映像性的评价方法

专利名称：映像性的评价方法
技术领域：
本发明涉及一种映像性的评价方法，尤其涉及一种对通过目视外观检查法评价的工件表面的整洁度和质量等表面形状予以进行定量性评价的方法。
例如，研磨钢板的表面、封装面、陶瓷产品的表面等，如何评价工件表面的性状对产品的开发、商品性都是非常重要的。
例如，即使表面粗糙度小，但形状上出现歪斜、具有伤痕时，可判定其工件表面的形状为不良。因此，映像映射的正确与否，可根据映像性来进行正确判断。以往，由于通过目视外观检查法对映像性进行评价，因此依靠人的感官即目视来进行判别，其判别基准模糊、因人而异的判定所引起的不规则、检查结果易受周围环境的影响。而且，即使是单纯的检查，高速连续地进行作业也让人难以坚持，且易于疲劳。因此，急需开发能够使映像性定量化的方法。
另一方面，对表面的微小形状，测定表面粗糙度和光泽度，并根据该测定值，评价表面微小形状的方法为众所周知，但是，这些表面粗糙度和光泽度只不过是表面形状的一部分，而不能正确反映表面形状。
并且，提出了一种对形成有狭缝的图形板，利用光源发出的光从其背后进行照明，在工件表面上投影狭缝图形，检测对图形进行摄像而得到的图像狭缝的亮度变化，并根据检测信号的振幅的平均值及分散值，对工件表面的加工完成度进行阶段性评价的方法(专利文献1)。
另外，本案申请人开发并申请到了方法利用光源的光照射基准图形，使其反射像映照于工件表面，求出基准图形亮度分布中亮度的振幅的标准偏差，利用对同种表面事先求出的振幅的标准偏差与中心线平均粗糙度Ra之间的相关关系，得出要测定表面的中心线平均粗糙度Ra。
专利文献1日本特开昭61-75236号公报专利文献2日本特开2001-99632号公报但是，在专利文献1所记载的方法中，由于使用经过狭缝的光，因光的衍射性，使投影到工件表面的图形轮廓出现劣化以及/或者亮度发生变化，因此并不适合用于中心线平均粗糙度Ra在0.1μm以上的表面(参照稲荷隆彦「投影された光学的パタ一ン像による表面粗さの測定」計測自動制御学会論文集vol.14No.11 1998(平成10年11月)社団法人計測自動制御学会(稻荷隆彦的“根据被投影的光学图形像测定表面粗糙度”测量自动控制学会论文集vol.14No.11 1998(平成10年11月)社团法人测量自动控制学会))。
另一方面，在专利文献2所记载的方法中，照射基准图形，使其反射像映射在要测定的表面上，因此不会发生因光的衍射所引起的图形劣化，而且对0.1μm以上的中心线平均粗糙度Ra也可以测定，但这只是对工件表面中心线平均粗糙度的平均值的简单测定，并不适合用于准确评价表面形状的场合。

发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够准确评价表面形状的映像性的评价方法。
本发明涉及一种映像性的评价方法，用于评价工件表面的映像性，其特征在于使用探测器，该探测器在顶端开放的筒状机身内安装有摄像器件，且在筒状机身的上下方向的中间处设置有以摄像器件的物镜为中心配置环状图形的基准图形；将探测器的顶端与工件表面相接触，且使工件表面与基准图形相面对，通过光源发出的光照射基准图形，使其反射像映照于工件表面上，通过摄像器件对该反射像进行摄像；求出从所得图像的环状图形中心沿直径方向延伸的多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差，将所得标准偏差与对基准镜面预先求得的、从图像的环状图形中心沿直径方向延伸的多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差之间的相对值作为镜面度，通过多条线上的镜面度，评价工件表面的映像性。
本发明的特征之一，是对环状基准图形进行照明，使其反射像映照于工件表面上，并对该反射像进行摄像，求出从图像的中心沿直径方向延伸的多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差，且与基准镜面的标准偏差之间的相对值作为镜面度，通过多条线上的镜面度，评价映像性。
由此，例如，多条线上的镜面度，其值充分大，且互为相等时，表面粗糙度小，且形状变形小或者伤痕少等，可以判断其表面粗糙度中没有各向异性，映像正确、整洁地映照在工件表面上，可以评价为其映像性高。
另外，虽然多条线上的镜面度相等，但其值小时，即使表面粗糙度无各向异性，也可以判断为表面粗糙度较大。虽然映像的形状可以正确地映照在工件表面上，但不整洁，可以评价为其映像性较低。
另外，多条线上的镜面度，虽然其值充分大，但不规则时，即使表面粗糙度小，也可以判断为表面粗糙度具有各向异性，即使映像整洁地映照在工件表面上，但出现变形，这种状况下也可以评价为其映像性较低。
