JPH09141149A - 自動塗装機の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フィードバック制御を行なう自動塗装機の制御
において、塗装面の品質が不良である場合、不良となっ
た品質要因が不明であるために塗装状態に合った正確な
フィードバック制御を行なうことが困難であった。 【解決手段】 空調された塗装ブース内に搬入した被塗
装物を自動塗装機により塗装するに際し、自動塗装機に
より所定の塗装条件下で塗装された被塗装物の塗装面の
塗装品質とこれを左右する品質要因を検知し、塗装品質
の計測値と予め設定された品質基準値の差、および品質
要因の計測値と予め設定された要因基準値の差に基づい
て得た補正の指令により自動塗装機を制御する自動塗装
機の制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被塗装物を自動的
に塗装するのに用いられる自動塗装機の制御方法および
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来において、例えば自動車の車体塗装
では、自動塗装機により塗装を行い、塗装後に長時間を
かけて塗料を乾燥させたのち、乾燥後の塗装の鮮映性
（平滑性、肉持ち性、光沢度）を検査して塗装品質を評
価することが行われている。そして、自動塗装機の制御
としては、図２０に示すように、ブロック１０１に示す
自動車ボディ等である被塗装物の鮮映性（平滑性）をブ
ロック１０２における平滑性計測手段で評価した後、ブ
ロック１０３における塗装品質判定手段において鮮映値
と所定の基準値とを比較し、鮮映値と基準値がずれてい
る場合には、ブロック１０４における塗装条件制御手段
により、鮮映性が基準値となるようにブロック１０５の
自動塗装機の塗装制御条件（吐出量など）を補正するこ
ととなっていた。

【０００３】この場合、被塗装物の塗装を行う塗装ブー
スの空調精度がある程度大まかであっても、被塗装物の
塗装面の鮮映性（平滑性）の品質を一定に維持すること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、被
塗装物の塗装品質の良否を決める品質要因としては、塗
料吹付け後の塗料の非揮発性成分（以下、「塗着Ｎ．
Ｖ」とする）または塗着粘度、塗膜厚、塗粒子の微粒化
度、さらに各種塗装ガンの吹付け条件や塗装の焼き付け
条件等が挙げられる。そして、これらの品質要因のう
ち、塗着Ｎ．Ｖ（塗着粘度）、塗膜厚および塗粒子の微
粒化度は重要な品質要因であり、これらの品質要因をで
きるだけ塗布直後に精度良く定量的に把握する必要があ
り、とくに、自動化ラインで次々に塗装を行うような場
合には、塗装状態の良否をできるだけ精度良く計測し、
速やかに塗装機にフィードバックして次の塗装条件を改
善し、常に最良の塗装状態に保つ必要がある。

【０００５】しかしながら、上記したような従来の自動
塗装機の制御にあっては、被塗装物の塗装品質として鮮
映性（平滑性）のみを計測し、その測定した鮮映値が所
定の基準値からずれている場合に、鮮映性が基準値とな
るように自動塗装機の塗装制御条件を補正することとな
っていたため、 （１）被塗装物の塗装品質の鮮映性（平滑性）が不良の
場合、その原因が塗着Ｎ．Ｖの高過ぎによるものなのか
塗膜厚の薄過ぎによるものなのか等が不明であって、不
良の塗装状態に合わせた正確なフィードバック制御をす
ることができない。

【０００６】（２）塗装品質の鮮映性（平滑性）が良好
の場合でも塗膜の厚すぎによる過剰品質、塗着Ｎ．Ｖの
低過ぎによる塗膜の垂れ、微粒化度の小さすぎによる塗
着効率の低下等が生じていることがあり、この点につい
ても現状では塗装状態に合わせた正確なフィードバック
制御をすることができない。

【０００７】という問題があり、これらの問題点を解決
することが課題であった。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、上記のごとき従来の課題に着
目して成されたもので、塗装品質（鮮映性）および品質
要因（塗着Ｎ．Ｖ、微粒化度、塗膜厚）を計測すること
により、被塗装物の塗装状態に合わせた正確なフィード
バック制御をすることができ、安定した塗装品質の確保
および塗着効率の向上を実現することができる自動塗装
機の制御方法および制御装置を提供することを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる自動塗装
機の制御方法は、空調された塗装ブース内に搬入した被
塗装物を自動塗装機により塗装するに際し、自動塗装機
により所定の塗装条件下で塗装された被塗装物の塗装面
の塗装品質とこれを左右する品質要因を検知し、塗装品
質の計測値と予め設定された品質基準値の差、および品
質要因の計測値と予め設定された要因基準値の差に基づ
いて得た補正の指令により自動塗装機を制御する構成と
しており、上記の構成を課題を解決するための手段とし
ている。

【００１０】本発明に係わる自動塗装機の制御装置は、
図１に基づいて説明すると、空調された塗装ブース内に
搬入した被塗装物を自動塗装機により塗装する際の制御
装置において、自動塗装機（ブロック５）により所定の
塗装条件下で塗装された被塗装物（ブロック１）の塗装
面の塗装品質とこれを左右する品質要因を検知する塗装
状態計測手段（ブロック２）と、塗装状態計測手段によ
って検知された塗装品質の計測値を予め設定された品質
基準値と比較し、検知された計測値が品質基準値とずれ
ている場合に、その計測値と品質基準値の差、および塗
装状態計測手段によって検知された品質要因の計測値と
予め設定された要因基準値の差に基づいて塗装条件の補
正を指令する塗装条件判定手段（ブロック３）と、塗装
条件判定手段からの補正指令に基づいて塗装面の塗装品
質が基準となるように自動塗装機を制御する塗装条件制
御手段（ブロック４）を備えた構成としており、上記の
構成を課題を解決するための手段としている。

