KR20080033472A - 면왜곡의 측정장치 및 방법 - Google Patents

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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위의, 관찰 가능한 모든 점에서의 면왜곡분포를, 정량적으로, 또한 고속·고정밀도로 측정 및 평가할 수 있는 면왜곡의 측정장치 및 방법이다. 복수 종류의 명암패턴(5)을 전환하여 표시하는 것이 가능한 패턴표시수단(2)과, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상(1) 표면 위에 비치는, 상기 패턴표시수단에 표시된 복수의 명암패턴의 거울상을 촬영하는 촬영수단(3)과, 촬영된 복수의 명암패턴의 거울상 화상을 화상 처리하여, 측정대상 표면의 면왜곡분포를 연산하는 면왜곡분포 연산수단(10)을 구비한다.

Description

면왜곡의 측정장치 및 방법{PLANE DISTORTION MEASURING DEVICE AND METHOD}
본 발명은 면왜곡(surface-distortion)의 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 경면(鏡面) 내지 반경면(半鏡面)의 측정대상 표면 위의 관찰 가능한 모든 장소에서의, 면왜곡의 분포를, 광학적 수단을 사용하여 정량적(定量的)으로 측정 및 평가하는 면왜곡의 측정장치 및 방법에 관한 것이다.
프레스 성형·도장(塗裝) 후의 자동차 외판(外板)이나 도장된 건축용 벽면 패널, 혹은 평면 유리거울 등, 그 표면이 경면 내지 반경면을 이루는 공업제품은, 표면에 소위 「면왜곡」이라고 불리는 물결치는 형상의 왜곡이 있으면, 그 왜곡량이 비록 미소(微小)하여도, 비치는 배경상(背景像)이 「광학지레(optical lever)」의 원리로 크게 일그러져 보임으로써, 외관을 현저하게 해쳐, 품질상 큰 데미지(damage)가 된다.
상술한 왜곡은 금속판을 프레스 성형-조립-도장하는 등, 일련의 처리를 행하는 도중의 모든 단계에서 발생한다. 프레스 성형에 있어서는, 탈형(mold-releasing) 후의 탄성변형에 의해 프레스 성형의 대상으로 된 제품의 표면이 변형하여, 왜곡이 발생할 위험성이 있다. 또한, 프레스 금형에 철분(鐵粉) 등의 이물질이 부착한 경우라도, 프레스 성형의 대상으로 된 제품에 왜곡이 발생한다. 또 한, 프레스 성형의 도중에 프레스 성형의 대상으로 된 제품의 일부에 균열이나 주름이 발생하면, 그 제품의 땅김새(tension)가 변화하기 때문에, 왜곡이 유발된다. 조립에 있어서는, 코킹(caulking)이나 용접에 의해 왜곡이 발생하는 경우가 있다. 도장에 있어서는, 베이킹(baking)에 의한 열변형이나 도장 얼룩, 이물질 부착에 의해, 왜곡이 발생하는 경우가 있다.
따라서, 이들 공업제품의 재료의 평가·품질 확립·품질 검사 등 제품 개발·제조의 현장에서는, 전부터 면왜곡분포의 정량측정기술이 요망되어 왔다.
그러나, 수 100mm에서부터 수 m의 크기의 대상 표면 위의 10㎛에서부터 100㎛ 정도의 요철(凹凸)을, 대상 표면 전면(全面)에 걸쳐 정량적으로 형상 측정하는 것은 극히 어렵다. 굳이 말하면, 종래, 레이저 변위계(變位計)로 대표되는 비접촉거리계를 사용하여, 대상 표면 위를 xy 주사(走査)하여 미소한 형상 왜곡분포를 구하는 방법이 알려져 있지만, 측정시간이 너무 걸려 실용적인 방법으로는 될 수 없다.
이에 대하여, 면왜곡을 정성적(定性的)으로 패턴 관찰하는 방법으로서는, 종래부터, 대상 표면 위에 비치는 배경의 스트라이프 패턴(stripe pattern)이나 체커 보드 패턴(checkerboard pattern)의 거울상(鏡像)이 면왜곡에 의해 일그러져 보이는 현상을 사용하여, 그 일그러짐의 정도로부터 면왜곡을 평가하는 방법이 알려져 있었다.
특허문헌 1에 개시되어 있는 방법은, 주로 표면이 경면 도장된 건축용 대형 패널을 대상으로 한 정성적인 면왜곡 관찰방법의 하나로서, 패널에 비친, 선폭 및 선간격이 다른 여러 종류의 스트라이프 패턴 중, 소정의 선폭·선간격의 한계값(threshold)에 대한 대소(大小)로부터, 면왜곡의 대소를 판정하려고 하는 것이다.
또한, 특허문헌 2, 특허문헌 3, 특허문헌 4, 또는 특허문헌 5 등에 개시된 방법은, 주로 유리의 표면이나 내부 왜곡의 관찰방법으로서 제안된 것으로, 스트라이프 패턴 내지는 격자 패턴의, 측정대상 유리 표면의 반사상(反射像) 내지는 유리 내부의 투과상(透過像)을 관찰하여, 그 왜곡량·곡률·선폭·선간격으로부터 왜곡을 평가하려고 하는 것이다.
한편, 특허문헌 6, 특허문헌 7, 또는 특허문헌 8에서는, 상기 관찰방법을 일보 더 나아가서, 이것을 정량화하려고 하는 시도가 개시되어 있다. 이러한 방식은 스트라이프 패턴이나 체커 보드 패턴의 콘트라스트(contrast)나 위상 편이(phase shift) 내지는 생성된 모아레 무늬(moire fringe)가 왜곡량에 따라 변화하는 것에 주목하여, 이것을 정량화하려고 하는 것이다.
그리고, 특허문헌 9에는, 면왜곡측정과는 다소 목적을 달리하지만, 자동차 바디(body)의 반경면성(半鏡面性)의 도장면 위의 요철모양의 미소 결함을 감도 좋게 검출할 방법이 개시되어 있다. 이 방식은 슬릿(slit)모양의 확산 조명광을 주사하여, 측정대상 표면에 비친 슬릿의 거울상이 대상 표면 위의 각 점을 통과하는 타이밍을 화상(畵像) 합성에 의해 구하여, 그 요철 미소 결함에 기인하는 타이밍 패턴의 부분적인 왜곡으로부터 결함을 검출하려고 하는 것이다. 이 방식은 면왜곡의 관찰로도 대체 가능하여, 대상의 형상에 대하여 확고한 관찰방식을 제공한다.
특허문헌 10에는, 점(点)광원으로부터, 바이너리 코드 패턴(binary-coded pattern) 투영법(投影法)용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을 순차 투영(投影)하여, 그것을 촬영하고, 화상 처리하여, 대략적인(coarse) 요철 분포를 구함과 아울러, 앞의 스트라이프 배열 패턴 중 하나의 스트라이프 배열 패턴 중 1조(組)의 스트라이프의 명암에 미치는 범위에 대하여, 그 1조의 스트라이프와 평행한 슬릿을, 스트라이프의 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사시키는 처리를, 전체 조의 스트라이프에 대하여 동시에 행하고, 또한 슬릿의 주사 중, 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의 그 슬릿 주사 방향 위치의 좌표값을, 화상 전체에 걸쳐 포착하고, 최종적으로, 상술한 스트라이프 배열 패턴을 순차 표시하여 구한 대략적인 요철 분포를, 슬릿을 주사하여 구한 정밀한(fine) 요철 분포로 보완하여, 전체적으로 정밀한 요철 분포를 구하는 방법이 개시되어 있다.
여기서, 바이너리 코드 패턴 투영법이란, 도 15에 도시하는 바와 같이, 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴, 예를 들면, 전체를 2의 n승(乘) 등분하여 명암이 교대로 배열한 스트라이프 배열 패턴을 순차 투영하고, 위치에 따라, 명암이 반전하는 패턴으로부터, 그 위치를 대응하는 2진수로서 일시적으로 인식하고, 그것을 최종적으로 10진수로 환산하여 인식하는 위치인식법이다.
