JP2004347419A - Optical dimension measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学式寸法測定装置に関する。さらに詳しくは、熱間圧延線材や温間圧延線材などの加熱線材を搬送しながらその寸法測定が精度よくなし得る光学式寸法測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、鋼材ワイヤで代表される線材の精密圧延においては、その寸法管理のために線材の直径が光学式寸法測定装置により測定されている。
【0003】
かかる寸法測定装置としては、例えば図6および図7に示すように、板10の中心に設けられた透孔11に挿通される線材Wを挾んで光源としてレーザダイオード(LD)121を有する発光部120と、その発光部120からの光を感知するCCDラインセンサ131を有する受光部130とが、その板10上に対向配置された光学系、つまり発光部光学系122および受光部光学系132からなる測定部を有する光学式測定装置A’が知られている。
【0004】
なお、図7中、符号123はレーザダイオード121からの光を平行光とする集光レンズを示し、符号124は集光レンズからの平行光をシート状平行光Lとするスリット付き耐熱ガラスを示し、符号133はシート状平行光Lを透過させるスリット付き耐熱ガラスを示し、符号134は結像レンズを示す。
【0005】
そして、かかる光学式測定装置A’による圧延線材Wの寸法測定つまり直径の測定は、次のようにしてなされる。
【0006】
発光部120、より具体的にはレーザダイオード121からの光をCCDラインセンサ131により受光すると、CCDラインセンサ131の受光量は、図7に示すように、圧延線材Wの影に当たる部分が少なく、その影から外れた部分については次第に多くなる。そのため、CCDラインセンサ131の受光量を適当な閾値により処理し、その閾値以下の部分の幅を測定することにより、圧延線材Wの直径が測定できる。
【0007】
しかるに、レーザダイオード121からの光は、図7に示すように、集光レンズ123により一旦集光された点部Oを起点とした後、シート状平行光Lとされて照射される。そのため、レーザダイオード121の発光強度の波状バラツキが拡大されて出力されることになる。
【0008】
図8に、発光部120からの照射光をCCDラインセンサ131で受光したときの明暗部の境界部における受光強度を示す。図8から、境界部においては発光強度のバラツキに起因した受光量のバラツキが表れ、それがため圧延線材Wの境界は単なる閾値処理によっては識別できないことが理解される。つまり、単なる閾値処理によっては、圧延線材Wの寸法測定が精度よくなし得ないことが理解される。
【0009】
それに加えて、熱間圧延線材や温間圧延線材など加熱線材の寸法測定においては、加熱線材の周りの温度分布に起因する屈折率分布つまりゆらぎ現象が存在する。かかる屈折率分布(ゆらぎ現象)が存在する状況下で、レーザダイオード121を用いて寸法測定を行った場合、レーザダイオード121からの照射光は高コーヒレンス性を有するため、照射光自体に干渉が生じ、その結果受光部130での受光強度にバラツキが発生して寸法測定の精度の低下が助長される。また、熱間圧延線材や温間圧延線材など加熱線材の寸法測定においては、測定系と測定対象との距離もある程度必要となるため、ゆらぎ現象に起因する測定誤差が拡大する傾向にある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、熱間圧延線材や温間圧延線材などの加熱線材を搬送しながらその寸法測定が精度よくなし得る光学式寸法測定装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学式寸法測定装置は、板の中心に被測定部材が挿通される透孔と、前記透孔を挾んで対向配置されている発光部と受光部とからなる測定部とを備え、前記発光部が、発光強度のバラツキが少なくしかもコーヒレンス性の低い光源を有し、前記受光部の光学系が、結像レンズとその焦点距離に配設されたピンホールまたはスリットを有し、前記被測定部材と前記結像レンズとの間隔が同結像レンズの焦点距離の2倍とされてなることを特徴とする。
【0012】
本発明の光学式寸法測定装置においては、光源が発光ダイオードとされてなるのが好ましい。
【0013】
また、本発明の光学式寸法測定装置においては、結像レンズの焦点距離が、発光ダイオードの基本波長の±20nmの範囲内で測定精度の10倍以下とされなるのが好ましい。
【0014】
さらに、本発明の光学式寸法測定装置においては、ピンホールの直径またはスリットの幅が測定精度の10倍以下とされなるのが好ましい。
【0015】
【作用】
本発明の光学式寸法測定装置は、前記の如く構成されているので、熱間圧延線材や温間圧延線材などの加熱線材の測定の際に生ずるゆらぎ現象に影響されずに、精度よく測定がなし得る。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【0017】
図1および図2に、本発明の一実施形態に係る光学式寸法測定装置を示す。なお、図1および図2において、図6および図7と同一または類似の構成要素については同一の符号を付してその図示説明は省略する。
【0018】
光学式寸法測定装置Aの光学系は、図2に示すように、光源21および光源21からの照射光を平行光とする発光部光学系22を有する発光部20と、線材Wを挾んで発光部光学系22と対向配置されている受光部光学系32および受光部光学系32からの光を受光する受光素子31を有する受光部30とを備えてなるものとされる。
【0019】
発光部20は、光源21に発光強度のバラツキが少なくしかもコーヒレンス性の低いもの、例えば高輝度発光ダイオード(LED)が用いられている。
【0020】
発光部光学系22は、図2に示すように、第1シリンドリカルレンズ23と、第1シリンドリカルレンズ23に直交させて設けられている第2シリンドリカルレンズ24とを有するものとされる。ここで、第1シリンドリカルレンズ23と、それに直交させた第2シリンドリカルレンズ24との組合せを用いるのは、測定対象の線材Wへ発光光束を効率よくライン光として照射し、受光部30での受光における平行度を高めることで、測定対象の線材Wの明部および暗部における誤差を低減して測定精度を向上するためである。
【0021】
受光部光学系32は、図2に示すように、結像レンズ33と、結像レンズ33の焦点位置に設けられたピンホール(またはスリット)34とを有するものとされる。ここで、結像レンズ33と測定対象の線材Wとの間隔は、結像レンズ33の焦点距離の2倍とされる。これは、ゆらぎ現象による測定誤差を極力抑制するためである。
【0022】
結像レンズ33は、光源21として用いられている高輝度発光ダイオードの発光基本波長±20nmの範囲内で測定精度(例えば±30μm)の10倍以下の焦点距離を有するものとされる。
【0023】
ピンホール34の直径(スリットの場合はその幅)は、測定精度の10倍以下とされる。例えば、測定精度が±30μmであれば、ピンホールの直径は300μm以下とされる。
【0024】
