JP4640254B2 - Scratch measuring device and measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、物体表面に形成された擦傷を定量的に測定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for quantitatively measuring scratches formed on the surface of an object.
自動車ボディ等の塗装面は、擦傷がつきにくいことや、擦傷が目立ちにくいことが要求される。そのことから、塗料を開発する過程では、塗料を塗布した塗装面に擦傷を意図的に形成する処理を実施し、擦傷のつきにくさ(耐擦傷性)や、擦傷が目立ちにくさを評価する試験が行われている。
引用文献1には、擦傷の目立ちにくさを評価する技術が記載されている。引用文献1の技術では、塗装面に擦傷を形成する処理に代えて、擦傷を形成した透明フィルム材を用意し、その透明フィルム材を評価対象である塗装面に密着させる。そして、塗装面に密着させた透明フィルム材の擦傷が形成されている部位と、擦傷が形成されていない部位の明度をそれぞれ測定する。このとき、擦傷が目立ちやすい塗装面では、擦傷が形成されている部位を測定した明度と、擦傷が形成されていない部位を測定した明度との間の明度差が大きくなる。一方、擦傷が目立ちにくい塗装面ではその明度差は小さくなる。この技術では、擦傷の有無による明度変化量によって、擦傷の目立ちにくさを定量的に評価する。
Cited Document 1 describes a technique for evaluating the difficulty of scratches. In the technique of the cited document 1, instead of the process of forming scratches on the painted surface, a transparent film material having scratches is prepared, and the transparent film material is brought into close contact with the painted surface to be evaluated. And the brightness of the site | part in which the abrasion of the transparent film material closely_contact | adhered to the coating surface is formed, and the site | part in which the abrasion is not formed are each measured. At this time, on the painted surface where scratches are conspicuous, the brightness difference between the brightness measured for the site where the scratch is formed and the brightness measured for the site where the scratch is not formed becomes large. On the other hand, the difference in brightness is small on a painted surface where scratches are not noticeable. This technique quantitatively evaluates the conspicuousness of scratches by the amount of change in brightness due to the presence or absence of scratches.
一方、擦傷のつきにくさ(耐擦傷性)を評価する試験では、評価対象である塗装面に擦傷を意図的に形成する処理を行い、塗装面に形成された擦傷の程度を評価する。塗装面に形成された擦傷の程度は、擦傷形成の前後における明度変化量を測定することによって、定量的に測定することができる。即ち、擦傷形成の前後における明度変化量が大きければ、塗装面に多くの擦傷が形成されたことを示しており、塗装面の耐擦傷性は低いと判断できる。一方、擦傷形成の前後における明度変化量が小さければ、塗装面に形成された擦傷が少ないことを示しており、塗装面の耐擦傷性は高いと判断できる。塗装面の耐擦傷性を評価した結果は、例えば塗料の開発にフィードバックされ、塗料の配合等を調整することによって、耐擦傷性の向上が図られる。 On the other hand, in a test for evaluating the difficulty of scratching (abrasion resistance), a process for intentionally forming a scratch on the painted surface to be evaluated is performed, and the degree of the scratch formed on the painted surface is evaluated. The degree of scratches formed on the painted surface can be quantitatively measured by measuring the amount of change in brightness before and after the scratch formation. That is, if the brightness change amount before and after the formation of scratches is large, it indicates that many scratches have been formed on the painted surface, and it can be determined that the scratch resistance of the painted surface is low. On the other hand, if the brightness change amount before and after the formation of the scratch is small, it indicates that there is little scratch formed on the painted surface, and it can be determined that the scratch resistance of the painted surface is high. The result of evaluating the scratch resistance of the painted surface is fed back to the development of the paint, for example, and the scratch resistance can be improved by adjusting the composition of the paint.
本願出願人は、塗装面の耐擦傷性を向上するための技術を研究する過程において、擦傷形成の前後における明度変化量のみでは、塗装面の耐擦傷性を正しく評価できないことを確認した。具体的には、2種類の塗装面に対して耐擦傷性の評価試験を行ったときに、擦傷形成の前後における明度変化量は同じであったが、その2種類の塗装面を目視で評価した場合に明らかな差があった。このことは、擦傷形成の前後における明度変化量が同じ塗装面であっても、その耐擦傷性を同一視することができないことを示している。従来の技術では、塗装面に形成された擦傷の状態を正しく測定できず、耐擦傷性を正しく評価することができない。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、塗装面等の物体表面に形成された擦傷を正しく測定することができる技術を提供する。
In the process of studying the technique for improving the scratch resistance of the painted surface, the applicant of the present application has confirmed that the scratch resistance of the painted surface cannot be evaluated correctly only by the amount of change in brightness before and after the formation of the scratch. Specifically, when the scratch resistance evaluation test was performed on two types of painted surfaces, the amount of change in brightness before and after the formation of the scratches was the same, but the two types of painted surfaces were visually evaluated. There was a clear difference in the case. This indicates that the scratch resistance cannot be equated even if the coated surface has the same amount of change in brightness before and after the formation of the scratch. In the prior art, the state of the scratch formed on the painted surface cannot be measured correctly, and the scratch resistance cannot be evaluated correctly.
The present invention solves the above problems. The present invention provides a technique capable of correctly measuring scratches formed on an object surface such as a painted surface.
本発明の技術は、物体表面に形成された擦傷を定量的に測定する装置に具現化することができる。この測定装置は、前記物体表面に所定の入射角で照明光を照射する照明手段と、照明手段によって照明された前記物体表面の明度を測定する第1明度測定手段と、照明手段によって照明された前記物体表面の明度を、入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定する第2明度測定手段と、第1明度測定手段によって測定された擦傷形成前の物体表面の明度と、第1明度測定手段によって測定された擦傷形成後の物体表面の明度との間の第1明度変化量と、第2明度測定手段によって測定された擦傷形成前の物体表面の明度と、第2明度測定手段によって測定された擦傷形成後の物体表面の明度との間の第2明度変化量とを計算する手段とを備えている。
ここでいう入射面とは、照明光が物体表面に入射するときの入射軸と物体表面の法線とを含む平面を意味している。
The technique of the present invention can be embodied in an apparatus for quantitatively measuring scratches formed on the surface of an object. The measuring apparatus is illuminated by illumination means that illuminates the object surface with illumination light at a predetermined incident angle, first brightness measurement means that measures the brightness of the object surface illuminated by the illumination means, and illumination means. A second lightness measuring means for measuring the lightness of the object surface through a polarizing filter that absorbs a component that vibrates perpendicularly to the incident surface; and an object before scratch formation measured by the first lightness measuring means. The first brightness change amount between the brightness of the surface and the brightness of the object surface after scratch formation measured by the first brightness measuring means, and the brightness of the object surface before scratch formation measured by the second brightness measurement means. And means for calculating a second lightness change amount between the lightness of the object surface after the scratch formation measured by the second lightness measurement means.
The incident surface here means a plane including the incident axis when the illumination light is incident on the object surface and the normal of the object surface.