예를 들면, 도 15에서는, 점광원(15)으로부터 기준면(20)에, 3차 패턴까지 순차 투영하였을 때의 모습을 나타내고 있지만, 맨 아래 구분의 왼쪽으로부터 n번째에 대응한 10진수 위치 중, 맨 왼쪽의 「7」에 대응하는 것은 그 위에 표시되어 있는 명암패턴 중, 1차 패턴에서는 밝음 「1」, 2차 패턴에서는 밝음 「1」, 3차 패턴에서도 밝음 「1」과 대응하는 2진수로서 인식하여, 22×1＋22-1×1＋22-2×1=7, 마찬가지로 맨 아래의 구분에 대응한 10진수 위치 중, 맨 왼쪽으로부터 2번째의 「6」에 대응하는 것은, 그 위에 표시되어 있는 명암패턴 중, 1차 패턴에서는 밝음 「1」, 2차 패턴에서도 밝음 「1」, 3차 패턴에서는 어둠 「O」과 대응하는 2진수로서 인식하여, 22×1+22－1×1+22－2×0=6, 마찬가지로 맨 아래의 구분에 대응한 10진수 위치 중, 맨 왼쪽으로부터 3번째의 「5」에 대응하는 것은, 그 위에 표시되어 있는 명암패턴 중, 1차 패턴에서는 밝음 「1」, 2차 패턴에서는 어둠 「0」, 3차 패턴에서는 밝음 「1」과 대응하는 2진수로서 인식하여, 22×1+22-1×0+22－2×1=5, … 라고 하는 식이다.
참조한 특허문헌을, 이하에 정리하여 기재한다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 평 11-153420호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허공개 소 60-119404호 공보
특허문헌 3 : 일본 특허공개 평 1-165907호 공보
특허문헌 4 : 일본 특허공개 평 3-135704호 공보
특허문헌 5 : 일본 특허공개 평 3-199946호 공보
특허문헌 6 : 일본 특허공개 평 7-20059호 공보
특허문헌 7 : 일본 특허공개 평 8-220021호 공보
특허문헌 8 : 일본 특허공개 2004-251878호 공보
특허문헌 9 : 일본 특허공개 2002-22665호 공보
특허문헌 10 : 일본 특허공개 2005-3409호 공보
그러나, 특허문헌 2∼5에 개시된 기술은 왜곡을 가시화(可視化)할 뿐이며, 측정값의 정량화는 보증되어 있지 않았다.
또한, 특허문헌 6∼8에 개시된 기술에서는, 그 측정결과는 투영한 스트라이프 패턴이나 체커 보드 패턴의 명암의 영향을 받기 쉽고, 또한 관찰가능 영역이 패턴의 명암의 엣지(edge) 근방에 한정되어 있거나, 평균화에 의해 공간 분해능(分解能)의 한계가 있거나 하여, 그 성능에는 자연히 한계가 있었다.
그리고, 특허문헌 9에 개시된 기술에서는, 1개의 슬릿의 거울상의 주사이기 때문에, 측정시간이 길고, 또한, 타이밍의 어긋남과 면왜곡량과의 정량 평가식이 확립하여 있지 않다는 점에 있어서, 과제를 남기고 있었다.
또한, 특허문헌 10에 개시된 기술에서는, 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의 슬릿 주사 방향의 좌표값을, 도 15 중에 나타내는 각도 θ 내의 어느 곳을 포착하여 밝혀내도록 하고 있으므로, 각도 θ의 분해능의 한계 상, 예를 들면 사람의 안면(顔面)의 기복과 같은 수 mm 정도 이상의 요철의 정량적 측정은 용이하게 할 수 있지만, 예를 들면 자동차의 외판 표면과 같은 경면 내지 반경면의 수십 ㎛ 정도의 미세한 요철에 상당하는 면왜곡분포의 정량적 측정은 불가능하였다.
또한, 프레스 성형, 부품 설치, 조립, 도장, 열처리, 완성품 검사 중 적어도 어느 하나를 행하는 금속판의 각 처리에 있어서, 면왜곡으로 초래된 표면 품질 불량의 검사를 행하는 경우, 제조라인을 이동하는 제품을 고속으로 검사할 필요가 있지만, 종래의 기술에서는, 제조라인을 이동하는 제품의 속도에 대응하지 못하여, 인 라인(inline)에서의 검사가 불가능하였다.
본 발명에서는, 이들 종래기술의 문제점을 감안하여, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위의 관찰 가능한 모든 점에서의 면왜곡분포를 정량적으로, 또 한 고속·고정밀도로 측정 및 평가할 수 있는 면왜곡의 측정장치 및 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
발명의 개시
본 발명의 제1 발명은, 복수 종류의 명암패턴을 전환(switch)하여 표시하는 것이 가능한 패턴표시수단과, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위에 비치는, 상기 패턴표시수단에 표시된 복수의 명암패턴의 거울상을 촬영하는 촬영수단과, 촬영된 복수의 명암패턴의 거울상 화상을 화상 처리하여, 측정대상 표면의 면왜곡분포를 연산하는 면왜곡분포 연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제2 발명은, 제1 발명의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 상기 촬영수단에 의해 촬영된 거울상 화상을 화상으로서 표시 가능한 화상표시수단을 구비한 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제3 발명은, 제 1 또는 제2 발명의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 화상 처리의 도중 단계 혹은 최종 단계에서의 처리 결과 및/또는 면왜곡연산 결과를 표시할 수 있는 측정연산결과 표시수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제4 발명은, 제1 내지 제3 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 상기 패턴표시수단은 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴과, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위를 주사하는 1개의 슬릿 복수개로 명암패턴을 표시할 수 있는 것인 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제5 발명은, 제4 발명의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 상기 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴은 스트라이프 배열 패턴 전체를 2의 n승 등분하여 명암이 교대로 배열한 것인 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제6 발명은, 제 4 또는 제5 발명의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 상기 복수개의 슬릿은 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사되는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제7의 발명은, 제4 내지 제 6의 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 상기 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴 및 상기 복수 개의 슬릿 대신에, 뻗는 방향이 상기 복수 종류의 스트라이프 패턴 및 상기 복수 개의 슬릿과 직교하는 방향의 복수 종류의 스트라이프 패턴 및 복수 개의 슬릿을 사용하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제8의 발명은, 제1 내지 제 7의 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 상기 패턴표시수단은 임의의 패턴을 투영 가능한 프로젝터(projector)와 스크린(screen)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제9의 발명은, 제1 내지 제 7의 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 상기 패턴표시수단은 임의의 패턴을 표시 가능한 플랫 디스플레이(flat display)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제10의 발명은, 제4 내지 제 9의 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 거울상 화상으로부터 면왜곡분포를 연산하는 면왜곡의 측정장치로서, 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 전환 표시중, 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음(明)과 어둠(暗)의 출현순서를 기억하고, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을 구하고, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스(sddress), 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값을 구하여, 상기 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값과 상기 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값으로부터, 측정대상 표면 전체의 대략적인 면왜곡분포를 구하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제11 발명은, 제10의 발명의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 복수 개의 슬릿를 주사하여 얻어지는 복수의 거울상 화상으로부터 면왜곡분포를 연산하는 면왜곡의 측정장치로서, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 상기 촬영수단의 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의, 상기 패턴표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하고, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위의 정밀한 면왜곡분포를 구하고, 이 정밀한 면왜곡분포를 화상 표시하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제12 발명은, 제11 발명의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 거울상 화상으로부터 구한, 측정대상 표면 전체의 대략적인 면왜곡분포의 연산 결과를, 복수 개의 슬릿을 주사하여 얻어지는 복수의 거울상 화상으로부터 구한, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위의 정밀한 면왜곡분포로 보완함과 함께, 측정대상 표면 전체의 정밀한 면왜곡분포를 구하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제13 발명은, 제4 내지 제 9의 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 상기 면왜곡분포 연산수단이 실시하는 화상 처리 내지 면왜곡분포 연산은 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 전환 표시 중, 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 단계와, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 상기 촬영수단의 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의, 상기 패턴표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 단계와, 이들을 합성하여 각 화소에 대응하는 패턴 표시수단 상의 좌표값을 구하는 단계와, 전체 화소에 걸쳐, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 면왜곡분포를 연산하는 단계와, 상기 단계 중 1 또는 2 이상의 단계에서의 실행 결과를 화상 표시하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제14 발명은, 제1 내지 제 13의 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치에 있어서, 측정대상 표면의 기울기(inclination)를 2차 미분(微分) 처리함으로써 표면 기울기의 변화율을 산출하여, 면왜곡 발생위치 및 발생량을 정량적으로 평가하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치이다.
또한 본 발명의 제15 발명은, 임의의 패턴이 표시 가능한 패턴표시수단 상에, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을 표시하는 처리와, 복수 개의 슬릿을 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사하여 표시하는 처리와, 상기 표시된 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위에서의 거울상을 촬영수단으로 촬영하는 처리와, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 측정대상에 비치는 거울상 화상을 포착하는 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하고, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값을 구하고, 상기 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값과 상기 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값으로부터, 측정대상 표면 전체의 대략적인 면왜곡분포를 구하는 처리와, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의 상기 패턴표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하고, 혹은 이 데이터를 더 화상 표시함과 함께, 전체 화소에 대하여, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위의 정밀한 면왜곡분포를 구하는 처리와, 상기 전체의 대략적인 면왜곡분포의 연산 결과를 상기 정밀한 면왜곡분포의 연산결과로 보완함으로써, 측정대상 표면 전체의 정밀한 면왜곡분포를 연산하는 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법이다.
