JP2003139714A

JP2003139714A - 物体表面状態の評価方法

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Publication number: JP2003139714A
Application number: JP2001340179A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Aikawa; 敬一相川; Shuichi Maeda; 修一前田; Teruo Tachibana; 輝夫橘
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】物体の表面性を一つの指数で判別しやすく捕
捉し、成形品のうねりや微小な凹凸のみならず、風合い
の変化や微妙な色の変化まで合わせて良否を判断するこ
とのできる物体表面状態の評価方法を提供する。【解決手段】成形品に入射したスリット光が形成する
反射像の輝度分布から、前述した平均輝度偏差Ｋａを算
出して、成形品の表面状態を一つの指数として定量的に
表し、風合いの変化や微妙な色の変化までデータとして
取りこんで良否を判断することができるので、たとえ
ば、プラスチック成型品の表面形状の測定を自動化で
き、短時間内に精度良く測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばプラスチ
ック成形品の表面に部分的に生じる異常状態を測定し評
価する物体表面の異常状態評価方法に係り、特に動画像
計測処理技術を用いて、物体の表面性を一つの指数で判
別しやすく捕捉することのできる物体表面状態の評価方
法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】工業用プラスチック製品は成形時に種々の
形状異常が不可避的に発生するが、特に代表的な表面形
状の異常として、ウエルドラインやフローマークなどが
知られている。従来から、これらの表面異常は人間の眼
により識別され、その程度が判定されていたが、検査技
術の向上や検査自動化技術の発展に伴ない、近年では画
像処理技術が検査分野へ応用されるようになった。

【０００３】従来の画像処理による表面形状の異常状態
評価方法として、例えば特開平８−９４３３９号公報で
開示される技術が知られている。この評価方法は物体の
表面にスリット光源を投射してその反射像をカメラで撮
影して画像処理する装置を用いて実施されるものであ
り、該物体表面に存在する凹凸やうねりに起因する異常
状態を、該反射像と理想的な鏡面を保有する理想平面に
おける反射像との偏差を求めることによって評価しよう
とするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方法は、反射角度の偏差を利用してプラスチック成
形品が有するうねりや微小な凹凸を測定することができ
るものの、取りこんだ輝度データをしきい値でニ値化す
るため、成形品表面の風合いの変化や微妙な色の変化を
成形品の異常状態として判断することができないという
問題を有した。そのため、成形品のうねりや微小な凹凸
のみならず、風合いの変化や微妙な色の変化まで合わせ
て良否を判断する目視評価結果と比較した場合に、その
評価結果が異なることも多く、目視評価を全て前記従来
の方法に切替えるということができなかった。

【０００５】また、前記従来の方法は、複雑に山谷を形
成したサンプル表面の状態を、そのまま２次元（一般的
には横軸をサンプルの測定位置として縦軸を高さとした
２次元グラフ）のデータとして出力するため、成形品表
面状態を常に２次元データで検討する必要があって、成
形品の外観不良を判別する場合等においては、評価者
が、２次元データが形成する山の高さや数を勘案して、
総合的に判断するという手段をとることが一般的であ
る。しかし、不規則に変化する山の高さや数等を明確に
把握することは非常に困難であって、前記２次元データ
を用いて良否判断の明確なガイドラインを設定すること
が難しかったので、成形品の良否判断を出すまでに時間
を要し、また評価者によって判断結果が異なるという問
題を生じた。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、成形品の表面状態を一つの指数として定量的
に表して、目視評価結果に近い良否判断を容易におこな
える物体表面状態の評価方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、（１）物体の表面に点光源またはスリット光源を投射
してその反射像をカメラで撮影して映像処理する装置に
より、該物体を該光源や該カメラに対して相対運動させ
るとともに、該相対運動中得られた反射像を連続的に前
記画像処理装置に入力して動画像処理することによっ
て、反射像の輝度曲線ｆ（ｘ）を得る物体表面状態の評
価方法において、基準長Ｌ１の範囲について該輝度曲線
ｆ（ｘ）の平均輝度偏差Ｋａを数式１で算出して、該物
体表面に存在する異常状態を該物体表面における平均輝
度偏差Ｋａとして捕捉する物体表面状態の評価方法。

