WO2018016102A1 - 形状測定装置及び形状測定方法 - Google Patents

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surface roughness
band
light
screen
strip
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赤木　俊夫
今野　雄介
厚裕 日比
古家　順弘
貴之 園田
昭仁 中崎
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/892—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the flaw, defect or object feature examined

Definitions

  • the present invention relates to a shape measuring device and a shape measuring method for measuring the surface roughness distribution of a strip.
  • Patent Document 1 discloses a laser-type surface roughness measuring apparatus that measures the surface roughness of an object to be measured from the spread of a diffraction pattern of laser spot light.
  • Patent Document 2 discloses a reflection image obtained by projecting a reference pattern on the surface of a rough object to form a fluctuation of a reflection image of the reference pattern, and analyzing a captured image obtained by capturing the fluctuation of the reflection image.
  • a method for measuring the surface property of a rough object based on the luminance distribution of the fluctuation and the magnitude of the fluctuation is disclosed.
  • Patent Document 1 since the surface roughness of the measurement object is measured by scanning a point, the surface roughness cannot be measured at high speed. Moreover, in the said patent document 2, the grating
  • the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to detect high-speed and minute roughness unevenness over the entire width of the entire measurement object. It is an object of the present invention to provide a new and improved shape measuring apparatus and shape measuring method.
  • a light source that irradiates a surface of a moving strip with linear light at a predetermined incident angle from an upstream side or a downstream side in the moving direction of the strip.
  • An arithmetic processing unit that obtains the surface roughness distribution of the strip based on the width distribution of the optical band of the reflected light, and the incident angle is set according to the target surface roughness of the strip surface
  • a measuring device is provided.
  • the spectral half width of the light source may be 20 nm or more.
  • the arithmetic processing unit includes an image analysis unit that obtains a width distribution of the light band from a luminance distribution of the light band of the reflected light of the band-shaped body included in the captured image acquired by the imaging unit, and a light band width distribution. And a surface roughness distribution acquisition unit that acquires the surface roughness distribution of the belt-like body.
  • the arithmetic processing unit may include a determination unit that determines whether or not the surface of the strip has a target surface roughness based on the surface roughness distribution.
  • movement is performed using a light source installed so as to have an incident angle set according to the target surface roughness of the surface of the band-shaped body.
  • the surface of the strip-shaped body is irradiated with linear light obliquely from the upstream side in the moving direction of the strip-shaped body, and the screen on which the reflected light of the linear light on the surface of the strip-shaped body is projected is captured by the imaging unit,
  • the surface roughness distribution of the band-shaped body based on the first step of acquiring a captured image including a screen image that is the reflected light of the body and the width distribution of the light band of the reflected light of the linear light projected on the screen A shape measuring method is provided.
  • high-speed and minute roughness unevenness can be detected over the entire width of the entire surface of the measurement object.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows schematic structure of the shape measuring apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is explanatory drawing which shows typically one structural example of the screen image acquisition apparatus of the shape measuring apparatus which concerns on the same embodiment. It is a top view which shows typically the positional relationship of a screen and an imaging part. It is a side view which shows typically the positional relationship of a screen and an imaging part. It is explanatory drawing which shows an example of the captured image containing the screen image obtained by the imaging part. It is explanatory drawing explaining the incident angle to a strip
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a shape measuring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a configuration example of the screen image acquisition device 100 of the shape measuring apparatus 10 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the positional relationship between the screen 103 and the imaging unit 105.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing the positional relationship between the screen 103 and the imaging unit 105.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of the captured image 50 including the screen image 55 obtained by the imaging unit.
  • the shape measuring apparatus 10 irradiates the surface of a strip-shaped body such as a moving steel plate with linear illumination light, and projects the reflected light of the illumination light reflected on the surface of the strip-shaped body.
  • This is a surface roughness measuring device that captures the screen and analyzes the captured image to measure the surface roughness distribution of the strip.
  • the shape measuring device 10 includes a screen image acquisition device 100 and an arithmetic processing device 200.
  • the screen image acquisition device 100 sequentially captures the surface of the strip moving on the transport line along the longitudinal direction (that is, the moving direction) of the strip, and outputs the obtained captured image to the arithmetic processing device 200.
  • the screen image acquisition apparatus 100 includes a linear light source 101, a screen 103, and an imaging unit 105.
  • the linear light source 101 irradiates the surface of a strip-shaped body such as a moving steel plate with linear illumination light.
  • the screen 103 projects reflected light of the illumination light that is reflected from the surface of the belt-like illumination light irradiated from the linear light source 101.
  • the imaging unit 105 images the screen 103 and acquires a captured image that includes the reflected light of the illumination light projected on the screen 103 as a screen image.
  • the linear light source 101, the screen 103, and the imaging unit 105 constituting the screen image acquisition device 100 are installed on a line on which the belt S is conveyed, for example, as shown in FIGS.
  • the linear light source 101 irradiates the surface of the strip S moving on the transport line with linear light extending in the width direction of the strip S from the upstream side or the downstream side in the moving direction (Y direction) of the strip S.
  • a linear light source 101 includes, for example, a light source unit such as a continuous wave (CW) laser light source, a super luminescent diode (SLD) light source or an LED (Light Emitting Diode) light source that performs continuous oscillation, and a lens unit such as a rod lens.
  • CW continuous wave
  • SLD super luminescent diode
  • LED Light Emitting Diode
  • the linear light source 101 only needs to emit light in a fan shape.
  • a lens other than a rod lens such as a cylindrical lens or a Powell lens, can be used for the lens portion. .