【００１１】また、本発明に係わる自動塗装機の制御装
置は、請求項３として、請求項２に記載の塗装状態計測
手段が、塗装品質である塗装表面の鮮映性と、品質要因
である塗膜の非揮発性成分、付着粒子の微粒化度および
塗膜厚を計測する手段である構成とし、請求項４とし
て、請求項２および３に記載の塗装状態計測手段が、塗
料の非揮発性成分等の塗料条件を入力する塗料条件入力
手段と、塗装ガン吹き付け時の塗料の微粒化演算手段
と、塗料のシンナー蒸発量を入力するシンナー蒸発量入
力手段と、塗料条件入力手段からの非揮発性成分、微粒
化演算手段からの微粒化度、およびシンナー蒸発量入力
手段からのシンナー蒸発量に基づいて自動塗装機により
所定の塗装条件下で塗装された被塗装物の塗布直後の非
揮発性成分を算出する第１の塗着Ｎ．Ｖ演算手段１と、
第１の塗着Ｎ．Ｖ演算手段で算出された塗布直後の塗膜
面の非揮発性成分と塗料条件入力手段からの塗料種情報
に基づいて塗布直後の塗膜面の塗料密度を算出する塗料
密度演算手段と、測定までの時間を入力する測定時間入
力手段と、塗膜面の膜厚を入力する膜厚入力手段と、膜
厚入力手段からの膜厚情報、シンナー蒸発量入力手段か
らのシンナー蒸発量および測定時間入力手段からの測定
時間情報に基づいて塗布後の塗膜面の非揮発性成分を算
出する第２の塗着Ｎ．Ｖ演算手段を備えている構成と
し、請求項５として、請求項３に記載の微粒化演算手段
が、塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面を撮像する撮
像手段と、撮像手段からの画像情報を画像処理する画像
処理手段と、画像処理手段で処理された画像処理データ
に基づいて塗装表面の凹凸波形の波長分布を算出する波
長分布演算手段を備え、波長分布演算手段で算出された
波長分布に基づいて塗料粒子の微粒化度を算出する手段
である構成とし、請求項６として、請求項２および３に
記載の塗装状態計測手段が、塗料の粘度等を入力する塗
装条件入力手段と、塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表
面を撮像する撮像手段と、撮像手段からの画像情報を画
像処理する画像処理手段と、画像処理手段で処理された
画像処理データに基づいて塗装表面の粗さを算出する表
面粗さ演算手段を備え、表面粗さ演算手段で演算された
粗さ度と粗さ度の時間変化量と波長分布演算手段で算出
された波長と塗装条件入力手段からの塗装条件から塗装
膜厚を算出する手段である構成とし、請求項７として、
請求項２および３に記載の塗装状態計測手段が、塗料を
塗布した直後の未乾燥塗装表面を撮像する撮像手段と、
撮像手段からの画像情報を画像処理する画像処理手段
と、画像処理手段で処理された画像処理データに基づい
て塗装表面の粗さを算出する表面粗さ演算手段を備え、
表面粗さ演算手段で算出された粗さ度から塗膜表面の鮮
映性を算出する手段である構成とし、請求項８として、
請求項４に記載の塗着Ｎ．Ｖ演算手段が、塗料条件入力
手段の塗料の非揮発性成分とシンナー蒸発量入力手段の
塗料のシンナー蒸発量と微粒化演算手段の塗料粒子径か
ら求めた塗料粒子の表面積の関係から塗布直後の塗膜面
の非揮発性成分を算出する手段である構成とし、請求項
９として、請求項５に記載の波長分布演算手段が、塗装
表面の凹凸波形のパワースペクトルにおける長波長領域
のピーク波長を求める手段であり、微粒化演算手段が、
長波長領域のピーク波長の値と予め定めた塗料粒子径と
の関係から塗料粒子径を算出してそれを微粒化度とする
手段である構成とし、請求項１０として、請求項２およ
び３に記載の塗装状態計測手段が、塗装品質である塗装
表面の鮮映性と、これを左右する品質要因である塗膜の
非揮発性成分と付着粒子の微粒化度と塗膜厚等を同一の
撮像手段および同一の画像処理手段で計測する手段であ
る構成とし、請求項１１として、請求項２〜４，５，６
および１０に記載の塗装状態計測手段を複数備え、これ
らの塗装状態計測手段を被塗装物の塗装面の複数箇所に
配置した構成とし、請求項１２として、塗装中に被塗装
物を移動させるコンベアと、コンベアスピード制御手段
を備え、塗装品質の計測値と品質基準値の差および塗膜
厚の計測値と設定した膜厚基準値の差に基づいてコンベ
アスピードを制御する構成としており、上記の構成を課
題を解決するための手段としている。

【００１２】

【発明の作用】本発明に係わる自動塗装機の制御方法お
よび制御装置では、塗装品質および品質要因を計測し、
これらの計測値に基づいて自動塗装機のフィードバック
制御を行うことにより、塗装品質が不良となった品質要
因を把握して、その品質要因を解消する正確なフィード
バック制御を行い、これにより塗装品質を高めることと
なる。

【００１３】

【実施例】図２は本発明の第１の実施例を示す図であ
り、本発明を車体の自動塗装ラインに適用した場合を示
すブロック図である。

【００１４】被塗装物１は、上塗り塗装工程における自
動車のボディであって、塗装ライン上を所定の速度で移
動しながら塗装される。自動塗装機（塗装ガン）５の制
御装置は、塗布直後の被塗装物１の塗装状態すなわち塗
装品質（鮮映性）とこれを左右する品質要因（塗着Ｎ．
Ｖ、微粒化度、塗膜厚）を同時に計測する塗装状態計測
手段１と、塗装状態計測手段１からの鮮映性の計測値を
予め設定された品質基準値と比較し、計測値が品質基準
値とずれている場合は、同基準値との差、および塗装状
態計測手段により同時に検知された品質要因（塗着Ｎ．
Ｖ、微粒化度、塗膜厚）の計測値と所定の要因基準値と
の差に見合った塗装条件の補正を指令する塗装条件判定
手段２と、塗装条件判定手段２からの補正指令に基づい
て自動塗装機５の塗装条件を変更する塗装条件制御手段
４を備えている。自動塗装機５は、塗装条件制御手段４
からの制御信号に基づき、次の被塗装物１への塗装を行
う。

