JP2002221410A - 形状計測装置およびその調整方法 - Google Patents

形状計測装置およびその調整方法

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JP2002221410A
JP2002221410A JP2001019724A JP2001019724A JP2002221410A JP 2002221410 A JP2002221410 A JP 2002221410A JP 2001019724 A JP2001019724 A JP 2001019724A JP 2001019724 A JP2001019724 A JP 2001019724A JP 2002221410 A JP2002221410 A JP 2002221410A
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measured
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line
dimensional camera
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Kenji Ueda
健司 植田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度で板材の形状を計測することができ、
メンテナンスが容易な形状計測装置およびその調整方法
を提供する。 【解決手段】 板状の被計測材1の表面2を照明する棒
状光源10と、被検査材表面2に形成された棒状光源像
を撮像する2次元カメラ15と、棒状光源像の位置から
被計測材1の形状を求める演算装置20とを備えてい
る。棒状光源10と2次元カメラ15とが被計測材1の
両側で向かい合う位置にあり、棒状光源10の中心と2
次元カメラ15とを結ぶ直線の水平な被計測材面2への
主投影線が被計測材1の幅方向に延びる直線に対し傾斜
している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、板状被計測材の
幅方向歪み量を計測する形状計測装置およびその調整方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼板などの板材の形状、特に板幅方向の
歪み量を計測する装置として、板材表面に棒状光源像を
形成し、棒状光源像の位置により歪み量を求める装置が
特開平5−157536号公報で開示されている。同公
報の板形状計測装置では、2次元CCDカメラと光源と
を結ぶ直線が板材の板幅方向に平行であり、かつ2次元
CCDカメラと光源とが被計測板の真上に配置されてい
た。
【0003】しかし、従来の技術には以下のような問題
点があった。 カメラと光源とを結ぶ直線が板幅方向と平行である
ので、板幅方向に形状の変化が生じたとしても、感知し
難い。したがって、長手方向に長く観測しないと、微妙
な形状変化を取り逃がしてしまう。 蛍光灯のような連続的に発光する照明で、反射光を
2次元CCDカメラで撮像すると、光源の発光とシャッ
タ動作との同期が取れない。このため、通板速度が速く
なると、長い距離を同じCCD画素群で捉えることにな
り、一方、速度が遅くなると、同一画素群で短い距離を
捉えることになり、精度にばらつきが生じる。 光源および2次元CCDカメラが板材の真上にある
ため、板材のバタつきや破断によりこれら機器が破損さ
れる可能性が高く、また機器が故障した場合、製造ライ
ン停止をしない限りメンテナンスを行うことができな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、高
精度で板材の形状を計測することができ、メンテナンス
が容易な形状計測装置およびその調整方法を提供するこ
とである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の形状計測装置
は、板状の被計測材の表面を照明する棒状光源と、被検
査材表面に形成された棒状光源像を撮像する2次元カメ
ラと、棒状光源像の位置から被計測材の形状を求める演
算装置とを備えている。前記棒状光源と2次元カメラと
が被計測材の両側で向かい合う位置にあり、前記棒状光
源の中心と2次元カメラとを結ぶ直線の水平な被計測材
面への主投影線が被計測材の幅方向に延びる直線に対し
傾斜している。
【0006】この発明の形状計測装置では、棒状光源お
よび2次元カメラが上記位置で上記のような姿勢をとっ