  • the linear light source 101 preferably has a spectral half width of 20 nm or more in order to avoid the influence of speckle. Further, the incident angle of the linear light emitted from the linear light source 101 with respect to the surface of the band S is determined according to the target surface roughness of the surface of the band S. A detailed description of the setting of the linear light source 101 will be described later.
  • the screen 103 is provided at a position facing the linear light source 101, and the reflected light of the linear light reflected by the surface of the strip S is projected.
  • the screen 103 has a width that allows the reflected light of the entire width of the strip S to be projected according to the spread angle of the linear light and the projection distance to the screen. Further, the height of the screen 103 is obtained when the projected position of the reflected light changes due to the shape of the band S, the vibration generated as the band S moves, or the thickness of the band S. Even so, the reflected light is set to exist on the projection surface of the screen 103.
  • the imaging unit 105 faces the screen 103 and is provided at a position where the screen 103 can be imaged.
  • An area camera is used as the imaging unit 105.
  • the area camera is equipped with a lens having a predetermined focal length and an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
  • the imaging unit 105 images the projection surface 103a of the screen 103 on which the reflected light of the linear light from the surface of the band S is projected, and generates a captured image.
  • the reflected light of the linear light from the surface of the strip S projected on the projection surface 103a of the screen 103 is also referred to as a screen image.
  • the imaging target area is adjusted in advance with reference to past operation data so that the reflected light of the linear light projected on the screen 103 is included in the field of view. It is set to image under the same imaging conditions.
  • an xyz coordinate system fixed to the imaging unit 105 as shown in FIGS. 3 and 4 is defined.
  • the width direction of the imaging field of the imaging unit 105 is the x-axis direction
  • the optical axis direction of the imaging unit 105 is the y-axis direction
  • the height direction of the imaging field of the imaging unit 105 is the z-axis direction.
  • the normal vector of the projection plane expressed in the xyz coordinate system has no x component (in other words, the value of the x component is zero).
  • the screen 103 and the imaging unit 105 may be rotated around the z axis while satisfying the positional relationship from the state indicated by the solid line. This makes it possible to align the image resolution along the width direction within the field of view of the imaging unit 105.
  • the positional relationship between the screen 103 and the imaging unit 105 is, for example, as shown by a solid line when viewed from the side as shown in FIG.
  • the optical axis direction 105 (y axis) and the moving direction (Y axis) of the band S are parallel to each other, and the optical axis C of the imaging unit 105 is perpendicular to the projection surface 103 a of the screen 103. That's fine.
  • the screen 103 and the imaging unit 105 may be rotated around the x axis while satisfying the positional relationship from the state shown by the solid line.
  • the captured image acquired by the imaging unit 105 installed in this way is, for example, as shown in FIG. 5, the reflected light (that is, the screen image) 55 of the linear light within the size of the captured image 50 of the full frame. Will be reflected.
  • the imaging unit 105 outputs the acquired captured image to the arithmetic processing device 200.
  • the screen image acquisition device 100 described above may be controlled by the arithmetic processing device 200, for example.
  • a PLG Pulse Logic Generator: pulse-type speed detector
  • the arithmetic processing device 200 periodically transmits a control signal to the imaging unit 105 of the screen image acquisition device 100 based on the one-pulse PLG signal input from the PLG, and uses the control signal as an imaging timing as an imaging unit. 105 can function. Thereby, every time the belt-like body S moves by a predetermined distance, the reflected light of the linear light projected on the screen 103 is picked up, and a picked-up image can be acquired periodically.
  • the arithmetic processing device 200 analyzes the captured image acquired by the screen image acquisition device 100 and acquires the surface roughness distribution of the strip S. As illustrated in FIG. 1, the arithmetic processing device 200 includes an image analysis unit 210, a surface roughness distribution acquisition unit 220, a determination unit 230, an output unit 240, and a storage unit 250.
  • the image analysis unit 210 is the light of the reflected light (screen image) of the linear light applied to the strip S included in the captured image. Get the width distribution of the band.
  • the image analysis unit 210 is realized by, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a communication device, and the like.
  • the surface roughness distribution of the band S is acquired based on the width distribution of the optical band.
  • the optical band width distribution can be obtained by image analysis of the captured image.
  • the “width distribution” of the light band indicates the width (for example, half-value width) in the Z direction at each X coordinate of the light band of the screen image.
  • the image analysis unit 210 extracts a pixel region that is equal to or greater than a preset threshold value based on the luminance value of each pixel of the captured image, thereby reflecting the reflected light of the linear light irradiated on the strip S included in the captured image. Specify (light band of screen image). Then, the image analysis unit 210 acquires the luminance distribution of the region specified as the light band of the screen image, that is, the luminance profile in the Z direction at each X coordinate of the screen image. Further, the image analysis unit 210 acquires the width distribution of the light band from the luminance profile in the Z direction at each X coordinate of the screen image, and outputs it to the surface roughness distribution acquisition unit 220.
  • the surface roughness distribution acquisition unit 220 calculates the width distribution of the light band input from the image analysis unit 210, that is, the width in the Z direction of each X coordinate of the light band of the screen image at each X coordinate on the corresponding steel plate.
  • the roughness that is, the surface roughness distribution of the band S is acquired.
  • the surface roughness distribution acquisition unit 220 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like.
  • the surface roughness distribution acquisition unit 220 outputs the acquired surface roughness distribution of the strip S to the determination unit 230 and the output unit 240.