受光素子31は、例えばCCDラインセンサとされて結像レンズ33の結像位置に配設されている。CCDラインセンサは、その素子サイズおよび数が10μmx10μmおよび4096個とされ、その走査周期は135μ秒とされ、その分解能は14μmとされている。
【0025】
ここで、光源21、第1シリンドリカルレンズ23、第2シリンドリカルレンズ24、結像レンズ33、ピンホール34および受光素子31は、図2に示すように、同一光軸C上に配設されている。
【0026】
次に、図3を参照しながら、かかる構成とされている光学式寸法測定装置Aによる測定原理について説明する。
【0027】
(1)光源21からの照射光は、第1シリンドリカルレンズ23によりXZ平面で集光されてXZ平面に平行な光とされる。
【0028】
(2)第1シリンドリカルレンズ23を通過してXZ平面に平行とされた照射光は、第2シリンドリカルレンズ24によりXY平面で集光されてXY平面に平行な光Lとされて測定対象(線材W)に照射される。
【0029】
(3)測定対象(線材W)を通過して結像レンズ33に到達した平行光Lは、結像レンズ33により焦点位置に集光されてピンホール34を透過する。この場合、照射光のうちでXY平面に平行でない光はピンホール34を透過できないので、ゆらぎ現象により生じた光が遮断されることになる。
【0030】
(4)ピンホール34を透過した照射光は、受光素子31上に結像する。この結像した画像にはゆらぎ現象による影響が排除されているので、明暗境界におけるばらつきが低減されている。
【0031】
このように、この実施形態の光学式寸法測定装置Aによれば、熱間線材や温間線材をゆらぎ現象による影響を排除して精度よく寸法測定がなし得る。
【0032】
【実施例】
次に、本発明をより具体的な実施例に基づいてより具体的に説明する。
【0033】
実施例
実施形態の光学式寸法測定装置(光源:青色LED;CCD:走査周期135μ秒,分解能14μm)により直径が11.85mmφのエレマ材(大同特殊鋼株式会社商品名)の寸法測定を冷間時と熱間時(800℃)とで行い、その結果を図4に示す。また、熱間時におけるCCD撮像画像の明部と暗部との境界における幅は65μmであった。
【0034】
図4より、冷間時および熱間時ともバラツキ(3σ)が28μmであるのがわかる。それ故、実施形態の光学式寸法測定装置による寸法測定においては、ゆらぎ現象による測定への悪影響が排除されているのがわかる。また、冷間時および熱間時との測定差は、熱膨張差にほぼ等しいことが確認された。したがって、実施形態の光学式寸法測定装置によれば、熱間線材や温間線材の寸法測定を精度よくなし得るのが確認された。
【0035】
比較例
従来例の光学式寸法測定装置により直径が11.85mmφのエレマ材(大同特殊鋼株式会社商品名)の寸法測定を冷間時と熱間時(900℃)とで行い、その結果を図5に示す。また、熱間時におけるCCD撮像画像の明部と暗部との境界における幅は296μmであった。
【0036】
図5より、冷間時のバラツキ(3σ)が28μmであるのに対し、熱間時のバラツキ(3σ)が128μmであるのがわかる。したがって、比較例における光学式寸法測定装置による寸法測定においては、ゆらぎ現象による測定への悪影響が顕著に表れているのがわかる。
【0037】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光学式寸法測定装置によれば、熱間圧延線材や温間圧延線材などの加熱線材の寸法測定の際に生ずるゆらぎ現象に影響されずに、精度よく寸法測定がなし得るという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る光学式寸法測定装置の概略図である。
【図2】同光学式寸法測定装置の光学系の概略図である。
【図3】同光学系の機能説明図である。
【図4】実施例の測定結果のグラフである。
【図5】比較例の測定結果のグラフである。
【図6】従来の光学式寸法測定装置の図1相当図である。
【図7】同図2相当図である。
【図8】レーザダイオードからの照射光をCCDラインセンサで受光した場合の明暗の境界部における受光強度を示すグラフ図である。
【符号の説明】
10 板
11 透孔
20 発光部
21 光源
22 発光部光学系
23 第1シリンドリカルレンズ
24 第2シリンドリカルレンズ
30 受光部
31 受光素子、CCDラインセンサ
32 受光部光学系
33 結像レンズ
34 ピンホール(スリット)
A 光学式寸法測定装置
L 平行光
W 熱間圧延線材、温間圧延線材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical dimension measuring device. More specifically, the present invention relates to an optical dimension measuring apparatus capable of accurately measuring the dimensions of a heated wire such as a hot rolled wire or a hot rolled wire while transporting the wire.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in precision rolling of a wire represented by a steel wire, the diameter of the wire is measured by an optical dimension measuring device to control its dimension.
[0003]
As such a dimension measuring device, for example, as shown in FIGS. 6 and 7, a light emitting portion having a laser diode (LD) 121 as a light source with a wire W inserted through a through hole 11 provided in the center of a
[0004]
In FIG. 7,
[0005]
The measurement of the dimension of the rolled wire W, that is, the diameter of the rolled wire W by the optical measuring device A ′ is performed as follows.
[0006]
When the light from the
[0007]
However, as shown in FIG. 7, the light from the
[0008]
FIG. 8 shows the light receiving intensity at the boundary between the light and dark portions when the irradiation light from the
[0009]