ているので、幅方向の形状変化を正確にとらえることが
できる。また、形状計測装置が故障した場合、製造ライ
ンを停止しなくても補修可能である。
【0007】上記形状計測装置において、前記幅方向直
線に対する前記主投影線の傾斜角が1゜以上かつ90゜
未満であることが好ましい。また、前記被計測材の幅方
向中心を通りかつ被計測材の長手方向に延びる板中心線
に前記2次元カメラの光軸の延長線が交差し、光軸の延
長線が被計測材面に対し5゜〜20゜傾斜し、棒状光源
の軸線の水平面への投影線が前記主投影線に対し10゜
〜60゜傾斜していることが好ましい。棒状光源および
2次元カメラが上記姿勢をとることで、被計測材の幅方
向の形状変化が計測可能となり、形状計測が高精度かつ
容易となる。
【0008】さらに、前記棒状光源をストロボ光源と
し、ストロボ光源発光と前記2次元カメラのシャッタ動
作との同期をとるタイミング信号分配器を設けるように
してもよい。これにより、被計測材の広い範囲にわたる
移送速度の変化に対し、精度を落とすことなく被計測材
形状を計測することができる。
【0009】この発明の上記形状計測装置の調整方法
は、 長方形のシートの長辺方向に延びる中央縦線および
短辺方向の中央および両端にあって中央縦線に直交する
横線とが描かれた調整シートを準備すること 調整シートの縦線がモニタ画面の中央に位置するよ
うに2次元カメラを左右に動かすこと 調整シートの上下の横線がモニタ画面の端から同じ
間隔でくるように、2次元カメラを上下に動かすこと 2次元カメラから最も遠い部分の線の映像がくっき
り見える所にピント合わすこと 調整シートの縦線上に太目の糸を張り、調整シート
を取り外すこと 棒状光源像が糸と一致するように、棒状光源をこれ
の中心を軸として回転すること モニタ画面に表示された棒状光源像が、最も細くか
つ明るくなるように2次元カメラのピントを合わすこと
【0010】この発明の形状計測装置の調整方法は、上
記のように構成されているので、廉価な装置で棒状光源
および2次元カメラの位置と姿勢を正確かつ容易に設定
することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の実施の1形態を
示すもので、形状計測装置の構成を模式的に示す正面図
である。形状計測装置は、棒状光源10、2次元カメラ
15、タイミング信号発生器18、歪み演算装置20、
およびモニタ25を備えている。棒状光源10は棒状の
ストロボランプであり、2次元カメラ15はCCDカメ
ラを用いている。タイミング信号発振器18は、棒状光
源10のトリガ回路および2次元カメラ15のシャッタ
駆動回路(いずれも図示しない)に同期パルスを出力す
る。歪み演算装置20は、被計測材表面2に形成された
棒状光源像の位置に基づきその位置の歪み量を演算によ
って求める。モニタ25は、2次元カメラ15で撮像さ
れた棒状光源像を表示する。
【0012】図2および図3は、被計測材1に対する棒
状光源10および2次元カメラ15の位置と姿勢とを模
式的に示している。図2は平面図であり、図3は図2に
示す主投影線Lscに対し直交する直線に添った方向Pか
ら見た正面図である。これら図面に示すように、棒状光
源10と2次元カメラ15とが被計測材1の両側で向か
い合う位置にある。また、図2に示すように棒状光源1
0の中心Оsと2次元カメラ15とを結ぶ連結線の被計
測材面2への主投影線Lscは、被計測材の幅方向に延び
る直線Lwに対し傾斜している。幅方向線Lwに対する主
投影線Lscの傾斜角αは、1゜以上かつ90゜未満、好
ましくは15゜〜45゜、さらに好ましくは25゜〜3
5゜である。
【0013】被計測材1の幅方向中心を通りかつ被計測
材1の長手方向に延びる板中心線Llに2次元カメラ1
5の光軸の延長線Lcが交差し、光軸の延長線Lcが被計
測材面2に対し5゜〜20゜、好ましくは7゜〜15゜
の角度βで傾斜している。さらに、棒状光源10の軸線
Lsの水平面への投影線Lspが前記主投影線Lscに対
し、10゜〜60゜、好ましくは40゜〜50゜の角度
γで傾斜している。被計測材表面2に対する、棒状光源
10の照射角度と2次元カメラ15の撮像角度とは等し
い角度に設定されている。
【0014】上記のように構成された形状計測装置にお
いて、被計測材1を移送装置5で被計測材1の長手方向
に送りながら、棒状光源10でストロボ発光により被計
測材表面2を照明する。タイミング信号分配器18から
の同期パルスで棒状光源10はストロボ発光し、2次元