本願出願人は、物体表面に形成される擦傷を詳細に研究した結果、物体表面に形成される擦傷には、物体表面に凹凸が形成される表面傷と、物体の表層を変色させる内部傷とが含まれることを見出した。物体表面に形成された表面傷は、物体表面に微小な反射面を生成することから、物体表面の光沢等を減少させてしまう。物体の表層に形成された内部傷は、物体の表層を例えば白濁させることから、物体の色そのものを変化させてしまう。擦傷形成の前後における明度変化は、表面傷の形成に伴って生じるとともに、内部傷の形成によっても生じる。従来技術のように、擦傷形成の前後における明度変化量を単純に測定しただけでは、表面傷に起因する明度変化量と内部傷に起因する明度変化量の合計が測定されてしまい、表面傷に対する耐性が劣っているのか、内部傷に対する耐性が劣っているのかを判別することができない。
表面傷と内部傷は、その形成メカニズムが異なっている。そのことから、例えば塗装面の耐擦傷性を向上するために塗料の配合等を調整する場合、表面傷に対する耐性を向上するための方策と、内部傷に対する耐性を向上するための方策は、互いに異なることとなる。塗装面の耐擦傷性を向上するための方策を適切に行うためには、表面傷に対する耐擦傷性と、内部傷に対する耐擦傷性を区別して評価する必要がある。そのためには、塗装面に形成された擦傷を、表面傷と内部傷とに区別して定量的に測定することが必要となる。
As a result of a detailed study of the scratches formed on the object surface, the applicant of the present application has found that the scratches formed on the object surface include surface scratches that form irregularities on the object surface and internal scratches that change the surface layer of the object. Has been found to be included. Surface flaws formed on the object surface generate a minute reflecting surface on the object surface, thereby reducing the gloss of the object surface. Internal flaws formed on the surface of the object cause the surface of the object to become clouded, for example, thereby changing the color of the object itself. The change in brightness before and after the formation of scratches is accompanied by the formation of surface scratches and also by the formation of internal scratches. As in the prior art, simply measuring the amount of change in brightness before and after the formation of scratches, the total amount of change in brightness caused by surface scratches and the amount of change in brightness caused by internal scratches is measured. It is impossible to determine whether the resistance is inferior or the resistance to internal wounds is inferior.
Surface scratches and internal scratches have different formation mechanisms. Therefore, for example, when adjusting the composition of the paint in order to improve the scratch resistance of the painted surface, the measures for improving the resistance to surface scratches and the measures for improving the resistance to internal scratches are mutually It will be different. In order to appropriately take measures for improving the scratch resistance of the painted surface, it is necessary to distinguish and evaluate the scratch resistance against surface scratches and the scratch resistance against internal scratches. For this purpose, it is necessary to quantitatively measure the scratches formed on the painted surface by distinguishing between surface scratches and internal scratches.
物体表面に照明光を入射させると、その一部が物体表面において表面反射されるとともに、その一部が物体の表層において拡散反射される。物体表面における表面反射光の強度は、物体表面の性状に応じて変化することから、物体表面に形成された表面傷の程度に応じて変化する。従って、擦傷形成の前後における表面反射光の強度変化量を測定することができれば、物体表面に形成された表面傷を定量的に測定することができる。一方、物体の表層における拡散反射光の強度は、物体の表層の性状に応じて変化することから、物体の表層に形成された内部傷の程度に応じて変化する。従って、擦傷形成の前後における拡散反射光の強度変化量を測定することができれば、物体の表層に形成された表面傷を定量的に測定することができる。 When illumination light is incident on the object surface, a part of the light is reflected on the object surface, and a part of the light is diffusely reflected on the surface layer of the object. Since the intensity of the surface reflected light on the object surface changes according to the properties of the object surface, it changes according to the degree of surface scratches formed on the object surface. Therefore, if the amount of change in the intensity of the surface reflected light before and after the formation of the scratch can be measured, the surface scratch formed on the object surface can be quantitatively measured. On the other hand, the intensity of the diffusely reflected light on the surface layer of the object changes according to the properties of the surface layer of the object, and thus changes according to the degree of internal flaws formed on the surface layer of the object. Accordingly, if the intensity change amount of the diffuse reflected light before and after the formation of the scratch can be measured, the surface scratch formed on the surface layer of the object can be quantitatively measured.
物体表面における表面反射では、入射面に対して垂直に振動する成分については比較的に高い反射率によって反射されるが、入射面に対して平行に振動する成分については比較的に低い反射率によって反射される。それにより、物体表面で反射された表面反射光は、入射面に対して垂直に振動する成分を主とする略直線偏光となる。一方、物体の表層において拡散反射された拡散反射光は、特定の振動方向を持たない非偏光となる。従って、物体表面の明度を測定する際に、入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定すると、表面反射光は偏光フィルタによってほぼ排除され、主に拡散反射光の強度を測定することができる。 In the surface reflection on the object surface, the component that vibrates perpendicularly to the incident surface is reflected by a relatively high reflectance, but the component that vibrates parallel to the incident surface has a relatively low reflectance. Reflected. Thereby, the surface reflected light reflected by the object surface becomes substantially linearly polarized light mainly including a component that vibrates perpendicularly to the incident surface. On the other hand, the diffusely reflected light diffusely reflected on the surface layer of the object becomes non-polarized light having no specific vibration direction. Therefore, when measuring the brightness of the object surface through a polarizing filter that absorbs the component that vibrates perpendicular to the incident surface, the surface reflected light is almost eliminated by the polarizing filter, mainly diffuse reflection. The intensity of light can be measured.
本発明によって具現化される測定装置では、擦傷形成の前後における物体表面の明度を、偏光フィルタを介さずに測定することができるとともに、偏光フィルタを介して測定することもできる。偏光フィルタを介さずに測定した擦傷形成前の明度と、偏光フィルタを介さずに測定した擦傷形成後の明度との間の第1明度変化量は、物体表面に形成された表面傷に起因する明度変化量と、物体の表層に形成された内部傷に起因する明度変化量との合計を示している。即ち、第1明度変化量は、表面傷と内部傷の両者を含む擦傷の程度を定量的に示している。一方、偏光フィルタを介して測定した擦傷形成前の明度と、偏光フィルタを介して測定した擦傷形成後の明度との間の第2明度変化量は、物体の表層に形成された内部傷に起因する明度変化量の略半分の値を示している。即ち、第2明度変化量は、物体の表層に形成された内部傷の程度を定量的に示している。本発明によって具現化される測定装置によると、第1明度変化量と第2明度変化量をそれぞれ測定することができる。第1明度変化量と第2明度変化量が判明すれば、物体表面に形成された表面傷と物体の表層に形成された内部傷のそれぞれを、定量的に把握することができる。
この測定装置によると、物体表面に形成された擦傷の程度を、表面傷と内部傷とに区別して、定量的に測定することができる。
In the measuring apparatus embodied by the present invention, the brightness of the object surface before and after the formation of the scratch can be measured without using the polarizing filter, and can also be measured through the polarizing filter. The first brightness change amount between the brightness before scratch formation measured without using the polarizing filter and the brightness after scratch formation measured without using the polarizing filter is due to the surface scratch formed on the object surface. The sum of the lightness change amount and the lightness change amount caused by internal flaws formed on the surface layer of the object is shown. That is, the first lightness change amount quantitatively indicates the degree of scratches including both surface scratches and internal scratches. On the other hand, the second lightness change amount between the brightness before scratch formation measured through the polarizing filter and the brightness after scratch formation measured through the polarizing filter is due to internal scratches formed on the surface layer of the object. The value of about half of the brightness change amount is shown. That is, the second brightness change amount quantitatively indicates the degree of internal flaws formed on the surface layer of the object. According to the measuring apparatus embodied by the present invention, the first lightness change amount and the second lightness change amount can be respectively measured. If the first lightness change amount and the second lightness change amount are found, it is possible to quantitatively grasp each of the surface flaw formed on the object surface and the internal flaw formed on the surface layer of the object.
