JP7131216B2

JP7131216B2 - 表面処理システム

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Publication number: JP7131216B2
Application number: JP2018166170A
Authority: JP
Inventors: 勇一岡部; 俊重島村; 剛山本; 雄三石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2038-09-05
Also published as: WO2020050024A1; US20210355597A1; JP2020038162A

Description

本発明は、金属部材や建築材などの部材の表面を仕上げるための表面処理システムに関する。

例えば、人為的に古びた状態を形成し、また、種々の機能を持たせるためなどに、部材の表面に様々な処理が施されている。例えば、コンクリートの表面に、セメントを混和したポリマー分散液を塗布することで、アンティーク様の構造体とする技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、古くより、金属部材の表面には、様々な表面処理がなされている。例えば、食器などに用いられている金属部材の表面処理がある。例えば、洋食器などには、一般的には、耐食性、耐腐食性、耐錆性、防錆性、耐酸化性などの特性を備えた金属が用いられている。このような洋食器に用いられる比較的硬度の低い金属材料としては、美観や質感に優れた錫や銀などがある。また、比較的硬度の高い金属材料としては、耐久性に優れたステンレスやステンレス鋼やチタンやチタン合金などがある。

比較的硬度の高い金属材料を食器に適用する場合、表面にめっきや塗装や酸化皮膜を形成し、また、鏡面仕上げ研磨などの表面処理が行われている。このような表面処理を施すことで、美観の向上、質感の向上、装飾性の向上、耐久性の向上、耐食性の向上、耐腐食性の向上、耐錆性の向上、防錆性の向上、硬度の向上などを図っている。これらのなかで、美観の向上、質感の向上、装飾性の向上のための表面処理としては、シボ加工、古美仕上げ、梨地仕上げ、砂目加工、つや消し処理などが一般的に知られている。

例えば、シボ加工は、凹凸模様を形成させる金型を用いてプレス加工による金属表面の処理である。また、古美仕上げは、「古仕上げ」や「古美仕上げ（ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ）」とも呼ばれており、金属の表面に四三酸化鉄皮膜を形成する処理である。また、梨地仕上げは、金属の表面を梨の表面のようにザラザラした状態になるように形成させる金型を用いたプレス加工による処理である。また、砂目加工やつや消し処理は、サンドブラスト装置によるサンドブラスト処理である。

特許第４０４９９１４号公報

清川メッキ工業株式会社めっき技術、「電解めっきと無電解めっき」、［平成３０年８月１３日検索］、（https://www.kiyokawa.co.jp/technology/technology.asp?hed=110）。三輪貴志他、「吸水挙動を模擬した防食塗膜の促進腐食試験に関する取り組み」、ＮＴＴ技術ジャーナル、ライフサイクルメンテナンスに関する研究開発動向、２０１７年。プラスチック表面処理・加飾.com ソリューション、［平成３０年８月１３日検索］、（http://plastic-surfacetreatment.com/solution/processing01.html）。増田豊他、「R2C(Refl ectance to Color) 分光反射率ベースの色変更デジタルデザインツール」、塗料の研究、１５０号、１６－２３頁、２００８年。

ところで、上述したような表面処理では、人の感覚に基づいて処理状態を判断している。人の感覚にはばらつきがあるため、工業的に均質なものを再現しつつ、自動化することには不向きであった。また、予め作成した完成モデルとなる画像やＣＧ（Computer Graphics）モデルと、完成品との間で、素材表面の質感、風合いなどがズレることもある。作成したモデルと人間の質感認知にはズレがあり、両者の表面加工の状態を合わせることは容易ではない。これらのように、従来では、目的とする表面処理状態を、再現性よく得ることが容易ではないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、目的とする表面処理状態が、再現性よく得られるようにすることを目的とする。

本発明に係る表面処理システムは、処理対象の部材の表面の目的とする処理状態の画像を参照画像として記憶する記憶部と、部材の表面に表面処理を施す表面処理部と、表面処理部で処理されている部材の表面を撮像する撮像部と、記憶部が記憶する参照画像と撮像部が撮像した画像との間の相関係数を求める比較部と、比較部が求めた相関係数が設定されている値になった時点で表面処理部による表面処理を停止する制御部とを備え、部材は、金属部材であり、表面処理部は、腐食溶液を金属部材の表面に噴霧する噴霧装置であり、制御部は、腐食溶液の噴霧を停止し、洗浄液の噴霧を開始させる。

