JP7171535B2 - 表面形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、鉄鋼製造設備において、搬送されてくる帯状鋼板の表面形状を測定する表面形状測定装置に関する。

近年、帯状鋼板の高品質化、高機能化等とともに、生産性を低下させることなく多品種生産することが求められている。ここで、帯状鋼板の表面形状の測定とは、鋼板の表面波高さ、急峻度および伸び率等を測定することをいう。

多品種の鋼板の生産において生産性を向上させる手法として、鋼板の幅等に応じて、単一の鋼板をラインに投入して搬送（単列搬送）する場合と、２枚の鋼板を同時にラインに投入し、並べて搬送（並列搬送）する場合とを適宜切り替ることが行われている。また、単列搬送した鋼板を２枚に切断した後、並列搬送に切り替えることも行われている。

従来、表面形状測定装置では、単列搬送の場合であっても並列搬送の場合であっても、取得されるのは１枚の画像データであり、得られた画像データに振動軽減処理を行って、表面形状の測定を行う。そのため、並列搬送された場合でも、得られる測定結果は、２枚の鋼板のデータが含まれた１つのデータであり、測定結果によって不良判定された場合には、２枚の鋼板のうちいずれが不良判定されたのか判別することができない。そのため、不良判定された２枚の鋼板を再度ラインに投入し単列搬送して、順次表面形状を測定する必要がある。あるいは、このような作業工程の後戻りが発生するのを抑制するために、並列搬送の場合であっても、表面形状測定の前に単列搬送に切り替えることが行われている。

いずれの場合であっても、単列搬送と並列搬送とを適宜切り替えることによって実現されるべき生産性の向上が阻害される要因となり得る。

特開２０１２－２５１８１６号公報

本発明に係る実施の形態は、上述のような課題を解決するためになされたもので、帯状鋼板の単列搬送と並列搬送が混在する工程であっても、生産性を低下させることなく表面形状を高精度に測定できる表面形状測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る実施の形態の表面形状測定装置は、第１方向および前記第１方向に直交する第２方向を含むパスライン上に載置された１つの被測定物体または２つの被測定物体が搬送される前記第１方向に直交する２つの離隔した平面内にそれぞれ設けられ互いの光軸が平行になるように前記１つの被測定物体または前記２つの被測定物体のななめ上方に配置された２つのスリット状光光源から前記１つの被測定物体または前記２つの被測定物体の表面にそれぞれ照射される第１ラインおよび第２ラインを所定の周期で順次撮像する撮像部であって、前記１つの被測定物体または前記２つの被測定物体のななめ上方かつ前記平面から角度をなす位置に配置された前記撮像部によって取得されたななめ画像データを、前記２つのスリット状光光源からの照射線上で撮像したような画像データに変換し、前記画像データを前記第１ラインにもとづいて、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向の座標の第１高さデータを含む第１高さマップ情報を生成し、前記画像データを前記第２ラインにもとづいて前記第３方向の座標の第２高さデータを含む第２高さマップ情報を生成する表面座標変換部と、前記２つの被測定物体が搬送されてくる場合に、前記第１高さマップ情報にもとづいて前記２つの被測定物体のそれぞれに対応する第１分割高さマップ情報および第２分割高さマップ情報を生成し、前記第２高さマップ情報にもとづいて前記２つの被測定物体のそれぞれに対応する第３分割高さマップ情報および第４分割高さマップ情報を生成する表面座標分割部と、前記第１分割高さマップ情報および前記第３分割高さマップ情報にもとづいて、前記２つの被測定物体の振動による影響を軽減された第１最終高さマップ情報を演算し、前記第２分割高さマップ情報および前記第４分割高さマップ情報にもとづいて、前記２つの被測定物体の振動による影響を軽減された第２最終高さマップ情報を演算し、前記第１高さマップ情報および前記第２高さマップ情報にもとづいて前記２つの被測定物体の表面の形状を測定する凹凸形状演算部と、を備える。前記凹凸形状演算部は、前記１つの被測定物体が搬送されてくる場合には、前記第１高さマップ情報および前記第２高さマップ情報にもとづいて、前記１つの被測定物体の振動による影響を軽減された第３最終マップ情報を演算し、前記第３最終マップ情報にもとづいて前記１つの被測定物体の表面の形状を測定する。

本発明によれば、帯状鋼板の単列搬送と並列搬送が混在する工程であっても、生産性を低下させることなく表面形状を高精度に測定できる表面形状測定装置が実現される。

実施形態に係る表面形状測定装置を例示するブロック図である。 図２（ａ）は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する平面図である。図２（ｂ）は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する正面図である。図２（ｃ）は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する側面図である。 図３（ａ）は、並列搬送された被測定物体の画像データを例示する模式図である。図３（ｂ）は、並列搬送された被測定物体の１ライン分の高さ座標のデータを例示する模式図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＥ部の拡大図である。 並列搬送された被測定物体の画像データの表面座標の分割動作を説明する模式図である。 分割異常判定される画像データを例示する模式図である。 実施形態の表面形状測定装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

