WO2017204119A1 - 形状測定装置及び形状測定方法 - Google Patents

形状測定装置及び形状測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】スペックルノイズの発生を抑制しつつ、金属体からなる帯状体の表面形状をより高速かつ高精度に測定すること。 【解決手段】本発明に係る形状測定装置は、前記帯状体の表面に対して、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する、スーパールミネッセントダイオードからなる線状光源と、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エリアカメラと、前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する演算処理装置と、を備え、前記線状光源は、スペクトル半値幅が20nm以上であり、かつ、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する式(I)を満足するように配置されている。

Description

形状測定装置及び形状測定方法
 本発明は、形状測定装置及び形状測定方法に関する。
 測定対象物の表面形状を測定する方法の一つに、レーザ光等を利用した照明光を用い、照明光の測定対象物からの反射光を撮像することで、測定対象物の表面形状を測定する方法がある。
 例えば、以下の特許文献1では、移動する鋼板等の帯状体を測定対象物とし、光てこ(Optical Lever)の原理に基づいて、帯状体の表面形状を測定する技術が開示されている。より詳細には、以下の特許文献1では、帯状体の幅方向に沿って照射した線状光を鏡面反射させることでスクリーンに投影し、スクリーン上の反射像をエリアカメラにより撮像して、縞画像を得ている。その後、得られた縞画像に対して所定の画像処理を施すことで、帯状体の表面形状が測定されている。
 また、上記特許文献1に開示されているような光てこの原理に基づく技術ではないものの、上記特許文献1と類似した技術として、以下の特許文献2では、平面状被検査物の表面に対してレーザ光の光束を照射し、平面状被検査物の表面での光束の反射光をスクリーンに投影させた上で、平面状被検査物の表面の凹凸によって生じた光束の粗密により生じたスクリーン上の明暗を観察する技術が開示されている。
特開2004-184397号公報 特開平5-99639号公報
P.Beckmann,"Scattering by composite rough surfaces",Proceedings of the IEEE,vol.53,issue.8,1965,P.1012-1015.
 上記特許文献1では、上記線状光の光源として、主にレーザ光源を用いる旨が開示されている。しかしながら、本発明者らによる検討の結果、線状光としてレーザ光を用いた場合には、スクリーン上に投影された線状光の反射像にスペックルノイズが発生してしまい、高精度な測定が困難となることが明らかとなった。また、上記特許文献1では、レーザ光源以外の光源として、白色光源、帯状光ファイバ束とロッドレンズとの組み合わせ、直管形蛍光灯とスリットと柱状レンズとの組み合わせが開示されている。しかしながら、これらの光源を利用した場合には、発光部の大きさが大きいために集光して細い線状光とすることが困難であり、高精度な測定が困難となることが明らかとなった。
 上記特許文献2では、レーザ光の光束を平面状被検査物の表面で集光させず、広がり角を持つように照射しているため、スクリーン上での反射光の像の大きさが大きくなってしまう。スクリーン上での像の大きさが大きくなると、カメラにおけるデータの読み込みエリアが大きくなり、画像の転送速度の制約により高速な探傷を行うことが困難となる。また、上記特許文献2においても、光源としてレーザ光源を利用しているため、スクリーン上に投影された線状光の反射像にスペックルノイズが発生してしまう。上記特許文献2では、かかるスペックルノイズを除去するために、(a)スペックルノイズの平均的な大きさよりもカメラの分解能を下げた上で、(b)カメラ分解能低下による検出感度低下を、被検査物上の反射位置とスクリーンとの間の距離を大きくすることで防止する旨が実施されている。しかしながら、反射位置とスクリーンとの間の距離を大きくしてしまうと、反射光の広がりによりスクリーン上の反射光の像が暗くなってしまい、より長い露光時間が必要となる。そのため、上記特許文献2に開示されている技術では、高速な探傷を行うことが困難となる。
 更には、上記特許文献2に開示されている技術では、同文献中でも言及されているが、平面状被検査物の表面での反射率変化と、平面状被検査物の表面の形状変化と、を分離することができない。そのため、上記特許文献2に開示されている技術を、例えば鉄鋼製品に代表される金属体に適用した際に、表面に製造ラインでの無害な汚れ等が付着した場合には、無害な汚れを表面形状の変化として誤検出してしまう可能性が高い。
 そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、スペックルノイズの発生を抑制しつつ、金属体からなる帯状体の表面形状をより高速かつより高精度に測定することが可能な、形状測定装置及び形状測定方法を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定装置であって、
 前記帯状体の表面に対して、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する、スーパールミネッセントダイオード(SuperLuminescent Diode)からなる線状光源と、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エリアカメラと、前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する演算処理装置と、を備え、前記線状光源は、スペクトル半値幅が20nm以上であり、かつ、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式(I)を満足するように配置されている、形状測定装置が提供される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Wは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をLminとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式(II)を満足するように制御されることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 前記線状光の波長は、800nm以上1700nm以下であることが好ましい。
 前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが74度以上88度以下の範囲内となるように、前記式(I)に基づき配置されることが好ましい。
 前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、55mW/cm以上であることが好ましい。
 前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、JIS B0601:2001で規定される粗さ曲線の要素平均長さRSmが、前記線状光の波長の10倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の1/10以下である表面粗さを有することが好ましい。
 前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射されてもよい。
 前記演算処理装置は、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出してもよい。
 前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出してもよい。
 前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較することで、前記帯状体の形状を検査してもよい。
 また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定方法であって、前記帯状体の表面に対して、スーパールミネッセントダイオード(SuperLuminescent Diode)からなる線状光源を用いて、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する照射ステップと、スクリーンに対し、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光を投影するステップと、エリアカメラを用いて、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ステップと、前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する算出ステップと、を含み、前記線状光源は、スペクトル半値幅が20nm以上であり、かつ、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式(I)を満足するように配置されている形状測定方法が提供される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Wは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をLminとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式(II)を満足するように制御されることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 前記線状光の波長は、800nm以上1700nm以下であることが好ましい。
 前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが74度以上88度以下の範囲内となるように、前記式(I)に基づき配置されることが好ましい。
 前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、55mW/cm以上であることが好ましい。
 前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、JIS B0601:2001で規定される粗さ曲線の要素平均長さRSmが、前記線状光の波長の10倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の1/10以下である表面粗さを有することが好ましい。
 前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射されてもよい。
 前記算出ステップは、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出してもよい。
 前記算出ステップは、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出してもよい。
