JPS63281005A - 物体の端部位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、固体イメージセンサを用いて物体の端部位置
を測定する装置に関する。さらに詳しくは、固体イメー
ジセンサを用い、その分解能以上の精度で物体の端部位
置を測定する装置に関し、特に鋼板等の帯状体の端部位
置測定に適する。

（従来の技術） 固体イメージセンサを用いて物体の端部位置を測定する
事は従来から行われている０例えば鋼板の板幅計、板蛇
行計、キャンバ計における端部位置測定には一次元イメ
ージセンサであるＣＣＤ　　（電荷結合デバイス）リニ
アアレイカメラが用いられている。以下の説明は、この
鋼板板幅計測におけるＣＣＤ　リニアアレイカメラを例
に採って行う。

固体イメージセンサの分解能は、画素の個数により決定
される０通常用いられているＣＣＤリニアアレイカメラ
の最大画素数は４０９６ビツトであり、このカメラを用
いた測定分解能は次式で与えられる： ４０９６　　　　（ビット） このように限られた画素数を有するカメラを用いて測定
精度を向上させるためには、カメラの視野を狭（する必
要がある。ところが鋼板の端部位置は変動する。板幅を
測定するためには鋼板端部が通り得る位置を常にカメラ
の視野内に収めておく必要がある。従って鋼板の端部位
置の移動に合せてカメラを移動させるか、あるいは（固
定カメラを用いるとすれば）多数のカメラを用いて全体
としての視野を広げる必要がある。

しかしどちらの方法にもそれぞれ次のような問題がある
。

板端部に追従させてカメラを移動させるとすれば、 ■カメラの移動装置が必要である。

■カメラの据付精度が要求される。

■板幅によりカメラの移動量をあらかじめ設定する必要
がある。

また複数台のカメラを用いる場合は、 ■カメ５台数が増えコスト高になる。

■カメラを据付ける精度が要求される。

■板幅によりカメラを切替える装置が必要になる。

このような問題に対し特開昭５３−１０９６５８号公輻
は、限られた画素数を有する固体イメージセンサの測定
分解能を高める方法を提示する０例えば物体の寸法を測
定する場合に、固体撮像素子上における物体の像を段階
的に順次、微小に移動させて各移動位置において端部位
置を測定し、これらの測定結果全体から高精度で寸法を
測定しようとする。

この公報の提案する計測方法は、限定された画素数を有
する固体カメラの測定精度を視野を狭めることなく向上
させるものである。しかしこの公報においては、物体像
と撮像素子の相対的運動を実現するため、撮像素子を固
定し物体の光学像を移動させている。即ち、この公報で
は、物体自身を移動させるか（第１図）、あるいは光学
系中に透明ガラス板を配置しこのガラス板の傾斜を変化
させて像を移動させる（第８図）。

このためこの公報の開示する方法は次のような欠点があ
る。

■物体ないしガラス板の運動が必要なため、物体像の移
動を高速で制御することが困難であり、測定に時間がか
かる。

■圧延中の鋼板の測定等においては、そもそも、被測定
物体自身を移動させることはできない。従って物体自身
を移動させる方法はこの場合には適用できない。

■ガラス板の角度を変化させる場合、光学像の移動量の
正確な制御が難しい。

（発明が解決しようとする問題点） 従って本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解決
し、限られた画素数を有する固体イメージセンサを用い
ながら視野を狭めることなく測定分解能を向上し、しか
も圧延鋼板のような運動物体の測定にも適した高速で動
作する物体の端部位置測定装置を提供することである。

特に上記公報の計測方法における問題点を解決し、物体
像が結像する固体憑像素子と物体像の相対的運動を高速
で正確に制御することができる端部位置測定装置を提供
することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） かくして本発明の要旨とするところは、多数の画素を配
列してなる固体撮像素子上に物体像を結像せしめて物体
の端部位置を測定する装置において、 前記撮像素子を移動させる移動手段と、前記移動手段を
駆動して前記撮像素子を所定量づつ移動させる駆動手段
と、 を備えることを特徴とする物体の端部位置測定方法であ
る。

移動手段としては印加電圧に応じて変形する圧電素子を
用いることが好ましい、また駆動手段としては、階段状
に変化する電圧を発生しこれを圧電素子に印加する回路
を用いることが好ましい。

画素が線状に配列された一次元撮像素子を用いた装置の
場合、圧電素子（移動手段）は印加電圧の階段状の変化
に伴い撮像素子を長手方向に所定量ずつ移動させる。

（作用） 次に、−次元撮像素子を用いた装置を例に採って、本発
明をさらに説明する。

撮像素子は、撮像素子長手方向の画素幅αの１７ｎ　（
ｎ＝２．３１００．）づつｎステップ移動され、各移動
位置において走査を行いビデオ信号を発生する。このよ
うにして得られたｎ個のビデオ信号波形を、例えば閾値
レベルＡで処理し、各波形においてその値がＯから１　
（または１からＯ）に変化する点として物体端部位置を
測定する（測定値ｘ［ｌｌ、　　・・・、　　ｘｆｎｌ
）　＠これらｎ個の測定値の平均値 Ｘ””　（Ｘ（ｌｌ＋Ｘ（２）＋、　−・＋ｘ（ｎｌ）
／　ｎが原理的には測定精度±α／２ｎで物体の端部位
置を与える。