【００１５】上記の制御装置における塗装状態計測手段
２は、図３に示すように、被塗装物１の塗装表面に対す
る撮像手段６、画像処理手段７、塗装表面の凹凸波形の
パワースペクトルにおける長波長領域のピーク波長を求
める波長演算手段８、波長平均処理手段９、塗料吹き付
け時の微粒化度を算出する微粒化演算手段１０、第１の
塗着Ｎ．Ｖ演算手段１１、塗布直後の塗膜面の塗料密度
を算出する塗料密度演算手段１２、第２の塗着Ｎ．Ｖ演
算手段１３、塗装条件入力手段１５、塗料の非揮発性成
分等を入力する塗料条件入力手段１６、シンナー蒸発量
入力手段１７、測定までの時間を入力する計測時間入力
手段１８、表面粗さ演算手段１９、膜厚演算手段２０、
および鮮映性演算手段１２を備えている。

【００１６】次に、塗装状態計測手段２の塗着Ｎ．Ｖ演
算手段１１，１３における塗膜面の塗着Ｎ．Ｖの演算原
理とシンナー蒸発量入力手段１７におけるシンナー蒸発
量演算とについて説明する。

【００１７】図４は、塗装ガン（自動塗装機５）から噴
射された塗料粒子が被塗装面に付着するまでの状況を示
す図である。塗料粒子からは飛行中および付着後に溶剤
（揮発性成分）が蒸発し、塗膜が完全に乾燥した状態で
は非揮発性成分のみが残ることになる。なお、塗料が塗
装ガンから噴射された時点から被塗装物１に付着するま
での時間は、塗装ガンと被塗装体との距離によって変わ
るが、一般に、０．１秒〜０．５秒である。

【００１８】上記のごとき状況において、付着直後の塗
着Ｎ．ＶをＸ_１とすれば、Ｘ１は下記数式１で与えられ
る。

【００１９】

【数式１】 また、上記のシンナー蒸発速度Ｖは、下記数式２で与え
られる。

【００２０】

【数式２】 また、塗料粒子の質量Ｍ_１は、下記数式３で与えられ
る。

【００２１】

【数式３】 また、塗料粒子表面積Ｓ_１は、下記数式４で与えられ
る。

【００２２】

【数式４】 したがって、上記の数式３、数式４を数式１に代入する
ことにより、塗着Ｎ．Ｖ＝Ｘ_１（％）を表す数式として
下記数式５が得られる。

【００２３】

【数式５】 単位面積当たりのシンナー蒸発量は、蒸発速度Ｖ×時間
ｔで示される。このシンナー蒸発量Ｖｔを上記数式１と
数式５から求めると、下記数式６に示すようになる。

【００２４】

【数式６】 なお、シンナー蒸発量Ｖｔは上記数式２に示すように、
塗装前の塗料のＮ．Ｖ（塗料濃度）Ｘ_０とシンナー混合
比Ｃと温度Ｔとの関数であるから、それらの諸量との関
係を予め実験で求めて記憶しておき、これを読み出して
用いればよいが、上記数式６から求めてもよい。

【００２５】上記数式５に示すように、塗装条件が一定
であれば、付着後の塗着Ｎ．Ｖは、シンナー蒸発量Ｖｔ
と塗料粒子径Ｒと塗料密度ρ_０から演算で求めることが
できる。図３の実施例においては、シンナー蒸発量Ｖｔ
はシンナー蒸発量入力手段１７から入力した値を用い、
塗料粒子径Ｒは微粒化演算手段１０で求めた値を用い、
塗料密度ρ_０は塗装条件入力手段１５から入力した値を
用いる。

【００２６】次に、撮像手段６について説明する。図５
は、撮像手段６の一例を示す断面図である。

【００２７】撮像手段６の基本的構成は、光源３１、明
暗パターン板３２、反射鏡３３、レンズ３４、ＣＤＤカ
メラ３５から成る。上記の明暗パターン板３２は、所定
間隔（例えば１ｍｍ間隔）で直線状のスリットが設けら
れた不透明（または透明板に所定間隔で不透明なストラ
イブパターンを印刷したもの）である。そして光源３１
空の平行光線を上記明暗パターン板３２と反射鏡３３と
レンズ３４とを介して塗装面の斜め方向から照射するこ
とにより、被塗装物１上にスリットに対応した縞模様を
つくる。この縞模様は、被塗装体上の凹凸に応じて歪ん
だ波形（例えば図６のごとき）となる。その反射光をＣ
ＣＤカメラ３５で撮像し、上記の歪んだ縞模様、すなわ
ち表面粗さの情報を入力するようになっている。

【００２８】上記のごとき縞模様の画像情報を画像処理
し、パワースペクトル周波数分析（例えば高速フーリエ
変換処理：ＦＦＴ）を行なってパワースペクトルＰＳを
求める。

【００２９】図７は、上記パワースペクトルＰＳの周波
数特性図であり、縦軸はパワースペクトルＰＳ、横軸は
周波数ｆ（波長λの逆数、ｆ＝１／λ）である。

【００３０】図７において、第１のピーク波形は、前
記スリットに対応した基本縞による基本波形のパワース
ペクトル、第２のピーク波形は、塗装表面の凹凸波形
の長波長領域（１０〜１ｍｍ程度）に対応したパワース
ペクトル、、第３のピーク波形は、凹凸波形の中波長
領域（１〜０．１ｍｍ程度）に対応したパワースペクト
ル、第４のピーク波形は、凹凸波形の短波長領域
（０．１ｍｍ以下）に対応したパワースペクトルを示
す。

【００３１】上記のパワースペクトル波形において、凹
凸波形の長波形領域のピーク波長、すなわち第２のピー
ク波形のピーク値に対応した波長λｐは、後記のごと
く微粒化度と相関性があり、それによって微粒化度を測
定することができる。

【００３２】図３の実施例においては、画像処理手段７
と波長演算手段８とで上記のごとき画像処理とパワース
ペクトルの演算を行なっている。

【００３３】次に、波長平均処理手段９では、次のごと
き処理を行なう。

【００３４】一般に、自動車の車体塗装のような塗装自
動化ラインでは、上塗り、中塗り、或いは塗装色の違い
等のように、色々な塗料を用いるため、その塗料の種類
に応じた条件を入力する必要がある。また、車体のよう
な大型の被塗装体の場合には、吹き付け面積が大きいた
め、塗装部位によっては塗装条件が必ずしも均一になら
ない場合がある。したがって精度のよい計測を行なうた
めには、塗装表面の複数個所を撮像し、それらの各部位
におけるピーク波長λｐの平均値を用いて微粒化演算や
膜厚演算を行なうことが望ましい。