According to this measuring apparatus, the degree of abrasion formed on the surface of an object can be quantitatively measured by distinguishing between surface scratches and internal scratches.
上記した測定装置では、前記計算手段が、前記第1明度変化量から前記第2明度変化量を二倍して減算した第1擦傷指標と、第2明度変化量を二倍した第2擦傷指標の少なくとも一方を計算することが好ましい。
第1明度変化量から第2明度変化量を二倍して減算した第1擦傷指標は、物体表面に形成された表面傷に起因する明度変化量に相当する。第2明度変化量を二倍した第2擦傷指標は、物体の表層に形成された内部傷に起因する明度変化量に相当する。この装置によると、物体表面に形成された表面傷の程度を定量的に示す第1擦傷指標や、物体の表層に形成された内部傷の程度を定量的に示す第2擦傷指標を得ることができる。
In the measurement apparatus described above, the calculation means includes a first scratch index obtained by subtracting the second brightness change amount from the first brightness change amount and a second scratch index obtained by doubling the second brightness change amount. It is preferable to calculate at least one of the following.
The first scratch index obtained by subtracting the second lightness change amount by doubling the first lightness change amount corresponds to the lightness change amount caused by the surface scratch formed on the object surface. The second scratch index obtained by doubling the second lightness change amount corresponds to the lightness change amount caused by the internal flaw formed on the surface layer of the object. According to this apparatus, it is possible to obtain a first scratch index that quantitatively indicates the degree of surface scratches formed on the object surface and a second scratch index that quantitatively indicates the degree of internal scratches formed on the surface layer of the object. it can.
上記した測定装置では、照明光の入射角が、前記物体表面のブリュースタ角に略等しいことが好ましい。
先に説明したように、物体表面における表面反射では、入射面に対して平行に振動する成分については比較的に低い反射率によって反射される。この反射率は、照明光が物体表面へ入射するときの入射角に応じて変化し、所定の入射角ではその反射率がゼロとなる。このときの入射角は、一般にブリュースタ角と呼ばれている。照明光の入射角がブリュースタ角に等しい場合、表面反射光は入射面に対して垂直に振動する成分のみを持つ直線偏光となる。従って、照明光の入射角がブリュースタ角に等しければ、偏光フィルタによって表面反射光を完全に排除することが可能となる。それにより、前記した第1擦傷指標は表面傷に起因する明度変化量に正確に対応し、第2擦傷指標は内部傷に起因する明度変化量に正確に対応する。物体表面に形成された擦傷の程度を、表面傷と内部傷とに正確に区別して、定量的に測定することができる。
In the measurement apparatus described above, it is preferable that the incident angle of the illumination light is substantially equal to the Brewster angle of the object surface.
As described above, in the surface reflection on the object surface, the component that vibrates in parallel to the incident surface is reflected with a relatively low reflectance. This reflectivity changes according to the incident angle when the illumination light is incident on the object surface, and the reflectivity becomes zero at a predetermined incident angle. The incident angle at this time is generally called the Brewster angle. When the incident angle of the illumination light is equal to the Brewster angle, the surface reflected light becomes linearly polarized light having only a component that vibrates perpendicularly to the incident surface. Therefore, if the incident angle of the illumination light is equal to the Brewster angle, the surface reflected light can be completely eliminated by the polarizing filter. Thus, the first scratch index accurately corresponds to the brightness change amount caused by the surface scratch, and the second scratch index accurately corresponds to the lightness change amount caused by the internal scratch. The degree of abrasion formed on the surface of the object can be quantitatively measured by accurately distinguishing between surface scratches and internal scratches.
上記した測定装置では、前記物体表面における光屈折率を入力する入力手段と、入力手段によって入力された光屈折率に基づいて、前記物体表面のブリュースタ角を計算するブリュースタ角計算手段と、前記照明光の入射角を、ブリュースタ角計算手段によって計算されたブリュースタ角に調整する調整手段とが付加されていることが好ましい。
物体表面のブリュースタ角は、物体表面における光屈折率に応じて変化する。この測定装置では、物体表面の光屈折率を入力すれば、照明光の入射角がブリュースタ角に等しく調整される。それにより、光屈折率が異なる様々な物体表面に関して、形成された擦傷を定量的に測定することができる。
In the measurement apparatus described above, input means for inputting the light refractive index at the object surface, Brewster angle calculation means for calculating the Brewster angle of the object surface based on the light refractive index input by the input means, It is preferable that adjustment means for adjusting the incident angle of the illumination light to the Brewster angle calculated by the Brewster angle calculation means is added.
The Brewster angle of the object surface changes according to the light refractive index at the object surface. In this measuring apparatus, if the refractive index of the object surface is input, the incident angle of the illumination light is adjusted to be equal to the Brewster angle. Thereby, the formed scratches can be quantitatively measured with respect to various object surfaces having different optical refractive indexes.
上記した測定装置では、前記第1明度測定手段と第2明度測定手段が、共通の光度計を用いて構成されていることが好ましい。この場合、前記偏光フィルタは、その共通の光度計と物体表面との間に着脱可能であることが好ましい。
それにより、二つの光度計を用いることなく、本発明を具現化した測定装置を実現することができる。
In the measurement apparatus described above, it is preferable that the first brightness measurement means and the second brightness measurement means are configured using a common photometer. In this case, the polarizing filter is preferably detachable between the common photometer and the object surface.
Thereby, a measuring apparatus embodying the present invention can be realized without using two photometers.
上記した測定装置では、照明光の入射角が略57度であることが好ましい。
自動車ボディ等の塗装面では、その表面にクリアコート層が形成されている。クリアコート層の多くは、その屈折率が1.48〜1.60の範囲にあり、そのブリュースタ角は57度に略等しい。従って、照明光の入射角が略57度であると、自動車ボディ等の塗装面に形成された擦傷を、表面傷と内部傷とに区別して、定量的に測定することができる。
In the measurement apparatus described above, the incident angle of the illumination light is preferably approximately 57 degrees.
On a painted surface of an automobile body or the like, a clear coat layer is formed on the surface. Most of the clear coat layers have a refractive index in the range of 1.48 to 1.60, and the Brewster angle is approximately equal to 57 degrees. Therefore, when the incident angle of the illumination light is approximately 57 degrees, the scratch formed on the painted surface of the automobile body or the like can be quantitatively measured by distinguishing between the surface scratch and the internal scratch.
