JPH08297024A - 金属表面性状測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧延加工によって表面に凹凸が形成された金属
表面の光学的特性である輝度の評価、特に、建築材料と
して用いられるステンレス鋼板の表面の光沢の評価に好
適な金属板表面性状測定方法および装置に関し、異常時
の原因の推定に役立つデータを得る。 【構成】垂直方向に配置した撮像器３により得られた、
ステンレス鋼板１の画像データに基づいて、ステンレス
鋼板１の表面を凹部，凸部，傾斜部の３つの領域に分け
て各領域の面積率を求め、斜めに配置した撮像器４によ
り得られた画像データを上記の面積率で分けて各領域毎
の光沢を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属板の表面性状を測
定する金属板表面性状測定方法および装置に関し、詳細
には、圧延加工によって表面に凹凸が形状を形成された
金属表面の光学的特性である光沢の評価、特に、建築材
料として用いられるステンレス鋼板の表面の光沢の評価
に好適な金属板表面性状測定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】建築材料として用いられるステンレス鋼
板は、その耐蝕性とともに、光沢感の減少度合すなわち
防眩性に代表される光学的情報が重要である。建築用途
のように、多数の製品が同時に使用される条件では、そ
れらの製品に光学的特徴のばらつきがあると、そのばら
つきが色調むらとして視覚的に評価され、その建築物の
イメージを損うことになるため、その光学的特徴が厳密
に管理された製品を安定的に作り出す必要がある。

【０００３】ところで、防眩性に代表される表面の光学
的特徴は、同一材料においては、その表面の凹凸形状に
よってほとんど決定されることが知られている。この表
面に凹凸形状を付加するために、建築用ステンレス鋼板
では、酸洗工程によってその表面を荒らすとともに、圧
延加工によって、凹部、凸部の繰り返しが例えば１００
μｍ程度の、規則的あるいは不規則的な凹凸が付加され
る。この凹凸形状の凹部は圧延によって形成された表
面、凸部はその圧延工程よりも前の工程で形成された表
面であり、それらの境界には傾斜部が存在し、その傾斜
部はやはり圧延によって形成された部分である。このた
めに、このようなステンレス鋼板の表面の凹凸形状は、
例えば、酸洗工程の酸洗条件、圧延工程におけるロール
の凹凸形状、圧延条件などによって微妙に変化する。

【０００４】したがって、求められる色調のステンレス
鋼板を安定的に製造するには、鋼板の各製造工程におい
て、それら凹部、凸部、傾斜部をそれぞれ安定して作り
出すこと、すなわち作り込み条件をきちんと設定するこ
とが非常に重要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ステンレス鋼板表面の
光学的評価方法には、例えば、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ
−８７４１に規定された鏡面光沢度、あるいはＪＩＳ
Ｚ−８７２２に規定された物体色の測定方法を用いて求
められる白色度が従来から用いられているが、これらの
測定値による評価と人間の視覚的評価とはかならずしも
一致しないことから、本発明者らは、特開平７−６３６
７７号公報に、人間の視覚的評価に近い測定方法として
輝度計による評価方法を提案している。この方法は、人
間の視覚的評価とよく一致しており、製品の最終品質の
検査に適用が可能である。

【０００６】しかし、この評価方法では、最終的に完成
した製品について人間の視覚的評価と同等の評価を行な
うことはできるものの、それを用いて評価した結果が標
準値からずれていた場合に、標準値からずれているとい
う結果しかわからず、その標準値からずれた原因が、例
えば酸洗条件にあるのか、圧延工程におけるロールの形
状にあるのかといった原因を推定するための情報には乏
しく、原因究明が難しいという問題がある。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、標準値から外
れた場合に、その外れた原因の推定に役立つデータを得
ることのできる金属表面性状測定方法および装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の金属表面性状測定方法は、金属表面が、その金属表
面の形状により複数に分類されてなる各領域それぞれの
面積率を求め、その金属表面を撮像器により撮像して得
た撮像データを、上記面積率に基づいて複数のデータ値
領域に分け、各データ値領域毎の代表データ値を求める
ことを特徴とする。

【０００９】ここで、上記本発明の金属表面性状測定方
法は、金属表面を複数の領域に分類する手法の如何を問
うものではないが、例えば、上記撮像器が金属表面を睨
む方向とは異なる方向からその金属表面を観察したとき
の、その金属表面の形状に起因する、その金属表面の画
像濃度分布に基づいて、その金属表面を複数の領域に分
類するものであることが好ましい。

