KR101780883B1 - 형상 계측 장치 - Google Patents

Abstract

위치 검출부(302)는 광 절단선과 교차하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 촬상부(103)로부터 입력될 때마다, 광 절단선의 위치를 검출한다. 화상 합성부(303)는, 위치 검출부(302)에 의해 검출된 각 수평 라인의 광 절단선의 위치를 1차원으로 배열하여 1차원 배열 데이터를 생성하고, 원화상 데이터에 매립하여, 합성 화상 데이터를 생성한다. 통신부(304)는 화상 합성부(303)에 의해 생성된 합성 화상 데이터를 처리 장치(105)에 송신한다.

Description

형상 계측 장치{SHAPE MEASURING DEVICE}

본 발명은 측정 대상물의 3차원 형상을 계측하는 형상 계측 장치에 관한 것이다.

이동 중인 조강재에 광 절단선을 조사하고, 광 절단선이 조사된 조강재를 촬상 장치로 촬상하고, 조강재 표면의 3차원 형상을 계측하여, 압연 라인으로 제조된 조강재를 평가하는 것이 행하여지고 있다. 이 평가에 있어서는, 조강재를 촬상 장치로 연속 촬상할 때마다, 촬상된 개소의 조강재의 3차원 형상을 실시간으로 계산하는 것이 요청되고 있다.

예를 들어, 조강재의 1개마다의 3차원 형상 데이터를 그래프화하여 표시하는 것이나, 양부 판정 검사를 측정 직후에 행하는 것이 요청되고 있다.

특허문헌 1에는 측정 대상물의 주위에 슬릿광을 조사하는 투광기를 복수 배치하고, 인접하는 투광기끼리의 슬릿광이 측정 대상물의 표면에서 겹쳐지지 않도록, 인접하는 투광기의 배치 위치를 바꾸는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는 이형 봉강에 직경 방향으로 확대를 갖는 평행광선을 조사하고, 이형 봉강에 의해 차광된 이형 봉강의 실루엣상을 촬상하고, 얻어진 실루엣상으로부터 이형 봉강의 축방향의 직경의 변화를 검출하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1은, 투광기의 배치에 관한 발명이며, 측정 대상물의 3차원 형상을 실시간으로 처리하는 것을 고려한 기재가 전혀 되어 있지 않았다. 또한, 특허문헌 2에서는 이형 봉강의 실루엣상으로부터 외형이나 마디 높이 등의 특징량(평가값)을 계산하는 것이나, 축방향에 있어서의 이형 봉강의 직경의 변화를 검지하는 것은 개시되어 있지만, 측정 대상물의 측정 결과를 실시간으로 처리하는 것이 전혀 기재되어 있지 않다.

일본 특허 공개 제2001-255125호 공보 일본 특허 공개(평) 5-187825호 공보

본 발명의 목적은, 측정 대상물의 3차원 형상을 실시간으로 계산할 수 있는 형상 계측 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 형태에 있어서의 형상 계측 장치는, 측정 대상물의 3차원 형상을 계측하는 형상 계측 장치이며, 소정의 반송 방향으로 반송되는 상기 측정 대상물에 대하여, 상기 반송 방향과 교차하는 방향으로 광 절단선을 조사하는 조사부와, 상기 광 절단선이 조사된 측정 대상물을 촬상하여, 원화상 데이터를 취득하는 촬상부와, 상기 광 절단선과 교차하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 상기 촬상부로부터 입력될 때마다, 상기 광 절단선의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부에 의해 검출된 각 수평 라인의 광 절단선의 위치를 1차원으로 배열하여 1차원 배열 데이터를 생성하고, 상기 원화상 데이터에 매립하여, 합성 화상 데이터를 생성하는 화상 합성부와, 상기 화상 합성부에 의해 생성된 상기 합성 화상 데이터를 송신하는 송신부와, 상기 합성 화상 데이터를 수신하여, 상기 원화상 데이터에 매립된 상기 1차원 배열 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상물의 3차원 형상 데이터를 산출하는 형상 산출부를 구비한다.

도 1은 조강을 제조하는 조강 압연 라인의 전체도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 형상 계측 장치의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시하는 촬상 유닛 및 처리 장치의 상세한 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 촬상부가 촬상하는 원화상 데이터의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 5는 1차원 배열 데이터가 매립된 원화상 데이터를 도시한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서, 촬상부가 촬상하는 원화상 데이터의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 7은 A 섹션은 컬러의 원화상 데이터의 일례를 나타낸 도면이며, B 섹션은 원화상 데이터에 포함되는 적색 화상 성분을 도시한 도면이며, C 섹션은 원화상 데이터에 포함되는 녹색 화상 성분을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 형상 계측 장치의 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 6에 의한 형상 계측 장치(10)의 구성의 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 A 섹션은 컬러의 원화상 데이터의 일례를 나타내는 도면이며, B 섹션은 원화상 데이터에 포함되는 적색 화상 성분을 도시한 도면이며, C 섹션은 원화상 데이터에 포함되는 녹색 화상 성분을 도시한 도면이며, D 섹션은 원화상 데이터에 포함되는 청색 화상 성분을 도시한 도면이다.

(실시 형태 1)

도 1은 조강을 제조하는 조강 압연 라인(1)의 전체도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 조강 압연 라인(1)은, 조강재 W를 제조하는 것이다. 또한, 조강 압연 라인(1)이 제조하는 조강재 W는, 봉재이어도 되고 선재이어도 된다.

조강 압연 라인(1)은, 상류측부터 하류측을 향하여 순서대로, 빌렛 등의 강편을 가열하는 가열로(2), 조압연 장치(3), 중간열 압연 장치(4), 마무리 압연 장치(5) 및 냉각 장치(6)(수냉대)가 순서대로 설치되어 있다.

조압연 장치(3), 중간열 압연 장치(4) 및 처리 압연 장치(5)는, 각각 복수의 압연 스탠드(8)를 구비하고 있고, 압연 스탠드(8)에는 조강재 W를 압연하기 위한 압연 롤(7)이 설치되어 있다.

조강 압연 라인(1)에 있어서는, 먼저, 가열로(2) 내에 조강의 바탕이 되는 빌렛(강편)을 도입하여 가열하고, 가열된 빌렛을 디스케일링한다. 그리고, 디스케일링한 강편을 조압연 장치(3)로 소정의 크기로 조압연한다. 조압연 장치(3)의 압연 롤(7)은 HV 배열로 되어 있고, 압하 방향이 교대로 변경되면서 압연된다. 중간열 압연 장치(4)나 마무리 압연 장치(5)에서는, 각 압연 롤(7)에 의해 단면 형상이 타원으로부터 원 형상으로 되도록 압연되어, 최종적으로 목표로 하는 형상(예를 들어, 원 형상)으로 압연된다. 원 형상으로 압연된 조강재 W는, 냉각 장치(6)로 냉각되어, 선재이면 권취 장치(9)에 의해 권취되고, 봉강재이면, 디바인딩 쉐어(도시하지 않음)에 의해 소정의 길이로 절단된다.

그 외에 추가로, 본 발명의 조강 압연 라인(1)에는, 압연 중의 조강재 W의 형상이나 단면 폭 치수(재폭이라고 칭하는 경우도 있음)를 검출하기 위하여, 형상 계측 장치(10)가 설치되어 있다. 형상 계측 장치(10)는, 예를 들어 처리 압연 장치(5)의 출구측에 설치되어 있지만, 설치 장소는 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 의한 형상 계측 장치(10)의 구성을 모식적으로 도시한 도면이다. 형상 계측 장치(10)는, 2개의 조사부(101, 102), 촬상 유닛(104) 및 처리 장치(105)를 구비하고 있다. 조사부(101)는, 압연 방향을 따라 반송되는 조강재 W(측정 대상물의 일례)의 표면에 대하여, 조강재 W의 폭 방향(이송 방향에 대략 직각 방향)으로 광 절단선을 조사한다. 조사부(102)는 조사부(101)에 대하여 압연 방향의 하류측에 설치되고, 조사부(101)와 마찬가지로, 조강재 W에 대하여 광 절단선을 조사한다.

조사부(101, 102)는, 레이저광원 및 원통형 렌즈 등을 구비하고 있다. 레이저광원은, 스폿 형상의 레이저광을 조사한다. 원통형 렌즈는, 레이저광원이 조사한 스폿광을, 시트 형상의 레이저광으로 확대시켜 조강재 W로 유도한다.

광 절단선은, 예를 들어 조강재 W의 폭과 동일 정도의 폭을 갖는다. 레이저광의 파장으로서는, 예를 들어 파장 532㎚ 정도의 녹색의 파장대의 레이저광이 채용된다. 단, 이것은 일례이며, 청색의 파장대의 레이저광이 채용되어도 된다.