上記表面処理システムにおいて、撮像部は、異なる複数の方向から部材の表面を撮像し、記憶部は、撮像部が撮像する各々の方向からの画像に対応する複数の参照画像を記憶し、比較部は、記憶部が記憶する複数の参照画像と撮像部が撮像した対応する画像との間の相関係数を各々求める。

上記表面処理システムにおいて、撮像部が撮像した画像より部材の３次元画像を生成する画像生成部を備え、比較部は、記憶部が記憶する参照画像と画像生成部が生成した３次元画像との間の相関係数を求める。

上記表面処理システムにおいて、表面処理部で処理されている部材の表面の、設定されている波長の光の反射率を測定する反射率測定部と、反射率測定部が測定した反射率を元に撮像部による撮像条件を変更する変更部とを備える。

上記表面処理システムにおいて、表面処理部で処理されている部材の表面の、設定されている波長の光の反射率を測定する反射率測定部と、反射率測定部が測定した反射率を元に撮像部が撮像した画像を修正する修正部とを備え、比較部は、記憶部が記憶する参照画像と修正部が修正した画像との間の相関係数を求める。

上記表面処理システムにおいて、記憶部に記憶されている参照画像は、目的とする処理状態とされた部材の表面を撮像した画像であればよい。また、記憶部に記憶されている参照画像は、目的とする処理状態が再現されているモデル画像であってもよい。

上記表面処理システムにおいて、記憶部は、処理状態が各々異なる複数の参照画像を記憶し、記憶部に記憶されている複数の参照画像を表示部に表示させる表示制御部と、表示部に表示されている複数の参照画像のいずれかを選択する指示入力を受け付ける受付部とを備え、比較部は、受付部が受け付けた指示入力に対応する参照画像と撮像部が撮像した画像との間の相関係数を求めるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、処理されている部材の表面を撮像した画像と、参照画像との間の相関係数が、設定されている値になった時点で表面処理を停止するようにしたので、目的とする表面処理状態が、再現性よく得られるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１における表面処理システムの構成を示す構成図である。図２は、本発明の実施の形態２における表面処理システムの構成を示す構成図である。図３は、本発明の実施の形態３における表面処理システムの構成を示す構成図である。図４は、本発明の実施の形態４における表面処理システムの構成を示す構成図である。図５は、本発明の実施の形態５における表面処理システムの構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態おける表面処理システムについて説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１における表面処理システムについて、図１を参照して説明する。この表面処理システムは、記憶部１０１、表面処理部１０２、撮像部１０３、比較部１０４、制御部１０５を備える。

記憶部１０１は、処理対象の部材の表面の目的とする処理状態の画像を参照画像として記憶している。参照画像は、目的とする処理状態とされた部材の表面を撮像した画像である。また、参照画像は、目的とする処理状態が再現されているＣＧ（Computer Graphics）によるモデル画像である。

表面処理部１０２は、処理対象の部材の表面に表面処理を施す機器から構成されている。例えば、処理対象の部材は金属部材であり、表面処理部１０２は、金属部材の表面にめっきを形成するめっき装置である（非特許文献１参照）。また、処理対象の部材は金属部材であり、表面処理部１０２は、金属部材の表面を腐食させる装置である。例えば、食塩水などの腐食溶液を金属部材の表面に噴霧する噴霧装置を用いればよい（非特許文献２参照）。

また、処理対象の部材はプラスチックであり、表面処理部１０２は、プラスチックの表面を、コロナ放電、プラズマ処理、ブラスト処理などにより加工する装置である（非特許文献３参照）。また、処理対象の部材がプラスチックや紙材質の場合、表面処理部１０２は、紫外光や赤外光などを照射する装置である。このような光照射により、プラスチックや紙材質のエイジング加工が行える。

撮像部１０３は、表面処理部１０２で処理されている部材の表面を撮像する。撮像部１０３は、例えば、個体撮像素子を用いたデジタルカメラより構成することができる。比較部１０４は、記憶部１０１が記憶する参照画像と撮像部１０３が撮像した画像との間の相関係数を求める。比較部１０４は、まず、撮像部１０３により撮像（撮影）された画像をフーリエ変換し、パワースペクトルを算出する。また、比較部１０４は、記憶部に記憶されている参照画像をフーリエ変換し、パワースペクトルを算出する。比較部１０４は、これら２つのパワースペクトルの相互相関係数を求める。