本発明の技術はまた、物体表面に形成された擦傷を定量的に測定する方法にも具現化することができる。この測定方法は、擦傷形成前の物体表面に所定の入射角で照明光を照射して物体表面の明度を測定する第1明度測定工程と、擦傷形成前の物体表面に所定の入射角で照明光を照射するとともに入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して物体表面の明度を測定する第2明度測定工程と、擦傷形成後の物体表面に所定の入射角で照明光を照射して物体表面の明度を測定する第3明度測定工程と、擦傷形成後の物体表面に所定の入射角で照明光を照射するとともに入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して物体表面の明度を測定する第4明度測定工程と、第1明度測定工程によって測定された明度と第3明度測定工程によって測定された明度との間の第1明度変化量と、第2明度測定工程によって測定された明度と第4明度測定工程によって測定された明度との間の第2明度変化量とを計算する工程を備えている。計算工程では、第1明度変化量から第2明度変化量を二倍して減算した第1擦傷指標と、第2明度変化量を二倍した第2擦傷指標の少なくとも一方を計算することがより好ましい。
この測定方法によると、物体表面に形成された擦傷の程度を、表面傷と内部傷とに区別して、定量的に測定することができる。
The technique of the present invention can also be embodied in a method for quantitatively measuring scratches formed on the surface of an object. This measuring method includes a first brightness measurement step of measuring the brightness of an object surface by irradiating illumination light at a predetermined incident angle on the object surface before scratch formation, and illuminating the object surface before scratch formation with a predetermined incident angle. A second brightness measurement step of measuring the brightness of the object surface through a polarizing filter that irradiates light and absorbs a component that vibrates perpendicular to the incident surface; and a predetermined incident angle on the object surface after the formation of the scratch Irradiating illumination light at the third brightness measurement step for measuring the brightness of the object surface, and irradiating the object surface after the scratch formation with illumination light at a predetermined incident angle and vibrating perpendicularly to the incident surface A fourth brightness measurement step for measuring the brightness of the object surface through a polarizing filter that absorbs the component, and a first between the brightness measured by the first brightness measurement step and the brightness measured by the third brightness measurement step. Lightness change amount and second lightness measurement And a step of calculating the second amount of change in lightness between the measured lightness by the measured brightness and fourth brightness measuring process by. In the calculation step, it is more preferable to calculate at least one of a first scratch index obtained by doubling and subtracting the second brightness change amount from the first brightness change amount and a second scratch index obtained by doubling the second brightness change amount. preferable.
According to this measurement method, the degree of scratches formed on the surface of an object can be quantitatively measured by distinguishing between surface scratches and internal scratches.
本発明によって、物体表面に形成された表面傷の程度と、物体の表層に形成された内部傷の程度を、それぞれ定量的に測定することができる。それにより、表面傷に対する耐擦傷性と、内部傷に対する耐擦傷性とを区別して評価することが可能となり、物体表面の耐擦傷性を向上するための方策を適切に行うことが可能となる。 According to the present invention, the degree of surface flaws formed on the surface of an object and the degree of internal flaws formed on the surface layer of the object can be quantitatively measured. Thereby, it is possible to distinguish and evaluate the scratch resistance against surface scratches and the scratch resistance against internal scratches, and it is possible to appropriately take measures for improving the scratch resistance of the object surface.
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
(特徴1) 測定装置は、回動可能な試料台を備えている。測定装置は、試料台を回動させることによって、照明手段による照明光が物体表面に入射するときの入射角を調整する。
(特徴2) 測定装置は、物体表面によって反射された反射光を受光し、反射光の強度を測定する光度計を備えている。
(特徴3) 測定装置は、照明光の正反射方向と光度計の受光軸とがなす変角を調整する手段を備えている。
(特徴4) 測定装置は、第1擦傷指標と第2擦傷指標を複数の変角毎に計算する。
(特徴5) 測定装置は、計算した第1擦傷指標と第2擦傷指標を表示する表示手段を備えている。
First, the main features of the embodiments described below are listed.
(Characteristic 1) The measuring apparatus includes a rotatable sample stage. The measurement apparatus adjusts the incident angle when the illumination light from the illumination unit is incident on the object surface by rotating the sample stage.
(Characteristic 2) The measuring apparatus includes a photometer that receives reflected light reflected by the object surface and measures the intensity of the reflected light.
(Characteristic 3) The measuring device includes means for adjusting a variable angle formed between the regular reflection direction of the illumination light and the light receiving axis of the photometer.
(Characteristic 4) The measurement device calculates the first scratch index and the second scratch index for each of a plurality of deflection angles.
(Characteristic 5) The measuring apparatus includes display means for displaying the calculated first scratch index and second scratch index.
本発明を具現化した耐擦傷性の測定装置(以下、単に測定装置と略す)について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施例の測定装置10の構成を模式的に示している。
測定装置10は、耐擦傷性の測定対象である試料100を載置するための試料台14を備えている。試料台14は、基準軸Cの回りに回動可能に設けられている。試料台14には、試料表面100a内に基準軸Cが位置するように、試料100が固定される。ここで、説明の便宜を図るために、z軸が基準軸Cに平行であるxyz直交座標系を定める。この場合、試料表面100aの法線Dbは、xy平面内に位置することとなる。試料台14が基準軸Cの回りに回動すると、試料表面100aの法線Dbはxy平面内において基準軸Cの回りに回動する