촬상 유닛(104)은, 촬상부(103)를 구비하고 있다. 촬상부(103)는 광 절단선이 조사된 조강재 W의 표면을 촬상한다. 촬상부(103)는, 예를 들어 CCD나 CMOS 등의 카메라에 의해 구성되고, 소정의 프레임 레이트로 조강재 W를 촬상한다.

조사부(101, 102) 및 촬상부(103)는, 조사부(101, 102)의 광축 Z1과 촬상부(103)의 광축 Z2의 끼인각이 α로 되도록 배치되어 있다. 이에 의해, 조강재 W에 조사되는 광 절단선이 조강재 W의 형상에 따라 만곡되어, 조강재 W의 3차원 형상 데이터를 산출할 수 있다.

촬상부(103)에 설치된 촬상 렌즈로서는, 예를 들어 텔레센트릭 렌즈가 채용되고 있다. 이에 의해, 조강재 W가 전후로 다소 이동되거나, 혹은 상하로 다소 흔들렸다고 해도, 조강재 W의 사이즈를 변동시키지 않고 피사체를 촬상할 수 있다.

처리 장치(105)는, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터에 의해 구성되고, 촬상부(103)에 의해 촬상된 원화상 데이터를 도입하여, 조강재 W의 3차원 형상을 산출한다.

도 3은, 도 2에 도시하는 촬상 유닛(104) 및 처리 장치(105)의 상세한 구성을 도시하는 블록도이다. 촬상 유닛(104)은, 촬상부(103), 촬상 제어부(301), 위치 검출부(302), 화상 합성부(303) 및 통신부(304)를 구비하고 있다. 이하의 설명에서는, 조사부(101)만 점등시키고, 조사부(102)는 소등하고 있는 것으로 하여 설명한다. 따라서, 조강재 W에는 1개의 광 절단선이 조사되어 있다.

촬상부(103)는 소정의 프레임 레이트로 조강재 W를 촬상하고, 얻어진 원화상 데이터를 위치 검출부(302)에 출력한다. 여기서, 촬상부(103)는, 예를 들어 모노크롬의 촬상 소자를 구비하고 있어, 모노크롬의 원화상 데이터를 취득한다. 또한, 촬상부(103)는, 1매의 원화상 데이터를 촬상하면, 예를 들어 좌측 상단의 정점 화소로부터 우측 하단의 정점의 화소를 향하여 래스터 주사하도록 1화소 단위로 원화상 데이터를 위치 검출부(302)에 출력한다.

촬상 제어부(301)는 촬상부(103)에 제어 신호를 송신하여, 촬상부(103)에 촬상 동작을 행하게 한다. 제어 신호로서는, 예를 들어 촬상부(103)가 소정의 프레임 레이트로 조강재 W를 촬상하기 위한 신호가 포함된다.

위치 검출부(302)는 광 절단선과 교차하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 촬상부(103)로부터 입력될 때마다, 광 절단선의 위치를 검출한다.

도 4는 촬상부(103)가 촬상하는 원화상 데이터의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 4에 도시한 바와 같이 원화상 데이터에는, 광 절단선 L1이 포함되어 있다. 광 절단선 L1은, 조강재 W의 표면 형상에 따라 만곡된 형상을 갖고 있다. 원화상 데이터는, 예를 들어 좌측 상단의 정점이 원점으로 되고, 수직 방향으로 V축이 설정되고, 수평 방향으로 H축이 설정되고, 각 화소의 위치가 H 좌표와 V 좌표에 의해 규정되는 2차원의 화상 데이터이다.

도 4의 예에서는, 위치 검출부(302)는, 먼저 V=0의 1수평 라인의 원화상 데이터를 취득하고, 이어서, V=1의 1수평 라인의 원화상 데이터를 취득하도록 하여, 1수평 라인의 원화상 데이터를 취득한다. 1수평 라인이란, 원화상 데이터의 수평 방향의 1라인의 화상 데이터를 가리킨다.

여기서, 위치 검출부(302)는, V=i(i는 1수평 라인을 특정하기 위한 인덱스)의 1수평 라인의 원화상 데이터의 취득하는 처리와, 취득 완료된 V=i-1의 1수평 라인의 원화상 데이터로부터 광 절단선의 위치를 검출하는 처리를 병행하여 행한다. 그로 인해, 위치 검출부(302)는 1매의 원화상 데이터의 취득이 종료되는 것과 거의 동시에 그 원화상 데이터의 각 수평 라인에 있어서의 광 절단선의 위치를 검출하는 처리를 종료시킬 수 있다.

여기서, 위치 검출부(302)는 원화상 데이터를 구성하는 각 수평 라인에 있어서 휘도의 피크의 위치를 검출하고, 그 위치를 광 절단선 L1의 위치로 한다. 구체적으로는, 위치 검출부(302)는, 원화상 데이터에 있어서, V=0의 1수평 라인에 있어서, 휘도의 피크의 위치를 검출하고, 이어서, V=1의 1수평 라인에 있어서, 휘도의 피크의 위치를 검출하도록 하여, 원화상 데이터를 구성하는 각 수평 라인의 휘도의 피크의 위치를 검출한다.

여기서, 위치 검출부(302)는, 휘도의 피크의 위치를 픽셀 레벨로 검출해도 되고, 서브 픽셀 레벨로 검출해도 된다.

도 3으로 되돌아가, 화상 합성부(303)는, 위치 검출부(302)에 의해 검출된 각 수평 라인의 광 절단선 L1의 위치를 1차원으로 배열하여 1차원 배열 데이터를 생성하고, 원화상 데이터에 매립하여, 합성 화상 데이터를 생성한다.

예를 들어, 위치 검출부(302)가, V=0, 1, 2, ···의 각 수평 라인의 휘도의 피크의 위치로서, 각각 H=a(0), a(1), a(2), ···를 검출했다고 하자. 이 경우, 화상 합성부(303)는, a(0), a(1), a(2), ···의 데이터군을 V축 방향을 따라 배열하고, 1차원 배열 데이터를 생성한다.

그리고, 화상 합성부(303)는, 이 1차원 배열 데이터를 원화상 데이터의 단부의 1라인에 매립하여, 합성 화상 데이터를 생성한다. 또한, 원화상 데이터에 있어서 광 절단선 L1이 존재하지 않는 영역이 존재한다. 이 영역에서, 위치 검출부(302)는, 광 절단선의 위치를 검출하지 않는다. 구체적으로는, 위치 검출부(302)는, 1수평 라인에 있어서 휘도가 역치 이하이면 그 1수평 라인에는 광 절단선 L1이 나타나 있지 않는다고 판정한다. 이 경우, 화상 합성부(303)는, 위치 검출부(302)에 의해 광 절단선 L1이 검출되지 않은 수평 라인의 1차원 배열 데이터에 대해서는, 값을 0으로 하면 된다.

도 5는 1차원 배열 데이터가 매립된 원화상 데이터(400)를 도시한 모식도이다. 도 5의 예에서는, 광 절단선 L1의 위치를 나타내는 1차원 배열 데이터는, 원화상 데이터(400)의 우측 단부(401)의 1라인에 매립되어 있다. 여기서, 우측 단부(401)의 1라인이란, 수평 방향의 좌표가 최대이며, 수직 방향과 평행한 1라인을 가리킨다. 이와 같이, 1차원 배열 데이터는, 우측 단부(401)의 1라인에 투영되어, 원화상 데이터에 매립되어 있다.

구체적으로는, 우측 단부(401)의 1라인의 화소 위치를 P(Hn, 0), P(Hn, 1), P(Hn, 2), ···로 하면, 1차원 배열 데이터를 구성하는, a(0), a(1), a(2), ···은, 각각, P(Hn, 0), P(Hn, 1), P(Hn, 2), ···에 저장된다. 단, Hn은 원화상 데이터(400)에 있어서, 수평 방향의 우측 단부 좌표를 나타낸다.

또한, 도 5의 예에서는, 우측 단부(401)의 1라인에 1차원 배열 데이터는 매립되어 있었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 좌측 단부(402)의 1라인에 매립되어도 되고, 상단부의 1라인에 매립되어도 되고, 하단부의 1라인에 매립되어도 된다. 즉, 1차원 배열 데이터는, 원화상 데이터에 있어서, 광 절단선 L1이 나타나지 않는 것이 명백한 소정의 위치에 매립되면 된다.