カメラ15のシャッタは開作動する。図4は同期パルス
の1例を示すタイムチャートである。棒状光源10は
1.0s〜33.3msの間隔で10μs発光する。棒状光
源10の発光により棒状光源像が被計測材表面2に形成
される。この棒状光源像を発光に同期して2次元カメラ
15で撮像する。
【0015】棒状光源像が形成される位置は、被計測材
1の歪みに応じて変化する。棒状光源像の位置と歪み量
との関係は計算または実験によりあらかじめ求められて
おり、像位置−歪み量の関係は演算テーブルとして歪み
演算装置20に格納されている。被計測材1をこれの長
手方向に送りながら棒状光源像の位置を計測し、被計測
材の長手方向に逐次積算することにより被計測材1の形
状が得られる。
【0016】図5は歪みの具体的な定量方法を説明する
図面で、CCD素子上の光源像を模式的に示している。
歪みを求めるには、形状変化前(基準面)の光源像の中
心位置を記憶しておき、形状変化後(計測中)の光源像
位置を走査線ごとに差を取り、光源像位置の移動量(歪
み)が被計測材の傾きに比例するので、光源像の移動量
を走査線方向に積分することで形状変化を求める。
【0017】ここで、上記形状計測装置の調整方法につ
いて説明する。前述のように、棒状光源10および2次
元カメラ15は被計測材1に関し幅方向線、長手方向線
および表面に対し傾斜した位置に配置されている。した
がって、棒状光源10および2次元カメラ15を適切な
位置および姿勢で配置することは困難である。この発明
では、調整シートを用いて棒状光源10および2次元カ
メラ15の配置を容易にする。
【0018】図6に示すように、調整シート30は細長
の長方形をしており、プラスチックで作られている。幅
方向中央に長辺に沿って中央縦線31が描かれており、
長辺の両端部寄りに2本、および中央に1本、中央縦線
31に直交する横線33、34、35が描かれている。
中央縦線31の幅は長手方向据付許容誤差範囲の幅と
し、通常0.5〜1.0mm程度である。3本の横線3
3、34、35の幅は幅方向据付許容誤差範囲の幅と
し、通常0.1〜1.0mm程度である。なお、3本の線
は1本でもよい。
【0019】上記調整シート30を用いて形状計測装置
を次の手順で調整する。 図7に示すように、調整シートの中央縦線像31p
がモニタ画面26の中央に位置するように2次元カメラ
を左右に動かす。 調整シートの上下の横線像33p、34pがモニタ画
面26の端から同じ間隔でくるように、2次元カメラを上
下に動かす。 仮焦点を調整する。すなわち、2次元カメラから最
も遠い部分の線の映像がくっきり見える所にピント合わ
せる。 調整シートの縦線上に太目の糸を張り、調整シート
を取り外す。 棒状光源像が糸と一致するように、棒状光源をこれ
の中心を軸として回転する。 焦点を再調整する。すなわち、モニタ画面に表示さ
れた棒状光源像が、最も細くかつ明るくなるように2次
元カメラのピントを合わす。
【0020】上記手順の調整により、棒状光源および2
次元カメラの位置と姿勢が正確に設定され、また2次元
カメラの視点、焦点および視野の調整もなされる。以上
のようにして調整が終ると、板形状計測を開始する。
【0021】
【実施例】図2および図3には、棒状光源10および2
次元カメラ15の位置および姿勢の例が距離と角度で示
してある。被計測材1は、厚さ0.2mm、幅1000mm
の鋼板である。
【0022】棒状光源10および2次元カメラ15を幅
方向直線Lwに対する主投影線Lscの傾斜角αが30゜
となり、2次元カメラ15の水平面に対する傾斜角度β
が10゜前後となるように配置する。この配置条件をと
るため、傾斜棒状光源10は、鉛直方向から見た水平距
離が板中心線Llから700mm、水平方向から見た水平
距離が808mm、鉛直距離が350mmの位置に配置し
た。2次元カメラ15は、鉛直方向から見た水平距離が
板中心線Llから1225mm、水平方向から見た水平距
離が板中心線Llから1414mm、鉛直距離が300mm
の位置に配置した。ついで、調整シートを用いて、棒状
光源10および2次元カメラ15の位置と姿勢を調整し
た。この結果、棒状光源10の主投影線Lscに対する角
度γは約45゜、水平面に対する傾斜角度は約79゜で
あった。なお、棒状光源10は、主投影線Lscに対する
角度γおよび水平面に対する傾斜角度は±10゜で調整
可能である。
【0023】
【発明の効果】この発明の形状計測装置によれば、幅方
向の形状変化を正確にとらえることができる。安価で精
度の良い形状計測装置が構成できる。また、形状計測装