  • the determination unit 230 determines whether or not the surface of the band S has a target surface roughness based on the surface roughness distribution of the band S acquired by the surface roughness distribution acquisition unit 220. For example, the determination unit 230 acquires a target surface roughness targeted in the band S, which is defined in advance in the storage unit 250 described later, and from the surface roughness distribution acquired by the surface roughness distribution acquisition unit 220, It is determined whether or not the target surface roughness is reached. The determination unit 230 outputs the determination result to the output unit 240.
  • Such a determination part 230 is implement
  • the output unit 240 displays the surface roughness distribution of the strip S acquired by the surface roughness distribution acquisition unit 220 or the determination result of the determination unit 230 as a display device, a storage device, and other devices (all not shown). ).
  • the output unit 240 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like.
  • the storage unit 250 is an example of a storage device included in the arithmetic processing device 200, and is realized by, for example, a ROM, a RAM, a storage device, or the like.
  • the storage unit 250 for example, the setting value of the incident angle of the linear light source 101 according to the target surface roughness of the surface of the strip S, the relationship between the surface roughness at each incident angle and the width of the optical band of the screen image, etc. Information necessary for obtaining the surface roughness distribution is stored.
  • the storage unit 250 stores a target surface roughness used when the determination unit 230 determines whether or not the surface of the strip S has a target surface roughness. Since the target surface roughness changes according to the steel type, surface finish, etc., the target surface roughness corresponding to each steel type, surface finish, etc. may be stored.
  • the arithmetic processing device 200 may be configured to be able to control an imaging process for capturing a screen image that is a reflected light of linear light on the surface of the band S by the screen image acquisition device 100.
  • the arithmetic processing apparatus 200 may include an imaging control unit (not shown) that performs light emission control of the linear light source 101, imaging control of the imaging unit 105, and the like.
  • the imaging control unit is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like.
  • the shape measuring method according to the present embodiment can be rephrased as a surface roughness measuring method for measuring the surface roughness distribution of the strip S, and measures the surface roughness of a steel sheet or the like that requires management of the surface roughness.
  • This is a suitable method.
  • cold-rolled steel sheets can be measured for surface roughness on the exit side of a continuous annealing line that is passed after cold rolling, and surface-treated steel sheets such as galvanized steel sheets are passed after cold rolling. Surface roughness can be measured on the exit side of the plating line.
  • the target surface roughness varies depending on the purpose of use of the steel sheet.
  • the target surface roughness is large when the surface finish is a dull finish and a matte surface, and when the bright finish is a glossy surface, the target surface roughness is small.
  • the target surface roughness (Rq) of the cold-rolled steel sheet is set to about 0.1 to several ⁇ m.
  • Rq root mean square roughness
  • the incident angle ⁇ of the linear light emitted from the linear light source 101 to the band S indicates the inclination angle of the linear light from the normal to the surface of the band S as shown in FIG.
  • the optimal incident angle of the linear light that is optimal in the measurement of the surface roughness is an incident angle at which a light band suitable for the measurement of the surface roughness is projected onto the screen.
  • the “light band suitable for measuring the surface roughness” means that the brightness of the light band of the reflected light of the linear light projected on the screen is the part where the linear light is not irradiated on the surface of the belt S This means that it can be distinguished from the brightness of the ground on which the reflected light is projected, and the width of the light band is as large as possible.
  • the measurement of the surface roughness of the strip S uses the principle of the light lever, and in the captured image obtained by imaging the screen on which the reflected light on the surface of the strip S is projected. This is done by acquiring the width and brightness of the screen image (light band).
  • the line width of the linear light emitted from the linear light source 101 is as small as about 0.1 mm until it hits the surface of the band S, but the band S is irradiated obliquely with respect to the surface of the band S.
  • the incident angle of the linear light source 101 of the screen image acquisition device 100 is set so that the light band appearing as a screen image becomes a light band suitable for measuring the surface roughness.
  • the reflected light of the linear light reflected from the surface of the band S is not correctly projected on the screen 103.
  • the incident angle ⁇ is too large, the width of the optical band of the reflected light projected on the screen 103 becomes narrow.
  • the surface roughness is specified based on the width of the optical band of the reflected light. Therefore, the width of the optical band of the reflected light at the normal time (that is, when the target surface roughness is reached). As the line becomes narrow like a line, it becomes difficult to detect a slight change in surface roughness.
  • the width of the light band becomes narrower as the surface roughness of the band S becomes smaller, so the surface roughness becomes smaller than the target surface roughness. In some cases, it is difficult to detect changes in surface roughness. Therefore, the setting of the incident angle ⁇ of the linear light is important.
  • FIG. 7 is a graph showing, as a horizontal projection, the integrated value of luminance at each position in the longitudinal direction of the strip S for the steel sheet A.
  • FIG. 8 is a graph showing, as a horizontal projection, the integrated value of luminance at each position in the longitudinal direction of the strip S for the steel plate B.
  • the incident angle ⁇ of the linear light was changed by 1 ° in the range of 81 ° to 84 °, and the change in luminance at each incident angle was examined.
  • belt shaped object S was set to 0.1 mm.
  • the luminance on the vertical axis shown as the horizontal projection in FIGS. 7 and 8 indicates a value normalized with the luminance of the formation portion as 1.
  • the width of the light band is defined as the half-value width of the peak value of the projected luminance at each position in the longitudinal direction shown in the horizontal projection (that is, the distance between two points (half-value full width) at a position that is half the peak value).
  • an incident angle that is an optical band suitable for roughness measurement was studied, when the incident angle was 83 ° for steel sheet A, an optical band suitable for surface roughness measurement was projected onto the screen.