図１は、実施形態に係る表面形状測定装置を例示するブロック図である。
図１に示すように、表面形状測定装置１０は、表面座標変換部１４と、単列／並列切替部１７と、表面座標分割部１８と、凹凸形状演算部１５と、を備える。また、好ましくは、表面形状測定装置１０は、分割異常判定部１９をさらに備える。

表面形状測定装置１０は、表面撮像部３の出力に接続されている。表面撮像部３は、撮像する領域１００の画像データを取得する。領域１００は、表面撮像部３が被測定物体１ａ，１ｂを撮像することが可能な領域である。領域１００は、搬送されてくる被測定物体１ａ，１ｂの全幅の表面を含み、その中に２つのスリット状光光源２Ａ，２Ｂによって表面上に照射されたスリット状光を含むように設定されている。

２つのスリット状光光源２Ａ，２Ｂは、領域１００内の被測定物体１ａ，１ｂの表面にスリット状光をそれぞれ照射する。２つのスリット状光光源２Ａ，２Ｂは、被測定物体１ａ，１ｂの搬送方向（第１方向）に沿って配置されており、スリット状光光源２Ａ，２Ｂのそれぞれは、出射するスリット状光が被測定物体１ａ，１ｂの搬送方向にほぼ垂直になるように配置されている。また、スリット状光光源２Ａ，２Ｂは、それぞれのスリット状光の光軸が平行になるように配置されている。

２つのスリット状光光源２Ａ，２Ｂは、互いに近接して配置されており、被測定物体１ａ，１ｂの長手方向の長さに比べて十分に短い間隔に配置されている。２つのスリット状光による被測定物体１ａ，１ｂの表面の画像データに、後述する適切な演算処理を施すことによって、被測定物体１ａ，１ｂの搬送時等の振動による高さ座標の時間変動を軽減することができる。

表面撮像部３は、搬送されてくる被測定物体１ａ，１ｂの表面に照射される２本のスリット状光を撮像して画像データを出力する。この例では、被測定物体１ａ，１ｂは、並列搬送されている場合が示されているが、単列で被測定物体が搬送されてくる場合もあり、その場合も同様に、表面撮像部３は、２本のスリット状光の画像データを出力する。被測定物体は、帯状鋼板である。表面形状測定装置１０は、上位の鋼板搬送制御システム側（図示せず）からの指令によって、被測定物体が単列搬送されてくるか、並列搬送されてくるかを判別することができる。

表面形状測定装置１０は、表示部２０に接続される。表示部２０は、表面形状測定装置１０によって測定された被測定物体の表面形状の測定結果を表示するためのインタフェースを提供する。表示部２０は、たとえば、表面形状測定装置１０の操作端末に設けられたディスプレイ装置に接続するためのインタフェースである。

表面形状測定装置１０は、分割異常判定部１９を備える場合には、分割異常表示部３０に接続される。分割異常表示部３０は、分割異常判定部１９が生成した結果を表示するためのインタフェースを提供する。分割異常表示部３０を介して、表面形状測定装置の操作端末とは別に設けられたディスプレイ装置に接続してもよいし、表面形状測定装置１０の操作端末のディスプレイ装置に接続するようにしてもよい。

まず、搬送されてくる被測定物体の表面座標の測定方法について説明する。被測定物体の表面座標の測定方法は、被測定物体が単列か並列かによらないが、以下では、被測定物体１ａ，１ｂが並列搬送されている場合を例に説明する。

図２（ａ）は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する平面図である。
図２（ｂ）は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する正面図である。
図２（ｃ）は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する側面図である。
図２（ａ）～図２（ｃ）に示すように、スリット状光光源２Ａ，２Ｂおよび表面撮像部３は、被測定物体１ａ，１ｂの表面のななめ上方に設けられている。スリット状光光源２Ａ，２Ｂは、この例では、被測定物体１ａ，１ｂの長手方向の一方の縁の側に設けられ、表面撮像部３は、スリット状光光源２Ａ，２Ｂが設けられているのとは反対の縁の側に設けられている。スリット状光光源２Ａ，２Ｂおよび表面撮像部３は、被測定物体１ａ，１ｂの同じ縁の側に設けられていてもよい。

スリット状光光源２Ａ，２Ｂは、搬送方向に直交する２つの平面内に配置される。スリット状光光源２Ａ，２Ｂの光軸２Ａｃ，２Ｂｃは、搬送方向に直交する２つの平面を直進し、搬送方向とほぼ直交するように配置されている。スリット状光光源２Ａ，２Ｂは、光軸２Ａｃ，２Ｂｃがほぼ平行になるように配置されている。

被測定物体１ａ，１ｂは、パスラインＰ上を搬送方向に沿って搬送される。被測定物体１ａ，１ｂの長手方向の縁は、搬送方向に水平となるように配置されている場合に限らず、この例のように、鋼板をラインに投入する設備の操作精度等によって、ななめに配置されている場合もある。

表面撮像部３は、スリット状光光源２Ａ，２Ｂの光軸２Ａｃ，２Ｂｃを含む平面から、被測定物体１ａ，１ｂの搬送方向後方に角度をなすように配置されている。この角度は、光軸２Ａｃ，２Ｂｃを含む平面から搬送方向前方に形成するようにしてもよい。表面撮像部３は、スリット状光光源２Ａ，２Ｂから照射されたスリット状光が被測定物体１ａ，１ｂの表面に描くライン２ＡＬ，２ＢＬを、ななめ上方かつ搬送方向後方から撮像する。表面撮像部３の光軸とスリット状光光源２Ａ，２Ｂの光軸２Ａｃ，２Ｂｃとのなす角度は、角度θ１である。

