KR101994051B1

KR101994051B1 - 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법

Info

Publication number: KR101994051B1
Application number: KR1020187002605A
Authority: KR
Inventors: 유스케 곤노; 다카미치 고바야시; 도시오 아카기; 아츠히로 히비; 노부히로 후루야; 아키히토 나카자키
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2019-06-27
Also published as: JPWO2017204119A1; US20180180405A1; WO2017204119A1; JP6281667B1; EP3309508A1; US10605591B2; EP3309508A4; EP3309508B1; CN107850422A; KR20180022886A

Abstract

[과제] 스페클 노이즈의 발생을 억제하면서, 금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 보다 고속 또한 고정밀도로 측정하는 것이다. [해결 수단] 본 발명에 관한 형상 측정 장치는, 상기 띠 형상체의 표면에 대하여, 상기 띠 형상체의 폭 방향으로 확산되는 선상 광을 조사하는, 슈퍼루미네센트 다이오드로 이루어지는 선상 광원과, 상기 띠 형상체의 표면에서의 상기 선상 광의 반사광이 투영되는 스크린과, 상기 스크린에 투영된 상기 선상 광의 반사광을 촬상하는 에어리어 카메라와, 상기 에어리어 카메라에 의해 촬상된 상기 선상 광의 반사광의 촬상 화상을 사용하여, 상기 띠 형상체의 표면 형상을 산출하는 연산 처리 장치를 구비하고, 상기 선상 광원은, 스펙트럼 반값폭이 20nm 이상이고, 또한 상기 선상 광원의 광축과 상기 띠 형상체의 표면 법선 방향이 이루는 각 θ와, 상기 선상 광의 파장 λ가, 상기 띠 형상체의 경면성에 관한 식 (I)을 만족하도록 배치되어 있다.

Description

형상 측정 장치 및 형상 측정 방법

본 발명은 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법에 관한 것이다.

측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 방법 중 하나로, 레이저광 등을 이용한 조명광을 사용하여, 조명광의 측정 대상물로부터의 반사광을 촬상함으로써, 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 방법이 있다.

예를 들어, 이하의 특허문헌 1에서는, 이동하는 강판 등의 띠 형상체를 측정 대상물로 하여, 광 레버(Optical Lever)의 원리에 기초하여, 띠 형상체의 표면 형상을 측정하는 기술이 개시되어 있다. 보다 상세하게는, 이하의 특허문헌 1에서는, 띠 형상체의 폭 방향을 따라 조사한 선상 광을 경면 반사시킴으로써 스크린에 투영하고, 스크린 상의 반사상을 에어리어 카메라에 의해 촬상하여, 줄무늬 화상을 얻고 있다. 그 후, 얻어진 줄무늬 화상에 대하여 소정의 화상 처리를 실시함으로써, 띠 형상체의 표면 형상이 측정되고 있다.

또한, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 광 레버의 원리에 기초하는 기술이 아니기는 하지만, 상기 특허문헌 1과 유사한 기술로서, 이하의 특허문헌 2에서는, 평면상 피검사물의 표면에 대하여 레이저광의 광속을 조사하고, 평면상 피검사물의 표면에서의 광속의 반사광을 스크린에 투영시킨 후에, 평면상 피검사물의 표면의 요철에 의해 발생한 광속의 조밀에 의해 발생한 스크린 상의 명암을 관찰하는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2004-184397호 공보 일본 특허 공개 평5-99639호 공보

P. Beckmann, "Scattering by composite rough surfaces", Proceedings of the IEEE, vol.53, issue.8, 1965, P.1012-1015.

상기 특허문헌 1에서는, 상기 선상 광의 광원으로서, 주로 레이저 광원을 사용한다는 취지가 개시되어 있다. 그러나, 본 발명자들에 의한 검토 결과, 선상 광으로서 레이저광을 사용하는 경우에는, 스크린 상에 투영된 선상 광의 반사상에 스페클 노이즈가 발생해 버려, 고정밀도의 측정이 곤란하게 되는 것이 밝혀졌다. 또한, 상기 특허문헌 1에서는, 레이저 광원 이외의 광원으로서, 백색 광원, 띠 형상 광 파이버 다발과 로드 렌즈의 조합, 직관형 형광등과 슬릿과 주상 렌즈의 조합이 개시되어 있다. 그러나, 이들 광원을 이용하는 경우에는, 발광부의 크기가 크기 때문에 집광하여 가는 선상 광으로 하기가 곤란하고, 고정밀도의 측정이 곤란하게 된다는 것이 밝혀졌다.

상기 특허문헌 2에서는, 레이저광의 광속을 평면상 피검사물의 표면에서 집광시키지 않고, 확대각을 갖도록 조사하고 있기 때문에, 스크린 상에서의 반사광의 상의 크기가 커져 버린다. 스크린 상에서의 상의 크기가 커지면, 카메라에 있어서의 데이터의 읽어들이기 에어리어가 커지고, 화상의 전송 속도의 제약에 의해 고속 탐상을 행하기가 곤란하게 된다. 또한, 상기 특허문헌 2에 있어서도, 광원으로서 레이저 광원을 이용하고 있기 때문에, 스크린 상에 투영된 선상 광의 반사상에 스페클 노이즈가 발생해 버린다. 상기 특허문헌 2에서는, 이러한 스페클 노이즈를 제거하기 위해, (a) 스페클 노이즈의 평균적인 크기보다 카메라의 분해능을 낮춘 후에, (b) 카메라 분해능 저하에 의한 검출 감도 저하를, 피검사물 상의 반사 위치와 스크린의 사이의 거리를 크게 함으로써 방지한다는 취지가 실시되어 있다. 그러나, 반사 위치와 스크린의 사이의 거리를 크게 해 버리면, 반사광의 확산에 의해 스크린 상의 반사광의 상이 어두워져 버려, 보다 긴 노광 시간이 필요하게 된다. 그 때문에, 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술로는, 고속 탐상을 행하기가 곤란하게 된다.

나아가, 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술에서는, 동일 문헌 중에서도 언급되어 있지만, 평면상 피검사물의 표면에서의 반사율 변화와, 평면상 피검사물의 표면의 형상 변화를 분리할 수 없다. 그 때문에, 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술을, 예를 들어 철강 제품으로 대표되는 금속체에 적용하였을 때, 표면에 제조 라인에서의 무해한 오염물 등이 부착된 경우에는, 무해한 오염물을 표면 형상의 변화로서 오검출해 버릴 가능성이 높다.

그래서, 본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 스페클 노이즈의 발생을 억제하면서, 금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 보다 고속, 또한 보다 고정밀도로 측정하는 것이 가능한, 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 관점에 따르면, 금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 측정하는 형상 측정 장치이며,

상기 띠 형상체의 표면에 대하여, 상기 띠 형상체의 폭 방향으로 확산되는 선상 광을 조사하는, 슈퍼루미네센트 다이오드(SuperLuminescent Diode)로 이루어지는 선상 광원과, 상기 띠 형상체의 표면에서의 상기 선상 광의 반사광이 투영되는 스크린과, 상기 스크린에 투영된 상기 선상 광의 반사광을 촬상하는 에어리어 카메라와, 상기 에어리어 카메라에 의해 촬상된 상기 선상 광의 반사광의 촬상 화상을 사용하여, 상기 띠 형상체의 표면 형상을 산출하는 연산 처리 장치를 구비하고, 상기 선상 광원은, 스펙트럼 반값폭이 20nm 이상이고, 또한 상기 선상 광원의 광축과 상기 띠 형상체의 표면 법선 방향이 이루는 각 θ와, 상기 선상 광의 파장 λ가, 상기 띠 형상체의 경면성에 관한 이하의 식 (I)을 만족하도록 배치되어 있는, 형상 측정 장치가 제공된다.

상기 띠 형상체의 표면에 있어서, 상기 띠 형상체의 긴 변 방향을 따른 상기 선상 광의 선폭(W)은, 측정하고 싶은 상기 표면 형상의 상기 긴 변 방향을 따른 크기의 최솟값을 L_min으로 하고, 상기 선상 광의 파장을 λ로 하였을 때, 이하의 식 (II)를 만족하도록 제어되는 것이 바람직하다.

상기 선상 광의 파장은, 800nm 이상 1700nm 이하인 것이 바람직하다.

상기 선상 광원은, 상기 선상 광원의 광축과 상기 띠 형상체의 표면 법선 방향이 이루는 각 θ가 74도 이상 88도 이하의 범위 내가 되도록, 상기 식 (I)에 기초하여 배치되는 것이 바람직하다.

상기 띠 형상체의 표면에서의 상기 선상 광의 파워 밀도는 55mW/㎠ 이상인 것이 바람직하다.

상기 스크린에 있어서의 상기 선상 광의 반사광의 투영면은, JIS B0601:2001에서 규정되는 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm이, 상기 선상 광의 파장의 10배 이상이고, 또한 당해 스크린 상에서의 상기 스크린의 높이 방향을 따른 상기 선상 광의 반사광의 선폭의 1/10 이하인 표면 조도를 갖는 것이 바람직하다.

상기 선상 광은, 소정의 곡률을 갖는 롤의 표면 상에 위치하는 상기 띠 형상체의 표면에 대하여 조사되어도 된다.

상기 연산 처리 장치는, 상기 촬상 화상에 있어서의 상기 반사광의 기준 위치로부터의 변위량으로부터, 상기 표면 형상에 관한 정보로서 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각을 산출해도 된다.

상기 연산 처리 장치는, 산출한 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각의 정접을 상기 에어리어 카메라와 상기 띠 형상체의 상대적인 이동 방향을 따라 적분함으로써, 상기 표면 형상에 관한 정보로서 상기 띠 형상체의 표면의 높이를 산출해도 된다.

상기 연산 처리 장치는, 산출한 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각을 소정의 역치와 비교함으로써, 상기 띠 형상체의 형상을 검사해도 된다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 측정하는 형상 측정 방법이며, 상기 띠 형상체의 표면에 대하여, 슈퍼루미네센트 다이오드(SuperLuminescent Diode)로 이루어지는 선상 광원을 사용하여, 상기 띠 형상체의 폭 방향으로 확산되는 선상 광을 조사하는 조사 스텝과, 스크린에 대하여, 상기 띠 형상체의 표면에서의 상기 선상 광의 반사광을 투영하는 스텝과, 에어리어 카메라를 사용하여, 상기 스크린에 투영된 상기 선상 광의 반사광을 촬상하는 촬상 스텝과, 상기 에어리어 카메라에 의해 촬상된 상기 선상 광의 반사광의 촬상 화상을 사용하여, 상기 띠 형상체의 표면 형상을 산출하는 산출 스텝을 포함하고, 상기 선상 광원은, 스펙트럼 반값폭이 20nm 이상이고, 또한 상기 선상 광원의 광축과 상기 띠 형상체의 표면 법선 방향이 이루는 각 θ와, 상기 선상 광의 파장 λ가, 상기 띠 형상체의 경면성에 관한 이하의 식 (I)을 만족하도록 배치되어 있는 형상 측정 방법이 제공된다.

상기 선상 광의 파장은 800nm 이상 1700nm 이하인 것이 바람직하다.

