WO2019103153A1 - 形状検査装置及び形状検査方法 - Google Patents

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WO2019103153A1
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line
light source
line image
strip
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貴之 園田
古家　順弘
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日本製鉄株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a strip shape inspection apparatus and a shape inspection method.
  • Reflection of the illumination light from the measurement object using illumination light using a fluorescent lamp, a light emitting diode (LED), or laser light as one of methods for measuring the surface shape of the measurement object
  • a method of measuring the surface shape of a measurement object by imaging light There is a method of measuring the surface shape of a measurement object by imaging light.
  • Patent Document 1 as a surface defect detection method for optically detecting surface defects of steel materials, illumination light is irradiated to the same inspection target site from different directions by using two or more distinguishable light sources.
  • a surface defect detection method is disclosed, including: an irradiation step; and detecting an image by reflected light of each illumination light and detecting a surface defect in a region to be inspected by performing difference processing between the acquired images. ing.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 differ in the same inspection target site using two or more distinguishable light sources.
  • Patent Document 1 since the position shift is large at the inspection target site moving at high speed, the surface defect detection method of Patent Document 1 is not suitable for the inspection of the inspection target site moving at high speed.
  • the area sensor camera images in a two-dimensional manner also in the line advancing direction, a difference occurs in the angle between the optical axis of each of the plurality of light sources and the optical axis of the area sensor camera Do. For this reason, in the differential processing of the captured image, the sensitivity of the unevenness is not constant, and it is impossible to completely eliminate the pattern which is the disturbance.
  • the surface defect detection method in the case of using the image acquired using the line sensor camera is also examined.
  • the image to be subjected to difference processing is obtained by imaging the same position of the inspection target site, so the position of the inspection target site to be imaged deviates as much as possible. It is supposed to be necessary. Therefore, in the methods described in Patent Document 2 and Patent Document 3, the other light source is caused to emit light immediately after the light emission of one light source so that the light emissions by the two light sources do not overlap, and the imaging cycle is shortened. The position shift of the inspection object part accompanying movement of steel materials is made small. For this reason, the light emission time of the illumination light also has to be shortened, there is a limit to obtain a sufficient light quantity, and the data processing speed is also limited, so it is difficult to cope with the increase of the line speed.
  • an object of the present invention is to provide a novel method capable of reliably measuring the surface shape of an object to be measured even if the line speed is increased.
  • Another object of the present invention is to provide an improved strip shape inspection apparatus and shape inspection method.
  • it is a shape inspection device which detects surface shape of a strip, and illumination light of a 1st illumination light source or a 2nd illumination light source is irradiated,
  • Line sensor cameras that capture the line image by imaging the surface of the strip, and are arranged symmetrically with respect to the regular reflection direction of the optical axis of the line sensor camera, and the strip with respect to the imaging position of the line sensor camera Illumination light of the first illumination light source and the second illumination light source, the lighting timing and emission time of each of the first illumination light source and the second illumination light source, and line image acquisition of the line sensor camera
  • a measurement control unit that controls timing, and a data processing unit that processes a plurality of line images acquired by the line sensor camera and calculates an inclination of the surface of the strip;
  • the line image acquired by the line sensor camera when the first illumination light is emitted from the light source is taken as the first line image, and the line sensor when the second illumination light is emitted
  • the measurement control unit may provide, as an imaging interval, a time during which imaging is not performed until the previous imaging by the line sensor camera ends and the next imaging starts.
  • the measurement control unit controls the line image acquisition timing so that the imaging interval b satisfies the following expression. It is also good. b D D / V
  • the data processing unit is configured to calculate a difference between the line image acquired at the n-th line image acquisition timing and the line image acquired at the n-1st or n + 1-th line image acquisition timing.
  • the inclination of the surface of the strip may be calculated as a line image.
  • the data processing unit may calculate the difference between the line image acquired at the n-th line image acquisition timing and the line image complemented from the n ⁇ 1 th previous line image and the n + 1 th and subsequent line images.
  • the inclination of the surface of the strip may be calculated as an image.
  • the data processing unit may calculate the height of the surface of the strip by integrating the inclination of the surface of the strip in the longitudinal direction.
  • the shape inspection device may comprise at least one additional illumination light source for illuminating the strip with a strip of illumination light.
  • the measurement control unit sequentially turns on the first illumination light source, the second illumination light source, and the additional illumination light source one by one at the line image acquisition timing of the line sensor camera, and the data processing unit
  • the inclination of the surface of the strip is calculated based on the difference line image obtained based on the line image of the second line image and the second line image, and the additional illumination light is emitted from the additional illumination light source by the line sensor camera.
  • the surface condition of the band is identified based on the acquired line image.
  • a shape inspection method for detecting the surface shape of a strip, the surface of the strip being on a line on which the strip is transported.
  • Line sensor cameras that capture line images and acquire line images, and are arranged to be symmetrical with respect to the regular reflection direction of the optical axis of the line sensor camera, and strip-like illumination light is sequentially alternated with respect to the imaging position of the line sensor camera
  • a first illumination light source and a second illumination light source for illuminating the light source, and a line image acquired by the line sensor camera when the first illumination light is emitted from the first illumination light source Is a first line image
  • the line image acquired by the line sensor camera when the second illumination light is emitted from the second illumination light source is taken as the second line image, the first line image and the first line image.
  • a shape inspection method for controlling the line image acquisition timing of a line sensor camera and calculating the inclination of the surface of the band based on a difference line image obtained based on the first line image and the second line image is disclosed. Provided.
  • the surface shape of the object to be measured can be reliably measured even if the line speed is increased.
  • FIG. 14 is an explanatory view showing a modification of a difference image generation process by the data processing unit according to the embodiment;
  • FIG. 16 is an explanatory view showing another modified example of the difference image generation processing by the data processing unit according to the embodiment;
  • FIG. 16 is an explanatory view showing another modified example of the difference image generation processing by the data processing unit according to the embodiment;
  • FIG. 17 is an explanatory drawing showing an example of an image when a linear interpolation process is performed on the separated image of FIG.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an example of the configuration of a shape inspection apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the strip S is transported in a predetermined direction on a transport line (not shown), and the transport direction of the strip S corresponds to the longitudinal direction of the strip S. It shall be.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an example of the configuration of a shape inspection apparatus 10 according to the present embodiment.
  • the strip S is transported in a predetermined direction on a transport line (not shown), and the transport direction of the strip S corresponds to the longitudinal direction of the strip S. It shall be.
  • FIG. 2 is an explanatory view for explaining the magnitude of the luminance of the reflected light of the illumination light acquired by the line sensor camera 101 when the surface of the strip S is horizontal.
  • FIG.3 and FIG.4 is explanatory drawing explaining the magnitude
  • the shape inspection apparatus 10 has surface shapes (for example, uneven shapes) of various strip-like members S such as steel plates placed on a predetermined place, steel plates transported on a predetermined conveyance line, and the like. It is a device to detect.
  • the macroscopic shape of the strip S is not particularly limited, and may be, for example, a plate such as a slab or a billet, or may be a coil having a metal plate wound up. Good.
  • the component of the strip S is not particularly limited, and may be various steels mainly composed of iron elements, various alloys of iron and other metal elements, or various kinds of alloys. It may be a non-ferrous metal of
  • the shape inspection apparatus 10 mainly includes a measuring apparatus 100 and an arithmetic processing unit 200.
  • the measuring apparatus 100 illuminates each of the strip S (more specifically, the surface of the strip S) from the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 under the control of the arithmetic processing unit 200. While irradiating the light, the line sensor camera 101 picks up the surface of the strip S on which the illumination light is checked to obtain a picked-up image. The measuring apparatus 100 outputs the acquired captured image to the arithmetic processing unit 200.
  • the arithmetic processing unit 200 controls the measurement processing of the strip S by the measuring unit 100. Further, the arithmetic processing unit 200 performs image processing on the captured image acquired from the measuring unit 100, and calculates the inclination of the surface of the strip S as information used to detect the surface shape of the strip S. Do.
  • the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are symmetrical with respect to the regular reflection direction of the optical axis of the line sensor camera 101. Is placed. Then, the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are alternately turned on, and a plurality of line images are acquired by imaging the surface of the strip S with the line sensor camera 101 within each light emission time. .
  • the arithmetic processing device 200 is a line image (also referred to as a “first line image”) acquired by the line sensor camera 101 when the first illumination light is emitted from the first illumination light source 103, and the first.
  • the strip S based on the difference with the line image (also referred to as a “second line image”) acquired by the line sensor camera 101 when the second illumination light is emitted from the second illumination light source 105. Calculate the slope of the surface of.
  • the arithmetic processing unit 200 separates the first line image from the captured image generated by arranging the acquired line images in the imaging order, and generates a first separated image including the first line image.
  • the second line image is separated to generate a second separated image consisting of the second line image.
  • the arithmetic processing unit 200 generates a difference image by calculating the difference between the luminance values of each of the first separated image and the second separated image. Then, the arithmetic processing unit 200 calculates the inclination of the surface of the strip S based on the difference image, and detects unevenness on the surface of the strip S.
  • the surface of the strip S is orthogonal to the optical axis of the line sensor camera 101 and is in a horizontal state.
  • the brightness of the reflected light of the irradiation light of the first illumination light source 103 on the surface of the strip S (hereinafter also referred to as “first reflection luminance”) and the irradiation light of the second illumination light source 105
  • the brightness of the reflected light on the surface of the strip S (hereinafter also referred to as “second reflected brightness”) is equal.
  • the first reflection luminance and the second reflection luminance are different.
  • the reflection luminances of the two illumination lights are the same and there is no difference.
  • the reflection luminances of the two illumination lights makes a difference. Therefore, if it is possible to acquire the difference between the reflection luminances of the two illumination lights, it is possible to acquire the surface shape of the strip S.
  • the 1st line picture acquired by line sensor camera 101 when the 1st illumination light is irradiated from the 1st illumination light source 103 And the second illumination light from the second illumination light source 105 by taking the difference of the luminance value with the second line image acquired by the line sensor camera 101, the surface of the strip S Get the difference of the reflected brightness in.
  • the measurement processing of the strip S by the measuring device 100 and the calculation processing of the inclination of the surface of the strip S by the arithmetic processing unit 200 are performed in real time in accordance with the transport of the strip S. It is possible to carry out.
  • the user of the shape inspection apparatus 10 grasps and inspects the surface shape of the strip S in real time by paying attention to the detection result output from the shape inspection apparatus 10 (more specifically, the arithmetic processing unit 200). It becomes possible. Further, it is also possible to automatically determine the surface shape of the strip S based on the calculated inclination of the surface of the strip S by the shape inspection apparatus 10.
  • the measuring apparatus 100 and the arithmetic processing unit 200 will be described in detail below.
  • FIG. 5 is explanatory drawing which shows typically one structural example of the measuring apparatus 100 which comprises the shape inspection apparatus 10 which concerns on this embodiment, Comprising: The state which looked at the strip-shaped body S from the side is shown.
  • FIG. 6 is a plan view of FIG.
  • the measurement apparatus 100 includes a line sensor camera 101, a first illumination light source 103, and a second illumination light source 105, as shown in FIGS.
  • the line sensor camera 101, the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are fixed by known means so that their setting positions do not change.
  • the strip S is moved relative to the line sensor camera 101 and the illumination light sources 103 and 105.
  • the line sensor camera 101 sequentially images the surface of the strip S moving in the transport direction (that is, the longitudinal direction of the strip S).
  • the regions of the strip S corresponding to the line images acquired by the line sensor camera 101 do not overlap with each other. That is, the line sensor camera 101 captures different regions of the strip S at the adjacent line image acquisition timing, and does not overlap and capture the same region of the strip S.
  • the line sensor camera 101 is an imaging device that captures an image in units of one-dimensional lines.
  • the line sensor camera 101 may be, for example, a monochrome line sensor camera, or a known color line sensor camera such as a 3 CCD system.
  • a color line sensor camera it is also possible to grasp the color of the surface of the strip S to be inspected.
  • the line sensor camera 101 is disposed above the strip S (in the positive Z-axis direction) such that the regular reflection direction of its optical axis is perpendicular to the surface of the strip S. Be done. At this time, the angle between the regular reflection direction of the optical axis of the line sensor camera 101 and the normal direction of the surface of the strip S is 0 °.
  • the line sensor camera 101 does not necessarily have to have the regular reflection direction of the optical axis perpendicular to the surface of the strip S, and It may be arranged to image the surface.
  • the line sensor camera 101 is disposed such that the longitudinal direction (Y direction) of the line image acquired by the line sensor camera 101 is substantially orthogonal to the conveyance direction (X direction) of the strip S.
  • the longitudinal direction of the line image and the transport direction of the strip S may not be exactly orthogonal to each other, and an inclination of about ⁇ 10 ° is acceptable.
  • the line sensor camera 101 captures an image of the surface of the strip S irradiated with the first illumination light of the first illumination light source 103 or the second illumination light of the second illumination light source 105.
  • the measuring apparatus 100 alternately turns on the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 based on control information from the measurement control unit 203 of the arithmetic processing unit 200, and The surface of the strip S is imaged by the line sensor camera 101 within the light emission time from the lighting timing. Therefore, the line sensor camera 101 is imaged when the line image (first line image) captured when the first illumination light source 103 is illuminated and the second illumination light source 105 is illuminated. Line images (second line images) are alternately acquired.
  • the line sensor camera 101 outputs a line image acquired by imaging the surface of the strip S to the arithmetic processing unit 200.
  • the data processing unit 205 performs processing of calculating the inclination of the surface of the strip S.
  • the measuring apparatus 100 includes two illumination light sources of a first illumination light source 103 and a second illumination light source 105.
  • the first illumination light source 103 irradiates the surface of the strip S with the first illumination light
  • the second illumination light source 105 irradiates the surface of the strip S with the second illumination light.
  • the first irradiation light of the first illumination light source 103 is white light
  • the second irradiation light of the second illumination light source 105 is also white light.
  • the colors of the first illumination light and the second illumination light are not particularly limited, and may be determined according to the inspection target.
  • the first illumination light and the second illumination light may not be visible light, and may be infrared light or ultraviolet light. That is, it is preferable that the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 use light sources having substantially the same irradiation conditions such as wavelength, output intensity, and type of light source.
  • the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are configured to emit illumination light over substantially the entire width of the strip S.
  • any light source can be used as the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105.
  • the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 may be rod-like LED illumination, or may be illumination of a configuration in which laser light is linearly extended by a rod lens or the like.
  • a visible light source used for the 1st illumination light source 103 and the 2nd illumination light source 105 a single wavelength laser beam or LED may be used, and a light source having a continuous spectrum may be used.
  • the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are symmetrical with respect to the regular reflection direction on the surface of the strip S of the optical axis of the line sensor camera 101.
  • the line sensor camera 101 is disposed so that the regular reflection direction of its optical axis is perpendicular to the surface of the strip S, the optical axis of the line sensor camera 101, The regular reflection direction on the surface of the strip S of the optical axis is the same.