In addition, in dimension measurement of a heating wire such as a hot-rolled wire and a warm-rolled wire, there is a refractive index distribution, that is, a fluctuation phenomenon caused by a temperature distribution around the heating wire. In the case where such a refractive index distribution (fluctuation phenomenon) exists, when dimensional measurement is performed using the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the problems of the related art, and provides an optical dimension measuring apparatus capable of accurately measuring the dimensions of a hot-rolled wire or a hot-rolled wire while transporting the heated wire. It is aimed at.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The optical dimension measuring apparatus of the present invention includes a through hole through which a member to be measured is inserted at the center of the plate, and a measuring unit including a light emitting unit and a light receiving unit that are arranged to face each other with the through hole interposed therebetween. The light-emitting unit has a light source with a small variation in emission intensity and low coherence, and the optical system of the light-receiving unit has an imaging lens and a pinhole or a slit disposed at a focal length of the imaging lens. The distance between the member to be measured and the imaging lens is twice the focal length of the imaging lens.
[0012]
In the optical dimension measuring device of the present invention, it is preferable that the light source is a light emitting diode.
[0013]
Further, in the optical dimension measuring apparatus of the present invention, it is preferable that the focal length of the imaging lens is 10 times or less the measurement accuracy within a range of ± 20 nm of the fundamental wavelength of the light emitting diode.
[0014]
Furthermore, in the optical dimension measuring device of the present invention, it is preferable that the diameter of the pinhole or the width of the slit be 10 times or less the measurement accuracy.
[0015]
[Action]
Since the optical dimension measuring device of the present invention is configured as described above, the measurement can be performed with high accuracy without being affected by the fluctuation phenomenon that occurs when measuring a heated wire such as a hot rolled wire or a warm rolled wire. I can do it.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to only such embodiments.
[0017]
1 and 2 show an optical dimension measuring device according to an embodiment of the present invention. In FIGS. 1 and 2, the same or similar components as those in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0018]
As shown in FIG. 2, the optical system of the optical dimension measuring apparatus A emits light with a light source 21 and a
[0019]
As the
[0020]
As shown in FIG. 2, the light emitting unit optical system 22 includes a first cylindrical lens 23 and a second
[0021]
As shown in FIG. 2, the light receiving unit
[0022]
The imaging lens 33 has a focal length that is 10 times or less the measurement accuracy (for example, ± 30 μm) within the range of the light emission fundamental wavelength of ± 20 nm of the high brightness light emitting diode used as the light source 21.