 前記形状測定方法は、算出された前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較して、前記帯状体の形状を検査する検査ステップを更に含んでもよい。
 以上説明したように本発明によれば、スペックルノイズの発生を抑制しつつ、金属体からなる帯状体の表面形状をより高速かつより高精度に測定することが可能である。
本発明の実施形態に係る形状測定装置の全体構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る形状測定装置が有する帯状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る帯状体撮像装置により生成される撮像画像の一例を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。 同実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。 線状光のスペクトル半値幅とスペックルノイズとの関係を示したグラフ図である。 同実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。 同実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。 線状光の入射角と表面形状の検出状況との関係を示した説明図である。 鏡面反射状態と線状光の波長及び入射角との関係を示したグラフ図である。 粗さ曲線の要素平均長さRSmについて説明するための説明図である。 同実施形態に係る形状測定装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。 同実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部の構成の一例を示したブロック図である。 帯状体の表面状態と撮像画像との関係を模式的に示した説明図である。 帯状体の表面の傾きとスクリーンの投影面上における反射光の変位量との関係を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る画像処理部で実施される高さ算出処理を説明するための説明図である。 同実施形態に係る形状測定方法の流れの一例を示した流れ図である。 同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。 実施例について説明するための説明図である。 実施例について説明するための説明図である。
 以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
(形状測定装置の全体構成について)
 まず、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る形状測定装置の全体構成について説明する。図1は、本実施形態に係る形状測定装置の全体構成を模式的に示した説明図である。
 本実施形態に係る形状測定装置10は、金属体からなる帯状体の表面形状を測定する装置であり、光てこの原理に基づいて帯状体の表面形状を測定する。本実施形態に係る形状測定装置10は、図1に示したように、帯状体撮像装置100と、演算処理装置200と、を主に備える。
 ここで、本実施形態に係る形状測定装置10が測定対象物とする帯状体は、その表面で照明光が反射するようなものであれば、特に限定されるものではない。本実施形態に係る形状測定装置10において、測定対象物とする帯状体は、例えば、めっき鋼板や各種の合金鋼板を含む各種鋼板や各種の非鉄金属板等のような金属体であるものとする。
 帯状体撮像装置100は、主に、後述するような、線状光源101、スクリーン103及びエリアカメラ105から構成される。
 帯状体撮像装置100は、後述する演算処理装置200による制御のもとで、所定の搬送ライン上を搬送されることで移動する帯状体の表面に対して、線状光源101を用いて線状光を照射する。また、帯状体撮像装置100は、後述する演算処理装置200による制御のもとで、スクリーン103に投影された帯状体の表面での線状光の反射光を、エリアカメラ105を用いて順次撮像して、撮像の結果得られる複数の撮像画像を演算処理装置200に出力する装置である。
 測定対象物である帯状体を搬送する搬送ラインには、PLG(Pulse Logic Generator:パルス型速度検出器)等が設けられており、定期的に(例えば、搬送ラインによって帯状体がxミリ移動する毎に)1パルスのPLG信号が演算処理装置200に対して出力される。帯状体撮像装置100は、演算処理装置200からPLG信号に応じて出力される制御信号を取得する毎に、エリアカメラ105を用いて、スクリーン103に投影された帯状体の表面での線状光の反射光を撮像する。かかる帯状体撮像装置100の詳細な構成については、以下で詳述する。
 演算処理装置200は、線状光源101による線状光の照射、及び、エリアカメラ105による線状光の反射光の撮像処理を制御する。また、演算処理装置200は、帯状体撮像装置100により撮像された線状光の反射光の複数の撮像画像に対して以下で詳述する所定の画像処理を実施することで、帯状体の表面形状を算出する。かかる演算処理装置200の詳細な構成についても、以下で詳述する。
 本実施形態に係る形状測定装置10は、これら帯状体撮像装置100と演算処理装置200とが互いに連携して機能することで、移動する帯状体の表面形状をより高速かつリアルタイムに測定する。
(帯状体撮像装置100の構成について)
 次に、図2~図10を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置10が備える帯状体撮像装置100の構成について、詳細に説明する。
 図2は、本実施形態に係る形状測定装置が有する帯状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。図3は、本実施形態に係る帯状体撮像装置により生成される撮像画像の一例を模式的に示した説明図である。図4A、図4B、図6及び図7は、本実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。図5は、線状光のスペクトル半値幅とスペックルノイズとの関係を示したグラフ図であり、図8は、線状光の入射角と表面形状の検出状況との関係を示した説明図である。図9は、鏡面反射状態と線状光の波長及び入射角との関係を示したグラフ図であり、図10は、粗さ曲線の要素平均長さRSmについて説明するための説明図である。
<帯状体撮像装置100の全体構成について>
 帯状体撮像装置100は、主に、後述するような、線状光源101、スクリーン103及びエリアカメラ105から構成される。
 帯状体撮像装置100は、移動する帯状体Sの表面に対して、線状光源101を用いて、帯状体の幅方向に沿って広がり、かつ、移動方向に狭い幅を有する光である線状光を照射し、帯状体Sの表面での線状光の反射光をスクリーン103に投影させる。そして、スクリーン103に投影された線状光の反射光を、エリアカメラ105を用いて複数撮像する。
 線状光源101として、各種レーザやLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)等といった公知の光源を用いて構成することが考えられる。しかしながら、本実施形態では、これら公知の光源の中でも、後述するスペックルノイズを効果的に防止するために、スーパールミネッセントダイオード(SuperLuminescent Diode:SLD)を用いて線状光源101を構成する。
 線状光源101は、所定の方向に移動する帯状体Sの表面に対して、帯状体Sの幅方向に沿って広がり、かつ、移動方向に狭い幅を有する光である線状光を照射する。このような線状光源101として、上記のようなスーパールミネッセントダイオードと、ロッドレンズ等の各種レンズと、を組み合わせたものを用いることが可能である。演算処理装置200から送出されるタイミング制御信号に基づいて、かかる線状光源101から射出された光は、ロッドレンズ等のレンズにより、帯状体Sの表面に向かって集光されつつ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の表面の幅方向全体に亘って、幅方向に広がる線状の光(すなわち、線状光)が照射されることとなる。なお、本実施形態に係る線状光源101では、出射光を集光しつつ扇状に広げることが可能なものであれば、シリンドリカルレンズやパウエルレンズ等といった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。
 かかる線状光源101から出射される線状光の諸特性、及び、線状光の帯状体Sの表面に対する入射角等については、以下で改めて詳細に説明する。
 スクリーン103は、図2に模式的に示したように、線状光源101に対向する位置に設けられており、帯状体Sの表面により反射された線状光の反射光が投影される。スクリーン103は、その横幅が線状光の広がり角とスクリーンまでの投影距離とに応じて、帯状体Sの全幅分の反射光が投影できるだけの幅を有している。また、スクリーン103の高さは、帯状体Sの形状や、帯状体Sの移動に伴って発生する振動や、帯状体Sの厚みの変化等に応じて、反射光の投影位置が変化した場合であっても、反射光がスクリーン103の投影面上に存在するような高さとなっている。
 エリアカメラ105は、図2に模式的に示したように、スクリーン103と対向するような位置に設けられている。エリアカメラ105には、所定の焦点距離を有するレンズと、CCD(Charge Coupled Device)、又は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子と、が搭載されている。エリアカメラ105は、スクリーン103の投影面に投影された帯状体Sの表面からの線状光の反射光を、帯状体Sが所定の距離だけ移動する毎に撮像して、撮像画像を生成する。ここで、エリアカメラ105は、スクリーン103に投影された線状光の反射光が視野内に含まれるように、過去の操業データ等を参考に画角が予め調整されており、スクリーン103の投影面を同一の撮像条件で撮像するように設定されている。その上で、エリアカメラ105は、生成した撮像画像を、演算処理装置200へと出力する。
 従って、エリアカメラ105により生成される撮像画像は、図3に模式的に示したように、フルフレームの画像サイズの何れかの位置に、線状光の反射光が写り込んだものとなる。
 エリアカメラ105は、演算処理装置200によって制御されており、帯状体Sが所定の距離だけ移動する毎に、演算処理装置200から撮像のためのトリガ信号が出力される。エリアカメラ105は、演算処理装置200から出力されたトリガ信号に応じて、線状光の反射光が投影されているスクリーン103の表面を順次撮像して、生成した複数の撮像画像を演算処理装置200へと出力する。
 ここで、図4A及び図4Bに示すような、エリアカメラ105に固定されたX-Y-Z直交座標系(右手系)を定義する。かかる座標系において、エリアカメラ105の撮像視野の幅方向をX軸方向とし、エリアカメラ105の撮像視野の高さ方向をY軸方向とし、エリアカメラ105の光軸方向をZ軸方向とする。以下では、図4A及び図4Bを用いて、スクリーン103とエリアカメラ105との位置関係を説明する。