置が故障した場合、製造ラインを停止しなくても補修可
能であり、メンテナンスも容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の1形態を示すもので、形状計
測装置の構成を模式的に示す正面図である。
【図2】被計測材に対する棒状光源および2次元カメラ
の位置を模式的に示す平面図である。
【図3】図2に対応する正面図である。
【図4】棒状光源の発光と2次元カメラのシャッタ動作
との同期をとるパルス信号の1例を示すタイムチャート
である。
【図5】歪みの具体的な定量方法を説明する図面で、C
CD素子上の光源像を模式的に示している。
【図6】形状計測装置の調整用シートの1例を示す平面
図である。
【図7】形状計測装置の調整時のモニタ画面を示す図面
である。
【符号の説明】
1 被計測材 2 被計測材表面 5 移送装置 10 棒状光源 15 2次元カメラ 20 歪み演算装置 25 モニタ 30 調整シート 31 中央縦線 33〜35 横線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板状の被計測材の表面を照明する棒状光
    源と、被検査材表面に形成された棒状光源像を撮像する
    2次元カメラと、棒状光源像の位置から被計測材の形状
    を求める演算装置とを備えた形状計測装置において、前
    記棒状光源と2次元カメラとが被計測材の両側で向かい
    合う位置にあり、前記棒状光源の中心と2次元カメラと
    を結ぶ直線の水平な被計測材面への主投影線が被計測材
    の幅方向に延びる直線に対し傾斜していることを特徴と
    する形状計測装置。
  2. 【請求項2】前記幅方向直線に対する前記主投影線の傾
    斜角が1゜以上かつ90゜未満である請求項1記載の形
    状計測装置。
  3. 【請求項3】 前記被計測材の幅方向中心を通りかつ被
    計測材の長手方向に延びる板中心線に前記2次元カメラ
    の光軸の延長線が交差し、光軸の延長線が被計測材面に
    対し5゜〜20゜傾斜し、棒状光源の軸線の水平面への
    投影線が前記主投影線に対し10゜〜60゜傾斜してい
    る請求項1または請求項2記載の形状計測装置。
  4. 【請求項4】前記棒状光源がストロボ光源であり、スト
    ロボ光源発光と前記2次元カメラのシャッタ動作との同
    期をとるタイミング信号分配器を備えた請求項1、2ま
    たは3記載の形状計測装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の形状計測装置の調整方法
    であって、次の工程からなることを特徴とする形状計測
    装置の調整方法。 長方形のシートの長辺方向に延びる中央縦線および
    短辺方向の中央および両端にあって中央縦線に直交する
    横線とが描かれた調整シートを準備すること 調整シートの縦線がモニタ画面の中央に位置するよ
    うに2次元カメラを左右に動かすこと 調整シートの上下の横線がモニタ画面の端から同じ
    間隔でくるように、2次元カメラを上下に動かすこと 2次元カメラから最も遠い部分の線の映像がくっき
    り見える所にピント合わすこと 調整シートの縦線上
    に太目の糸を張り、調整シートを取り外すこと 棒状光源像が糸と一致するように、棒状光源をこれ
    の中心を軸として回転すること モニタ画面に表示された棒状光源像が、最も細くか
    つ明るくなるように2次元カメラのピントを合わすこと
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008151609A (ja) * 2006-12-15 2008-07-03 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 形状測定装置
CN103148801A (zh) * 2013-01-30 2013-06-12 青岛云路新能源科技有限公司 一种在线测量带材板型的方法及其装置
EP3995222A1 (en) 2020-11-05 2022-05-11 Primetals Technologies Japan, Ltd. Inappropriate quality judgment apparatus and inappropriate quality judgment method

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