但是，用旋削、铣刀等的切削加工完成面、研磨加工完成面、抛光加工完成面等，加工完成面的粗糙度大多数都具有各向异性，当测定此类表面粗糙度时，只能测定单一方向的测定器，需严格校准测定方向和粗糙度方向后进行测定，例如，利用触针式粗糙度测量仪等进行测定时，测定方向与粗糙度的痕纹不成直角，测定值就会出现误差。客户需随时正确辨认粗糙度的痕纹或者其直角方向后进行调整，但此调整并非易事，其调整误差将成为测定值不规则的原因。
相对于此，本发明采用了环状图形，并测定从环状图形的中心沿直径方向延伸的多条线上的粗糙度，因此客户无须辨认粗糙度的方向而能够进行测定。
另外，表面粗糙度的各向异性，可以认为对表面的功能、机械特性，如表面的整洁度、接合面的湿特性、接触部合成等有一定的影响，而且对表面粗糙度各向异性的定量性把握也是测定中的重点。例如，在把握表面粗糙度的各向异性时，若利用触针式粗糙度测量仪，则需改变方向来重复进行测定，这需要相当长的时间，相对于此，本发明可以瞬间地定量性测定表面粗糙度的各向异性。
基准镜面可采用专用镜，但易丢失。筒状探测器，则用盖子盖上其顶端开口，以防其内进入灰尘，而盖子的内侧面可作为基准镜面。
即，较为理想的是将内侧面为基准镜面的盖子嵌装于探测器的顶端，使基准镜面与基准图形相面对，并利用光源发出的光照射基准图形，使基准图形的反射像映照于基准镜面上，通过摄像器件摄像该反射像，求出从所得图像的环状图形中心沿直径方向延伸的多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差。
亮度分布的振幅的标准偏差，从图像的环状图形中心沿直径方向延伸的多条线上求出较为理想，对于角度间隔虽无特别限定，但考虑到表面粗糙度的各向异性是评价映像性的参数之一，从等角度间隔延伸的多条线上求出该标准偏差较为理想。
即，从所得图像的环状图形中心沿直径方向延伸的、且互为等角度间隔的多条线上，求出图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差较为理想。
基准图形可以是环状图形，对于环的宽度不做特别限定。另外，环状图形可以是一个，也可以是多个。尤其是使用以摄像器件的物镜为中心同心配置多个环状图形而成的基准图形，则可以对大范围的工件表面进行映像性评价。
另外，本发明涉及一种映像性的评价装置，用于评价工件表面的映像性，其特征在于，包括探测器，探测器在顶端开放的筒状机身内安装有摄像器件，在筒状机身上下方向的中间处设有以摄像器件的物镜为中心配置环状图形的基准图形，且使其顶端与基准镜面或工件表面相接触，并使基准镜面或工件表面与基准图形相面对，通过光源发出的光照射基准图形，使基准图形的反射像映射于基准镜面或工件表面，通过摄像器件对该反射像进行摄像；盖子，可嵌装于上述探测器的顶端，其内侧面为基准镜面；演算处理装置，将来自上述探测器的信号作为输入信号，求出从所得图像的环状图形中心沿直径方向延伸的、多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差，所得标准偏差和对基准镜面事先求出的、从图像的环状图形的中心沿直径方向延伸的、多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差之间的相对值作为镜面度，进行演算。
镜面度可通过打印输出或者在显示器中显示的数值来进行评价，但需比较数值，故不易直观评价。因此，将用演算处理装置所演算的多条线上的镜面度，作为从中心沿直径方向延伸的镜面度所对应的长度的线段，显示于显示装置(显示器)上，就可以通过视觉对映像性进行评价。
探测器可构成位如下，在顶端开放的筒状机身内安装摄像器件，且将以摄像器件的物镜为中心配置环状图形而成的基准图形，设置于筒状机身上下方向的中间处。而对于材质及大小，则不作特别限定。
基准图形可以在胶片、薄板、金属板上印刷或者刻印环状图形等方式来制作。另外，基准图形由于其反射像被投影到基准镜面及工件表面上，基准图形成为求出镜面度的基准，因此，基准图形的平坦性是非常重要的。
由于基准镜面成为求出镜面度的基准，其表面应为平坦面，这一点非常重要。但是，工件表面没有必要必须是平坦面。这是因为，工件表面即使是圆筒面或球面，通过比较多条线上的镜面度或者其线段的长度，也可以识别出是否是正确的圆筒面或球面。
演算处理装置可以使用计算机。显示装置可以使用CRT、液晶显示装置等各种显示器。


图1是表示本发明所涉及的最佳实施方式中映像性的评价装置整体结构的示意图。
图2是表示上述实施方式中的探测器结构的示意图。
图3是表示上述实施方式中的基准图形例的示意图。
图4是用于说明上述实施方式中从图像数据中抽取亮度分布的方法的模式图。
图5是表示上述实施方式中的图像数据例的示意图。