또한 본 발명의 제16 발명은, 임의의 패턴이 표시 가능한 패턴표시수단 상에, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을 표시하는 처리와, 복수 개의 슬릿을 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사하여 표시하는 처리와, 상기 표시된 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위에서의 거울상을 촬영수단으로 촬영하는 처리와, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 측정대상에 비치는 거울상 화상을 포착하는 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 처리와, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 처리와, 이들을 합성하여, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값을 구하는 처리와, 전체 화소에 걸쳐, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 측정대상 표면 전체의 면왜곡분포를 연산하는 처리와, 상기 각 처리의 도중 단계 및/또는 최종 단계의 실행 결과를 화상 표시하는 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법이다.
또한 본 발명의 제17 발명은, 제14 또는 제16 발명의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법에 있어서, 측정대상 표면의 기울기를 2차 미분 처리함으로써, 표면 기울기의 변화율을 산출하여, 면왜곡 발생위치 및 발생량을 정량적으로 평가하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법이다.
또한 본 발명의 제18 발명은, 금속판의 프레스 성형방법에 있어서, 프레스 성형 후의 금속판의 면왜곡분포를, 제1 내지 제14 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치 및/또는 제15 내지 제17 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법을 사용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 금속판의 프레스 성형방법이다.
또한 본 발명의 제19 발명은, 프레스 성형, 부품 장착, 조립, 도장, 열처리, 완성품 검사 중 어느 적어도 1개의 금속판의 처리에 의한 면왜곡으로 초래된 표면 품질 불량을, 제1 내지 제14 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치 및/또는 제15 내지 제17 발명 중 어느 하나의 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법을 사용하여 검사하는 것을 특징으로 하는 금속제품의 표면품질검사방법이다.
도 1은 본 발명의 측정원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태(제1)를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태(제2)를 나타내는 도면이다.
도 4는 명암패턴의 일종인 스폿 패턴 래스터(spot pattern raster) 주사에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 5A, 도 5B는 명암패턴의 일종인 1개의 슬릿 주사에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 사용되는 명암패턴 중, 좌우 방향으로 뻗는 스트라이프 배열 패턴 전환 및 멀티(multi) 슬릿 주사를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 명암패턴을 사용한 스트라이프 배열 패턴 전환에 대응하는 코 드 패턴 투영의 각 단계, 및 멀티슬릿 주사의 각 단계에서의, 측정대상 표면 위에 비친 명암패턴의 거울상의 촬영 화상을 나타내는 도면이다.
도 8A는 도 7의 코드 패턴 투영의 각 단계에서의 촬영 화상을 화상 처리하여 얻어진 화소가 갖는 데이터(Z 방향의 대략적인 위치좌표에 대응)를 명암으로 나타낸 표시 화상을 나타내는 도면, 도 8B는 도 7의 멀티슬릿 주사의 각 단계에서의 촬영 화상을 화상 처리하여 얻어진 화소가 갖는 데이터(Z 방향의 대략적인 위치좌표의 구분 내에서의 정밀한 위치좌표에 대응)를 명암으로 나타낸 표시 화상을 나타내는 도면, 도 8C는 도 8A 및 도 8B의 화소를 갖는 데이터를 합성하여 이루어지는 화소가 갖는 데이터(Z 방향의 정밀한 위치에 대응)를 명암으로 나타낸 표시 화상을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8C로부터 y방향의 면왜곡분포를 연산한 결과를 명암으로 나타낸 표시 화상을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 사용되는 명암패턴 중, 상하 방향으로 뻗는 스트라이프 배열 패턴 전환 및 멀티슬릿 주사를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 명암패턴을 사용한 스트라이프 배열 패턴 전환에 대응하는 코드 패턴 투영의 각 단계, 및 멀티슬릿 주사의 각 단계에서의, 측정대상 표면 위에 비친 명암패턴의 거울상의 촬영 화상을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11의 코드 패턴 투영의 각 단계에서의 촬영 화상을 화상 처리하여 얻어진 화소의 데이터(x방향의 대략적인 위치에 대응) 및 도 11의 멀티슬릿 주사의 각 단계에서의 촬영 화상을 화상 처리하여 얻어진 화소가 갖는 데이터(x방향 의 대략적인 위치의 구분 내에서의 정밀한 위치에 대응)를 합성하여 이루어지는 화소가 갖는 데이터(x방향의 정밀한 위치에 대응)를 명암으로 나타낸 표시 화상을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 화소가 갖는 데이터로부터 x방향의 면왜곡분포를 연산한 결과를 명암으로 나타낸 표시 화상을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시형태(제3)를 나타내는 도면이다.
도 15는 바이너리 코드 패턴 투영법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 단면(斷面) 형상과 2차 미분값을 대응시킨 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 실시예 2에서의 전체 처리 흐름을 나타내는 도면이다.
도 18A, 도 18B는 단면 형상의 1차 미분값에 대한 근사곡선의 예를 나타내는 도면이다.
도 19는 실험과 본 발명에 의한 면왜곡 평가결과의 비교를 나타내는 도면이다.
그리고, 도면 중의 주된 부호는 아래와 같다.
11은 측정대상, 12는 스크린(패턴표시수단; 프로젝터와 병용됨), 3은 TV 카메라(촬영수단), 4는 플랫 디스플레이(패턴표시수단), 5는 스트라이프 배열 패턴(명암패턴), 6은 프로젝터(패턴표시수단; 스크린과 병용됨), 7은 슬릿(명암패턴의 밝기부), 10은 PC(면왜곡분포 연산수단), 15는 점광원, 20은 기준면, 101은 시컨스 컨트롤부(sequence controlling unit), 102는 면왜곡연산부, 103은 화상버퍼부(image buffer), 및 104는 패턴투영부를 각각 나타낸다.
발명을 실시하기 위한 최상의 형태
본 발명은 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면에 비친 명암패턴이 면왜곡에 의해 일그러지는 현상을 이용하여, 패턴표시수단(예를 들면, 스크린)에 표시한 복수의 명암패턴이 측정대상 표면에서 정반사(正反射)한 패턴 즉, 측정대상 표면 위에 비친 상기 복수의 명암패턴의 거울상을, 촬영수단(예를 들면, TV 카메라)을 사용하여 촬영하고, 촬영한 화상을 화상 처리하고, 측정대상 표면의 각 점에 대응하는 패턴표시수단(의 표시면) 위의 점의 좌표를 구하여, 이하에 설명하는 측정원리에 기초하여 면왜곡량을 연산한다. 또한, 이 연산을 측정대상 표면의 관찰 가능한 모든 점에 대하여 행함으로써, 면왜곡분포를 구하는 것이다.
도 1은 본 발명의 측정원리를 설명하기 위한 도면이다. 먼저 이 도면을 이용하여 본 발명의 측정원리를 설명한다.
본 발명에서는, 측정대상(1)의 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면에 대하여, 한쪽 측에 명암패턴을 표시할 수 있는 패턴표시수단로서, 예를 들면 스크린(2)을 배치하고, 다른 한쪽 측에, 스크린(2) 위의 명암패턴의, 측정대상 표면 위의 거울상을 관찰할 수 있는 위치에, 촬영수단으로서, 예를 들면 TV 카메라(3)를 배치하여 그 거울상을 관찰한다.
도 1에 있어서, 측정대상(1)의 좌표계를 (x, y, z)로 한다. 스크린(2)은 측정대상(1)의 기준점 0에서부터 -y방향으로 거리 1(L의 소문자)만큼 떨어진 위치에 수직으로 서 있는 것으로 한다. TV 카메라(3)는 기준점 0에 대하여 ＋y방향으로, 투영거리로서 L 만큼 떨어져 배치되어 있다. X－y면을 수평면으로 간주하여 기준점 0으로부터 TV 카메라(3)를 올려본 앙각(仰角)을
Figure 112008014661482-PCT00001
로 하고, 기준점 0을 TV 카메라(3)로 보았을 때의 스크린(2) 위의 대응점을 P로 한다. 스크린(2) 위의 좌표계는 P점을 원점으로 하여 (X, Z)로 나타내는 것으로 한다.
이때, 측정대상 표면 위의 A점의 좌표를 (x, y, z)로 하고, A점에서의 면왜곡의 방향을 나타내는 단위벡터(정확하게는, 면왜곡을 일으키는 측정대상 표면의 법선 방향의 단위벡터, 이하, 면왜곡 단위벡터라고 함) U를, 도 1 중의 [A점 확대도]에 나타내는 바와 같이 취한 y축에 대한 각도 Φ및 z축에 대한 각도ξ를 이용하여, U(sinξsinΦ, sinξcosΦ, cosξ)로 하면, A점을 TV 카메라(3)로 관찰하였을 때의 스크린(2) 상의 대응점 B점의 좌표(X, Z)는 기하학적 관계로부터, 근사적으로 (1), (2)식의 형태로 구해진다.