【数２】

【０００８】（２）（１）記載の物体表面状態の評価
方法において、前記輝度曲線ｆ（ｘ）の中心線に平行な
２直線によって、該輝度曲線ｆ（ｘ）の上下を挟んだ際
において、該２本の平行な直線が形成する輝度の差を最
大偏差Ｋｍａｘとして捕捉する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明によ
る実施形態の好ましい１例について詳細に説明する。図
１〜図７は本発明の実施形態に係り、図１はサンプル表
面における輝度分布ｆ（ｘ）の測定結果であり、図２は
物体表面の異常状態評価方法における測定機器の概略構
成図である。図３は物体表面の異常状態評価方法の概略
を説明するフローチャートである。

【００１０】図４は輝度分布ｆ（ｘ）の測定結果と平均
輝度偏差Ｋａの関係を説明する図であり、図５は目視評
価結果と平均輝度偏差Ｋａの相関を説明する図である。
図６は最大輝度偏差Ｋｍａｘを説明する図であり、図７
は物体表面の傾斜による投射光の反射角度のずれを概念
的に説明する説明図である。

【００１１】以下、本実施形態の評価方法に用いる装置
の構成について簡略に説明する。図２において、１は光
源、２はスリット板、３は物体表面の異常を測定するサ
ンプル（被検体と称することもある）、４（４ａ、４
ｂ、…、４ｆ）は光像、５はカメラ（３ＣＣＤカラービ
デオカメラ・型式ＫＹ−Ｆ５７：ビクター社製）、６は
モニタテレビ、７は画像処理装置（型式ＭＴ９８−Ｃ
Ｌ：マイクロテクニカ社製）、８は汎用コンピュータで
ある。

【００１２】図２の測定装置は、光源１からの光をスリ
ット板２を介してサンプル３の表面に照射して反射され
る光像４をカメラ５で撮影し、該撮影した画像を画像Ｐ
として、画像処理装置７に入力する。ここで、図２に示
した測定装置は、成形品であるサンプル３がＸ方向に一
定距離移動するに合わせてカメラ５で撮影することによ
り、サンプル３のＸ方向距離地点での反射像を４ａ、４
ｂ、…、４ｆなどとして順次撮影することによって、画
像Ｐとして画像処置装置７に入力する構成となってい
る。

【００１３】測定された各々のスリット光像４ａ、４
ｂ、…、４ｆなどは、縦方向（スリットの長手方向）と
横方向（サンプル３の移動方向）に等分分割された微小
な矩形（長方形または正方形）の画素の集合体として構
成されている。

【００１４】そして、サンプル３の表面で反射されたス
リット光像４ａ、４ｂ、…、４ｆなどの輝度を連続して
測定した後、画像処理装置７は入力された画像Ｐの各々
の画素の濃淡データを２５６階調の数値にデジタル化
し、サンプル３の各測定位置における反射像の輝度とし
て算出することにより、図１に示すような輝度曲線ｆ
（ｘ）を導き出す。なお、本実施形態における輝度は完
全な白色を２５５とし、完全な黒色を０とした。

【００１５】サンプル３表面に、なにがしかの凹凸やう
ねりがある場合は、本来あるべき反射像の位置からその
凹凸の程度に合わせて少しずれた所に反射像が観測され
るため、反射像がゆがめられて、輝度が減衰する等とい
った変化を起こす。

【００１６】この原理を図７を用いて簡単に説明する
と、正常平面３ａでは光源１より発せられた光はスリッ
ト板２を通過して正常平面３ａで反射角α１で反射して
カメラ５に結像する。一方、正常平面３ａと傾斜角βで
傾斜した傾斜平面３ｂでは反射角α１とは異なる反射角
α２で反射し、カメラ５の焦点距離５ａでは正常平面３
ａにおける結像と偏差δだけずれたところに結像をす
る。一方、この偏差δと傾斜角βとは、幾何学的な関係
により、

【００１７】

【数３】で与えられる。

【００１８】従って、物体表面に、なにがしかの凹凸や
うねりがあった場合は、本来の真直の位置からずれた所
に反射像が測定されるため、本来の真直の位置に結ばれ
る反射像の輝度が減衰し、測定される輝度に変化が生じ
るので、輝度曲線ｆ（ｘ）の変化となって現れる。