종래의 형상 계측 장치에서는, 촬상 유닛(104)은, 원화상 데이터를 취득하는 처리와, 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리를 병행하여 행하지 않았다. 그로 인해, 도 4에 도시한 바와 같이 촬상 유닛(104)은, 촬상부(103)에 의해 촬상된 원화상 데이터를 그대로, 처리 장치(105)에 송신하여, 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리를 처리 장치(105)에 맡기고 있었다.

그 결과, 종래의 형상 계측 장치는, 촬상 유닛(104)으로부터 처리 장치(105)로의 원화상 데이터의 송신이 종료된 후가 아니면, 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리를 개시할 수 없었다. 그로 인해, 종래의 형상 계측 장치(10)는, 조강재 W의 3차원 형상 데이터를 실시간으로 산출하는 것이 곤란했다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 촬상 유닛(104)은, 1매의 원화상 데이터를 취득하는 처리와, 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리를 병행하여 실행한다. 그로 인해, 처리 장치(105)는, 촬상 유닛(104)으로부터 송신된 원화상 데이터에 대하여 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리를 실행할 필요가 없게 된다. 이에 의해, 형상 계측 장치(10)는, 조강재 W의 3차원 형상 데이터를 실시간으로 산출할 수 있다.

또한, 원화상 데이터에 1차원 배열 데이터가 매립된 합성 화상 데이터가 실시간으로 송신되기 때문에, 원화상 데이터의 실시간의 라이브 표시를 실현하면서, 한편, 3차원 형상 데이터의 산출 결과를 실시간으로 표시할 수 있다.

도 3으로 되돌아가, 통신부(304)는, 예를 들어 GigE나 CameraLink라고 하는 통신 규격에 준거한 통신 회로에 의해 구성되어 있다. 그리고, 통신부(304)는, 화상 합성부(303)에 의해 생성된 합성 화상 데이터를 처리 장치(105)에 송신한다. 여기서, 통신부(304)는, 촬상부(103)의 프레임 레이트와 동일 정도의 통신 속도로, 합성 화상 데이터를 처리 장치(105)에 송신한다.

처리 장치(105)는, 통신부(311), 형상 산출부(312), 보존부(313) 및 표시부(314)를 구비한다. 통신부(311)는, 촬상 유닛(104)으로부터 송신된 원화상 데이터를 수신한다.

형상 산출부(312)는, 통신부(311)에 의해 수신된 원화상 데이터에 매립된 1차원 배열 데이터를 사용하고, 삼각 측량의 원리를 사용하여 조강재 W의 3차원 형상 데이터를 산출한다. 여기서, 형상 산출부(312)는, 1매의 원화상 데이터를 취득하면, 다음에 1매의 원화상 데이터를 취득할 때까지의 기간 내에, 취득한 1매의 원화상 데이터에 매립된 1차원 배열 데이터로부터 1라인분의 3차원 형상 데이터를 산출한다. 그로 인해, 형상 산출부(312)는 실시간으로 조강재 W의 3차원 형상 데이터를 산출할 수 있다.

보존부(313)는, 예를 들어 하드 디스크나, EEPROM 등의 불휘발성의 기억 장치에 의해 구성되고, 형상 산출부(312)에 의해 산출된 3차원 형상 데이터를 보존한다. 또한, 보존부(313)는 통신부(311)에 의해 수신된 원화상 데이터를 기억한다.

표시부(314)는, 예를 들어 액정 디스플레이에 의해 구성되고, 형상 산출부(312)에 의해 산출된 3차원 형상 데이터를 표시하거나, 보존부(313)에 기억되어 있는 원화상 데이터를 표시하거나 한다. 여기서, 표시부(314)는, 형상 산출부(312)의 1라인의 3차원 형상 데이터를 산출할 때마다, 그 산출 결과를 표시한다. 이에 의해, 유저는 3차원 형상 데이터의 산출 결과를 실시간으로 확인할 수 있다. 또한, 표시부(314)는 통신부(311)가 합성 화상 데이터를 수신할 때마다, 그 합성 화상 데이터를 표시한다. 그로 인해, 조강재 W의 측정 결과가 실시간으로 표시부(314)에 표시된다.

도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 형상 계측 장치(10)의 처리를 나타내는 흐름도이다. 먼저, 촬상부(103)는 광 절단선 L1이 조사된 반송 상태에 있는 조강재 W를 촬상하여, 1매의 원화상 데이터를 취득한다(S701). 또한, 촬상부(103)는, 취득한 원화상 데이터를 1화소씩 위치 검출부(302)에 출력한다.

이어서, 위치 검출부(302)는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력되면(S702), 그 1수평 라인에 포함되어 있는 광 절단선 L1의 위치를 검출한다(S703). 그리고, 위치 검출부(302)는 1매의 원화상 데이터의 모든 1수평 라인의 입력이 종료되어 있지 않으면(S704에서 "아니오"), 처리를 S702로 되돌려, 다음에 입력되는 1수평 라인에 대하여 광 절단선 L1의 위치를 검출한다. 한편, 위치 검출부(302)는 1매의 원화상 데이터를 구성하는 전체 수평 라인의 원화상 데이터의 입력이 완료된 경우(S704에서 "예"), 처리를 S705로 진행시킨다.

S705에 있어서, 화상 합성부(303)는 위치 검출부(302)에 의해 검출된 광 절단선의 위치를 수직 방향으로 배열하여 1차원 배열 데이터를 생성한다(S705).

이어서, 화상 합성부(303)는 도 5에 도시한 바와 같이, 1차원 배열 데이터를 원화상 데이터의 우측 단부(401)의 1라인에 매립하여, 합성 화상 데이터를 생성한다(S706). 이어서, 통신부(304)는 합성 화상 데이터를 처리 장치(105)에 송신한다(S707).

이어서, 계측 종료의 지시가 유저에 의해 입력되면(S708에서 "예"), 처리가 종료된다. 한편, 계측 종료의 지시가 유저에 의해 입력되지 않는 경우(S708에서 "아니오"), 처리가 S701로 되돌려져, 촬상부(103)에 의해 다음 1매의 원화상 데이터가 취득되어, S702 이후의 처리가 계속된다.

S711에 있어서, 통신부(311)가 1매의 원화상 데이터를 수신하면(S711에서 "예"), 형상 산출부(312)는, 수신된 원화상 데이터에 매립된 1차원 배열 데이터로부터 1라인분의 3차원 형상 데이터를 산출하고(S712), 보존부(313)에 보존한다(S713). 그리고, 처리가 S711로 되돌려진다.

한편, 계측이 종료되어, 통신부(311)가 원화상 데이터를 수신할 수 없는 경우(S711에서 "아니오"), 처리가 종료된다. 여기서, 통신부(311)는 1매의 원화상 데이터를 취득하고 나서 다음의 원화상 데이터를 취득할 때까지의 기간이 규정값을 초과한 경우, S711에서 "아니오"라고 판정하면 된다.

(실시 형태 2)

실시 형태 2에 의한 형상 계측 장치(10)는, 조강재 W에 대하여 2개의 광 절단선을 조사하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 실시 형태 1과 동일한 것은 설명을 생략한다.

본 실시 형태에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이 조사부(101) 외에 조사부(102)도 조강재 W에 광 절단선을 조사한다. 이하, 조사부(101)가 조사하는 광 절단선을 L1로 하고, 조사부(102)가 조사하는 광 절단선을 L2로 하여 설명한다. 촬상부(103)는 광 절단선 L1, L2를 동시에 촬상한다. 이에 의해, 1매의 원화상 데이터에는 2개의 광 절단선 L1, L2가 포함되게 된다. 이것을 실현하기 위하여, 조사부(101) 및 조사부(102)의 압연 방향의 간격은, 촬상부(103)의 화각 내에 2개의 광 절단선 L1, L2가 포함되는 간격으로 설정되어 있다.

도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서, 촬상부(103)가 촬상하는 원화상 데이터의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 6에 도시한 바와 같이 1매의 원화상 데이터에는 2개의 광 절단선 L1, L2가 포함되어 있다.

본 실시 형태에서는, 위치 검출부(302)는, 각 수평 라인에 있어서 광 절단선의 위치를 2개소 검출한다. 구체적으로는, 도 6에 도시한 바와 같이 원화상 데이터(400)는 수평 방향의 중심선(430)에 대하여 2개의 영역(410, 420)으로 미리 나뉘어져 있다. 영역(410)은 광 절단선 L1에 대응하는 영역이며, 영역(420)은 광 절단선 L2에 대응하는 영역이다.