【００３５】図３の実施例は、上記の理由により、撮像
手段６では塗装面の複数個所の撮像を行なってその画像
情報を順次演算処理し、求められた複数のピーク波長λ
ｐを波長平均処理手段９で平均化した値を微粒化演算手
段１０へ送る。また、塗装条件入力手段１５を設けて塗
装の種類等に応じた情報を入力し、微粒化演算手段１０
では、上記の平均化したピーク波長λｐの値と塗装条件
とに応じて微粒化度を演算するように構成している。

【００３６】次に、微粒化演算手段１０における微粒化
度計測の原理について説明する。

【００３７】先ず、図８に基づいて、塗装時における塗
装面への塗料粒子の付着と塗装膜面の形成過程について
説明する。

【００３８】図８（ａ）に示すように、塗装ガンから塗
装面へ向けて微粒化した塗料粒子を吹き付ける。この
際、塗料粒子の平均粒子径は、基本的は、塗装条件であ
る塗料速度（下記、、）と空気速度（下記）と
塗料物性（下記）によって決まる。ただし、上記の
〜は次の通りである。

【００３９】 塗装ガンの吐出量 塗装ガンのベル回転数 印加電圧 エア圧 塗料物性（粘度、表面張力、密度） なお、ベル回転数とは塗料を微粒化する回転体の回転数
であり、印加電圧とは塗料粒子の静電気を付加するため
に印加する静電圧（５０ｋＶ程度）であり、エア圧と
は、塗料粒子が周辺に飛散しないように周囲に気流の壁
を作るための気圧である。

【００４０】上記のようにして吹き付けられた塗料粒子
は、塗装面に衝突し、つぶれた形で付着する。

【００４１】次に、図８（ｂ）に示すように、塗膜形状
の初期には、付着した小さな塗料粒子が大きな塗料粒子
に結合され、より大きな粒子を形成する。そして、さら
に粒子の結合が進み、表面張力と境界張力とによって初
期の塗膜面が形成される。

【００４２】上記のように粒子の付着と結合によって塗
膜が形成されていくため、初期の塗膜表面状況は大きな
塗装粒子の粒子径ｒ、粒子衝突速度ｖｘ、塗料物性（表
面張力γ、粘度η）等に依存する。例えば、上塗り塗料
の場合、初期塗膜表面の凹凸の高さは数〜数十μｍ程度
であり、また、凹凸の波長分布は３〜６ｍｍ程度の長波
長領域が支配的であることが確認された。そして上記の
長波長領域のピーク波長λと大きな塗料粒子の粒子径ｒ
とには相関性があることが実験によって確認された。

【００４３】次に、図８（ｃ）に示すように、上記の初
期塗膜形成後の塗膜表面は、レベリング力（表面張力γ
と重量ｇとの合成力）によって次第に平坦化して行く。
この平坦化速度は上記のレベリング力と塗料物性（表面
張力γ、粘度η）および膜厚ｈによって決定される。例
えば、上塗り塗料の場合、平坦化速度は時定数で数十秒
〜数百秒であることが確認されている。

【００４４】次に、塗料粒子径と塗膜面の凹凸との関係
について図９〜図１２に基づいて詳細に説明する。

【００４５】図９に示すように、塗装ガンから吹き付け
られた塗料粒子の粒子径をｒとし、それが付着した付着
粒子の幅をλ／２、厚さ（ピーク値）をｈとすれば、波
長λの凹凸を持つ塗膜面が形成される。なお、上記付着
粒子の幅λ／２の波長λとの関係は、実験的に求められ
たものであり、ほぼこの程度の値になることが確認され
ている。

【００４６】上記の場合における塗料粒子径ｒは、下記
数式７で示される。

【００４７】

【数式７】 上記の理論式をグラフに示すと、図１０の破線で示すご
とき曲線となる。しかし、実際には、付着粒子の結合が
あるため、図１０の実線で示すような特性となる。この
実験で求めた特性を数式で示すと、下記数式８のように
なる。

【００４８】

【数式８】 上記のごとき実験で求めた凹凸のピーク波長λｐと塗料
粒子径ｒとの関係を、付着粒子の結合を考慮して解析す
る。

【００４９】まず、図１１に示すように、付着粒子径Ｒ
は、塗布時間が大きくなるに従って順次大きくなる。こ
の関係を数式で示すと下記数式９のように成る。

【００５０】

【数式９】 なお、図１１において、塗布時間とは１ケ所に塗布する
持続時間であり、初期粒子径とは付着前の塗料粒子径で
あり、付着粒子径とは最初に付着したときの粒子径であ
る。この付着粒子径Ｒは塗布時間が長くなるに従って順
次塗布される粒子が係合するので次第に大きくなる。

【００５１】また、図１２は、塗布時間と塗膜面の凹凸
波長との関係を、実測値（破線）と周波数解析によるパ
ワースペクトルから求めた結果とについて比較した特性
図である。同図１２から判るように、パワースペクトル
から求めた値は実測値によく一致している。したがって
パワースペクトルから求めた凹凸波長（前記長波長のピ
ーク波長λｐ）を用いて付着粒子径Ｒを求めることがで
きる。さらに、自動塗装機においては、塗布時間は一定
であるから、下記数式１０によって塗料粒子径ｒも求め
ることができる。

【００５２】

【数式１０】 上記のごとき考察により、基本的には前記数式８によ
り、パワースペクトルから求めた凹凸の長波長領域のピ
ーク波長λｐを用いて、塗料粒子径ｒを求めることがで
きる。具体的には、実験で前記図１０の特性を求め、そ
れから数式８の各係数ｋｓ、ａ，βを予め求めておけ
ば、撮像画像から求めたピーク波長λｐを用いて塗料粒
子径ｒを求めることができる。

【００５３】なお、塗料粒子の粒子径ｒは塗料の微粒化
の程度に対応しているから、塗料粒子の粒子径ｒをその
まま用いて微粒化度を表してもよいし、或いはｒの逆
数、もしくは基準値との百分率などを用いて微粒化度を
表すこともできる。