  • an angle (first angle: ⁇ 1 ) between the optical axis of the first illumination light source 103 and the optical axis of the line sensor camera 101, the optical axis of the second illumination light source 105, and the light of the line sensor camera 101 The first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are arranged such that the angle (second angle: ⁇ 2 ) with the axis is substantially equal.
  • the first angle theta 1 and the second angle theta 2 and is substantially equal, not only the first angle theta 1 and the second angle theta 2 are the same, nonexistent plane of irregularities
  • the plane without unevenness is luminance due to dirt or the like present in the plane.
  • between the first angle ⁇ 1 and the second angle ⁇ 2 is, for example, preferably within 10 °, and more preferably within 5 °. If the angle difference is in such a range, the two captured images look the same as each other when the line sensor camera 101 picks up a plane in which there is no unevenness and picks up each illumination light.
  • the first angle theta 1 and the second angle theta 2 of the magnitude, respectively it is preferable that the restrictions on the installation of the light source is as large as possible an angle in a range that does not exist. Thereby, it becomes possible to measure the irregular reflection of each illumination light with the line sensor camera 101.
  • the first angle theta 1 and the second angle theta 2 in size it is preferable that the both 30 ° or more.
  • first angle theta 1 and the second angle theta 2 sizes of respectively 30 ° or more can be further increased relative changes of the luminance values for the angle changes to be measured by the line sensor camera 101 and Become.
  • the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are alternately lit based on control information from the measurement control unit 203 of the arithmetic processing unit 200.
  • the line sensor camera 101 captures an image of the surface of the strip S to obtain a line image within the emission time of each of the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show the case where the first illumination light source 103 is disposed on the upstream side in the transport direction and the second illumination light source 105 is disposed on the downstream side in the transport direction
  • the present invention is not limited thereto. It is not limited to.
  • the second illumination light source 105 may be disposed on the upstream side in the transport direction
  • the first illumination light source 103 may be disposed on the downstream side.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an example of the overall configuration of the arithmetic processing unit 200 according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the line image acquisition timing of the line sensor camera 101, the lighting timing and light emission time of the first illumination light source 103, and the lighting timing and light emission time of the second illumination light source 105.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing an imaging range of a line image acquired by the line sensor camera 101 when the line image acquisition timing, the lighting timing and the light emission time of FIG. 8 are set.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of the data processing unit 205 according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the difference image generation processing by the data processing unit 205 according to the present embodiment.
  • 12 to 14 are explanatory diagrams showing a modification of the difference image generation process by the data processing unit 205 according to the present embodiment.
  • FIG. 15 is an explanatory view showing an image of luminance change of an image by interpolation processing.
  • FIG. 16 is an explanatory view showing an example of an image generated based on the difference image generation processing of FIG.
  • FIG. 17 is an explanatory drawing showing an example of an image when adjacent pixel interpolation processing is performed on the separated image shown in FIG. 16 to generate a difference image.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the difference image generation processing by the data processing unit 205 according to the present embodiment.
  • 12 to 14 are explanatory diagrams showing a modification of the difference image generation process by the data processing unit 205 according to the present
  • FIG. 18 is an explanatory view showing an image example in the case where a linear interpolation process is performed on the separated image of FIG. 16 to generate a difference image.
  • FIG. 19 is an explanatory view schematically showing the relationship between the reflection angle of the illumination light and the inclination angle of the surface in the measuring apparatus 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 20 is a graph showing an example of the positional relationship between the inclination of the surface of the strip and the luminance difference.
  • the “lighting timing” refers to the time when the illumination light source turns on (that is, the time when it begins to light), and the “light emission time” refers to the time from the lighting light source to lighting until it turns off.
  • the “line image acquisition timing” refers to the time when the illumination light source is turned on and the image sensor of the line sensor camera 101 is exposed. Information on the image can not be acquired at the timing when the illumination light source is on but not exposed, or at the timing when exposure is performed but the illumination light source is not on. Such timing is not included in the line image acquisition timing.
  • the arithmetic processing device 200 is a device that calculates the inclination of the surface of the strip S in order to detect the surface shape of the strip S based on the captured image acquired by the measuring device 100.
  • the arithmetic processing device 200 mainly includes a data acquisition unit 201, a measurement control unit 203, a data processing unit 205, a display control unit 207, and a storage unit 209, as shown in FIG.
  • the data acquisition unit 201 is realized by, for example, a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a communication device, and the like.
  • the data acquisition unit 201 acquires a captured image captured by the line sensor camera 101 of the measurement apparatus 100, and transmits the captured image to a data processing unit 205 described later. Further, the data acquisition unit 201 may associate the acquired captured image with time information on the date and time when the captured image was captured, and store the associated information as history information in the storage unit 209 described later.
  • the measurement control unit 203 is realized by a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like.
  • the measurement control unit 203 controls the measurement of the strip S by the measuring device 100 according to the present embodiment. More specifically, when starting measurement of the strip S, the measurement control unit 203 sends a control signal for irradiating the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 with illumination light. Do.
  • the measurement control unit 203 determines that the band S is between the band S and the measuring device 100. Based on a PLG signal (for example, a PLG signal output each time the strip S moves 1 mm, etc.) periodically sent from a drive mechanism or the like that changes the relative position, measurement is performed on the line sensor camera 101 Send out a trigger signal to start the As a result, the measuring apparatus 100 can acquire measurement data (line image) at each position in the transport direction of the strip S.
  • a PLG signal for example, a PLG signal output each time the strip S moves 1 mm, etc.
  • the measurement control unit 203 sequentially and alternately illuminates the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 based on a line speed that is a relative speed between the strip S and the line sensor camera 101.
  • the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are controlled to emit light.
  • the measurement control unit 203 causes the line sensor camera 101 to generate the strip S within the light emission time in which the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 respectively emit illumination light.
  • the line image acquisition timing of the line sensor camera 101 is controlled so as to image the surface.
  • the line image acquisition timing of the line sensor camera 101, the lighting timing and emission time of the first illumination light source 103, and the lighting timing and emission time of the second illumination light source 105 are set. It is assumed that At this time, as shown in FIG. 9, the length in the conveyance direction of the strip S per pixel of the line sensor camera 101 on the strip S (hereinafter referred to as “pixel length”) is D, the strip.
  • pixel length the length in the conveyance direction of the strip S per pixel of the line sensor camera 101 on the strip S
  • V be a line speed which is a relative speed between the body S and the line sensor camera 101.
  • the time until the end of imaging by the line sensor camera 101 and the start of the next imaging is set as an imaging interval b.
  • the imaging interval b is a time when imaging by the line sensor camera 101 is not performed.
  • the strip S moves at the line speed V without an image being acquired by the line sensor camera 101.
  • the second illumination light source 105 is turned on, and until the time t4, the line sensor camera 101 takes a second imaging range E2, as in the lighting of the first illumination light source 103. It is acquired as a line image of
  • the first line image acquisition starts
  • the line image E1 is out of the imaging range (range of the pixel length D) of the line sensor camera 101. Therefore, the first line image and the second line image do not overlap. Therefore, if the imaging interval b is repeatedly provided between the time of acquiring the first line image and the time of acquiring the second line image, the imaging range does not overlap between the first line image and the second line image.
  • the imaging range E1 at the time of irradiation of the first illumination while moving the strip S and the imaging range E2 at the time of illumination of the second illumination have resolution R necessary for recognizing the target shape. It is necessary to make it half or less.
  • the shift amount ⁇ due to the conveyance of the strip S is the product (Vd) of the light emission time d and the line velocity V. Therefore, the light emission time d may be set based on the following formula (2).
  • the light emission time d of the first illumination light source and the second illumination light source may be shortened or The pixel length D may be reduced.
  • the data processing unit 205 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like.
  • the data processing unit 205 processes the line image acquired by the measuring device 100, and calculates the inclination of the surface of the strip S.
  • the data processing unit 205 includes a separated image generation unit 211, a difference image generation unit 213, an inclination calculation unit 215, and a height calculation unit 217.
  • the separated image generation unit 211 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and a first image including a line image (first run image) acquired from the captured image at the lighting timing of the first illumination light source 103.
  • a second separated image including a separated image and a line image (second line image) acquired at the lighting timing of the second illumination light source 105 is generated.
  • the captured image is acquired by the line sensor camera 101 within the emission time of each of the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 which are alternately lit.
  • the line images are images generated by arranging in order of imaging.
  • line images of odd lines 1, 3, 5, 7 are captured within the emission time of the first illumination light source 103, and lines 2, 4, 6, 8 within the emission time of the second illumination light source 105. It is assumed that line images of even lines of are captured. At this time, as shown in FIG. 11, the captured image is an image in which line images of odd lines and line images of even lines are alternately arranged along the longitudinal direction.
  • the separated image generation unit 211 performs such a captured image while the line image of the odd line acquired while the first illumination light source 103 is on and the second illumination light source 105 is on. It separates into the line image of the acquired even line. Then, the separated image generation unit 211 arranges the line images separated into two in the order of imaging, and generates two separated images. For example, a separation image consisting of line images of odd lines is taken as a first separation image, and a separation picture consisting of line images of even lines is taken as a second separation image. Thus, the first separation image consists of a line image acquired while the first illumination light source 103 is on, and the second separation image is while the second illumination light source 105 is on. It consists of the acquired line image.
  • the separation image generation unit 211 When the separation image generation unit 211 generates the first separation image and the second separation image, the separation image generation unit 211 outputs the first separation image and the second separation image to the difference image generation unit 213.
  • the difference image generation unit 213 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and generates a difference image between the first separated image and the second separated image.
  • the difference image can be said to be an image generated by arranging one difference line image acquired from the first line image and the second line image in the order of imaging. For example, when the first separated image and the second separated image as shown in FIG. 11 are generated, the difference image generation unit 213 calculates the luminance at the pixel corresponding to the first separated image and the second separated image. The difference of values is calculated, and a difference image represented by the difference of luminance values is generated. In the difference image, portions with different luminance values appear between the first separated image and the second image.
  • the difference image generation unit 213 outputs the generated difference image to the inclination calculation unit 215.
  • the separated image generation unit 211 can generate a separated image.
  • the line sensor camera 101 outputs the line image to the separated image generation unit 211 each time it acquires a line image.
  • the separation image generation unit 211 distributes the line image input from the line sensor camera 101 into a first memory for recording the first separation image and a second memory for recording the second separation image, and performs the first separation. Generate an image and a second separated image.
  • the distribution of line images input from the line sensor camera 101 may be performed, for example, by switching the memory of the output destination of the line image at each line image acquisition timing of the line sensor camera 101.
  • the data processing unit 205 includes a delay memory 219 that stores a one-line image.
  • line images input from the line sensor camera 101 are respectively output to the subtractor 213 a and also stored in the delay memory 219.
  • the line image stored in the delay memory 219 is output to the subtractor 213a with a delay of one line image acquisition timing.
  • the difference image generation unit 213 outputs the line image acquired at the first line image acquisition timing (hereinafter referred to as “first line image”) to the subtractor 213 a and to the delay memory 219. Store. At this time, the output from the difference unit 213a to the difference image memory for recording the difference image is not performed.
  • the difference image generation unit 213 similarly performs the second line image. , And to the delay memory 219. At this time, the first line image is output from the delay memory 219 to the difference unit 213a before the second line image is stored.
  • the subtractor 213a takes the difference in luminance value between the first line image and the second line image, and outputs the difference between these line images to the difference image memory. The same processing is repeated each time a line image is input thereafter. As described above, by making it possible to calculate the difference in luminance value directly from the line image using the delay memory 219, it is possible to generate a difference image without generating a separated image.
  • the difference in luminance value of the line image is output to the difference image memory every one line image acquisition timing, but the luminance value of the line image is calculated every line image acquisition timing.
  • the difference can also be configured to be output to a difference image memory.
  • a switch 213 b is provided between the delay memory 219 and the difference unit 213 a to change the order of line images for obtaining differences in luminance values.
  • the switch 213 b can set the output A and the output B for the output of the line image.
  • the output A is acquired at a line image acquired at the nth line image acquisition timing stored in the delay memory 219 (hereinafter referred to as “nth line image”) and at the n + 1th line image acquisition timing.
  • the obtained line image (hereinafter referred to as “n + 1st line image”) is output to the subtractor 213a in the same order.
  • the subtractor 213a subtracts the luminance value of the n + 1-th line image from the luminance value of the n-th line image to calculate a difference.
  • the output B rearranges the order of the n-th line image and the n + 1-th line image stored in the delay memory 219, and outputs the result to the difference unit 213a.
  • the subtractor 213a subtracts the luminance value of the nth line image from the luminance value of the n + 1th line image to calculate a difference.
  • the switch 213 b is switched each time one line image is input from the line sensor camera 101.
  • the subtractor 213a calculates the difference in luminance value of the line image, and outputs the difference to the difference image memory.
  • the generated difference image has the same size as the captured image in which the line images acquired by the line sensor camera 101 are arranged in the imaging order.
  • the size in the longitudinal direction is 1/2 of the captured image.
  • the differential image in FIG. 13 can also be said to be an image acquired at 1 ⁇ 2 of the imaging resolution of the line sensor camera 101. Therefore, it is desirable that the imaging resolution of the line sensor camera 101 be set to twice the necessary resolution.
  • interpolation processing may be performed on the first separated image and the second separated image in FIGS. 11 and 12 so as to match the image size with the captured image.
  • interpolation processing for example, adjacent pixel interpolation that interpolates a separated image by arranging each two line images such as lines 1, 1, 3, 3, 5, 5, 7, and 7 (upper center in FIG. 15) ) May be performed.
  • linear interpolation (upper right in FIG. 15) may be performed on the original image of the separated image to interpolate the average value of the luminance values of adjacent pixels in the adjacent line image.
  • the lower side of FIG. 15 shows changes in luminance values of the pixels 1 to 5 of the original image and changes in luminance values of the pixels 1 to 9 of the separated image subjected to the interpolation processing.
  • the change in the luminance value is blurred.
  • the luminance value changes smoothly.
  • FIG. 16 shows a captured image, a first separated image, a second separated image, and a difference image obtained by the process shown in FIG.
  • the sizes of the first separated image, the second separated image, and the difference image in the longitudinal direction in FIG. 16 are 1/2 of the captured image.
  • adjacent pixel interpolation is performed on the first separated image and the second separated image in FIG. 16, as shown in FIG. 17, the longitudinal directions of the first separated image, the second separated image, and the difference image are obtained.
  • the size of is the same as the captured image.
  • linear interpolation is performed on the first separated image and the second separated image of FIG. 16, as shown in FIG.
  • the first separated image, the second separated image, and The size of the difference image in the longitudinal direction is the same as the captured image. Furthermore, the separated image and the differential image after interpolation become a smoother image than in the case of FIG. 17 in which adjacent pixel interpolation is performed. Thus, by performing linear interpolation on the original image of the separated image, it is possible to reproduce a change in luminance similar to the form of the unevenness on the surface of the strip S while maintaining the resolution of the original image.