그리고, 영역(410, 420)에는, 각각 좌측 상단의 정점에 원점이 설정되어 있다. 또한, 영역(410, 420) 각각에 있어서, 조강재 W의 형상이 동일하면, 수평 방향의 동일한 좌표에 광 절단선 L1, L2가 나타내는 바와 같이, 조사부(101, 102)의 간격이 설정되어 있다. 즉, 광 절단선 L1, L2가, 형상을 동일하게 하는 조강재 W의 2개소에 조사되었다고 하면, 광 절단선 L1과 광 절단선 L2의 수평 방향의 차분이 0으로 되도록, 조사부(101, 102)의 간격이 설정되어 있다.

화상 합성부(303)는, 광 절단선 L1의 위치를 나타내는 1차원 배열 데이터와 광 절단선 L2의 위치를 나타내는 1차원 배열 데이터를 생성한다. 여기서, 화상 합성부(303)는, 영역(410)에 나타나는 광 절단선을 광 절단선 L1, 영역(420)에 나타나는 광 절단선을 광 절단선 L2로 하여, 2개의 1차원 배열 데이터를 생성하면 된다.

그리고, 화상 합성부(303)는, 광 절단선 L1의 1차원 배열 데이터를 원화상 데이터(400)의 좌측 단부(402)의 1라인에 매립하고, 광 절단선 L2의 1차원 배열 데이터를 원화상 데이터(400)의 우측 단부(401)의 1라인에 매립하여, 합성 화상 데이터를 생성한다.

이후의 처리는 실시 형태 1과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 이렇게 실시 형태 2에 의하면, 2개의 광 절단선 각각에 대응하는 1차원 배열 데이터가 생성되어 원화상 데이터에 매립된다. 그로 인해, 2개의 광 절단선을 사용한 경우에 있어서도 1차원 배열 데이터를 실시간으로 송신할 수 있다.

또한, 상기 설명에서는, 2개의 광 절단선을 조사한다고 했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 3개 이상의 광 절단선을 조사해도 된다. 이 경우, 3개의 광 절단선 각각에 대응하는 1차원 배열 데이터를, 원화상 데이터에 있어서 광 절단선이 나타나 있지 않은 영역에 매립하면 된다. 화상 합성부(303)는, 3개의 1차원 배열 데이터를 원화상 데이터의 예를 들어, 좌측 단부, 우측 단부 및 상단부의 1라인에 매립하면 된다. 이와 같이 함으로써, 원화상 데이터에 나타나는 광 절단선의 정보를 소실시키지 않고, 합성 화상 데이터를 생성할 수 있다.

또한, 4개의 광 절단선을 조사하여, 4개의 1차원 배열 데이터가 생성된 경우에는, 이들 4개의 1차원 배열 데이터를 각각 원화상 데이터의 좌측 단부, 우측 단부, 상단부, 하단부에 매립하면 된다. 또한, 5개 이상의 광 절단선을 조사한 경우는, 5개째의 광 절단선에 대응하는 1차원 배열 데이터는 1개째의 1차원 배열 데이터가 매립된 1라인에 인접하는 내측의 1라인에 매립하고, 6개째의 광 절단선에 대응하는 1차원 배열 데이터는 2개째의 1차원 배열 데이터가 매립된 1라인에 인접하는 내측의 1라인에 매립하도록 하여, 1차원 배열 데이터를 사이클릭으로 원화상 데이터에 매립하면 된다.

(실시 형태 3)

실시 형태 3에 의한 형상 계측 장치(10)는, 조강재 W의 전후 방향의 진동이 광 절단선에 끼치는 영향을 제거하는 것을 특징으로 한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 조강재 W는 전후 방향으로 진동하는 경우가 있다. 여기서, 전후 방향이란, 광축 Z1과 평행한 방향이다.

본 실시 형태에서는, 실시 형태 2와 마찬가지로, 2개의 광 절단선 L1, L2를 조강재 W에 조사한다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이 위치 검출부(302)는, 실시 형태 2와 마찬가지로, 영역(410, 420) 각각의 좌표계로 광 절단선 L1, L2의 위치를 검출한다.

조강재 W가 전후 방향으로 진동하면, 광 절단선 L1, L2는 각각 동일한 양만큼, 수평 방향으로 평행 이동한다. 따라서, 광 절단선 L1, L2의 차분을 취하면, 조강재 W의 전후 방향의 진동이 제거된 값(기본적으로는 0)이 얻어진다. 한편, 광 절단선 L1이 나타내는 형상과 광 절단선 L2가 나타내는 형상이 상이한 경우, 광 절단선 L1, L2의 차분을 취하면, 0 이외의 값이 출력된다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 화상 합성부(303)는, 광 절단선 L1과 광 절단선 L2의 차분을 취하고, 그 차분 결과를 나타내는 1차원 배열 데이터를 생성하여, 원화상 데이터에 매립한다. 예를 들어, V=0, 1, 2, ···에 있어서의 광 절단선 L1의 위치가 a1(0), a1(1), a1(2), ···로 표시되고, V=0, 1, 2, ···에 있어서의 광 절단선 L2의 위치가 a2(0), a2(1), a2(2), ···로 표시되었다고 하자. 이 경우, 화상 합성부(303)는, 예를 들어 Δa(0)=a1(0)-a2(0), Δa(1)=a1(1)-a2(1), Δa(2)=a1(2)-a2(2), ···로 이루어지는 데이터군을 구하고, 이 데이터군을 1차원 배열 데이터로서 생성한다.

단, Δa(0), Δa(1), Δa(2), ···로 이루어지는 데이터군은, 광 절단선 L1, L2의 상대적인 형상의 정보밖에 포함하고 있지 않아, 조강재 W 자신의 형상을 나타내는 정보를 포함하고 있지 않다. 따라서, 화상 합성부(303)는, a3(0)=a1(0)+Δa(0), a1(1)+Δa(1), a1(2)+Δa(2), ···로 이루어지는 데이터군을 1차원 배열 데이터로서 생성해도 된다.

이와 같이, 광 절단선 L1, L2의 차분을 취함으로써, 조강재 W의 전후 방향의 진동의 영향이 제거된 1차원 배열 데이터를 생성할 수 있다. 따라서, 형상 산출부(312)는, 조강재 W가 전후 방향으로 진동했다고 해도, 조강재 W의 3차 형상 데이터를 정확하게 구할 수 있다.

(실시 형태 4)

실시 형태 4에 의한 형상 계측 장치(10)는, 조강재 W의 상하 방향의 진동의 영향을 제거하는 것을 특징으로 한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 조강재 W는 상하 방향으로 진동하는 경우가 있다. 여기서, 상하 방향이란 압연 방향에 대한 조강재 W의 롤 방향의 진동을 나타낸다. 조강재 W가 상하 방향으로 진동하면, 도 7의 A 섹션에 도시한 바와 같이 광 절단선 L1이 수직 방향으로 어긋나 버린다. 따라서, 이 수직 방향의 어긋남을 제거하기 위하여, 본 실시 형태에서는, 촬상부(103)로서 컬러의 촬상 소자를 구비하는 것을 채용한다. 여기서, 컬러의 촬상 소자로서는, R, G, B의 색 필터를 구비하는 화소가 예를 들어 베이어 배열된 것을 채용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 적색이 제1 색의 일례이며, G가 제2 색의 일례에 상당한다.

또한, 조사부(101, 102)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 녹색의 레이저광을 조사한다. 또한, 조강재 W는 압연 공정에 있고, 적색으로 자발광하고 있는 것으로 한다. 또한, 이하의 설명에서는, 조사부(101)만이 조사하고, 조사부(102)는 소등하고 있는 것으로 한다.

본 실시 형태에서는, 조강재 W의 폭을 검출하기 위하여 원화상 데이터의 적색 화상 성분(제1 색의 화상 성분)을 사용하고, 조강재 W의 3차원 형상 데이터를 산출하기 위하여 원화상 데이터의 녹색 화상 성분(제2 색의 화상 성분)을 사용한다.

도 7의 A 섹션은 컬러의 원화상 데이터(500)의 일례를 나타낸 도면이며, B 섹션은 원화상 데이터(500)에 포함되는 적색 화상 성분(600)을 도시한 도면이며, C 섹션은 원화상 데이터(500)에 포함되는 녹색 화상 성분(700)을 도시한 도면이다. 적색으로 자발광하고 있는 조강재 W에 녹색의 광 절단선을 조사하여, 촬상부(103)로 촬상하면, 조강재 W를 나타내는 적색 영역(501)과 배경의 영역(502)을 포함하는 원화상 데이터(500)가 얻어진다. 또한, 영역(501)에는 녹색의 광 절단선 L1이 나타나 있다.