 図4A及び図4Bに示すように、スクリーン103は、上記X-Y-Z座標系において、投影面の法線ベクトルが、X成分を持たない(換言すれば、X成分の値がゼロとなる)ように配置される。すなわち、スクリーン103とエリアカメラ105との位置関係は、図4Aに実線で示したような関係となっていてもよく、図4Aに破線で示したような関係となっていてもよい。これにより、エリアカメラ105の視野内において、幅方向に沿った画像分解能を揃えることが可能となる。また、幅方向に沿った画像分解能が揃っていればよいため、スクリーン103とエリアカメラ105との位置関係は、図4Bに実線で示したような関係となっていてもよく、図4Bに破線で示したような関係となっていてもよい。更には、幅方向に沿った画像分解能が揃うため、図4Bにおいて、スクリーン103とエリアカメラ105の何れか一方が実線で示した場所に位置し、他方が破線で示した場所に位置していてもよい。
 なお、図2では、線状光源101を1台だけ設ける場合について図示を行っているが、帯状体撮像装置100では、複数台の線状光源101を設けて、複数本の線状光を帯状体Sの表面に対して照射してもよい。この際、複数の線状光は、互いに平行かつ移動方向に沿って一定間隔となるように帯状体Sの表面に照射されることが好ましい。また、エリアカメラ105の視野に対して帯状体Sの幅方向が大きすぎる場合には、複数台のエリアカメラ105を設けて線状光の反射光をそれぞれのエリアカメラの視野に分けて撮像しても良いことは言うまでもない。
<線状光源101について>
 続いて、図5~図9を参照しながら、本実施形態に係る帯状体撮像装置100が有する線状光源101について、詳細に説明する。
 本実施形態に係る線状光源101は、以下で詳述するような諸条件を満足する線状光を照射することで、帯状体Sの表面上、及び、スクリーン103の投影面上でのスペックルノイズの発生を防止することが可能となる。その結果、本実施形態に係る帯状体撮像装置100は、撮像の際の露光時間を長くすることなく、帯状体Sの表面形状をより高速かつより高精度に撮像することができる。
[スペクトル半値幅について]
○スペクトル半値幅の下限について
 まず、本実施形態に係る線状光源101から照射される線状光の光源スペクトル(波長と照射光の強度との関係)について着目する。本実施形態に係る線状光源101では、光源としてスーパールミネッセントダイオードを用い、線状光のスペクトルの半値幅(半値全幅)を、20nm以上とする。本実施形態に係る線状光源101では、出射する線状光をスペクトル半値幅が20nm以上とすることで、スペックルノイズの発生を防止することが可能となる。
 中心波長800nmの光を出射するスーパールミネッセントダイオードを図2に示した線状光源101として使用し、鋼板の平坦面に対して、スペクトル半値幅を変えながら線状光を照射し、スクリーン103の投影面上に投影された線状光の反射光を撮像した。その上で、得られた撮像画像のそれぞれについて、スクリーン高さ方向の各位置で、スクリーン幅方向に沿って撮像画像の輝度値の和を算出した。ここで、スペクトル半値幅は、20nm及び25nmと、一般的なレーザ光のスペクトル半値幅にほぼ対応する1nmという、3種類の値に設定した。得られた結果を、図5に示した。なお、図5では、合計輝度値の最大値が1となるように正規化を行っている。
 図5から明らかなように、スペクトル半値幅が20nmである場合、及び、スペクトル半値幅が25nmである場合には、スクリーン幅方向の合計輝度値は滑らかに推移している。一方、スペクトル半値幅が1nmである場合には、スクリーン幅方向の合計輝度値は細かく振動している。
 また、最大の合計輝度値を与えるスクリーン高さ方向の位置座標は、スペクトル半値幅が20nm及び25nmの場合、座標60の位置で共通であって、最大の合計輝度値を与える位置座標から離れるにつれて、合計輝度値の値は滑らかに減少している。一方、スペクトル半値幅が1nmの場合、最大の合計輝度値を与える位置座標は座標60で共通であったものの、最大の合計輝度値を与える位置座標から離れた位置でも、極めて高い合計輝度値を示す位置座標が存在している。
 図5に示した、スペクトル半値幅1nmの場合における合計輝度値の振動の様子が、スペックルノイズに対応している。この結果からも明らかなように、線状光の光源スペクトルの半値幅を20nm以上にすることが、スペックルノイズの発生防止に有用であることが確認できる。
 また、光源から照射される光の波長を800nmから変化させた場合であっても、スペクトル半値幅と合計輝度値との関係については、図5と同様の挙動が確認された。
○スペクトル半値幅の上限について
 線状光のスペクトルの半値幅が大きい場合は、光学系の色収差により集光が困難になり、後述する表面での線幅の制約が満たせなくなる。そのため、スペクトル半値幅の上限は、線状光を生成する光学系の特性と、実現すべき線幅の値と、に応じて決まる値となる。
 本実施形態に係る帯状体撮像装置100では、線状光源101に、以上のようなスペクトル半値幅を満足する光束を出射可能なインコヒーレント光源として、スーパールミネッセントダイオードを用いる。線状光源101としてスーパールミネッセントダイオードを用いることで、スペックルノイズの抑制が可能となるだけでなく、小さな発光点から出射される光を利用して、線状光の線幅を以下で詳述するような所望の大きさに絞ることも可能となる。その結果、金属体からなる帯状体の表面形状をより高精度に測定することが可能となる。
 なお、スペックルノイズの発生を抑制するために、プロジェクタ等の表示装置では、スペクトル半値幅が広く、かつ、発光波長の異なる半導体レーザを複数用いて複数の発光点を実現し、各発光点からの異なる波長の光を互いに重畳させることが行われることがある。しかしながら、このような半導体レーザを用いる方法では、レーザ光から生成した線状光の線幅を絞ることができず、本実施形態で着目するような、金属体からなる帯状体の表面形状を高精度に測定する用途には適用することができない。
 また、線状光の線幅の調整を実現するために、単一の発光点を実現可能なレーザ光源を用いることも考えられる。しかしながら、レーザ光ではスペクトル半値幅が狭くなる結果、上記のようなスペクトル半値幅を実現することができず、スペックルノイズを抑制することができない。また、スペクトル半値幅の広い単一の発光点を実現可能な光源として、LEDを用いることも考えられる。しかしながら、LEDでは、発光点の大きさが大きいために、生成した線状光の線幅を絞ることができず、本実施形態で着目するような、金属体からなる帯状体の表面形状を高精度に測定する用途には適用することができない。
[線状光の波長の上限について]
 線状光源101から照射される線状光の波長の上限値は、帯状体撮像装置100に用いられるエリアカメラ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、波長1700nmを超える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から照射される線状光の波長の上限値は、1700nmとする。
[線状光の入射角、線状光の波長の下限、及び、帯状体の表面での線幅について]
 続いて、線状光の入射角、線状光の波長の下限、及び、帯状体の表面での線幅について説明する。
 図6に示したように、線状光源101の光軸と帯状体Sの表面法線方向とのなす角θを、線状光の入射角θとする。また、線状光源101から照射される線状光は、図7に模式的に示したように、ある有限の線幅Wを有しているものとする。この際に、かかる線幅の線状光が入射角θで帯状体Sの表面に入射することで、帯状体Sの表面において、線状光の線幅がLWとなっているものとする。
○線状光の入射角の上限と帯状体の表面での線幅の上限について
 図7に模式的に示したような帯状体Sの表面での線幅LWは、どの程度の微細な表面形状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、検出したい微細な表面形状の大きさ(帯状体Sの表面位置(高さ)での形状の特異部分についての、搬送方向の広がりの程度)は、最大でも2mm程度である。そのため、図7に示した帯状体Sの表面での線状光の線幅LWは、最大2mmとする。
 また、現時点において、本発明で着目するような波長帯域での産業上現実的に実現可能な光線の線幅Wの下限値は、70μm程度である。そのため、帯状体Sの表面において、線幅LW=2mmを実現するためには、入射角θは、arccos(70μm/2000μm)≒88度となる。また、図7に示した幾何学的な関係から明らかなように、入射角θが88度超となる場合には、線幅LWは2mm超となってしまう。従って、本実施形態に係る帯状体撮像装置100では、許容される線状光の入射角θの上限値を、88度とすることが好ましい。
 図8に、鋼板表面に直径2mmの微細な凹凸を形成した上で、かかる微細な凹凸を線状光の入射角θを変えながら観察した場合に、微細な凹凸をスクリーン上の反射像の変位として検出できたか否かの結果を、表として示した。図8に示した結果からも明らかなように、入射角θが88度以下となり、かつ、帯状体の表面での線幅LWが2mm以下である場合には、直径2mmの微細な凹凸を検出できた。一方、入射角θが88度を超え、かつ、帯状体の表面での線幅LWが2mmを超えた場合には、直径2mmの微細な凹凸を検出できなかった。このような入射角の変化による微細な凹凸の検出性能の変化からも、本実施形態に係る帯状体撮像装置100において、入射角θの最大値を88度とすることが好ましいことを確認できる。
○線状光の入射角の下限と波長の下限について
 本実施形態に係る形状測定装置10は、先だって言及したように、光てこの原理に基づいて、帯状体の表面形状を測定する。そのためには、帯状体の表面に照射された線状光が帯状体の表面で反射して、スクリーン上に投影されなければならない。従って、本実施形態に係る帯状体撮像装置100では、元来、鏡面性を有していないことが多い金属体の表面があたかも鏡面とみなすことができる状態となるように、線状光の入射角と、線状光の波長と、を制御することが重要となる。
 測定対象物の表面粗度と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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 なお、上記式1において、
  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[度]
  λ:測定に用いる光の波長[μm]
である。
 上記式1で表わされるパラメータgがg>1となる場合には、拡散反射成分が急激に増大することが知られているため、本実施形態に係る帯状体撮像装置100では、かかるパラメータgが1以下となることが重要である。本実施形態に係る形状測定装置10において着目する、検出したい測定対象物の表面における微細な凹凸の標準偏差σは、最大で0.5μm程度であるため、本実施形態に係る帯状体撮像装置100において、入射角θ及び線状光の波長λは、以下の式3を満足することが必要である。従って、本実施形態に係る帯状体撮像装置100において、線状光の入射角θと、線状光の波長λとは、帯状体の鏡面性に関する以下の式3を満足するように配置される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 上記式3をグラフ化すると、図9のようになる。