測定装置10は、試料台14上の試料100を照明するための光源器12を備えている。光源器12は、例えばハロゲンランプを用いて構成することができる。光源器12の光軸Daは、xy平面内において基準軸Cに向けて伸びている。測定装置10では、試料台14を回動させることによって、光源器12の光軸Daと試料表面100aの法線Dbとがなす角θ、即ち、照明光2の入射角θを調整することができる。また、光源器12の光軸Daと試料表面100aの法線Dbとを含む平面、即ち、照明光2の入射面は常にxy平面に平行となる。
A scratch resistance measuring apparatus (hereinafter simply referred to as a measuring apparatus) embodying the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the configuration of the measuring
The measuring
測定装置10は、回転台16と、光度計18と、偏光フィルタ20を備えている。回転台16は、基準軸Cの回りに回動可能となっている。光度計18と偏光フィルタ20は、回転台16上に配置されている。光度計18の受光軸Ddは、xy平面内において基準軸Cに向けて伸びている。偏光フィルタ20は、基準軸Cと光度計18との間に着脱可能に取り付けられている。偏光フィルタ20を取り付けた状態では、試料100によって反射された反射光4が、偏光フィルタ20を透過した後に、光度計18によって受光される。一方、偏光フィルタ20を取り外した状態では、試料100によって反射された反射光4が、偏光フィルタ20を透過することなく、光度計18によって受光される。
The measuring
光度計18は、試料表面100aで反射された反射光4の強度を測定する。即ち、試料表面100aの明度を測定する。なお、光度計18はいわゆる分光光度計であり、反射光4の強度を波長毎に測定することもできる。光度計18は、分光器(例えばプリズム)や受光素子(例えばフォトダイオードアレイ等)を用いて構成されている。ただし、本実施例の測定装置10では、反射光4の強度を波長毎に測定する必要はない。
偏光フィルタ20は、その吸収軸がz軸方向に伸びている直線偏光子を備えている。偏光フィルタ20は、反射光4が透過するときに、xy平面に対して垂直に振動する成分を吸収し、xy平面に対して平行に振動する成分のみを透過する。xy平面は、照明光2の入射軸Daと試料表面100aの法線Dbとを含む平面であり、照明光2が試料表面100aに入射するときの入射面である。即ち、偏光フィルタ20は、反射光4が透過するときに、入射面に対して垂直に振動する成分を吸収し、入射面に対して平行に振動する成分を透過する。それにより、偏光フィルタ20を取り付けた状態では、反射光4のなかで入射面に対して平行に振動する成分のみが光度計18に入射する。
回転台16は、変角αを調整するために設けられている。ここでいう変角αとは、光度計18の受光軸Ddと正反射方向Dcとがなす角αを示す。測定装置10では、回転台16を基準軸Cの回りに回動させることによって、変角αを調整することができる。
The
The
The
図1に示すように、測定装置10は、試料台14を回動させる第1モータ22と、回転台16を回動させる第2モータ24と、第1モータ22と第2モータ24の動作を制御するモータコントローラ26と、計算装置30を備えている。計算装置30は、ブリュースタ角計算部32と、擦傷指標計算部34と、表示装置40と、入力装置42等を備えている。計算装置30には、光度計18やモータコントローラ26が接続されている。計算装置30は、汎用のコンピュータ装置を用いて構成されている。
As shown in FIG. 1, the
ブリュースタ角計算部32は、試料100の光屈折率に基づいて、試料表面100aに対するブリュースタ角を計算する。試料100の光屈折率は、オペレータ等が入力装置42を用いて入力することができる。ブリュースタ角計算部32が計算したブリュースタ角は、モータコントローラ26に教示される。モータコントローラ26は、第1モータ22の動作を制御して、照明光2の入射角θをブリュースタ角に調整する。擦傷指標計算部34については、後段において詳細に説明する。
The Brewster angle calculation unit 32 calculates the Brewster angle with respect to the
図2を参照して、ブリュースタ角計算部32が計算するブリュースタ角について説明する。図2は、試料表面100aに照明光2が入射角θで入射している状態を示している。このとき、照明光2の一部は試料表面100aで正反射し、表面反射光4aとなって正反射方向Dcへと進む。また、照明光2の一部は試料表面100aで屈折し、透過光6となって透過方向Deへと進む。照明光2の入射軸(光源器12の光軸Da)と、試料表面100aの法線Dbと、正反射方向Dcと、透過方向Deは、xy平面内に位置している。一般に、照明光2の入射軸(光源器12の光軸Da)と試料表面100aの法線Dbとを含む平面は、入射面とよばれる。本実施例では、xy平面が入射面に相当する。また、試料表面100aの法線Daと透過方向Deとがなす角φは、透過角とよばれる。
試料表面100aにおける表面反射では、照明光2のなかで入射面(xy平面)に対して平行に振動している成分と、照明光2のなかで入射面(xy平面)に対して垂直に振動している成分が、異なる反射率によって反射される。照明光2の入射面に対して平行に振動している成分の強度をHp、照明光2の入射面に対して垂直に振動している成分の強度をHs、表面反射光4aの入射面に対して平行に振動している成分の強度をJp、表面反射光4aの入射面に対して垂直に振動している成分の強度をJsとすると、フレネルの法則から以下の関係が成立する。
Rp=Jp/Hp=tan2(θ−φ)/tan2(θ+φ) ・・(1)
Rs=Js/Hs=sin2(θ−φ)/sin2(θ+φ) ・・(2)
上式のRp、Rsは、一般にフレネル係数と呼ばれる。一方のフレネル係数Rpは、入射面に対して平行に振動している成分に対する反射率を示す。他方のフレネル係数Rsは、入射面に対して垂直に振動している成分に対する反射率を示す。上記の(1)式から、θ+φ=π/2となるときに、フレネル係数Rpがゼロとなることがわかる。このときの入射角θを、ブリュースタ角θbという。照明光2がブリュースタ角θbに等しい入射角で試料表面100aに入射した場合、試料表面100aではxy平面に対して垂直に振動する成分のみが反射される。その結果、表面反射光4aは、xy平面に対して垂直に振動する成分Jsのみを持つ直線偏光となる。
The Brewster angle calculated by the Brewster angle calculation unit 32 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a state in which the
In the surface reflection on the
Rp = Jp / Hp = tan 2 (θ−φ) / tan 2 (θ + φ) (1)
Rs = Js / Hs = sin 2 (θ−φ) / sin 2 (θ + φ) (2)
Rp and Rs in the above formula are generally called Fresnel coefficients. One Fresnel coefficient Rp indicates a reflectance with respect to a component oscillating parallel to the incident surface. The other Fresnel coefficient Rs indicates a reflectance with respect to a component oscillating perpendicularly to the incident surface. From the above equation (1), it can be seen that the Fresnel coefficient Rp becomes zero when θ + φ = π / 2. The incident angle θ at this time is referred to as Brewster angle θb. When the
ブリュースタ角θbは、試料100の光屈折率を用いて計算することができる。空気の光屈折率をn1、試料100の光屈折率をn2とすると、スネルの法則から、入射角θと透過角φとの間には次式の関係が成立する。
n1・sinθ=n2・sinφ ・・(3)
上記の(3)式とθb+φ=π/2の関係から、ブリュースタ角θbは次式によって求めることができる。
tanθb=n2/n1 ・・(4)
測定環境が大気中であれば、空気の屈折率n1は1に近似することができるので、上記の(4)式は次式に近似することができる。
tanθb=n2 ・・(5)
ブリュースタ角計算部32は、上記の(5)式を用いて、ブリュースタ角θbを計算する。
The Brewster angle θb can be calculated using the optical refractive index of the
n1 · sin θ = n2 · sinφ (3)
From the relationship of the above equation (3) and θb + φ = π / 2, the Brewster angle θb can be obtained by the following equation.
tan θb = n2 / n1 (4)
If the measurement environment is in the atmosphere, the refractive index n1 of air can be approximated to 1, so the above equation (4) can be approximated to the following equation.
tan θb = n2 (5)
The Brewster angle calculation unit 32 calculates the Brewster angle θb using the above equation (5).
図3は、測定装置10を用いて耐擦傷性を測定する手順を示すフローチャートである。図3に示すフローに沿って、測定装置10を用いて耐擦傷性を測定する手順について説明する。ここでは、自動車ボディ用の塗装面の耐擦傷性を測定する場合を例に挙げる。
ステップS2では、先ず、自動車ボディ用の塗装面を形成した試料(サンプル)100を用意する。図4に示すように、自動車ボディ用の塗装面を形成した試料100では、アルミニウム等で形成した基板106上に、着色顔料や光輝材を含む塗料層104と、無色透明のクリアコート層102等が形成されている。用意した試料100は、測定装置10の試料台14に載置する。
ステップS4では、入力装置42等を用いて、試料表面100aにおける光屈折率を入力する。ここでは、試料表面100aを形成しているクリアコート層102の光屈折率を入力する。クリアコート層102の光屈折率は、予め測定しておくことができる。一般に、自動車ボディ用の塗装面のクリアコート層102の光屈折率は、1.48〜1.60の範囲にあることが多い。この光屈折率に対応するブリュースタ角は、56度〜58度となる。