表面処理部１０２は、例えば、金属部材の表面にめっきを形成するめっき装置であり、このめっき装置が、めっき浴より処理対象を引き上げる機構を備えている場合、比較部１０４は、設定されている時間毎に引き上げ機構を起動して処理対象をめっき浴より引き上げて処理を一時停止し、処理対象の部材の表面を撮像部１０３に撮像させる。このようにすることで、時系列に表面処理部１０２で処理されている部材の表面の撮像画像が得られる。このようにして設定されている時間毎に得られた画像を処理し、各々を参照画像と比較する。

制御部１０５は、比較部１０４が求めた相関係数が設定されている値になった時点で表面処理部１０２による表面処理を停止する。制御部１０５は、例えば、相関係数が最大値となった時点で表面処理部１０２による表面処理を停止する。例えば、相互相関係数が、時間の経過とともに増加するのに対して減少に転じた際に、表面処理を停止する。また、例えば、相関係数が、最大値から１０％または標準偏差分相関が低い値となった時点で表面処理を停止するようにしてもよい。例えば、事前に加工処理の試験を実施してデータを収集し、収集したデータから設定する値を決定すればよい。また、相関係数が最大値となった時点より、設定されている時間の後に表面処理を停止してもよい。

表面処理部１０２は、例えば、金属部材の表面にめっきを形成するめっき装置であり、このめっき装置が、めっき浴より処理対象を引き上げる機構を備えている場合、制御部１０５は、引き上げ機構を起動して処理対象をめっき浴より引き上げて処理を停止する。また、めっき装置が、電解めっきによりめっき処理を行う場合、制御部１０５は、電解めっきにおける通電を停止してめっき処理を停止する。また、表面処理部１０２が腐食溶液を金属部材の表面に噴霧する噴霧装置の場合、制御部１０５は、腐食溶液の噴霧を停止し、洗浄液の噴霧を開始させる。

上述した実施の形態１における表面処理システムによれば、比較部により、表面処理がされている表面の画像を、参照画像と比較するようにしたので、人の感覚に基づいて処理状態を判断する場合に比較して、目的とする表面処理状態が、再現性よく得られるようになる。

なお、撮像部１０３により、異なる複数の方向から部材の表面を撮像し、比較部１０４で、記憶部１０１が記憶する複数の参照画像と撮像部１０３が撮像した対応する画像との間の相関係数を各々求めるようにしてもよい。撮像部１０３を移動して、異なる複数の方向から部材の表面を撮像することで、複数の画像を得ればよい。また、各々異なる箇所に配置した複数の撮像部１０３を用い、異なる複数の方向から部材の表面を撮像してもよい。記憶部１０１に、撮像部１０３が撮像する各々の方向からの画像に対応して複数の参照画像を記憶しておけばよい。

このようにすることで、比較部１０４で求める相関係数の精度を高めることができ、加工終了時の仕上がりの再現性を向上させることができる。例えば、制御部１０５は、比較部１０４が求めた複数の相関係数の中で、最も高い値となった相関係数が設定されている値になった時点で表面処理部１０２による表面処理を停止すればよい。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２における表面処理システムについて、図２を参照して説明する。この表面処理システムは、記憶部１０１、表面処理部１０２、撮像部１０３、比較部１０４ａ、制御部１０５、画像生成部１０６を備える。

記憶部１０１は、処理対象の部材の表面の目的とする処理状態の画像を参照画像として記憶している。表面処理部１０２は、処理対象の部材の表面に表面処理を施す機器から構成されている。撮像部１０３は、表面処理部１０２で処理されている部材の表面を撮像する。比較部１０４ａは、記憶部１０１が記憶する参照画像と撮像部１０３が撮像した画像との間の相関係数を求める。制御部１０５は、比較部１０４ａが求めた相関係数が設定されている値になった時点で表面処理部１０２による表面処理を停止する。表面処理部１０２、撮像部１０３、制御部１０５は、前述した実施の形態１と同様である。

実施の形態２では、画像生成部１０６が、撮像部１０３が撮像した画像より部材の３次元画像を生成する。比較部１０４ａは、記憶部１０１が記憶する参照画像と画像生成部１０６が生成した３次元画像との間の相関係数を求める。

画像生成部１０６は、例えば視体積交差法を用い、撮像部１０３が撮像した画像より、処理されている部材の３次元モデル画像を生成する。ここで生成した３次元モデル画像は、実施の形態２において、記憶部１０１は、３次元モデル画像による参照画像を記憶する。例えば、目的とする処理状態とされた部材の表面の反射率や照度の測定結果を基に生成したＣＧであってもよい。デジタルカメラなどにより作成した写真画像の場合、照明条件や対象物の反射率などが不明確な場合があるので、諸条件を既知として生成したＣＧを参照画像として設定してもよい。