따라서, 적색 화상 성분(600)에는 조강재 W가 존재하고 있는 것을 적색으로 나타내는 띠 형상의 영역(501)이 포함된다. 한편, 녹색 화상 성분(700)에는 녹색의 광 절단선 L1이 포함된다.

그로 인해, 적색 화상 성분(600)으로부터는 조강재 W의 폭을 검출하고, 녹색 화상 성분(700)으로부터는 조강재 W의 3차원 형상 데이터를 구할 수 있다.

그러나, 종래의 형상 계측 장치에서는, 원화상 데이터(500)가 그대로 처리 장치(105)에 송신되어 있었기 때문에, 조강재 W의 폭의 검출이 처리 장치(105)측에서 행하여져, 실시간 처리가 곤란했다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 촬상 유닛(104)측에서, 조강재 W의 폭의 검출을 행한다. 구체적으로는, 위치 검출부(302)는, 적색 화상 성분(600)을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 촬상부(103)로부터 입력될 때마다, 당해 1수평 라인의 휘도의 대표값을 산출한다. 또한, 위치 검출부(302)는 녹색 화상 성분(700)을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력될 때마다, 광 절단선 L1의 위치를 검출한다. 여기서, 휘도의 대표값으로서는, 1수평 라인에 있어서의 휘도의 적산값이나 평균값이 채용된다.

여기서, 위치 검출부(302)는, V=i의 1수평 라인의 적색 화상 성분을 취득하는 처리와, 취득 완료된 V=i-1의 1수평 라인의 적색 화상 성분의 휘도의 대표값을 산출하는 처리를 병행하여 행한다.

동시에, 위치 검출부(302)는, V=i의 1수평 라인의 녹색 화상 성분을 취득하는 처리와, 취득 완료된 V=i-1의 1수평 라인의 녹색 화상 성분으로부터 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리를 병행하여 행한다. 그로 인해, 1매의 원화상 데이터의 취득이 종료되는 것과 거의 동시에, 휘도의 대표값을 산출하는 처리와, 그 원화상 데이터의 각 수평 라인에 있어서의 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리를 종료시킬 수 있다.

화상 합성부(303)는 각 수평 라인에 있어서 산출된 휘도의 대표값을 수직 방향으로 배열하여 적색의 1차원 배열 데이터를 생성하고, 도 7의 B 섹션에 도시한 바와 같이, 적색 화상 성분(600)의 우측 단부(601)의 1라인에 매립하여, 합성 적색 화상 성분을 생성한다.

또한, 화상 합성부(303)는, 각 수평 라인에 있어서 산출된 광 절단선 L1의 위치를 수직 방향으로 배열하여 녹색의 1차원 배열 데이터를 생성하고, 도 7의 C 섹션에 도시한 바와 같이, 녹색 화상 성분(700)의 우측 단부(701)의 1라인에 매립하여, 합성 녹색 화상 성분을 생성한다.

통신부(304)는, 합성 적색 화상 성분, 합성 녹색 화상 성분 및 청색 화상 성분을 포함하는 원화상 데이터를 처리 장치(105)에 송신한다.

형상 산출부(312)는, 도 7의 B 섹션에 도시한 바와 같이, 합성 적색 화상 성분에 포함되는 적색의 1차원 배열 데이터로부터 조강재 W의 단부(602, 602)를 검출하여, 단부(602, 602)로부터 조강재 W의 폭 방향(수직 방향)의 중심 위치(603)를 구한다. 여기서, 형상 산출부(312)는, 예를 들어 적색의 1차원 배열 데이터에 포함되는 휘도의 대표값을 미분하고, 미분값이 소정의 역치보다 큰 위치를 단부(602, 602)로서 구하면 된다.

그리고, 형상 산출부(312)는 합성 적색 화상 성분(원화상 데이터(500))의 수직 방향의 중심선(604)과 중심 위치(603)의 수직 방향의 차분을 오프셋(605)으로서 구한다.

또한, 형상 산출부(312)는 합성 녹색 화상 성분에 포함되는 녹색의 1차원 배열 데이터, 즉 광 절단선 L1의 위치를 나타내는 데이터에 오프셋(605)을 가산하고, 광 절단선 L1의 중심 위치(702)가 중심선(604)에 위치하도록 녹색의 1차원 배열 데이터를 수직 방향으로 어긋나게 한다.

그리고, 형상 산출부(312)는 수직 방향으로 어긋나게 한 녹색의 1차원 배열 데이터로부터 삼각 측량의 원리를 사용하여 조강재 W의 1라인분의 3차원 형상 데이터를 산출한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 광 절단선 L1의 중심 위치(702)가 녹색 화상 성분(원화상 데이터(500))의 중심선(604)에 위치하도록, 광 절단선 L1이 보정되기 때문에, 조강재 W가 상하 방향으로 진동하는 것에 의한 영향이 측정 결과에 나타나는 것을 방지할 수 있다.

또한, 촬상 유닛(104)은, 1매의 원화상 데이터의 취득이 종료되는 것과 거의 동시에, 휘도의 대표값을 산출하는 처리와, 그 원화상 데이터의 각 수평 라인에 있어서의 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리를 종료시키고 있다. 그로 인해, 처리 장치(105)는, 조강재 W의 상하 방향의 진동의 영향이 제거된 3차원 형상 데이터를 실시간으로 산출할 수 있다.

또한, 상기 설명에서는, 녹색 화상 성분을 사용하여 광 절단선 L1의 위치를 검출했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 청색 화상 성분을 사용하여 광 절단선 L1의 위치를 검출해도 된다. 이 경우, 화상 합성부(303)는 청색 화상 성분의 우측 단부의 1라인에 광 절단선 L1의 위치를 나타내는 1차원 배열 데이터를 매립하면 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 광 절단선 L1만 사용했지만, 광 절단선 L2도 사용하여, 실시 형태 3과 마찬가지로 상하 방향의 진동에 의한 영향을 광 절단선으로부터 제거해도 된다. 구체적으로는, 화상 합성부(303)는, 녹색 화상 성분에 나타나는 광 절단선 L1과 광 절단선 L2의 차분을 구하고, 그 차분으로부터 실시 형태 3의 방법을 사용하여 1차원 배열 데이터를 생성하여, 녹색 화상 성분의 단부에 매립하면 된다. 이 변형예는, 실시 형태 5에도 적용 가능하다.

(실시 형태 5)

실시 형태 5는, 실시 형태 4에 있어서, 조강재 W의 상하 방향의 진동에 의한 영향을 광 절단선 L1로부터 제거하는 처리를 촬상 유닛(104)측에서 행하는 것을 특징으로 한다. 본 실시 형태에 있어서, 적색 화상 성분(600)으로부터 각 수평 라인의 휘도의 대표값과, 녹색 화상 성분(700)으로부터 광 절단선 L1의 위치를 구할 때까지의 처리는 실시 형태 4와 동일하다.

본 실시 형태에 있어서, 화상 합성부(303)는, 도 7의 B 섹션에 도시한 바와 같이, 각 수평 라인에 있어서 산출된 휘도의 대표값으로부터 조강재 W의 단부(602, 602)를 검출하고, 단부(602, 602)로부터 조강재 W의 폭 방향(수직 방향)의 중심 위치(603)를 구한다. 여기서, 화상 합성부(303)는, 예를 들어 각 수평 라인의 휘도의 대표값을 미분하고, 미분된 값이 소정의 역치보다 큰 위치를 단부(602, 602)로서 구하면 된다.

그리고, 화상 합성부(303)는, 원화상 데이터(500)의 수직 방향의 중심선(604)과 중심 위치(603)의 수직 방향의 차분을 오프셋(605)으로서 구한다.

또한, 화상 합성부(303)는 도 7의 C 섹션에 도시한 바와 같이 녹색 화상 성분(700)으로부터 검출된 광 절단선 L1의 위치를 나타내는 데이터에 오프셋(605)을 가산하고, 광 절단선 L1의 중심 위치(702)가 중심선(604)에 위치하도록 광 절단선 L1을 수직 방향으로 어긋나게 한다.

그리고, 화상 합성부(303)는 수직 방향으로 오프셋(605)분만큼 어긋나게 한 광 절단선 L1로부터 1차원 배열 데이터를 생성하여, 녹색 화상 성분(700)에 매립하여, 적색, 녹색 및 청색의 화상 성분을 포함하는 합성 화상 데이터를 처리 장치(105)에 송신한다.