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for measuring the scratch resistance using the measuring
In step S2, first, a sample (sample) 100 having a painted surface for an automobile body is prepared. As shown in FIG. 4, in a
In step S4, the optical refractive index at the
ステップS6では、ステップS4で入力した光屈折率に基づいて、測定装置10が光源器12の光軸Daと試料表面100aの法線Dbとがなす角θ、即ち、照明光2の入射角θをブリュースタ角θbに調整する。このステップS6の処理では、先ず、計算装置30のブリュースタ角計算部32が、入力された試料表面100a(ここではクリアコート層102)における光屈折率に基づいて、ブリュースタ角θbを計算する。例えばクリアコート層102の光屈折率が1.53の場合、ブリュースタ角θbは略57度となる。次いで、モータコントローラ26が、第1モータ22を制御することによって、光源器12の光軸Daと試料表面100aの法線Dbとがなす角θを計算されたブリュースタ角θbに調整する。即ち、照明光2の入射角θがブリュースタ角θbに調整される。
なお、このステップS6では、照明光2の入射角θをブリュースタ角θbに厳密に調整する必要は必ずしもない。例えばクリアコート層102の光屈折率が1.53であって、略1%の測定誤差が許容される場合であれば、入射角を55度から59度の間に調整すればよい。逆に、入射角を57度に固定した場合でも、クリアコート層102の光屈折率が1.48〜1.60であれば、表面反射光4aでは入射面に対して平行に振動している成分の割合が略1%以内に抑えられる。即ち、入射角を57度に設定しておけば、表面反射光4aのほぼ全量を偏光フィルタ20によって吸収することができる。
In step S6, based on the optical refractive index input in step S4, the measuring
In step S6, it is not always necessary to strictly adjust the incident angle θ of the
ステップS8では、図5に示すように、偏光フィルタ20を取り外した状態で、試料表面100aの明度を測定する。即ち、偏光フィルタ20を取り外した状態で、試料100で反射された反射光4の強度を測定する。試料表面100aの明度を測定する変角αは特に限定されないが、5度〜30度の範囲が好ましい。本実施例では、後述するステップS10、S14、S16の処理も含めて、5度、10度、15度、20度、25度、30度の変角における明度をそれぞれ測定する。図5に示すように、光源器12からの照明光2は、試料表面100aにブリュースタ角θbの入射角で入射する。試料表面100aに入射した照明光2は、一部が試料表面100aにおいて表面反射され、一部がクリアコート層102や塗料層104において拡散反射される。表面反射光4aは、入射面に対して垂直に振動する成分のみを持つ直線偏光となっている。一方、拡散反射光4bは、特定の振動方向を持たない非偏光となっている。なお、図中の符号pが付された記号は入射面に対して平行に振動している成分を示しており、図中の符号sが付された記号は入射面に対して垂直に振動している成分を示している。光度計18には表面反射光4aと拡散反射光4bの両者が入射し、表面反射光4aと拡散反射光4bの両者の強度に基づいて、明度L1(α)が測定される。測定された明度L1(α)は、計算装置30の擦傷指標計算部34に入力される。
In step S8, as shown in FIG. 5, the brightness of the
図3のステップS10では、図6に示すように、偏光フィルタ20を取り付けた状態で、試料表面100aの明度を測定する。即ち、偏光フィルタ20を取り付けた状態で、試料100で反射された反射光4の強度を測定する。この場合、表面反射光4aは、入射面に対して垂直に振動する成分のみを持つ直線偏光であることから、偏光フィルタ20によって吸収される。一方、拡散反射光4bは、特定の振動方向を持たない非偏光であることから、入射面に対して平行に振動している成分は、偏光フィルタ20を透過していく。その結果、光度計18には拡散反射光4bのみがその半分の強度となって入射し、拡散反射光4bの実際の強度の略半分の強度に基づいて、明度L2(α)が測定される。測定された明度L2(α)は、計算装置30の擦傷指標計算部34に入力される。
In step S10 of FIG. 3, as shown in FIG. 6, the lightness of the
図3のステップS12では、測定装置10から試料100を取り外し、試料表面100aに擦傷形成処理を実施する。擦傷形成処理とは、試料表面100aに擦傷を人為的に形成する処理であり、例えば試料表面100aに砂粒等を散布し、試料表面100aを布材等で擦るという手法が挙げられる。あるいは、所定期間に亘って試料100を実車のボディに装着して実車テストを行ってもよい。擦傷形成処理の手法は特に限定されず、従来から利用されている手法を採用することができる。擦傷形成処理を実施した試料100は、再び試料台14に載置する。なお、試料100に擦傷形成処理を実施することに代えて、擦傷形成処理を実施した別の試料(同一の塗装面を形成したもの)を用意してもよい。あるいは、試料表面100aの一部に擦傷形成処理を予め実施しておくと、このステップS12では試料台14において試料100の載置位置を変更するだけでよい。
In step S12 of FIG. 3, the
ステップS14では、図7に示すように、偏光フィルタ20を取り外した状態で、擦傷形成処理後の試料表面100aの明度を測定する。即ち、偏光フィルタ20を取り外した状態で、擦傷形成処理後の試料100によって反射された反射光4の明度を測定する。このステップS14では、先のステップS8と同様に、表面反射光4aと拡散反射光4bの両者が光度計18に入射し、表面反射光4aと拡散反射光4bの両者の強度を合わせた明度L3(α)が測定される。ただし、擦傷形成処理が実施された試料100では、試料表面100aに表面傷112が生じているとともに、試料100の内部に内部傷114が生じている。ここでいう表面傷112とは、試料表面100aに生じた凹凸を意味している。また、内部傷114とは、試料100の内部(ここではクリアコート層102)に生じた白濁を意味している。表面傷112と内部傷114は塗装面の見栄えを悪化させるものであり、表面傷112と内部傷114の両者が生じにくい塗装面ほど耐擦傷性に優れている。表面傷112は、試料表面100aに微小な反射面を形成する。その結果、特に変角5度〜30度の範囲では、表面傷112が多く形成されるほど、表面反射光4aの強度が大きく変化(通常は増大)する。また、内部傷114は、クリアコート層102を白濁させることから、クリアコート層102における拡散反射を増大させる。その結果、内部傷114が多く形成されるほど、拡散反射光4bの強度が大きく変化(通常は増大)する。従って、このステップS14で測定される明度L3(α)と、先のステップS8で測定された明度L1(α)との間には、表面傷112に起因する明度変化量dLa(α)と、内部傷114に起因する明度変化量dLb(α)による差異が生じる。即ち、L3(α)−L1(α)=dLa(α)+dLb(α)である。この明度変化量L3(α)−L1(α)は、特許請求の範囲に記載の第1明度変化量に対応する。なお、例えば明度L1(α),L3(α)を測定する変角αによっては、表面傷112に起因する明度変化量dLa(α)と、内部傷114に起因する明度変化量dLb(α)とが相殺し、明度L1(α)と明度L3(α)とが等しくなることも起こり得る。本実施例の技術では、そのような場合においても、耐擦傷性を正しく測定することができる。測定された明度L3(α)は、計算装置30の擦傷指標計算部34に入力される。
In step S14, as shown in FIG. 7, the brightness of the
ステップS16では、図8に示すように、偏光フィルタ20を取り付けた状態で、擦傷形成処理後の試料表面100aの明度を測定する。即ち、偏光フィルタ20を取り付けた状態で、擦傷形成処理後の試料100によって反射された反射光4の明度を測定する。このステップS16では、先のステップS10と同様に、拡散反射光4bのうちの入射面に対して平行に振動している成分のみが光度計18に入射し、拡散反射光4bの実際の明度の略半分の明度L4(α)が測定される。このステップS16で測定される明度L4(α)と、先のステップS10で測定された明度L2(α)との間には、内部傷114に起因する明度変化量dLb(α)の略半分の差異が生じる。即ち、L4(α)−L2(α)=dLb(α)/2となる。この明度変化量L4(α)−L2(α)は、特許請求の範囲に記載の第2明度変化量に対応する。測定された明度L4(α)は、計算装置30の擦傷指標計算部34に入力される。
In step S16, as shown in FIG. 8, with the
ステップS18では、計算装置30の擦傷指標計算部34が、ステップS8、S10、S14、S16で測定された明度L1(α)、L2(α)、L3(α)、L4(α)を用いて、第1擦傷指標E1(α)を計算する。第1擦傷指標E1(α)は、次式によって計算される。
E1(α)=(L3(α)−L1(α))
−2・(L4(α)−L2(α)) ・・(6)
前記した説明から明らかなように、第1擦傷指標E1(α)は、ステップS12における擦傷形成処理の前後において、表面反射光4aに生じた明度変化量dLa(α)に等しい。即ち、第1擦傷指標E1(α)は、擦傷形成処理によって試料100に形成された表面傷112を定量的に示している。第1擦傷指標E1(α)の絶対値が小さいほど、表面傷112に関して耐擦傷性が優れている(表面傷112がつきにくい)といえる。
In step S18, the scratch
E1 (α) = (L3 (α) −L1 (α))
-2 ・ (L4 (α) −L2 (α)) (6)
As is clear from the above description, the first scratch index E1 (α) is equal to the lightness change amount dLa (α) generated in the surface reflected
ステップS20では、計算装置30の擦傷指標計算部34が、ステップS10、S16で測定された明度L2(α)、L4(α)を用いて、第2擦傷指標E2(α)を計算する。第2擦傷指標E2(α)は、次式によって計算される。
E2(α)=2・(L4(α)−L2(α)) ・・(7)