  • the inclination calculation unit 215 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and calculates the inclination of the surface of the strip S based on the difference image generated by the difference image generation unit 213. .
  • the inclination calculation unit 215 sets the difference image generated by the difference image generation unit 213 as luminance difference data representing the difference in luminance value, based on the relationship between the luminance difference and the inclination of the surface of the belt S, Calculate the direction and magnitude of the surface tilt.
  • the relationship between the luminance difference and the inclination of the surface of the strip S will be described.
  • the surface of the strip S is inclined at an inclination angle ⁇ with reference to the horizontal plane orthogonal to the optical axis of the line sensor camera 101.
  • the first illumination light source 103 and the second illumination source 105, a first angle theta 1 and the second angle theta 2 is installed to be substantially equal to each other.
  • the brightness of the reflected light of the first illumination light detected by the line sensor camera 101 and the brightness of the reflected light of the second illumination light are It can be considered as zero except for a small difference of the correction constant due to the difference in wavelength.
  • the degree of reflection of each illumination light changes, and as shown in FIG. The luminance difference changes.
  • the inclination calculation unit 215 can convert each luminance difference ⁇ L to the inclination angle ⁇ of the surface by using the luminance difference ⁇ L of each pixel specified from the difference image and the conversion coefficient ⁇ .
  • the inclination of the surface of the focused strip S corresponds to a tangent at an inclination angle ⁇ converted from the luminance difference.
  • the inclination calculation unit 215 can calculate the inclination of the surface of the focused strip S by calculating tan ⁇ , which is a tangent at the calculated inclination angle ⁇ .
  • the inclination calculated in this manner represents the direction of the inclination, and the absolute value represents the specific magnitude of the inclination.
  • the information on the conversion coefficient ⁇ specified in advance is stored, for example, in the storage unit 209 or the like, and the inclination calculation unit 215 acquires information on the conversion coefficient from the storage unit 209 when performing the inclination calculation process. Convert the luminance difference into a tilt angle. By performing such processing on all elements of the luminance difference data, the inclination calculation unit 215 relates to the data group of inclination values for the entire surface of the band S (in other words, the value of the inclination. Get map data). The data group of inclination values obtained in this manner becomes inspection information used when inspecting the shape of the strip S (more specifically, the surface shape).
  • the inspection information by replacing the value of the inclination included in the inspection information with the level or the density of the luminance value. It is also possible to perform shape inspection based on the tilt image by imaging the map data relating to the generated tilt into a tilt image.
  • the inclination calculation unit 215 can also inspect the shape of the surface of the strip S by comparing the calculated inclination with a predetermined threshold value. That is, by performing known statistical processing and the like based on past operation data etc., the threshold value of the surface inclination in the case where there is an abnormal part on the surface of the strip S is specified in advance, and the storage unit 209 etc. Store in Then, the inclination calculation unit 215 may check whether or not there is an abnormal part on the surface of the focused band S by specifying the magnitude relationship between the calculated inclination value and the threshold value. It becomes possible.
  • the inclination calculating unit 215 outputs data on the calculated inclination of the surface of the strip S to the height calculating unit 217.
  • the height calculation unit 217 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, etc., and uses the inclination of the surface of the band S calculated by the inclination calculation unit 215 to determine the height of the surface of the focused band S. Calculate
  • the height calculation unit 217 sets the inclination tan ⁇ of the surface of the band S calculated by the inclination calculation unit 215 to the relative movement direction of the line sensor camera 101 and the band S. By integrating along the longitudinal direction (in other words, the scanning direction of the line sensor camera 101), the height of the surface of the strip S is calculated.
  • the height calculation unit 217 performs such integration processing on all elements of the data on the inclination of the surface, whereby a group of data on the height of the surface for the entire surface of the band S (in other words, the surface Map data on height can be obtained.
  • the data group relating to the height of the surface obtained in this manner becomes inspection information used when inspecting the shape of the strip S (more specifically, the surface shape).
  • image the inspection information by replacing the value related to the height of the surface included in the inspection information with the level or the density of the luminance value.
  • shape inspection based on the height image by imaging the map data related to the height of the generated surface to make the height image.
  • the data processing unit 205 having the above functions calculates the inclination of the surface of the strip S, and finishes the process of calculating the inspection information for inspecting the surface shape of the strip S, the information on the processing result obtained Are transmitted to the display control unit 207.
  • the display control unit 207 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an output device, and the like.
  • the display control unit 207 outputs various processing results including the calculation result of the inspection information on the surface shape of the band S transmitted from the data processing unit 205 to an output device such as a display or the like provided in the arithmetic processing unit 200 or arithmetic processing
  • the display control at the time of displaying on an output device or the like provided outside the device 200 is performed.
  • the user of the shape inspection apparatus 10 can grasp various processing results such as the inclination and height of the surface of the strip S on the spot.
  • the storage unit 209 is realized by, for example, a RAM, a storage device, or the like included in the arithmetic processing unit 200 according to the present embodiment.
  • the data acquisition unit 201, the measurement control unit 203, the data processing unit 205, the display control unit 207, and the like can freely perform data read / write processing on the storage unit 209.
  • each component described above may be configured using a general-purpose member or circuit, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Further, all functions of each component may be performed by a CPU or the like. Therefore, it is possible to change the configuration to be used as appropriate according to the technical level at which the present embodiment is implemented.
  • a computer program for realizing each function of the arithmetic processing unit according to the present embodiment as described above, and to install it on a personal computer or the like.
  • a computer readable recording medium in which such a computer program is stored can be provided.
  • the recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory or the like.
  • the above computer program may be distributed via, for example, a network without using a recording medium.
  • FIG. 21 is a flowchart showing an example of the shape inspection method according to the present embodiment.
  • a predetermined region of the surface of the strip S is While alternately turning on the illumination light source 103 and the second illumination light source 105 alternately, the line sensor camera 101 picks up an image at the line image acquisition timing within the light emission time during which the illumination light is emitted at each lighting timing. An image is acquired (step S100). The line sensor camera 101 outputs the acquired line image to the arithmetic processing unit 200.
  • the data acquisition unit 201 of the arithmetic processing unit 200 when acquiring the line image input from the measuring device 100, the data acquisition unit 201 of the arithmetic processing unit 200 generates a separated image in the separated image generation unit 211 of the data processing unit 205 from the input line image ( S110).
  • the separated image generation unit 211 uses the line image acquired by the line sensor camera 101 when the first illumination light is emitted from the first illumination light source 103 from the captured image. And a second separated image composed of a line image acquired by the line sensor camera 101 when the second illumination light is irradiated from the second illumination light source 105. Then, the separation image generation unit 211 outputs the generated first separation image and the second separation image to the difference image generation unit 213.
  • the difference image generation unit 213 generates a difference image based on the first separated image and the second separated image (S120).
  • the difference image generation unit 213 calculates a difference between luminance values at corresponding pixels in the first separated image and the second separated image, and generates a difference image.
  • the difference image generation unit 213 outputs the generated difference image to the inclination calculation unit 215.
  • the present invention is not limited to this example.
  • a separated image may be generated without generating a captured image.
  • the difference image may be generated without generating the captured image, the first separated image and the second separated image.
  • interpolation processing may be performed on the original image of the separated image.
  • the inclination calculating unit 215 that has received the input of the difference image calculates the inclination of the surface of the strip S based on the difference image (S130).
  • the inclination calculating unit 215 sets the difference image as luminance difference data representing the difference in luminance value, based on the relationship between the luminance difference acquired in advance and the inclination of the surface of the band S, the inclination of the surface of the band S. Calculate direction and magnitude.
  • the inclination calculation unit 215 outputs data on the calculated inclination to the height calculation unit 217.
  • the inclination calculation unit 215 may output data regarding the calculated inclination to the display control unit 207 as inspection information.
  • the height calculation unit 217 integrates the inclination included in the data on the inclination output from the inclination calculation unit 215, and calculates the height of the surface of the strip S (step S140).
  • the height calculation unit 217 may output the obtained data regarding the height of the surface of the strip S to the display control unit 207 as inspection information.
  • the display control unit 207 that has received input of various types of inspection information used for surface inspection of the strip S may output the obtained result to the user or various devices provided outside. Thereby, the user can grasp the inspection result regarding the shape of the strip S.
  • the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are disposed so as to be symmetrical with respect to the regular reflection direction of the optical axis of the line sensor camera 101, and based on the line speed.
  • the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are sequentially turned on one by one at the line image acquisition timing of the line sensor camera 101, and a plurality of line images are acquired so that overlapping of imaging ranges does not occur. .
  • the arithmetic processing unit 200 obtains a difference line image obtained based on the line image acquired within the light emission time of the first illumination light source 103 and the line image acquired within the light emission time of the second illumination light source 105.
  • the inclination of the surface of the strip S is calculated based on
  • the emission interval and emission of the two light sources The time and exposure time of the camera had to be small, and it was difficult to cope with the increase in line speed.
  • the first line image acquired when the first illumination light source emits light and the second line light source acquires the light emission
  • the second line image does not have to be obtained by imaging the same portion of the strip S, as long as the difference between the first line image and the second line image obtained by imaging the adjacent portion can be obtained.
  • the light emission time of the illumination light is set to a length capable of obtaining a sufficient light amount. It can be set. Therefore, it is possible to obtain a clear line image by the line sensor camera 101, and it is possible to detect the surface shape of the strip S with high accuracy.
  • the data processing load is lower than that of the conventional method, it is possible to cope with the increase in line speed.
  • the resolution of the original image can be maintained in the difference image generated from the separated image. Therefore, it is possible to detect the surface shape of the strip S with higher accuracy, without overlapping the line images acquired by imaging the same inspection target site within the light emission time of each of the two illumination light sources. It becomes.
  • the angle between the line sensor camera 101 and the first illumination light source 103 or the second illumination light source 105 in the conveyance direction of the strip S on the conveyance line is always constant, the detection accuracy is stably maintained.
  • the detection accuracy is stably maintained.
  • FIG. 22 when the surface of the strip S illuminated by the first illumination light source 13 and the second illumination light source 15 is imaged by the area camera 11, two-dimensional also in the conveyance direction of the strip S Image is taken.
  • DOO is a first angle theta 1 formed, the optical axis of the optical axis and the second illumination light source 15 of the area camera 11 and the second angle theta 2 and difference occurs eggplant.
  • FIG. 22 left in the field of view of the area camera 11, in a central position where the optical axis and the strip S intersect the area camera 11, the first angle theta 1 and the second angle theta 2 are identical .
  • FIG. 22 central as shown on the right side, the more the imaged position toward the viewing end from the center position in the field of view of the area camera 11, the difference between the first angle theta 1 and the second angle theta 2 is larger Become.
  • the angle between the area camera 11 and the first illumination light source 13 and the second illumination light source 15 changes, the difference in the brightness of the reflected light at the uneven portion of the strip S changes, and the unevenness is detected. Sensitivity decreases.
  • the pattern becomes apparent due to the difference in the brightness of the reflected light, and the pattern that is the disturbance can not be completely erased.
  • the specular reflection direction of the optical axis of the line sensor camera 101 and the first illumination light source 103 and the first illumination light source 103 Only reflected light can be received at a position where the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 with the optical axis of the illumination light source 105 are the same. Therefore, since the difference in luminance of the reflected light as in the case of using the area camera 11 does not occur, the unevenness of the strip S can be detected with high accuracy, and the pattern which is the disturbance can be reliably erased.
  • FIG. 24 is explanatory drawing which shows typically one structural example of the measuring apparatus which comprises the shape inspection apparatus which concerns on this embodiment, Comprising: The state which looked at the strip-shaped body S from the side is shown.
  • the shape inspection apparatus is different from the first embodiment in that the number of illumination light sources in the measuring apparatus 100 is increased.
  • the number of illumination light sources in the measuring apparatus 100 is increased.
  • the measuring apparatus 100 of the shape inspection apparatus 10 includes the line sensor camera 101, the first illumination light source 103, the second illumination light source 105, and the additional illumination light source 107.
  • the line sensor camera 101, the first illumination light source 103, the second illumination light source 105, and the additional illumination light source 107 are fixed by known means so that their setting positions do not change.
  • the configurations of the line sensor camera 101, the first illumination light source 103, and the second illumination light source 105 are the same as the contents described based on FIGS. 5 and 6, and thus the description thereof is omitted here.
  • the additional illumination light source 107 irradiates the surface of the band S with a strip of illumination light (hereinafter also referred to as "additional illumination light").
  • the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105 are used to calculate the inclination of the surface of the strip S and to detect unevenness on the surface of the strip S.
  • the additional illumination light source 107 is used to detect dirt such as rust or a streak pattern. Therefore, the color of the additional illumination light of the additional illumination light source 107 does not have to be the same as the first illumination light and the second illumination light, and is selected according to the color etc. of the detection target to be detected using the additional illumination light source 107 can do.
  • the additional illumination light source 107 may be, for example, a rod-like LED illumination, and the laser light is linearly extended by a rod lens or the like. It may be illumination. Further, as a visible light source used for the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105, laser light of a single wavelength or an LED may be used, or a light source having a continuous spectrum may be used.
  • the additional illumination light source 107 is disposed at a position different from the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105.
  • the angle (third angle: ⁇ 3 ) between the optical axis of the additional illumination light source 107 and the regular reflection direction of the optical axis of the line sensor camera 101 is the line with the first illumination light source 103 the form of the positive reflection direction of the optical axis of the sensor camera 101 first angle theta 1 and the second angle theta 2 formed by the specular direction of the optical axis of the optical axis and the line sensor camera 101 of the second illumination source 105 It is different from The third angle theta 3 is set in accordance with the detection target for detecting the additional illumination source 107, if also be set smaller than the first angle theta 1 and the second angle theta 2 as shown in FIG. 24, also it is set larger than the first angle theta 1 and the second angle theta 2.
  • the first illumination light source 103, the second illumination light source 105, and the additional illumination light source 107 are sequentially lighted one by one based on control information from the measurement control unit 203 of the arithmetic processing unit 200.
  • the line sensor camera 101 captures an image of the surface of the strip S within the emission time of each of the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105. Therefore, the captured image acquired by the line sensor camera 101 is acquired when the line image acquired when the first illumination light source 103 is on and the second illumination light source 105 is on.
  • the line image and the line image acquired when the additional illumination light source 107 is turned on become an image arranged in the longitudinal direction according to the lighting order of the illumination light source.
  • the arithmetic processing unit 200 acquires each of the illumination light sources 103, 105, and 107 when the illumination light sources 103, 105, and 107 are turned on, as in the first embodiment.
  • the separated line image is separated to generate a separated image.
  • the inclination calculation unit 215 and the height calculation unit 217 Processed, the slope and height of the surface of the strip S are obtained.