한편, 형상 산출부(312)는 이 합성 화상 데이터에 포함되는 1차원 배열 데이터에 포함되는 광 절단선 L1의 위치를 나타내는 데이터로부터 삼각 측량의 원리를 사용하여 조강재 W의 1라인분의 3차원 형상 데이터를 산출한다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 광 절단선 L1의 중심 위치(702)를 원화상 데이터(500)의 중심선(604)에 일치시키는 처리가 촬상 유닛(104)측에서 행하여지고 있다. 그로 인해, 처리 장치(105)는 보다 고속으로 조강재 W의 3차원 형상 데이터를 산출할 수 있다.

또한, 상기 설명에서는, 녹색 화상 성분(700)을 사용하여 광 절단선 L1의 위치를 검출했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 청색 화상 성분을 사용하여 광 절단선 L1의 위치를 검출해도 된다.

(실시 형태 6)

실시 형태 6에 의한 형상 계측 장치(10)는, 실시 형태 4의 형상 계측 장치(10)에 있어서, 조강재 W에 재차 청색(제3 색)의 광을 조사하고, 원화상 데이터에 포함되는 청색 화상 성분(제3 색의 화상 성분)을 사용하여 조강재 W에 포함되는 흠집을 검지하는 것을 특징으로 한다.

도 9는 본 발명의 실시 형태 6에 의한 형상 계측 장치(10)의 구성의 일례를 나타낸 도면이다. 조사부(101, 102)는 압연 방향으로 배열하여 배치되어 있다. 도 2에서는, 조사부(101, 102)는 모두 광 절단선을 조사했지만, 도 9에서는, 조사부(101)는 청색의 스폿광을 조사하는 것으로 하고, 조사부(102)는 녹색의 광 절단선을 조사하는 것으로 한다. 여기서, 청색의 스폿광의 조강재 W에 있어서의 조사 영역(901)은 적어도 조강재 W의 폭 방향의 사이즈보다도 큰 사이즈를 갖는다.

촬상부(103)는, 청색의 스폿광에 의한 조사 영역(901)과 녹색의 광 절단선 L1을 동시에 촬상한다. 이에 의해, 조사 영역(901)의 광상과 광 절단선 L1의 광상이 압연 방향으로 배열하여 촬상된 1매의 화상 데이터가 얻어진다. 이것을 실현하기 위하여, 조사 영역(901)과 광 절단선 L1이 촬상부(103)의 화각 내에 수용되도록 조사부(101, 102)가 배치되어 있다.

본 실시 형태에 있어서, 조사부(101)는, 예를 들어 청색의 레이저광을 출력하는 레이저광원과, 레이저광원으로부터 출력된 청색의 레이저광을 조사 영역(901)의 사이즈로 확대하여 조강재 W로 유도하는 광학계로 구성되어 있다. 단, 이것은 일례이며, 레이저광원 대신에 LED 등의 레이저광원 이외의 광원이 조사부(101)의 광원으로서 채용되어도 된다. 조사부(102)의 구성의 상세는 도 2에 도시하는 조사부(102)와 동일하다. 조사부(101, 102)는, 광축 Z1이 압연 방향과 직교하도록 배치되어 있다.

또한, 조사부(101)는, 광축 Z1과 촬상부(103)의 광축 Z2의 끼인각이 α로 되도록 배치되어 있다. 이에 의해, 조강재 W에는 촬상부(103)의 광축 Z2에 대하여 교차하는 방향으로 청색의 스폿광이 조사된다. 그 결과, 촬상부(103)는 조강재 W에 포함되는 흠집을 고정밀도로 촬상할 수 있다.

도 10의 A 섹션은 컬러의 원화상 데이터(500)의 일례를 나타낸 도면이며, B 섹션은 원화상 데이터(500)에 포함되는 적색 화상 성분(600)을 도시한 도면이며, C 섹션은 원화상 데이터(500)에 포함되는 녹색 화상 성분(700)을 도시한 도면이며, D 섹션은 원화상 데이터(500)에 포함되는 청색 화상 성분(800)을 도시한 도면이다. 본 실시 형태에서는, 적색으로 자발광하고 있는 조강재 W에 녹색의 광 절단선 외에, 청색의 스폿광을 조사하고 있다. 그로 인해, 원화상 데이터(500)에는, 조강재 W를 나타내는 적색 영역(501)과 배경의 영역(502)을 포함하는 원화상 데이터(500)가 얻어진다. 또한, 영역(501)에는, 녹색의 광 절단선 L1에 추가하여 청색 흠집을 나타내는 화소로 구성되는 흠집 영역(503)이 나타나 있다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 위치 검출부(302)는 적색 화상 성분(600)을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 촬상부(103)로부터 입력될 때마다, 당해 1수평 라인의 휘도의 대표값을 산출한다.

또한, 위치 검출부(302)는, 녹색 화상 성분(700)을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력될 때마다, 광 절단선 L1의 위치를 검출한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 위치 검출부(302)는 청색 화상 성분(800)을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력될 때마다, 당해 1수평 라인에 있어서 흠집을 나타내는 화소를 추출하고, 추출된 화소의 개수를 카운트한다.

여기서, 위치 검출부(302)는, 청색 화상 성분(800)을 구성하는 1수평 라인에 포함되는 각 화소당 휘도값이 제1 역치 이상이고 또한 제2 역치(>제1 역치) 이하의 정상 범위 내인지를 판정하여, 정상 범위 내이면, 해당하는 화소는 흠집을 나타내는 화소라고 판정하고, 정상 범위 밖이면, 해당하는 화소는 흠집을 나타내는 화소가 아니라고 판정한다. 여기서, 제1 역치로서는, 흠집 이외를 나타내는 정상 화소의 휘도값으로서 상정되는 하한값이 채용되고, 제2 역치로서는 정상 화소의 휘도값으로서 상정되는 상한값이 채용된다.

예를 들어, 도 10의 D 섹션에 나타내는 V=i의 1수평 라인(800i)에 있어서, 흠집 영역(503) 내에 위치하는 화소수가 5개이었다고 하면, 위치 검출부(302)는 수평 라인(800i)에서의 흠집을 나타내는 화소수를 5로 카운트한다.

여기서, 위치 검출부(302)는 V=i의 1수평 라인의 적색 화상 성분을 취득하는 처리와, 취득 완료된 V=i-1의 1수평 라인의 적색 화상 성분의 휘도의 대표값을 산출하는 처리를 병행하여 행한다.

동시에, 위치 검출부(302)는 V=i의 1수평 라인의 녹색 화상 성분을 취득하는 처리와, 취득 완료된 V=i-1의 1수평 라인의 녹색 화상 성분으로부터 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리를 병행하여 행한다.

동시에, 위치 검출부(302)는, V=i의 1수평 라인의 청색 화상 성분을 취득하는 처리와, 취득 완료된 V=i-1의 1수평 라인의 청색 화상 성분으로부터 흠집을 나타내는 화소를 카운트하는 처리를 병행하여 행한다.

그로 인해, 1매의 원화상 데이터의 취득이 종료되는 것과 거의 동시에, 휘도의 대표값을 산출하는 처리와, 그 원화상 데이터의 각 수평 라인에 있어서의 광 절단선 L1의 위치를 검출하는 처리와, 그 원화상 데이터의 각 수평 라인에 있어서의 흠집을 나타내는 화소를 카운트하는 처리를 종료시킬 수 있다.

화상 합성부(303)는 실시 형태 4와 마찬가지로, 적색의 1차원 배열 데이터를 생성하고, 도 10의 B 섹션에 도시한 바와 같이, 적색 화상 성분(600)의 우측 단부(601)의 1라인에 매립하여, 합성 적색 화상 성분을 생성한다.

또한, 화상 합성부(303)는, 실시 형태 4와 마찬가지로, 각 수평 라인에 있어서 산출된 광 절단선 L1의 위치를 수직 방향으로 배열하여 녹색의 1차원 배열 데이터를 생성하고, 도 10의 C 섹션에 도시한 바와 같이, 녹색 화상 성분(700)의 우측 단부(701)의 1라인에 매립하여, 합성 녹색 화상 성분을 생성한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 화상 합성부(303)는, 각 수평 라인에 있어서 산출된 흠집을 나타내는 화소의 카운트값을 수직 방향으로 배열하여 청색의 1차원 배열 데이터를 생성하고, 도 10의 D 섹션에 도시한 바와 같이, 청색 화상 성분(800)의 우측 단부(801)의 1라인에 매립하여, 합성 청색 화상 성분을 생성한다.

통신부(304)는 합성 적색 화상 성분, 합성 녹색 화상 성분 및 합성 청색 화상 성분을 포함하는 원화상 데이터를 처리 장치(105)에 송신한다.