表面撮像部３は、搬送されてくる被測定物体１ａ，１ｂの表面に照射されているスリット状光のライン２ＡＬ，２ＢＬを一定の時間間隔で撮像する。表面撮像部３は、撮像した画像データを表面形状測定装置１０に送信する。

次に、表面形状測定装置１０の構成について説明する。
表面座標変換部１４は、表面撮像部３の出力に接続されている（図１）。表面座標変換部１４は、表面撮像部３によって撮像されたスリット状光のライン２ＡＬ，２ＢＬの画像データにもとづいて、高さマップ情報Ａ，Ｂのデータをそれぞれ生成する。高さマップ情報とは、パスラインＰに平行な平面（たとえばＸＹ平面）の座標（ＸＹ座標）を有する、ＸＹ座標に垂直な方向の座標（たとえばＺ座標）のデータをいう。

より具体的には、表面座標変換部１４は、次のように動作する。すなわち、表面座標変換部１４は、表面撮像部３から取得した画像データ（ななめ画像データ）を、表面撮像部３のななめ配置の角度θ１にしたがって、スリット状光光源２Ａ，２Ｂが照射するスリット状光からの照射線上で撮像したようなデータに変換する。表面座標の変換については、周知の技術であり、特許文献１等に詳しいが、たとえば、以下のようにすることができる。上述のように表面撮像部３およびスリット状光光源２Ａ，２Ｂを配置し、被測定物体に代えて、あらかじめ複数種類の幅および高さを有する基準板を撮像して、撮像座標と、幅および高さとの変換テーブルを作成する。表面座標変換部１４は、被測定物体１ａ，１ｂの画像データを、作成された変換テーブルにしたがって、座標変換して出力する。

表面座標変換部１４は、１ラインごとのＺ座標のデータを、そのラインに沿ってサンプリングすることによって取得する。そのラインおよびサンプリングされた位置は、ＸＹ座標のデータとして表される。したがって、ＸＹ座標にＺ座標のデータを紐づけすることによって、表面座標変換部１４は、高さマップ情報Ａ，Ｂを生成することができる。

表面座標変換部１４の出力は、単列／並列切替部１７に接続されている。単列／並列切替部１７の出力は、凹凸形状演算部１５および表面座標分割部１８にそれぞれ接続されている。単列／並列切替部１７は、図示しないが、上位の鋼板搬送制御システムから送信されてくる単列／並列のいずれかを表す指令を受信する。

単列／並列切替部１７は、単列を表す指令（単列指令）を受信した場合には、表面座標変換部１４から受信した高さマップ情報Ａ，Ｂをそのまま凹凸形状演算部１５に送信する。単列／並列切替部１７は、並列搬送を表す指令（並列指令）を受信した場合には、高さマップ情報Ａ，Ｂを表面座標分割部１８に送信する。

単列／並列切替部１７が送信する高さマップ情報Ａ，Ｂのデータは、単列指令の場合には１枚分の鋼板表面の座標データが含まれており、並列指令の場合には、２枚分の鋼板表面の座標データが含まれている。凹凸形状演算部１５での演算処理は、１枚分でも２枚分でも同様であるので、以下では、特に断らない限り、並列指令によって２枚分の演算処理を行う場合について説明する。

表面座標分割部１８は、入力された高さマップ情報Ａのデータにもとづいて、被測定物体１ａ，１ｂにそれぞれ対応する高さマップ情報ａＡ，ｂＡを生成する。表面座標分割部１８は、入力された高さマップ情報Ｂのデータにもとづいて、被測定物体１ａ，１ｂにそれぞれ対応する高さマップ情報ａＢ，ｂＢを生成する。

ここで、被測定物体１ａに対応する高さマップ情報のうち、スリット状光光源２Ａの照射によるライン２ＡＬを含むものを高さマップ情報ａＡとする。被測定物体１ａに対応する高さマップ情報のうち、スリット状光光源２Ｂの照射によるライン２ＢＬを含むものを高さマップ情報ａＢとする。被測定物体１ｂに対応する高さマップ情報のうち、スリット状光光源２Ａの照射によるライン２ＡＬを含むものを高さマップ情報ｂＡとする。被測定物体１ｂに対応する高さマップ情報のうち、スリット状光光源２Ｂの照射によるライン２ＢＬを含むものを高さマップ情報ｂＢとする。

より具体的には、表面座標分割部１８は、次のように動作する。すなわち、表面座標分割部１８は、表面座標変換部１４から高さマップ情報Ａを入力し、被測定物体１ａ，１ｂに対応する部分の分割点（第１分割点）を抽出する。さらに、抽出された分割点にもとづいて、被測定物体１ａ，１ｂのそれぞれに対応する部分に分割する分割ライン（第１分割ライン）を生成し、分割された分割高さマップ情報ａＡ，ｂＡ（第１分割高さマップ情報、第２分割高さマップ情報）を生成する。