  • the half width (that is, the width of the optical band) W (83 °) was 2.4 mm.
  • an optical band suitable for measuring the surface roughness was projected onto the screen.
  • the half width (that is, the width of the light band) W (81 °) was 0.9 mm, and W (83 °) was 0.5 mm.
  • the “optical band suitable for measurement” refers to an optical band having such a width that a change can be detected when the surface roughness deviates from the target surface roughness. More specifically, the “optical band suitable for measurement” is significantly thicker than the narrowest width when the incident angle ⁇ is changed (for example, 20% or more thicker than the narrowest width), and It is an optical band that is significantly thinner than the limit thickness that can be recognized as an optical band (for example, 20% or more thinner than the thickest width).
  • the incident angle ⁇ of the linear light source 101 from which an optical band suitable for the measurement of the surface roughness is obtained varies depending on the target surface roughness.
  • the incident angle ⁇ is set to be relatively small for a steel plate having a small surface roughness such as a bright steel plate having a bright finish.
  • the incident angle ⁇ is set to be relatively large for a steel sheet having a large surface roughness such as a steel sheet after pickling or a mat-finished tin plate.
  • the width of the optical band of the reflected light projected on the screen changes according to the difference in surface roughness, but it can be seen from FIGS. 7 and 8 that the optical band width decreases as the surface roughness decreases.
  • the half width of the optical band (that is, the width of the optical band) W (83 °) when the steel sheet A is measured is 2.4 mm.
  • the full width at half maximum of the optical band (that is, the optical band width) W (83 °) was 0.5 mm.
  • the width of the light band is reduced as the surface roughness is reduced.
  • the correlation between the surface roughness Rq of the band S and the width of the optical band is that the width of the optical band changes due to the difference in surface roughness, and the width of the optical band decreases as the surface roughness decreases.
  • FIG. 9 shows the relationship between the width of the optical band appearing on the screen and the surface roughness Rq of the band-shaped body S when the incident angle of the optical band linear light is 83 ° for the steel sheet A and the steel sheet B. Is.
  • the target surface roughness (Rq) is in the range of about 0.5 to 1.3 ⁇ m corresponding to the steel plate B and the steel plate A, even if approximated as a proportional relationship as shown in FIG.
  • the surface of the position where the linear light is irradiated on the strip S Roughness can be specified.
  • the linear light source 101 when the surface roughness of the strip S is the target surface roughness, the width of the light band appears on the screen 103 is set at an incidence angle such that the optical band width W A If it is, the area 35a (hereinafter also referred to as “normal area”) of the screen image 35 has the target surface roughness.
  • the width the width of the light band is smaller than the optical band gap W A narrow region 35b, from the relationship between the width of the surface roughness and light bands, surface roughness is an area smaller than the target surface roughness, the surface roughness It can be seen that this is an abnormal part.
  • the screen image as shown in FIG. 10 is seen, for example, when rolling a steel sheet, and the amount of drawn rolling oil into the steel sheet increases in the steel sheet surface, resulting in a region with a large amount of rolling oil on the steel sheet surface. . This is because the surface roughness of the region where much rolling oil is adhered becomes smaller than that of the other regions, so that the optical band is higher than the normal region 35a having the target surface roughness, such as the narrow region 35b of FIG. The width of becomes narrower. Alternatively, a similar screen image can be obtained even when the rolling roll is partially worn.
  • the screen image 35 in addition to the manifestation of narrow narrow region 35b than the normal region 35a of the light band width W A of the surface roughness is in the target surface roughness, for example, FIG. 11 as shown, the screen image 35, it may appear large wide area 35c in width than the optical band gap W a normal region 35a.
  • the wide region 35c is a region having a surface roughness larger than the target surface roughness, and can be determined as an abnormal portion, as with the narrow region 35b.
  • a laser light source, an SLD light source, an LED light source, or the like can be used as the linear light source 101.
  • a light source having an extremely small spectrum half-value width such as a laser light source
  • speckle pattern noise called speckle appears, and the measurement accuracy of the optical bandwidth may be lowered.
  • the spectral half width of the linear light source is 20 nm or more.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the shape measuring method according to this embodiment.
  • the shape measurement method executed using the screen image acquisition apparatus 100 first starts with the linear light source 101 with respect to the surface of the strip S moving along the transport line.
  • the linear light is irradiated from (S100).
  • the surface of the band S is irradiated with linear light.
  • the reflected light of the linear light reflected on the surface of the band S is projected as a screen image 35 onto the projection surface 103 a of the screen 103.
  • the imaging unit 105 captures the screen 103 on which the reflected light of the linear light reflected from the surface of the band S is projected, and a captured image including the screen image 35 is acquired (S110).
  • the incident angle of the linear light source 101 is such that when the surface roughness of the region irradiated with the linear light is the target surface roughness, the screen image 35 projected on the screen 103 measures the surface roughness. It is set to have an optical bandwidth suitable for. At each incident angle of the linear light source 101, the relationship between the surface roughness of the region irradiated with the linear light and the optical bandwidth of the screen image is obtained by measurement in advance, so that the linear light is irradiated.
  • the optical band width of the screen image when the surface roughness of the region is the target surface roughness can be specified. Therefore, when the surface roughness of a certain area of the band S deviates from the target surface roughness, an area having a width different from the optical band width corresponding to the target surface roughness as shown in FIGS. Will appear.
  • the surface roughness distribution of the strip S is acquired using such characteristics.