 入射角θの上限値である88度において、パラメータg≦1が保証される波長は、上記式3及び図9から、約200nmである。本実施形態に係る線状光源101として用いられるスーパールミネッセントダイオードは、発光波長λが800nm以上であることが多い。そのため、スーパールミネッセントダイオードを用いて、入射角θを88度とすることで、図9から明らかなように、パラメータg≦1が保証される。一方、線状光の波長の上限である1700nmにおいて、パラメータg≦1が保証される入射角θの大きさは、上記式3及び図9から、約74度となる。従って、本実施形態に係る帯状体撮像装置100において、入射角の下限を74度とすることが好ましい。
 次に、本実施形態に係る形状測定装置10において、検出したい微細な表面形状の大きさの最小値をLminとしたときに、図7に示した帯状体の表面での線幅LWの上限値は、Lminとなる。図7に示した幾何学的な関係から明らかなように、LWcosθ=Wであるため、以下の式5で表される関係が成立することが求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 
 上記式5を変形することで、以下の式5’を得ることができ、かかる式5’に基づき、入射角θの下限値が規定される。一方、上記式3に基づき、入射角θの上限値は、以下の式3’のように規定される。従って、下記式3’及び式5’より、帯状体の長手方向に沿った線状光の線幅Wは、測定したい表面形状の長手方向に沿った大きさの最小値Lminと、線状光の波長λから、以下の式7を満足するように制御されることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 以上の議論から、本実施形態に係る帯状体撮像装置100において、(1)線状光の入射角θと、線状光の波長λとは、帯状体の鏡面性に関する上記式3を満足するように配置されることが重要であること、(2)帯状体の長手方向に沿った線状光の線幅Wは、測定したい表面形状の長手方向に沿った大きさの最小値Lminと、線状光の波長λから、上記式7を満足するように制御されることが好ましいこと、(3)線状光の波長は、800nm以上1700nm以下であることが好ましいこと、(4)線状光源は、入射角θが74度以上88度以下の範囲内となるように、上記式3に基づき配置されることが好ましいこと、がわかる。帯状体Sの表面への線状光の入射角θは、好ましくは、80度~88度の範囲である。
 以上のような条件を満足する線状光を用いることで、本実施形態に係る帯状体撮像装置100では、スペックルノイズの発生を防止しつつ、高さが数μm程度であり、かつ、大きさが2mm程度である極めて微細な表面形状の変化を、高精度に撮像することが可能となる。
[帯状体の表面での線状光のパワー密度について]
 以上のような条件を満足する線状光を用いることで、本実施形態に係る帯状体撮像装置100では、スペックルノイズの発生を防止しつつ、高精度の撮像処理を実施することが可能である。この際、帯状体の表面での線状光のパワー密度を以下のような範囲とすることで、スクリーン103の投影面上において、線状光の反射光の輝度をより高い値とすることができ、より確実な撮像処理を実施することが可能となる。
 本発明者らは、ライン速度180mpm=3000mm/secで操業される鋼板の製造ラインに対して、図2に示したような帯状体撮像装置100を設置し、鋼板の移動量1mmピッチ毎に、1枚の像を撮影した。このときの露光時間は、1mm/(3000mm/sec)=0.33msecである。このとき、鋼板の表面において、線長(図2における幅方向の長さ)が160mmであり、線幅(図7における線幅W)が70μmである光源を用いて、線状光の強度を変化させながら実験を実施した。この場合に、光源の出力が55mW以上となることで、スクリーン103の投影面上において、反射光の像が十分な輝度で確認できた。
 この場合における帯状体Sの表面(より詳細には、帯状体Sの表面における線状光の光軸に対して垂直な面上)での線状光のパワー密度は、55mW/(160mm×70μm)=491mW/cmである。
 本実施形態で着目するような帯状体Sの製造ラインでは、帯状体Sの材料特性の連続性を担保するために、製造ラインの完全停止は望ましくなく、最低20mpmのライン速度を維持することが重要となる。そのため、かかるライン速度で表面形状の測定が可能な線状光のパワー密度は、491(mW/cm)÷(180mpm/20mpm)=55mW/cmとなる。
 以上のような知見より、スクリーン103の投影面上において、線状光の反射光の輝度をより高い値として、より確実な撮像処理を実現するために、帯状体の表面での線状光のパワー密度は、55mW/cm以上とすることが好ましい。また、帯状体の表面での線状光のパワー密度は、帯状体Sの表面に問題が生じない範囲において、大きければ大きいほど良く、線状光のパワー密度をより大きくすることで、より高速な製造ラインであっても、確実に撮像処理を実施することが可能となる。帯状体の表面での線状光のパワー密度は、より好ましくは、491mW/cm以上であり、更に好ましくは、982mW/cm以上である。
 帯状体Sの表面での線状光の好ましいパワー密度を491mW/cm以上とする理由は、先だって説明したライン速度180mpmでの試験結果を考慮したからであり、更に好ましいパワー密度を982mW/cm以上とする理由は、ラインの操業状態の変化により、ライン速度が360mpmまで上がることがあるためである。なお、パワー密度については、本実施形態における発明の効果を発揮させるための上限値は存在しない。パワー密度が高すぎると、撮像画像上の線状光が太く見えてしまい測定精度が低下するが、露光時間を短くすることで、適切な撮像輝度とすることが容易であるためである。
 以上、図5~図9を参照しながら、本実施形態に係る帯状体撮像装置100が有する線状光源101について、詳細に説明した。
<スクリーン103の投影面の表面粗度について>
 以上のような条件を満足することで、本実施形態に係る帯状体撮像装置100では、スペックルノイズを含まない線状光を得ることが可能となり、より確実な撮像処理を実施可能である。この際、以下で示すような投影面を有するスクリーン103を利用することで、より鮮明な撮像画像を得ることができ、より高精度な測定を実施することが可能となる。
 本実施形態では、スクリーン103の投影面の表面粗度を、JIS B0601:2001(ISO4287:1997に対応する規格である。)で規定される粗さ曲線の要素平均長さRSmを利用して評価することとする。JIS B0601:2001で規定される粗さ曲線の要素平均長さRSmは、図10に模式的に示したように、粗さ曲線の基準長さLrにおける、輪郭曲線(粗さ曲線)要素の長さの平均を表したものである。従って、粗さ曲線の要素平均長さRSmは、基準長さLr中に存在する輪郭要素がN個である場合に、以下の式11で表わされる値となる。ここで、以下の式11において、Xsiは、i番目の輪郭要素の長さである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 ここで、JIS B0601:2001では、輪郭要素を構成する山(谷)には、最低高さと最低長さについて規定されている。すなわち、山の高さ(谷の深さ)が最大高さの10%以下、又は、要素の長さが計算区間の長さの1%以下であるものはノイズとみなし、前後に続く谷(山)の一部として取り扱う。
 図10に示した例では、基準長さLr中に5つの輪郭要素が存在しており、各輪郭要素の長さXs1~Xs5を利用して、RSm=(Xs1+Xs2+Xs3+Xs4+Xs5)/5となる。
 本実施形態では、スクリーン103の投影面の表面凹凸を公知の粗さ計を利用して観察し、スクリーンの投影面の粗さ曲線を得た。この際に、本実施形態に係るスクリーン103の投影面に関する粗さ曲線の要素平均長さRSmは、線状光の波長の10倍以上であり、かつ、スクリーン103上でのスクリーンの高さ方向に沿った線状光の反射光の線幅の1/10以下であることが好ましい。
 粗さ曲線の要素平均長さRsmが線状光の波長の10倍未満である場合には、スクリーン103の投影面上で線状光の反射光が正反射する割合が高くなり、エリアカメラ105への受光量が減少する場合がある。また、粗さ曲線の要素平均長さRsmがスクリーン103上でのスクリーンの高さ方向に沿った線状光の反射光の線幅の1/10超となる場合には、スクリーン103の投影面の表面粗度が粗くなりすぎ、線状光の反射光の像にスクリーンの表面粗度に起因するムラが生じる傾向が強くなる。
 本実施形態に係る帯状体撮像装置100では、以上のような表面粗度を有するスクリーン103であれば、より好適に利用することが可能である。このようなスクリーン103は、特に限定されるものではないが、例えば、Al等のような金属酸化物が表面に形成されたスクリーンを利用することが可能である。
 以上、図2~図10を参照しながら、本発明の各実施形態に係る帯状体撮像装置100について、詳細に説明した。
 なお、以上説明したような、本実施形態に係る帯状体撮像装置100は、撮像処理が物理的に妨げられない範囲内で、本実施形態に係る帯状体Sが搬送される搬送ラインの任意の位置に設置することが可能である。また、本実施形態に係る帯状体撮像装置100は、帯状体Sが所定の曲率を有するロールの表面上に位置している部位(換言すれば、帯状体Sが所定の曲率を有するロールに巻きついている部位に設置することが好ましい。かかる場合、上記のような線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する帯状体の表面に対して、照射される。このような部位に帯状体撮像装置100を設置することで、搬送に伴う帯状体Sの振動を抑制でき、より高精度な撮像処理が可能となる。
(演算処理装置200について)
<演算処理装置200の全体構成について>
 続いて、図11を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置200の全体構成について、詳細に説明する。図11は、本実施形態に係る形状測定装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。
 本実施形態に係る演算処理装置200は、図11に示したように、撮像制御部201と、データ取得部203と、画像処理部205と、表示制御部207と、記憶部209と、を主に備える。
 撮像制御部201は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信装置等により実現される。撮像制御部201は、本実施形態に係る帯状体撮像装置100による線状光の反射光の撮像処理を統括して制御する。
 より詳細には、撮像制御部201は、線状光の反射光の撮像を開始する場合に、帯状体撮像装置100に対して線状光源101の照射を開始させるための制御信号を送出する。また、帯状体撮像装置100がスクリーン103に投影された反射光の撮像を開始すると、撮像制御部201は、帯状体Sの搬送を制御している駆動機構等から定期的に送出されるPLG信号(例えば、剛体Sが1mm移動する毎等に出力されるPLG信号)を取得する毎に、エリアカメラ105に対して、撮像を開始するためのトリガ信号を送出する。
 データ取得部203は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。データ取得部203は、帯状体撮像装置100から出力された撮像画像データを取得する。データ取得部203は、取得した撮像画像データを、後述する画像処理部205に出力する。