【００１９】また、サンプル３表面の風合いの変化や微
妙な色の変化がある場合は、その部分の反射率が他の部
分の反射率と変化するなどといった現象をおこして、輝
度が増加、あるいは減衰する等といった変化を起こす。
従って、表面形状に凸凹がある場合や風合いの変化があ
る場合は、前記輝度曲線ｆ（ｘ）の変化となって現れ
る。

【００２０】以上のような原理を使用して、順次サンプ
ル３を移動していくことにより、スリット光像４ａ、４
ｂ、…を順次スリット幅に相当する分だけ撮影し、成形
品の反射像における輝度分布を測定して、図１に示した
ような輝度曲線ｆ（ｘ）を捕捉する。なお、ｆは、カメ
ラ５の焦点距離５ａ、カメラ５とサンプル３との距離、
光源１とサンプル３との距離によって定まる定数であ
る。

【００２１】そして、本発明においては、前記輝度曲線
ｆ（ｘ）を以下の数式１によって演算して、表面異常の
定量的に表す指数として、Ｋａを算出する。

【数４】

【００２２】本発明により得られるＫａは、輝度曲線ｆ
（ｘ）より基準長Ｌ１の部分を抜き取り、この抜き取り
部分の中心線をＸ軸、縦軸である輝度をＹ軸として輝度
曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、前記数式１で求め
られる値を、平均輝度偏差Ｋａと定義し、表面異常を表
す指数として算出したものである。なお、輝度曲線ｆ
（ｘ）の中心線とは、該中心線と輝度曲線ｆ（ｘ）とで
囲まれる面積が、該中心線の両側で等しくなる直線であ
る。ここで、測定部分はサンプル３のＸ方向長さの全長
であっても良いが、測定に時間を要するといった問題を
要する。従って、本実施形態においては、サンプル３に
ついて一部分の表面を任意に抜き出して測定し、サンプ
ル３の表面全体を代表するものとして評価している。本
実施形態における測定長さは５００ｍｍであって、積分
範囲である成形品の基準長Ｌ１を３００ｍｍとした。

【００２３】この指数によれば、輝度曲線ｆ（ｘ）の基
準長Ｌ１の部分についての山谷の深さなどを一つの指数
で定量的に表すことが可能であり、評価者により結果が
異なるなどといった問題は生じない。また、本発明によ
り算出する平均輝度偏差Ｋａであれば、凹凸やうねりに
よる反射像の輝度の減衰や増幅のみならず、成形品の風
合いの変化や微妙な色の変化による反射像の輝度変化を
同時に取りこんで数値化できる。

【００２４】なお、本実施の形態においては、図２に示
すように穴を長方形に切り抜いたスリット板を用いて反
射像を測定したが、これに限るものではなく、例えば小
さな穴を正方形に切り抜いた板を用いて反射像を測定し
ても、あるいは点光源等を用いて反射像を測定しても良
く、光源等を限定するものではない。また、サンプル３
に入射して反射する光の角度も特に限定されるものでは
なく、サンプル３で反射してカメラ５で撮影できるよう
に入射角と反射角が決定されていれば良い。後述する図
７を用いて前記入射光と反射光が形成する角度を定義す
ると、１８０度から２×α１を減じた値である。

【００２５】なお、フローマーク等の微妙な風合いの変
化を判断結果を目視評価の結果とより近づけるために
は、前記入射光と反射光が形成する角度を出きるだけ小
さくすることが好ましく、前記入射光と反射光が形成す
る角度を小さくすることによって、凸凹やうねり等の形
状の変化が輝度に与える影響を小さくして、風合いや微
妙な色の変化を強調して輝度に反映できるという優れた
効果を有する。

【００２６】図５に目視評価結果と平均輝度偏差Ｋａの
相関を示すグラフを示す。図５は異なる３種類の樹脂を
用いて各々成形条件を異ならせた成形品を作製し、該成
形品の表面状態を目視評価するとともに、本発明の方法
によりＫａにて評価したものである。図５に示すよう
に、平均輝度偏差Ｋａが大きいものほど目視評価結果が
悪くなっており、目視評価結果と平均輝度偏差Ｋａによ
る評価は非常に良く一致する。なお、図５で使用した樹
脂は、溶融時の流動性が異なるポリプロピレン樹脂を３
種類（Ａ樹脂、Ｂ樹脂、及びＣ樹脂）用いたものであ
る。