表面座標分割部１８は、表面座標変換部１４から高さマップ情報Ｂを入力し、被測定物体１ａ，１ｂのそれぞれに対応する部分の分割点（第２分割点）を抽出する。さらに、抽出された分割点にもとづいて、被測定物体１ａ，１ｂにそれぞれ対応する部分に分割する分割ライン（第２分割ライン）を生成し、分割された分割高さマップ情報ａＢ，ｂＢ（第３分割高さマップ情報、第４分割高さマップ情報）を生成する。

図３（ａ）は、並列搬送された被測定物体の表面形状の画像データを例示する模式図である。
図３（ｂ）は、並列搬送された被測定物体の１ライン分の高さ座標のデータを例示する模式図である。
図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＥ部の拡大図である。
上述したとおり、複数のラインからなる画像データや高さマップ情報は、スリット状光光源２Ａ，２Ｂのそれぞれによる２種類のデータにもとづいて生成等されるが、冗長な説明を避けるため、以下では、スリット状光光源２Ａによるライン２ＡＬにもとづく画像データや高さマップ情報Ａの処理について説明する。スリット状光光源２ＢによるラインＢＬにもとづく画像データや高さマップ情報Ｂの処理についても同様である。

図３（ａ）に示すように、表面形状の画像データ１０２は、搬送方向に垂直な方向の複数のラインからなる。ライン２ＡＬは、スリット状光光源２Ａが出射する光が被測定物体１ａ，１ｂ上に描く光の線である。撮像されたライン２ＡＬ１，２ＡＬ２，２ＡＬ３，…，２ＡＬ６，…からなる画像データ１０２は、被測定物体１ａ，１ｂの搬送方向先頭から搬送方向に沿って順次取得される。つまり、被測定物体１ａ，１ｂの表面形状の画像データ１０２は、搬送方向に離散的なデータとして取得される。

被測定物体１ａ，１ｂは、上流に設けられた鋼板を配置操作する操作設備の操作精度等によって、必ずしも平行に配置されるとは限らない。この例のように、一方の被測定物体１ａが搬送方向に対してななめに配置される場合もある。また、被測定物体１ａ，１ｂの先端や尾端の位置がそろわない場合もある。

図３（ｂ）に示すように、各ラインは、ライン方向に沿って高さ座標のデータを有している。

図３（ｃ）に示すように、ラインごとにライン方向に沿ってサンプリングすることによって、ＸＹ平面における座標データとともに、高さ座標のデータを得ることができる。図３（ｃ）には、分割点の位置も合わせて示されている。たとえば、ラインごとにライン方向に沿って高さ座標のデータを走査し、立下り座標および立上り座標を検出し、立上り座標と立上り座標との中間の座標を分割点とすることができる。

立下り座標および立上り座標の検出のために、たとえば、あらかじめ高さ座標のしきい値が設けられている。しきい値は、たとえば、ライン方向に沿って高さ座標のデータを走査した場合に、高さ座標のデータが、しきい値よりも小さい値を検出した場合に、立下り座標と判定され、しきい値以上の値を検出した場合に立上り座標と判定されるように設定される。

この例のように、被測定物体１ａ，１ｂの先端や尾端の位置がそろっていない場合には、立下り座標検出または立上り座標検出のいずれか一方が検出されないこととなる。また、撮像の開始当初や終了時の前には、立下り座標も立上り座標も検出されないこともある。

この例では、ライン方向の走査を図上、上から下に行った場合には、ライン２ＡＬ１～２ＡＬ３では、立上り座標検出がされず、ライン２ＡＬ４以降において立下り座標検出および立上り座標検出がされている。たとえば、表面座標分割部１８は、最初の数ラインにおいて、立下り座標検出がされないか、立上り座標検出がされない場合には、検出されないライン数があらかじめ設定したライン数よりも少ないときには、検出されなかったラインのデータを分割点演算の対象から除外するようできる。被測定物体１ａ，１ｂの尾端付近における立下り座標検出または立上り座標の不検出の場合も同様に処理することができる。

被測定物体１ａ，１ｂの先端や尾端付近の位置以外における立下り座標不検出または立上り座標の不検出の場合には、後述するように分割異常判定の対象とすることができる。また、被測定物体１ａ，１ｂの先端または尾端付近の立下り座標検出または立上り座標の不検出ラインが所定値以上となった場合も分割異常判定の対象としてもよい。

図４は、並列搬送された被測定物体の表面座標の分割動作を説明するための模式図である。
図４の上の図には、画像分割前の２枚分の被測定物体１ａ，１ｂを含む画像データ１０２の状態が示されており、図４の下の図には、分割ラインによって分割された画像データ１０２ａ，１０２ｂの状態が模式的に示されている。画像データ１０２ａは、被測定物体１ａに対応し、画像データ１０２ｂは、被測定物体１ｂに対応する。

図４に示すように、分割ラインは、ラインごとに検出された分割点の座標を用いて設定される。分割ラインは、たとえば、ラインごとに検出された分割点を二次近似することによって求められる。分割ラインの設定には、二次近似に限らず他の適切な近似演算等を用いてもよい。