【００１０】あるいは、上記本発明の金属表面性状測定
方法は、上記金属表面の形状を三次元形状測定器を用い
て測定し、この測定された金属表面の形状に基づいて、
その金属表面を複数の領域に分類するものであってもよ
い。また、本発明の金属表面性状測定装置は、測定対象
とする金属表面を照明する照明光源と、その金属表面を
第１の方向から撮像して第１の撮像データを得る第１の
撮像器と、その金属表面を第２の方向から撮像して第２
の撮像データを得る第２の撮像器と、上記第１の撮像デ
ータに基づいて、もしくは上記第１の撮像データと前記
第２の撮像データとの双方に基づいて、上記金属表面
が、その金属表面の形状により複数に分類されてなる各
領域それぞれの面積率を求める面積率演算部と、上記面
積率に基づいて第２の撮像データを複数のデータ値領域
に分け、各データ値領域毎の代表データ値を求める代表
値演算部とを備えたことを特徴とする。

【００１１】ここで、上記本発明の金属表面性状測定装
置は、上記第１の撮像器が、金属表面を、その金属表面
に対し垂直な方向から撮像するものであり、上記第２の
撮像器が、金属表面を、その金属表面に対し斜めの方向
から撮像するものであることが好ましい。

【００１２】

【作用】本発明は、金属表面の形状により複数に分類さ
れてなる各領域、例えば前述した凹部と凸部との２つの
各領域、あるいは凹部と凸部と傾斜部との３つの各領域
等のそれぞれの面積率と、それら各領域毎の代表データ
値、典型的には、例えば平均値、あるいは累積値等を求
めるものであるため、例えば凸部の平均値の変化を酸洗
条件にフィードバックする等、光学的情報を正確に測定
するとともに、それが変化した場合にその変化した原因
の推定が極めて容易となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
尚、以下では、防眩性のために表面に凹凸が付加された
ステンレス鋼板を、凹部、凸部、傾斜部の３つの領域に
分類し、その各領域毎の光沢を測定する例について説明
する。図１は、ここで対象とするステンレス鋼板の表面
の凹凸形状を示す斜視図（Ａ）および断面図（Ｂ）であ
る。

【００１４】この図１に示すように、ここで対象とする
ステンレス鋼板の表面は、凹部と凸部が複雑に入りくん
だ形状を成しており、その凹凸形状は、図１（Ｂ）に示
されるように、凸部、凹部平坦部、および凹部傾斜部に
大別される。ここでは、以下、凹部傾斜部を単に傾斜部
と称し、また、凹部平坦部を単に凹部と称することがあ
る。

【００１５】前述したように、防眩性あるいは色調と呼
ばれる感覚的な指標に代わり、輝度計を用いて表面の光
沢を測定することにより、目視検査による感覚量の定量
化が可能であることは、特開平７−６３６７７号公報に
開示されている。ただし、そこに開示された方法では、
一般に入手可能な市販の輝度計が採用されているが、そ
のような市販輝度計では、その測定面積はいかに小さく
とも数百μｍ程度である。このため、市販されている輝
度計では、表面の凹部、凸部、傾斜部の光沢を分離して
測定することはできない。求められる色調（防眩性）の
ステンレス鋼板を安定的に製造するには、これら凹部、
凸部、傾斜部の光沢を分離して測定する必要があり、そ
こで、本実施例では汎用的な撮像器を用いてステンレス
鋼板の表面を撮像し、その画像濃度から各部の光沢値お
よび全体の光沢値を測定することを試みた。