Figure 112008014661482-PCT00002
측정대상 표면 위의 각 점에 대하여, 그 점의 스크린 위의 대응점의 좌표가 구해지면, (1), (2)식을 변형하여, 면왜곡 단위벡터의 x방향의 기울기(정확하게는, 면왜곡 단위벡터의 x－z면에의 정사영(正射影)이 z축과 이루는 각(角)의 탄젠트) sinΦ tanξ 및 y방향의 기울기(정확하게는, 면왜곡 단위벡터의 y－z면으로의 정사영이 z축과 이루는 각의 탄젠트) cosΦ tanξ는 각각 (3), (4)식의 형태로 구해진다.
Figure 112008014661482-PCT00003
(3), (4)식의 계산에 있어서는, (4)식 우변(右邊)에 z가 포함되므로, 측정대상 표면 위의 각 점의 좌표(x, y)에 더하여, 그 점의 요철형상의 정보가 필요하다. 이 요철형상의 정보(z의 값)는, 예를 들면 특허문헌 10에 기재되는 방법에 의해 얻을 수 있다.
단, 도 1에 있어서, M=1/L=1, 즉, 기준점 O-스크린 사이 거리(1) = 기준점 O-TV 카메라 사이 투영거리(L)로 되는 배치형태를 채용하면, (4)식 우변에 포함되는 z의 계수 (1－M)이 0으로 되어, 측정대상 표면의 요철형상의 영향이 소멸되어 더 간략화된 면왜곡 연산식 (5), (6)식을 얻을 수 있다.
Figure 112008014661482-PCT00004
상술한 측정원리를 실제로 적용하여 측정대상 표면 위의 면왜곡분포를 구하기 위해서는, TV 카메라로 촬영 가능한 측정대상 표면 위의 각 점에 대하여, 그 점의 스크린상의 대응점의 좌표를 구하는 수단이 필요하다.
이 수단은 복수 종류의 명암패턴을 전환하여 표시하는 것이 가능한 패턴표시 수단과 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위에 비치는, 상기 패턴표시수단에 표시된 복수의 명암패턴의 거울상을 촬영하는 촬영수단과 촬영된 복수의 명암패턴의 거울상 화상을 화상 처리하여, 측정대상 표면의 면왜곡분포를 연산하는 면왜곡분포 연산수단을 구비한 측정장치(본 발명의 제1 발명)에 의해 실현된다.
도 2는 본 발명의 실시형태(제1)를 나타내는 도면이다. 패턴표시수단은 프로젝터(6)로부터 스크린(2)에 명암패턴(5)을 투영하도록 구성되어 있다(본 발명의 제8 발명). 스크린(2) 상에 투영된 명암패턴(5)은 거기로부터 출발하여 측정대상(1)의 경면 또는 반경면 형상의 표면에서 정반사(正反射)함으로써, 그 거울상이 측정대상(1)의 표면에 비친다. 이 거울상은 이것을 관찰 가능한 위치에 배치된 촬영수단으로서의 TV 카메라(3)로 촬영된다. 프로젝터(6) 및 TV 카메라(3)는 PC(퍼스널 컴퓨터)(10)와 접속되어 있다. PC(10)는 프로젝터(6)에 복수 종류의 명암패턴을 순차적으로 보내는 패턴투영부(104)와, TV 카메라(3)에 의한 촬영 화상을 일시 기억하는 화상버퍼부(103)와, 화상버퍼부(103)에 일시 기억된 촬영 화상을 화상 처리하여 면왜곡분포를 연산하는 면왜곡연산부(102)와, 패턴투영부(104), 화상버퍼부(103) 및 면왜곡연산부(102)의 동작순서 내지 동작시간을 제어하는 시컨스 컨트롤부(101)를 갖는다. 따라서, 시컨스 컨트롤부(101)의 제어 동작에 의해, 프로젝터(6)는 스크린(2)에 복수 종류의 명암패턴을 전환하여 투영하여, 표시하는 것이 가능하며, 또한, 면왜곡연산부(102)가 면왜곡분포 연산수단으로서 동작하는 것이 가능하다.
또한, 프로젝터 및 TV 카메라에 대하여는, 전자(前者)는 액정이나 DLP(Digital Light Processing), 후자(後者)는 CCD 소자 등을 사용한 기기에 의해 용이하게 실현할 수 있다. 그리고, DLP 프로젝터는 미소(微小)한 경면 DMD(Digita1 Micromirror Device)의 반사 각도 제어에 의해 투영을 행하는 것으로, 투영되는 명암패턴의 고속 제어가 가능하다. 이러한 소자의 화소 수는 목적으로 하는 측정 정밀도에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 프로젝터는 1024×768, TV 카메라는 600×480 등으로 하면, 본 발명의 목적에는 충분하다. 또한, 양쪽의 정밀도의 밸런스의 관점으로부터, TV 카메라의 화소 수에 대하여 프로젝터의 화소 수를 종횡(縱橫) 각각 1∼2배 정도로 하면 좋다.
도 3은 본 발명의 실시형태(제2)를 나타내는 도면이다. 이것은 실시형태(제1)에 있어서, 패턴표시수단으로서 프로젝터(6) 및 스크린(2) 대신에, 플랫 디스플레이(4)를 사용한 것이다(본 발명의 제9 발명). 플랫 디스플레이(4)는 액정 디스플레이나 플라스마 디스플레이 등으로 이루어지며, 패턴투영부(104)로부터 순차적으로 보내져 오는 복수 종류의 명암패턴을 자체의 디스플레이 화면에 순차적으로 표시할 수 있다.
TV 카메라(3)에는, 모니터 TV(도시를 생략하였음)를 접속하여도 좋고, 이것은 촬영된 거울상 화상을 화상으로 표시하는 화상표시수단으로서 사용할 수 있다(본 발명의 제2 발명에 대응). 또한, PC(10)에, 전용(專用) 디스플레이(도시를 생략 하였음)를 접속하여도 좋고, 이것은 상기 모니터 TV와 마찬가지로, 상기 거울상 화상을 화상으로서 표시하는 화상표시수단으로서 사용할 수 있음(본 발명의 제2 발명에 대응)과 함께, 화상 처리의 도중 단계 혹은 최종 단계에서의 처리결과 및/또 는 면왜곡 연산결과를 표시하는 측정연산결과 표시수단으로서 사용할 수 있다(본 발명의 제3 발명에 대응).
또한, 도 1∼도 3에서는, 패턴표시수단의 표시면을 y축에 대하여 직교시킨 배치형태로 한 경우를 예로 들어 설명하였지만, 상기 표시면은 반드시 y축에 대하여 직교시킬 필요는 없고, 예를 들면 도 14에 본 발명의 실시형태(제3)로서 도시하는 바와 같은 TV 카메라(3)의 광축이 측정대상(1)의 표면에서 정반사한 것으로 간주한 경우의 가상적인 광축에 대하여, 플랫 디스플레이(4)의 표시화면을 직교시키는 배치형태로 한 경우나, 혹은 이들 이외의 적절한 배치형태로 한 경우에 있어서도, 각각의 배치형태에 대응한 기하학적 관계로부터, 상기 (1)∼(6)식과 유사한 형태의 면왜곡연산식(화상표시수단, 촬영수단, 측정대상을 두는 기준면, 의 기하학적 관계식)을 유도할 수 있고, 이들을 사용하여 면왜곡을 연산하는 것이 가능하다.
패턴표시수단으로 표시하는 명암패턴으로서는, 예를 들면 전술한 간략화된 (5), (6)식에 의한 면왜곡분포 연산을 가능하게 하기 위해, 스크린 위(혹은 플랫 디스플레이 화면 상)의 원상(原象) 위치좌표(X, Z)와, 측정대상 표면 위의 좌표(x, y, z)와 TV 카메라로 촬영한 거울상 위치좌표(x', y')와를 대응시키는 것이 기하학적 관계로부터 가능하도록 코드화된 것이라면 어느 것도 좋다.
예를 들면, 도 4에 도시하는 바와 같은 스폿 패턴의 래스터 주사에 의해 형성되는 명암패턴이라도 좋다. 거울상 위치좌표는 이 거울상을 표시하는 화면의 화소 어드레스와 대응하기 때문에, 이 경우, 스폿 패턴 주사 중, 어느 화소 어드레스의 화소의 휘도가 최대로 된 시점의 해당 스폿 패턴의 표시 위치를, 그 화소 어드 레스의 화소가 갖는 데이터로 함으로써, 원상 위치좌표(X, Z)와 거울상 위치좌표(x', y')와를 대응시키는 것이 가능하다.