  • step S110 as information for acquiring the surface roughness distribution of the strip S, the screen 103 is imaged and a captured image including the screen image 35 is acquired. The imaging unit 105 outputs the acquired captured image to the arithmetic processing device 200.
  • the arithmetic processing device 200 acquires the light band width distribution of the screen image included in the captured image by the image analysis unit 210 (S120). Based on the luminance value of each pixel of the captured image, the image analysis unit 210 identifies the reflected light (screen image) of the linear light irradiated on the strip S included in the captured image. Then, the image analysis unit 210 acquires the width distribution of the optical band using the region specified as the screen image as the optical band of the reflected light, and outputs it to the surface roughness distribution acquisition unit 220.
  • the arithmetic processing unit 200 acquires the surface roughness distribution of the band S based on the width distribution of the optical band acquired in step S120 by the surface roughness distribution acquisition unit 220. (S130).
  • the surface roughness distribution may be expressed as a screen image 35 projected onto the screen 103 as shown in FIG.
  • the surface roughness distribution acquisition unit 220 may output the acquired surface roughness distribution to the determination unit 230.
  • the determination unit 230 may determine whether or not there is a region deviating from the target surface roughness on the surface of the band S from the surface roughness distribution.
  • an allowable value may be set, and the determination unit 230 may determine whether or not the target surface roughness is outside the range of the plus / minus allowable value. Thereby, it can confirm that the desired product is manufactured.
  • the determination unit 230 may output the determination result to, for example, the output unit 240 and notify the operator.
  • the shape measuring method uses the principle of the light lever, and the reflected light projected onto the screen 103 by specular reflection of the linear light irradiated along the width direction of the band S.
  • the surface roughness distribution of the band S is obtained from the width and brightness of the light band.
  • the width of the light band of the screen image can be made larger than the width of the light band of the linear light on the band S. Therefore, it is possible to measure the surface roughness of the strip S in the width direction with high sensitivity, and as a result, it is possible to detect high-speed and minute roughness unevenness over the entire width of the entire measurement object.
  • FIG. 13 illustrates in detail the hardware configuration of the arithmetic processing apparatus 200 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram for explaining the hardware configuration of the information processing apparatus 900 that functions as the arithmetic processing apparatus 200 according to the embodiment of the present invention.
  • the information processing apparatus 900 that functions as the arithmetic processing apparatus 200 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905.
  • the information processing apparatus 900 further includes a bus 907, an input device 909, an output device 911, a storage device 913, a drive 915, a connection port 917, and a communication device 919.
  • the CPU 901 functions as an arithmetic processing device and a control device, and controls all or a part of the operation in the information processing device 900 according to various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage device 913, or the removable recording medium 921.
  • the ROM 903 stores programs and calculation parameters used by the CPU 901.
  • the RAM 905 primarily stores programs used by the CPU 901, parameters that change as appropriate during execution of the programs, and the like. These are connected to each other 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 PCI (Peripheral Component Interconnect / Interface) bus via a bridge.
  • PCI Peripheral Component Interconnect / Interface
  • the input device 909 is an operation means 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, remote control means (so-called remote controller) using infrared rays or other radio waves, or may be an external connection device 923 such as a PDA corresponding to the operation of the information processing device 900. May be.
  • the input device 909 includes, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by a user using the operation unit and outputs the input signal to the CPU 901.
  • a user of the information processing apparatus 900 can input various data and instruct a processing operation to the information processing apparatus 900 by operating the input device 909.
  • the output device 911 is configured by a device capable of visually or audibly notifying the acquired information to the user. Examples of such devices include CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and display devices such as lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, mobile phones, and facsimiles.
  • the output device 911 outputs results obtained by various processes performed by the information processing device 900, for example. Specifically, the display device displays the results obtained by various processes performed by the information processing device 900 as text or images.
  • the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data or acoustic data into an analog signal and outputs the analog signal.
  • the storage device 913 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the information processing device 900.
  • the storage device 913 includes, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), 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 recording medium reader / writer, and is built in or externally attached to the information processing apparatus 900.
  • the drive 915 reads information recorded on a removable recording medium 921 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905.
  • the drive 915 can write a record on a removable recording medium 921 such as a 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 a CompactFlash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a flash memory, or an SD memory card (Secure Digital memory card). Further, the removable recording medium 921 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) on which a non-contact IC chip is mounted, an electronic device, or the like.
  • CompactFlash registered trademark
  • CF CompactFlash
  • 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) on which a non-contact IC chip is mounted, an electronic device, or the like.
  • connection port 917 is a port for directly connecting a device to the information processing apparatus 900.
  • Examples of the connection port 917 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, and an RS-232C port.
  • the communication device 919 is a communication interface configured with, for example, a communication device for connecting to the communication network 925.
  • the communication device 919 is, for example, a communication card for wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB).
  • the communication device 919 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various communication.
  • 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 other communication devices.
  • the communication network 925 connected to the communication device 919 includes a wired or wireless network, and may be, for example, the Internet, a home LAN, infrared communication, radio wave communication, or satellite communication. .
  • each component described above may be configured using a general-purpose member, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to change the hardware configuration to be used as appropriate according to the technical level at the time of carrying out this embodiment.