형상 산출부(312)는 실시 형태 4와 마찬가지로, 도 10의 B 섹션에 나타내는 적색의 1차원 배열 데이터로부터 조강재 W의 단부(602, 602)를 검출하여, 조강재 W의 폭 방향의 중심 위치(603)를 구한다. 그리고, 형상 산출부(312)는, 합성 적색 화상 성분의 중심선(604)과 중심 위치(603)의 수직 방향의 차분을 오프셋(605)으로서 구한다.

또한, 형상 산출부(312)는, 실시 형태 4와 마찬가지로, 합성 녹색 화상 성분에 포함되는 녹색의 1차원 배열 데이터에 오프셋(605)을 가산하고, 광 절단선 L1의 중심 위치(702)가 중심선(604)에 위치하도록 녹색의 1차원 배열 데이터를 수직 방향으로 어긋나게 한다. 그리고, 형상 산출부(312)는, 수직 방향으로 어긋나게 한 녹색의 1차원 배열 데이터로부터 1라인분의 3차원 형상 데이터를 산출하여, 표시부(314)에 표시시킴과 함께 보존부(313)에 보존한다.

또한, 형상 산출부(312)는 합성 청색 화상 성분에 포함되는 청색의 1차원 배열 데이터에 포함되는 카운트값으로부터 흠집 영역(503)의 면적을 산출한다. 여기서, 형상 산출부(312)는 청색의 1차원 배열 데이터에 있어서, 1 이상의 카운트값이 연속하여 존재하고 있는 개소에는 1덩어리의 흠집 영역(503)이 존재하고 있다고 판정하여, 흠집 영역(503)별로 면적을 산출해도 된다. 혹은, 형상 산출부(312)는 1개의 청색의 1차원 배열 데이터에 포함되어 있는 카운트값의 합계값을 흠집 영역(503)의 면적으로서 산출해도 된다. 이 경우, 흠집 영역(503)이 복수 존재하는 경우에도, 흠집 영역(503)을 구별하지 않고, 1매의 합성 청색 화상 성분에 대하여 1개의 흠집 영역(503)의 면적이 구해진다. 그리고, 형상 산출부(312)는 흠집 영역(503)의 면적을 표시부(314)에 표시시킴과 함께 보존부(313)에 보존한다. 이에 의해, 처리 장치(105)가 1매의 원화상 데이터를 취득할 때마다, 흠집 영역(503)의 면적이 표시부(314)에 표시되고, 유저는 조강재 W에 포함되는 흠집이 어느 정도의 면적인지를 실시간으로 인식할 수 있다.

여기서, 형상 산출부(312)는, 흠집 영역(503)의 면적이 규정값보다도 큰 경우, 표시부(314)에 알람을 표시하거나 하여, 조강재 W에 큰 흠집이 포함되어 있는 것을 오퍼레이터에게 통지해도 된다. 이에 의해, 오퍼레이터는 조강재 W의 제조를 즉시 중지하여, 대량의 불량품이 제조되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 조강재 W에 나타나는 흠집에 대해서는 위치까지 알 필요는 없고, 조강재 W에 어느 정도의 흠집이 포함되어 있는지를 알면 충분하다. 그로 인해, 청색의 1차원 배열 데이터에 포함되는 카운트값의 합계값을 흠집 영역(503)의 면적으로서 산출하고 있다.

이와 같이, 실시 형태 6에서는, 조강재 W에 청색의 광을 조사하고 있기 때문에, 원화상 데이터에 포함되는 청색 화상 성분으로부터 조강재 W에 포함되는 흠집의 크기를 검출할 수 있다.

또한, 실시 형태 6에서는, 조강재 W에 조사하는 스폿광으로서 청색을 채용했지만, 이것은 일례이며, 녹색을 채용해도 된다. 이 경우, 조강재 W에 대하여 청색의 광 절단선을 조사하면 된다.

또한, 실시 형태 6에 있어서, 조강재 W에 조사하는 스폿광으로서 청색, 조강재 W에 조사하는 광 절단선으로서 녹색을 채용했지만, 이것은 일례이며, 자발광하고 있는 조강재 W의 색인 적색계의 색과는 상이한 색이면 어떤 색이 채용되어도 된다. 이 경우, 촬상부(103)로서는, 적색에 추가하여, 조강재 W에 조사한 스폿광의 색과 조강재 W에 조사한 광 절단선의 색에 감도를 갖는 것이 채용되면 된다.

(본 실시 형태의 정리)

본 실시 형태에 의한 형상 계측 장치는, 측정 대상물의 3차원 형상을 계측하는 형상 계측 장치이며, 소정의 반송 방향으로 반송되는 상기 측정 대상물에 대하여, 상기 반송 방향과 교차하는 방향으로 광 절단선을 조사하는 조사부와, 상기 광 절단선이 조사된 측정 대상물을 촬상하여, 원화상 데이터를 취득하는 촬상부와, 상기 광 절단선과 교차하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 상기 촬상부로부터 입력될 때마다, 상기 광 절단선의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부에 의해 검출된 각 수평 라인의 광 절단선의 위치를 1차원으로 배열하여 1차원 배열 데이터를 생성하고, 상기 원화상 데이터에 매립하여, 합성 화상 데이터를 생성하는 화상 합성부와, 상기 화상 합성부에 의해 생성된 상기 합성 화상 데이터를 송신하는 송신부와, 상기 합성 화상 데이터를 수신하여, 상기 원화상 데이터에 매립된 상기 1차원 배열 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상물의 3차원 형상 데이터를 산출하는 형상 산출부를 구비한다.

이 구성에 의하면, 위치 검출부는, 1수평 라인의 원화상 데이터가 촬상부로부터 입력될 때마다, 광 절단선의 위치를 검출하고 있다. 그로 인해, 위치 검출부는, 1매의 원화상 데이터의 취득이 종료되는 것과 거의 동시에 그 원화상 데이터의 각 수평 라인에 있어서의 광 절단선의 위치를 검출하는 처리를 종료시킬 수 있다.

또한, 형상 산출부는, 송신부로부터 송신된 원화상 데이터에 대하여 광 절단선의 위치를 검출하는 처리를 실행할 필요가 없어진다. 이에 의해, 형상 계측 장치는, 측정 대상물의 3차원 형상 데이터를 실시간으로 산출할 수 있다.

또한, 원화상 데이터에 1차원 배열 데이터가 매립된 합성 화상 데이터가 실시간 송신되기 때문에, 원화상 데이터의 실시간의 라이브 표시를 실현하면서, 한편, 3차원 형상 데이터의 산출 결과를 실시간으로 표시할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 상기 위치 검출부는, 각 수평 라인의 휘도의 피크의 위치를 상기 광 절단선의 위치로서 검출해도 된다.

이 구성에 의하면, 광 절단선의 위치를 정확하게 구할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 상기 화상 합성부는, 상기 원화상 데이터의 단부의 1라인에 상기 1차원 배열 데이터를 매립해도 된다.

이 구성에 의하면, 원화상 데이터에 포함되는 광 절단선의 정보를 훼손하지 않고, 원화상 데이터에 1차원 배열 데이터를 매립할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 상기 조사부는 복수의 상기 광 절단선을 상기 측정 대상물에 조사하고, 상기 화상 합성부는, 각 광 절단선에 대응하여 미리 설정된 상기 원화상 데이터 내의 복수의 영역으로부터, 각 광 절단선에 대응하는 1차원 배열 데이터를 동시에 산출하고, 각 1차원 배열 데이터를, 각 광 절단선에 대응하여 미리 정해진 상기 원화상 데이터의 단부의 1라인에 매립해도 된다.

이 구성에 의하면, 복수의 1차원 배열 데이터를 생성한 경우에 있어서도, 원화상 데이터에 포함되는 광 절단선의 정보를 훼손하지 않고, 원화상 데이터에 복수의 1차원 배열 데이터를 매립할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 상기 조사부는 2개의 광 절단선을 조사하고, 상기 화상 합성부는, 2개의 광 절단선의 위치의 차분을 산출하여, 당해 차분에 기초하여 상기 1차원 배열 데이터를 산출해도 된다.

2개 광 절단선의 차분을 취함으로써, 측정 대상물의 전후 방향의 진동의 영향이 제거된 1차원 배열 데이터를 생성할 수 있다. 따라서, 측정 대상물이 전후 방향으로 진동했다고 해도, 측정 대상물의 3차 형상 데이터를 정확하게 구할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 상기 측정 대상물은, 제1 색으로 자발광한 고온 상태의 물체이며, 상기 조사부는, 상기 1색과는 상이한 제2 색으로 광 절단선을 조사하고, 상기 촬상부는, 상기 제1 색 내지 제2 색 각각에 감도를 갖는 컬러의 촬상 소자에 의해 구성되고, 상기 위치 검출부 및 화상 합성부는, 상기 촬상부에 의해 촬상된 상기 원화상 데이터의 상기 제1 색 내지 제2 색의 화상 성분 각각에 대하여 개별로 처리를 행해도 된다.