상기 산출 스텝은, 상기 촬상 화상에 있어서의 상기 반사광의 기준 위치로부터의 변위량으로부터, 상기 표면 형상에 관한 정보로서 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각을 산출해도 된다.

상기 산출 스텝은, 산출한 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각의 정접을 상기 에어리어 카메라와 상기 띠 형상체의 상대적인 이동 방향을 따라 적분함으로써, 상기 표면 형상에 관한 정보로서 상기 띠 형상체의 표면의 높이를 산출해도 된다.

상기 형상 측정 방법은, 산출된 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각을 소정의 역치와 비교하여, 상기 띠 형상체의 형상을 검사하는 검사 스텝을 더 포함해도 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 스페클 노이즈의 발생을 억제하면서, 금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 보다 고속, 또한 보다 고정밀도로 측정하는 것이 가능하다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 형상 측정 장치의 전체 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 2는, 동 실시 형태에 관한 형상 측정 장치가 갖는 띠 형상체 촬상 장치의 구성의 일례를 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 3은, 동 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치에 의해 생성되는 촬상 화상의 일례를 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 4a는, 동 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치에 대하여 설명하기 위한 설명도이다.
도 4b는, 동 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치에 대하여 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는, 선상 광의 스펙트럼 반값폭과 스페클 노이즈의 관계를 도시한 그래프도이다.
도 6은, 동 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치에 대하여 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은, 동 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치에 대하여 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은, 선상 광의 입사각과 표면 형상의 검출 상황의 관계를 도시한 설명도이다.
도 9는, 경면 반사 상태와 선상 광의 파장 및 입사각의 관계를 도시한 그래프도이다.
도 10은, 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm에 대하여 설명하기 위한 설명도이다.
도 11은, 동 실시 형태에 관한 형상 측정 장치가 갖는 연산 처리 장치의 구성의 일례를 도시한 블록도이다.
도 12는, 동 실시 형태에 관한 연산 처리 장치가 갖는 화상 처리부의 구성의 일례를 도시한 블록도이다.
도 13은, 띠 형상체의 표면 상태와 촬상 화상의 관계를 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 14는, 띠 형상체의 표면의 기울기와 스크린의 투영면 상에 있어서의 반사광의 변위량의 관계를 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 15는, 동 실시 형태에 관한 화상 처리부에서 실시되는 높이 산출 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 16은, 동 실시 형태에 관한 형상 측정 방법의 흐름의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 17은, 동 실시 형태에 관한 연산 처리 장치의 하드웨어 구성의 일례를 도시한 블록도이다.
도 18a는, 실시예에 대하여 설명하기 위한 설명도이다.
도 18b는, 실시예에 대하여 설명하기 위한 설명도이다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

(형상 측정 장치의 전체 구성에 대하여)

우선, 도 1을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 관한 형상 측정 장치의 전체 구성에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치의 전체 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다.

본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)는, 금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 측정하는 장치이며, 광 레버의 원리에 기초하여 띠 형상체의 표면 형상을 측정한다. 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 띠 형상체 촬상 장치(100)와, 연산 처리 장치(200)를 주로 구비한다.

여기서, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)가 측정 대상물로 하는 띠 형상체는, 그 표면에서 조명광이 반사하는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)에 있어서, 측정 대상물로 하는 띠 형상체는, 예를 들어 도금 강판이나 각종 합금 강판을 포함하는 각종 강판이나 각종 비철금속판 등과 같은 금속체인 것으로 한다.

띠 형상체 촬상 장치(100)는, 주로, 후술하는 바와 같은 선상 광원(101), 스크린(103) 및 에어리어 카메라(105)로 구성된다.

띠 형상체 촬상 장치(100)는, 후술하는 연산 처리 장치(200)에 의한 제어 하에서, 소정의 반송 라인 상으로 반송됨으로써 이동하는 띠 형상체의 표면에 대하여, 선상 광원(101)을 사용하여 선상 광을 조사한다. 또한, 띠 형상체 촬상 장치(100)는, 후술하는 연산 처리 장치(200)에 의한 제어 하에서, 스크린(103)에 투영된 띠 형상체의 표면에서의 선상 광의 반사광을, 에어리어 카메라(105)를 사용하여 순차적으로 촬상하여, 촬상 결과 얻어지는 복수의 촬상 화상을 연산 처리 장치(200)에 출력하는 장치이다.

측정 대상물인 띠 형상체를 반송하는 반송 라인에는, PLG(Pulse Logic Generator: 펄스형 속도 검출기) 등이 설치되어 있고, 정기적으로(예를 들어, 반송 라인에 의해 띠 형상체가 x밀리 이동할 때마다) 1펄스의 PLG 신호가 연산 처리 장치(200)에 대하여 출력된다. 띠 형상체 촬상 장치(100)는, 연산 처리 장치(200)로부터 PLG 신호에 따라 출력되는 제어 신호를 취득할 때마다, 에어리어 카메라(105)를 사용하여, 스크린(103)에 투영된 띠 형상체의 표면에서의 선상 광의 반사광을 촬상한다. 이러한 띠 형상체 촬상 장치(100)의 상세한 구성에 대해서는, 이하에서 상세하게 설명한다.

연산 처리 장치(200)는, 선상 광원(101)에 의한 선상 광의 조사, 및 에어리어 카메라(105)에 의한 선상 광의 반사광의 촬상 처리를 제어한다. 또한, 연산 처리 장치(200)는, 띠 형상체 촬상 장치(100)에 의해 촬상된 선상 광의 반사광의 복수의 촬상 화상에 대하여 이하에서 상세하게 설명하는 소정의 화상 처리를 실시함으로써, 띠 형상체의 표면 형상을 산출한다. 이러한 연산 처리 장치(200)의 상세한 구성에 대해서도, 이하에서 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)는, 이들 띠 형상체 촬상 장치(100)와 연산 처리 장치(200)가 서로 제휴하여 기능함으로써, 이동하는 띠 형상체의 표면 형상을 보다 고속, 또한 실시간으로 측정한다.

(띠 형상체 촬상 장치(100)의 구성에 대하여)

이어서, 도 2 내지 도 10을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)가 구비하는 띠 형상체 촬상 장치(100)의 구성에 대하여, 상세하게 설명한다.

도 2는, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치가 갖는 띠 형상체 촬상 장치의 구성의 일례를 모식적으로 도시한 설명도이다. 도 3은, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치에 의해 생성되는 촬상 화상의 일례를 모식적으로 도시한 설명도이다. 도 4a, 도 4b, 도 6 및 도 7은, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치에 대하여 설명하기 위한 설명도이다. 도 5는, 선상 광의 스펙트럼 반값폭과 스페클 노이즈의 관계를 도시한 그래프도이고, 도 8은, 선상 광의 입사각과 표면 형상의 검출 상황의 관계를 도시한 설명도이다. 도 9는, 경면 반사 상태와 선상 광의 파장 및 입사각의 관계를 도시한 그래프도이고, 도 10은, 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm에 대하여 설명하기 위한 설명도이다.

<띠 형상체 촬상 장치(100)의 전체 구성에 대하여>

띠 형상체 촬상 장치(100)는, 이동하는 띠 형상체(S)의 표면에 대하여, 선상 광원(101)을 사용하여, 띠 형상체의 폭 방향을 따라 확산되고, 또한 이동 방향으로 좁은 폭을 갖는 광인 선상 광을 조사하고, 띠 형상체(S)의 표면에서의 선상 광의 반사광을 스크린(103)에 투영시킨다. 그리고, 스크린(103)에 투영된 선상 광의 반사광을, 에어리어 카메라(105)를 사용하여 복수 촬상한다.

선상 광원(101)으로서, 각종 레이저나 LED(Light Emitting Diode: 발광 다이오드) 등과 같은 공지의 광원을 사용하여 구성하는 것이 고려된다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 이들 공지의 광원 중에서도, 후술하는 스페클 노이즈를 효과적으로 방지하기 위해, 슈퍼루미네센트 다이오드(SuperLuminescent Diode: SLD)를 사용하여 선상 광원(101)을 구성한다.

선상 광원(101)은, 소정의 방향으로 이동하는 띠 형상체(S)의 표면에 대하여, 띠 형상체(S)의 폭 방향을 따라 확산되고, 또한 이동 방향으로 좁은 폭을 갖는 광인 선상 광을 조사한다. 이러한 선상 광원(101)으로서, 상기와 같은 슈퍼루미네센트 다이오드와, 로드 렌즈 등의 각종 렌즈를 조합한 것을 사용하는 것이 가능하다. 연산 처리 장치(200)로부터 송출되는 타이밍 제어 신호에 기초하여, 이러한 선상 광원(101)으로부터 사출된 광은, 로드 렌즈 등의 렌즈에 의해, 띠 형상체(S)의 표면을 향하여 집광되면서 부채상의 면으로 확산된다. 이에 의해, 선상 광원(101)으로부터 띠 형상체(S)의 표면의 폭 방향 전체에 걸쳐, 폭 방향으로 확산되는 선상의 광(즉, 선상 광)이 조사되게 된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 선상 광원(101)에서는, 출사광을 집광하면서 부채상으로 확산시키는 것이 가능한 것이라면, 실린드리컬 렌즈나 파월 렌즈 등과 같은 로드 렌즈 이외의 렌즈를 이용하는 것도 가능하다.

이러한 선상 광원(101)으로부터 출사되는 선상 광의 여러 특성, 및 선상 광의 띠 형상체(S)의 표면에 대한 입사각 등에 대해서는, 이하에서 다시 상세하게 설명한다.

스크린(103)은, 도 2에 모식적으로 도시한 바와 같이, 선상 광원(101)에 대향하는 위치에 설치되어 있고, 띠 형상체(S)의 표면에 의해 반사된 선상 광의 반사광이 투영된다. 스크린(103)은, 그 횡폭이 선상 광의 확산각과 스크린까지의 투영 거리에 따라, 띠 형상체(S)의 전체 폭만큼의 반사광을 투영할 수 있을 만큼의 폭을 갖고 있다. 또한, 스크린(103)의 높이는, 띠 형상체(S)의 형상이나, 띠 형상체(S)의 이동에 수반하여 발생하는 진동이나, 띠 형상체(S)의 두께의 변화 등에 따라, 반사광의 투영 위치가 변화하는 경우라도, 반사광이 스크린(103)의 투영면 상에 존재하는 높이로 되어 있다.

에어리어 카메라(105)는, 도 2에 모식적으로 도시한 바와 같이, 스크린(103)과 대향하는 위치에 설치되어 있다. 에어리어 카메라(105)에는, 소정의 초점 거리를 갖는 렌즈와, CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 촬상 소자가 탑재되어 있다. 에어리어 카메라(105)는, 스크린(103)의 투영면에 투영된 띠 형상체(S)의 표면으로부터의 선상 광의 반사광을, 띠 형상체(S)가 소정의 거리만큼 이동할 때마다 촬상하여, 촬상 화상을 생성한다. 여기서, 에어리어 카메라(105)는, 스크린(103)에 투영된 선상 광의 반사광이 시야 내에 포함되도록, 과거의 조업 데이터 등을 참고로 화각이 미리 조정되어 있고, 스크린(103)의 투영면을 동일한 촬상 조건에서 촬상하도록 설정되어 있다. 그리고 나서, 에어리어 카메라(105)는, 생성된 촬상 화상을, 연산 처리 장치(200)에 출력한다.