  • the separated image consisting of a line image acquired when the additional illumination light source 107 is turned on
  • a detection target such as dirt such as rust or a pattern is detected.
  • the surface of the band S is imaged by the line sensor camera 101 at each lighting timing, The surface shape can be grasped in more detail.
  • the captured image and the separated image are generated from the line image acquired by the line sensor camera 101 within the emission time of each of the first illumination light source 103, the second illumination light source 105, and the additional illumination light source 107.
  • the difference image is acquired, the present invention is not limited to such an example.
  • a separated image may be generated without generating a captured image.
  • the difference image may be generated without generating the captured image, the first separated image and the second separated image.
  • interpolation processing may be performed on the original image of the separated image.
  • the present invention is not limited to this example, and a plurality of additional illumination light sources may be provided.
  • a plurality of additional illumination light sources By providing a plurality of additional illumination light sources, the surface shape that can be detected can be increased, so that the surface shape of the strip S can be grasped in more detail.
  • the lighting timing and the light emission time of the plurality of additional illumination light sources may be different from the lighting timing and the light emission time of the first illumination light source 103 and the second illumination light source 105.
  • a first additional illumination light source and a second additional illumination light source are provided as the additional illumination light source.
  • four illumination light sources that is, a first illumination light source 103 (referred to as “light source 1”), a second illumination light source 105 (referred to as “light source 2”), a first additional illumination light source (“ The lighting order of the light source 3 ”and the second additional illumination light source (“ light source 4 ”) may be set, for example, as in the following (a) and (b).
  • an illumination light source (additional illumination light source) is further provided. Then, while installing a plurality of illumination light sources and lighting the illumination light sources one by one sequentially, the line sensor camera 101 captures the surface of the band S within each light emission time to acquire a line image, thereby the band The surface shape of S can be grasped in more detail.
  • FIG. 25 is a block diagram showing a hardware configuration of the arithmetic processing unit 200 according to each embodiment of the present invention.
  • the arithmetic processing unit 200 mainly includes a CPU 901, a ROM 903 and a RAM 905.
  • the arithmetic processing unit 200 further includes a bus 907, an input unit 909, an output unit 911, a storage unit 913, a drive 915, a connection port 917, and a communication unit 919.
  • the CPU 901 functions as an arithmetic processing unit and a control unit, and controls all or part of the operation in the arithmetic processing unit 200 in accordance with various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage unit 913, or the removable recording medium 921.
  • the ROM 903 stores programs used by the CPU 901, calculation parameters, and the like.
  • the RAM 905 primarily stores programs used by the CPU 901, parameters that appropriately change in the execution of the programs, and the like. These are mutually connected by a bus 907 constituted by an internal bus such as a CPU bus.
  • the bus 907 is connected to an external bus such as a peripheral component interconnect / interface (PCI) bus via a bridge.
  • PCI peripheral component interconnect / interface
  • the input device 909 is an operation unit operated by the user, such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, and a lever.
  • the input device 909 may be, for example, a remote control unit (so-called remote control) using infrared rays or other radio waves, or an external connection device 923 such as a PDA corresponding to the operation of the processing unit 200. May be Furthermore, the input device 909 is configured of, for example, an input control circuit that generates an input signal based on the information input by the user using the above-described operation means, and outputs the generated input signal to the CPU 901. By operating the input device 909, the user can input various data to the shape inspection apparatus 10 and instruct processing operations.
  • the output device 911 is configured of a device capable of visually or aurally notifying the user of the acquired information.
  • Such devices include display devices such as CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, cellular phones, facsimiles, and the like.
  • the output device 911 outputs, for example, results obtained by various processes performed by the arithmetic processing device 200.
  • the display device displays the results obtained by the various types of processing performed by the arithmetic processing unit 200 as text or an image.
  • the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data, acoustic data and the like into an analog signal and outputs it.
  • the storage device 913 is a device for data storage configured as an example of a storage unit of the arithmetic processing unit 200.
  • the storage device 913 includes, for example, a magnetic storage unit device such as a hard disk drive (HDD), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device.
  • the storage device 913 stores programs executed by the CPU 901, various data, various data acquired from the outside, and the like.
  • the drive 915 is a reader / writer for a recording medium, and is built in or externally attached to the arithmetic processing unit 200.
  • the drive 915 reads out information recorded on a removable recording medium 921 such as a mounted magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905.
  • the drive 915 can also write a record on a removable recording medium 921 such as a mounted magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory.
  • the removable recording medium 921 is, for example, a CD medium, a DVD medium, a Blu-ray (registered trademark) medium, or the like.
  • the removable recording medium 921 may be Compact Flash (registered trademark) (Compact Flash: CF), a flash memory, an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like. Further, the removable recording medium 921 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) equipped with a noncontact IC chip, an electronic device, or the like.
  • Compact Flash registered trademark
  • Compact Flash CF
  • flash memory a flash memory
  • SD memory card Secure Digital memory card
  • the removable recording medium 921 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) equipped with a noncontact IC chip, an electronic device, or the like.
  • connection port 917 is a port for directly connecting a device to the arithmetic processing unit 200.
  • Examples of the connection port 917 include a Universal Serial Bus (USB) port, an IEEE 1394 port, a Small Computer System Interface (SCSI) port, and an RS-232C port.
  • USB Universal Serial Bus
  • SCSI Small Computer System Interface
  • RS-232C RS-232C port
  • the communication device 919 is, for example, a communication interface configured of a communication device or the like for connecting to the communication network 925.
  • the communication device 919 is, for example, a communication card for wired or wireless Local Area Network (LAN), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB).
  • the communication device 919 may be a router for optical communication, a router for asymmetric digital subscriber line (ADSL), a modem for various types of communication, or the like.
  • the communication device 919 can transmit and receive signals and the like according to a predetermined protocol such as TCP / IP, for example, with the Internet or another communication device.
  • the communication network 925 connected to the communication device 919 is configured by a network or the like connected by wire or wireless, and may be, for example, the Internet, home LAN, infrared communication, radio wave communication, satellite communication, etc. .
  • the shape inspection apparatus according to the above-described embodiment of the present invention will be described with reference to a specific example.
  • the embodiments shown below are merely examples of the shape inspection apparatus and the shape inspection method according to the present invention, and the shape inspection apparatus and the shape inspection method according to the present invention are not limited to the embodiments shown below. .
  • the surface shape of the steel plate was detected as a detection target.
  • the line sensor camera was installed so that the optical axis was perpendicular to the surface of the steel plate.
  • the first illumination light source and the second illumination light source were placed at positions 45 ° apart from the optical axis so as to be symmetrical with respect to the regular reflection direction of the optical axis of the line sensor camera.
  • the line image acquisition timing of the line sensor camera and the lighting timing and light emission time of the first illumination light source and the second illumination light source in this embodiment are set as shown in FIG. As shown in FIG. 8, while the image sensor of the line sensor camera is exposed at the line image acquisition timing, only one of the first illumination light source and the second illumination light source is turned on. The line image acquired when the illumination light source is turned on and the line image acquired when the second illumination light source is turned on do not overlap.