（実施例） 次に本発明の実施例について添付図面を参照しながら詳
しく説明する。

第１図は、ＣＯＤリニアアレイを一次元撮像素子として
用いた本発明にかかる端部位置測定装置の実施例を模式
的に示す。

被測定物体である鋼板１の光学像はレンズ２により構成
される光学系により、ＣＣＤリニアアレイ３上に形成さ
れる。鋼板ｌが発光体である場合は斜線部が明部となる
。（光学像を得るためには、上部光源による反射光を用
いても良い、ただし下部光源を用いる場合は明暗が逆転
する。）周知のようにＣＣＤリニアアレイ３は、多数の
画素（ピクセル）を線状に配列して構成される。

リニアアレイ３は、箱体４に固定された圧電素子５の表
面に固着される。圧電素子５は、駆動回路６により駆動
される。即ち、第２図に示すように、圧電素子５は、駆
動回路から印加される電圧にほぼ比例して破線のように
変化する（印加電圧の極性を逆転すれば反対方向に変形
する）。従って圧電素子５表面のりニアアレイ３は、駆
動回路６の発生ずる電圧に比例した距離をリニアアレイ
長手方向に移動する。

駆動回路６は、第３図に示すようにｎ段のレベルを有す
る階段状の波形を持つ電圧を発生する。

この結果、リニアアレイ３は、階段的に所定量づつ移動
する。即ち第４図に示すように、リニアアレイ３は、ピ
クセル（画素）幅αに対しα／ｎずつ移動する。、従っ
て、第（ｍ　＋　１）ピクセル右端は初期位置ｘ１から
α／ｎずづ例えば左方に移動して最終位置Ｘ、に到達す
る。第４図においてＸ、は鋼板光学像の端部位置を示し
、斜線部は受光域である。

３、−い３い３．．１はそれぞれ第（ｍ＋１）、第一、
第（ｍ＋１）ピクセルである。また横軸は絶対位置（箱
体４を基準とする位置）である。

各電圧レベルに対応する移動位置においてリニアアレイ
３をスキャン（走査）する（第４図第１〜第ｎスキヤン
）、第５図はこのようにして各スキャンにおいて得られ
たビデオ信号波形を示す。

横軸は時間であるが、ＣＣＤリニアアレイ３を基準とす
る相対位置ともみなすことができる（ｍ−１゜傾、−十
１は対応ピクセル３．、．３い３□、の位置を示す）。

第５図において破線で示す閾値を、ピクセル全面受光レ
ベル１と０レベルの中間の値〃に設定して各ビデオ信号
を処理し、波形レベルが２以上（≧＋Ａ）でり、％未満
（＜〃）で０の論理信号を得る。第１〜第ｎスキヤンに
おいて決定される端部位３　ｘ　（１１、・・・、Ｘ　
（ｎｌは、このようにして得られた処理後の各論理信号
が１から０（またはＯから１）に変化する点に対応する
絶対位置（第４図参照）である、（例えば第４図第１ス
キヤンにおいてはピクセル３．−１と３．の境界位置で
ある。）このようにして各スキャンで決定された端部位
置測定値ｘ（ｌｌ（ｉ＝１．・・・＋ｎ）は、真の鋼板
端部位置Ｘ、に対し、 Ｘｅ　　（α／２）＜ｘ（ｌｌ≦Ｘ、＋（α／２）　　
Ｈ＋　・（ｔｌの範囲内に入り、しかも（Ｘｅ−α／２
）から（×、＋α／２）に至る区間内に等間隔α八で並
ぶ、従ってｘ（１１，・・・ｌＸ１ｎ＋の平均 Ｘ　＝　（Ｘ（１１＋　−−・＋　ｘ（ｎ））／　ｎを
物体端部位置の測定値として用いるならば、Ｌ　　ｚ／
２ｎ＜　Ｘ　ｓｘ、　＋　α／２ｎ　　・・・１２１が
成立する。即ち、原理的には、測定値Ｘの誤差は±α／
２ｎで抑えられる。

なお上述の実施例においては、ＣＯＤリニアアレイを連
像素子として用いているが、連像素子として任意の固体
イメージセンサを用いることができる０本発明を２次元
イメージセンサに適用する場合には、例えば圧電素子を
二重に重ね、各圧電素子に２次元方向の動きをさせる事
ができる。

（発明の効果） 本発明においては以上のように撮像素子自身を移動手段
（圧電素子）により移動させる。従って物体像と撮像素
子の相対的運動を高速でしかも正確に制御できる。この
結果、固体撮像素子を用いながら高速、高精度で広い視
野を有する物体端部測定装置が実現できる。

本発明の装置を、鋼板板幅計、キャンバ−計、蛇行針等
に応用すれば、現在、複数台のＣＯＤカメラを必要とし
ているものが、１台のカメラで同等の精度を実現できる
効果がある。１台のカメラで測定できることには、さら
に以下の効果がある。

■装置コストが低減できる。

■設置精度が要求されない、従って設置コストが低減で
きる。

■精度維持のための校正が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の構成を模式的に示す概念図
； 第２図は、第１図の装置に用いられる圧電素子とその駆
動回路を示すブロック図； 第３図は、第１図の駆動回路の発生する電圧波形を示す
図； 第４図は、第１図のＣＣＤリニアアレイの移動状態を示
す模式図；および 第５図は、第４図の各移動状態におけるスキャンで得ら
れたビデオ信号波形を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多数の画素を配列してなる固体撮像素子上に物体像を結
   像せしめて物体の端部位置を測定する装置において、 前記撮像素子を移動させる移動手段と、 前記移動手段を駆動して前記撮像素子を所定量づつ移動
   させる駆動手段と、 を備えることを特徴とする物体の端部位置測定装置。