따라서, 에어리어 카메라(105)에 의해 생성되는 촬상 화상은, 도 3에 모식적으로 도시한 바와 같이, 풀 프레임의 화상 사이즈의 어느 위치에, 선상 광의 반사광이 찍혀 들어간 것이 된다.

에어리어 카메라(105)는, 연산 처리 장치(200)에 의해 제어되어 있고, 띠 형상체(S)가 소정의 거리만큼 이동할 때마다, 연산 처리 장치(200)로부터 촬상을 위한 트리거 신호가 출력된다. 에어리어 카메라(105)는, 연산 처리 장치(200)로부터 출력된 트리거 신호에 따라, 선상 광의 반사광이 투영되어 있는 스크린(103)의 표면을 순차적으로 촬상하여, 생성된 복수의 촬상 화상을 연산 처리 장치(200)에 출력한다.

여기서, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같은, 에어리어 카메라(105)에 고정된 X-Y-Z 직교 좌표계(오른손 좌표계)를 정의한다. 이러한 좌표계에 있어서, 에어리어 카메라(105)의 촬상 시야의 폭 방향을 X축 방향으로 하고, 에어리어 카메라(105)의 촬상 시야의 높이 방향을 Y축 방향으로 하고, 에어리어 카메라(105)의 광축 방향을 Z축 방향으로 한다. 이하에서는, 도 4a 및 도 4b를 사용하여, 스크린(103)과 에어리어 카메라(105)의 위치 관계를 설명한다.

도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 스크린(103)은, 상기 X-Y-Z 좌표계에 있어서, 투영면의 법선 벡터가, X 성분을 갖지 않도록(환언하면, X 성분의 값이 제로가 되도록) 배치된다. 즉, 스크린(103)과 에어리어 카메라(105)의 위치 관계는, 도 4a에 실선으로 나타낸 바와 같은 관계가 되어도 되고, 도 4a에 파선으로 나타낸 바와 같은 관계가 되어도 된다. 이에 의해, 에어리어 카메라(105)의 시야 내에 있어서, 폭 방향을 따른 화상 분해능을 일치시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 폭 방향을 따른 화상 분해능이 일치되어 있으면 되므로, 스크린(103)과 에어리어 카메라(105)의 위치 관계는, 도 4b에 실선으로 나타낸 바와 같은 관계가 되어도 되고, 도 4b에 파선으로 나타낸 바와 같은 관계가 되어도 된다. 나아가, 폭 방향을 따른 화상 분해능이 일치하기 때문에, 도 4b에 있어서, 스크린(103)과 에어리어 카메라(105) 중 어느 한쪽이 실선으로 나타낸 장소에 위치하고, 다른 쪽이 파선으로 나타낸 장소에 위치하고 있어도 된다.

또한, 도 2에서는, 선상 광원(101)을 1대만 설치하는 경우에 대하여 도시하였지만, 띠 형상체 촬상 장치(100)에서는, 복수대의 선상 광원(101)을 설치하여, 복수개의 선상 광을 띠 형상체(S)의 표면에 대하여 조사해도 된다. 이때, 복수의 선상 광은, 서로 평행, 또한 이동 방향을 따라 일정 간격이 되도록 띠 형상체(S)의 표면에 조사되는 것이 바람직하다. 또한, 에어리어 카메라(105)의 시야에 대하여 띠 형상체(S)의 폭 방향이 지나치게 큰 경우에는, 복수대의 에어리어 카메라(105)를 설치하여 선상 광의 반사광을 각각의 에어리어 카메라의 시야로 나누어 촬상해도 되는 것은 물론이다.

<선상 광원(101)에 대하여>

이어서, 도 5 내지 도 9를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)가 갖는 선상 광원(101)에 대하여, 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에 관한 선상 광원(101)은, 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같은 여러 조건을 만족하는 선상 광을 조사함으로써, 띠 형상체(S)의 표면 상, 및 스크린(103)의 투영면 상에서의 스페클 노이즈의 발생을 방지하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)는, 촬상 시의 노광 시간을 길게 하지 않고, 띠 형상체(S)의 표면 형상을 보다 고속, 또한 보다 고정밀도로 촬상할 수 있다.

[스펙트럼 반값폭에 대하여]

○ 스펙트럼 반값폭의 하한에 대하여

우선, 본 실시 형태에 관한 선상 광원(101)으로부터 조사되는 선상 광의 광원 스펙트럼(파장과 조사광의 강도의 관계)에 대하여 주목한다. 본 실시 형태에 관한 선상 광원(101)에서는, 광원으로서 슈퍼루미네센트 다이오드를 사용하고, 선상 광의 스펙트럼의 반값폭(반값 전체 폭)을 20nm 이상으로 한다. 본 실시 형태에 관한 선상 광원(101)에서는, 출사하는 선상 광을 스펙트럼 반값폭 20nm 이상으로 함으로써, 스페클 노이즈의 발생을 방지하는 것이 가능하게 된다.

중심 파장 800nm의 광을 출사하는 슈퍼루미네센트 다이오드를 도 2에 도시한 선상 광원(101)으로서 사용하고, 강판의 평탄면에 대하여, 스펙트럼 반값폭을 바꾸면서 선상 광을 조사하고, 스크린(103)의 투영면 상에 투영된 선상 광의 반사광을 촬상하였다. 그리고 나서, 얻어진 촬상 화상의 각각에 대하여, 스크린 높이 방향의 각 위치에서, 스크린 폭 방향을 따라 촬상 화상의 휘도값의 합을 산출하였다. 여기서, 스펙트럼 반값폭은, 20nm 및 25nm와, 일반적인 레이저광의 스펙트럼 반값폭에 거의 대응하는 1nm라고 하는, 3종류의 값으로 설정하였다. 얻어진 결과를, 도 5에 도시하였다. 또한, 도 5에서는, 합계 휘도값의 최댓값이 1이 되도록 정규화를 행하고 있다.

도 5로부터 명백한 바와 같이, 스펙트럼 반값폭이 20nm인 경우, 및 스펙트럼 반값폭이 25nm인 경우에는, 스크린 폭 방향의 합계 휘도값은 순조롭게 추이하고 있다. 한편, 스펙트럼 반값폭이 1nm인 경우에는, 스크린 폭 방향의 합계 휘도값은 미세하게 진동하고 있다.

또한, 최대의 합계 휘도값을 제공하는 스크린 높이 방향의 위치 좌표는, 스펙트럼 반값폭이 20nm 및 25nm인 경우, 좌표 60의 위치에서 공통이며, 최대의 합계 휘도값을 제공하는 위치 좌표로부터 이격됨에 따라, 합계 휘도값의 값은 순조롭게 감소하고 있다. 한편, 스펙트럼 반값폭이 1nm인 경우, 최대의 합계 휘도값을 제공하는 위치 좌표는 좌표 60에서 공통이기는 하였지만, 최대의 합계 휘도값을 제공하는 위치 좌표로부터 이격된 위치에서도, 극히 높은 합계 휘도값을 나타내는 위치 좌표가 존재하고 있다.

도 5에 도시한, 스펙트럼 반값폭이 1nm인 경우에 있어서의 합계 휘도값의 진동 모습이, 스페클 노이즈에 대응하고 있다. 이 결과로부터도 명백한 바와 같이, 선상 광의 광원 스펙트럼의 반값폭을 20nm 이상으로 하는 것이, 스페클 노이즈의 발생 방지에 유용함을 확인할 수 있다.

또한, 광원으로부터 조사되는 광의 파장을 800nm로부터 변화시킨 경우라도, 스펙트럼 반값폭과 합계 휘도값의 관계에 대해서는, 도 5와 마찬가지의 거동이 확인되었다.

○ 스펙트럼 반값폭의 상한에 대하여

선상 광의 스펙트럼의 반값폭이 큰 경우에는, 광학계의 색수차에 의해 집광이 곤란하게 되고, 후술하는 표면에서의 선폭의 제약을 만족시킬 수 없게 된다. 그 때문에, 스펙트럼 반값폭의 상한은, 선상 광을 생성하는 광학계의 특성과, 실현해야 할 선폭의 값에 따라 결정되는 값이 된다.

본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에서는, 선상 광원(101)에, 이상과 같은 스펙트럼 반값폭을 만족시키는 광속을 출사 가능한 인코히런트 광원으로서, 슈퍼루미네센트 다이오드를 사용한다. 선상 광원(101)으로서 슈퍼루미네센트 다이오드를 사용함으로써, 스페클 노이즈의 억제가 가능하게 될 뿐만 아니라, 작은 발광점으로부터 출사되는 광을 이용하여, 선상 광의 선폭을 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같은 원하는 크기로 좁히는 것도 가능하게 된다. 그 결과, 금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 보다 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 스페클 노이즈의 발생을 억제하기 위해, 프로젝터 등의 표시 장치에서는, 스펙트럼 반값폭이 넓고, 또한 발광 파장이 상이한 반도체 레이저를 복수 사용하여 복수의 발광점을 실현하고, 각 발광점으로부터의 상이한 파장의 광을 서로 중첩시키는 일이 행해지는 경우가 있다. 그러나, 이러한 반도체 레이저를 사용하는 방법에서는, 레이저광으로부터 생성된 선상 광의 선폭을 좁힐 수 없어, 본 실시 형태에서 주목하는 바와 같은, 금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 고정밀도로 측정하는 용도에는 적용할 수 없다.

또한, 선상 광의 선폭의 조정을 실현하기 위해, 단일의 발광점을 실현 가능한 레이저 광원을 사용하는 것도 고려된다. 그러나, 레이저광에서는 스펙트럼 반값폭이 좁아지는 결과, 상기와 같은 스펙트럼 반값폭을 실현할 수 없고, 스페클 노이즈를 억제할 수 없다. 또한, 스펙트럼 반값폭이 넓은 단일의 발광점을 실현 가능한 광원으로서, LED를 사용하는 것도 고려된다. 그러나, LED에서는, 발광점의 크기가 크기 때문에, 생성된 선상 광의 선폭을 좁힐 수 없어, 본 실시 형태에서 주목하는 바와 같은, 금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 고정밀도로 측정하는 용도에는 적용할 수 없다.

[선상 광의 파장의 상한에 대하여]

선상 광원(101)으로부터 조사되는 선상 광의 파장의 상한값은, 띠 형상체 촬상 장치(100)에 사용되는 에어리어 카메라(105)에 탑재된 촬상 소자의 특성에 의해 규정된다. 일반적으로 사용되는 CCD나 CMOS 등의 촬상 소자는, Si나 InGaAs 등의 반도체 재료를 사용하여 형성되고 있는데, 이들 반도체 재료는 파장 1700nm를 초과하는 광을 검출할 수 없다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 선상 광원(101)으로부터 조사되는 선상 광의 파장의 상한값은 1700nm로 한다.