【００５４】次に、表面粗さ演算手段１９と膜厚演算手
段２０における膜厚演算について説明する。

【００５５】図１３は、塗装後の塗膜の断面図である。
塗装直後には、（ａ）に示すように、塗装表面は初期の
付着粒子の結合によって凹凸状態になっている。そして
時間の経過と共に、（ｂ）に示すように、レベリング力
によって次第に平滑化され、最終的には、（ｃ）に示す
ように、平滑化状態となる。本実施例においては、この
ような平滑化減少に着目し、ウエット状態における塗装
表面の凹凸状態を測定し、それによって平滑化後、或い
は乾燥後の塗装膜厚を算出するものである。

【００５６】上記のごときウエット状態における凹凸状
態を測定するには、光干渉式表面粗さ計など種々の方法
（例えば「機械工学便覧 日本機械学会１９８９年９月
３０日 新版３刷発行 Ｂ２編 ２０７頁〜２０８頁」
に記載）があるが、ここでは撮像手段６で塗装表面を撮
像し、その情報を画像処理する方法について説明する。

【００５７】まず、パワースペクトル積分値Ｐによる平
滑化特性を説明すると、表面の凹凸（ピーク・ツウ・ピ
ーク値）の面積平均値に相当する表面粗さＲ_ａとパワー
スペクトル積分値Ｐとは、図１４に示すような関係にあ
り、下記数式１１、数式１２に示す関係がある。

【００５８】

【数式１１】

【００５９】

【数式１２】 ただし、上式において、Ｑは粗さ補正値、ｋは粗さ変換
係数である。

【００６０】パワースペクトル解析値による平均化理論
式の導出では、まず、ウエット塗膜平均化理論式（近似
式）として、表面粗さ度Ｒ_ａは下記数式１３で表され
る。

【００６１】

【数式１３】 ただし、Ｒ_ａ０はＲ_ａの初期値（時点０すなわち塗装直
後の値）、ｔは塗装後の経過時間である。また、τは粘
性流体の基本式から導出された時定数であり、後記数式
１８に示すごときものである。

【００６２】上記数式１２を数式１３に代入すると、下
記数式１４が得られる。

【００６３】

【数式１４】 ただし、Ｐ_０はＰの初期値（時点０における値）であ
り、Ｑ_０はＱの初期値である。

【００６４】上記数式１４において、Ｐ、Ｐ_０をそれぞ
れの補正値Ｑ、Ｑ_０を含んだ値として、（Ｐ_０−Ｑ_０）
→Ｐ_０、（Ｐ−Ｑ）→Ｐと示せば、数式１４は下記数式
１５のように表せる。

【００６５】

【数式１５】 また、時定数τは下記数式１６で示される。

【００６６】

【数式１６】 ただし、ηは塗料の粘度、λは前記の長波長領域のピー
ク波長、γは塗膜の表面張力、ｈはウエット状態におけ
る膜厚（撮像部分の平均値）である。

【００６７】以上から、パワースペクトル解析値による
塗装膜厚ｈは、下記数式１７で示すようになる。

【００６８】

【数式１７】 ただし、Ｐ_１は時点ｔ_１におけるパワースペクトル積分
値Ｐの値、Ｐ_２は時点ｔ_２（ただし−_１＜ｔ_２）におけ
るＰの値である。なお、τ´_ｉは下記数式１８で示され
る。

【００６９】

【数式１８】 ただし、ｉ＝１，２であり、η（ｔｉ）は塗料の粘度が
塗装後の経過時間の関数であることを示す。すなわち、
塗装条件入力手段１５から入力するのは、塗装前におけ
る塗料の粘度ηであるが、塗装後の塗着粘度は、塗装後
の経過時間に応じて変化する値η（ｔ_ｉ）となる。この
値は、塗料組成（塗料内の揮発成分の割合等）や風速な
どによって定まる値である。

【００７０】上記数式１７から判るように、塗料の粘度
η、塗膜の表面張力γ、凹凸波形の長波長領域のピーク
波長λ、塗装後の２つの時点ｔ_１、ｔ_２におけるパワー
スペクトル積分値Ｐの値から、ウエット状態における膜
厚ｈを求めることができる。上記の各数値のうち、塗料
の粘度ηと塗膜の表面張力γは、塗料の特性によって定
まる値であるから、予め判っている値を入力し、長波長
領域のピーク波長λとパワースペクトル積分値Ｐの値
は、前記画像情報を処理した値を用いる。

【００７１】図１５は、上記数式１７を用いた平滑化理
論値と測定値を比較したウエット平滑化特性（パワース
ペクトル積分値Ｐ）を示す特性図である。図１５におい
て、横軸は塗装後の経過時間、縦軸はパワースペクトル
積分値Ｐである。

【００７２】上記の測定は、塗布直後の画像を撮像手段
６で撮影し、パワースペクトル解析を行ったものであ
る。図１５から、測定値は理論値とほぼ一致した平滑化
特性となっていることがわかる。

【００７３】また、表１は、膜厚６０μｍと５４μｍの
２つのサンプルに対して、上記数式１７の推定式を用い
て膜厚ｈを計測した結果を示す表である。

【００７４】表１に示すように、数μｍの精度で計測可
能であることが判る。

【００７５】

【表１】

【００７６】図３の実施例においては、撮像手段６、加
増処理手段７、波長演算手段８、表面粗さ演算手段１
９、膜厚演算手段２０において、上記のごとき処理を行
ない、撮像個所の膜厚ｈを求める。

【００７７】また、前記数式１７においては、塗装後の
２つの時点ｔ_１とｔ_２における２つの値Ｐ_１、Ｐ_２を用
い、粗さ情報の時間変化量を用いて演算している。その
ため、塗装後の２つの時点で同一個所を撮像する必要が
ある。このためには、塗装ライン上の車体の移動に合わ
せて撮像手段６を移動させる必要があるので、装置が複
雑になる。それを避けるためには、次のような方法があ
る。すなわち、被塗装体である車体の他に、テストピー
スを用意して被塗装体と同じ条件で塗装を行ない、時点
ｔ_１（例えばｔ_１＝１０秒、ｔ_１＜ｔ_２）における値Ｐ
_１は、テストピースの画像情報を処理して求めた値を用
いるようにする。このようにすれば、撮像手段６は時点
ｔ_２（例えば塗装１〜２分後）において１回のみの撮像
を行なえばよい。