또한, 예를 들면, 도 5A에 도시하는 바와 같은 횡(x방향)으로 뻗는 슬릿 (7)(횡(橫)슬릿)의 종방향 주사와, 도 5B에 도시하는 바와 같은 종(Z 방향)으로 뻗는 슬릿(7)(종(縱)슬릿)의 횡방향 주사와의 조합에 의해 형성되는 명암패턴이라도 좋다. 이 경우, 횡슬릿의 종방향 주사 중, 어느 화소 어드레스의 화소의 휘도가 최대로 된 시점의 상기 횡슬릿의 원상 위치좌표 Z를, 그 화소 어드레스의 화소가 갖는 데이터로 함으로써, 원상 위치좌표 Z와 거울상 위치좌표 y'와를 대응시키는 것이 가능하다. 한편, 종슬릿의 횡방향 주사 중, 어느 화소 어드레스의 화소의 휘도가 최대로 된 시점의 상기 슬릿의 원상 위치좌표 X를 그 화소 어드레스의 화소를 갖는 데이터로 함으로써, 원상 위치좌표 X와 거울상 위치좌표 x'와를 대응시키는 것이 가능하다.
다만, 도 4, 도 5의 명암패턴은 패턴표시수단의 표시 영역 전체를 주사하는데 시간이 걸린다.
그래서, 복수 개의 슬릿을 평행하면서 등간격으로 배열한, 소위 멀티슬릿을 사용하면, 주사시간을 단축할 수 있다. 그러나, 여기서 하나의 문제가 있는데, 멀티슬릿에서는, 복수 개의 슬릿끼리의 구별을 하는 것이 어렵다. 특히, 면왜곡이 큰 경우, 거울상은 크게 일그러지기 때문에, 멀티슬릿이면, 거울상 위의 어느 슬릿상이 원상 위의 어느 슬릿에 대응하는지 모르게 되어 버리는 경우도 적지 않다. 그렇게 되면, 원상 위치좌표(X, Z)와 거울상 위치좌표(x', y')와를 대응시키는 것 은 슬릿으로 구분된 범위 내에서밖에 신뢰성이 보증되지 않는다.
그러한 경우에도 대처할 수 있도록 하기 위해, 전술한 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을 본 발명에서의 명암패턴으로서 사용하도록 할 수도 있다. 이에 의하면, 표시 영역 전체에 걸쳐 순차적으로 전환하여 표시되는 상이한 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 종류와 표시 순서와의 조합에 의해, 그 표시 영역 내의 스트라이프 연장 방향과 직교하는 방향의 최소 스트라이프 폭 구간 위의 어느 구간 내에 있는 위치인지를 알 수 있도록 바이너리 코드화된, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을 사용하지만, 이 바이너리 코드는 상이한 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 순차적인 전환 표시 중의, 각 화소 어드레스의 화소에서의 「밝음」(1)과 「어둠」(0)의 출현순서에 대응하므로, 상기 순차적인 전환 중, 각 화소 어드레스의 화소에서의 「밝음」(1 )과 「어둠」(0)의 출현순서를 기억하여 두고, 이 기억 결과를 바이너리 코드화하여, 이것을 그 화소의 데이터로 하는 화상 처리를, 스트라이프 연장 방향에 직교하는 방향을 x방향으로 한 경우와 Z 방향으로 한 경우와의 양쪽 모두에 대하여 실행함으로써, 원상 위치좌표(X, Z)와 거울상 위치좌표(x', y')와를 대략적으로 대응시키는 것이 가능하다.
여기서 대략적인 대시키는 것이라고 말한 것은, 상기 바이너리 코드 패턴 투영법에서는, 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴 중 최소 스트라이프 폭이 원상 위치좌표(X, Z)의 최소단위로 되고, 또한, 스트라이프 경계부가 밝음과 어둠 중 어디에 속하는지의 판정이 어려우므로 최소 스트라이프 폭을 그다지 작게 할 수 없으므 로, 분해능(分解能)이 낮다는 결점이 있기 때문이다.
여기서, 스트라이프 폭이란, 스트라이프의 명암 1조(組) 중 한쪽의 영역의 폭을 가리키는 것으로 하고, 최소 스트라이프 폭이란, 명암 한쪽의 영역의 폭 중, 좁은 쪽을 가리키는 것을 의미한다.
한편, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을, 상기 멀티슬릿 주사와 조합한 명암패턴도 알려져 있다(특허문헌 10 참조). 이에 의하면, 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴 가운데 최소 스트라이프 폭의 각 구분을, 멀티슬릿 중의 슬릿 1개씩으로 동시에 주사함으로써, 각 구분 내에서의 더 정밀한 위치를 단시간에 인식할 수 있어, 원상 위치좌표(X, Z)와 거울상 위치좌표(x', y')와의 더 정밀한 대응시킴이 가능하다.
그래서, 본 발명에서는, 복수 종류의 명암패턴으로서, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴과, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위를 주사하는 복수 개의 슬릿을 사용하는 것이 바람직하다(본 발명의 제4 발명에 대응).
이 경우, 화상 처리의 간편함의 관점으로부터, 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴은 스트라이프 배열 패턴 전체를 2n 등분하여 명암이 교대로 배열한 것이 바람직하다(본 발명의 제5 발명에 대응). 또한, 복수 개의 슬릿(멀티슬릿)은 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사되는 것이 바람직하다(본 발명의 제6 발명에 대응).
이러한 명암패턴의 일례로서, 좌우 방향(x방향)으로 뻗는 5종류의 스트라이프 배열 패턴 및 1종류의 멀티슬릿을 도 6에 나타낸다. 스트라이프 배열 패턴은 스트라이프 배열 패턴 전체를 2n 등분하여 명암이 교대로 배열한 것이며, 이 예에서는, n=1∼5로 하고 있다. 즉, n=1, 2, 3, 4, 5가 각각 도 6 중의 좌측의 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32로 기재한 5종류의 패턴에 대응한다. 이들 5종류의 스트라이프 배열 패턴은 순차적으로 전환하여 표시되므로, 거울상 화상 위의 y좌표(거울상 위치좌표 y)와 패턴표시수단 상의 Z좌표(원상 위치좌표 Z)와의 대략적인 대응시키는 것(바이너리 코드 구분 사이에서의 대응시킴)이 가능하다.
한편, 멀티슬릿은 도 6 중의 오른쪽 끝에 나타난 바와 같이, 복수 개의 슬릿이 그 슬릿 간격을 상기 최소 스트라이프 폭(1/32의 스트라이프 배열 패턴의 스트라이프 폭)의 피치(pitch)로 배열된다. 그리고, 1/32의 스트라이프 배열 패턴까지를 투영하는 것은 일의적(一義的)인 것은 아니며, 면왜곡이 큰 경우, 그 이전에 거울상 위의 어느 스트라이프가 원상 위의 어느 스트라이프에 대응하는지 모르게 되어 버리는 경우도 있으므로, 어디까지 최소 스트라이프 폭을 작게 한 것을 표시하여 투영할지는 인위적인 판단 등으로 적절히 조정해도 좋다.
이 멀티슬릿은, 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 최소 스트라이프 폭의 피치를 유지하면서, 최소 스트라이프 폭 이상, 바람직하게는 최소 스트라이프 폭보다 약간 크고, 최소 스트라이프 폭의 1.3배 이하로 주사한다. 최소 스트라이프 폭보다 약간 크게 주사하는 것이 바람직한 이유는, 경계가 확실히 주사되어, 그 경계의 면왜곡의 측정이 확실하게 행해지기 때문이다. 이 예에서는, 슬릿의 1개씩이 상기 최소 스트라이프 폭의 각 구분을 주사하므로, 상기 최소 스트라이프 폭의 각 구분에 대응하는 동일 바이너리 코드 구분 내에서의, 거울상 위치좌표 y와 원상 위치좌표 Z와의 정밀한 대응시킴이 가능하다.
또한, 면왜곡분포의 측정 방향을 서로 직교하는 2방향으로 하는 경우, 이후에 행하는 일방향의 측정에서는, 먼저 행한 다른 방향의 측정에 사용한 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴 및 멀티슬릿 대신에, 뻗는 방향이 상기 복수 종류의 스트라이프 패턴 및 상기 복수 개의 슬릿과 직교하는 방향의 복수 종류의 스트라이프 패턴 및 복수 개의 슬릿을 사용하면 바람직하다(본 발명의 제7의 발명에 대응).