  • the light emission time d of the first illumination light source and the second illumination light source is the same as the exposure time of the line sensor camera.
  • the line speed (V) was 1 m / sec, the light emission time d was 100 ⁇ sec from the above equation (2), and the imaging interval b was set to 100 ⁇ sec from the above equation (1).
  • FIG. 26 On the left side of FIG. 26, a captured image (image A) of a concave portion by the line sensor camera and a captured image (image B) of a rusted area by the line sensor camera are shown.
  • the first separated image and the second separated image generated from these captured images are shown in the center of FIG.
  • Both the recess and the rust area can be grasped from the first separated image and the second separated image.
  • the difference image between the first separated image and the second separated image is shown on the right side of FIG. Looking at the difference image, although the depressions on the surface of the steel plate can be clearly grasped, the rust region does not appear in the difference image. From this, it is understood that the shape inspection apparatus of the present invention can accurately detect the surface shape having inclination and height on a flat surface.
  • the light emission time d must be 20 ⁇ sec or less in order to keep the positional deviation between the first line image and the second line image within 0.2 times the resolution of the line sensor camera. It did not correspond to the cycle time of the sequencer.
  • the present invention is not limited to such an example. For example, there may be a slight overlap that inevitably occurs between the first separation image and the second separation image.

Abstract

帯状体の形状検査装置は、ラインセンサカメラと、ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称に配置され、ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する第１の照明光源及び第２の照明光源と、各照明光源それぞれの点灯タイミング及び発光時間と、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御する測定制御部と、複数のライン画像を処理して帯状体の表面の傾きを算出するデータ処理部とを備える。測定制御部は、第１の照明光源の発光時間内に取得された第１のライン画像と第２の照明光源の発光時間内に取得された第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、ライン速度に基づいて点灯タイミング及び発光時間とライン画像取得タイミングとを制御し、データ処理部は、第１のライン画像と第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づき帯状体の表面の傾きを算出する。

Description

形状検査装置及び形状検査方法
　本発明は、帯状体の形状検査装置及び形状検査方法に関する。
　測定対象物の表面形状を測定する方法の一つに、蛍光灯、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）、又は、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。
　例えば下記の特許文献１には、鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出方法として、２つ以上の弁別可能な光源を利用して同一の検査対象部位に異なる方向から照明光を照射する照射ステップと、各照明光の反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって検査対象部位における表面欠陥を検出する検出ステップと、を含む表面欠陥検出方法が開示されている。
　また、別の鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出方法として、例えば特許文献２及び特許文献３には、２つ以上の弁別可能な光源を利用して同一の検査対象部位に異なる方向から略同一の入射角度で鋼材の移動方向と直交する方向の線状照明光を連続照射する照射ステップと、各線状照明光の照射位置からの反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって検査対象部位における表面欠陥を検出する検出ステップと、を含む表面欠陥検出方法が開示されている。
特許第６０４０９３０号公報 特開２０１７－９５２３号公報 特開２０００－２４１３６２号公報
　上記特許文献１に記載の方法では、２つ以上の弁別可能な光源の照明光の反射光の画像を２つのエリアセンサカメラによって取得し、取得された画像間の差分をとることで検査対象部位における表面欠陥を検出している。この際、差分処理を行う画像は検査対象部位の同一位置を撮像したものとするため、各エリアセンサカメラによって撮像する検査対象部位の位置がなるべくずれないようにする必要がある。しかしながら、ライン速度に応じて生じる画像間の位置ずれは設備の構成上なくすことは困難であり、表面欠陥の検出精度を高めるには限界がある。特に、高速に移動する検査対象部位では、位置ずれが大きくなるため、上記特許文献１の表面欠陥検出方法は、高速に移動する検査対象部位の検査には適していない。また、エリアセンサカメラでライン進行方向にも二次元的に撮像するため、ライン進行方向の位置に応じて、複数の光源それぞれの光軸とエリアセンサカメラの光軸とのなす角度に差異が発生する。このため、撮像画像の差分処理において凹凸の感度が一定せず、外乱となる模様を完全に消すこともできない。
　また、上記特許文献２では、エリアセンサカメラを用いて取得された画像を用いる場合に加え、ラインセンサカメラを用いて取得された画像を用いる場合の表面欠陥検出方法についても検討されている。特許文献２及び特許文献３に記載の方法においても、特許文献１と同様、差分処理を行う画像は検査対象部位の同一位置を撮像したものとするため、撮像する検査対象部位の位置がなるべくずれないようにする必要があるとされている。そこで、特許文献２及び特許文献３に記載の方法では、一方の光源の発光の直後に他方の光源を発光させて、２つの光源による発光が重ならないようにするとともに、撮像周期も短くし、鋼材の移動に伴う検査対象部位の位置ずれを小さくすることを行っている。このため、照明光の発光時間も短くせざるを得ず、十分な光量を得るには限界があり、データ処理速度にも制限があるため、ライン速度の高速化への対応は困難である。
　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、ライン速度が高速化しても測定対象物の表面形状を確実に測定することの可能な、新規かつ改良された帯状体の形状検査装置及び形状検査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、帯状体の表面形状を検出する形状検査装置であって、第１の照明光源または第２の照明光源の照明光が照射されている帯状体の表面を撮像してライン画像を取得するラインセンサカメラと、ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように配置され、ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する、第１の照明光源及び第２の照明光源と、第１の照明光源及び第２の照明光源それぞれの点灯タイミング及び発光時間と、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御する測定制御部と、ラインセンサカメラにより取得された複数のライン画像を処理し、帯状体の表面の傾きを算出するデータ処理部と、を備え、第１の照明光源から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラにより取得されたライン画像を第１のライン画像とし、第２の照明光源から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラにより取得されたライン画像を第２のライン画像として、測定制御部は、第１のライン画像と第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、帯状体とラインセンサカメラとの相対速度であるライン速度に基づいて、点灯タイミング及び発光時間とライン画像取得タイミングとを制御し、データ処理部は、第１のライン画像と、第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査装置が提供される。
　測定制御部は、撮像間隔として、ラインセンサカメラによる先の撮像が終わり次の撮像が始まるまでに撮像が行われない時間を設けてもよい。
　帯状体上でのラインセンサカメラの一画素当たりの帯状体の搬送方向の長さをＤとしたとき、測定制御部は、撮像間隔ｂが下記式を満たすようにライン画像取得タイミングを制御してもよい。
　ｂ≧Ｄ／Ｖ
　データ処理部は、ｎ番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ－１番目またはｎ＋１番目のうち少なくともいずれか一方のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像との差分、前記差分ライン画像として取得し、前記帯状体の表面の傾きを算出してもよい。
　あるいは、データ処理部は、ｎ番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ－１番目以前のライン画像及びｎ＋１番目以降のライン画像から補完されたライン画像との差分を、差分ライン画像として取得し、帯状体の表面の傾きを算出してもよい。
　データ処理部は、帯状体の表面の傾きを長手方向に積分して帯状体の表面の高さを算出してもよい。
　さらに形状検査装置は、帯状体に対して帯状の照明光を照射する少なくとも１つの付加照明光源を備えてもよい。このとき、測定制御部は、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングで、第１の照明光源、第２の照明光源、及び、付加照明光源を１つずつ逐次点灯させ、データ処理部は、第１のライン画像と第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、帯状体の表面の傾きを算出し、付加照明光源から付加照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像に基づいて、帯状体の表面状態を特定する。
　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、帯状体の表面形状を検出する形状検査方法であって、帯状体が搬送されるライン上には、帯状体の表面を撮像しライン画像を取得するラインセンサカメラと、ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように配置され、ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する、第１の照明光源及び第２の照明光源と、が配置されており、第１の照明光源から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラにより取得されるライン画像を第１のライン画像とし、第２の照明光源から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラにより取得されるライン画像を第２のライン画像として、第１のライン画像と第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、帯状体とラインセンサカメラとの相対速度であるライン速度に基づいて、第１の照明光源及び第２の照明光源の点灯タイミング及び発光時間と、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御し、第１のライン画像と第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査方法が提供される。
　以上説明したように本発明によれば、ライン速度が高速化しても測定対象物の表面形状を確実に測定することが可能となる。
本発明の第１の実施形態に係る形状検査装置の一構成例を示す説明図である。 帯状体の表面が水平であるときの、ラインセンサカメラにより取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図である。 帯状体の表面に水平面に対して傾斜した凹凸があるときの、ラインセンサカメラにより取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図であって、右肩下がりの傾斜における反射光の輝度の大きさを示す。 帯状体の表面に水平面に対して傾斜した凹凸があるときの、ラインセンサカメラにより取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図であって、右肩上がりの傾斜における反射光の輝度の大きさを示す。 同実施形態に係る形状検査装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体を側面から見た状態を示す。 図５の平面図である。 同実施形態に係る演算処理装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 ラインセンサカメラのライン画像取得タイミング、第１の照明光源の点灯タイミング及び発光時間、及び、第２の照明光源の点灯タイミング及び発光時間の一例を示す図である。 図８のライン画像取得タイミングと、点灯タイミング及び発光時間とが設定されたときの、ラインセンサカメラにより取得されるライン画像の撮像範囲を示す説明図である。 同実施形態に係るデータ処理部の構成の一例を示すブロック図である。 同実施形態に係るデータ処理部による差分画像生成処理を説明する説明図である。 同実施形態に係るデータ処理部による差分画像生成処理の一変形例を示す説明図である。 同実施形態に係るデータ処理部による差分画像生成処理の他の変形例を示す説明図である。 同実施形態に係るデータ処理部による差分画像生成処理の他の変形例を示す説明図である。 補間処理による画像の輝度変化のイメージを示す説明図である。 図１１の差分画像生成処理に基づき生成される画像例を示す説明図である。 図１６の分離画像に対して隣接画素補間処理を施し差分画像を生成した場合の画像例を示す説明図である。 図１６の分離画像に対して線形補間処理を施し差分画像を生成した場合の画像例を示す説明図である。 同実施形態に係る測定装置における照明光の反射角と表面の傾き角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輝度差との位置関係例を示すグラフである。 同実施形態に係る形状検査方法の一例を示すフローチャートである。 エリアカメラを用いた場合に生じる反射光の輝度差を説明する説明図である。 ラインセンサカメラにより受光される反射光を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る形状検査装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体を側面から見た状態を示す。 本発明の各実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施例において検査対象とした凹部及び錆領域の撮像画像、分離画像及び差分画像を示す説明図である。
　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。
　＜１．第１の実施形態＞
　［１－１．形状検査装置の概要］
　まず、図１～図４に基づいて、本発明の第１の実施形態に係る帯状体Ｓの形状検査装置（以下、単に「形状検査装置」ともいう。）１０の概要を説明する。図１は、本実施形態に係る形状検査装置１０の一構成例を示す説明図である。なお、以下の説明において、帯状体Ｓは、搬送ライン（図示せず。）上を所定の方向に向かって搬送されているものとし、帯状体Ｓの搬送方向は帯状体Ｓの長手方向に対応するものとする。図２は、帯状体Ｓの表面が水平であるときの、ラインセンサカメラ１０１により取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図である。図３及び図４は、帯状体Ｓの表面に水平面に対して傾斜した凹凸があるときの、ラインセンサカメラ１０１により取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図である。
　本実施形態に係る形状検査装置１０は、所定の場所に載置されている鋼板や所定の搬送ライン上を搬送される鋼板等といった、各種の帯状体Ｓの表面形状（例えば、凹凸形状）を検出する装置である。
　ここで、帯状体Ｓのマクロな形状は特に限定されるものではなく、例えば、スラブやビレットといった板状のものであってもよく、金属板が巻き取られたコイル状のものであってもよい。また、帯状体Ｓの成分も特に限定されるものではなく、鉄元素を主成分とする各種の鋼であってもよく、鉄と他の金属元素との各種合金であってもよいし、各種の非鉄金属であってもよい。
　本実施形態に係る形状検査装置１０は、図１に示すように、測定装置１００と、演算処理装置２００と、を主に備える。
　測定装置１００は、演算処理装置２００による制御のもとで、帯状体Ｓ（より詳細には、帯状体Ｓの表面）に対して第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５からそれぞれ照明光を照射するとともに、当該照明光が照査されている帯状体Ｓの表面をラインセンサカメラ１０１により撮像して撮像画像を取得する。測定装置１００は、取得した撮像画像を、演算処理装置２００に対して出力する。
　演算処理装置２００は、測定装置１００による帯状体Ｓの測定処理を制御する。また、演算処理装置２００は、測定装置１００より取得された撮像画像に対して画像処理を行い、帯状体Ｓの表面形状を検出するために用いられる情報として、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。
　本実施形態に係る形状検査装置１０では、図２に示すように、ラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向に対して対称となるように第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５が配置される。そして、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５を交互に点灯させて、それぞれの発光時間内でラインセンサカメラ１０１により帯状体Ｓの表面を撮像することで複数のライン画像を取得する。
　演算処理装置２００は、第１の照明光源１０３から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像（「第１のライン画像」ともいう。）と、第２の照明光源１０５から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像（「第２のライン画像」ともいう。）との差分に基づいて、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。例えば、演算処理装置２００は、取得されたライン画像を撮像順に並べて生成される撮像画像から、第１のライン画像を分離して第１のライン画像からなる第１の分離画像を生成するとともに、第２のライン画像を分離して第２のライン画像からなる第２の分離画像を生成する。次いで、演算処理装置２００は、第１の分離画像と第２の分離画像との各画像の輝度値の差分をとることで差分画像を生成する。そして、演算処理装置２００は、当該差分画像に基づき帯状体Ｓの表面の傾きを算出し、帯状体Ｓの表面にある凹凸を検出する。
　例えば、図２に示すように、帯状体Ｓの表面がラインセンサカメラ１０１の光軸と直交し、水平状態にあるとする。このとき、第１の照明光源１０３の照射光の帯状体Ｓの表面での反射光の輝度（以下、「第１の反射輝度」ともいう。）と、第２の照明光源１０５の照射光の帯状体Ｓの表面での反射光の輝度（以下、「第２の反射輝度」ともいう。）とは等しくなる。一方、図３及び図４に示すように、帯状体Ｓの表面に凹凸（例えばＶ字状の窪み）があった場合には、第１の反射輝度と第２の反射輝度とは異なる。すなわち、図３に示すように、凹凸の右肩下がりの傾斜部分に照明光が照射されたときには、第１の反射輝度より第２の反射輝度が大きくなる。一方、図４に示すように、凹凸の右肩上がりの傾斜部分に照明光が照射されたときには、第２の反射輝度より第１の反射輝度が大きくなる。