  • SYMBOLS 10 Shape measuring apparatus 100 Screen image acquisition apparatus 101 Linear light source 103 Screen 105 Imaging part 200 Arithmetic processing apparatus 210 Image analysis part 220 Surface roughness distribution acquisition part 230 Judgment part 240 Output part 250 Storage part S Strip

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Abstract

【課題】測定対象物の全面全幅に亘って高速かつ微小な粗さむらを検出することが可能な形状測定装置を提供する。 【解決手段】移動する帯状体の表面に対して、帯状体の移動方向上流側から斜めに線状光を照射する光源と、帯状体の表面での線状光の反射光が投影されるスクリーンと、スクリーンに投影された線状光の反射光を撮像する撮像部と、スクリーンに投影された線状光の反射光の光帯の幅分布に基づいて、帯状体の表面粗さ分布を取得する演算処理部と、を備え、帯状体に対する光源の入射角は、帯状体表面の目標表面粗さに応じて設定される、形状測定装置が提供される。

Description

形状測定装置及び形状測定方法
　本発明は、帯状体の表面粗さ分布を測定する形状測定装置及び形状測定方法に関する。
　従来から、ブリキ板等の表面粗さを管理している材料では、圧延ロールの摩耗や圧延油の引き込み量の違いにより生じる表面粗さの部分的な異常が問題となっている。この部分的な異常を検出するため、管理する材料を測定対象物として表面粗さを測定するニーズがある。表面粗さを非接触的に測定する一手法として、表面で反射する光の散乱程度を用いる角度分解光散乱法（ＪＩＳ　Ｂ０６８１－６（２０１４））が知られており、この原理を応用した表面粗さの測定方法がいくつか提案されている。
　例えば特許文献１には、レーザースポット光の回折パターンの広がりから測定対象物の表面粗さを測定するレーザ式表面粗さ測定装置が開示されている。また、特許文献２には、粗面物体の表面に基準パターンを投影して基準パターンの反射像のゆらぎを結像し、反射像のゆらぎを撮像した撮像画像を解析して得られた反射像のゆらぎの輝度分布およびゆらぎの大きさに基づいて、粗面物体の表面性状を測定する方法が開示されている。
特開平５－１３３７４２号公報 特開２００６－３３７２号公報
　しかし、上記特許文献１では、点のスキャンを行って測定対象物の表面粗さを測定するため、高速に表面粗さを測定することができない。また、上記特許文献２では、基準パターンとして格子パターンを用いており、格子ピッチよりも小さい粗さむらを検出することができなかった。
　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、測定対象物の全面全幅に亘って高速かつ微小な粗さむらを検出することが可能な、新規かつ改良された形状測定装置及び形状測定方法を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、移動する帯状体の表面に対して、帯状体の移動方向上流側または下流側から所定の入射角で線状光を照射する光源と、帯状体の表面での線状光の反射光が投影されるスクリーンと、スクリーンに投影された線状光の反射光を撮像する撮像部と、撮像部にて撮像された線状光の反射光の光帯の幅分布に基づいて、帯状体の表面粗さ分布を取得する演算処理部と、を備え、入射角は、帯状体表面の目標表面粗さに応じて設定される、形状測定装置が提供される。
　光源のスペクトル半値幅は２０ｎｍ以上であってもよい。
　また、帯状体表面の目標表面粗さが粗いほど、光源の入射角は大きく設定される。
　演算処理部は、撮像部により取得された撮像画像に含まれる、帯状体の反射光の光帯の輝度分布から、当該光帯の幅分布を取得する画像解析部と、光帯の幅分布に基づいて、帯状体の表面粗さ分布を取得する表面粗さ分布取得部と、を備えてもよい。
　さらに、演算処理部は、表面粗さ分布に基づいて、帯状体の表面が目標表面粗さになっているか否かを判定する判定部を備えてもよい。
　また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、帯状体の表面の目標表面粗さに応じて設定された入射角となるように設置された光源を用いて、移動する帯状体の表面に対して帯状体の移動方向上流側から斜めに線状光を照射し、帯状体の表面での線状光の反射光が投影されたスクリーンを撮像部により撮像し、帯状体の反射光であるスクリーン像が含まれる撮像画像を取得する第１のステップと、スクリーンに投影された線状光の反射光の光帯の幅分布に基づいて、帯状体の表面粗さ分布を取得する第２のステップと、を含む、形状測定方法が提供される。
　以上説明したように本発明によれば、測定対象物の全面全幅に亘って高速かつ微小な粗さむらを検出することができる。
本発明の一実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る形状測定装置のスクリーン像取得装置の一構成例を模式的に示す説明図である。 スクリーンと撮像部との位置関係を模式的に示す平面図である。 スクリーンと撮像部との位置関係を模式的に示す側面図である。 撮像部により得られたスクリーン像を含む撮像画像の一例を示す説明図である。 帯状体への入射角を説明する説明図である。 鋼板Ａについて、帯状体の長手方向の各位置における輝度の積分値を横プロジェクションとして示したグラフである。 鋼板Ｂについて、帯状体の長手方向の各位置における輝度の積分値を横プロジェクションとして示したグラフである。 ある入射角における、帯状体の表面粗さと光帯の幅との間の相関の一例を示す説明図である。 スクリーンの投影面に投影されたスクリーン像の一例を示す説明図である。 スクリーンの投影面に投影されたスクリーン像の他の一例を示す説明図である。 同実施形態に係る形状測定方法を示すフローチャートである。 同実施形態に係る演算処理装置として機能する情報処理装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