【００１６】図２は、本発明の金属表面性状測定装置の
一実施例の構成を示す模式図である。被測定用のステン
レス鋼板１の上方に落射型光源２が配置されており、ス
テンレス鋼板１が上方から照明される。落射型光源２は
ハロゲンランプを用いた光源であり、内部レンズにより
光束は平行光に調整されている。照明領域は測定視野に
対し十分な面積で照明されており、本実施例では、８ｍ
ｍφに調整されている。ハロゲンランプに代わり、他の
光源種でもよく、例えば、メタルハライドランプ、水銀
ランプ等の使用が可能である。また、落射型光源２の上
部には、拡大レンズ８が取り付けられた撮像器３が配置
されている。また、この装置には、もう１つの撮像器４
が備えられており、この撮像器４は、拡大レンズ９を通
して、ステンレス鋼板１の上方に配置された撮像器３に
より撮影された領域と同一の領域を角度θだけ傾いた方
向から撮像する。各撮像器３，４で撮像された画像は光
沢演算器７に入力される。この光沢演算器７は、本発明
にいう面積率演算部と代表値演算部との双方に対応して
おり、撮像器３で得られた画像データに基づいて凹部，
凸部、傾斜部の各面積率が求められ、それらの各面積率
に基づいて、撮像器４で得られた画像データが凹部、凸
部、傾斜部のそれぞれに対応する画像データに区分さ
れ、各領域毎の画像データの平均値が求められる。

【００１７】ここで、撮像器３，４に要求される空間分
解能について説明する。図３は、撮像器の空間分解能に
対する測定誤差をプロットしたグラフである。ここでい
う測定誤差（縦軸）は、撮像器３と同様な配置で顕微鏡
を配置して顕微鏡写真を撮影し、その写真を目視するこ
とにより凹部、凸部、傾斜部の面積率を求めてこれを基
準とし、一方、撮像器３による撮像により得られた画像
データから面積率を求めて、基準からどの程度誤差を有
するかを測定したものである。また、横軸は、ステンレ
ス鋼板１の凹凸の平均ピッチに対する撮像器３の空間分
解能を示している。

【００１８】このグラフから、撮像器３の空間分解能が
凹凸の平均ピツチ（約１００μｍ）の１／１０（１０μ
ｍ）以下であれば、誤差が許容限界以下であり、凹部、
凸部、傾斜部を十分な精度で分離することができる。次
に、撮像器により撮像された画像の画像濃度と、輝度計
で測定された光沢との関係を説明する。

【００１９】一般的に光沢と呼ばれる表面の光学的特性
は、表面からの光反射分布に対して、設定された視野立
体角の範囲に含まれる光束の量であることから、輝度計
を用いた光沢測定では輝度の測定器である輝度計の光学
的条件と一致するように撮像器の光学的条件を決定する
必要がある。即ち、その撮像器を構成する複数の受光器
それぞれが受ける反射光の光量が輝度計の受光器が受け
る反射光の光量と一致するように、輝度計の視野角と撮
像器の視野角を一致させる必要がある。

【００２０】図４は、平均画像濃度と輝度値との関係を
示すグラフである。光沢値は図示しない市販の輝度計に
より得られた値であり、平均画像濃度は、図２に示す撮
像器４を、輝度計と同じ角度から、かつ輝度計と同じ視
野角となるように配置してステンレス鋼板１を撮像した
ときに得られた画像データの平均値である。

【００２１】この図４からわかるように、輝度計と同じ
光学的条件となるように撮像器４を配置することによ
り、撮像器４により輝度計の輝度による光沢を測定する
ことができる。次に、図２に示す装置を用いた光沢測定
方法について説明する。図５は、図１にブロックで示す
光沢演算器７における、光沢を求めるための処理手順を
示すフローチャートである。

【００２２】まず、垂直方向に配置された撮像器３によ
り得られた画像から凹部，凸部，傾斜部の面積率を求め
る（図５ステップ（ａ）） 図６は、垂直方向からの撮像画像の画像濃度分布（画像
データのヒストグラム）の一例を示す図である。圧延加
工によって製造される、防眩性を重視したステンレス鋼
の、圧延加工前の表面には微細な粗さが付加されてお
り、圧延後はロールとの接触部は凹部、傾斜部となると
共に、その表面が平滑化される。このため、圧延加工後
の表面を垂直から撮像した画像では、凹部が最も明るく
撮像され、次に凸部が、そして傾斜部が最も暗く撮像さ
れる。したがって、典型的には、図６に示すような画像
濃度分布が得られ、画像濃度により凹部、凸部、傾斜部
が容易に分離でき、それぞれの部位の面積率が計算され
る。

【００２３】図６における点線１０，１１は、それぞれ
の領域を分離すためのしきい値を示しており、しきい値
１１により凹部と凸部が分離され、しきい値１０により
凸部と傾斜部が分離される。これにより、それぞれの領
域に属する画素数が求められ、それぞれの画素数によ
り、それぞれの領域の面積率が計算される。表１は、こ
の方法を用いて求めた、各領域の面積率の例である。