分割ラインが設定された画像データ１０２は、分割ラインによって画像分割処理され、２つの画像データ１０２ａ，１０２ｂが生成される。画像データ１０２ａは、被測定物体１ａの高さマップ情報ａＡであり、画像データ１０２ｂは、被測定物体１ｂの高さマップ情報ｂＡである。表面座標分割部１８は、ラインＢＬにもとづく画像データについても上述と同様に、２つの被測定物体１ａ，１ｂに対応する画像に画像分割処理し、高さマップ情報ａＢ，ｂＢを生成する。

凹凸形状演算部１５は、高さマップ情報ａＡおよび高さマップ情報ａＢにもとづいて、振動軽減処理演算を実行し、振動軽減処理された高さマップ情報ａ０（第１最終高さマップ情報）を生成する。凹凸形状演算部１５は、高さマップ情報ｂＡおよび高さマップ情報ｂＢにもとづいて、振動軽減処理を実行し、高さマップ情報ｂ０（第２最終高さマップ情報）を生成する。

凹凸形状演算部１５は、高さマップ情報ａ０にもとづいて、被測定物体１ａの表面形状を測定し、結果を出力する。凹凸形状演算部１５は、高さマップ情報ｂ０にもとづいて、被測定物体１ｂの表面形状を測定し、結果を出力する。

凹凸形状演算部１５は、位置の異なる高さマップ情報Ａ，Ｂのデータをそれぞれ搬送方向に積分し、差分をとることによって、時間による変動分が除去される。そのため、凹凸形状演算部１５は、被測定物体１ａ，１ｂの搬送時の振動による高さ座標の変動をほとんど含まない高さマップ情報ａ０，ｂ０のデータを生成することができる。

分割異常判定部１９は、表面座標分割部１８における処理に異常があるか否かを判定する。分割異常判定部１９は、凹凸形状演算部１５における分割処理に関する処理に異常があるか否かを判定する。分割異常判定部１９は、分割異常である旨の表示を出力する。

分割異常判定部１９は、１つあるいは複数種類の異常判定機能を含むことができる。たとえば、分割異常判定部１９は、表面座標分割部１８において分割点の抽出処理の異常有無を判定することができる。たとえば、分割異常判定部１９は、分割ラインの生成処理の異常有無を判定するようにしてもよい。たとえば、分割異常判定部１９は、分割高さマップ情報のデータの異常有無を判定するようにしてもよい。

図５は、分割異常と判定される画像データを例示する模式図である。
図５には、２つの被測定物体を含む画像データを分割処理した結果、妥当でない分割画像が生成された場合の例を示している。
図５に示すように、被測定物体１ａの画像データ１０２ａは、妥当でない高さ座標のデータを含む高さマップ情報２０１ａのデータを有している。妥当でない高さ座標のデータとは、高さマップ情報２０１ａにおいて、被測定物体１ａの尾端付近に相当する範囲の分割ラインの高さ座標のデータが、立下り座標検出のためのしきい値よりも十分大きい値を有している場合である。

たとえば、分割異常判定部１９は、凹凸形状演算部１５において、スリット状光光源２Ａ，２Ｂによる２つの分割高さマップ情報のデータ間の異常の有無を判定してもよい。これら複数種類の異常判定機能は、必要に応じて任意に設定することができる。

上述した構成を備える表面形状測定装置１０の一連の動作を、フローチャートを用いて説明する。
図６は、実施形態の表面形状測定装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
図６に示すように、ステップＳ１において、表面座標変換部１４は、表面撮像部３によって撮像されたライン２ＡＬ，２ＢＬのデータを角度θ１を用いて、直交座標のデータに変換する。

ステップＳ２において、表面座標変換部１４は、直交座標のデータに変換されたライン２ＡＬ，２ＢＬのデータをラインごとにそれぞれサンプリング処理する。

ステップＳ３Ａにおいて、表面座標変換部１４は、ラインごとにサンプリング処理されたライン２ＡＬのデータにもとづいて、高さマップ情報Ａを生成する。

ステップＳ３Ｂにおいて、表面座標変換部１４は、ラインごとにサンプリング処理されたライン２ＢＬのデータにもとづいて、高さマップ情報Ｂを生成する。

ステップＳ１１Ａにおいて、表面座標分割部１８は、高さマップ情報Ａにもとづいて、ラインごとに分割点を抽出する。

ステップＳ１１Ｂにおいて、表面座標分割部１８は、高さマップ情報Ｂにもとづいて、ラインごとに分割点を抽出する。

ステップＳ１２Ａにおいて、表面座標分割部１８は、ステップＳ１１Ａで抽出されたラインごとの分割点を用いて近似処理を実行し、分割ラインを生成する。

ステップＳ１２Ｂにおいて、表面座標分割部１８は、ステップＳ１１Ｂで抽出されたラインごとの分割点を用いて近似処理を実行し、分割ラインを生成する。

ステップＳ１３Ａにおいて、表面座標分割部１８は、ステップＳ１２Ａで生成された分割ラインを用いて、ライン２ＡＬにもとづく画像データの分割処理を実行する。

ステップＳ１３Ｂにおいて、表面座標分割部１８は、ステップＳ１２Ｂで生成された分割ラインを用いて、ライン２ＢＬにもとづく画像データの分割処理を実行する。

ステップＳ１４Ａ１において、表面座標分割部１８は、ステップＳ１３Ａで分割処理された２つの画像データのうちの被測定物体１ａに対応するデータを用いて、被測定物体１ａに対応する分割高さマップ情報ａＡを取得する。