그 일례로서, 도 1O에는, 도 6에 나타낸 각 스트라이프 배열 패턴 및 멀티슬릿 대신에, 상하 방향으로 뻗는 스트라이프 배열 패턴과 멀티슬릿을 나타냈다. 이에 의하면, 도 6의 설명에 있어서, y 대신에 x로 하고, Z 대신에 X로 한 설명이 성립되기 때문에, 거울상 위치좌표 x와 원상 위치좌표 X와의 대략적인 대응시킴이 가능하고, 또한, 최소 스트라이프 폭의 각 구분에 대응하는 동일 바이너리 코드 구분 내에서의, 거울상 위치좌표 x와 원상 위치좌표 X와의 정밀한 대응시킴이 가능하다.
또한, 도 6의 것에 대신하여 도 10의 것을 사용하는 경우는, 바꾸기 전과 후의 스트라이프 배열 패턴 종류 수 및 슬릿 개수는 같지만, 이에 한정되지 않고, 바꾸기 전과 후의 스트라이프 배열 패턴 종류 수 및/또는 슬릿 개수는 상이해도 상관없다.
복수의 명암패턴으로서, 예를 들면 도 6, 도 10과 같은, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴 및 최소 스트라이프 폭 이상의 범위를 주사하는 복수 개의 슬릿을 사용하는 경우, 면왜곡분포 측정수단에 의한 화상 처리 내지 면왜곡분포 연산의 방법은 예를 들면, 다음과 같이 설정하는 것이 바람직하다.
(A1) 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 전환 표시 중, 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을 구하고, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값을 구하고, 상기 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값과 상기 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값으로부터, 측정대상 표면 전체의(바이너리 코드 구분간의) 대략적인 면왜곡분포를 구한다(본 발명의 제10의 발명에 대응).
(A2) 복수 개의 슬릿을 주사하여 얻어지는 복수의 거울상 화상으로부터 면왜곡분포를 연산하는 면왜곡의 측정장치로서, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 상기 촬영수단의 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의, 상기 패턴표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하고, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위(바이너리 코드 구분 내, 단, 구분 사이의 구별은, 전술(A1)한 복수 종류의 스트라이프 배열 패 턴의 전환 표시 이후의 일련의 처리에서 얻어진 결과에 근거하여 하는 것이 바람직하다)의 정밀한 면왜곡분포를 구하여, 이 정밀한 면왜곡분포를 화상 표시한다(본 발명의 제11 발명에 대응).
(A3) (A1)로 구한 측정대상 표면 전체의 대략적인 면왜곡분포의 연산 결과를, (A2)로 구한 정밀한 면왜곡분포로 보완함과 함께, 측정대상 표면 전체의 정밀한 면왜곡분포를 구한다(본 발명의 제12 발명에 대응). 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의, 상기 패턴 표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴 표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 것은 예를 들면, 다음에 설명하는 본 발명의 제13 발명과도 관계하지만, 패턴표시수단 상, 횡방향의 화소 수가 1024인 것으로 하고, 촬영수단의 어느 화소에 있어서, 최대 휘도를 나타낸 것이 패턴표시수단 상의 제512번째의 화소인 것으로 한 경우, 이것을, 면왜곡 상태를 흑백 화상으로 나타내기 위해, 흑백의 계조(階調) 중 정확하게 중간인 회색으로 나타낼 수 있는 등, 장소에 따라 최대 휘도를 나타내는 주사 방향 위치가 상이한 것을 이용하여, 각 장소에서의 면왜곡의 측정대상 표면 전체에서의 상대적인 크기 등을 구하는데 유리하다는 등의 이점이 있다.
또한, 최종적인, 측정대상 표면 전체의 정밀한 면왜곡분포만을 구하고 싶은 경우, (Al) 및 (A2)에서의 면왜곡분포 연산 단계를 생략하는 것도 가능하고, 화상 처리 내지 면왜곡분포 연산의 방법을, 예를 들면 다음과 같이 설정해도 괜찮다.
(B) 상기 면왜곡분포 연산수단이 실시하는 화상 처리 내지 면왜곡분포 연산은 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 전환 표시 중, 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 단계와, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 상기 촬영수단의 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의, 상기 패턴표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 단계와 이들을 합성하여, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값을 구하는 단계와, 전체 화소에 걸쳐, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상 표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 면왜곡분포를 연산하는 단계와, 상기 단계 중 1 또는 2 이상의 단계에서의 실행 결과를 화상 표시하는 단계를 갖는다(본 발명의 제13 발명에 대응).
면왜곡분포 측정수단에 의한 화상 처리 내지 면왜곡분포 연산의 방법을 상기 (A1)∼(A3)로 설정한 측정장치를 사용하는 경우, 면왜곡의 측정방법은 아래와 같은 일련의 처리(AS1∼AS6)를 행하는 것으로 하면 좋다(본 발명의 제15 발명에 대응).
(AS1) 임의의 패턴이 표시 가능한 패턴표시수단 상에, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을 표시하는 처리.
(AS2) 복수 개의 슬릿을 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사하여 표시하는 처리.
(AS3) 상기 표시된 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위에서의 거울상을 촬영수단으로 촬영하는 처리.
(AS4) 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 측정대상에 비치는 거울상 화상을 포착하는 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하고, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값을 구하고, 상기 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값과 상기 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값으로부터, 측정대상 표면 전체의 대략적인 면왜곡분포를 구하는 처리.
(AS5) 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의 상기 패턴표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하고, 혹은 이 데이터를 더 화상 표시함과 함께, 전체 화소에 대하여, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위의 정밀한 면왜곡분포를 구하는 처리.
(AS6) 상기 전체의 대략적인 면왜곡분포의 연산 결과를, 상기 정밀한 면왜곡분포의 연산 결과로 보완함으로써, 측정대상 전체의 정밀한 면왜곡분포를 연산하는 처리.
또한, 면왜곡분포 측정수단에 의한 화상 처리 내지 면왜곡분포 연산의 방법을 상기 (B)로 설정한 측정장치를 사용하는 경우, 면왜곡의 측정방법은 아래와 같은 처리를 행하는 것이라면 좋다(본 발명의 제16 발명에 대응).
(BS1) 임의의 패턴이 표시 가능한 패턴표시수단 상에, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을 표시하는 처리.
(BS2) 복수 개의 슬릿을 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사하여 표시하는 처리.
(BS3) 상기 표시된 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위에서의 거울상을 촬영수단으로 촬영하는 처리.
(BS4) 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 측정대상에 비치는 거울상 화상을 포착하는 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 처리.
(BS5) 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 처리.
(BS6) (BS4)로 구한 좌표값과 (BS5)로 구한 좌표값을 합성하여, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값을 구하는 처리와, 전체 화소에 걸쳐, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 측정대상 표면 전체의 면왜곡분포를 연산하는 처리.
(BS7) 상기 각 처리의 도중 단계 및/또는 최종 단계의 실행 결과를 화상 표시하는 처리.
또한, 측정대상 표면의 기울기를 2차 미분 처리함으로써, 표면 기울기의 변화율을 산출하여, 면왜곡 발생위치 및 발생량을 정량적으로 평가한다(본 발명의 제 14 또는 17 발명에 대응).
구체적으로는, 단면 형상의 1차 미분값 즉, 면의 기울기를 상기 (5), (6)식으로 구하여 이들을 곡선 근사한다. 또한 근사한 곡선을 미분하여, 기울기 변화값(2차 미분값)을 산출한다. 2차 미분값 산출을 단면 모두에 반복하여, 면 전체의 2차 미분값 분포를 얻는다. 도 16은 단면 형상과 2차 미분값을 대응시킨 예를 나타내는 도면이다. 2차 미분값이 음의 값으로 극소값으로 되어 있는 부분(도면 중, 실선의 원으로 둘러싸인 위치)에서는, 단면 형상이 철곡면(凸曲面)이며, 반대로, 2차 미분값이 양의 값으로 극대값으로 되어 있는 부분(도면 중, 파선의 원으로 둘러싸인 위치)에서는, 단면 형상이 요곡면(凹曲面)이라는 것을 알 수 있다. 이와 같이 2차 미분값을 구함으로써, 면의 요철 변화 즉, 면왜곡 발생위치 및 발생량을 정량적으로 평가할 수 있다. 또한, 근사곡선을 사용하는 것은 디지털값을 그대로 사용하여 디지털 미분을 행하는 것도 가능하지만, 그때 발생하는 디지털 노이즈(noise)의 저감을 도모하기 위해서이다.
또한, 금속판의 프레스 성형방법에 있어서, 상술한 본 발명에 의한 측정장치 및/또는 측정방법을 사용하여, 프레스 성형 후의 금속판의 면왜곡분포를 측정하는 금속판의 프레스 성형방법에 의하면, 본 발명의 효과가 가장 좋게 나타나므로, 이 프레스 성형방법도 본 발명 범위 내로 한다(본 발명의 제18 발명에 대응).
