化成被覆率（真値）と相対グロス値の測定値との関係を調べたものである。図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す各グラフにおいては、横軸が化成被覆率[％]、縦軸が相対グロス値[Ｇ]を表す。照光・受光角度が２０°、６０°（図１３（ｂ）（ｃ））の場合は、化成被覆率の変化に対して、相対グロス値[Ｇ]の変化がかなり小さく、相関が低い。一方、照光・受光角度が８°（図１３（ａ））の場合は、化成被覆率の変化に対して、相対グロス値[Ｇ]の変化が大きく、相関が高いため高精度の計測が可能であることがわかる。このことから、照射角度及び受光角度は、自動車鋼板２０表面の法線に対して８°前後に設定することが好適である。また、照射角度及び受光角度を８°前後に設定した場合、光源と受光部との配置距離を短くできるため、計測装置本体を小型化することができる利点がある。
【００５３】
図１４は、上記計測装置１０を用いて化成被覆率が既知である複数の鋼板サンプル（メーカが異なる鋼板Ａ、Ｂ及び化成ａ、ｂを組合わせたサンプル）をそれぞれ実際に測定し、各組合わせ毎に化成被覆率（真値）と相対グロス値の測定値との関係を示した実験結果である。図１４に示す各グラフにおいては、横軸が化成被覆率[％]、縦軸が相対グロス値[Ｇ]を表す。図１４に示す実験結果より製造メーカの異なる鋼板や化成においても、化成被覆率（真値）と相対グロス値の測定値に相関性（線形性）があり、相対グロス値を用いて化成被覆率を計測することができることを示すものである。
【００５４】
図１５（ａ）（ｂ）は、上述した３つの電磁石を有する計測装置３０を用いて、化成被覆率が既知である鋼板サンプル（前述した鋼板Ａ及び化成ｂのサンプル）上の同位置に対して相対グロス値の測定を所定回数行って、相対グロス値の測定バラツキ（標準偏差σ）を評価した評価結果である。この評価結果からわかるように、測定ばらつき（σ）は１〜３[Ｇ]程度と非常に小さく、精度良く測定が可能であることが確認できた。
【００５５】
なお、本実施形態における計測装置１０、３０、４０は、上記の如く、ＪＩＳ Ｚ８７２２条件ｃ、ＩＳＯ７７２４／１に準拠したｄｉ：８°（照射光に試料からの鏡面反射となる成分を含む）、ｄｅ：８°（試料からの鏡面反射となる成分を除く）である照射及び受光の測定条件に適合するように構成したものである。
【００５６】
以上により、本発明によれば、測定対象物の鋼板外面・鋼板内面（ロッカーアーム内等の袋構造）に塗布された化成被膜の被覆率について、高精度・短時間（数秒程度）で測定が可能である。これにより、工程内での簡易計測が可能となり、全数検査による品質保証の向上が可能となる。また、インラインで化成被膜の被覆率全数計測が可能となり、品質向上に貢献できる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 計測装置本体
１ａ 対向面
２ 積分球
３ 光源部
４ 受光部
５ 制御手段
６ 測定用開口部
１０ 計測装置
１２ 電磁石
２０ 自動車鋼板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測方法であって、
前記車両鋼板表面に光を所定の照射角度で照射し、当該車両鋼板表面から所定の受光角度で反射される正反射成分を用い、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測することを特徴とする、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法。
【請求項２】
前記照射角度及び前記受光角度は、前記車両鋼板表面の法線に対して８°前後に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法。
【請求項３】
化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測装置であって、
前記車両鋼板表面に配置して、当該車両鋼板表面に対して光を照射するための測定用開口部を有する積分球と、
前記積分球内に光を導入する光源部と、
前記車両鋼板表面により反射された反射光を受光する受光部と、
前記反射光のうち正反射成分を除去可能な光トラップ部と、
前記反射光の反射強度を用いて所定の演算を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測することを特徴とする、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置。
【請求項４】
前記照射角度及び前記受光角度は、前記車両鋼板表面の法線に対して８°前後に設定されることを特徴とする、請求項３に記載の車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置。
【請求項５】
前記積分球の測定用開口部が表面に配置され、前記積分球の測定用開口部を前記車両鋼板表面に配置した状態において前記車両鋼板表面に対向する対向面を有する計測装置本体と、
前記対向面において前記測定用開口部を中心にした同心円上に等間隔に３つの電磁石が配置され、当該３個の電磁石により前記計測装置本体を前記車両鋼板表面の任意の位置に固定する固定手段と、を備え、
前記積分球の測定用開口部を前記車両鋼板表面に配置した際に、前記車両鋼板表面と前記対向面との位置関係を一定に保つことを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置。
【請求項１】
化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測方法であって、
前記車両鋼板表面に光を所定の照射角度で照射し、当該車両鋼板表面から所定の受光角度で反射される正反射成分を用い、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測することを特徴とする、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法。
【請求項２】
前記照射角度及び前記受光角度は、前記車両鋼板表面の法線に対して８°前後に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の車両鋼板における化成被覆率の簡易計測方法。
【請求項３】
化成被膜が表面に被覆された車両鋼板の化成被覆率を計測する簡易計測装置であって、
前記車両鋼板表面に配置して、当該車両鋼板表面に対して光を照射するための測定用開口部を有する積分球と、
前記積分球内に光を導入する光源部と、
前記車両鋼板表面により反射された反射光を受光する受光部と、
前記反射光のうち正反射成分を除去可能な光トラップ部と、
前記反射光の反射強度を用いて所定の演算を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記正反射成分を含む反射強度と前記正反射成分を含まない反射強度の比を得ることにより、前記車両鋼板における化成被膜の被覆率を計測することを特徴とする、車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置。
【請求項４】
前記照射角度及び前記受光角度は、前記車両鋼板表面の法線に対して８°前後に設定されることを特徴とする、請求項３に記載の車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置。
【請求項５】
前記積分球の測定用開口部が表面に配置され、前記積分球の測定用開口部を前記車両鋼板表面に配置した状態において前記車両鋼板表面に対向する対向面を有する計測装置本体と、
前記対向面において前記測定用開口部を中心にした同心円上に等間隔に３つの電磁石が配置され、当該３個の電磁石により前記計測装置本体を前記車両鋼板表面の任意の位置に固定する固定手段と、を備え、
前記積分球の測定用開口部を前記車両鋼板表面に配置した際に、前記車両鋼板表面と前記対向面との位置関係を一定に保つことを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の車両鋼板における化成被覆率の簡易計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−６３２７５（Ｐ２０１２−６３２７５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８４７３（Ｐ２０１０−２０８４７３）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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