ステップＳ１４Ａ２において、表面座標分割部１８は、ステップＳ１３Ａで分割処理された２つの画像データのうちの被測定物体１ｂに対応するデータを用いて、被測定物体１ｂに対応する分割高さマップ情報ｂＡを取得する。

ステップＳ１４Ｂ１において、表面座標分割部１８は、ステップＳ１３Ｂで分割処理された２つの画像データのうちの被測定物体１ａに対応するデータを用いて、被測定物体１ａに対応する分割高さマップ情報ａＢを取得する。

ステップＳ１４Ｂ２において、表面座標分割部１８は、ステップＳ１３Ｂで分割処理された２つの画像データのうちの被測定物体１ｂに対応するデータを用いて、被測定物体１ｂに対応する分割高さマップ情報ｂＢを取得する。

ステップＳ２１Ａにおいて、凹凸形状演算部１５は、ライン２ＡＬのデータにもとづく分割高さマップ情報ａＡおよびライン２ＢＬのデータにもとづく分割高さマップ情報ａＢを用いて、振動軽減処理演算を実行し、被測定物体１ａに対応する高さマップ情報ａ０を出力する。凹凸形状演算部１５は、高さマップ情報ａ０にもとづいて、表面形状（鋼板の表面波高さ、急峻度および伸び率等）を計算する。

ステップＳ２１Ｂにおいて、凹凸形状演算部１５は、ライン２ＡＬのデータにもとづく分割高さマップ情報ｂＡおよびライン２ＢＬのデータにもとづく分割高さマップ情報ｂＢを用いて、振動軽減処理演算を実行し、被測定物体１ｂに対応する高さマップ情報ｂ０を出力する。凹凸形状演算部１５は、高さマップ情報ｂ０にもとづいて、表面形状を計算する。

ステップＳ３１Ａにおいて、表示部２０は、被測定物体１ａの表面形状のデータを出力し、表示する。

ステップＳ３１Ｂにおいて、表示部２０は、被測定物体１ｂの表面形状のデータを出力し、表示する。

ステップＳ４１において、分割異常判定部１９は、ステップＳ１１Ａで抽出された分割点（図６では近似サンプルと表記）の異常の有無を判定する。また、分割異常判定部１９は、ステップＳ１１Ｂで抽出された分割点の異常の有無を判定する。

分割点の異常とは、たとえば、搬送方向の途中のラインの高さ座標のデータにおいて、立下り座標検出または立上り座標の少なくともいずれか一方が存在しない場合である。たとえば、異常判定には、適切な高さ座標データが存在しないラインが連続する場合や、全体のライン数中、あらかじめ設定した割合以上に適切な座標データが存在しない場合等と基準とすることができる。また、被測定物体の先端付近や尾端付近で、適切な座標データが存在しない場合が所定数または所定割合以上のときに異常判定するようにしてもよい。

ステップＳ４２において、分割異常判定部１９は、ステップＳ１２Ａで近似処理された分割ラインの異常有無を判定する。同様に、分割異常判定部１９は、ステップＳ１２Ｂで近似処理された分割ラインの異常有無を判定する。

分割異常判定部１９は、たとえば、算出された分割ラインの近似式の係数が、あらかじめ設定した範囲をはずれた場合に分割ラインの異常と判定する。

ステップＳ４３において、分割異常判定部１９は、Ｓ１４Ａ１～Ｓ１４Ｂ２で取得された分割高さマップ情報ａＡ～ｂＢのデータの異常の有無を判定する。データの異常は、分割された分割高さマップ情報ａＡ～ｂＢのデータが妥当であるか否かにより判定される。分割高さマップ情報ａＡ～ｂＢのデータが妥当でないとは、たとえば、上述したように、分割処理された高さマップ情報において、被測定物体の尾端側に対応する部分の分割ラインの高さのデータが、あらかじめ設定された値以上の場合とすることができる。異常判定には、被測定物体の尾端側に対応する部分の分割ラインの高さのデータにおいて、あらかじめ設定された値以上のデータが所定のライン数以上の場合としたり、全体のライン数に対する比率が所定値以上となった場合としたりすることができる。

ステップＳ４４において、分割異常判定部１９は、ステップＳ２１Ａで凹凸形状の演算を実行する前に、一対の分割高さマップ情報ａＡ，ａＢの高さ座標のデータの相違が所定値以上となる割合があらかじめ設定した値以上となるか否かを判定する。同様に、分割異常判定部１９は、ステップＳ２１Ｂで凹凸形状の演算を実行する前に、一対の分割高さマップ情報ｂＡ，ｂＢの高さ座標のデータの相違が所定値以上となる割合があらかじめ設定した値以上となるか否かを判定する。