 画像処理部205は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。画像処理部205は、エリアカメラ105が生成した撮像撮像データを取得し、かかる撮像データに対して以下で説明する画像処理を行って、帯状体Sの表面形状を算出する。画像処理部205は、帯状体Sの表面形状の算出処理を終了すると、得られた算出結果に関する情報を、表示制御部207や記憶部209に伝送したり、形状測定装置10の外部に設けられた各種機器等に伝送したりする。
 なお、この画像処理部205については、以下で改めて詳細に説明する。
 表示制御部207は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部207は、画像処理部205から伝送された、帯状体Sの測定結果を、演算処理装置200が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置200の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、形状測定装置10の利用者は、帯状体Sの表面形状に関する測定結果を、その場で把握することが可能となる。
 記憶部209は、演算処理装置200が備える記憶装置の一例であり、例えば、ROM、RAM、ストレージ装置等により実現される。この記憶部209には、帯状体撮像装置100が有する線状光源101やエリアカメラ105の光学的な位置関係を示す情報や、形状測定装置10の外部に設けられた上位計算機(例えば、搬送ラインを全般的に管理している管理コンピュータ等)から伝送される情報といった、形状測定装置10の設計パラメータに関する情報も格納されている。また、記憶部209には、本実施形態に係る演算処理装置200が何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過(例えば画像処理部205から伝送された計測結果、事前に格納されている各種のデータやデータベース、及び、プログラム等)が、適宜記録される。この記憶部209は、撮像制御部201、データ取得部203、画像処理部205、表示制御部207及び上位計算機等が、自由にデータのリード/ライト処理を行うことが可能である。
<画像処理部205について>
 次に、図12~図15を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置200が有する画像処理部205について、詳細に説明する。
 図12は、本実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部205の構成の一例を示したブロック図である。図13は、帯状体の表面状態と撮像画像との関係を模式的に示した説明図であり、図14は、帯状体の表面の傾きとスクリーンの投影面上における反射光の変位量との関係を模式的に示した説明図である。図15は、本実施形態に係る画像処理部で実施される高さ算出処理を説明するための説明図である。
 本実施形態に係る画像処理部205は、帯状体撮像装置100により生成された撮像画像を利用し、かかる撮像画像に対して画像処理を施すことで、帯状体Sの表面形状に関する情報を算出する。この画像処理部205は、図12に示したように、傾き角算出部221と、高さ算出部223と、結果出力部225と、を有している。
 傾き角算出部221は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。傾き角算出部221は、帯状体撮像装置100により生成された撮像画像を利用し、帯状体Sの表面形状に関する情報として、帯状体Sの表面の傾き角ωを算出する。以下では、傾き角算出部221により実施される表面の傾き角ωの算出処理について、詳細に説明する。
 本実施形態に係る傾き角算出部221は、撮像画像における線状光の反射像の曲がり具合に基づき、帯状体Sの表面の傾き角ωを算出する。
 図13の状態Aとして模式的に示したように、線状光が照射されている部位の帯状体Sの表面が平坦である場合には、撮像される撮像画像における線状光の反射像は、スクリーンの幅方向に沿ってほぼ一直線となる。また、図13の状態Bとして模式的に示したように、線状光が照射されている部位(図中、破線で囲った領域)において、帯状体Sの表面が移動方向に向かって下がるように傾斜している場合には、かかる傾斜面で反射した線状光の反射像は、平坦な部分の反射像の位置(以下、「基準位置」ともいう。)から、スクリーンの高さ方向の下方に向かって変位する。その結果、図13の状態Bに示したように、撮像画像には、スクリーンの幅方向と略平行となっている直線部分と、下に凸の部分と、が混在するようになる。逆に、図13の状態Cとして模式的に示したように、線状光が照射されている部位(図中、破線で囲った領域)において、帯状体Sの表面が移動方向に向かって上がるように傾斜している場合には、かかる傾斜面で反射した線状光の反射像は、平坦な部分の反射像の位置から、スクリーンの高さ方向の上方に向かって変位する。その結果、図13の状態Cに示したように、撮像画像には、スクリーンの幅方向と略平行となっている直線部分と、上に凸の部分と、が混在するようになる。
 図13における状態B及び状態Cにおいて模式的に示したような、基準位置からの反射像の変位量は、帯状体Sの表面の傾き角ωの大きさに比例する。従って、傾き角算出部221は、まず、撮像画像において、スクリーン103の高さ方向(以下、「Y方向」ともいう。)の輝度分布が最大となる位置を、輝度値を利用した重心演算により特定して、反射像の線幅の中心とする。その上で、傾き角算出部221は、撮像画像において、スクリーン103の幅方向(以下、「X方向」ともいう。)に沿って、反射像の線幅の中心位置の変化を特定していく。これにより、傾き角算出部221は、撮像画像における各X座標において、基準位置(すなわち、スクリーンの幅方向と略平行となっている直線部分でのY座標)との差(すなわち、基準位置からの変位量ΔY)を特定することができる。
 撮像画像における反射像の変位は、線状光の線幅LWよりも大きな表面形状の変化に起因しており、線状光の線幅LWよりも大きな表面形状の変化が生じている帯状体Sの表面で反射された線状光は、かかる部分の傾きの方向及び角度に応じて、スクリーン103の投影面上を上下する。ここで、撮像画像における反射像の基準位置からの変位量ΔYと、帯状体Sの表面形状の傾き角ωとの関係は、光てこの原理により、図14に示したようにΔY=L・tan2ωで与えられる。なお、Lは、線状光の帯状体Sへの入射点からスクリーン103までの水平距離である。従って、着目する表面の傾き角ωは、ω=(1/2)×tan-1(ΔY/L)という演算を行うことで算出することができる。この際に、水平距離Lは、帯状体撮像装置100の設計パラメータとして事前に把握することが可能であるため、傾き角算出部221は、撮像画像を解析することで得られる基準位置からの変位量ΔYを利用して、傾き角ωを算出することができる。
 傾き角算出部221は、以上説明したような処理を実施することで、線状光が照射されている部位における帯状体Sの表面の傾きの分布を得ることができる。このようにして得られる傾きの値のデータ群が、帯状体Sの形状(より詳細には、表面形状)を検査する際に用いられる検査用情報となる。ここで、かかる検査用情報に含まれる傾きの値を、輝度値の高低や濃淡に置き換えることで、検査用情報を画像化することも可能である。生成された傾き角に関するデータを複数の撮像画像間で取りまとめて画像化し、傾き画像とすることで、傾き画像に基づく形状検査を行うことも可能となる。
 また、傾き角算出部221は、算出した傾き角を、所定の閾値と比較することで、帯状体Sの表面の形状の検査を行うことも可能である。すなわち、過去の操業データ等に基づいて公知の統計処理等を実施することで、帯状体Sの表面に異常部分が存在する場合における表面の傾き角の閾値を予め特定しておき、記憶部209等に格納しておく。その上で、傾き角算出部221は、算出した傾き角の値と閾値との大小関係を特定することで、着目している帯状体Sの表面に異常部分が存在するか否かを検査することが可能となる。
 更に、本実施形態に係る帯状体撮像装置100で生成される撮像画像には、スペックルノイズに起因する輝度変化が重畳していないため、撮像画像における反射像の輝度変化は、帯状体Sの表面に存在している形状変化、又は、帯状体Sの表面に付着している汚れの何れかに起因していると考えられる。そこで、傾き角算出部221は、以上のようにして特定した傾き角に関する情報と、撮像画像における輝度値の変化と、を総合的に考慮することで、表面形状の変化と、無害な汚れと、を精度よく区別することが可能となる。
 傾き角算出部221は、以上のようにして生成した帯状体Sの表面の傾き角に関するデータを、高さ算出部223に出力する。また、傾き角算出部221は、生成した帯状体Sの表面の傾き角に関するデータそのものや、帯状体Sの表面の検査結果等を、結果出力部225に対して出力してもよい。
 高さ算出部223は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。高さ算出部223は、傾き角算出部221によって算出された帯状体Sの表面の傾き角を利用し、帯状体Sの表面形状に関する情報として、着目している帯状体Sの表面の高さを算出する。具体的には、高さ算出部223は、傾き角算出部221によって算出された帯状体Sの表面の傾き角ωを利用し、傾き角の正接tanωを、図15に示したように、帯状体Sの移動方向(換言すれば、撮像画像におけるY方向)に沿って積分していくことで、帯状体Sの表面の高さ(基準高さからの差分値)を算出する。
 高さ算出部223は、以上説明したような積分処理を、各撮像画像から得られた表面の傾き角に関するデータの全ての要素に対して実施することで、帯状体Sの表面全体についての表面の高さに関するデータ群(換言すれば、表面の高さに関するマップデータ)を得ることができる。このようにして得られる表面の高さに関するデータ群が、帯状体Sの形状(より詳細には、表面形状)を検査する際に用いられる検査用情報となる。ここで、かかる検査用情報に含まれる表面の高さに関する値を、輝度値の高低や濃淡に置き換えることで、検査用情報を画像化することも可能である。高さ算出部223は、生成された表面の高さに関するマップデータを画像化して高さ画像とすることで、高さ画像に基づく形状検査を行うことも可能となる。
 高さ算出部223は、以上のようにして生成した帯状体Sの表面の高さに関するデータを、結果出力部225に出力する。
 結果出力部225は、例えば、CPU、ROM、RAM、出力装置等により実現される。結果出力部225は、傾き角算出部221及び高さ算出部223によって生成された帯状体Sの表面形状に関する各種の情報を、表示制御部207に出力する。これにより、帯状体Sの表面形状の測定結果に関する様々な情報が、ディスプレイ等の表示部(図示せず。)に出力される。また、結果出力部225は、得られた表面形状の算出結果を、製造管理用プロセスコンピュータ等の外部の装置に出力してもよく、得られた形状算出結果を利用して、製品に関する各種の帳票を作成してもよい。また、結果出力部225は、帯状体Sの表面形状に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部209等に履歴情報として格納してもよい。