前記した説明から明らかなように、第2擦傷指標E2(α)は、ステップS12における擦傷形成処理の前後において、拡散反射光4bに生じた明度変化量dLb(α)に等しい。即ち、第2擦傷指標E2(α)は、擦傷形成処理によって試料100に形成された内部傷114を定量的に示している。第2擦傷指標E2(α)の絶対値が小さいほど、内部傷114に関して耐擦傷性が優れている(内部傷114がつきにくい)といえる。
ステップS22では、ステップS18で計算された第1擦傷指標E1(α)と、ステップS20で計算された第2擦傷指標E2(α)が、表示装置40に表示される。
In step S20, the scratch
E2 (α) = 2 · (L4 (α) −L2 (α)) (7)
As is clear from the above description, the second scratch index E2 (α) is equal to the lightness change amount dLb (α) generated in the diffuse reflected light 4b before and after the scratch formation processing in step S12. That is, the second scratch index E2 (α) quantitatively indicates the
In step S22, the first scratch index E1 (α) calculated in step S18 and the second scratch index E2 (α) calculated in step S20 are displayed on the
図9〜図12は、測定装置10による測定結果の一例を示している。図9は、第1の塗装面(サンプルX)の明度L1(α)、L2(α)、L3(α)、L4(α)の測定結果を示している。図10は、サンプルXの第1擦傷指標E1(α)と第2擦傷指標E2(α)の測定(計算)結果を示している。図11は、第2の塗装面(サンプルY)の明度L1(α)、L2(α)、L3(α)、L4(α)の測定結果を示している。図12は、サンプルYの第1擦傷指標E1(α)と第2擦傷指標E2(α)の測定(計算)結果を示している。なお、図9〜図12では、5度、10度、15度、20度、25度、30度の各変角における測定結果がすべて表示されているが、測定結果を評価する際にはいずれか一つの変角(例えば20度)の測定結果のみに着目すれば足りる。
図9と図11を比較すると、サンプルXとサンプルYでは、測定された明度L1(α)、L2(α)、L3(α)は等しく、明度L4(α)のみが相違している。詳しくは、サンプルXで測定された明度L4(α)の方が、サンプルYで測定された明度L4(α)よりも大きい。このような場合、例えば偏光フィルタ20を用いた測定を行わなければ、明度L1(α)と明度L3(α)との変化量のみを比較することとなり、両者の耐擦傷性は同等であるという結論に至る。一方、本実施例の測定装置10によれば、図10、図12を比較して明らかなように、サンプルXとサンプルYでは、互いに異なる擦傷指標E1(α)、E2(α)が得られる。図10、図12に示す測定結果から、サンプルXは、サンプルYに比して、表面傷112はつきやすく、内部傷114はつきにくいことが判明する。
9 to 12 show an example of measurement results obtained by the
When FIG. 9 and FIG. 11 are compared, the measured brightness L1 (α), L2 (α), and L3 (α) are the same between sample X and sample Y, but only the brightness L4 (α) is different. Specifically, the brightness L4 (α) measured with the sample X is larger than the brightness L4 (α) measured with the sample Y. In such a case, for example, if measurement using the
本実施例の測定装置10によると、擦傷形成処理によって試料100に形成された表面傷112と内部傷114の程度を、それぞれ独立して数値化することができる。それにより、例えば塗装面等の耐擦傷性の評価を、表面傷112と内部傷114と区別して行うことができる。表面傷112と内部傷114は、形成のメカニズムが互いに異なることから、それらの形成を低減するための対策も異なる。表面傷112に関して耐擦傷性が劣っていることが判明すれば、表面傷112の形成を低減するのに適した対策を講じることができる。また、内部傷114に関して耐擦傷性が劣っていることが判明すれば、内部傷114の形成を低減するのに適した対策を講じることができる。測定装置10を用いて測定した耐擦傷性を塗料開発者や塗装工程設計者にフィードバックすることによって、耐擦傷性に優れた塗装面を実現することができる。
According to the measuring
本実施例の技術では、照明光2の入射角θはブリュースタ角θbに必ずしも限定されず、その結果、表面反射光4aが入射面に対して平行に振動する成分を含んでもよい。照明光2の入射角θを所定角度に定めると、その入射角θと試料表面100aにおける光屈折率から、上記(1)(2)式に示したフレネル係数Rs、Rpを計算することができる。フレネル係数Rs、Rpが判明すれば、表面反射光4aのなかで入射面に対して平行に振動する成分の割合が判明する。この割合をQとすると、Q=Rp/(Rs+Rp)となり、0≦Q<0.5となる。この場合、図3のステップS8、S10、S14、S16で測定される明度L1(α)、L2(α)、L3(α)、L4(α)は、下記を満たす。
L1(α)=La(α)+Lb(α)
L2(α)=La(α)・Q+Lb(α)/2
L3(α)=La(α)+dLa(α)+Lb(α)+dLb(α)
L4(α)=(La(α)+dLa(α))・Q+(Lb(α)+dLb(α))/2
上式において、Laは表面反射光4aの強度に対応する明度を示し、Lbは拡散反射光4bの強度に対応する明度を示している。また、dLa(α)は表面傷112の形成に起因する表面反射光4aの強度変化に対応する明度変化量を示しており、dLb(α)は内部傷114の形成に起因する拡散反射光4bの強度変化に対応する明度変化量を示している。上記した明度L1(α)、L2(α)、L3(α)、L4(α)から、表面傷112に起因する明度変化量dLa(α)と、内部傷114に起因する明度変化量dLbは、次式のように計算できる。
dLa(α)=(L3(α)−L1(α))/(1−2・Q)
−2・(L4(α)−L2(α))/(1−2・Q) ・・(8)
dLb(α)=2・(L4(α)−L2(α))/(1−2・Q)
−2・Q(L3(α)−L1(α))/(1−2・Q) ・・(9)
従って、図3のステップ18では、上記した(8)式を用いることによって、第1擦傷指標E1(α)=dLa(α)を計算することができる。また、図3のステップ20では、上記した(9)式を用いることによって、第2擦傷指標E2(α)=dLb(α)を計算することができる。(8)、(9)式は、前記した(6)、(7)式を任意の入射角θに関して一般化したものとなる。(8)、(9)式を用いることによって、照明光2の入射角θをブリュースタ角θbに調整することなく、第1擦傷指標E1(α)と第2擦傷指標E2(α)を正しく測定することができる。この場合、ブリュースタ角計算部32に代えて、表面反射光4aのなかで入射面に対して平行に振動する成分の割合Q=Rp/(Rs+Rp)を計算する手段を付加するとよい。この割合Qは、照明光2の入射角θと試料表面100aにおける光屈折率を用いて計算することができる。この方式を採用すると、照明光2の入射角を調整する機構は不要となる。
In the technique of the present embodiment, the incident angle θ of the
L1 (α) = La (α) + Lb (α)
L2 (α) = La (α) · Q + Lb (α) / 2
L3 (α) = La (α) + dLa (α) + Lb (α) + dLb (α)
L4 (α) = (La (α) + dLa (α)) · Q + (Lb (α) + dLb (α)) / 2
In the above formula, La indicates the lightness corresponding to the intensity of the surface reflected
dLa (α) = (L3 (α) −L1 (α)) / (1-2 · Q)
-2 · (L4 (α) -L2 (α)) / (1-2 · Q) (8)
dLb (α) = 2 · (L4 (α) −L2 (α)) / (1-2 · Q)
-2 · Q (L3 (α) -L1 (α)) / (1-2 · Q) (9)
Therefore, in
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記した実施例では、測定(計算)した第1明度変化量L3(α)−L1(α)と第2明度変化量L4(α)−L2(α)を用い、第1擦傷指標E1(α)と第2擦傷指標E2(α)を計算して表示するが、第1擦傷指標E1(α)と第2擦傷指標E2(α)を計算する必要は必ずしもない。測定した明度L1(α)、L2(α)、L3(α)、L4(α)を用い、第1明度変化量L3(α)−L1(α)と第2明度変化量L4(α)−L2(α)を計算して表示するようにしてもよい。第1明度変化量L3(α)−L1(α)と第2明度変化量L4(α)−L2(α)が判明すれば、形成された表面傷112の程度と内部傷114の程度のそれぞれを、定量的に把握することができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, in the above-described embodiment, the first lightness change amount L3 (α) −L1 (α) and the second lightness change amount L4 (α) −L2 (α) that are measured (calculated) are used, and the first scratch index E1. Although (α) and the second scratch index E2 (α) are calculated and displayed, it is not always necessary to calculate the first scratch index E1 (α) and the second scratch index E2 (α). Using the measured brightness L1 (α), L2 (α), L3 (α), L4 (α), the first brightness change amount L3 (α) −L1 (α) and the second brightness change amount L4 (α) −. L2 (α) may be calculated and displayed. If the first lightness change amount L3 (α) -L1 (α) and the second lightness change amount L4 (α) -L2 (α) are determined, the degree of the formed