图6是表示上述实施方式中的亮度分布例的坐标图。
图7是表示工件表面的反射像及镜面度的线段例的示意图。
图8是表示其他工件表面的反射像及镜面度的线段例的示意图。
图9是表示再一工件表面的反射像及镜面度的线段例的示意图。
图10是表示又一工件表面的反射像及镜面度的线段例的示意图。
具体实施例方式
以下，根据附图所示的具体例详细说明本发明。图1至图6表示本发明所涉及的映像性的评价装置的最佳实施方式。本实施例的评价装置包括探测器10、计算机(演算处理装置)20，显示器(显示装置)30及打印机40，计算机20通过接口50与探测器10相连接。
探测器10，如图2所示，机身11为顶端开口的圆筒状，在机身11内安装有物镜朝向机身11顶端开口部的CCD摄像机12，并在机身11的上部设置有处理来自CCD摄像机12的信号的处理单元12A。
另外，在探测器10的机身11内压入圆筒状基座13，在基座13的下端面上设置基准图形14。例如，该基准图形14是由在环状胶片上形成如图3所示的四个环状图形而构成，四个环状图形是以物镜的中心为中心同心打印输出而成的。
而且，在探测器10的机身11的顶端缘的内侧，固定镶嵌有截面呈近似三角形的环状部件11A并形成有镶嵌凹部，在该镶嵌凹部镶嵌多个指向基准图形14且相互间具有间隔的LED 16(光源)，在其上方镶嵌有光扩散环15。
该光扩散环15例如可在透明或半透明的塑料制环的外侧面上形成微小的凹凸，或者在内部分散具有光反射性的细粒及细片而制作，其用于分散LED 16的光并照射基准图形14。
另外，在探测器10的机身11的顶端镶嵌有可脱、可盖的盖子18，盖子18的内侧面为平坦的基准镜面18A。
计算机20将来自探测器10的图像数据作为输入，求出从对工件W表面所得到的图像的环状图形中心沿直径方向按等角间隔延伸(如图4所示)的、64条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差，将该标准偏差和对基准镜面18A事先求出的标准偏差之间的相对值作为镜面度进行演算，而且按照操作员的指令，将多条线上的镜面度显示在显示器30上，并将多条线上的镜面度作为与从中心沿直径方向延伸的镜面度相对应的长度的线段来表示。
评价工件W表面的映像性时，在探测器10的机身11上盖上盖子18的状态下，起动探测器10。这样，来自LED 16发出的光被光扩散环15扩散，并均匀地照射基准图形14，而该反射像则成像于盖子18的基准镜面上，CCD摄像机12对该反射像进行摄像，并传输到计算机20中。
在计算机20中，将从所得图像的环状图形中心沿直径方向延伸的64条线上的环状图形规定范围A(参照图5的(a))的图像数据，作为具有80像素的数据抽取，并演算该亮度分布，进而求出亮度分布中振幅的平均值a，通过与环状图形的部分L(参照图6的(a))相邻的环状图形之间的部分H(参照图6的(a))中的振幅和平均值a，演算标准偏差，对64条各线求出的亮度分布中振幅的标准偏差作为基准镜面的标准偏差予以存储。
其次，打开盖子18，如图1所示，将探测器的顶端开口部与工件W表面相接触，并起动探测器10，对映照于工件W表面的基准图形14的反射像进行摄像，该图像数据与基准镜面的图像数据同样，由计算机20进行演算处理。
基准图形14的反射像映射于工件W表面时，由于工件W表面的表面粗糙度和形状的各向异性，基准图形14的反射像出现模糊和变形的现象，因此所得图像数据的亮度分布，如图6(b)所示，上升及下降与基准镜面18A的长方形状相比，其形状被破坏，且振幅变小。
在此，在工件W表面所得到的64条各线的标准偏差与在基准镜面18A所得到的64条线所对应的标准偏差之间的相对值用下式进行演算，并将其作为镜面度。
(工件表面的标准偏差/基准镜面的标准偏差)×基准值(例如1000)由此得到的镜面度存储于64条每条线上，通过操作员的键盘操作或鼠标操作对计算机20下达指令，在显示器30上以数值来显示64条每条线的镜面度，若操作员的下达指令，打印输出该数值。
而且，操作员下达指令，在显示器30上64条每条线的镜面度则作为以放射状延伸的64条镜面度相对应的长度的线段来显示。
由于通过LED 16对基准图形14进行照明，并将其反射像成像于工件表面上，因此与采用狭缝图形相比，反射像的成像具有高精确度。相对于以往的狭缝图形只能检测出0.1μm以下的中心线平均粗糙度，根据本发明人的实验，本发明的方法可以检测出0.01μm-10μm的表面粗糙度，从其结果可以确认能够以高精确度评价映像性。特别是进一步增加基准图形14的环状图形，例如以μm级别的精确度形成高精确度的图形轮廓，则可进一步准确地评价工件表面的映像性。