이 구성에 의하면, 제1 색의 화상 성분으로부터 측정 대상물의 폭의 정보를 구하고, 제2 색의 화상 성분으로부터 측정 대상물의 광 절단선을 검출할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 상기 위치 검출부는, 상기 제1 색의 화상 성분을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력될 때마다, 당해 1수평 라인의 휘도의 대표값을 산출함과 함께, 상기 제2 색의 화상 성분을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력될 때마다, 상기 광 절단선의 위치를 검출하고, 상기 화상 합성부는, 양쪽 화상 성분의 처리 결과에 기초하여 상기 1차원 배열 데이터를 생성해도 된다.

이 구성에 의하면, 원화상 데이터를 취득하는 처리가 종료되는 것과 거의 동시에, 제1 색의 화상 성분의 각 수평 라인의 휘도의 대표값을 구하는 처리와, 제2 색의 화상 성분의 각 수평 라인으로부터 광 절단선의 위치를 구하는 처리를 종료시킬 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 상기 조사부는, 상기 촬상부의 광축에 대하여 교차하는 방향으로부터, 상기 제1 색 및 상기 제2 색과는 상이한 제3 색으로 상기 측정 대상물을 더 조사하고, 상기 촬상부는, 상기 제1 색 내지 제3 색 각각에 감도를 갖는 컬러의 촬상 소자에 의해 구성되고, 상기 위치 검출부는, 제3 색의 화상 성분으로부터 상기 측정 대상물의 흠집의 크기를 검지해도 된다.

이 구성에 의하면, 제3 색의 화상 성분으로부터 측정 대상물의 흠집을 검출할 수 있다. 또한, 조사부는 제3 색을 촬상부의 광축과 교차하는 방향으로부터 측정 대상물에 조사하고 있기 때문에, 촬상부는 측정 대상물의 흠집을 정확하게 촬상할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 상기 위치 검출부는, 상기 제3 색의 화상 성분을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력될 때마다, 당해 1수평 라인에 포함되는 상기 측정 대상물의 흠집을 나타내는 화소의 수를 카운트하고, 상기 화상 합성부는, 상기 흠집을 나타내는 화소의 카운트값에 기초하여 상기 1차원 배열 데이터를 생성해도 된다.

이 구성에 의하면, 원화상 데이터를 취득하는 처리가 종료되는 것과 거의 동시에, 제3 색의 화상 성분의 각 수평 라인으로부터 측정 대상물의 흠집을 나타내는 화소수를 카운트하는 처리를 종료시킬 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 상기 화상 합성부는, 상기 제1 색의 화상 성분의 각 수평 라인으로 산출된 휘도의 대표값으로부터 상기 측정 대상물의 양단을 검출하고, 상기 양단으로부터 상기 측정 대상물의 폭 방향의 중심 위치를 구하고, 상기 중심 위치와 상기 원화상 데이터의 수직 방향의 중심선과의 어긋남을 오프셋으로서 구하고, 상기 오프셋에 기초하여 상기 광 절단선의 중심 위치가 상기 중심선에 위치하도록 상기 광 절단선을 나타내는 1차원 배열 데이터를 보정해도 된다.

이 구성에 의하면, 광 절단선의 중심 위치를 원화상 데이터의 중심선에 일치시키는 처리가 화상 합성부에 의해 행하여지고 있다. 그로 인해, 형상 산출부는 보다 고속으로 측정 대상물의 3차원 형상 데이터를 산출할 수 있다.

Claims (10)

1. 측정 대상물의 3차원 형상을 계측하는 형상 계측 장치이며,
   소정의 반송 방향으로 반송되는 상기 측정 대상물에 대하여, 상기 반송 방향과 교차하는 방향으로 광 절단선을 조사하는 조사부와,
   상기 광 절단선이 조사된 측정 대상물을 촬상하여, 원화상 데이터를 취득하는 촬상부와,
   상기 광 절단선과 교차하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 상기 촬상부로부터 입력될 때마다, 상기 광 절단선의 위치를 검출하는 위치 검출부와,
   상기 위치 검출부에 의해 검출된 각 수평 라인의 광 절단선의 위치를 1차원으로 배열하여 1차원 배열 데이터를 생성하고, 상기 원화상 데이터에 매립하여, 합성 화상 데이터를 생성하는 화상 합성부와,
   상기 화상 합성부에 의해 생성된 상기 합성 화상 데이터를 송신하는 송신부와,
   상기 합성 화상 데이터를 수신하여, 상기 원화상 데이터에 매립된 상기 1차원 배열 데이터에 기초하여, 상기 측정 대상물의 3차원 형상 데이터를 산출하는 형상 산출부를 구비하고,
   상기 측정 대상물은, 제1 색으로 자발광한 고온 상태의 물체이며,
   상기 조사부는, 상기 제1 색과는 상이한 제2 색으로 광 절단선을 조사하고,
   상기 촬상부는, 상기 제1 색 내지 제2 색 각각에 감도를 갖는 컬러의 촬상 소자에 의해 구성되고,
   상기 위치 검출부 및 화상 합성부는, 상기 촬상부에 의해 촬상된 상기 원화상 데이터의 상기 제1 색 내지 제2 색의 화상 성분 각각에 대하여 개별로 처리를 행하는, 형상 계측 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 위치 검출부는, 각 수평 라인의 휘도의 피크의 위치를 상기 광 절단선의 위치로서 검출하는, 형상 계측 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 화상 합성부는, 상기 원화상 데이터의 단부의 1라인에 상기 1차원 배열 데이터를 매립하는, 형상 계측 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 조사부는, 복수의 상기 광 절단선을 상기 측정 대상물에 조사하고, 상기 화상 합성부는, 각 광 절단선에 대응하여 미리 설정된 상기 원화상 데이터 내의 복수의 영역으로부터, 각 광 절단선에 대응하는 1차원 배열 데이터를 동시에 산출하고, 각 1차원 배열 데이터를, 각 광 절단선에 대응하여 미리 정해진 상기 원화상 데이터의 단부의 1라인에 매립하는, 형상 계측 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 조사부는 2개의 광 절단선을 조사하고,
   상기 화상 합성부는, 2개의 광 절단선의 위치의 차분을 산출하여, 당해 차분에 기초하여 상기 1차원 배열 데이터를 산출하는, 형상 계측 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 위치 검출부는, 상기 제1 색의 화상 성분을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력될 때마다, 당해 1수평 라인의 휘도의 대표값을 산출함과 함께, 상기 제2 색의 화상 성분을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력될 때마다, 상기 광 절단선의 위치를 검출하고,
   상기 화상 합성부는, 양쪽 화상 성분의 처리 결과에 기초하여 상기 1차원 배열 데이터를 생성하는, 형상 계측 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 조사부는, 상기 촬상부의 광축에 대하여 교차하는 방향으로부터, 상기 제1 색 및 상기 제2 색과는 상이한 제3 색으로 상기 측정 대상물을 더 조사하고,
   상기 촬상부는, 상기 제1 색 내지 제3 색 각각에 감도를 갖는 컬러의 촬상 소자에 의해 구성되고,
   상기 위치 검출부는, 상기 제3 색의 화상 성분으로부터 상기 측정 대상물의 흠집의 크기를 검지하는, 형상 계측 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 위치 검출부는, 상기 제3 색의 화상 성분을 구성하는 1수평 라인의 원화상 데이터가 입력될 때마다, 당해 1수평 라인에 포함되는 상기 측정 대상물의 흠집을 나타내는 화소의 수를 카운트하고,
   상기 화상 합성부는, 상기 흠집을 나타내는 화소의 카운트값에 기초하여 상기 1차원 배열 데이터를 생성하는, 형상 계측 장치.
9. 제1항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 합성부는, 상기 제1 색의 화상 성분의 각 수평 라인으로 산출된 휘도의 대표값으로부터 상기 측정 대상물의 양단을 검출하고, 상기 양단으로부터 상기 측정 대상물의 폭 방향의 중심 위치를 구하고, 상기 중심 위치와 상기 원화상 데이터의 수직 방향의 중심선과의 어긋남을 오프셋으로서 구하고, 상기 오프셋에 기초하여 상기 광 절단선의 중심 위치가 상기 중심선에 위치하도록 상기 광 절단선을 나타내는 1차원 배열 데이터를 보정하는, 형상 계측 장치.
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