　このように、帯状体Ｓの表面が水平である場合には２つの照明光の反射輝度は同一となり差はないが、帯状体Ｓの表面に凹凸がある場合には２つの照明光の反射輝度に差が生じる。しがたって、２つの照明光の反射輝度の差を取得できれば、帯状体Ｓの表面形状を取得できる。そこで、本実施形態では、帯状体Ｓの表面形状を取得するため、第１の照明光源１０３から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得された第１のライン画像と、第２の照明光源１０５から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得された第２のライン画像との輝度値の差分をとることにより、帯状体Ｓの表面における反射輝度の差を取得する。
　本実施形態に係る形状検査装置１０では、測定装置１００による帯状体Ｓの測定処理や、演算処理装置２００による帯状体Ｓの表面の傾きの算出処理は、帯状体Ｓの搬送にあわせてリアルタイムに実施することが可能である。形状検査装置１０の使用者は、形状検査装置１０（より詳細には、演算処理装置２００）から出力される検出結果に着目することで、帯状体Ｓの表面形状をリアルタイムに把握して検査することが可能となる。また、形状検査装置１０により、演算した帯状体Ｓの表面の傾きに基づいて、自動的に帯状体Ｓの表面形状を判定することも可能である。以下、測定装置１００及び演算処理装置２００について、それぞれ詳述する。
　［１－２．形状検査装置の構成］
（ａ）測定装置
　まず、図５及び図６を参照しながら、本実施形態に係る測定装置１００について、詳細に説明する。なお、図５は、本実施形態に係る形状検査装置１０を構成する測定装置１００の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体Ｓを側面から見た状態を示す。図６は、図５の平面図である。
　本実施形態に係る測定装置１００は、図５及び図６に示すように、ラインセンサカメラ１０１と、第１の照明光源１０３と、第２の照明光源１０５とを有する。ラインセンサカメラ１０１、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、これらの設定位置が変化しないように、公知の手段により固定されている。帯状体Ｓは、ラインセンサカメラ１０１及び各照明光源１０３、１０５に対して相対的に移動している。ラインセンサカメラ１０１は、搬送方向（すなわち、帯状体Ｓの長手方向）に移動する帯状体Ｓの表面を、順次撮像する。
　このとき、ラインセンサカメラ１０１により取得された各ライン画像に対応する帯状体Ｓの領域は、それぞれ互いに重複しないものとする。つまり、ラインセンサカメラ１０１は、隣接するライン画像取得タイミングにおいて、帯状体Ｓの異なる領域を撮像しており、帯状体Ｓの同じ領域を重複して撮像することはない。
（ラインセンサカメラ）
　ラインセンサカメラ１０１は、１次元のライン単位で画像を撮像する撮像装置である。ラインセンサカメラ１０１としては、例えば、モノクロラインセンサカメラであってもよく、３ＣＣＤ方式等の、公知のカラーラインセンサカメラであってもよい。カラーラインセンサカメラを用いる場合には、検査対象の帯状体Ｓの表面の色も把握することが可能である。
　ラインセンサカメラ１０１は、例えば図５に示すように、その光軸の正反射方向が帯状体Ｓの表面に対して垂直となるように、帯状体Ｓの上方（Ｚ軸正方向側）に配置される。このとき、ラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向と帯状体Ｓの表面の法線方向とのなす角は０°である。なお、本発明は、かかる例に限定されず、ラインセンサカメラ１０１は、必ずしも光軸の正反射方向が帯状体Ｓの表面に対して垂直である必要はなく、他の角度から帯状体Ｓの表面を撮像するように配置されてもよい。
　また、ラインセンサカメラ１０１は、当該ラインセンサカメラ１０１により取得されるライン画像の長手方向（Ｙ方向）が帯状体Ｓの搬送方向（Ｘ方向）に対して略直交するように配置される。なお、ライン画像の長手方向と帯状体Ｓの搬送方向とは、厳密に直交していなくともよく、±１０°程度の傾きがあっても許容し得る。
　ラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光源１０３の第１の照明光または第２の照明光源１０５の第２の照明光が照射されている帯状体Ｓの表面を撮像する。本実施形態に係る測定装置１００は、演算処理装置２００の測定制御部２０３からの制御情報に基づいて、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とを交互に逐次点灯させ、それぞれの点灯タイミングから発光時間内でラインセンサカメラ１０１により帯状体Ｓの表面を撮像する。したがって、ラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光源１０３が照射されているときに撮像されたライン画像（第１のライン画像）と、第２の照明光源１０５が照射されているときに撮像されたライン画像（第２のライン画像）とを交互に取得している。
　ラインセンサカメラ１０１は、帯状体Ｓの表面を撮像して取得したライン画像を、演算処理装置２００に出力する。ライン画像が入力された演算処理装置２００は、データ処理部２０５により、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する処理が行われる。
（照明光源）
　本実施形態に係る測定装置１００は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５の、２つの照明光源を備える。第１の照明光源１０３は、帯状体Ｓの表面に対して第１の照明光を照射し、第２の照明光源１０５は、帯状体Ｓの表面に対して第２の照明光を照射する。本実施形態において、第１の照明光源１０３の第１の照射光と第２の照明光源１０５の第２の照射光とは、同一色とすることが望ましい。例えば、第１の照明光源１０３の第１の照射光が白色光であるときには、第２の照明光源１０５の第２の照射光も白色光とする。第１の照明光及び第２の照明光の色は、特に限定されるものではなく、検査対象に応じて決定すればよい。また、第１の照明光及び第２の照明光は、可視光でなくともよく、赤外光あるいは紫外光であってもよい。すなわち、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、波長、出力強度、光源の種類等の照射条件が略同一の光源を用いるのがよい。
　第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、例えば図６に示すように、帯状体Ｓの幅方向のほぼ全域にわたって照明光を照射するように構成される。このように照射光を照射することが可能であれば、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５として、任意の光源を利用することが可能である。例えば、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、棒状のＬＥＤ照明であってもよく、レーザ光をロッドレンズ等により線状に広げた構成の照明であってもよい。また、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５に利用する可視光光源としては、単波長のレーザ光あるいはＬＥＤを用いてもよく、連続スペクトルを有する光源を用いてもよい。
　また、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とは、図５に示すように、ラインセンサカメラ１０１の光軸の帯状体Ｓの表面での正反射方向に対して対称となるようにそれぞれ配置される。図５に示す例では、ラインセンサカメラ１０１は、その光軸の正反射方向が帯状体Ｓの表面に対して垂直となるように配置されているため、ラインセンサカメラ１０１の光軸と、当該光軸の帯状体Ｓの表面での正反射方向とは同一である。したがって、第１の照明光源１０３の光軸とラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第１の角度：θ１）と、第２の照明光源１０５の光軸とラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第２の角度：θ２）とが略等しくなるように、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は配置されている。
　なお、第１の角度θ１と第２の角度θ２とが略等しいとは、第１の角度θ１と第２の角度θ２とが同一である場合のみならず、凹凸の存在しない平面を第１の照明光源１０３または第２の照明光源１０５を照射してラインセンサカメラ１０１により帯状体Ｓの表面を撮像した場合に、凹凸の存在しない平面が、かかる平面に存在する汚れ等による輝度の変化を含めて互いに同じように見える範囲の角度差を有している場合をも含む。この第１の角度θ１と第２の角度θ２との角度差｜θ１－θ２｜は、例えば、１０°以内であることが好ましく、５°以内であることが更に好ましい。このような範囲の角度差であれば、凹凸の存在しない平面をそれぞれの照明光を照射してラインセンサカメラ１０１により撮像した場合に、２つの撮像画像が互いに同じように見えるものとなる。
　また、第１の角度θ１及び第２の角度θ２の大きさは、それぞれ、光源の設置上の制約が存在しない範囲でなるべく大きな角度とすることが好ましい。これにより、それぞれの照明光の乱反射をラインセンサカメラ１０１で測定させることが可能となる。例えば、第１の角度θ１及び第２の角度θ２の大きさは、共に３０°以上とすることが好ましい。第１の角度θ１及び第２の角度θ２の大きさをそれぞれ３０°以上とすることで、ラインセンサカメラ１０１によって測定される角度変化に対する輝度値の相対変化を更に大きくすることが可能となる。
　第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とは、演算処理装置２００の測定制御部２０３からの制御情報に基づいて交互に点灯される。第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とのそれぞれの発光時間内で、ラインセンサカメラ１０１は帯状体Ｓの表面を撮像してライン画像を取得する。
　以上、本実施形態に係る測定装置１００の構成について説明した。図５及び図６では、搬送方向の上流側に第１の照明光源１０３が配置され、搬送方向の下流側に第２の照明光源１０５が配置される場合について示したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、搬送方向の上流側に第２の照明光源１０５が配置され、下流側に第１の照明光源１０３が配置されてもよい。
（ｂ）演算処理装置
　次に、図７～図２０に基づいて、本実施形態に係る形状検査装置１０が備える演算処理装置２００の構成について、詳細に説明する。なお、図７は、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成の一例を示すブロック図である。図８は、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミング、第１の照明光源１０３の点灯タイミング及び発光時間、及び、第２の照明光源１０５の点灯タイミング及び発光時間の一例を示す図である。図９は、図８のライン画像取得タイミング、点灯タイミング及び発光時間が設定されたときの、ラインセンサカメラ１０１により取得されるライン画像の撮像範囲を示す説明図である。図１０は、本実施形態に係るデータ処理部２０５の構成の一例を示すブロック図である。図１１は、本実施形態に係るデータ処理部２０５による差分画像生成処理を説明する説明図である。図１２～図１４は、本実施形態に係るデータ処理部２０５による差分画像生成処理の一変形例を示す説明図である。図１５は、補間処理による画像の輝度変化のイメージを示す説明図である。図１６は、図１１の差分画像生成処理に基づき生成される画像例を示す説明図である。図１７は、図１６の分離画像に対して隣接画素補間処理を施し差分画像を生成した場合の画像例を示す説明図である。図１８は、図１６の分離画像に対して線形補間処理を施し差分画像を生成した場合の画像例を示す説明図である。図１９は、本実施形態に係る測定装置１００における照明光の反射角と表面の傾き角との関係を模式的に示した説明図である。図２０は、帯状体の表面の傾きと輝度差との位置関係例を示すグラフである。
　なお、「点灯タイミング」とは、照明光源が点灯する時点（すなわち、光り始めた時点）を指し、「発光時間」とは、照明光源が点灯してから消灯するまでの時間をいう。また、「ライン画像取得タイミング」は、照明光源が点灯し、かつ、ラインセンサカメラ１０１の撮像素子が露光されている状態となっている時を指す。照明光源が点灯しているが露光していないタイミングや、露光しているが照明光源が点灯していないタイミングでは、画像の情報を取得できない。このようなタイミングは、ライン画像取得タイミングには含まれない。
　本実施形態に係る演算処理装置２００は、測定装置１００により取得された撮像画像に基づいて、帯状体Ｓの表面形状の検出のため、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する装置である。演算処理装置２００は、図７に示すように、データ取得部２０１と、測定制御部２０３と、データ処理部２０５と、表示制御部２０７と、記憶部２０９と、を主に備える。
（データ取得部）
　データ取得部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。データ取得部２０１は、測定装置１００のラインセンサカメラ１０１によって撮像された撮像画像を取得し、後述するデータ処理部２０５へと伝送する。また、データ取得部２０１は、取得した撮像画像に、当該撮像画像を撮像した日時等に関する時刻情報を紐づけて、履歴情報として後述する記憶部２０９に格納してもよい。
（測定制御部）
　測定制御部２０３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。測定制御部２０３は、本実施形態に係る測定装置１００による帯状体Ｓの測定を制御する。より詳細には、測定制御部２０３は、帯状体Ｓの測定を開始する場合に、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５に対して、照明光を照射させるための制御信号を送出する。
　また、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５が帯状体Ｓの表面に対して各照明光の照射を開始すると、測定制御部２０３は、帯状体Ｓと測定装置１００との間の相対的な位置を変化させる駆動機構等から定期的に送出されるＰＬＧ信号（例えば、帯状体Ｓが１ｍｍ移動する毎等に出力されるＰＬＧ信号）に基づいて、ラインセンサカメラ１０１に対して測定を開始するためのトリガ信号を送出する。これにより、測定装置１００は、帯状体Ｓの搬送方向の各位置における測定データ（ライン画像）を取得することが可能となる。
　本実施形態に係る測定制御部２０３は、帯状体Ｓとラインセンサカメラ１０１との相対速度であるライン速度に基づいて、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とが逐次交互に照明光を照射するように、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５を制御する。そして、測定制御部２０３は、ライン速度に基づいて、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とがそれぞれ照明光を照射している発光時間内においてラインセンサカメラ１０１により帯状体Ｓの表面を撮像するように、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミングを制御する。
　例えば、図８に示すように、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミング、第１の照明光源１０３の点灯タイミング及び発光時間、及び、第２の照明光源１０５の点灯タイミング及び発光時間が設定されているとする。このとき、図９に示すように、帯状体Ｓ上でのラインセンサカメラ１０１の一画素当たりの帯状体Ｓの搬送方向の長さ（以下、「画素長さ」とする。）をＤ、帯状体Ｓとラインセンサカメラ１０１との相対速度であるライン速度をＶとする。また、図８に示すように、ラインセンサカメラ１０１による先の撮像が終わり、次の撮像が始まるまでの時間を撮像間隔ｂとして設定する。撮像間隔ｂは、ラインセンサカメラ１０１による撮像が行われない時間である。
　時間ｔ１にて第１の照明光源１０３が点灯した瞬間に、帯状体Ｓの画素長さＤの範囲がラインセンサカメラ１０１の撮像範囲に入る。その後、時間ｔ２となるまで（発光時間ｄの間）第１の照明光源１０３は発光し続け、その間、帯状体Ｓはライン速度Ｖでδ（＝Ｖｄ）だけ移動する。したがって、ラインセンサカメラ１０１により取得された第１のライン画像Ｅ１はＤ＋δの撮像範囲の画像となる。
　次いで、時間ｔ３の直前まで、ラインセンサカメラ１０１により画像が取得されることなく、帯状帯Ｓはライン速度Ｖで移動する。そして、時間ｔ３となった時点で、第２の照明光源１０５が点灯し、時間ｔ４までの間、第１の照明光源１０３の点灯時と同様に、ラインセンサカメラ１０１により撮像範囲Ｅ２が第２のライン画像として取得される。
　帯状体Ｓ上において、撮像間隔ｂとライン速度Ｖとの積（Ｖｂ）が画素長さＤ以上であれば、すなわち下記式（１）を満たせば、第２のライン画像取得開始時には、第１のライン画像Ｅ１は、ラインセンサカメラ１０１の撮像範囲（画素長さＤの範囲）から外れている。このため、第１のライン画像と第２のライン画像とは重複しない。したがって、第１のライン画像取得時と第２のライン画像取得時の間に、繰り返し撮像間隔ｂを設ければ、第１のライン画像と第２のライン画像とで撮像範囲は重複しないものとなる。なお、ラインセンサカメラ１０１によって帯状体Ｓの表面を隙間なく撮像する必要はなく、隣り合うライン画像取得タイミングにて取得されたライン画像間に、撮像されていない帯状体Ｓの領域が存在してもよい。
　ｂ≧Ｄ／Ｖ　　　・・・（１）
　なお、後述の通り、第１のライン画像と第２のライン画像とから１つの差分ライン画像が得られる。したがって、帯状体Ｓの移動中における第１の照明の照射時の撮像範囲Ｅ１及び第２の照明の照射時の撮像範囲Ｅ２は、図９に示すように、対象形状の認識に必要な分解能Ｒの半分以下とする必要がある。撮像範囲Ｅ１と撮像範囲Ｅ２とが等しい場合（Ｅ１＝Ｅ２＝Ｅ）、帯状体Ｓの搬送によるずれ量δは発光時間ｄとライン速度Ｖとの積（Ｖｄ）となる。したがって、発光時間ｄは下記式（２）に基づき設定すればよい。
　ｄ＝（Ｅ－Ｄ）／Ｖ　　　・・・（２）
　また、形状検出の分解能を高める（すなわち、Ｒ＝２×Ｅを小さくする）ためには、第１の照明光源及び第２の照明光源の発光時間ｄを短くするか、帯状体Ｓ上での画素長さＤを小さくすればよい。
（データ処理部）
　データ処理部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ処理部２０５は、測定装置１００により取得されたライン画像を処理し、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。本実施形態に係るデータ処理部２０５は、例えば図１０に示すように、分離画像生成部２１１と、差分画像生成部２１３と、傾き算出部２１５と、高さ算出部２１７と、を備える。
　分離画像生成部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現され、撮像画像から、第１の照明光源１０３の点灯タイミングで取得されたライン画像（第１のラン画像）からなる第１の分離画像、及び、第２の照明光源１０５の点灯タイミングで取得されたライン画像（第２のライン画像）からなる第２の分離画像を生成する。本実施形態において、撮像画像は、図１１に示すように、交互に点灯される第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５のそれぞれの発光時間内において、ラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像を、撮像順に並べて生成された画像である。例えば、第１の照明光源１０３の発光時間内にライン１、３、５、７の奇数ラインのライン画像が撮像され、第２の照明光源１０５の発光時間内にライン２、４、６、８の偶数ラインのライン画像が撮像されたとする。このとき、撮像画像は、図１１に示すように、長手方向に沿って奇数ラインのライン画像と偶数ラインのライン画像とが交互に配列された画像となる。
　分離画像生成部２１１は、このような撮像画像を、第１の照明光源１０３が点灯されている間に取得された奇数ラインのライン画像と、第２の照明光源１０５が点灯されている間に取得された偶数ラインのライン画像とに分離する。そして、分離画像生成部２１１は、２つに分離されたライン画像をそれぞれ撮像順に並べ、２つの分離画像を生成する。例えば、奇数ラインのライン画像からなる分離画像を第１の分離画像、偶数ラインのライン画像からなる分離画像を第２の分離画像とする。したがって、第１の分離画像は、第１の照明光源１０３が点灯されている間に取得されたライン画像からなり、第２の分離画像は、第２の照明光源１０５が点灯されている間に取得されたライン画像からなる。
分離画像生成部２１１は、第１の分離画像及び第２の分離画像を生成すると、差分画像生成部２１３へ出力する。
　差分画像生成部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現され、第１の分離画像と第２の分離画像との差分画像を生成する。差分画像は、第１のライン画像と第２のライン画像とから取得される１つの差分ライン画像を、撮像順に並べて生成された画像ともいえる。例えば図１１に示すような第１の分離画像と第２の分離画像とが生成されたとき、差分画像生成部２１３は、第１の分離画像と第２の分離画像とで対応する画素における輝度値の差分を算出し、輝度値の差分により表される差分画像を生成する。差分画像には、第１の分離画像と第２の画像とで輝度値の異なる部分が現れることになる。差分画像生成部２１３は、生成した差分画像を、傾き算出部２１５へ出力する。
　なお、差分画像の生成処理においては、必ずしも図１１に示したように撮像画像と分離画像（第１の分離画像及び第２の分離画像）とを生成しなくともよい。