图7至图10显示不同工件表面中基准图形14的反射像、镜面度的线段(绝对值及相对值)。图7显示表面粗糙度小且形状的各向异性少的工件表面；图中可以看出，镜面度的线段长度充分长，而且相互间隔几乎相等，可评价为映像性高。
图8表示表面粗糙度虽然不是很大，但形状具有各向异性的工件表面；图中可以看出，镜面度的线段虽然不是很短，但线段的长度不规则，可评价为映像性不是很高。
图9表示表面的粗糙度大、而且形状具有各向异性的工件表面；图中可以看出，镜面度的线段短，线段的长度不规则，可评价为映像性低。
图10表示表面粗糙度非常大、而且形状具有各向异性的工件表面；图中可以看出，镜面度的线段非常短，线段的长度不规则，可评价为映像性相当低。
权利要求
1.一种映像性的评价方法，用于评价工件表面的映像性，其特征在于使用探测器，所述探测器在顶端开放的筒状机身内安装有摄像器件，且在筒状机身上下方向的中间处设置有以摄像器件的物镜为中心配置环状图形的基准图形；将探测器的顶端与工件表面相接触，且使工件表面与基准图形相面对，通过光源发出的光照射基准图形，使其反射像映照于工件表面上，通过摄像器件对该反射像进行摄像；求出从所得图像的环状图形中心沿直径方向延伸的多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差，将所得标准偏差与对基准镜面预先求得的、从图像的环状图形中心沿直径方向延伸的、多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差之间的相对值作为镜面度，通过多条线上的镜面度评价工件表面的映像性。
2.根据权利要求1所述的映像性的评价方法，其特征在于在探测器的顶端上嵌装内侧面为基准镜面的盖子，且使基准镜面和基准图形相面对，利用光源发出的光照射基准图形，使基准图形的反射像映照于基准镜面，通过摄像器件对所述反射像进行摄像；求出从所得图像的环状图形中心沿直径方向延伸的、多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差。
3.根据权利要求1或2所述的映像性的评价方法，其特征在于求出从所得图像的环状图形中心沿直径方向延伸的、且互为等角间隔的多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差。
4.根据权利要求1或2所述的映像性的评价方法，其特征在于使用以摄像器件的物镜为中心同心配置多个环状图形而成的基准图形。
5.一种映像性的评价装置，用于评价工件表面的映像性，其特征在于，包括探测器，所述探测器在顶端开放的筒状机身内安装有摄像器件，在筒状机身上下方向的中间处设有以摄像器件的物镜为中心配置环状图形的基准图形，且使其顶端与基准镜面或工件表面相接触，并使基准镜面或工件表面与基准图形相面对，利用光源发出的光照射基准图形，使基准图形的反射像映射于基准镜面或工件表面上，通过摄像器件对该反射像进行摄像；盖子，可嵌装于上述探测器的顶端上，其内侧面为基准镜面；演算处理装置，将来自上述探测器的信号作为输入信号，求出从所得图像的环状图形中心沿直径方向延伸的、多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差，将所得标准偏差和对基准镜面事先求出的、从图像的环状图形中心沿直径方向延伸的、多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差之间的相对值作为镜面度，进行演算。
6.根据权利要求5所述的映像性的评价装置，其特征在于还包括显示装置，所述显示装置将利用上述演算装置演算的对多条线的镜面度，作为与从环状图形中心沿直径方向延伸的镜面度相对应的长度的线段来显示。
全文摘要
本发明使用将以摄像器件(12)的物镜为中心配置环状图形而成的基准图形(14)设置在筒状机身(11)上下方向的中间处的探测器(10)；将探测器的顶端与工件表面相接触，且使工件表面与基准图形相面对，利用光源发出的光照射基准图形，使其反射像映照于工件表面，用摄像器件对反射像进行摄像；求出从所得图像的环状图形中心沿径向延伸的、多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差，将标准偏差和对基准镜面在多条线上的、图像数据的亮度分布的振幅的标准偏差之间的相对值作为镜面度，由多条线上的镜面度评价工件表面的映像性。由此，可提供一种对通过目视外观检查法评价的工件表面的整洁度及质量等表面形状进行定量性评价的方法。
文档编号G06T7/00GK1975326SQ20061013829
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月10日 优先权日2005年11月11日
发明者柴田和久, 石垣博行 申请人:亚辉哈瑞玛株式会社