 以上、本実施形態に係る演算処理装置200の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
 なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
 以上説明したように、本実施形態に係る形状測定装置10によれば、特定の条件を満足する線状光を利用して、光てこの原理により、帯状体Sの表面形状をより高精度に測定することが可能となる。また、本実施形態に係る形状測定装置10では、特定の条件を満足する線状光を、帯状体Sの表面に対して所定の条件を満たすように集光させているため、エリアカメラ105のデータの読み込み高さを小さくすることが可能となり、更なる処理の高速化を図ることが可能となる。また、本実施形態に係る形状測定装置10では、スペックルノイズの発生を防止した線状光を利用しているため、撮像画像に基づき算出される表面の傾きの変化と、撮像画像における輝度値の変化と、を独立に検出することが可能となる。
(形状測定方法の流れについて)
 次に、図16を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置10で実施される形状検査方法の流れの一例について、簡単に説明する。図16は、本実施形態に係る形状検査方法の流れの一例を示した流れ図である。
 形状測定装置10の帯状体撮像装置100の線状光源101は、演算処理装置200の撮像制御部201の制御のもとで、帯状体Sの表面に対して、先だって説明したような線状光を、所定の条件を満足するように照射する(ステップS101)。その上で、帯状体撮像装置100のエリアカメラ105は、スクリーン103の投影面上での線状光の反射光を撮像して(ステップS103)、生成した撮像画像のデータを、演算処理装置200に出力する。
 演算処理装置200のデータ取得部203は、帯状体撮像装置100から出力された撮像画像のデータを取得すると、取得した測定データを、画像処理部205の傾き角算出部221に出力する。
 傾き角算出部221は、帯状体撮像装置100により生成された撮像画像を利用して、着目する帯状体Sの表面の傾き角に関するデータ(すなわち、線状光の照射領域の傾き角)を算出する(ステップS105)。その後、傾き角算出部221は、算出した傾き角に関するデータを、高さ算出部223へと出力する。
 その後、高さ算出部223は、傾き角算出部221から出力された傾き角に関するデータに格納されている傾き角を利用し、傾き角の正接を積分することで、帯状体Sの表面の高さを算出する(ステップS107)。高さ算出部223は、得られた帯状体Sの表面の高さに関するデータを、結果出力部225に出力する。
 結果出力部225は、帯状体Sの表面形状に関する各種の情報が入力されると、得られた情報を、ユーザや外部に設けられた各種の機器に出力する(ステップS109)。これにより、ユーザは、帯状体Sの形状に関する各種情報を把握することが可能となる。
 以上、図16を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置10で実施される形状検査方法の流れの一例について、簡単に説明した。
(ハードウェア構成について)
 次に、図17を参照しながら、本発明の各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17は、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を説明するためのブロック図である。
 演算処理装置200は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、演算処理装置200は、更に、バス907と、入力装置909と、出力装置911と、ストレージ装置913と、ドライブ915と、接続ポート917と、通信装置919とを備える。
 CPU901は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置913、又はリムーバブル記録媒体921に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置200内の動作全般又はその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるバス907により相互に接続されている。
 バス907は、ブリッジを介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バスに接続されている。
 入力装置909は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置909は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、演算処理装置200の操作に対応したPDA等の外部接続機器923であってもよい。更に、入力装置909は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置909を操作することにより、演算処理装置200に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
 出力装置911は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置911は、例えば、演算処理装置200が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置200が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
 ストレージ装置913は、演算処理装置200の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置913は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置913は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータなどを格納する。
 ドライブ915は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置200に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体921は、例えば、CDメディア、DVDメディア、Blu-ray(登録商標)メディア等である。また、リムーバブル記録媒体921は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、又は、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体921は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)又は電子機器等であってもよい。
 接続ポート917は、機器を演算処理装置200に直接接続するためのポートである。接続ポート917の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート、RS-232Cポート等がある。この接続ポート917に外部接続機器923を接続することで、演算処理装置200は、外部接続機器923から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器923に各種のデータを提供したりする。
 通信装置919は、例えば、通信網925に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置919は、例えば、有線もしくは無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、又はWUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置919は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置919は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置919に接続される通信網925は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、社内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
 以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置200の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
 以下では、実施例を示しながら、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法のあくまでも一例であって、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法が下記の例に限定されるものではない。
 本実施例では、図2に示したような帯状体撮像装置100を利用して、平坦であることが既知の鋼板の表面を撮像した。
 この際、線状光源101として、波長800nmの光をスペクトル半値幅30nmで出射可能なスーパールミネッセントダイオードを利用し、鋼板表面から300mm離れた位置から鋼板表面に向けて、線状光を、入射角θ=83度となるように集光しつつ照射した。上記のような線状光の波長λ及び入射角θは、上記式(3)で表される関係を満足している。なお、鋼板表面における線状光の線幅LWは、2mmとし、鋼板表面における線状光のパワー密度は、55mW/cmとなるようにした。
 スクリーン103としては、表面にAl被膜の形成されたAl板を利用した。かかるスクリーン103は、投影面での粗さ曲線の要素平均長さRSmが0.01mmであり、かかるRSmの値は、先だって説明した条件を満足するものとなっている。
 エリアカメラ105としては、一般的な撮像素子の搭載されたエリアカメラを利用した。スクリーン103とエリアカメラ105との離隔距離(図14における距離L)は、350mmとした。かかるエリアカメラ105を用いた場合におけるスクリーン103の投影面上での撮像分解能は、0.2mm/画素であった。
 また、比較として、スペクトル半値幅が1nmである波長810nmのレーザ光源を用い、その他の条件は同様にして撮像を行った。
 得られた2種類の撮像画像について、輝度値を用いた重心演算により反射像の線幅の中心位置を算出し、スクリーンの幅方向に沿って、かかる中心位置の推移を特定した。
 得られた結果を、図18A及び図18Bに示した。図18Aは、線状光源101としてスーパールミネッセントダイオードを用いた場合の結果であり、図18Bは、線状光源101としてレーザ光源を用いた場合の結果である。また、図18A及び図18Bにおいて、縦軸及び横軸の単位は画素であり、1画素は0.2mmに相当している。