[선상 광의 입사각, 선상 광의 파장의 하한, 및 띠 형상체의 표면에서의 선폭에 대하여]

이어서, 선상 광의 입사각, 선상 광의 파장의 하한, 및 띠 형상체의 표면에서의 선폭에 대하여 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 선상 광원(101)의 광축과 띠 형상체(S)의 표면 법선 방향이 이루는 각 θ를, 선상 광의 입사각 θ로 한다. 또한, 선상 광원(101)으로부터 조사되는 선상 광은, 도 7에 모식적으로 도시한 바와 같이, 어떠한 유한의 선폭(W)을 갖고 있는 것으로 한다. 이때, 이러한 선폭의 선상 광이 입사각 θ로 띠 형상체(S)의 표면에 입사함으로써, 띠 형상체(S)의 표면에 있어서, 선상 광의 선폭이 LW로 되는 것으로 한다.

○ 선상 광의 입사각의 상한과 띠 형상체의 표면에서의 선폭의 상한에 대하여

도 7에 모식적으로 도시한 바와 같은 띠 형상체(S)의 표면에서의 선폭(LW)은, 어느 정도의 미세한 표면 형상을 측정하고 싶은지에 따라 설정된다. 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)에 있어서 주목하는, 검출하고 싶은 미세한 표면 형상의 크기(띠 형상체(S)의 표면 위치(높이)에서의 형상의 특이 부분에 대한, 반송 방향의 확대 정도)는, 최대라도 2mm 정도이다. 그 때문에, 도 7에 도시한 띠 형상체(S)의 표면에서의 선상 광의 선폭(LW)은, 최대 2mm로 한다.

또한, 현시점에 있어서, 본 발명에서 주목하는 바와 같은 파장 대역에서의 산업상 현실적으로 실현 가능한 광선의 선폭(W)의 하한값은, 70㎛ 정도이다. 그 때문에, 띠 형상체(S)의 표면에 있어서, 선폭(LW)=2mm를 실현하기 위해서는, 입사각 θ는 arccos(70㎛/2000㎛)≒88도가 된다. 또한, 도 7에 도시한 기하학적인 관계로부터 명백한 바와 같이, 입사각 θ가 88도 초과로 되는 경우에는, 선폭(LW)은 2mm 초과로 되어 버린다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에서는, 허용되는 선상 광의 입사각 θ의 상한값을, 88도로 하는 것이 바람직하다.

도 8에, 강판 표면에 직경 2mm의 미세한 요철을 형성한 후에, 이러한 미세한 요철을 선상 광의 입사각 θ를 바꾸면서 관찰한 경우에, 미세한 요철을 스크린 상의 반사상의 변위로서 검출할 수 있는지 여부의 결과를, 표로서 나타내었다. 도 8에 도시한 결과로부터도 명백한 바와 같이, 입사각 θ가 88도 이하가 되고, 또한 띠 형상체의 표면에서의 선폭(LW)이 2mm 이하인 경우에는, 직경 2mm의 미세한 요철을 검출할 수 있었다. 한편, 입사각 θ가 88도를 초과하고, 또한 띠 형상체의 표면에서의 선폭(LW)이 2mm를 초과한 경우에는, 직경 2mm의 미세한 요철을 검출할 수 없었다. 이러한 입사각의 변화에 의한 미세한 요철의 검출 성능의 변화로부터도, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에 있어서, 입사각 θ의 최댓값을 88도로 하는 것이 바람직함을 확인할 수 있다.

○ 선상 광의 입사각의 하한과 파장의 하한에 대하여

본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)는, 앞서 언급한 바와 같이, 광 레버의 원리에 기초하여, 띠 형상체의 표면 형상을 측정한다. 그를 위해서는, 띠 형상체의 표면에 조사된 선상 광이 띠 형상체의 표면에서 반사하여, 스크린 상에 투영되지 않으면 안된다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에서는, 원래, 경면성을 갖고 있지 않은 경우가 많은 금속체의 표면이 마치 경면으로 간주할 수 있는 상태가 되도록, 선상 광의 입사각과, 선상 광의 파장을 제어하는 것이 중요하게 된다.

측정 대상물의 표면 조도와 측정에 사용하는 광의 파장에 기인한, 측정 대상물의 표면의 경면성에 대한 영향은, 상기 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 이하의 식 1로 표시되는 파라미터 g에 기초하여 논의할 수 있다.

또한, 상기 식 1에 있어서,

σ: 측정 대상물의 표면에 있어서의 요철의 표준 편차[㎛]

θ: 입사각[도]

λ: 측정에 사용하는 광의 파장[㎛]

이다.

상기 식 1로 표시되는 파라미터 g가 g>1로 되는 경우에는, 확산 반사 성분이 급격하게 증대하는 것이 알려져 있기 때문에, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에서는, 이러한 파라미터 g가 1 이하로 되는 것이 중요하다. 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)에 있어서 주목하는, 검출하고 싶은 측정 대상물의 표면에 있어서의 미세한 요철의 표준 편차 σ는, 최대 0.5㎛ 정도이기 때문에, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에 있어서, 입사각 θ 및 선상 광의 파장 λ는, 이하의 식 3을 만족하는 것이 필요하다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에 있어서, 선상 광의 입사각 θ와, 선상 광의 파장 λ는, 띠 형상체의 경면성에 관한 이하의 식 3을 만족하도록 배치된다.

상기 식 3을 그래프화하면, 도 9와 같이 된다.

입사각 θ의 상한값인 88도에 있어서, 파라미터 g≤1이 보증되는 파장은, 상기 식 3 및 도 9로부터, 약 200nm이다. 본 실시 형태에 관한 선상 광원(101)으로서 사용되는 슈퍼루미네센트 다이오드는, 발광 파장 λ가 800nm 이상인 경우가 많다. 그 때문에, 슈퍼루미네센트 다이오드를 사용하여, 입사각 θ를 88도로 함으로써, 도 9로부터 명백한 바와 같이, 파라미터 g≤1이 보증된다. 한편, 선상 광의 파장의 상한인 1700nm에 있어서, 파라미터 g≤1이 보증되는 입사각 θ의 크기는, 상기 식 3 및 도 9로부터, 약 74도가 된다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에 있어서, 입사각의 하한을 74도로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)에 있어서, 검출하고 싶은 미세한 표면 형상의 크기의 최솟값을 L_min으로 하였을 때, 도 7에 도시한 띠 형상체의 표면에서의 선폭(LW)의 상한값은, L_min이 된다. 도 7에 도시한 기하학적인 관계로부터 명백한 바와 같이, LWcosθ=W이기 때문에, 이하의 식 5로 표시되는 관계가 성립할 것이 요구된다.

상기 식 5를 변형함으로써, 이하의 식 5'를 얻을 수 있고, 이러한 식 5'에 기초하여, 입사각 θ의 하한값이 규정된다. 한편, 상기 식 3에 기초하여, 입사각 θ의 상한값은, 이하의 식 3'와 같이 규정된다. 따라서, 하기 식 3' 및 식 5'로부터, 띠 형상체의 긴 변 방향을 따른 선상 광의 선폭(W)은, 측정하고 싶은 표면 형상의 긴 변 방향을 따른 크기의 최솟값 L_min과, 선상 광의 파장 λ로부터, 이하의 식 7을 만족하도록 제어되는 것이 바람직하다.

이상의 논의로부터, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에 있어서, (1) 선상 광의 입사각 θ와, 선상 광의 파장 λ는, 띠 형상체의 경면성에 관한 상기 식 3을 만족하도록 배치되는 것이 중요하다는 점, (2) 띠 형상체의 긴 변 방향을 따른 선상 광의 선폭(W)은, 측정하고 싶은 표면 형상의 긴 변 방향을 따른 크기의 최솟값 L_min과, 선상 광의 파장 λ로부터, 상기 식 7을 만족하도록 제어되는 것이 바람직하다는 점, (3) 선상 광의 파장은 800nm 이상 1700nm 이하인 것이 바람직하다는 점, (4) 선상 광원은, 입사각 θ가 74도 이상 88도 이하의 범위 내가 되도록, 상기 식 3에 기초하여 배치되는 것이 바람직하다는 점을 알 수 있다. 띠 형상체(S)의 표면에 대한 선상 광의 입사각 θ는, 바람직하게는 80도 내지 88도의 범위이다.

이상과 같은 조건을 만족하는 선상 광을 사용함으로써, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에서는, 스페클 노이즈의 발생을 방지하면서, 높이가 수㎛ 정도이며, 또한 크기가 2mm 정도인 극히 미세한 표면 형상의 변화를, 고정밀도로 촬상하는 것이 가능하게 된다.

[띠 형상체의 표면에서의 선상 광의 파워 밀도에 대하여]

이상과 같은 조건을 만족하는 선상 광을 사용함으로써, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에서는, 스페클 노이즈의 발생을 방지하면서, 고정밀도의 촬상 처리를 실시하는 것이 가능하다. 이때, 띠 형상체의 표면에서의 선상 광의 파워 밀도를 이하와 같은 범위로 함으로써, 스크린(103)의 투영면 상에 있어서, 선상 광의 반사광의 휘도를 보다 높은 값으로 할 수 있고, 보다 확실한 촬상 처리를 실시하는 것이 가능하게 된다.

본 발명자들은 라인 속도 180mpm=3000mm/sec로 조업되는 강판의 제조 라인에 대하여, 도 2에 도시한 바와 같은 띠 형상체 촬상 장치(100)를 설치하고, 강판의 이동량 1mm 피치마다, 1매의 상을 촬영하였다. 이때의 노광 시간은 1mm/(3000mm/sec)=0.33msec이다. 이때, 강판의 표면에 있어서, 선 길이(도 2에 있어서의 폭 방향의 길이)가 160mm이고, 선폭(도 7에 있어서의 선폭(W))이 70㎛인 광원을 사용하여, 선상 광의 강도를 변화시키면서 실험을 실시하였다. 이 경우에, 광원의 출력이 55mW 이상으로 됨으로써, 스크린(103)의 투영면 상에 있어서, 반사광의 상을 충분한 휘도로 확인할 수 있었다.

이 경우에 있어서의 띠 형상체(S)의 표면(보다 상세하게는, 띠 형상체(S)의 표면에 있어서의 선상 광의 광축에 대하여 수직인 면 상)에서의 선상 광의 파워 밀도는, 55mW/(160mm×70㎛)=491mW/㎠이다.

본 실시 형태에서 주목하는 바와 같은 띠 형상체(S)의 제조 라인에서는, 띠 형상체(S)의 재료 특성의 연속성을 담보하기 위해, 제조 라인의 완전 정지는 바람직하지 않으며, 최저 20mpm의 라인 속도를 유지하는 것이 중요하게 된다. 그 때문에, 이러한 라인 속도로 표면 형상의 측정이 가능한 선상 광의 파워 밀도는, 491(mW/㎠)÷(180mpm/20mpm)=55mW/㎠로 된다.

이상과 같은 지견으로부터, 스크린(103)의 투영면 상에 있어서, 선상 광의 반사광의 휘도를 보다 높은 값으로 하여, 보다 확실한 촬상 처리를 실현하기 위해, 띠 형상체의 표면에서의 선상 광의 파워 밀도는, 55mW/㎠ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 띠 형상체의 표면에서의 선상 광의 파워 밀도는, 띠 형상체(S)의 표면에 문제가 발생하지 않는 범위에 있어서, 크면 클수록 좋고, 선상 광의 파워 밀도를 보다 크게 함으로써, 보다 고속의 제조 라인이라도, 확실하게 촬상 처리를 실시하는 것이 가능하게 된다. 띠 형상체의 표면에서의 선상 광의 파워 밀도는, 보다 바람직하게는 491mW/㎠ 이상이고, 더욱 바람직하게는 982mW/㎠ 이상이다.