또한, 프레스 성형, 부품 장착, 조립, 도장, 열처리, 완성품 검사 중 어느 적어도 하나의 금속판의 처리에 의한 면왜곡으로 초래한 표면 품질 불량을, 상술한 본 발명에 의한 측정장치 및/또는 측정방법을 사용하여 검사하는 금속제품의 표면품질검사방법에 의하면, 종래의 기술로는 대응할 수 없었던, 제조 라인을 이동하는 제품의 속도에도 충분히 대응할 수 있어, 인 라인에서의 검사가 가능함과 함께, 검사 정밀도 및 검사 능률을 비약적으로 향상시킬 수 있으므로, 상기 표면품질검사방법도 본 발명 범위 내로 한다(본 발명의 제19 발명에 대응).
상기 각 본 발명에 의하면, 특허문헌 10처럼 각도 θ의 분해능의 한계로부터 오는 제약이 해소되어, 패턴표시수단과 촬영수단의 화소의 정밀도에 따라, 예를 들면 자동차의 외판 표면과 같은 경면 내지 반경면의 수십 ㎛ 정도의 미세한 요철에 상당하는 면왜곡분포의 정량적 측정 및 평가가 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예의 하나를 실시예 1로서 개시한다. 본 실시예 1에서는, 도 2에 나타낸 측정장치를 사용하여 자동차용 강판을 프레스 성형 후, 도장한 샘플을 측정대상으로 하여, 본 발명의 제16 발명의 측정방법에 의해, 면왜곡분포를 측정하였다. 측정 방향은 y방향 및 x방향(도 1 참조)의 2방향으로 하였다. y방향의 측정에는 도 6, x방향의 측정에는 도 10의 명암패턴을 사용하였다. 측정장치는 도 1에 있어서 1=L로 되는 배치형태로 하고, 면왜곡연산식은, x방향에는 (5)식, y방향에는 (6)식을 사용하였다. 프로젝터는 화소 수 1024×768의 DLP 프로젝터, TV 카메라는 화소 수 600×480의 CCD TV 카메라를 사용하였다.
처음에 y방향의 측정을 하였다. 먼저, 도 6의 스트라이프 패턴 전환(코드 패턴 투영)을 행하고, 이어서 멀티슬릿 주사를 행하여, 스크린 상에 표시한 명암패 턴이 측정대상 표면 위에 비친 거울상을 TV 카메라로 촬영하였다(상기 (BS1), (BS2), (BS3)의 처리). 촬영된 거울상 화상을 도 7에 나타낸다.
코드 패턴 투영 및 그 거울상 촬영시에 (BS4), (BS7)의 처리를 행하여, 멀티슬릿 주사 및 그 거울상 촬영시에 (BS5), (BS7)의 처리를 행하였다. (BS4)의 처리로 구해진, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값(Z 방향의 대략적인 위치좌표에 대응)을 전체 화소에 대하여 명암으로 나타낸 표시 화상을 도 8A에 나타낸다. (BS5)의 처리로 구해진, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값(Z 방향의 대략적인 위치좌표의 구분 내에서의 정밀한 위치좌표에 대응)을 전체 화소에 대하여 명암으로 나타낸 표시 화상을 도 8B에 나타낸다.
또한 (BS6), (BS7)의 처리를 행하였다. (BS4)의 처리로 구해진, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값과, (BS5)의 처리로 구해진, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값을 합성한 것(Z 방향의 정밀한 위치좌표에 대응)을 전체 화소에 대하여 명암으로 나타낸 표시 화상을 도 8C에 나타낸다. 그리고 이 합성시에 노이즈 처리(노이즈를 제거하는 처리)를 행하였다. 이러한 노이즈 처리를 행하는 경우도 본 발명에 포함된다. 이렇게 하여 정밀하게 대응된 y와 Z의 값의 조(組)를 (6)식에 적용하여, 측정대상 표면 전체에 걸쳐 y방향의 면왜곡(cosΦtanξ) 분포를 연산하였다. 그 결과를 명암으로 나타낸 표시 화상을 도 9에 나타낸다.
다음으로 x방향의 측정을 하였다. 먼저, 도 10의 스트라이프 패턴 전환(코드 패턴 투영)을 행하고, 이어서 멀티슬릿 주사를 행하여, 스크린 상에 표시한 명 암패턴이 측정대상 표면 위에 비친 거울상을 TV 카메라로 촬영하였다((BS1), (BS2), (BS3)의 처리). 촬영된 거울상 화상을 도 11에 나타낸다.
코드 패턴 투영 및 그 거울상 촬영시에 (BS4)의 처리를 행하고, 멀티슬릿 주사 및 그 거울상 촬영시에 (BS5)의 처리를 행하며, 또한 (BS6), (BS7)의 처리를 행하였다. (BS4)의 처리로 구해진, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값과, (BS6)의 처리로 구해진, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값을 합성한 것(x방향의 정밀한 위치좌표에 대응)을 전체 화소에 대하여 명암으로 나타낸 표시 화상을 도 12에 나타낸다.
또한, 이 합성시에 노이즈 처리(노이즈를 제거하는 처리)를 실시하였다. 이렇게 하여 정밀하게 대응된 x와 X의 값의 조를 (5)식에 적용하여, 측정대상 표면 전체에 걸쳐 x방향의 면왜곡(sinΦtanξ) 분포를 연산하였다. 그 결과를 명암으로 나타낸 표시 화상을 도 13에 나타낸다.
이상의 실시예 1로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위의, 관찰 가능한 모든 점에서의 면왜곡분포를, 정량적으로, 또한, 고속·고정밀도로 측정하는 것이 가능하다,
다음으로, 본 발명의 실시예의 하나를 실시예 2로서 개시한다. 본 실시예 2에서는, 도 2에 나타낸 측정장치를 사용하여, 자동차용 강판을 프레스 성형 후, 도장한 샘플을 측정대상으로 하고, 본 발명의 제14 발명의 측정방법에 의해, 2차 미분 처리함으로써, 표면 기울기의 변화율(=곡률)을 산출하여, 면왜곡발생위치 및 발생량을 정량적으로 평가하였다.
도 17은 본 실시예 2에서의 전체 처리 흐름을 나타내는 도면이다. 도면 중, 일점쇄선보다 위의 처리는 상기 실시예 1과 마찬가지이고, 일점쇄섬보다 아래의 처리(Step l15∼Step 117)가 새롭게 더해져 있다.
Step lO1∼Step lO6의 처리는 전술한 대략적인 대응시킴을, Step 107∼Step ll2의 처리는 전술한 정밀한 대응시킴을 각각 실시하여, Step l13 및 Step l14에 의해, 면의 기울기 즉, 단면 형상의 1차 미분값(이하, TRiDY값이라고도 칭한다)을 산출한다.
그리고, Step 115에서, 단면 마다 면의 기울기 분포를 곡선 근사한다. 도 18은 단면 형상의 1차 미분값에 대한 근사곡선의 예를 나타내는 도면이다. 도 18A는 도어 손잡이부(door knobe) 주변의 면 기울기 분포를, 도 18B는 단면A－AA에서의 TRiDY값과 근사곡선을 나타내는 도면이다.
이 예에서는, TRiDY값의 근사곡선 f'(x)로서, 이하의 (7)식을 최소 2제곱법을 이용하여 구하고 있다. 근사 범위를, 면 왜곡 관능(官能)평가 결과와 가장 맞는 50 mm로 하면, 도 18B에 나타내는 바와 같이 좋은 근사가 된다는 것을 알 수 있다. 또한, 근사곡선의 예로서
Figure 112008014661482-PCT00005
최소 2제곱법을 이용한 다항식의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.
Step 116에서는, (7)식에서 구한 TRiDY값의 근사곡선 f'(x)를 이하의 (8)식처럼 더 미분하여, 2차 미분값(곡률) f"(x)를 구한다. 이 처리를 모든 단면에 대 하여 반복하여, 면의 2차 미분값 분포를 구한다.
그리고, 최종적으로 2차 미분값의 컬러(color)(또는 농담(濃淡)) 맵(map)을 표시(Step 117)하여 처리를 종료한다. 도 19는 실험과 본 발명에 의한 면왜곡 평가결과의 비교를 나타낸 도면이다. 도면은 재질이 다른 2종류의 강판에 대하여, 각각 좌측에 실험에 의한 줄무늬(zebra) 표시와, 우측에 본 발명을 적용한 결과를 대비할 수 있도록 나타내고 있다.
Figure 112008014661482-PCT00006
줄무늬 관찰에서는, 흰색과 흑색의 직선 모양 스트라이프를 가진 광원을 도장한 프레스 제품에 조사(照射)(줄무늬 표시)함으로써, 면왜곡에 의한 외관 불량을 평가하는 것이다. 조사한 평행선이 일그러져 보이는 경우, 면왜곡이 발생하고 있다고 판단할 수 있어, 도어 손잡이부와의 경계를 둥글게 둘러싼 부분에 왜곡을 확인할 수 있다.