【００２７】前述した従来方法として比較して、風合い
の変化等をあわせて評価する本実施の形態による評価方
法によって得られた評価結果は、目視評価結果と非常に
良く一致するという優れた作用効果を有している。

【００２８】次に、本発明における物体表面形状の異常
測定評価方法の手順と測定結果について説明する。図３
に評価手順のフローチャートを示す。サンプル３の縦、
横寸法などのサンプル情報や測定距離などの情報（光源
〜サンプル、サンプル〜カメラの距離や焦点距離）やサ
ンプル３の移動速度などをあらかじめ設定し入力した
後、光源を設定し、スリット光像位置に鏡面を置いてス
リット光像を反射させ物体平面が理想平面となる場合の
影像をカメラ５で撮影し、画像処理装置７を介してコン
ピュータ８にその基準像位置を記憶させる（これらの操
作を「基準像位置入力」「初期画像」という）。

【００２９】次に、試料となるサンプル３を、たとえ
ば、図１の端部のスリット光像４ａが測定の開始位置で
反射されるように設定した後（「画像入力開始位
置」）、サンプル３を設定した移動速度で横移動させ
る。このサンプル３の移動中に、カメラ５、画像処理装
置７、コンピュータ８は互いに連動して、図３に示す２
つのループ内の処理を高速演算し順次実施していく。

【００３０】まず、スリット光像４ａをカメラ５で撮影
し、画像処理装置を経由してコンピュータに入力すると
ともに（「光像撮影」）、前述した基準位置のスリット
縦方向に分割された微小領域（たとえば５１２等分分
割）毎に、スリット幅方向に分割された微小矩形の輝度
を測定して座標位置（ｘ方向、ｙ方向の座標位置）を検
出するとともに、順次配列してコンピュータ８へ記憶さ
せる。輝度はディジタル化され、それぞれ２５６階調に
仕分けされてコンピュータ８内で演算処理される。

【００３１】次に得られた一連の輝度データを、成形品
の測定位置と相関させて、図１に示すような輝度曲線ｆ
（ｘ）を算出する。そして、前記数式１を用いて、輝度
曲線ｆ（ｘ）を測定長さＬ１の範囲で積分して平均輝度
偏差Ｋａを算出する。算出した輝度曲線ｆ（ｘ）と平均
輝度偏差Ｋａは、その結果をモニターテレビ６や図示し
ないプリンタによってプリントアウトして出力する。

【００３２】なお、参考として、同様な手順で目視評価
結果の異なる３つのサンプルを同様に測定した結果を図
４に示す。目視評価結果の良い〇印のサンプルＡは、輝
度曲線から状態が良いことが判別できる。しかし、目視
評価結果で小さなフローマークが認められるサンプルＢ
と極端に大きなフローマークが見られる外観不良の◇の
サンプルＣとは、輝度曲線を比較してもどちらの表面状
態が良いか判別しにくく、輝度曲線を評価する人間によ
って、評価が異なる可能性もある。本発明による平均輝
度偏差Ｋａであれば、サンプルＡ（Ｋａ＝０．８）、サ
ンプルＢ（Ｋａ＝１．９）、サンプルＣ（Ｋａ＝３．
９）と、その表面状態の違いが数字として定量化できる
のでその違いは、明らかである。

【００３３】また、本実施形態では平均輝度偏差Ｋａを
算出して、成形品の表面状態を一つの指数として定量的
に表して、成形品の良否を判断したが、成形品によって
は、図６に示すようにして、該物体表面に存在する凹凸
や風合い等に起因する物体表面異常の最大値を前記最大
偏差Ｋｍａｘとして求め、該最大値を元に成形品の良否
を判断しても良い。

【００３４】ここで、前記最大偏差Ｋｍａｘは、図６に
示したように輝度曲線ｆ（ｘ）の中心線に平行な２直線
で輝度曲線ｆ（ｘ）の上下を挟んださいにおいて、該２
本の平行な直線が形成する輝度の差をとして、定義す
る。特に、表面上に一つでも大きな表面異常があると不
良になる成形品については、前記最大偏差Ｋｍａｘを算
出することによって、良否判断の指標とすることが好ま
しい。

