JPWO2018003144A1 - 形状測定装置及び形状測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1〜図5を参照して、本発明の一実施形態に係る形状測定装置10の概略構成について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置10の概略構成を示すブロック図である。図2は、同実施形態に係る形状測定装置10のスクリーン像取得装置100の一構成例を模式的に示す説明図である。図3は、スクリーン103と撮像部105との位置関係を模式的に示す平面図である。図4は、スクリーン103と撮像部105との位置関係を模式的に示す側面図である。図5は、撮像部により得られたスクリーン像55を含む撮像画像50の一例を示す説明図である。
スクリーン像取得装置100は、搬送ライン上を移動する帯状体の表面を、当該帯状体の長手方向(すなわち、移動方向)に沿って順次撮像し、得られた撮像画像を演算処理装置200に出力する。かかるスクリーン像取得装置100は、図1に示すように、線状光源101と、スクリーン103と、撮像部105とを有する。線状光源101は、移動する鋼板等の帯状体の表面に対して線状の照明光を照射する。スクリーン103は、線状光源101から照射された線状の照明光が帯状体の表面において反射した照明光の反射光が投影される。撮像部105は、スクリーン103を撮像し、スクリーン103に投影された照明光の反射光をスクリーン像として含む撮像画像を取得する。
Wave)レーザ光源、SLD(Super Luminescent Diode)光源またはLED(Light Emitting Diode)光源等の光源部と、ロッドレンズ等のレンズ部とを組み合わせて構成することができる。線状光源101は、光源部から出射された光は、レンズ部によって帯状体Sの表面に向かって扇状の面に広げられる。これにより、線状光源101から帯状体Sの表面に対して照射された光が線状となる。なお、本発明において、線状光源101は、射出光が扇状に広がるものであればよく、例えばレンズ部に、シリンドリカルレンズあるいはパウエルレンズ等の、ロッドレンズ以外のレンズを利用することも可能である。
演算処理装置200は、スクリーン像取得装置100により取得された撮像画像を解析し、帯状体の幅方向の反り量を算出する。演算処理装置200は、図1に示すように、スクリーン像長さ取得部210と、反り演算部220と、出力部230と、記憶部240とを有する。
以下、上述の形状測定装置10を用いた帯状体Sの幅方向における反りの状態を測定する形状測定方法について、詳細に説明する。
まず、図6〜図11に基づいて、第1の実施形態に係る帯状体Sの幅方向における反りの状態を測定する形状測定方法を説明する。図6は、本実施形態に係る形状測定装置10のスクリーン像取得装置100の一構成例を示す説明図である。図7は、線状光源101の入射角を説明する説明図である。図8は、本実施形態に係る線状光源101の拡がり角を説明する説明図である。図9は、本実施形態に係る形状測定方法を示すフローチャートである。図10は、帯状体の幅方向における反りに応じたスクリーン像の形状変化を説明する説明図である。図11は、帯状体Sの幅方向における反り量(凹凸量)とスクリーン像長さとの関係の一例を示すグラフである。
まず、線状光源101から帯状体Sの表面に照射される線状光の波長の上限値は、撮像部105に搭載された撮像素子の特性により規定される。一般的に用いられるCCDやCMOS等の撮像素子は、SiやInGaAs等の半導体材料を用いて形成されているが、これらの半導体材料は、一般的に波長1700nm超の光を検出することができない。そのため、本実施形態に係る線状光源101から帯状体Sの表面に照射される線状光の波長の上限値は、1700nmとすることが望ましい。
次に、図7に模式的に示した帯状体Sの表面での線幅LWは、移動方向に沿ってどの程度の測定ピッチで反り量を測定したいかに応じて設定される。本実施形態に係る形状測定装置10において着目する反り量の移動方向に沿った測定ピッチは操業上2mm以下とすることが求められる場合が一般的である。このため、帯状体Sの表面での線状光の線幅LWは、最大2mmとすることが望ましい。
詳細は後述するが、線状光源101から出射された線状光が帯状体Sの表面で鏡面反射されるように、入射角αは設定される。測定対象物の表面粗度及び測定に用いる光の波長に起因した、測定対象物の表面の鏡面性への影響は、上記非特許文献1に記載されているように、以下の式1で表わされるパラメータgに基づき議論できる。
σ:測定対象物の表面における凹凸の標準偏差[μm]
θ:入射角[°]
λ:測定に用いる光の波長[μm]
である。
次に、図12〜図18に基づいて、第2の実施形態に係る帯状体Sの幅方向における反りの状態を測定する形状測定方法を説明する。本実施形態では、帯状体Sが搬送される搬送ラインのラインサイド(幅方向(X方向)側部側)から帯状体Sの表面に対して線状光を照射する場合の形状測定方法について、線状光源の設置状態が異なる2つの形態について説明する。なお、以下において、第1の実施形態と同様の構成、処理等については、詳細な説明を省略する。