[0023]
The diameter of the pinhole 34 (its width in the case of a slit) is set to be 10 times or less the measurement accuracy. For example, if the measurement accuracy is ± 30 μm, the diameter of the pinhole is 300 μm or less.
[0024]
The
[0025]
Here, the light source 21, the first cylindrical lens 23, the second
[0026]
Next, the principle of measurement by the optical dimension measuring apparatus A having such a configuration will be described with reference to FIG.
[0027]
(1) The irradiation light from the light source 21 is condensed on the XZ plane by the first cylindrical lens 23 and is converted into light parallel to the XZ plane.
[0028]
(2) The irradiation light that has passed through the first cylindrical lens 23 and has been made parallel to the XZ plane is condensed on the XY plane by the second
[0029]
(3) The parallel light L that has passed through the measurement target (wire W) and reached the imaging lens 33 is condensed at the focal position by the imaging lens 33 and transmitted through the pinhole 34. In this case, of the irradiation light, light that is not parallel to the XY plane cannot pass through the pinhole 34, so that light generated by the fluctuation phenomenon is blocked.
[0030]
(4) The irradiation light transmitted through the pinhole 34 forms an image on the
[0031]
As described above, according to the optical dimension measuring apparatus A of this embodiment, the dimension of the hot wire or the warm wire can be accurately measured by eliminating the influence of the fluctuation phenomenon.
[0032]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically based on more specific examples.
[0033]
The optical dimension measuring device (light source: blue LED; CCD: scanning cycle: 135 μsec, resolution: 14 μm) of the embodiment is used to coldly measure the dimensions of 11.85 mmφ elema material (trade name of Daido Steel Co., Ltd.). The test was carried out at a hot time (800 ° C.), and the results are shown in FIG. In addition, the width at the boundary between the bright and dark portions of the CCD captured image during the hot time was 65 μm.
[0034]
From FIG. 4, it can be seen that the variation (3σ) is 28 μm both in the cold state and in the hot state. Therefore, in the dimension measurement by the optical dimension measuring device of the embodiment, it is understood that the adverse effect on the measurement due to the fluctuation phenomenon is eliminated. Further, it was confirmed that the difference in measurement between the time of cold and the time of hot was almost equal to the difference in thermal expansion. Therefore, according to the optical dimension measuring device of the embodiment, it was confirmed that the dimension measurement of the hot wire and the warm wire could be accurately performed.
[0035]
Comparative Example Dimensional measurement of an elema material having a diameter of 11.85 mmφ (trade name of Daido Steel Co., Ltd.) was performed at a cold time and a hot time (900 ° C.) by the optical size measuring device of the conventional example, and the results were obtained. As shown in FIG. In addition, the width at the boundary between the bright and dark portions of the CCD captured image during the hot time was 296 μm.
[0036]
From FIG. 5, it can be seen that the variation (3σ) at the time of cold is 28 μm, while the variation (3σ) at the time of hot is 128 μm. Therefore, in the dimension measurement by the optical dimension measuring device in the comparative example, it is understood that the adverse effect on the measurement due to the fluctuation phenomenon is remarkably exhibited.
[0037]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the optical dimension measuring apparatus of the present invention, the dimensions can be accurately measured without being affected by the fluctuation phenomenon that occurs when measuring the dimensions of a heated wire such as a hot rolled wire or a warm rolled wire. An excellent effect that measurement can be performed is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an optical dimension measuring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an optical system of the optical dimension measuring device.
FIG. 3 is an explanatory diagram of functions of the optical system.
FIG. 4 is a graph of a measurement result of the example.
FIG. 5 is a graph of a measurement result of a comparative example.
FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 1 of a conventional optical dimension measuring device.
FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 2;
FIG. 8 is a graph showing the light reception intensity at the boundary between light and dark when irradiation light from a laser diode is received by a CCD line sensor.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
A Optical measuring device L Parallel light W Hot rolled wire, warm rolled wire
Claims (4)
前記発光部が、発光強度のバラツキが少なくしかもコーヒレンス性の低い光源を有し、
前記受光部の光学系が、結像レンズとその焦点距離に配設されたピンホールまたはスリットを有し、
前記被測定部材と前記結像レンズとの間隔が同結像レンズの焦点距離の2倍とされてなる
ことを特徴とする光学式寸法測定装置。A through-hole through which a member to be measured is inserted into the center of the plate, and a measuring unit including a light-emitting unit and a light-receiving unit that are arranged to face each other with the through-hole interposed therebetween;
The light-emitting unit has a light source with less variation in emission intensity and low coherence,
The optical system of the light receiving section has an imaging lens and a pinhole or slit disposed at the focal length thereof,
An optical dimension measuring device, wherein a distance between the member to be measured and the imaging lens is twice as long as a focal length of the imaging lens.
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