【００７８】次に、塗装条件判定手段３の作用を図１７
に基づいて説明する。

【００７９】塗装条件判定手段３は、ステップＳ１にお
いて、塗装品質が不良すなわち平滑性Ｈの測定値が下限
値（Ｈｍｉｎ）以下（ＮＧ）の場合には、ステップＳ２
において品質補正係数ΔＨ＝１としたのち、ステップＳ
３において、品質要因の微粒化度Ｒを上下限の設定管理
幅（Ｒｍａｘ，Ｒｍｉｎ）と比較し、微粒化度Ｒが上下
限の設定管理幅以外（ＮＧ）であれば、ステップＳ４に
おいて、所定値Ｒ_０との差に見合ったΔｒ＝Ｋｒ（Ｒ−
Ｒ_０）を塗装機への回転数補正値とし、その補正値を塗
装条件制御手段４に送る。また、ステップＳ５におい
て、塗膜厚ｈが上下限の設定管理幅以外（ＮＧ）であれ
ば、ステップＳ６において、所定値ｈ_０との差に見合っ
たΔＴ＝Ｋｔ（ｈ−ｈ_０）を自動塗装機５への吐出量補
正値とし、さらに、ステップＳ７において、塗着Ｎ．Ｖ
（Ｎ）が上下限の設定管理幅以外（ＮＧ）であれば、ス
テップＳ８において、所定値Ｎ_０との差に見合ったΔＣ
＝Ｋｃ（Ｎ−Ｎ_０）を塗料シンナー条件の補正値とす
る。

【００８０】次に、塗装品質が良すなわち平滑性Ｈの測
定値が下限値（Ｈｍｉｎ）以上（ＯＫ）の場合には、ス
テップＳ９において品質補正係数ΔＨ＝Ｈ−Ｈ_０とした
のち、ステップＳ１０において品質要因の微粒化度Ｒが
下限の設定値（Ｒｍｉｎ）以下（ＮＧ）であれば、微粒
化度が低く塗着効率低下と判断して、先のステップＳ１
４において、平滑性Ｈと所定値Ｈ_０との差（ΔＨ＝Ｈ−
Ｈ_０）と微粒化度Ｒと所定値Ｒ_０との差に見合ったΔｒ
＝ΔＨ×Ｋｒ（Ｒ−Ｒ_０）を塗装機への回転補正値と
し、その補正値を塗装条件制御手段４に送る。

【００８１】また、ステップＳ１１において、塗膜厚ｈ
を設定値（ｈ_０）と比較し設定値以上（ＮＧ）であれ
ば、塗装の厚塗り状態と判断し、ステップＳ６において
平滑性Ｈと所定値Ｈ_０との差（ΔＨ＝Ｈ−Ｈ_０）と塗膜
厚ｈと所定値Ｒ_０との差の見合ったΔＴ＝ΔＨ×Ｋｔ
（ｈ−ｈ_０）を自動塗装機５への吐出量補正値とし、さ
らに、ステップＳ１２において、塗着Ｎ．Ｖ（Ｎ）が下
限の設定値（Ｎｍｉｎ）以下（ＮＧ）であれば垂れの発
生可能性有りと判断し、ステップＳ８において、平滑性
Ｈと所定値Ｈ_０との差（ΔＨ＝Ｈ−Ｈ_０）と塗着Ｎ．Ｖ
（Ｎ）と所定値Ｎ_０との差に見合ったΔＣ＝ΔＨ×Ｋｃ
（Ｎ−Ｎ_０）を塗料シンナー条件の補正値とする。この
ように塗装品質（平滑性）が良好な場合でも、塗着Ｎ．
Ｖ等の塗装状態計測値と各所定値との比較により最適な
塗装条件の指示を塗装条件制御手段４へ送ることができ
る。

【００８２】なお、各比較ステップにおいて計測値が良
好（ＯＫ）であると判断したときには、ステップＳ１３
において制御無修正とする。

【００８３】そして、塗装条件制御手段４は上記の塗装
条件判定手段３からの各補正値に基づいて自動塗装機５
の塗装条件を変更する。自動塗装機５は上記塗装条件制
御手段４からの制御信号に基づき、次の被塗装物１への
自動塗装を行なう。以上の自動塗装機５の制御を行なう
ことにより、自動塗装ラインでも狙い通りの安定した塗
装品質の確保と無駄塗装のない最適な塗装制御が行なわ
れる。

【００８４】図１８は本発明の第２の実施例を説明する
ブロック図である。

【００８５】この実施例は本発明の第２の実施例を説明
するブロック図である。

【００８６】この実施例は複数の塗装状態計測手段２
Ａ，２Ｂ，２Ｃを備え、同時に被塗装物１の塗装面の複
数箇所の塗装品質（平滑性）および品質要因（塗着Ｎ．
Ｖ、微粒化度、塗膜厚）を計測する。そして、塗装状態
計測手段２Ａ〜２Ｃの後に設けた平均処理手段４１で、
複数の部位について計測した塗装品質（平滑性）および
品質要因（塗着Ｎ．Ｖ、微粒化度、塗膜厚）のそれぞれ
の平均化した値を求め、その値を塗装条件判定手段３へ
送る。

【００８７】ここで、上記塗装状態計測手段２Ａ〜２Ｃ
は、先の図３に示す構成のように、塗装品質である塗装
表面の鮮映性（平滑性）と品質要因である塗膜の塗着
Ｎ．Ｖ（非揮発性成分）と付着粒子の微粒化度と塗膜厚
等を同一の撮像手段（すなわち図４に示す撮像手段６）
と、同時の画像処理手段（すなわち図５に示す画像処理
手段７）で計測する構成とすることにより、装置の簡略
化を図っている。

【００８８】上記の構成により、被塗装物１の複数部位
の塗装品質（平滑性）および品質要因（塗着Ｎ．Ｖ、微
粒化度、塗膜厚）を迅速に測定し、塗装品質（平滑性）
および品質要因（塗着Ｎ．Ｖ、微粒化度、塗膜厚）のそ
れぞれの平均値を算出することができるので、塗装状態
に合わせたさらに正確なフィードバック制御を行なうこ
とができる。