【００２４】

【表１】 ────────────────────────────── 凹部 凸部 傾斜部 面積率 ３１．６％ ５８．３％ １．０１％ ────────────────────────────── 次に、斜め方向から撮像する撮像器４からの画像データ
を取り込み、（１）式を用いて画像全体の平均光沢Ｌ
_ave を計算する（図５ステップ（ｂ），（ｃ））。

【００２５】 Ｌ_ave ＝（全画像濃度／全画素数）×変換係数 ……（１） ここで、変換係数は、輝度計による輝度値と画像濃度と
の関係から求められる（図４参照）。図７は、ステンレ
ス鋼板１の表面を斜め方向から撮像する撮像器４により
撮像された画像の模式図である。

【００２６】図７において、明るい順に、傾斜部、凸
部、凹部である。傾斜部と凹部、すなわちステンレス鋼
板１の、圧延ロール（図示せず）との接触部は、未圧延
部に比べて粗さが小さく、図２に示すように垂直方向か
ら光を照射して斜め方向から撮像した場合、傾斜を持つ
傾斜部は最も明るく、傾斜を持たない凹部は最も暗く撮
像される。

【００２７】次に、ステンレス鋼板１の表面を斜め方向
から撮像する撮像器４により得られた画像データの濃度
ヒストグラムを求め、そのヒストグラムに基づいて凹
部，凸部，傾斜部それぞれの平均光沢を求める（図５ス
テップ（ｄ）〜（ｆ））。図８は、ステンレス鋼板表面
を斜め方向から撮像する撮像器４により得られた画像デ
ータの濃度ヒストグラムの一例を表わした図である。

【００２８】図８に示す濃度ヒストグラム上において、
各部分の面積率が、表１の面積率と一致するようにしき
い値１２，１３を決め、その濃度ヒストグラムを３つの
部分に分割すると、各部分は、それぞれ凹部，凸部，傾
斜部に対応する。これら凹部，凸部，傾斜部それぞれに
ついて（２）式を用いて各平均光沢を計算する。 凸部光沢＝（凸部全画像濃度加算値／凸部全画素数）×変換係数 凹部光沢＝（凹部全画像濃度加算値／凹部全画素数）×変換係数 傾斜部光沢＝（傾斜部全画像濃度加算値／傾斜部全画素数）×変換係数 ……（２） ここで、変換係数は、前述したように、輝度計による輝
度値と画像濃度との関係から求まられる値である（図４
参照）。

【００２９】表２は、本実施例による分離方法を用いて
計算した平均光沢の例である。

【００３０】

【表２】

【００３１】これらの結果より、上述した実施例の手法
により、斜め方向から見た表面の光学特性である、平均
的な光沢値、凹部の光沢値、凸部の光沢値、および傾斜
部の光沢値が分離して測定できることがわかる。このよ
うに、上述の実施例によれば、従来輝度計による平均輝
度を用いた光沢のみでしか測定、評価できなかったステ
ンレス鋼板の表面の光学的特性が、その平均輝度を用い
た光沢に加え、表面の凹部、凸部、傾斜部それぞれの光
沢を互いに分離して測定することができるようになり、
その結果、各工程における製造条件が製品の光沢に及ぼ
す影響を定量的に把握することが可能となり、製品品質
の向上、製品歩留りの大幅な向上が可能となる。

【００３２】また、上述の実施例において、斜め方向の
撮像器４の撮像角度を変更することにより、需要家の要
求に合致した光学条件での光学的特性を測定、評価する
ことができ、製品供給前の需要家との品質及び製造条件
の決め込みの工数を大幅に短縮することができる。尚、
上述の実施例では、垂直方向に配置した撮像器３により
得られた画像データのみに基づいて、ステンレス鋼板１
の表面を凹部、凸部、傾斜部の３つの部分に分けたが、
例えば、傾斜部は、凹部および凸部と比べ極端に光沢が
高く、斜め方向に配置した撮像器４で得られた画像デー
タに基づいて傾斜部を抽出することができる場合もあ
る。そこで、例えば垂直方向から撮像する撮像器３で得
られた画像データに基づいて凹部と凸部とに二分し、斜
め方向から撮像する撮像器４で得られた画像データに基
づいて、さらに傾斜部を分離するというように、二台の
撮像器３，４による双方の画像データを用いて凹部，凸
部，傾斜部に分離してもよい。あるいは、凹部，凸部，
傾斜部の３つの領域には分離せず、傾斜部を含む凹部と
凸部との２つの領域に分離するだけであっても従来より
も格段に情報量が増え、異常時の原因の推定に役立つ。