まず、図12及び図13に基づいて、線状光源101の拡がり方向が帯状体Sの幅方向(X方向)と平行となるように線状光源101が配置されているスクリーン像取得装置100を用いた、形状測定方法について説明する。なお、図12は、本実施形態に係る形状測定装置10のスクリーン像取得装置100の一構成例を示す説明図である。図13は、線状光源101の入射角α及び拡がり角βを説明する説明図である。
次に、図14A〜図18に基づいて、線状光源101が光軸回りに回転させた状態で配置されているスクリーン像取得装置100を用いた形状測定方法について説明する。なお、図14Aは、本実施形態に係る形状測定装置10のスクリーン像取得装置100の一構成例であって、線状光源101が光軸回りに回転させた状態で配置されている場合を示す説明図である。図14Bは、図14Aに示す線状光源101の光軸回りの回転状態を示す説明図である。図15は、線状光源101を光軸回りに回転させたときの、帯状体Sの表面に照射された線状光の状態を説明する説明図である。図16は、帯状体Sの幅方向における反り量(凹凸量)の変化によるスクリーン像の線長さ変化を示す説明図である。図17は、帯状体Sの幅方向における反り量(凹凸量)とスクリーン像長さとの関係の一例を示すグラフである。図18は、線状光源101を光軸周りにひねり角を与えたときの、スクリーン像の変化を説明する説明図である。
図19に、本発明の実施形態に係る演算処理装置200のハードウェア構成について、詳細に説明する。図19は、本発明の実施形態に係る演算処理装置200として機能する情報処理装置900のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
100 スクリーン像取得装置
101 線状光源
103 スクリーン
105 撮像部
200 演算処理装置
210 スクリーン像長さ取得部
220 反り演算部
230 出力部
240 記憶部
S 帯状体
を含む、形状測定方法が提供される。
Claims (8)
- 移動する帯状体の表面に対して所定の入射角で線状光を照射する光源と、
前記帯状体の表面での前記線状光の反射光が投影されるスクリーンと、
前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像する撮像部と、
前記撮像部にて撮像された前記線状光の反射光の線長さに基づいて、前記帯状体の幅方向の反り量を取得する演算処理部と、
を備える、形状測定装置。 - 前記光源は、前記帯状体の表面に対して、200nm以上1700nm以下の波長の前記線状光を、74°以上88°以下の前記入射角で照射し、
前記帯状体の表面における前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅は、2mm以下である、請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記光源は、前記帯状体の移動方向上流側または下流側から、前記帯状体の表面に対して斜めに線状光を照射する、請求項1または2に記載の形状測定装置。
- 前記光源は、前記帯状体が移動するラインサイドから、前記帯状体の表面に対して前記線状光を照射する、請求項1または2に記載の形状測定装置。
- 前記演算処理部は、
前記撮像部により取得された撮像画像に含まれる、前記帯状体の反射光であるスクリーン像の線長さを取得するスクリーン像長さ取得部と、
予め取得された前記帯状体の反射光の線長さと前記帯状体の幅方向における反り量との関係から、前記スクリーン像長さ取得部にて取得された前記スクリーン像の線長さに基づいて、前記帯状体の幅方向における反り量を演算する反り演算部と、
を備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の形状測定装置。 - 前記光源は、当該光源の光軸周りに所定の角度だけ回転して設置される、請求項4に記載の形状測定装置。
- 前記演算処理部は、
前記撮像部により取得された撮像画像に含まれる、前記帯状体の反射光であるスクリーン像の線長さを取得するスクリーン像長さ取得部と、
予め取得された前記帯状体の反射光の線長さと前記帯状体の幅方向における反り量との関係から、前記スクリーン像長さ取得部にて取得された前記スクリーン像の線長さに基づいて、前記帯状体の幅方向における反り量を演算する反り演算部と、
を備え、
前記反り演算部は、予め取得された前記帯状体の反射光の線長さと前記帯状体の幅方向における反り量との関係と、前記撮像部により取得された撮像画像中のスクリーン像の傾きとに基づいて、前記帯状体の反り量を特定する、請求項6に記載の形状測定装置。 - 光源を用いて、移動する帯状体の表面に対して所定の入射角で線状光を照射して、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光が投影されたスクリーンを撮像部により撮像し、前記帯状体の反射光であるスクリーン像が含まれる撮像画像を取得する第1のステップと、
前記撮像画像に含まれる前記スクリーン像の線長さに基づいて、前記帯状体の幅方向の反り量を取得する第2のステップと、
を含む、形状測定方法。
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