띠 형상체(S)의 표면에서의 선상 광의 바람직한 파워 밀도를 491mW/㎠ 이상으로 하는 이유는, 앞서 설명한 라인 속도 180mpm에서의 시험 결과를 고려하였기 때문이며, 더욱 바람직한 파워 밀도를 982mW/㎠ 이상으로 하는 이유는, 라인의 조업 상태의 변화에 의해, 라인 속도가 360mpm까지 올라가는 경우가 있기 때문이다. 또한, 파워 밀도에 대해서는, 본 실시 형태에 있어서의 발명의 효과를 발휘시키기 위한 상한값은 존재하지 않는다. 파워 밀도가 지나치게 높으면, 촬상 화상 상의 선상 광이 굵게 보여 버려 측정 정밀도가 저하되지만, 노광 시간을 짧게 함으로써, 적절한 촬상 휘도로 하는 것이 용이하기 때문이다.

이상, 도 5 내지 도 9를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)가 갖는 선상 광원(101)에 대하여, 상세하게 설명하였다.

<스크린(103)의 투영면의 표면 조도에 대하여>

이상과 같은 조건을 만족함으로써, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에서는, 스페클 노이즈를 포함하지 않는 선상 광을 얻는 것이 가능하게 되고, 보다 확실한 촬상 처리를 실시 가능하다. 이때, 이하에서 나타내는 바와 같은 투영면을 갖는 스크린(103)을 이용함으로써, 보다 선명한 촬상 화상을 얻을 수 있고, 보다 고정밀도의 측정을 실시하는 것이 가능하게 된다.

본 실시 형태에서는, 스크린(103)의 투영면의 표면 조도를, JIS B0601:2001(ISO4287:1997에 대응하는 규격임)에서 규정되는 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm을 이용하여 평가하기로 한다. JIS B0601:2001에서 규정되는 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm은, 도 10에 모식적으로 도시한 바와 같이, 조도 곡선의 기준 길이 Lr에 있어서의, 윤곽 곡선(조도 곡선) 요소의 길이의 평균을 나타낸 것이다. 따라서, 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm은, 기준 길이 Lr 중에 존재하는 윤곽 요소가 N개인 경우에, 이하의 식 11로 표시되는 값이 된다. 여기서, 이하의 식 11에 있어서, Xsi는 i번째 윤곽 요소의 길이이다.

여기서, JIS B0601:2001에서는, 윤곽 요소를 구성하는 산(골짜기)에는, 최저 높이와 최저 길이에 대하여 규정되어 있다. 즉, 산의 높이(골짜기의 깊이)가 최대 높이의 10％ 이하, 또는 요소의 길이가 계산 구간의 길이의 1％ 이하인 것은 노이즈로 간주하고, 전후에 계속되는 골짜기(산)의 일부로서 취급한다.

도 10에 도시한 예에서는, 기준 길이 Lr 중에 5개의 윤곽 요소가 존재하고 있으며, 각 윤곽 요소의 길이 Xs1 내지 Xs5를 이용하여, RSm=(Xs1+Xs2+Xs3+Xs4+Xs5)/5로 된다.

본 실시 형태에서는, 스크린(103)의 투영면의 표면 요철을 공지의 조도계를 이용하여 관찰하고, 스크린의 투영면의 조도 곡선을 얻었다. 이때, 본 실시 형태에 관한 스크린(103)의 투영면에 관한 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm은, 선상 광의 파장의 10배 이상이고, 또한 스크린(103) 상에서의 스크린의 높이 방향을 따른 선상 광의 반사광의 선폭의 1/10 이하인 것이 바람직하다.

조도 곡선의 요소 평균 길이 Rsm이 선상 광의 파장의 10배 미만인 경우에는, 스크린(103)의 투영면 상에서 선상 광의 반사광이 정반사하는 비율이 높아지고, 에어리어 카메라(105)에 대한 수광량이 감소하는 경우가 있다. 또한, 조도 곡선의 요소 평균 길이 Rsm이 스크린(103) 상에서의 스크린의 높이 방향을 따른 선상 광의 반사광의 선폭의 1/10 초과로 되는 경우에는, 스크린(103)의 투영면의 표면 조도가 지나치게 거칠어지고, 선상 광의 반사광의 상에 스크린의 표면 조도에 기인하는 불균일이 발생하는 경향이 강해진다.

본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에서는, 이상과 같은 표면 조도를 갖는 스크린(103)이라면, 보다 적합하게 이용하는 것이 가능하다. 이러한 스크린(103)은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 Al₂O₃ 등과 같은 금속 산화물이 표면에 형성된 스크린을 이용하는 것이 가능하다.

이상, 도 2 내지 도 10을 참조하면서, 본 발명의 각 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에 대하여, 상세하게 설명하였다.

또한, 이상 설명한 바와 같은, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)는, 촬상 처리가 물리적으로 방해되지 않는 범위 내에서, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체(S)가 반송되는 반송 라인의 임의의 위치에 설치하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)는, 띠 형상체(S)가 소정의 곡률을 갖는 롤의 표면 상에 위치하고 있는 부위(환언하면, 띠 형상체(S)가 소정의 곡률을 갖는 롤에 감겨 있는 부위)에 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 상기와 같은 선상 광은, 소정의 곡률을 갖는 롤의 표면 상에 위치하는 띠 형상체의 표면에 대하여 조사된다. 이러한 부위에 띠 형상체 촬상 장치(100)를 설치함으로써, 반송에 수반하는 띠 형상체(S)의 진동을 억제할 수 있고, 보다 고정밀도의 촬상 처리가 가능하게 된다.

(연산 처리 장치(200)에 대하여)

<연산 처리 장치(200)의 전체 구성에 대하여>

이어서, 도 11을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 연산 처리 장치(200)의 전체 구성에 대하여, 상세하게 설명한다. 도 11은, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치가 갖는 연산 처리 장치의 구성의 일례를 도시한 블록도이다.

본 실시 형태에 관한 연산 처리 장치(200)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 촬상 제어부(201)와, 데이터 취득부(203)와, 화상 처리부(205)와, 표시 제어부(207)와, 기억부(209)를 주로 구비한다.

촬상 제어부(201)는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 통신 장치 등에 의해 실현된다. 촬상 제어부(201)는, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에 의한 선상 광의 반사광의 촬상 처리를 통괄하여 제어한다.

보다 상세하게는, 촬상 제어부(201)는, 선상 광의 반사광의 촬상을 개시하는 경우에, 띠 형상체 촬상 장치(100)에 대하여 선상 광원(101)의 조사를 개시시키기 위한 제어 신호를 송출한다. 또한, 띠 형상체 촬상 장치(100)가 스크린(103)에 투영된 반사광의 촬상을 개시하면, 촬상 제어부(201)는, 띠 형상체(S)의 반송을 제어하고 있는 구동 기구 등으로부터 정기적으로 송출되는 PLG 신호(예를 들어, 강체(S)가 1mm 이동할 때마다 등에 출력되는 PLG 신호)를 취득할 때마다, 에어리어 카메라(105)에 대하여, 촬상을 개시하기 위한 트리거 신호를 송출한다.

데이터 취득부(203)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM, 통신 장치 등에 의해 실현된다. 데이터 취득부(203)는, 띠 형상체 촬상 장치(100)로부터 출력된 촬상 화상 데이터를 취득한다. 데이터 취득부(203)는, 취득한 촬상 화상 데이터를, 후술하는 화상 처리부(205)에 출력한다.

화상 처리부(205)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM, 통신 장치 등에 의해 실현된다. 화상 처리부(205)는, 에어리어 카메라(105)가 생성한 촬상 데이터를 취득하고, 이러한 촬상 데이터에 대하여 이하에서 설명하는 화상 처리를 행하여, 띠 형상체(S)의 표면 형상을 산출한다. 화상 처리부(205)는, 띠 형상체(S)의 표면 형상의 산출 처리를 종료하면, 얻어진 산출 결과에 관한 정보를, 표시 제어부(207)나 기억부(209)에 전송하거나, 형상 측정 장치(10)의 외부에 설치된 각종 기기 등에 전송하거나 한다.

또한, 이 화상 처리부(205)에 대해서는, 이하에서 다시 상세하게 설명한다.

표시 제어부(207)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM, 출력 장치, 통신 장치 등에 의해 실현된다. 표시 제어부(207)는, 화상 처리부(205)로부터 전송된, 띠 형상체(S)의 측정 결과를, 연산 처리 장치(200)가 구비하는 디스플레이 등의 출력 장치나 연산 처리 장치(200)의 외부에 설치된 출력 장치 등에 표시할 때의 표시 제어를 행한다. 이에 의해, 형상 측정 장치(10)의 이용자는, 띠 형상체(S)의 표면 형상에 관한 측정 결과를, 그 자리에서 파악하는 것이 가능하게 된다.

기억부(209)는, 연산 처리 장치(200)가 구비하는 기억 장치의 일례이며, 예를 들어 ROM, RAM, 스토리지 장치 등에 의해 실현된다. 이 기억부(209)에는, 띠 형상체 촬상 장치(100)가 갖는 선상 광원(101)이나 에어리어 카메라(105)의 광학적인 위치 관계를 나타내는 정보나, 형상 측정 장치(10)의 외부에 설치된 상위 계산기(예를 들어, 반송 라인을 전반적으로 관리하고 있는 관리 컴퓨터 등)로부터 전송되는 정보와 같은, 형상 측정 장치(10)의 설계 파라미터에 관한 정보도 저장되어 있다. 또한, 기억부(209)에는, 본 실시 형태에 관한 연산 처리 장치(200)가 어떠한 처리를 행할 때 보존할 필요가 생기는 여러 가지 파라미터나 처리의 도중 경과(예를 들어 화상 처리부(205)로부터 전송된 계측 결과, 사전에 저장되어 있는 각종 데이터나 데이터베이스, 및 프로그램 등)가 적절하게 기록된다. 이 기억부(209)는, 촬상 제어부(201), 데이터 취득부(203), 화상 처리부(205), 표시 제어부(207) 및 상위 계산기 등이, 자유롭게 데이터의 리드/라이트 처리를 행하는 것이 가능하다.

<화상 처리부(205)에 대하여>

이어서, 도 12 내지 도 15를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 연산 처리 장치(200)가 갖는 화상 처리부(205)에 대하여, 상세하게 설명한다.

도 12는, 본 실시 형태에 관한 연산 처리 장치가 갖는 화상 처리부(205)의 구성의 일례를 도시한 블록도이다. 도 13은, 띠 형상체의 표면 상태와 촬상 화상의 관계를 모식적으로 도시한 설명도이고, 도 14는, 띠 형상체의 표면의 기울기와 스크린의 투영면 상에 있어서의 반사광의 변위량의 관계를 모식적으로 도시한 설명도이다. 도 15는, 본 실시 형태에 관한 화상 처리부에서 실시되는 높이 산출 처리를 설명하기 위한 설명도이다.