　例えば図１２に示すように、ラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像を撮像順に並べた撮像画像が生成されなくとも、分離画像生成部２１１は、分離画像を生成することができる。この場合、ラインセンサカメラ１０１はライン画像を取得する毎に分離画像生成部２１１へ出力する。分離画像生成部２１１は、ラインセンサカメラ１０１から入力されたライン画像を、第１の分離画像を記録する第１メモリと第２の分離画像を記録する第２メモリとに振り分け、第１の分離画像及び第２の分離画像を生成する。ラインセンサカメラ１０１から入力されたライン画像の振り分けは、例えば、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミング毎にライン画像の出力先のメモリを切り替えることにより行ってもよい。
　また、例えば図１３及び図１４に示すように、撮像画像及び分離画像を生成せずに差分画像を生成することも可能である。この場合、データ処理部２０５に分離画像生成部２１１は設ける必要はなく、ラインセンサカメラ１０１から入力されたライン画像は差分画像生成部２１３にて処理される。このとき、データ処理部２０５は、１ライン画像を格納する遅延メモリ２１９を備える。
　図１３の例では、ラインセンサカメラ１０１から入力されたライン画像はそれぞれ、差分器２１３ａに出力されるとともに、遅延メモリ２１９へも格納される。遅延メモリ２１９へ格納されたライン画像は、１ライン画像取得タイミング分遅れて差分器２１３ａへ出力される。例えば、差分画像生成部２１３は、１番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像（以下、「１番目のライン画像」とする。）を、差分器２１３ａに出力するとともに、遅延メモリ２１９へ格納する。このとき、差分器２１３ａから差分画像を記録する差分画像メモリへの出力は行われない。
　次いで、２番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像（以下、「２番目のライン画像」とする。）が入力されると、差分画像生成部２１３は同様に、２番目のライン画像を、差分器２１３ａに出力するとともに、遅延メモリ２１９へ格納する。このとき、２番目のライン画像が格納される前に、遅延メモリ２１９から、１番目のライン画像が差分器２１３ａへ出力される。差分器２１３ａは、１番目のライン画像と２番目のライン画像との輝度値の差分をとり、これらのライン画像の差分を差分画像メモリへ出力する。その後もライン画像が入力される毎に、同様の処理が繰り返される。このように、遅延メモリ２１９を用いてライン画像から直接輝度値の差分を算出可能とすることで、分離画像を生成することなく差分画像を生成することができる。
　また、図１３の例では、１ライン画像取得タイミングおきにライン画像の輝度値の差分が差分画像メモリへ出力されるように構成されていたが、ライン画像取得タイミング毎にライン画像の輝度値の差分が差分画像メモリへ出力されるように構成することもできる。例えば図１４に示すように、遅延メモリ２１９と差分器２１３ａとの間に、輝度値の差分をとるライン画像の順序を入れ替えるスイッチ２１３ｂを設ける。スイッチ２１３ｂは、ライン画像の出力について、出力Ａと出力Ｂとを設定することができる。
　出力Ａは、遅延メモリ２１９に格納されているｎ番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像（以下、「ｎ番目のライン画像」とする。）と、ｎ＋１番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像（以下、「ｎ＋１番目のライン画像」とする。）とを、そのままの順序で差分器２１３ａに出力する。このとき、差分器２１３ａは、ｎ番目のライン画像の輝度値からｎ＋１番目のライン画像の輝度値を引き、差分を算出する。出力Ｂは、遅延メモリ２１９に格納されているｎ番目のライン画像とｎ＋１番目のライン画像との順序を入れ替えて、差分器２１３ａに出力する。このとき、差分器２１３ａは、ｎ＋１番目のライン画像の輝度値からｎ番目のライン画像の輝度値を引き、差分を算出する。
　スイッチ２１３ｂは、ラインセンサカメラ１０１からライン画像が１つ入力される毎に切り替えられる。差分器２１３ａは、ラインセンサカメラ１０１からライン画像が１つ入力される毎にライン画像の輝度値の差分を算出し、差分画像メモリへ出力する。これにより、生成される差分画像は、ラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像を撮像順に並べた撮像画像と同一サイズとなる。
　ここで、図１１～図１３に示す構成によって生成される差分画像は、長手方向のサイズが撮像画像の１／２となる。これは、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とが交互に点灯されるためであり、図１１及び図１２の第１の分離画像及び第２の分離画像、及び、図１１～図１３の差分画像は、ラインセンサカメラ１０１の撮像分解能の１／２で取得された画像ともいえる。このため、ラインセンサカメラ１０１の撮像分解能は、必要分解能の２倍に設定されるのが望ましい。
　また、図１１及び図１２の第１の分離画像及び第２の分離画像について、撮像画像と画像サイズを合わせるための補間処理を行ってもよい。補間処理としては、例えばライン１、１、３、３、５、５、７、７、といったように各ライン画像を２つずつ配列することにより分離画像を補間する隣接画素補間（図１５上側中央）を行ってもよい。あるいは、分離画像の元画像に対し、隣接するライン画像において隣接する画素の輝度値の平均値を補間する線形補間（図１５上側右）を行ってもよい。
　図１５下側に、元画像の画素１～５の輝度値の変化と、補間処理が施された分離画像の画素１～９の輝度値の変化とを示す。隣接画素補間を行った分離画像では、同一の輝度値で補間を行っているため輝度値の変化はがたつきが生じるが、線形補間を行った分離画像では、滑らかに輝度値が変化していることがわかる。このように、分離画像の元画像に対して線形補間を行うことで、元画像の分解能を維持しつつ、帯状体Ｓの表面にある凹凸の形態に類似した輝度変化を再現することが可能となる。
　実際に取得される画像例を図１６～図１８に示す。図１６は、図１１に示す処理により得られる撮像画像、第１の分離画像、第２の分離画像、及び、差分画像を示している。図１６の第１の分離画像、第２の分離画像、及び、差分画像の長手方向のサイズは、撮像画像の１／２となっている。図１６の第１の分離画像及び第２の分離画像に対して隣接画素補間を施すと、図１７に示すように、第１の分離画像、第２の分離画像、及び、差分画像の長手方向のサイズは撮像画像と同一となる。また、図１６の第１の分離画像及び第２の分離画像に対して線形補間を施すと、図１８に示すように、図１７と同様、第１の分離画像、第２の分離画像、及び、差分画像の長手方向のサイズは撮像画像と同一となる。さらに、補間後の分離画像及び差分画像は、隣接画素補間を行った図１７の場合よりも滑らかな画像となる。このように、分離画像の元画像に対して線形補間を行うことで、元画像の分解能を維持しつつ、帯状体Ｓの表面にある凹凸の形態に類似した輝度変化を再現することができる。
　図１０の説明に戻り、傾き算出部２１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現され、差分画像生成部２１３により生成された差分画像に基づいて、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。傾き算出部２１５は、差分画像生成部２１３により生成された差分画像を輝度値の差分を表す輝度差データとして、輝度差と帯状体Ｓの表面の傾きとの関係性に基づき、帯状体Ｓの表面の傾きの方向と大きさを算出する。
　ここで、図１９および図２０に基づき、輝度差と帯状体Ｓの表面の傾きとの関係性について説明する。例えば図１９に示すように、帯状体Ｓの表面が、ラインセンサカメラ１０１の光軸と直交する水平面にあるときを基準として、傾き角φだけ傾いていたとする。本実施形態では、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とは、第１の角度θ１と第２の角度θ２とが略等しくなるように設置されている。そのため、水平を維持している帯状体Ｓの表面を撮像した場合、ラインセンサカメラ１０１によって検出される第１の照明光の反射光の輝度と第２の照明光の反射光の輝度とは、波長の違いによる補正定数分の小さな差を除いてゼロと考えることができる。ここで、水平を維持している帯状体Ｓの表面に、帯状体Ｓの長手方向の傾きが生じると、各照明光の反射の度合いが変化して、図２０に示すように各反射光の輝度差が変化する。
　図２０より、原点付近でのグラフの傾き（すなわち、変換係数）をαと表わすと、輝度差ΔＬと傾き角φとは、ΔＬ＝α×φという関係で表わすことができる。そこで、傾き算出部２１５は、差分画像から特定される各画素の輝度差ΔＬと変換係数αとを用いることで、各輝度差ΔＬを表面の傾き角φに変換することができる。着目している帯状体Ｓの表面の傾きは、輝度差から換算された傾き角φにおける正接（ｔａｎｇｅｎｔ）に対応する。そこで、傾き算出部２１５は、算出した傾き角φにおける正接であるｔａｎφを算出することで、着目している帯状体Ｓの表面の傾きを算出することができる。このようにして算出された傾きは、その正負が傾きの方向を表わしており、絶対値が傾きの具体的な大きさを表わしている。
　なお、予め特定された変換係数αに関する情報は、例えば記憶部２０９等に格納されており、傾き算出部２１５は、傾きの算出処理を実施する際に記憶部２０９から変換係数に関する情報を取得して、輝度差を傾き角へと変換する。傾き算出部２１５は、このような処理を輝度差の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傾きの値のデータ群（換言すれば、傾きの値に関するマップデータ）を得る。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。また、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。生成された傾きに関するマップデータを画像化して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、傾き算出部２１５は、算出した傾き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、傾き算出部２１５は、算出した傾き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。
　傾き算出部２１５は、算出した帯状体Ｓの表面の傾きに関するデータを、高さ算出部２１７に出力する。
　高さ算出部２１７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現され、傾き算出部２１５によって算出された帯状体Ｓの表面の傾きを用いて、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２１７は、傾き算出部２１５によって算出された帯状体Ｓの表面の傾きｔａｎφを、ラインセンサカメラ１０１と帯状体Ｓの相対的な移動方向である帯状体Ｓの長手方向（換言すれば、ラインセンサカメラ１０１の走査方向）に沿って積分することで、帯状体Ｓの表面の高さを算出する。
　高さ算出部２１７は、かかる積分処理を表面の傾き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。また、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。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。
　以上の機能を備えるデータ処理部２０５は、帯状体Ｓの表面の傾きを算出し、帯状体Ｓの表面形状を検査するための検査用情報の算出処理を終了すると、得られた処理結果に関する情報を、表示制御部２０７に伝送する。
（表示制御部）
　図７の説明に戻り、表示制御部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２０７は、データ処理部２０５から伝送された、帯状体Ｓの表面形状に関する検査用情報の算出結果を含む各種の処理結果を、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、形状検査装置１０の利用者は、帯状体Ｓの表面の傾きや高さ等といった各種の処理結果を、その場で把握することが可能となる。
（記憶部）
　記憶部２０９は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。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等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２０９に対し、データ取得部２０１、測定制御部２０３、データ処理部２０５、表示制御部２０７等は、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。
　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。
　［１－３．形状検査方法］
　図２１に基づいて、本実施形態に係る形状検査装置１０で実施される形状検査方法の一例について説明する。なお、図２１は、本実施形態に係る形状検査方法の一例を示すフローチャートである。
　図２１に示すように、まず、形状検査装置１０の測定装置１００により、演算処理装置２００の測定制御部２０３の制御下で、ライン速度に基づいて、帯状体Ｓの表面の所定領域を、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５を交互に逐次点灯させながら、それぞれの点灯タイミングで照明光が照射されている発光時間内のライン画像取得タイミングでラインセンサカメラ１０１により撮像し、ライン画像を取得する（ステップＳ１００）。ラインセンサカメラ１０１は、取得したライン画像を、演算処理装置２００へ出力する。
　次いで、演算処理装置２００のデータ取得部２０１は、測定装置１００から入力されたライン画像を取得すると、入力されたライン画像からデータ処理部２０５の分離画像生成部２１１にて分離画像を生成する（Ｓ１１０）。分離画像生成部２１１は、例えば図１１に示したように、撮像画像から、第１の照明光源１０３から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像からなる第１の分離画像、及び、第２の照明光源１０５から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像からなる第２の分離画像を生成する。そして、分離画像生成部２１１は、生成した第１の分離画像及び第２の分離画像を、差分画像生成部２１３へ出力する。
　差分画像生成部２１３は、第１の分離画像と第２の分離画像とに基づき差分画像を生成する（Ｓ１２０）。差分画像生成部２１３は、第１の分離画像と第２の分離画像とで対応する画素における輝度値の差分を算出し、差分画像を生成する。差分画像生成部２１３は、生成した差分画像を、傾き算出部２１５へ出力する。
　なお、ステップＳ１１０及びＳ１２０では、撮像画像から第１の分離画像及び第２の分離画像を生成し、その後、差分画像を生成したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図１２に示したように、撮像画像を生成せずに分離画像を生成してもよい。あるいは、図１３及び図１４に示したように、撮像画像、第１の分離画像及び第２の分離画像を生成せずに差分画像を生成してもよい。さらに、図１５に示したように、分離画像を生成する際、分離画像の元画像に対して補間処理を行ってもよい。
　図２１の説明に戻り、差分画像の入力を受けた傾き算出部２１５は、差分画像に基づき、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する（Ｓ１３０）。傾き算出部２１５は、差分画像を輝度値の差分を表す輝度差データとして、予め取得されている輝度差と帯状体Ｓの表面の傾きとの関係性に基づき、帯状体Ｓの表面の傾きの方向と大きさを算出する。そして、傾き算出部２１５は、算出した傾きに関するデータを、高さ算出部２１７へ出力する。このとき、傾き算出部２１５は、算出した傾きに関するデータを検査用情報として、表示制御部２０７へ出力してもよい。
　その後、高さ算出部２１７は、傾き算出部２１５から出力された傾きに関するデータに含まれる傾きを積分し、帯状体Ｓの表面の高さを算出する（ステップＳ１４０）。高さ算出部２１７は、得られた帯状体Ｓの表面の高さに関するデータを検査用情報として、表示制御部２０７へ出力してもよい。
　帯状体Ｓの表面検査に用いられる各種の検査用情報の入力を受けた表示制御部２０７は、得られた結果を、ユーザや外部に設けられた各種の機器に出力してもよい。これにより、ユーザは、帯状体Ｓの形状に関する検査結果を把握することが可能となる。
　［１－４．まとめ］
　以上、本発明の第１の実施形態に係る形状検査装置１０の構成と、これによる帯状体Ｓの形状検査方法について説明した。本実施形態によれば、ラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向に対して対称となるように第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とを配置して、ライン速度に基づいて、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミングで第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とを１つずつ逐次点灯させて、撮像範囲の重複が生じないように複数のライン画像を取得する。そして、演算処理装置２００は、第１の照明光源１０３の発光時間内に取得されたライン画像と、第２の照明光源１０５の発光時間内に取得されたライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。
　従来の手法では、できるだけ同一の検査対象部位の位置ずれを起こさないように、２方向から照射される照明光のそれぞれの発光時間内にライン画像を取得するため、２つの光源の発光間隔及び発光時間、カメラの露光時間を小さくなければならず、ライン速度の高速化への対応が難しかった。これに対して、本実施形態に係る手法によれば、第１の照明光源が発光されているときに取得された第１のライン画像と、第２の照明光源が発光されているときに取得された第２のライン画像とは、帯状体Ｓの同一部位を撮像したものである必要はなく、隣接する部位を撮像した第１のライン画像と第２のライン画像との差分が取得できればよい。
　本実施形態に係る手法では、従来の手法のように同一の検査対象部位の位置ずれを考慮しなくてもよいため、照明光の発光時間を、十分な光量を得ることの可能な長さに設定することができる。したがって、ラインセンサカメラ１０１により明瞭なライン画像を取得することが可能であり、帯状体Ｓの表面形状を高精度に検出することが可能となる。また、従来の手法に比べてデータ処理負荷も低いため、ライン速度の高速化にも対応可能である。
　さらに、本実施形態に係る手法では、ラインセンサカメラ１０１の撮像分解能を高くすることで、分離画像から生成される差分画像において、元画像の分解能を維持することができる。これにより、２つの照明光源のそれぞれの発光時間内にて同一の検査対象部位を撮像して取得されたライン画像を重ねなくとも、帯状体Ｓの表面形状をより高精度に検出することが可能となる。
　また、搬送ラインでの帯状体Ｓの搬送方向におけるラインセンサカメラ１０１と第１の照明光源１０３または第２の照明光源１０５とのなす角度は常に一定であるため、検出精度を安定的に保つことができる。例えば、図２２に示すように、第１の照明光源１３及び第２の照明光源１５により照明された帯状体Ｓの表面をエリアカメラ１１により撮像する場合、帯状体Ｓの搬送方向にも二次元的に撮像される。このため、エリアカメラ１１により撮像された１枚の撮像画像において、帯状体Ｓの長手方向（すなわち搬送方向）の位置に応じて、エリアカメラ１１の光軸と第１の照明光源１３の光軸とがなす第１の角度θ１と、エリアカメラ１１の光軸と第２の照明光源１５の光軸とがなす第２の角度θ２とに差異が発生する。
　図２２左側に示すように、エリアカメラ１１の視野において、エリアカメラ１１の光軸と帯状体Ｓとが交わる中央位置では、第１の角度θ１と第２の角度θ２とが同一である。しかし、図２２中央、右側に示すように、撮像された位置がエリアカメラ１１の視野において中央位置から視野端に向かうほど、第１の角度θ１と第２の角度θ２との差が大きくなる。このように、エリアカメラ１１と第１の照明光源１３及び第２の照明光源１５とのなす角度が変化すると、帯状体Ｓの凹凸部分での反射光の輝度の差が変化し、凹凸を検知する感度が低下する。また、帯状体Ｓの表面に模様がある場合には、反射光の輝度の差が生じることで模様が顕在化し、外乱となる模様を完全に消去することができない。
　そこで、図２３に示すように、本実施形態に係る形状検査装置１０のようにラインセンサカメラ１０１を用いることで、ラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向と第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５の光軸とのなす角度θ１、θ２が同一である位置での反射光のみ受光をさせることができる。したがって、エリアカメラ１１を用いる場合のような反射光の輝度差は生じないため、帯状体Ｓの凹凸を高精度に検知することができ、外乱となる模様も確実に消去することができる。
　＜２．第２の実施形態＞
　次に、図２４に基づいて、本発明の第２の実施形態に係る形状検査装置の構成とその作用について説明する。図２４は、本実施形態に係る形状検査装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体Ｓを側面から見た状態を示す。
　本実施形態に係る形状検査装置は、第１の実施形態と比較して、測定装置１００において照明光源の数が増加している点で相違する。照明光源を増やすことで、第１の実施形態で検出した帯状体Ｓの表面の傾きだけでなく、例えば錆等の汚れや筋模様といった帯状体Ｓの表面形状をより詳細に把握することが可能となる。