이에 대하여, 본 발명에서는, 2차 미분값의 컬러(또는 농담) 맵에 의해, 면왜곡 발생위치 및 발생량을 정량적으로 평가할 수 있지만, 줄무늬 관찰로 면왜곡이 발생하고 있다고 관찰된 부분과 같은 부위에 면왜곡이 발생되어 있는 것으로 그 농담 맵으로부터 확인할 수 있다.
이상의 실시예 2로부터도 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위의, 관찰 가능한 모든 점에서의 면왜곡분포를, 정량적으로, 또한, 고속·고정밀도로 측정할 수 있음과 아울러, 측정대상 표면의 기울기를 2차 미분 처리함으로써, 표면 기울기의 변화율을 산출하여, 면왜곡 발생 위치 및 발생량을 정량적으로 평가하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위의, 관찰 가능한 모든 점에서의 면왜곡분포를, 정량적으로, 또한 고속·고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 프레스 가공에 제공되는 소재 금속판의 개발 등에 있어서, 소재 금속판의 가공성의 평가, 프레스 성형용 금형의 열화(劣化) 상황의 평가, 제품 금속판의 검사 등을 정밀하게 행할 수 있다. 예를 들면, 고성능의 소재 금속판이나, 그 가공법을 개발함에 있어서, 효율이 상승됨과 아울러, 제품 금속판의 수율, 품질의 향상에도 기여한다.

Claims (19)

  1. 복수 종류의 명암패턴을 전환(switch)하여 표시하는 것이 가능한 패턴표시수단과, 경면(鏡面) 내지 반경면(半鏡面) 형상의 측정대상 표면 위에 비치는, 상기 패턴표시수단에 표시된 복수의 명암패턴의 거울상(mirror image)을 촬영하는 촬영수단과, 촬영된 복수의 명암패턴의 거울상 화상을 화상 처리하여, 측정대상 표면의 면왜곡(surface-distortion)분포를 연산하는 면왜곡분포 연산수단을 구비한 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촬영수단에 의해 촬영된 거울상 화상을 화상으로서 표시 가능한 화상표시수단을 구비한 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    화상 처리의 도중 단계 혹은 최종 단계에서의 처리 결과 및/또는 면왜곡연산 결과를 표시할 수 있는 측정연산결과 표시수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴표시수단은 바이너리 코드 패턴(binary-coded pattern) 투영법(投 影法)용의 복수 종류의 스트라이프(stripe) 배열 패턴과 최소 스트라이프 폭 이상의 범위를 주사(走査)하는 1개의 슬릿(slit) 복수개로 명암패턴을 표시할 수 있는 것인 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴은 스트라이프 배열 패턴 전체를 2의 n승 등분하여 명암이 교대로 배열한 것인 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 복수개의 슬릿은 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사되는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴 및 상기 복수 개의 슬릿 대신에, 뻗는 방향이 상기 복수 종류의 스트라이프 패턴 및 상기 복수 개의 슬릿과 직교하는 방향의 복수 종류의 스트라이프 패턴 및 복수 개의 슬릿을 사용하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴표시수단은 임의의 패턴을 투영 가능한 프로젝터와 스크린으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴표시수단은 임의의 패턴을 표시 가능한 플랫 디스플레이(flat display)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 거울상 화상으로부터 면왜곡분포를 연산하는 면왜곡의 측정장치로서, 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 전환 표시중, 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음(明)과 어둠(暗)의 출현순서를 기억하고, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을 구하고, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스(address), 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값을 구하여, 상기 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값과 상기 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값으로부터, 측정대상 표면 전체의 대략적인 면왜곡분포를 구하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  11. 제10항에 있어서,
    복수 개의 슬릿를 주사하여 얻어지는 복수의 거울상 화상으로부터 면왜곡분포를 연산하는 면왜곡의 측정장치로서, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 상기 촬영수단의 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의, 상기 패턴표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하고, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위의 정밀한 면왜곡분포를 구하여, 이 정밀한 면왜곡분포를 화상 표시하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  12. 제11항에 있어서,
    바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 거울상 화상으로부터 구한, 측정대상 표면 전체의 대략적인 면왜곡분포의 연산 결과를, 복수 개의 슬릿을 주사하여 얻어지는 복수의 거울상 화상으로부터 구한, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위의 정밀한 면왜곡분포로 보완함과 함께, 측정대상 표면 전체의 정밀한 면왜곡분포를 구하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  13. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 면왜곡분포 연산수단이 실시하는 화상 처리 내지 면왜곡분포 연산은 복 수 종류의 스트라이프 배열 패턴의 전환 표시중, 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 단계와, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 상기 촬영수단의 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의, 상기 패턴표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 단계와, 이들을 합성하여 각 화소에 대응하는 패턴 표시수단 상의 좌표값을 구하는 단계와, 전체 화소에 걸쳐, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 면왜곡분포를 연산하는 단계와, 상기 단계 중 1 또는 2 이상의 단계에서의 실행 결과를 화상 표시하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정대상 표면의 기울기(inclination)를 2차 미분(微分) 처리함으로써 표면 기울기의 변화율을 산출하여, 면왜곡 발생위치 및 발생량을 정량적으로 평가하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치.
  15. 임의의 패턴이 표시 가능한 패턴표시수단 상에, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을 표시하는 처리와, 복수 개의 슬릿을 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사하여 표시하는 처리와, 상기 표시된 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위에서의 거울상을 촬영수단으로 촬영하는 처리와, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 측정대상에 비치는 거울상 화상을 포착하는 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하고, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값을 구하고, 상기 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값과 상기 각 화소에 대응하는 측정대상 표면 위의 좌표값으로부터, 측정대상 표면 전체의 대략적인 면왜곡분포를 구하는 처리와, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의 상기 패턴표시수단 상의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하고, 혹은 이 데이터를 더 화상 표시함과 함께, 전체 화소에 대하여, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 최소 스트라이프 폭 이상의 범위의 정밀한 면왜곡분포를 구하는 처리와, 상기 전체의 대략적인 면왜곡분포의 연산 결과를 상기 정밀한 면왜곡분포의 연산결과로 보완함으로써, 측정대상 표면 전체의 정밀한 면왜곡분포를 연산하는 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법.
  16. 임의의 패턴이 표시 가능한 패턴표시수단 상에, 바이너리 코드 패턴 투영법 용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴을 표시하는 처리와, 복수 개의 슬릿을 슬릿이 뻗는 방향과 직교하는 방향으로 주사하여 표시하는 처리와, 상기 표시된 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 경면 내지 반경면 형상의 측정대상 표면 위에서의 거울상을 촬영수단으로 촬영하는 처리와, 바이너리 코드 패턴 투영법용의 복수 종류의 스트라이프 배열 패턴의, 측정대상에 비치는 거울상 화상을 포착하는 상기 촬영수단의 각 화소 마다, 그 화소에서의 밝음과 어둠의 출현순서를 기억하여, 이 출현순서의 기억 결과에 대응하는 상기 패턴표시수단 상의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 처리와, 각 화소 마다, 슬릿의 주사 중, 각 화소가 최대 휘도를 나타내는 타이밍에서의 슬릿의 주사 방향 위치의 좌표값을, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값으로서 구하는 처리와, 이들을 합성하여, 각 화소에 대응하는 패턴표시수단 상의 좌표값을 구하는 처리와, 전체 화소에 걸쳐, 구한 좌표값, 각 화소의 어드레스, 화상표시수단과 촬영수단과 측정대상과의 기하학적 관계로부터, 측정대상 표면 전체의 면왜곡분포를 연산하는 처리와, 상기 각 처리의 도중 단계 및/또는 최종 단계의 실행 결과를 화상 표시하는 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    측정대상 표면의 기울기를 2차 미분 처리함으로써, 표면 기울기의 변화율을 산출하여, 면왜곡 발생위치 및 발생량을 정량적으로 평가하는 것을 특징으로 하는 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법.
  18. 금속판의 프레스 성형방법에 있어서, 프레스 성형 후의 금속판의 면왜곡분포를, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재한 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치 및/또는 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재한 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법을 사용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 금속판의 프레스 성형방법.
  19. 프레스 성형, 부품 장착, 조립, 도장, 열처리, 완성품 검사 중 어느 것인가 적어도 1개의 금속판의 처리에 의한 면왜곡으로 초래된 표면 품질 불량을, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재한 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정장치 및/또는 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 기재한 경면 내지 반경면 상의 면왜곡의 측정방법을 사용하여 검사하는 것을 특징으로 하는 금속제품의 표면품질검사방법.
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