 本実施例では、平坦であることが既知な鋼板の表面を撮像したものであるため、反射像の線幅の中心位置の推移は、理想的にはほぼ平坦となるはずである。図18A及び図18Bを比較すると明らかなように、レーザ光源を用いた場合には、スペックルノイズが発生して、反射像の線幅の中心位置は激しく変動しているのに対し、スーパールミネッセントダイオードを用いた場合には、反射像の線幅の中心位置の変動は、良く抑制されていることがわかる。図18A及び図18Bの双方について、高さの標準偏差を算出したところ、図18Aでは、0.2画素(=0.04mm)であったのに対し、図18Bでは、0.6画素(=0.12mm)であった。すなわち、本発明に係る帯状体撮像装置100を利用することで、従来のレーザ光源を用いた撮像装置に比べて、3倍の精度向上が図れたことになる。
 以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
  10  形状測定装置
 100  帯状体撮像装置
 101  線状光源
 103  スクリーン
 105  エリアカメラ
 200  演算処理装置
 201  撮像制御部
 203  データ取得部
 205  画像処理部
 207  表示制御部
 209  記憶部
 221  傾き角算出部
 223  高さ算出部
 225  結果出力部
 

Claims (20)

  1.  金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定装置であって、
     前記帯状体の表面に対して、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する、スーパールミネッセントダイオード(SuperLuminescent Diode)からなる線状光源と、
     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エリアカメラと、
     前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する演算処理装置と、
    を備え、
     前記線状光源は、
     スペクトル半値幅が20nm以上であり、かつ、
     前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式(I)を満足するように配置されている、形状測定装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  2.  前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Wは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をLminとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式(II)を満足するように制御される、請求項1に記載の形状測定装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  3.  前記線状光の波長は、800nm以上1700nm以下である、請求項1又は2に記載の形状測定装置。
  4.  前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが74度以上88度以下の範囲内となるように、前記式(I)に基づき配置される、請求項1~3の何れか1項に記載の形状測定装置。
  5.  前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、55mW/cm以上である、請求項1~4の何れか1項に記載の形状測定装置。
  6.  前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、JIS B0601:2001で規定される粗さ曲線の要素平均長さRSmが、前記線状光の波長の10倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の1/10以下である表面粗さを有する、請求項1~5の何れか1項に記載の形状測定装置。
  7.  前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射される、請求項1~6の何れか1項に記載の形状測定装置。
  8.  前記演算処理装置は、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出する、請求項1~7の何れか1項に記載の形状測定装置。
  9.  前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出する、請求項8に記載の形状測定装置。
  10.  前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較することで、前記帯状体の形状を検査する、請求項8又は9に記載の形状測定装置。
  11.  金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定方法であって、
     前記帯状体の表面に対して、スーパールミネッセントダイオード(SuperLuminescent Diode)からなる線状光源を用いて、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する照射ステップと、
     スクリーンに対し、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光を投影するステップと、
     エリアカメラを用いて、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ステップと、
     前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する算出ステップと、
    を含み、
     前記線状光源は、
     スペクトル半値幅が20nm以上であり、かつ、
     前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式(I)を満足するように配置されている、形状測定方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  12.  前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Wは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をLminとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式(II)を満足するように制御される、請求項11に記載の形状測定方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  13.  前記線状光の波長は、800nm以上1700nm以下である、請求項11又は12の何れか1項に記載の形状測定方法。
  14.  前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが74度以上88度以下の範囲内となるように、前記式(I)に基づき配置される、請求項11~13の何れか1項に記載の形状測定方法。
  15.  前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、55mW/cm以上である、請求項11~14の何れか1項に記載の形状測定方法。
  16.  前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、JIS B0601:2001で規定される粗さ曲線の要素平均長さRSmが、前記線状光の波長の10倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の1/10以下である表面粗さを有する、請求項11~15の何れか1項に記載の形状測定方法。
  17.  前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射される、請求項11~16の何れか1項に記載の形状測定方法。
  18.  前記算出ステップは、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出する、請求項11~17の何れか1項に記載の形状測定方法。
  19.  前記算出ステップは、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出する、請求項18に記載の形状測定方法。
  20.  算出された前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較して、前記帯状体の形状を検査する検査ステップを更に含む、請求項18又は19に記載の形状測定方法。
     
     
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020051874A (ja) * 2018-09-26 2020-04-02 日本製鉄株式会社 表面測定装置及び表面測定方法
JP2021131320A (ja) * 2020-02-20 2021-09-09 有限会社折原製作所 強化ガラスの応力測定装置、強化ガラスの応力測定方法
WO2021199299A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 日本製鉄株式会社 表面測定装置及び表面測定方法
JP2021162584A (ja) * 2020-03-31 2021-10-11 Jfeスチール株式会社 表面欠陥検出装置、表面欠陥検出方法、鋼板の製造方法、鋼板の品質管理方法、及び、鋼板の製造設備

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018200685A2 (en) 2017-04-27 2018-11-01 Ecosense Lighting Inc. Methods and systems for an automated design, fulfillment, deployment and operation platform for lighting installations
EP3575741A1 (de) * 2018-05-29 2019-12-04 manroland Goss web systems GmbH Verfahren zum berührungsfreien vermessen einer werkstückkante
CN109238181B (zh) * 2018-09-29 2023-09-26 昆明理工大学 一种基于多级光杠杆的电梯轨道平整度检测系统及方法
CN109612408B (zh) * 2018-12-11 2021-12-07 信利光电股份有限公司 半导体激光器发射角度测试方法、装置及可读存储介质
JP7207386B2 (ja) * 2019-10-29 2023-01-18 Jfeスチール株式会社 表面欠陥検査方法、表面欠陥検査装置、鋼板の製造方法、鋼板の品質管理方法及び鋼板の製造設備
US11690490B2 (en) * 2020-07-08 2023-07-04 Pixart Imaging Inc. Auto clean machine and auto clean machine control method
CN114544208A (zh) * 2021-11-04 2022-05-27 万向一二三股份公司 一种超声焊接机稳定性检测装置和方法