본 실시 형태에 관한 화상 처리부(205)는, 띠 형상체 촬상 장치(100)에 의해 생성된 촬상 화상을 이용하여, 이러한 촬상 화상에 대하여 화상 처리를 실시함으로써, 띠 형상체(S)의 표면 형상에 관한 정보를 산출한다. 이 화상 처리부(205)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 기울기각 산출부(221)와, 높이 산출부(223)와, 결과 출력부(225)를 갖고 있다.

기울기각 산출부(221)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM 등에 의해 실현된다. 기울기각 산출부(221)는, 띠 형상체 촬상 장치(100)에 의해 생성된 촬상 화상을 이용하여, 띠 형상체(S)의 표면 형상에 관한 정보로서, 띠 형상체(S)의 표면의 기울기각 ω를 산출한다. 이하에서는, 기울기각 산출부(221)에 의해 실시되는 표면의 기울기각 ω의 산출 처리에 대하여, 상세하게 설명한다.

본 실시 형태에 관한 기울기각 산출부(221)는, 촬상 화상에 있어서의 선상 광의 반사상의 굽힘 상태에 기초하여, 띠 형상체(S)의 표면의 기울기각 ω를 산출한다.

도 13의 상태 A로서 모식적으로 도시한 바와 같이, 선상 광이 조사되는 부위의 띠 형상체(S)의 표면이 평탄한 경우에는, 촬상되는 촬상 화상에 있어서의 선상 광의 반사상은, 스크린의 폭 방향을 따라 거의 일직선이 된다. 또한, 도 13의 상태 B로서 모식적으로 도시한 바와 같이, 선상 광이 조사되는 부위(도면 중, 파선으로 둘러싼 영역)에 있어서, 띠 형상체(S)의 표면이 이동 방향을 향하여 내려가도록 경사져 있는 경우에는, 이러한 경사면에서 반사한 선상 광의 반사상은, 평탄한 부분의 반사상의 위치(이하, 「기준 위치」라고도 함)로부터, 스크린의 높이 방향의 하방을 향하여 변위된다. 그 결과, 도 13의 상태 B에 도시한 바와 같이, 촬상 화상에는, 스크린의 폭 방향과 대략 평행으로 되어 있는 직선 부분과, 아래로 볼록한 부분이 혼재하게 된다. 반대로, 도 13의 상태 C로서 모식적으로 도시한 바와 같이, 선상 광이 조사되는 부위(도면 중, 파선으로 둘러싼 영역)에 있어서, 띠 형상체(S)의 표면이 이동 방향을 향하여 올라가도록 경사져 있는 경우에는, 이러한 경사면에서 반사한 선상 광의 반사상은, 평탄한 부분의 반사상의 위치로부터, 스크린의 높이 방향의 상방을 향하여 변위된다. 그 결과, 도 13의 상태 C에 도시한 바와 같이, 촬상 화상에는, 스크린의 폭 방향과 대략 평행으로 되어 있는 직선 부분과, 위로 볼록한 부분이 혼재하게 된다.

도 13에 있어서의 상태 B 및 상태 C에 있어서 모식적으로 도시한 바와 같은, 기준 위치로부터의 반사상의 변위량은, 띠 형상체(S)의 표면의 기울기각 ω의 크기에 비례한다. 따라서, 기울기각 산출부(221)는, 우선, 촬상 화상에 있어서, 스크린(103)의 높이 방향(이하, 「Y 방향」이라고도 함)의 휘도 분포가 최대로 되는 위치를, 휘도값을 이용한 무게 중심 연산에 의해 특정하여, 반사상의 선폭의 중심으로 한다. 그리고 나서, 기울기각 산출부(221)는, 촬상 화상에 있어서, 스크린(103)의 폭 방향(이하, 「X 방향」이라고도 함)을 따라, 반사상의 선폭의 중심 위치의 변화를 특정해 간다. 이에 의해, 기울기각 산출부(221)는, 촬상 화상에 있어서의 각 X 좌표에 있어서, 기준 위치(즉, 스크린의 폭 방향과 대략 평행으로 되어 있는 직선 부분에서의 Y 좌표)와의 차(즉, 기준 위치로부터의 변위량 ΔY)를 특정할 수 있다.

촬상 화상에 있어서의 반사상의 변위는, 선상 광의 선폭(LW)보다 큰 표면 형상의 변화에 기인하고 있고, 선상 광의 선폭(LW)보다 큰 표면 형상의 변화가 발생한 띠 형상체(S)의 표면에서 반사된 선상 광은, 이러한 부분의 기울기의 방향 및 각도에 따라, 스크린(103)의 투영면 상을 상하 이동한다. 여기서, 촬상 화상에 있어서의 반사상의 기준 위치로부터의 변위량 ΔY와, 띠 형상체(S)의 표면 형상의 기울기각 ω의 관계는, 광 레버의 원리에 의해, 도 14에 도시한 바와 같이 ΔY=Lㆍtan2ω로 제공된다. 또한, L은, 선상 광의 띠 형상체(S)에 대한 입사점에서부터 스크린(103)까지의 수평 거리이다. 따라서, 주목하는 표면의 기울기각 ω는, ω=(1/2)×tan^-1(ΔY/L)이라고 하는 연산을 행함으로써 산출할 수 있다. 이때, 수평 거리 L은, 띠 형상체 촬상 장치(100)의 설계 파라미터로서 사전에 파악하는 것이 가능하기 때문에, 기울기각 산출부(221)는, 촬상 화상을 해석함으로써 얻어지는 기준 위치로부터의 변위량 ΔY를 이용하여, 기울기각 ω를 산출할 수 있다.

기울기각 산출부(221)는, 이상 설명한 바와 같은 처리를 실시함으로써, 선상 광이 조사되는 부위에 있어서의 띠 형상체(S)의 표면의 기울기의 분포를 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어지는 기울기의 값의 데이터군이, 띠 형상체(S)의 형상(보다 상세하게는, 표면 형상)을 검사할 때 사용되는 검사용 정보가 된다. 여기서, 이러한 검사용 정보에 포함되는 기울기의 값을, 휘도값의 고저나 농담으로 치환함으로써, 검사용 정보를 영상화하는 것도 가능하다. 생성된 기울기각에 관한 데이터를 복수의 촬상 화상 간에서 정리하여 영상화하고, 기울기 화상으로 함으로써, 기울기 화상에 기초하는 형상 검사를 행하는 것도 가능하게 된다.

또한, 기울기각 산출부(221)는, 산출한 기울기각을, 소정의 역치와 비교함으로써, 띠 형상체(S)의 표면의 형상의 검사를 행하는 것도 가능하다. 즉, 과거의 조업 데이터 등에 기초하여 공지의 통계 처리 등을 실시함으로써, 띠 형상체(S)의 표면에 이상 부분이 존재하는 경우에 있어서의 표면의 기울기각의 역치를 미리 특정해 두고, 기억부(209) 등에 저장해 둔다. 그리고 나서, 기울기각 산출부(221)는, 산출한 기울기각의 값과 역치의 대소 관계를 특정함으로써, 주목하고 있는 띠 형상체(S)의 표면에 이상 부분이 존재하는지 여부를 검사하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)에서 생성되는 촬상 화상에는, 스페클 노이즈에 기인하는 휘도 변화가 중첩되어 있지 않기 때문에, 촬상 화상에 있어서의 반사상의 휘도 변화는, 띠 형상체(S)의 표면에 존재하고 있는 형상 변화, 또는 띠 형상체(S)의 표면에 부착되어 있는 오염물 중 어느 것에 기인한다고 생각된다. 그래서, 기울기각 산출부(221)는, 이상과 같이 하여 특정한 기울기각에 관한 정보와, 촬상 화상에 있어서의 휘도값의 변화를 종합적으로 고려함으로써, 표면 형상의 변화와, 무해한 오염물을 고정밀도로 구별하는 것이 가능하게 된다.

기울기각 산출부(221)는, 이상과 같이 하여 생성한 띠 형상체(S)의 표면의 기울기각에 관한 데이터를, 높이 산출부(223)에 출력한다. 또한, 기울기각 산출부(221)는, 생성된 띠 형상체(S)의 표면의 기울기각에 관한 데이터 그 자체나, 띠 형상체(S)의 표면의 검사 결과 등을, 결과 출력부(225)에 대하여 출력해도 된다.

높이 산출부(223)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM 등에 의해 실현된다. 높이 산출부(223)는, 기울기각 산출부(221)에 의해 산출된 띠 형상체(S)의 표면의 기울기각을 이용하여, 띠 형상체(S)의 표면 형상에 관한 정보로서, 주목하고 있는 띠 형상체(S)의 표면의 높이를 산출한다. 구체적으로는, 높이 산출부(223)는, 기울기각 산출부(221)에 의해 산출된 띠 형상체(S)의 표면의 기울기각 ω를 이용하여, 기울기각의 정접 tanω를, 도 15에 도시한 바와 같이, 띠 형상체(S)의 이동 방향(환언하면, 촬상 화상에 있어서의 Y 방향)을 따라 적분해 감으로써, 띠 형상체(S)의 표면의 높이(기준 높이로부터의 차분값)를 산출한다.

높이 산출부(223)는, 이상 설명한 바와 같은 적분 처리를, 각 촬상 화상으로부터 얻어진 표면의 기울기각에 관한 데이터의 모든 요소에 대하여 실시함으로써, 띠 형상체(S)의 표면 전체에 대한 표면의 높이에 관한 데이터군(환언하면, 표면의 높이에 관한 맵 데이터)을 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어지는 표면의 높이에 관한 데이터군이, 띠 형상체(S)의 형상(보다 상세하게는, 표면 형상)을 검사할 때 사용되는 검사용 정보가 된다. 여기서, 이러한 검사용 정보에 포함되는 표면의 높이에 관한 값을, 휘도값의 고저나 농담으로 치환함으로써, 검사용 정보를 영상화하는 것도 가능하다. 높이 산출부(223)는, 생성된 표면의 높이에 관한 맵 데이터를 영상화하여 높이 화상으로 함으로써, 높이 화상에 기초하는 형상 검사를 행하는 것도 가능하게 된다.

높이 산출부(223)는, 이상과 같이 하여 생성된 띠 형상체(S)의 표면의 높이에 관한 데이터를, 결과 출력부(225)에 출력한다.

결과 출력부(225)는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM, 출력 장치 등에 의해 실현된다. 결과 출력부(225)는, 기울기각 산출부(221) 및 높이 산출부(223)에 의해 생성된 띠 형상체(S)의 표면 형상에 관한 각종 정보를, 표시 제어부(207)에 출력한다. 이에 의해, 띠 형상체(S)의 표면 형상의 측정 결과에 관한 여러 가지 정보가, 디스플레이 등의 표시부(도시하지 않음)에 출력된다. 또한, 결과 출력부(225)는, 얻어진 표면 형상의 산출 결과를, 제조 관리용 프로세스 컴퓨터 등의 외부 장치에 출력해도 되고, 얻어진 형상 산출 결과를 이용하여, 제품에 관한 각종 리스트를 작성해도 된다. 또한, 결과 출력부(225)는, 띠 형상체(S)의 표면 형상에 관한 정보를, 당해 정보를 산출한 일시 등에 관한 시각 정보와 관련지어, 기억부(209) 등에 이력 정보로서 저장해도 된다.