　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．形状測定装置の概略構成）
　まず、図１～図５を参照して、本発明の一実施形態に係る形状測定装置１０の概略構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置１０の概略構成を示すブロック図である。図２は、同実施形態に係る形状測定装置１０のスクリーン像取得装置１００の一構成例を模式的に示す説明図である。図３は、スクリーン１０３と撮像部１０５との位置関係を模式的に示す平面図である。図４は、スクリーン１０３と撮像部１０５との位置関係を模式的に示す側面図である。図５は、撮像部により得られたスクリーン像５５を含む撮像画像５０の一例を示す説明図である。
　本発明の一実施形態に係る形状測定装置１０は、移動する鋼板等の帯状体の表面に対して線状の照明光を照射して、帯状体の表面において反射した照明光の反射光が投影されたスクリーンを撮像し、撮像画像を解析して帯状体の表面粗さ分布を測定する表面粗さ測定装置である。形状測定装置１０は、図１に示すように、スクリーン像取得装置１００と、演算処理装置２００とからなる。
　（１－１．スクリーン像取得装置）
　スクリーン像取得装置１００は、搬送ライン上を移動する帯状体の表面を、当該帯状体の長手方向（すなわち、移動方向）に沿って順次撮像し、得られた撮像画像を演算処理装置２００に出力する。かかるスクリーン像取得装置１００は、図１に示すように、線状光源１０１と、スクリーン１０３と、撮像部１０５とを有する。線状光源１０１は、移動する鋼板等の帯状体の表面に対して線状の照明光を照射する。スクリーン１０３は、線状光源１０１から照射された線状の照明光が帯状体の表面において反射した照明光の反射光が投影される。撮像部１０５は、スクリーン１０３を撮像し、スクリーン１０３に投影された照明光の反射光をスクリーン像として含む撮像画像を取得する。
　スクリーン像取得装置１００を構成する線状光源１０１、スクリーン１０３、及び撮像部１０５は、例えば図２～図４に示すように、帯状体Ｓが搬送されるライン上に設置される。
　線状光源１０１は、搬送ライン上を移動する帯状体Ｓの表面に対して、帯状体Ｓの移動方向（Ｙ方向）上流側または下流側から帯状体Ｓの幅方向に延びる線状光を照射する。このような線状光源１０１は、例えば、連続発振を行うＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）レーザ光源、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ　Ｄｉｏｄｅ）光源またはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）光源等の光源部と、ロッドレンズ等のレンズ部とを組み合わせて構成することができる。線状光源１０１は、光源部から出射された光は、レンズ部によって帯状体Ｓの表面に向かって扇状の面に広げられる。これにより、線状光源１０１から帯状体Ｓの表面に対して照射された光が線状となる。なお、本発明において、線状光源１０１は、射出光が扇状に広がるものであればよく、例えばレンズ部に、シリンドリカルレンズあるいはパウエルレンズ等の、ロッドレンズ以外のレンズを利用することも可能である。
　本発明において、線状光源１０１は、スペックルの影響を避けるため、スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上とすることが望ましい。また、線状光源１０１から照射される線状光の帯状体Ｓの表面に対する入射角は、帯状体Ｓの表面の目標表面粗さに応じて決定される。なお、線状光源１０１の設定に関する詳細な説明は後述する。
　スクリーン１０３は、図２に示すように、線状光源１０１に対向する位置に設けられており、帯状体Ｓの表面により反射された線状光の反射光が投影される。スクリーン１０３は、その横幅が線状光の広がり角とスクリーンまでの投影距離に応じて、帯状体Ｓの全幅分の反射光を投影可能な幅を有している。また、スクリーン１０３の高さは、帯状体Ｓの形状、帯状体Ｓの移動に伴って発生する振動、あるいは帯状体Ｓの厚みの変化等に起因して反射光の投影位置が変化した場合であっても、反射光がスクリーン１０３の投影面上に存在するように設定されている。
　撮像部１０５は、図２に示すように、スクリーン１０３と対向し、スクリーン１０３を撮像可能な位置に設けられている。撮像部１０５としては、エリアカメラが用いられる。エリアカメラは、所定の焦点距離を有するレンズと、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子と、を搭載している。撮像部１０５は、帯状体Ｓの表面からの線状光の反射光が投影されたスクリーン１０３の投影面１０３ａを撮像して、撮像画像を生成する。なお、スクリーン１０３の投影面１０３ａに投影された帯状体Ｓの表面からの線状光の反射光をスクリーン像ともいう。
　撮像部１０５は、スクリーン１０３に投影された線状光の反射光が視野内に含まれるように、過去の操業データ等を参考に撮像対象領域が予め調整されており、スクリーン１０３の投影面を同一の撮像条件で撮像するように設定されている。ここで、図３及び図４に示すような、撮像部１０５に固定されたｘ－ｙ－ｚ座標系を定義する。かかる座標系において撮像部１０５の撮像視野の幅方向をｘ軸方向とし、撮像部１０５の光軸方向をｙ軸方向とし、撮像部１０５の撮像視野の高さ方向をｚ軸方向とする。