比較部１０４ａは、３次元画像同士の相関を求める。参照画像がＣＧの場合、画像生成部１０６において、３次元モデル画像をＣＧ化し、比較部１０４ａにおいて、ＳＧ同士で比較するようにしてもよい。このようにすることで、実写とＣＧの間における質感や風合いの微妙なズレをなくすことができる。参照画像としてＣＧを用いることで、参照画像としての実画像がない場合でも、目的とする表面処理状態が、再現性よく得られるようになる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３における表面処理システムについて、図３を参照して説明する。この表面処理システムは、記憶部１０１、表面処理部１０２、撮像部１０３、比較部１０４、制御部１０５、反射率測定部１０７、変更部１０８を備える。記憶部１０１、表面処理部１０２、撮像部１０３、比較部１０４、制御部１０５は、前述した実施の形態１と同様である。

反射率測定部１０７は、表面処理部１０２で処理されている部材の表面の、設定されている波長の光の反射率を測定する。反射率測定部１０７は、例えば、予め波長特性がわかった広帯域な光源と、この光源からの光を分光して単色光源にするプリズムなどによる分光部と、デジタルカメラなどによる光検出部とを備える。分光部で単色の光とした光源を部材の表面に照射し、この反射光を光検出部で検出し、波長ごとの反射強度を測定する。また、反射率測定部１０７は、広帯域な光源とアクティブ波長フィルタを備えた光検出部とから構成することもできる。アクティブ波長フィルタを備えた光検出部で、波長毎に反射強度を測定する。

変更部１０８は、反射率測定部１０７が測定した反射率を元に撮像部１０３による撮像条件を変更する（非特許文献４参照）。このようにすることで、撮像部１０３における撮像時の照明による影響を補間することができ、比較部１０４で求める相関係数の精度を高めることができる。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４における表面処理システムについて、図４を参照して説明する。この表面処理システムは、記憶部１０１、表面処理部１０２、撮像部１０３、比較部１０４ｂ、制御部１０５、反射率測定部１０７、修正部１０９を備える。記憶部１０１、表面処理部１０２、撮像部１０３、制御部１０５は、前述した実施の形態１と同様である。反射率測定部１０７は、前述した実施の形態３と同様である。

実施の形態４において、修正部１０９は、反射率測定部１０７が測定した反射率を元に撮像部１０３が撮像した画像を修正する（非特許文献４参照）。比較部１０４ｂは、記憶部１０１が記憶する参照画像と修正部１０９が修正した画像との間の相関係数を求める。このようにすることで、撮像部１０３が撮像した部材の画像における、撮像時の照明による影響を補間することができ、比較部１０４ｂで求める相関係数の精度を高めることができる。

［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５における表面処理システムについて、図５を参照して説明する。この表面処理システムは、記憶部１０１ａ、表面処理部１０２、撮像部１０３、比較部１０４ｃ、制御部１０５、表示制御部１１０、表示部１１１、受付部１１３を備える。

表面処理部１０２は、処理対象の部材の表面に表面処理を施す機器から構成されている。表面処理部１０２は、前述した実施の形態１～４と同様である。撮像部１０３は、表面処理部１０２で処理されている部材の表面を撮像する。撮像部１０３は、前述した実施の形態１～４と同様である。制御部１０５は、比較部１０４ｃが求めた相関係数が設定されている値になった時点で表面処理部１０２による表面処理を停止する。制御部１０５における制御は、前述した実施の形態１～４と同様である。

実施の形態５において、記憶部１０１ａは、処理状態が各々異なる複数の参照画像を記憶する。各参照画像は、前述した実施の形態１～４と同様である。

表示制御部１１０は、記憶部１０１ａに記憶されている複数の参照画像を表示部１１１に表示させる。

受付部１１３は、表示部１１１に表示されている複数の参照画像のいずれかを選択する指示入力を受け付ける。例えば、表示部１１１は、よく知られているタッチパネルであり、表示部１１１に表示されているいずれかの参照画像の部分をタッチすることで、指示入力がなされて受付部１１３により受け付けられる。

実施の形態５では、比較部１０４ｃは、受付部１１３が受け付けた指示入力に対応する参照画像と撮像部１０３が撮像した画像との間の相関係数を求める。

実施の形態５における表面処理システムにおいて、処理対象の部材を商品素材として多数収容する収容部や、受付部１１３が選択指示を受け付けると、商品素材を収容部より表面処理部１０２へ搬送する搬送機構を備えるようにしてもよい。また、搬送機構は、表面処理部１０２で処理した商品素材を、商品取り出し部に搬送する。