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10:測定装置
12:光源器
14:試料台
16:回転台
18:光度計
20:偏光フィルタ
22:第1モータ
24:第2モータ
26:モータコントローラ
30:計算装置
32:ブリュースタ角計算部
34:擦傷指標計算部
40:表示装置
42:入力装置
10: measuring device 12: light source 14: sample table 16: rotating table 18: photometer 20: polarization filter 22: first motor 24: second motor 26: motor controller 30: calculation device 32: Brewster angle calculation unit 34 : Scratch index calculation unit 40: display device 42: input device
Claims (7)
前記物体表面に所定の入射角で照明光を照射する照明手段と、
照明手段によって照明された前記物体表面の明度を測定する第1明度測定手段と、
照明手段によって照明された前記物体表面の明度を、入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定する第2明度測定手段と、
第1明度測定手段によって測定された擦傷形成前の物体表面の明度と第1明度測定手段によって測定された擦傷形成後の物体表面の明度との間の第1明度変化量と、第2明度測定手段によって測定された擦傷形成前の物体表面の明度と第2明度測定手段によって測定された擦傷形成後の物体表面の明度との間の第2明度変化量とを計算する手段と、
を備える測定装置。 An apparatus for quantitatively measuring scratches formed on an object surface,
Illuminating means for irradiating illumination light at a predetermined incident angle on the object surface;
First brightness measuring means for measuring the brightness of the object surface illuminated by the illumination means;
Second brightness measuring means for measuring the brightness of the object surface illuminated by the illuminating means via a polarizing filter that absorbs a component oscillating perpendicular to the incident surface;
The first brightness change amount between the brightness of the object surface before scratch formation measured by the first brightness measurement means and the brightness of the object surface after scratch formation measured by the first brightness measurement means, and the second brightness measurement Means for calculating a second brightness change amount between the brightness of the object surface before scratch formation measured by the means and the brightness of the object surface after scratch formation measured by the second brightness measurement means;
A measuring apparatus comprising:
入力手段によって入力された光屈折率に基づいて、前記物体表面のブリュースタ角を計算するブリュースタ角計算手段と、
前記照明光の入射角を、ブリュースタ角計算手段によって計算されたブリュースタ角に調整する調整手段と、
が付加されていることを特徴とする請求項3の測定装置。 Input means for inputting a refractive index of light on the object surface;
Brewster angle calculation means for calculating the Brewster angle of the object surface based on the light refractive index input by the input means;
Adjusting means for adjusting the incident angle of the illumination light to the Brewster angle calculated by the Brewster angle calculating means;
The measuring apparatus according to claim 3, further comprising:
前記偏光フィルタは、その共通の光度計と前記物体表面との間に着脱可能であることを特徴とする請求項1から4のいずれかの測定装置。 The first brightness measurement means and the second brightness measurement means are configured using a common photometer,
5. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the polarizing filter is detachable between the common photometer and the object surface.
擦傷形成前の物体表面に所定の入射角で照明光を照射したときの物体表面の明度を測定する第1明度測定工程と、
擦傷形成前の物体表面に所定の入射角で照明光を照射したときの物体表面の明度を、照明光の入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定する第2明度測定工程と、
擦傷形成後の物体表面に所定の入射角で照明光を照射したときの物体表面の明度を測定する第3明度測定工程と、
擦傷形成後の物体表面に所定の入射角で照明光を照射したときの物体表面の明度を、照明光の入射面に対して垂直に振動している成分を吸収する偏光フィルタを介して測定する第4明度測定工程と、
第1明度測定工程によって測定された明度と第3明度測定工程によって測定された明度との間の第1明度変化量と、第2明度測定工程によって測定された明度と第4明度測定工程によって測定された明度との間の第2明度変化量とを計算する計算工程と、
を備える測定方法。 A method for quantitatively measuring scratches formed on the surface of an object,
A first brightness measurement step for measuring the brightness of the object surface when the illumination light is irradiated at a predetermined incident angle on the object surface before the formation of the scratch;
The brightness of the object surface when the illumination surface is irradiated with illumination light at a predetermined incident angle is measured through a polarizing filter that absorbs a component that vibrates perpendicularly to the illumination light incident surface. A second brightness measurement step;
A third brightness measurement step for measuring the brightness of the object surface when illumination light is irradiated at a predetermined incident angle on the object surface after the formation of scratches;
The brightness of the object surface when the illumination surface is irradiated with illumination light at a predetermined incident angle is measured through a polarizing filter that absorbs a component that vibrates perpendicularly to the illumination light incident surface. A fourth brightness measurement step;
Measured by the first brightness change amount between the brightness measured by the first brightness measurement process and the brightness measured by the third brightness measurement process, the brightness measured by the second brightness measurement process, and the fourth brightness measurement process. A calculation step of calculating a second brightness change amount between the determined brightness,
A measuring method comprising:
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