【００３３】また、上述の実施例では垂直方向から撮像
する撮像器３と斜めから撮像する撮像器４が備えられて
いるが、これら二台の撮像器３，４の配置位置は、上述
の実施例における配置に限られるものではなく、例えば
二台とも斜めに、ただし互いに異なる角度に配置しても
よい。また、本発明の金属表面性状測定方法は、垂直方
向に撮像器を配置するものである必要はなく、例えば前
述したように顕微鏡写真撮影を行なってその写真から各
部の面積率を求めてもよく、あるいは三次元形状測定器
を用いて表面形状を直接測定することにより、表面を複
数の領域に分けて各領域の面積率を求めてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、金属表
面をその形状により複数の領域に分け、各領域毎の面積
率を求めるとともに、各領域毎の代表データ値を求める
ものであるため、異常時の原因の推定が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステンレス鋼板の表面の凹凸形状を示す斜視図
（Ａ）および断面図（Ｂ）である。

【図２】本発明の金属表面性状測定装置の一実施例の構
成を示す模式図である。

【図３】撮像器の空間分解能に対する測定誤差をプロッ
トしたグラフである。

【図４】平均画像濃度と輝度計による輝度値との関係を
示すグラフである。

【図５】図１にブロックで示す光沢演算器における光沢
を求めるための処理手順を示すフローチャートである。

【図６】垂直方向からの撮像画像の画像濃度分布（画像
データのヒストグラム）の一例を示す図である。

【図７】ステンレス鋼板の表面を斜め方向から撮像する
撮像器で撮像された画像の模式図である。

【図８】ステンレス鋼板表面を斜め方向から撮像する撮
像器により得られた画像データの濃度ヒストグラムの一
例を表わした図である。

【符号の説明】 １ ステンレス鋼板 ２ 落射型光源 ３，４ 撮像器 ７ 光沢演算器 ８，９ 拡大レンズ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属表面が、該金属表面の形状により複
   数に分類されてなる各領域それぞれの面積率を求め、 前記金属表面を撮像器により撮像して得た撮像データ
   を、前記面積率に基づいて複数のデータ値領域に分け、
   各データ値領域毎の代表データ値を求めることを特徴と
   する金属表面性状測定方法。
2. 【請求項２】 前記撮像器が前記金属表面を睨む方向と
   は異なる方向から前記金属表面を観察したときの、該金
   属表面の形状に起因する、該金属表面の画像濃度分布に
   基づいて、該金属表面を複数の領域に分類することを特
   徴とする請求項１記載の金属表面性状測定方法。
3. 【請求項３】 前記金属表面の形状を三次元形状測定器
   を用いて測定し、この測定された金属表面の形状に基づ
   いて該金属表面を複数の領域に分類することを特徴とす
   る請求項１記載の金属表面性状測定方法。
4. 【請求項４】 測定対象とする金属表面を照明する照明
   光源と、 前記金属表面を第１の方向から撮像して第１の撮像デー
   タを得る第１の撮像器と、 前記金属表面を第２の方向から撮像して第２の撮像デー
   タを得る第２の撮像器と、 前記第１の撮像データに基づいて、もしくは前記第１の
   撮像データと前記第２の撮像データとの双方に基づい
   て、前記金属表面が、該金属表面の形状により複数に分
   類されてなる各領域それぞれの面積率を求める面積率演
   算部と、 前記面積率に基づいて前記第２の撮像データを複数のデ
   ータ値領域に分け、各データ値領域毎の代表データ値を
   求める代表値演算部とを備えたことを特徴とする金属表
   面性状測定装置。
5. 【請求項５】 前記第１の撮像器が、前記金属表面を、
   該金属表面に対し垂直な方向から撮像するものであり、
   前記第２の撮像器が、前記金属表面を、該金属表面に対
   し斜めの方向から撮像するものであることを特徴とする
   請求項４記載の金属表面性状測定装置。