受付部１１３が選択指示を受け付けると、搬送機構が商品素材を表面処理部１０２に搬送する。例えば、金銭の受付により受付部１１３の選択指示が可能になる。表面処理部１０２では、搬送機構により商品素材が搬送（搬入）されると、自動的に表面処理を開始し、制御部１０５の制御により表面処理を停止する。表面処理部１０２による表面処理が停止されると、処理された商品素材は、搬送機構により商品取り出し部に搬送される。実施の形態５によれば、ユーザによる希望の仕上がりとされた商品をユーザに提供することが可能となる。

以上に説明したように、本発明によれば、処理されている部材の表面を撮像した画像と、参照画像との間の相関係数が、設定されている値になった時点で表面処理を停止するようにしたので、目的とする表面処理状態が、再現性よく得られるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、実施の形態５におけるシステムの構成は、実施の形態１に限らず、実施の形態２～４のいずれのシステムにも組み合わせることが可能である。

１０１…記憶部、１０２…表面処理部、１０３…撮像部、１０４…比較部、１０５…制御部。

Claims

処理対象の部材の表面の目的とする処理状態の画像を参照画像として記憶する記憶部と、
前記部材の表面に表面処理を施す表面処理部と、
前記表面処理部で処理されている前記部材の表面を撮像する撮像部と、
前記記憶部が記憶する参照画像と前記撮像部が撮像した画像との間の相関係数を求める比較部と、
前記比較部が求めた相関係数が設定されている値になった時点で前記表面処理部による表面処理を停止する制御部と
を備え、
前記部材は、金属部材であり、
前記表面処理部は、腐食溶液を前記金属部材の表面に噴霧する噴霧装置であり、前記制御部は、腐食溶液の噴霧を停止し、洗浄液の噴霧を開始させることを特徴とする表面処理システム。
請求項１記載の表面処理システムにおいて、
前記撮像部は、異なる複数の方向から前記部材の表面を撮像し、
前記記憶部は、前記撮像部が撮像する各々の方向からの画像に対応する複数の参照画像を記憶し、
前記比較部は、前記記憶部が記憶する複数の参照画像と前記撮像部が撮像した対応する画像との間の相関係数を各々求める
ことを特徴とする表面処理システム。
請求項１記載の表面処理システムにおいて、
前記撮像部が撮像した画像より前記部材の３次元画像を生成する画像生成部を備え、
前記比較部は、前記記憶部が記憶する参照画像と前記画像生成部が生成した３次元画像との間の相関係数を求める
ことを特徴とする表面処理システム。
請求項１～３のいずれか１項に記載の表面処理システムにおいて、
前記表面処理部で処理されている前記部材の表面の、設定されている波長の光の反射率を測定する反射率測定部と、
前記反射率測定部が測定した反射率を元に前記撮像部による撮像条件を変更する変更部と
を備えることを特徴とする表面処理システム。
請求項１～３のいずれか１項に記載の表面処理システムにおいて、
前記表面処理部で処理されている前記部材の表面の、設定されている波長の光の反射率を測定する反射率測定部と、
前記反射率測定部が測定した反射率を元に前記撮像部が撮像した画像を修正する修正部と
を備え、
前記比較部は、前記記憶部が記憶する参照画像と前記修正部が修正した画像との間の相関係数を求める
ことを特徴とする表面処理システム。
請求項１～５のいずれか１項に記載の表面処理システムにおいて、
前記記憶部に記憶されている参照画像は、目的とする処理状態とされた前記部材の表面を撮像した画像である
ことを特徴とする表面処理システム。
請求項１～５のいずれか１項に記載の表面処理システムにおいて、
前記記憶部に記憶されている参照画像は、目的とする処理状態が再現されているモデル画像である
ことを特徴とする表面処理システム。
請求項１～７のいずれか１項に記載の表面処理システムにおいて、
前記記憶部は、処理状態が各々異なる複数の参照画像を記憶し、
前記記憶部に記憶されている複数の参照画像を表示部に表示させる表示制御部と、
前記表示部に表示されている複数の参照画像のいずれかを選択する指示入力を受け付ける受付部と
を備え、
前記比較部は、前記受付部が受け付けた指示入力に対応する参照画像と前記撮像部が撮像した画像との間の相関係数を求める
ことを特徴とする表面処理システム。