ステップＳ５１において、分割異常表示部（図では表示部と表記）３０は、ステップＳ４１～Ｓ４４における判定結果をそれぞれ出力し、表示する。

なお、分割異常判定部１９によって、分割異常であると判定され表示される場合であっても、表面座標分割部１８および凹凸形状演算部１５の一連の動作は、そのまま継続して実行される。あるいは、異常判定にレベルを設けて、軽度の異常レベル判定の場合に一連の動作を継続し、重度の異常レベルを判定した場合に、動作を停止させたり、動作を中止して、次の被測定物体の測定に移行させたりしてもよい。

実施形態の表面形状測定装置１０の効果について説明する。
実施形態の表面形状測定装置１０は、表面座標分割部１８を備える。表面座標分割部１８は、被測定物体１ａ，１ｂが並列搬送された場合に、表面座標変換部１４によって生成された高さマップ情報Ａ，Ｂにもとづいて、分割点を抽出し、画像データの分割ラインを設定することができる。そのため、並列搬送されていても、表面撮像部３によって取得された画像データでは、１枚の鋼板を含むのか２枚の鋼板を含むのか判別できない場合であっても、２枚の鋼板の画像データ（高さマップ情報）を生成することができる。

実施形態の表面形状測定装置１０では、２つの平行光軸を有するスリット状光光源２Ａ，２Ｂによるラインを表面撮像部３によって撮像するので、振動軽減処理演算を行うことによって、高精度に高さマップ情報を生成することができるので、表面座標分割部１８で分割された分割高さマップ情報によって、高精度な表面形状測定を行うことができる。

実施形態の表面形状測定装置１０は、分割異常判定部１９をさらに備えることができる。分割異常判定部１９は、表面座標分割部１８によって、画像データの分割処理がされた場合に処理データの異常の有無を判定することができる。そのため、不適切なデータを除外して分割処理を実行し、振動軽減処理演算を行うことができるので、より正確な表面形状の測定を行うことができる。

１枚の鋼板か２枚の鋼板かを識別し、２枚の鋼板を含む画像データを分割処理することによって、単列／並列搬送の切り替えに応じて、適切に表面形状の測定を行うことができるので、異常判定されるデータをいずれかの鋼板に含んでいても、他方の鋼板の表面形状測定のデータを有効に取得することができる。そのため、再度２枚分の鋼板の再測定を行うことなく、形状測定を完了させることができるので、多品種の鋼板製造ラインの生産性を低下させることなく、高精度の表面形状測定を行うことができる。

分割異常判定部１９では、画像データの分割処理に伴う異常有無の判定を１種類以上設けることができる。帯状鋼板の製造ラインでは、冷却水の噴出や高温での鋼板の表面処理等を行う工程が併存するので、測定環境は必ずしもよいとは言えない。たとえば、表面形状測定を行う前の工程において、鋼板に冷却水を噴出させて冷却する工程がある場合には、鋼板表面の凹部に冷却水がたまって、画像データや高さマップ情報を取得する際に、正確な表面データが取得されない場合も少なくない。また、２枚の鋼板を並列配置する場合に適切な位置に配置されていない場合には、そもそも画像分割処理ができない場合等もある。これらの事情は、鋼板の製造ラインの構成等によっても異なるので、分割異常判定部１９の処理内容を製造ラインの構成等に応じて適切に組み合わせる等することができる。これによって、より適切かつ高精度に帯状鋼板の表面形状を測定することができる。

このようにして、鋼板の単列搬送と並列搬送が混在する工程であっても、生産性を低下させることなく表面形状を測定できる表面形状測定装置を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ａ，１ｂ 被測定物体、２Ａ，２Ｂ スリット状光光源、３ 表面撮像部、１０ 表面形状測定装置、１４ 表面座標変換部、１５ 凹凸形状演算部、１７ 単列／並列切替部、１８ 表面座標分割部、１９ 分割異常判定部、２０ 表示部、３０ 分割異常表示部、１００ 領域、１０２，１０２ａ，１０２ｂ 画像データ

Claims (9)