이상, 본 실시 형태에 관한 연산 처리 장치(200)의 기능의 일례를 나타내었다. 상기의 각 구성 요소는, 범용적인 부재나 회로를 사용하여 구성되어도 되고, 각 구성 요소의 기능에 특화된 하드웨어에 의해 구성되어도 된다. 또한, 각 구성 요소의 기능을, CPU 등이 모두 행해도 된다. 따라서, 본 실시 형태를 실시할 때의 기술 레벨에 따라, 적절하게, 이용하는 구성을 변경하는 것이 가능하다.

또한, 상술한 바와 같은 본 실시 형태에 관한 연산 처리 장치의 각 기능을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램을 제작하고, 퍼스널 컴퓨터 등에 실장하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체도 제공할 수 있다. 기록 매체는, 예를 들어 자기 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, 플래시 메모리 등이다. 또한, 상기 컴퓨터 프로그램은, 기록 매체를 사용하지 않고, 예를 들어 네트워크를 통하여 배신해도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)에 따르면, 특정한 조건을 만족하는 선상 광을 이용하여, 광 레버의 원리에 의해, 띠 형상체(S)의 표면 형상을 보다 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)에서는, 특정한 조건을 만족하는 선상 광을, 띠 형상체(S)의 표면에 대하여 소정의 조건을 만족하도록 집광시키고 있기 때문에, 에어리어 카메라(105)의 데이터의 읽어들이기 높이를 작게 하는 것이 가능하게 되고, 한층 더한 처리의 고속화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)에서는, 스페클 노이즈의 발생을 방지한 선상 광을 이용하고 있기 때문에, 촬상 화상에 기초하여 산출되는 표면의 기울기의 변화와, 촬상 화상에 있어서의 휘도값의 변화를 독립적으로 검출하는 것이 가능하게 된다.

(형상 측정 방법의 흐름에 대하여)

이어서, 도 16을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)에서 실시되는 형상 검사 방법의 흐름의 일례에 대하여, 간단하게 설명한다. 도 16은, 본 실시 형태에 관한 형상 검사 방법의 흐름의 일례를 도시한 흐름도이다.

형상 측정 장치(10)의 띠 형상체 촬상 장치(100)의 선상 광원(101)은, 연산 처리 장치(200)의 촬상 제어부(201)의 제어 하에서, 띠 형상체(S)의 표면에 대하여, 앞서 설명한 바와 같은 선상 광을, 소정의 조건을 만족하도록 조사한다(스텝 S101). 그리고 나서, 띠 형상체 촬상 장치(100)의 에어리어 카메라(105)는, 스크린(103)의 투영면 상에서의 선상 광의 반사광을 촬상하고(스텝 S103), 생성된 촬상 화상의 데이터를, 연산 처리 장치(200)에 출력한다.

연산 처리 장치(200)의 데이터 취득부(203)는, 띠 형상체 촬상 장치(100)로부터 출력된 촬상 화상의 데이터를 취득하면, 취득한 측정 데이터를, 화상 처리부(205)의 기울기각 산출부(221)에 출력한다.

기울기각 산출부(221)는, 띠 형상체 촬상 장치(100)에 의해 생성된 촬상 화상을 이용하여, 주목하는 띠 형상체(S)의 표면의 기울기각에 관한 데이터(즉, 선상 광의 조사 영역의 기울기각)를 산출한다(스텝 S105). 그 후, 기울기각 산출부(221)는, 산출한 기울기각에 관한 데이터를, 높이 산출부(223)에 출력한다.

그 후, 높이 산출부(223)는, 기울기각 산출부(221)로부터 출력된 기울기각에 관한 데이터에 저장되어 있는 기울기각을 이용하여, 기울기각의 정접을 적분함으로써, 띠 형상체(S)의 표면의 높이를 산출한다(스텝 S107). 높이 산출부(223)는, 얻어진 띠 형상체(S)의 표면의 높이에 관한 데이터를, 결과 출력부(225)에 출력한다.

결과 출력부(225)는, 띠 형상체(S)의 표면 형상에 관한 각종 정보가 입력되면, 얻어진 정보를, 유저나 외부에 설치된 각종 기기에 출력한다(스텝 S109). 이에 의해, 유저는, 띠 형상체(S)의 형상에 관한 각종 정보를 파악하는 것이 가능하게 된다.

이상, 도 16을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 형상 측정 장치(10)에서 실시되는 형상 검사 방법의 흐름의 일례에 대하여, 간단하게 설명하였다.

(하드웨어 구성에 대하여)

이어서, 도 17을 참조하면서, 본 발명의 각 실시 형태에 관한 연산 처리 장치(200)의 하드웨어 구성에 대하여, 상세하게 설명한다. 도 17은, 본 발명의 실시 형태에 관한 연산 처리 장치(200)의 하드웨어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

연산 처리 장치(200)는, 주로, CPU(901)와 ROM(903)과 RAM(905)을 구비한다. 또한, 연산 처리 장치(200)는, 추가로 버스(907)와, 입력 장치(909)와, 출력 장치(911)와, 스토리지 장치(913)와, 드라이브(915)와, 접속 포트(917)와, 통신 장치(919)를 구비한다.

CPU(901)는, 중심적인 처리 장치 및 제어 장치로서 기능하고, ROM(903), RAM(905), 스토리지 장치(913), 또는 리무버블 기록 매체(921)에 기록된 각종 프로그램에 따라, 연산 처리 장치(200) 내의 동작 전반 또는 그의 일부를 제어한다. ROM(903)은, CPU(901)가 사용하는 프로그램이나 연산 파라미터 등을 기억한다. RAM(905)은, CPU(901)가 사용하는 프로그램이나, 프로그램의 실행에 있어서 적절하게 변화하는 파라미터 등을 1차 기억한다. 이들은 CPU 버스 등의 내부 버스에 의해 구성되는 버스(907)에 의해 서로 접속되어 있다.

버스(907)는, 브리지를 통하여, PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface) 버스 등의 외부 버스에 접속되어 있다.

입력 장치(909)는, 예를 들어 마우스, 키보드, 터치 패널, 버튼, 스위치 및 레버 등 유저가 조작하는 조작 수단이다. 또한, 입력 장치(909)는, 예를 들어 적외선이나 그 밖의 전파를 이용한 리모트 컨트롤 수단(소위, 리모컨)이어도 되고, 연산 처리 장치(200)의 조작에 대응한 PDA 등의 외부 접속 기기(923)여도 된다. 또한, 입력 장치(909)는, 예를 들어 상기 조작 수단을 사용하여 유저에 의해 입력된 정보에 기초하여 입력 신호를 생성하며, CPU(901)에 출력하는 입력 제어 회로 등으로 구성되어 있다. 유저는, 이 입력 장치(909)를 조작함으로써, 연산 처리 장치(200)에 대하여 각종 데이터를 입력하거나 처리 동작을 지시하거나 할 수 있다.

출력 장치(911)는, 취득한 정보를 유저에 대하여 시각적 또는 청각적으로 통지하는 것이 가능한 장치로 구성된다. 이러한 장치로서, CRT 디스플레이 장치, 액정 디스플레이 장치, 플라스마 디스플레이 장치, EL 디스플레이 장치 및 램프 등의 표시 장치나, 스피커 및 헤드폰 등의 음성 출력 장치나, 프린터 장치, 휴대 전화, 팩시밀리 등이 있다. 출력 장치(911)는, 예를 들어 연산 처리 장치(200)가 행한 각종 처리에 의해 얻어진 결과를 출력한다. 구체적으로는, 표시 장치는, 연산 처리 장치(200)가 행한 각종 처리에 의해 얻어진 결과를, 텍스트 또는 이미지로 표시한다. 한편, 음성 출력 장치는, 재생된 음성 데이터나 음향 데이터 등으로 이루어지는 오디오 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.

스토리지 장치(913)는, 연산 처리 장치(200)의 기억부의 일례로서 구성된 데이터 저장용 장치이다. 스토리지 장치(913)는, 예를 들어 HDD(Hard Disk Drive) 등의 자기 기억 디바이스, 반도체 기억 디바이스, 광 기억 디바이스, 또는 광자기 기억 디바이스 등에 의해 구성된다. 이 스토리지 장치(913)는, CPU(901)가 실행하는 프로그램이나 각종 데이터, 및 외부로부터 취득한 각종 데이터 등을 저장한다.

드라이브(915)는, 기록 매체용 리더/라이터이며, 연산 처리 장치(200)에 내장 혹은 외장된다. 드라이브(915)는, 장착되어 있는 자기 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, 또는 반도체 메모리 등의 리무버블 기록 매체(921)에 기록되어 있는 정보를 판독하여, RAM(905)에 출력한다. 또한, 드라이브(915)는, 장착되어 있는 자기 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, 또는 반도체 메모리 등의 리무버블 기록 매체(921)에 기록을 기입하는 것도 가능하다. 리무버블 기록 매체(921)는, 예를 들어 CD 미디어, DVD 미디어, Blu-ray(등록 상표) 미디어 등이다. 또한, 리무버블 기록 매체(921)는, 컴팩트 플래시(등록 상표)(CompactFlash: CF), 플래시 메모리, 또는 SD 메모리 카드(Secure Digital memory card) 등이어도 된다. 또한, 리무버블 기록 매체(921)는, 예를 들어 비접촉형 IC칩을 탑재한 IC 카드(Integrated Circuit card) 또는 전자 기기 등이어도 된다.

접속 포트(917)는, 기기를 연산 처리 장치(200)에 직접 접속하기 위한 포트이다. 접속 포트(917)의 일례로서, USB(Universal Serial Bus) 포트, IEEE1394 포트, SCSI(Small Computer System Interface) 포트, RS-232C 포트 등이 있다. 이 접속 포트(917)에 외부 접속 기기(923)를 접속함으로써, 연산 처리 장치(200)는, 외부 접속 기기(923)로부터 직접 각종 데이터를 취득하거나, 외부 접속 기기(923)에 각종 데이터를 제공하거나 한다.

통신 장치(919)는, 예를 들어 통신망(925)에 접속하기 위한 통신 디바이스 등으로 구성된 통신 인터페이스이다. 통신 장치(919)는, 예를 들어 유선 혹은 무선 LAN(Local Area Network), Bluetooth(등록 상표), 또는 WUSB(Wireless USB)용 통신 카드 등이다. 또한, 통신 장치(919)는, 광통신용 라우터, ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)용 라우터, 또는 각종 통신용 모뎀 등이어도 된다. 이 통신 장치(919)는, 예를 들어 인터넷이나 다른 통신 기기와의 사이에서, 예를 들어 TCP/IP 등의 소정의 프로토콜에 의거하여 신호 등을 송수신할 수 있다. 또한, 통신 장치(919)에 접속되는 통신망(925)은, 유선 또는 무선에 의해 접속된 네트워크 등에 의해 구성되고, 예를 들어 인터넷, 가정 내 LAN, 회사 내 LAN, 적외선 통신, 라디오파 통신 또는 위성 통신 등이어도 된다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 관한 연산 처리 장치(200)의 기능을 실현 가능한 하드웨어 구성의 일례를 나타내었다. 상기 각 구성 요소는, 범용적인 부재를 사용하여 구성되어도 되고, 각 구성 요소의 기능에 특화된 하드웨어에 의해 구성되어도 된다. 따라서, 본 실시 형태를 실시할 때의 기술 레벨에 따라, 적절하게, 이용하는 하드웨어 구성을 변경하는 것이 가능하다.