【００８９】図１９は本発明の第３の実施例を説明する
ブロック図である。

【００９０】この実施例は被塗装物１を搬送するコンベ
ア４２のコンベアスピード制御手段４３を設けることに
より、塗装条件判定手段３で指示していた平滑性Ｈと所
定値Ｈ_０との差（ΔＨ＝Ｈ−Ｈ_０）および塗膜厚ｈと所
定値ｈ_０との差に見合った吐出量補正値ΔＴ＝ΔＨ×Ｋ
ｔ（ｈ−ｈ_０）の代わりに、平滑性Ｈと所定値Ｈ_０との
差（ΔＨ＝Ｈ−Ｈ_０）および塗膜厚ｈと所定の基準値ｈ
_０との差に見合ったコンベアスピード補正値ΔＶ＝ΔＨ
×Ｋｖ（ｈ−ｈ_０）をかけることができ、上記の構成に
より、吐出量の制御だけでなく自動化ラインのコンベア
スピードの制御によっても塗装状態に合わせた正確なフ
ィードバック制御をすることができる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の請求
項１に係わる自動塗装機の制御方法によれば、塗装面に
おける塗装品質とこれを左右する品質要因を計測して、
計測値と基準値との差に基づいて自動塗装機をフィード
バック制御することから、塗装状態に合わせた正確なフ
ィードバック制御を行なうことができ、塗装品質を大幅
に向上させることができと共に、塗着効率の向上などを
図ることができる。

【００９２】本発明の請求項２に係わる自動塗装機の制
御装置によれば、被塗装物の塗装状態が不良の場合に、
塗着Ｎ．Ｖ、微粒化度および塗膜厚等の品質要因の各測
定値とそれぞれの基準値との誤差に見合った補正を行な
うことから、塗装状態に合わせた正確なフィードバック
制御を行うことができると共に、自動塗装ラインでも狙
い通りの安定した塗装品質を確保することができ、さら
には塗着効率の向上なども実現し得る。

【００９３】また、被塗装物の塗装状態が良好の場合で
も、塗着Ｎ．Ｖが下限基準値以下であるときには、鮮映
性の計測値と基準値との差および塗着Ｎ．Ｖの計測値と
基準値との差に見合った垂れ修正の補正を行なうことが
でき、微粒化度が下限基準値以下であるときは、鮮映性
の計測値と基準値との差、および微粒化度の計測値と基
準値との差に見合った塗着効率補正を行なうことがで
き、さらに、塗膜厚が基準値以上であるときは、鮮映性
の測定値と基準値との差および塗膜厚の計測値と基準値
との差に見合った厚塗り補正を行なうことができ、安定
した塗装品質を確保することができると共に、塗着効率
の向上も実現し得る。

【００９４】本発明の請求項３〜１０に係わる自動塗装
機の制御装置によれば、請求項２の効果に加えて、塗装
品質および塗装要因の計測を正確に且つ迅速に行なうこ
とができ、より一層正確なフィードバック制御を行うこ
とができると共に、塗装品質をさらに高めることができ
る。

【００９５】本発明の請求項１１に係わる自動塗装機の
制御装置によれば、被塗装物における複数箇所において
塗装品質および塗装要因を計測することにより、より一
層正確な計測を行なうことができ、フィードバック制御
に正確な補正値を提供することができると共に、塗装品
質をさらに高めることができる。

【００９６】本発明の請求項１２に係わる自動塗装機の
制御装置によれば、自動化ラインにおけるコンベアスピ
ードの制御によって塗装状態に合わせたフィードバック
制御を行なうことができ、塗装品質や塗着効率を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を説明するブロック図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施例を説明するブロック図で
ある。

【図３】塗装状態計測手段を説明するブロック図であ
る。

【図４】粒子飛行過程における溶剤の蒸発を示す説明図
である。

【図５】撮像手段の一例を示す断面図である。

【図６】撮像手段において被塗装物上に形成されるスリ
ットの縞模様を示す図である。

【図７】パワースペクトルの周波数特性を示すグラフで
ある。

【図８】塗料粒子の付着と塗装面の形成過程を示す断面
説明図である。

【図９】塗料の飛行粒子と付着粒子の関係を示す説明図
である。

【図１０】塗料粒子の平均径と波長との関係を示すグラ
フである。

【図１１】塗料粒子径と塗布時間の関係を示すグラフで
ある。

【図１２】波長と塗布時間の関係を示すグラフである。

【図１３】塗膜表面の平坦化現象を示す説明図である。

【図１４】表面粗さとパワースペクトルの関係を示すグ
ラフである。

【図１５】平滑化理論と測定値の比較を示すグラフであ
る。

【図１６】波長とウエット膜厚の関係を示すグラフであ
る。

【図１７】塗装条件判定手段の制御を説明するフローチ
ャートである。

【図１８】本発明の第２の実施例を説明するブロック図
である。

【図１９】本発明の第３の実施例を説明するブロック図
である。

【図２０】従来例を説明するブロック図である。

【符号の説明】

１ 被塗装物（ボディ） ２ 塗装状態計測手段 ３ 塗装条件判定手段 ４ 塗装条件制御手段 ５ 自動塗装機 ６ 撮像手段 ７ 画像処理手段 ８ 波長演算手段 ９ 波長平均処理手段 １０ 微粒化演算手段 １１ 第１塗着Ｎ．Ｖ演算手段 １２ 塗料密度演算手段 １３ 第２塗着Ｎ．Ｖ演算手段 １５ 塗装条件入力手段 １６ 塗料条件入力手段 １７ シンナー蒸発量入力手段 １８ 測定時間入力手段 １９ 表面粗さ演算手段 ２０ 膜厚演算手段 ２１ 鮮映性演算手段 ４３ コンベアスピード制御手段