【００３５】なお、輝度曲線ｆ（ｘ）に小さな山谷が多
数存在し、大きな山谷の変化を平均輝度偏差Ｋａしにく
い場合には、小さな周波数で繰り返される小さな山谷を
平均することによりスムージングした状態で平均輝度偏
差Ｋａを求める手法を用いても良い。

【００３６】また、求められる成形品の形状が平滑でな
い場合において、例えば正常な良品の状態で凸凹等を有
した成形品を測定する場合等については、良品の成形品
サンプルを測定したとしても、平均輝度偏差Ｋａが大き
い値となる。このような場合は、良品を測定した際の平
均輝度偏差Ｋａを基準値として、基準値よりどの程度大
きくなれば不良品と判断するというしきい値を予め決め
ておけば、良品と不良品を効率良く確実に判別すること
ができる。言いかえれば、良品の平均輝度偏差Ｋａとサ
ンプル３の平均輝度偏差Ｋａを相対比較することによっ
て、不良品を効率良く判別することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、成形品
に入射した光が形成する反射像の輝度分布から、前述し
た平均輝度偏差Ｋａを算出して、成形品の表面状態を一
つの指数として定量的に表し、風合いの変化や微妙な色
の変化までデータとして取りこんで良否を判断すること
ができるので、たとえば、プラスチック成型品の表面形
状の測定を自動化でき、短時間内に精度良く測定するこ
とができる。また、この評価方法であれば、評価者によ
る判断の違いは皆無となるので、その結果を製造工程に
フィードバックすれば、成型品の品質を安定化し向上さ
せることができる。

【００３８】さらに、表面上に一つでも大きな表面異常
があると不良になる成形品については前記最大偏差Ｋｍ
ａｘを算出することによって、より好ましい良否判断の
指標とすることができる。

【００３９】

【図面の簡単な説明】

【図１】サンプル表面の輝度分布ｆ（ｘ）の測定結果で
ある。

【図２】物体表面の異常状態評価方法における測定機器
の概略構成図である。

【図３】本発明の実施形態による物体表面の異常状態評
価方法の概略を説明するフローチャートである。

【図４】平均輝度偏差Ｋａ輝度分布ｆ（ｘ）の測定結果
との関係を説明する図である。

【図５】目視評価結果と平均輝度偏差Ｋａの相関を説明
する図である。

【図６】最大輝度偏差Ｋｍａｘを説明する図である。

【図７】物体表面の傾斜による投射光の反射角度のずれ
を概念的に説明する説明図である。

【符号の説明】

１光源２スリット板３サンプル３ａ基準反射面（理想平面）３ｂサンプル表面（傾斜平面）５カメラ（ＣＣＤカメラ）５ａ焦点距離６モニタテレビ７画像処理装置（画像入力ボード）８コンピュータ（パソコン） α１反射角度 α２反射角度 β 傾斜角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA49 CC00 DD00 DD06 FF44 HH05 HH12 JJ03 JJ08 JJ26 LL28 QQ14 QQ25 QQ26 QQ41 QQ42 2G051 AA32 AB07 BB07 CA04 DA06 EA12 EA16 EC02 EC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の表面に点光源またはスリット光源を
投射してその反射像をカメラで撮影して映像処理する装
置により、該物体を該光源や該カメラに対して相対運動
させるとともに、該相対運動中得られた反射像を連続的
に前記画像処理装置に入力して動画像処理することによ
って、反射像の輝度曲線ｆ（ｘ）を得る物体表面状態の
評価方法において、基準長Ｌ１の範囲について該輝度曲
線ｆ（ｘ）の平均輝度偏差Ｋａを数式１で算出して、該
物体表面に存在する異常状態を該物体表面における平均
輝度偏差Ｋａとして捕捉する物体表面状態の評価方法。【数１】
【請求項２】前記輝度曲線ｆ（ｘ）の中心線に平行な２
直線によって、該輝度曲線ｆ（ｘ）の上下を挟んだ際に
おいて、該２本の平行な直線が形成する輝度の差を最大
偏差Ｋｍａｘとして捕捉する請求項１記載の物体表面状
態の評価方法。