　本実施形態に係る形状検査装置１０の測定装置１００は、図２２に示すように、ラインセンサカメラ１０１と、第１の照明光源１０３と、第２の照明光源１０５と、付加照明光源１０７とを有する。ラインセンサカメラ１０１、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び、付加照明光源１０７は、これらの設定位置が変化しないように、公知の手段により固定されている。なお、ラインセンサカメラ１０１、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５の構成については、図５及び図６に基づき説明した内容と同一であるため、ここでは説明を省略する。
　付加照明光源１０７は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５と同様、帯状体Ｓの表面に対して帯状の照明光（以下、「付加照明光」ともいう。）を照射する。第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、帯状体Ｓの表面の傾きを算出し、帯状体Ｓの表面の凹凸を検出するために用いられる。一方、付加照明光源１０７は、錆等の汚れや筋模様等を検出するために用いられる。したがって、付加照明光源１０７の付加照明光の色は、第１の照明光及び第２の照明光と同一でなくともよく、付加照明光源１０７を用いて検出したい検出対象の色等に応じて選択することができる。
　また、付加照明光源１０７は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５と同様、例えば、棒状のＬＥＤ照明であってもよく、レーザ光をロッドレンズ等により線状に広げた構成の照明であってもよい。また、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５に利用する可視光光源としては、単波長のレーザ光やＬＥＤを用いてもよく、連続スペクトルを有する光源を用いてもよい。
　付加照明光源１０７は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５とは異なる位置に配置される。例えば図２４に示すように、付加照明光源１０７の光軸とラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向とのなす角度（第３の角度：θ３）は、第１の照明光源１０３とラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向とのなす第１の角度θ１及び第２の照明光源１０５の光軸とラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向とのなす第２の角度θ２とは異なる。第３の角度θ３は付加照明光源１０７を検出する検出対象に応じて設定され、図２４のように第１の角度θ１及び第２の角度θ２より小さく設定されることもあれば、第１の角度θ１及び第２の角度θ２より大きく設定されることもある。
　第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５及び付加照明光源１０７とは、演算処理装置２００の測定制御部２０３からの制御情報に基づいて１つずつ逐次点灯される。第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とのそれぞれの発光時間内に、ラインセンサカメラ１０１は帯状体Ｓの表面を撮像する。したがって、ラインセンサカメラ１０１にて取得された撮像画像は、第１の照明光源１０３が点灯されているときに取得されたライン画像と、第２の照明光源１０５が点灯されているときに取得されたライン画像と、付加照明光源１０７が点灯されているときに取得されたライン画像とが、照明光源の点灯順にしたがって長手方向に配列された画像となる。
　このようにして取得された撮像画像に基づき、演算処理装置２００は、第１の実施形態と同様、データ処理部２０５にて、各照明光源１０３、１０５、１０７が点灯されているときにそれぞれ取得されたライン画像を分離してなる分離画像を生成する。そして、第１の分離画像及び第２の分離画像については第１の実施形態と同様に、差分画像生成部２１３にて差分画像が生成された後、傾き算出部２１５及び高さ算出部２１７により処理され、帯状体Ｓの表面の傾き及び高さが取得される。一方、付加照明光源１０７が点灯されたときに取得されたライン画像からなる分離画像からは、当該分離画像のみを用いて、あるいは、第１の分離画像または第２の分離画像との比較により、例えば錆等の汚れや模様等の検出対象が検出される。
　このように、複数の照明光源を設置して１つずつ逐次照明光源を点灯させながら、それぞれの点灯タイミングで帯状体Ｓの表面をラインセンサカメラ１０１によって撮像することで、帯状体Ｓの表面の表面形状をより詳細に把握することができる。
　なお、上記説明では、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５及び付加照明光源１０７のそれぞれの発光時間内においてラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像から、撮像画像、分離画像を生成して、差分画像を取得したが、本発明はかかる例に限定されない。帯状体Ｓの表面の凹凸の検出においては、第１の実施形態と同様、例えば、図１２に示したように、撮像画像を生成せずに分離画像を生成してもよい。あるいは、図１３及び図１４に示したように、撮像画像、第１の分離画像及び第２の分離画像を生成せずに差分画像を生成してもよい。さらに、図１５に示したように、分離画像を生成する際、分離画像の元画像に対して補間処理を行ってもよい。
　また、図２４の例では、付加照明光源は１つのみ設置したが、本発明はかかる例に限定されず、複数の付加照明光源を設けてもよい。複数の付加照明光源を設けることで、検出可能な表面形状を増やすことができるので、帯状体Ｓの表面形状をより詳細に把握することが可能となる。この際、複数の付加照明光源の点灯タイミング及び発光時間は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５の点灯タイミング及び発光時間と異なっていてもよい。
　例えば、付加照明光源として、第１の付加照明光源と第２の付加照明光源とが設けられているとする。このとき、４つの照明光源、すなわち、第１の照明光源１０３（「光源１」とする。）、第２の照明光源１０５（「光源２」とする。）、第１の付加照明光源（「光源３」とする。）及び第２の付加照明光源（「光源４」とする。）の点灯順序は、例えば以下の（ａ）、（ｂ）のように設定してもよい。
　（ａ）光源１→光源２→光源３→光源４→光源１→光源２→光源３→光源４→・・
　（ｂ）光源１→光源２→光源３→光源１→光源２→光源４→光源１→・・
　以上、本発明の第２の実施形態に係る形状検査装置１０の構成と、これによる帯状体Ｓの形状検査方法について説明した。本実施形態によれば、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５に加え、さらに照明光源（付加照明光源）を設ける。そして、複数の照明光源を設置して１つずつ逐次照明光源を点灯させながら、それぞれの発光時間内に帯状体Ｓの表面をラインセンサカメラ１０１によって撮像しライン画像を取得することで、帯状体Ｓの表面形状をより詳細に把握することができる。
　＜３．ハードウェア構成例＞
　図２５を参照しながら、本発明の上記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２５は、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を示すブロック図である。
　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、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、また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内の動作全般また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、スイッチおよ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。さらに、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、形状検査装置１０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また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ディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよ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、テキストまた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）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、また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、およ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、また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、また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、または、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）また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、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、または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、または、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、有線また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、赤外線通信、ラジオ波通信また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、具体例を示しながら、本発明の上記実施形態に係る形状検査装置について説明する。以下に示す実施例は、本発明に係る形状検査装置及び形状検査方法のあくまでも一例であって、本発明に係る形状検査装置及び形状検査方法が、以下に示す実施例に限定されるものではない。
　本実施例では、第１の実施形態に基づく構成の形状検査装置を用いて、鋼板の表面に人工的に形成した直径２ｍｍ程度の凹部と、鋼板の表面の錆が生じている錆領域とを検出対象として、鋼板の表面形状の検出を行った。ラインセンサカメラは鋼板の表面に対して光軸が垂直となるように設置した。第１の照明光源及び第２の照明光源は、ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように、それぞれ光軸に対して４５°開いた位置に設置した。
　本実施例におけるラインセンサカメラのライン画像取得タイミングと、第１の照明光源及び第２の照明光源の点灯タイミング及び発光時間とは、図８に示したように設定した。図８に示すように、ラインセンサカメラの撮像素子がライン画像取得タイミングで露光される間は、第１の照明光源または第２の照明光源のうちいずれか一方のみしか点灯させないようにし、第１の照明光源が点灯されているときに取得されるライン画像と、第２の照明光源が点灯されているときに取得されるライン画像とが、重複しないようにした。
　ラインセンサカメラの撮像分解能（Ｒ）は０．１ｍｍ、各照明光照射時の撮像範囲（Ｅ１＝Ｅ２＝Ｅ）は０．２ｍｍとした。なお、なお、第１の照明光源及び第２の照明光源の発光時間ｄは、ラインセンサカメラの露光時間と同一とした。ライン速度（Ｖ）を１ｍ／ｓｅｃとし、上記式（２）より発光時間ｄを１００μｓｅｃとし、上記式（１）より撮像間隔ｂを１００μｓｅｃと設定した。
　図２６左側に、ラインセンサカメラによる凹部の撮像画像（画像Ａ）と、ラインセンサカメラによる錆領域の撮像画像（画像Ｂ）とを示す。図２６中央には、これらの撮像画像から生成された、第１の分離画像及び第２の分離画像を示す。凹部及び錆領域ともに、第１の分離画像及び第２の分離画像から把握することができる。そして、第１の分離画像と第２の分離画像との差分画像を図２６右側に示す。差分画像をみると、鋼板表面の凹部については明確に把握できるが、錆領域については差分画像には現れなかった。これより、本発明の形状検査装置により、平坦な表面において傾斜及び高さを有する表面形状を精度よく検出できることわかる。
　一方、特許文献２のように、第１のライン画像と第２のライン画像との位置ずれをラインセンサカメラの分解能の０．２倍以内に収めるためには発光時間ｄを２０μｓｅｃ以下としなければならず、シーケンサのサイクルタイムに対応できなかった。
　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。
　例えば、上記実施形態では、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングでは、第１の照明光源または第２の照明光源のうちいずれか一方のみしか点灯させないようにし、第１の照明光源が点灯されているときに取得されたライン画像と第２の照明光源が点灯されているときに取得されたライン画像とが重複しないようにしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第１の分離画像と第２の分離画像とに不可避的に生じた僅かな重なりがあってもよい。
　１０　　　形状検査装置
　１００　　測定装置
　１０１　　ラインセンサカメラ
　１０３　　第１の照明光源
　１０５　　第２の照明光源
　１０７　　付加照明光源
　２００　　演算処理装置
　２０１　　データ取得部
　２０３　　測定制御部
　２０５　　データ処理部
　２０７　　表示制御部
　２０９　　記憶部
　２１１　　分離画像生成部
　２１３　　差分画像生成部
　２１５　　傾き算出部
　２１７　　高さ算出部
　Ｓ　　　　帯状体
 

Claims (14)

  1. 　帯状体の表面形状を検出する形状検査装置であって、
    　前記帯状体の表面を撮像してライン画像を取得するラインセンサカメラと、
    　前記ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように配置され、前記ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する、第１の照明光源及び第２の照明光源と、
    　前記第１の照明光源及び前記第２の照明光源それぞれの点灯タイミング及び発光時間と、前記ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御する測定制御部と、
    　前記ラインセンサカメラにより取得された複数のライン画像を処理し、前記帯状体の表面の傾きを算出するデータ処理部と、
    を備え、
    　前記第１の照明光源から第１の照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像を第１のライン画像とし、前記第２の照明光源から第２の照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像を第２のライン画像として、
    　前記測定制御部は、前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、前記帯状体と前記ラインセンサカメラとの相対速度であるライン速度に基づいて、前記点灯タイミング及び前記発光時間と前記ライン画像取得タイミングとを制御し、
    　前記データ処理部は、前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査装置。
  2. 　前記測定制御部は、撮像間隔として、前記ラインセンサカメラによる先の撮像が終わり次の撮像が始まるまでに撮像が行われない時間を設ける、請求項１に記載の形状検査装置。
  3. 　前記帯状体上での前記ラインセンサカメラの一画素当たりの前記帯状体の搬送方向の長さをＤとしたとき、
    　前記測定制御部は、前記撮像間隔ｂが下記式を満たすように前記ライン画像取得タイミングを制御する、請求項２に記載の形状検査装置。
    　ｂ≧Ｄ／Ｖ
  4. 　前記データ処理部は、ｎ番目の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ－１番目またはｎ＋１番目のうち少なくともいずれか一方の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像との差分を、前記差分ライン画像として取得し、前記帯状体の表面の傾きを算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載の形状検査装置。
  5. 　前記データ処理部は、ｎ番目の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ－１番目以前のライン画像及びｎ＋１番目以降のライン画像から補完されたライン画像との差分を、前記差分ライン画像として取得し、前記帯状体の表面の傾きを算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載の形状検査装置。
  6. 　前記データ処理部は、前記帯状体の表面の傾きを長手方向に積分して前記帯状体の表面の高さを算出する、請求項１～５のいずれか１項に記載の形状検査装置。
  7. 　前記帯状体に対して帯状の照明光を照射する少なくとも１つの付加照明光源をさらに備え、
    　前記測定制御部は、
    　前記ラインセンサカメラの前記ライン画像取得タイミングで、前記第１の照明光源、前記第２の照明光源、及び、前記付加照明光源を１つずつ逐次点灯させ、
    　前記データ処理部は、
    　前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とに基づき得られる前記差分ライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出し、
    　前記付加照明光源から付加照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像に基づいて、前記帯状体の表面状態を特定する、請求項１～６のいずれか１項に記載の形状検査装置。
  8. 　帯状体の表面形状を検出する形状検査方法であって、
    　前記帯状体が搬送されるライン上には、
    　前記帯状体の表面を撮像しライン画像を取得するラインセンサカメラと、
    　前記ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように配置され、前記ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する、第１の照明光源及び第２の照明光源と、
    が配置されており、
    　前記第１の照明光源から第１の照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されるライン画像を第１のライン画像とし、前記第２の照明光源から第２の照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されるライン画像を第２のライン画像として、
    　前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、前記帯状体と前記ラインセンサカメラとの相対速度であるライン速度に基づいて、前記第１の照明光源及び前記第２の照明光源の点灯タイミング及び発光時間と、前記ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御し、
    　前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査方法。
  9. 　撮像間隔として、前記ラインセンサカメラによる先の撮像が終わり次の撮像が始まるまでに撮像が行われない時間が設けられる、請求項８に記載の形状検査方法。
  10. 　前記帯状体上での前記ラインセンサカメラの一画素当たりの前記帯状体の搬送方向の長さをＤとしたとき、
    　前記撮像間隔ｂが下記式を満たすように前記ライン画像取得タイミングを制御する、請求項９に記載の形状検査方法。
    　ｂ≧Ｄ／Ｖ
  11. 　前記差分ライン画像は、ｎ番目の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ－１番目またはｎ＋１番目のうち少なくともいずれか一方の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像との差分である、請求項８～１０のいずれか１項に記載の形状検査方法。
  12. 　前記差分ライン画像は、ｎ番目の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ－１番目以前のライン画像及びｎ＋１番目以降のライン画像から補完されたライン画像との差分である、請求項８～１０のいずれか１項に記載の形状検査方法。
  13. 　前記帯状体の表面の傾きを長手方向に積分して前記帯状体の表面の高さをさらに算出する、請求項８～１２のいずれか１項に記載の形状検査方法。
  14. 　前記帯状体に対して帯状の照明光を照射する少なくとも１つの付加照明光源をさらに備え、
    　前記ラインセンサカメラの前記ライン画像取得タイミングで、前記第１の照明光源、前記第２の照明光源、及び、前記付加照明光源を１つずつ逐次点灯させ、
    　前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とに基づき得られる前記差分ライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出し、
    　前記付加照明光源から付加照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像に基づいて、前記帯状体の表面状態を特定する、請求項８～１３のいずれか１項に記載の形状検査方法。
     
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