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空調された塗装ブース内に搬入した被塗
   装物を自動塗装機により塗装するに際し、自動塗装機に
   より所定の塗装条件下で塗装された被塗装物の塗装面の
   塗装品質とこれを左右する品質要因を検知し、塗装品質
   の計測値と予め設定された品質基準値の差、および品質
   要因の計測値と予め設定された要因基準値の差に基づい
   て得た補正の指令により自動塗装機を制御することを特
   徴とする自動塗装機の制御方法。
2. 【請求項２】 空調された塗装ブース内に搬入した被塗
   装物を自動塗装機により塗装する際の制御装置におい
   て、自動塗装機により所定の塗装条件下で塗装された被
   塗装物の塗装面の塗装品質とこれを左右する品質要因を
   検知する塗装状態計測手段と、塗装状態計測手段によっ
   て検知された塗装品質の計測値を予め設定された品質基
   準値と比較し、検知された計測値が品質基準値とずれて
   いる場合に、その計測値と品質基準値の差、および塗装
   状態計測手段によって検知された品質要因の計測値と予
   め設定された要因基準値の差に基づいて塗装条件の補正
   を指令する塗装条件判定手段と、塗装条件判定手段から
   の補正指令に基づいて塗装面の塗装品質が基準となるよ
   うに自動塗装機を制御する塗装条件制御手段を備えたこ
   とを特徴とする自動塗装機の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の塗装状態計測手段が、
   塗装品質である塗装表面の鮮映性と、品質要因である塗
   膜の非揮発性成分、付着粒子の微粒化度および塗膜厚を
   計測する手段であることを特徴とする自動塗装機の制御
   装置。
4. 【請求項４】 請求項２および３に記載の塗装状態計測
   手段が、塗料の非揮発性成分等の塗料条件を入力する塗
   料条件入力手段と、塗装ガン吹き付け時の塗料の微粒化
   演算手段と、塗料のシンナー蒸発量を入力するシンナー
   蒸発量入力手段と、塗料条件入力手段からの非揮発性成
   分、微粒化演算手段からの微粒化度、およびシンナー蒸
   発量入力手段からのシンナー蒸発量に基づいて自動塗装
   機により所定の塗装条件下で塗装された被塗装物の塗布
   直後の非揮発性成分を算出する第１の塗着Ｎ．Ｖ演算手
   段１と、第１の塗着Ｎ．Ｖ演算手段で算出された塗布直
   後の塗膜面の非揮発性成分と塗料条件入力手段からの塗
   料種情報に基づいて塗布直後の塗膜面の塗料密度を算出
   する塗料密度演算手段と、測定までの時間を入力する測
   定時間入力手段と、塗膜面の膜厚を入力する膜厚入力手
   段と、膜厚入力手段からの膜厚情報、シンナー蒸発量入
   力手段からのシンナー蒸発量および測定時間入力手段か
   らの測定時間情報に基づいて塗布後の塗膜面の非揮発性
   成分を算出する第２の塗着Ｎ．Ｖ演算手段を備えている
   ことを特徴とする自動塗装機の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の微粒化演算手段が、塗
   料を塗布した直後の未乾燥塗装表面を撮像する撮像手段
   と、撮像手段からの画像情報を画像処理する画像処理手
   段と、画像処理手段で処理された画像処理データに基づ
   いて塗装表面の凹凸波形の波長分布を算出する波長分布
   演算手段を備え、波長分布演算手段で算出された波長分
   布に基づいて塗料粒子の微粒化度を算出する手段である
   ことを特徴とする自動塗装機の制御装置。
6. 【請求項６】 請求項２および３に記載の塗装状態計測
   手段が、塗料の粘度等を入力する塗装条件入力手段と、
   塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面を撮像する撮像手
   段と、撮像手段からの画像情報を画像処理する画像処理
   手段と、画像処理手段で処理された画像処理データに基
   づいて塗装表面の粗さを算出する表面粗さ演算手段を備
   え、表面粗さ演算手段で算出された粗さ度と粗さ度の時
   間変化量と波長分布演算手段で算出された波長と塗装条
   件入力手段からの塗装条件から塗装膜厚を算出する手段
   であることを特徴とする自動塗装機の制御装置。
7. 【請求項７】 請求項２および３に記載の塗装状態計測
   手段が、塗料を塗布した直後の未乾燥塗装表面を撮像す
   る撮像手段と、撮像手段からの画像情報を画像処理する
   画像処理手段と、画像処理手段で処理された画像処理デ
   ータに基づいて塗装表面の粗さを算出する表面粗さ演算
   手段を備え、表面粗さ演算手段で演算された粗さ度から
   塗膜表面の鮮映性を算出する手段であることを特徴とす
   る自動塗装機の制御装置。
8. 【請求項８】 請求項４に記載の塗着Ｎ．Ｖ演算手段
   が、塗料条件入力手段の塗料の非揮発性成分とシンナー
   蒸発量入力手段の塗料のシンナー蒸発量と微粒化演算手
   段の塗料粒子径から求めた塗料粒子の表面積の関係から
   塗布直後の塗膜面の非揮発性成分を算出する手段である
   ことを特徴とする自動塗装機の制御装置。
9. 【請求項９】 請求項５に記載の波長分布演算手段が、
   塗装表面の凹凸波形のパワースペクトルにおける長波長
   領域のピーク波長を求める手段であり、微粒化演算手段
   が、長波長領域のピーク波長の値と予め定めた塗料粒子
   径との関係から塗料粒子径を算出してそれを微粒化度と
   する手段であることを特徴とする自動塗装機の制御装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項２および３に記載の塗装状態計
    測手段が、塗装品質である塗装表面の鮮映性と、これを
    左右する品質要因である塗膜の非揮発性成分と付着粒子
    の微粒化度と塗膜厚等を同一の撮像手段および同一の画
    像処理手段で計測する手段であることを特徴とする自動
    塗装機の制御装置。
11. 【請求項１１】 請求項２〜４，５，６および１０に記
    載の塗装状態計測手段を複数備え、これらの塗装状態計
    測手段を被塗装物の塗装面の複数箇所に配置したことを
    特徴とする自動塗装機の制御装置。
12. 【請求項１２】 塗装中に被塗装物を移動させるコンベ
    アと、コンベアスピード制御手段を備え、塗装品質の計
    測値と品質基準値の差および塗膜厚の計測値と設定した
    膜厚基準値の差に基づいてコンベアスピードを制御する
    ことを特徴とする請求項２に記載の自動塗装機の制御装
    置。