실시예

이하에서는, 실시예를 나타내면서, 본 발명에 관한 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법에 대하여, 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는, 본 발명에 관한 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법의 어디까지나 일례이며, 본 발명에 관한 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법이 하기의 예에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서는, 도 2에 도시한 바와 같은 띠 형상체 촬상 장치(100)를 이용하여, 평탄한 것이 기지인 강판의 표면을 촬상하였다.

이때, 선상 광원(101)으로서, 파장 800nm의 광을 스펙트럼 반값폭 30nm로 출사 가능한 슈퍼루미네센트 다이오드를 이용하여, 강판 표면으로부터 300mm 이격된 위치로부터 강판 표면을 향하여, 선상 광을, 입사각 θ=83도가 되도록 집광하면서 조사하였다. 상기와 같은 선상 광의 파장 λ 및 입사각 θ는, 상기 식 3으로 표시되는 관계를 만족하고 있다. 또한, 강판 표면에 있어서의 선상 광의 선폭(LW)은 2mm로 하고, 강판 표면에 있어서의 선상 광의 파워 밀도는 55mW/㎠가 되도록 하였다.

스크린(103)으로서는, 표면에 Al₂O₃ 피막이 형성된 Al₂O₃판을 이용하였다. 이러한 스크린(103)은, 투영면에서의 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm이 0.01mm이며, 이러한 RSm의 값은, 앞서 설명한 조건을 만족하는 것으로 되어 있다.

에어리어 카메라(105)로서는, 일반적인 촬상 소자가 탑재된 에어리어 카메라를 이용하였다. 스크린(103)과 에어리어 카메라(105)의 이격 거리(도 14에 있어서의 거리 L)는 350mm로 하였다. 이러한 에어리어 카메라(105)를 사용한 경우에 있어서의 스크린(103)의 투영면 상에서의 촬상 분해능은 0.2mm/화소였다.

또한, 비교로서, 스펙트럼 반값폭이 1nm인 파장 810nm의 레이저 광원을 사용하고, 그 밖의 조건은 마찬가지로 하여 촬상을 행하였다.

얻어진 2종류의 촬상 화상에 대하여, 휘도값을 사용한 무게 중심 연산에 의해 반사상의 선폭의 중심 위치를 산출하고, 스크린의 폭 방향을 따라, 이러한 중심 위치의 추이를 특정하였다.

얻어진 결과를, 도 18a 및 도 18b에 도시하였다. 도 18a는, 선상 광원(101)으로서 슈퍼루미네센트 다이오드를 사용한 경우의 결과이고, 도 18b는, 선상 광원(101)으로서 레이저 광원을 사용한 경우의 결과이다. 또한, 도 18a 및 도 18b에 있어서, 종축 및 횡축의 단위는 화소이며, 1화소는 0.2mm에 상당한다.

본 실시예에서는, 평탄한 것이 기지인 강판의 표면을 촬상한 것이기 때문에, 반사상의 선폭의 중심 위치의 추이는, 이상적으로는 거의 평탄하게 될 것이다. 도 18a 및 도 18b를 비교하면 명백한 바와 같이, 레이저 광원을 사용한 경우에는, 스페클 노이즈가 발생하여, 반사상의 선폭의 중심 위치는 격렬하게 변동하는 것에 비해, 슈퍼루미네센트 다이오드를 사용한 경우에는, 반사상의 선폭의 중심 위치의 변동은 잘 억제되어 있음을 알 수 있다. 도 18a 및 도 18b의 양쪽에 대하여, 높이의 표준 편차를 산출한바, 도 18a에서는 0.2화소(=0.04mm)였던 것에 비해, 도 18b에서는 0.6화소(=0.12mm)였다. 즉, 본 발명에 관한 띠 형상체 촬상 장치(100)를 이용함으로써, 종래의 레이저 광원을 사용한 촬상 장치에 비하여, 3배의 정밀도 향상이 도모되게 된다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자라면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하며, 이것들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

10: 형상 측정 장치
100: 띠 형상체 촬상 장치
101: 선상 광원
103: 스크린
105: 에어리어 카메라
200: 연산 처리 장치
201: 촬상 제어부
203: 데이터 취득부
205: 화상 처리부
207: 표시 제어부
209: 기억부
221: 기울기각 산출부
223: 높이 산출부
225: 결과 출력부

Claims

금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 측정하는 형상 측정 장치이며,
상기 띠 형상체의 표면에 대하여, 상기 띠 형상체의 폭 방향으로 확산되는 선상 광을 조사하는, 슈퍼루미네센트 다이오드(SuperLuminescent Diode)로 이루어지는 선상 광원과,
상기 띠 형상체의 표면에서의 상기 선상 광의 반사광이 투영되는 스크린과,
상기 스크린에 투영된 상기 선상 광의 반사광을 촬상하는 에어리어 카메라와,
상기 에어리어 카메라에 의해 촬상된 상기 선상 광의 반사광의 촬상 화상을 사용하여, 상기 띠 형상체의 표면 형상을 산출하는 연산 처리 장치를 구비하고,
상기 선상 광원은,
스펙트럼 반값폭이 20nm 이상이고, 또한
상기 선상 광원의 광축과 상기 띠 형상체의 표면 법선 방향이 이루는 각 θ와, 상기 선상 광의 파장 λ가, 상기 띠 형상체의 경면성에 관한 이하의 식 (I)을 만족하도록 배치되고,
상기 띠 형상체의 표면에 있어서, 상기 띠 형상체의 긴 변 방향을 따른 상기 선상 광의 선폭(W)은, 측정하고 싶은 상기 표면 형상의 상기 긴 변 방향을 따른 크기의 최솟값을 L_min으로 하고, 상기 선상 광의 파장을 λ로 하였을 때, 이하의 식 (II)를 만족하도록 제어되는, 형상 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 선상 광의 파장은 800nm 이상 1700nm 이하인, 형상 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선상 광원은, 상기 선상 광원의 광축과 상기 띠 형상체의 표면 법선 방향이 이루는 각 θ가 74도 이상 88도 이하의 범위 내가 되도록, 상기 식 (I)에 기초하여 배치되는, 형상 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 띠 형상체의 표면에서의 상기 선상 광의 파워 밀도는 55mW/㎠ 이상인, 형상 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스크린에 있어서의 상기 선상 광의 반사광의 투영면은, JIS B0601:2001에서 규정되는 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm이, 상기 선상 광의 파장의 10배 이상이고, 또한 당해 스크린 상에서의 상기 스크린의 높이 방향을 따른 상기 선상 광의 반사광의 선폭의 1/10 이하인 표면 조도를 갖는, 형상 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선상 광은, 소정의 곡률을 갖는 롤의 표면 상에 위치하는 상기 띠 형상체의 표면에 대하여 조사되는, 형상 측정 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연산 처리 장치는, 상기 촬상 화상에 있어서의 상기 반사광의 기준 위치로부터의 변위량으로부터, 상기 표면 형상에 관한 정보로서 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각을 산출하는, 형상 측정 장치.
제7항에 있어서, 상기 연산 처리 장치는, 산출한 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각의 정접을 상기 에어리어 카메라와 상기 띠 형상체의 상대적인 이동 방향을 따라 적분함으로써, 상기 표면 형상에 관한 정보로서 상기 띠 형상체의 표면의 높이를 산출하는, 형상 측정 장치.
제7항에 있어서, 상기 연산 처리 장치는, 산출한 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각을 소정의 역치와 비교함으로써, 상기 띠 형상체의 형상을 검사하는, 형상 측정 장치.
금속체로 이루어지는 띠 형상체의 표면 형상을 측정하는 형상 측정 방법이며,
상기 띠 형상체의 표면에 대하여, 슈퍼루미네센트 다이오드(SuperLuminescent Diode)로 이루어지는 선상 광원을 사용하여, 상기 띠 형상체의 폭 방향으로 확산되는 선상 광을 조사하는 조사 스텝과,
스크린에 대하여, 상기 띠 형상체의 표면에서의 상기 선상 광의 반사광을 투영하는 스텝과,
에어리어 카메라를 사용하여, 상기 스크린에 투영된 상기 선상 광의 반사광을 촬상하는 촬상 스텝과,
상기 에어리어 카메라에 의해 촬상된 상기 선상 광의 반사광의 촬상 화상을 사용하여, 상기 띠 형상체의 표면 형상을 산출하는 산출 스텝을 포함하고,
상기 선상 광원은,
스펙트럼 반값폭이 20nm 이상이고, 또한
상기 선상 광원의 광축과 상기 띠 형상체의 표면 법선 방향이 이루는 각 θ와, 상기 선상 광의 파장 λ가, 상기 띠 형상체의 경면성에 관한 이하의 식 (I)을 만족하도록 배치되고,
상기 띠 형상체의 표면에 있어서, 상기 띠 형상체의 긴 변 방향을 따른 상기 선상 광의 선폭(W)은, 측정하고 싶은 상기 표면 형상의 상기 긴 변 방향을 따른 크기의 최솟값을 L_min으로 하고, 상기 선상 광의 파장을 λ로 하였을 때, 이하의 식 (II)를 만족하도록 제어되는, 형상 측정 방법.
제10항에 있어서, 상기 선상 광의 파장은 800nm 이상 1700nm 이하인, 형상 측정 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 선상 광원은, 상기 선상 광원의 광축과 상기 띠 형상체의 표면 법선 방향이 이루는 각 θ가 74도 이상 88도 이하의 범위 내가 되도록, 상기 식 (I)에 기초하여 배치되는, 형상 측정 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 띠 형상체의 표면에서의 상기 선상 광의 파워 밀도는 55mW/㎠ 이상인, 형상 측정 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 스크린에 있어서의 상기 선상 광의 반사광의 투영면은, JIS B0601:2001에서 규정되는 조도 곡선의 요소 평균 길이 RSm이, 상기 선상 광의 파장의 10배 이상이고, 또한 당해 스크린 상에서의 상기 스크린의 높이 방향을 따른 상기 선상 광의 반사광의 선폭의 1/10 이하인 표면 조도를 갖는, 형상 측정 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 선상 광은, 소정의 곡률을 갖는 롤의 표면 상에 위치하는 상기 띠 형상체의 표면에 대하여 조사되는, 형상 측정 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 산출 스텝은, 상기 촬상 화상에 있어서의 상기 반사광의 기준 위치로부터의 변위량으로부터, 상기 표면 형상에 관한 정보로서 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각을 산출하는, 형상 측정 방법.
제16항에 있어서, 상기 산출 스텝은, 산출한 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각의 정접을 상기 에어리어 카메라와 상기 띠 형상체의 상대적인 이동 방향을 따라 적분함으로써, 상기 표면 형상에 관한 정보로서 상기 띠 형상체의 표면의 높이를 산출하는, 형상 측정 방법.
제16항에 있어서, 산출된 상기 띠 형상체의 표면의 기울기각을 소정의 역치와 비교하여, 상기 띠 형상체의 형상을 검사하는 검사 스텝을 더 포함하는, 형상 측정 방법.
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