CN114166768B (zh) * 2022-02-14 2022-05-20 四川大学华西医院 不同设备检测同一指标同质化换算方法、装置、电子设备
CN117213411B (zh) * 2023-11-08 2024-01-05 天津欧派集成家居有限公司 基于机器视觉的装饰板材平整度智能检测装置及检测方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6262205A (ja) * 1985-09-13 1987-03-18 Toray Ind Inc 物体の表面凹凸検査方法
JPH08233541A (ja) * 1995-02-23 1996-09-13 Murata Mfg Co Ltd シート厚み測定方法
JPH11316111A (ja) * 1998-04-30 1999-11-16 Asahi Glass Co Ltd 板状鏡面体の表面形状測定方法および装置
JP2004184397A (ja) * 2002-10-08 2004-07-02 Nippon Steel Corp 帯状体の形状不良検査方法およびその装置
WO2007032216A1 (ja) * 2005-09-14 2007-03-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 画像形成装置
JP2009111230A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Sony Corp レーザモジュール
JP2012078144A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Kaneka Corp 透明体シート状物の表面欠陥検査装置
JP2014153149A (ja) * 2013-02-07 2014-08-25 Nikon Corp 形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、及びプログラム
JP2014178323A (ja) * 2014-04-16 2014-09-25 Dainippon Printing Co Ltd 線状照明装置
US20160169798A1 (en) * 2013-08-21 2016-06-16 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Device and method for sensing at least one partially specular surface

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL279098A (ja) * 1961-05-31
JPH0599639A (ja) 1991-10-09 1993-04-23 Mitsubishi Rayon Co Ltd 平面状物の緩やかな凹凸検査装置
JP2002197993A (ja) * 2000-12-26 2002-07-12 Nippon Electric Glass Co Ltd カラー陰極線管用ファンネル
US7132212B2 (en) * 2001-06-13 2006-11-07 Fuji Photo Film Co., Ltd. Presensitized plate
JPWO2007111301A1 (ja) * 2006-03-28 2009-08-13 京セラ株式会社 表面被覆工具
US20070246158A1 (en) * 2006-04-21 2007-10-25 3M Innovative Properties Company Wiring board, production process thereof and connection method using same
JP2010020268A (ja) * 2008-06-09 2010-01-28 Sony Corp 光学フィルムおよびその製造方法、防眩性フィルム、光学層付偏光子、ならびに表示装置
KR20100020906A (ko) * 2008-08-13 2010-02-23 소니 가부시끼가이샤 광학 필름 및 그 제조 방법, 눈부심방지성 필름, 광학층이 부착된 편광자 및 표시 장치
WO2010135769A1 (en) * 2009-05-26 2010-12-02 Udo Wolfgang Bucher Wet paint coating thickness measurement and instrument
JP5903999B2 (ja) * 2011-06-16 2016-04-13 株式会社リコー 感光体ドラム、画像形成装置、画像形成方法、及びプロセスカートリッジ
TWI423785B (zh) * 2011-07-26 2014-01-21 Univ Nat Chiao Tung 生理訊號蒐集單元及其探頭
US10914037B2 (en) * 2012-10-09 2021-02-09 Michael Gorden Yankee dryer profiler and control
KR20150091109A (ko) * 2012-11-30 2015-08-07 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 투명 노트 시트 및 이의 제조 방법
US9131219B2 (en) * 2012-12-18 2015-09-08 Institut National D'optique Method and apparatus for triangulation-based 3D optical profilometry
CN105611825B (zh) * 2013-10-07 2019-07-12 株式会社可乐丽 植物栽培培养介质和使用其的植物栽培装置和植物栽培方法
JP6100203B2 (ja) * 2014-05-19 2017-03-22 日新製鋼株式会社 接続部品用材料
CN106250800B (zh) * 2015-06-05 2021-08-27 Agc株式会社 一种保护玻璃以及便携式信息终端
CN208378728U (zh) * 2015-06-12 2019-01-15 Agc株式会社 玻璃板和显示装置
JP6532345B2 (ja) * 2015-08-05 2019-06-19 キヤノン株式会社 画像形成装置
TWM519751U (zh) * 2015-11-09 2016-04-01 大立光電股份有限公司 塑膠鏡筒、鏡頭模組及電子裝置
JP6648547B2 (ja) * 2016-02-10 2020-02-14 富士ゼロックス株式会社 静電荷像現像剤、現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置、及び、画像形成方法
JP6750245B2 (ja) * 2016-02-19 2020-09-02 富士ゼロックス株式会社 静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置、及び画像形成方法
DE102016119728A1 (de) * 2016-10-17 2018-04-19 Inoex Gmbh Lnnovationen Und Ausrüstungen Für Die Extrusionstechnik Terahertz-Messgerät

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6262205A (ja) * 1985-09-13 1987-03-18 Toray Ind Inc 物体の表面凹凸検査方法
JPH08233541A (ja) * 1995-02-23 1996-09-13 Murata Mfg Co Ltd シート厚み測定方法
JPH11316111A (ja) * 1998-04-30 1999-11-16 Asahi Glass Co Ltd 板状鏡面体の表面形状測定方法および装置
JP2004184397A (ja) * 2002-10-08 2004-07-02 Nippon Steel Corp 帯状体の形状不良検査方法およびその装置
WO2007032216A1 (ja) * 2005-09-14 2007-03-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 画像形成装置
JP2009111230A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Sony Corp レーザモジュール
JP2012078144A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Kaneka Corp 透明体シート状物の表面欠陥検査装置
JP2014153149A (ja) * 2013-02-07 2014-08-25 Nikon Corp 形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、及びプログラム
US20160169798A1 (en) * 2013-08-21 2016-06-16 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Device and method for sensing at least one partially specular surface
JP2014178323A (ja) * 2014-04-16 2014-09-25 Dainippon Printing Co Ltd 線状照明装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3309508A4 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020051874A (ja) * 2018-09-26 2020-04-02 日本製鉄株式会社 表面測定装置及び表面測定方法
JP7284562B2 (ja) 2018-09-26 2023-05-31 日本製鉄株式会社 表面測定装置及び表面測定方法
JP2021131320A (ja) * 2020-02-20 2021-09-09 有限会社折原製作所 強化ガラスの応力測定装置、強化ガラスの応力測定方法
JP7284512B2 (ja) 2020-02-20 2023-05-31 有限会社折原製作所 強化ガラスの応力測定装置、強化ガラスの応力測定方法
WO2021199299A1 (ja) * 2020-03-31 2021-10-07 日本製鉄株式会社 表面測定装置及び表面測定方法
JP2021162584A (ja) * 2020-03-31 2021-10-11 Jfeスチール株式会社 表面欠陥検出装置、表面欠陥検出方法、鋼板の製造方法、鋼板の品質管理方法、及び、鋼板の製造設備
JP7014338B1 (ja) * 2020-03-31 2022-02-01 日本製鉄株式会社 表面測定装置及び表面測定方法
JP7207443B2 (ja) 2020-03-31 2023-01-18 Jfeスチール株式会社 表面欠陥検出装置、表面欠陥検出方法、鋼板の製造方法、鋼板の品質管理方法、及び、鋼板の製造設備

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