1. 第１方向および前記第１方向に直交する第２方向を含むパスライン上に載置された１つの被測定物体または２つの被測定物体が搬送される前記第１方向に直交する２つの離隔した平面内にそれぞれ設けられ互いの光軸が平行になるように前記１つの被測定物体または前記２つの被測定物体のななめ上方に配置された２つのスリット状光光源から前記１つの被測定物体または前記２つの被測定物体の表面にそれぞれ照射される第１ラインおよび第２ラインを所定の周期で順次撮像する撮像部であって、前記１つの被測定物体または前記２つの被測定物体のななめ上方かつ前記平面から角度をなす位置に配置された前記撮像部によって取得されたななめ画像データを、前記２つのスリット状光光源からの照射線上で撮像したような画像データに変換し、前記画像データを前記第１ラインにもとづいて、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向の座標の第１高さデータを含む第１高さマップ情報を生成し、前記画像データを前記第２ラインにもとづいて前記第３方向の座標の第２高さデータを含む第２高さマップ情報を生成する表面座標変換部と、
   前記２つの被測定物体が搬送されてくる場合に、前記第１高さマップ情報にもとづいて前記２つの被測定物体のそれぞれに対応する第１分割高さマップ情報および第２分割高さマップ情報を生成し、前記第２高さマップ情報にもとづいて前記２つの被測定物体のそれぞれに対応する第３分割高さマップ情報および第４分割高さマップ情報を生成する表面座標分割部と、
   前記第１分割高さマップ情報および前記第３分割高さマップ情報にもとづいて、前記２つの被測定物体の振動による影響を軽減された第１最終高さマップ情報を演算し、前記第２分割高さマップ情報および前記第４分割高さマップ情報にもとづいて、前記２つの被測定物体の振動による影響を軽減された第２最終高さマップ情報を演算し、前記第１高さマップ情報および前記第２高さマップ情報にもとづいて前記２つの被測定物体の表面の形状を測定する凹凸形状演算部と、
   を備え、
   前記凹凸形状演算部は、前記１つの被測定物体が搬送されてくる場合には、前記第１高さマップ情報および前記第２高さマップ情報にもとづいて、前記１つの被測定物体の振動による影響を軽減された第３最終マップ情報を演算し、前記第３最終マップ情報にもとづいて前記１つの被測定物体の表面の形状を測定する表面形状測定装置。
2. 前記表面座標変換部は、
   前記第１ラインを前記第２方向に沿ってサンプリングして前記第２方向の座標に対する前記第３方向の座標のデータを紐づけすることによって、前記第１高さマップ情報を生成し、
   前記第２ラインを前記第２方向に沿ってサンプリングして前記第２方向の座標に対する前記第３方向の座標のデータを紐づけすることによって、前記第２高さマップ情報を生成し、
   前記表面座標分割部は、
   前記第１高さマップ情報を前記第１ラインに沿って走査し、前記第３方向の座標データが第１しきい値よりも小さくなったときに第１立下り座標を検出したものと判定し、
   前記第３方向の座標のデータが前記第１しきい値以上となったときに第１立上り座標を検出したものと判定し、
   前記第１立下り座標と前記第１立上り座標との中間の座標を、前記２つの被測定物体に対応する第１分割点として抽出し、
   前記第２高さマップ情報を前記第２ラインに沿って走査し、前記第３方向の座標データが前記第１しきい値よりも小さくなったときに第２立下り座標を検出したものと判定し、
   前記第３方向の座標のデータが前記第１しきい値以上となったときに第２立上り座標を検出したものと判定し、
   前記第２立下り座標と前記第２立上り座標との中間の座標を、前記２つの被測定物体に対応する第２分割点として抽出する請求項１記載の表面形状測定装置。
3. 前記表面座標分割部は、
   前記第１分割点を、前記２つの被測定物体に関して前記第１方向にわたって複数個抽出し、抽出された前記複数の第１分割点にもとづいて第１分割ラインを近似演算し、
   前記第２分割点を、前記２つの被測定物体に関して前記第１方向にわたって複数個抽出し、抽出された前記複数の第２分割点にもとづいて第２分割ラインを近似演算する請求項２記載の表面形状測定装置。
4. 前記表面座標分割部は、
   前記第１分割ラインにもとづいて、前記第１分割高さマップ情報および前記第２分割高さマップ情報を生成し、
   前記第２分割ラインにもとづいて、前記第３分割高さマップ情報および前記第４分割高さマップ情報を生成する請求項３記載の表面形状測定装置。
5. 前記表面座標分割部または凹凸形状演算部の処理の異常有無を判定する分割異常判定部をさらに備えた請求項４記載の表面形状測定装置。
6. 前記分割異常判定部は、
   前記表面座標分割部において、
   前記第１立下り座標または前記第１立上り座標のうち少なくとも一方の検出ができないとき、または、前記第１立下り座標または前記第１立上り座標のうち少なくとも一方について複数回検出されたときに、分割点抽出異常と判定し、
   前記第２立下り座標または前記第２立上り座標のうち少なくとも一方の検出ができないとき、または、前記第２立下り座標または前記第２立上り座標のうち少なくとも一方について複数回検出されたときに、分割点抽出異常と判定する請求項５記載の表面形状測定装置。
7. 前記分割異常判定部は、
   前記表面座標分割部において、
   前記第１分割ラインの近似演算の係数が所定の範囲内からはずれたときに分割ライン異常と判定し、
   前記第２分割ラインの近似演算の係数が所定の範囲内からはずれたときに分割ライン異常と判定する請求項５記載の表面形状測定装置。
8. 前記分割異常判定部は、
   前記第１分割ラインの前記第３方向の座標の値が所定値以上のデータを含むときに分割画像妥当性異常と判定し、
   前記第２分割ラインの前記第３方向の座標の値が所定値以上のデータを含むときに分割画像妥当性異常と判定する請求項５記載の表面形状測定装置。
9. 前記分割異常判定部は、
   前記凹凸形状演算部において、
   前記第１分割高さマップ情報および前記第３分割高さマップ情報の同一の前記第１方向の座標および前記第２方向の座標における前記第３方向のそれぞれの座標の値の相違が所定値以上である場合に凹凸演算有効性異常と判定し、
   前記第２分割高さマップ情報および前記第４分割高さマップ情報の同一の前記第１方向の座標および前記第２方向の座標における前記第３方向のそれぞれの座標の値の相違が所定値以上である場合に凹凸演算有効性異常と判定する請求項５記載の表面形状測定装置。

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