　図３及び図４に示すように、スクリーン１０３は、ｘ－ｙ－ｚ座標系で表現される投影面の法線ベクトルがｘ成分を持たない（換言すれば、ｘ成分の値がゼロとなる）ように配置される。すなわち、図３に示すように平面視した際に、実線で示すように、撮像部１０５の光軸方向（ｙ軸）と帯状体Ｓの移動方向（Ｙ軸）とが平行な状態で上記位置関係を満たしていてもよい。また、図３に二点鎖線で示すように、実線で示した状態から、上記位置関係を満たしたまま、スクリーン１０３と撮像部１０５とをｚ軸まわりに回転させた状態としてもよい。これにより、撮像部１０５の視野内において、幅方向に沿った画像分解能を揃えることが可能となる。
　また、幅方向に沿った画像分解能が揃っていればよいため、スクリーン１０３と撮像部１０５との位置関係は、例えば図４に示すように側面視した際に、実線で示すように、撮像部１０５の光軸方向（ｙ軸）と帯状体Ｓの移動方向（Ｙ軸）とが平行な状態で、撮像部１０５の光軸Ｃがスクリーン１０３の投影面１０３ａに対して直交する位置関係であればよい。また、図４に二点鎖線で示すように、実線で示した状態から、上記位置関係を満たしたまま、スクリーン１０３と撮像部１０５とをｘ軸まわりに回転させた状態としてもよい。これにより、撮像部１０５の視野内において、幅方向に沿った画像分解能を揃えることが可能となる。さらに、図４においては、幅方向に沿った画像分解能が揃うため、スクリーン１０３と撮像部１０５とのうちいずれか一方が実線で示した位置に配置され、他方が二点鎖線で示した位置に配置されてもよい。
　このように設置された撮像部１０５により取得される撮像画像は、例えば図５に示したように、フルフレームの撮像画像５０のサイズ内に、線状光の反射光（すなわち、スクリーン像）５５が写り込んだものとなる。撮像部１０５は、取得した撮像画像を、演算処理装置２００へ出力する。
　以上説明したスクリーン像取得装置１００は、例えば演算処理装置２００によって制御されてもよい。一般に、測定対象物である帯状体Ｓを搬送する搬送ラインには、帯状体Ｓの移動速度を検出するため、例えばＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：パルス型速度検出器）等が設けられている。そこで、演算処理装置２００は、ＰＬＧから入力される１パルスのＰＬＧ信号に基づき、定期的に制御信号をスクリーン像取得装置１００の撮像部１０５に対して送信し、制御信号を撮像タイミングとして撮像部１０５を機能させることができる。これにより、帯状体Ｓが所定の距離だけ移動する毎に、スクリーン１０３に投影された線状光の反射光が撮像され、定期的に撮像画像を取得することが可能となる。
　（１－２．演算処理装置）
　演算処理装置２００は、スクリーン像取得装置１００により取得された撮像画像を解析し、帯状体Ｓの表面粗さ分布を取得する。演算処理装置２００は、図１に示すように、画像解析部２１０と、表面粗さ分布取得部２２０と、判定部２３０と、出力部２４０と、記憶部２５０とを有する。
　画像解析部２１０は、スクリーン像取得装置１００の撮像部１０５により取得された撮像画像に基づいて、当該撮像画像に含まれる帯状体Ｓに照射された線状光の反射光（スクリーン像）の光帯の幅分布を取得する。画像解析部２１０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。本実施形態に係る形状測定装置１０では、光帯の幅分布に基づき、帯状体Ｓの表面粗さ分布を取得する。光帯の幅分布は、撮像画像の画像解析により取得可能である。ここで、光帯の「幅分布」とは、スクリーン像の光帯の、各Ｘ座標におけるＺ方向の幅（例えば、半値幅）のことを示している。
　画像解析部２１０は、撮像画像の各画素の輝度値に基づき、予め設定された閾値以上の画素領域を抽出することによって、撮像画像に含まれる帯状体Ｓに照射された線状光の反射光（スクリーン像の光帯）を特定する。そして、画像解析部２１０は、スクリーン像の光帯として特定した領域の輝度分布、すなわち、スクリーン像の、各Ｘ座標におけるＺ方向の輝度プロファイルを取得する。さらに、画像解析部２１０は、スクリーン像の、各Ｘ座標におけるＺ方向の輝度プロファイルから、光帯の幅分布を取得し、表面粗さ分布取得部２２０へ出力する。
　表面粗さ分布取得部２２０は、画像解析部２１０から入力された光帯の幅分布、すなわち、スクリーン像の光帯の各Ｘ座標におけるＺ方向の幅から、対応する鋼板上の各Ｘ座標における粗さ、すなわち、帯状体Ｓの表面粗さ分布を取得する。表面粗さ分布取得部２２０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。表面粗さ分布取得部２２０は、取得した帯状体Ｓの表面粗さ分布を、判定部２３０及び出力部２４０に出力する。
　判定部２３０は、表面粗さ分布取得部２２０により取得された帯状体Ｓの表面粗さ分布に基づいて、帯状体Ｓの表面が目標表面粗さとなっているか否かを判定する。例えば、判定部２３０は、後述する記憶部２５０に予め規定された、帯状体Ｓにおいて目標とする目標表面粗さを取得し、表面粗さ分布取得部２２０により取得された表面粗さ分布から、目標表面粗さとなっているか否かを判定する。判定部２３０は、判定結果を、出力部２４０へ出力する。このような判定部２３０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。
　出力部２４０は、表面粗さ分布取得部２２０により取得された帯状体Ｓの表面粗さ分布、あるいは判定部２３０の判定結果を、表示装置、記憶装置、その他の機器（いずれも図示せず。）へ出力する。出力部２４０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。
　記憶部２５０は、演算処理装置２００が備える記憶装置の一例であり、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ装置等により実現される。記憶部２５０は、例えば、帯状体Ｓの表面の目標表面粗さに応じた線状光源１０１の入射角の設定値、各入射角における表面粗さとスクリーン像の光帯の幅との関係等、表面粗さ分布の取得に必要な情報を記憶する。また、記憶部２５０は、判定部２３０により帯状体Ｓの表面が目標表面粗さとなっているか否かを判定する際に用いる目標表面粗さを記憶する。当該目標表面粗さは鋼種や表面仕上げ等に応じて変化するため、各鋼種や表面仕上げ等に対応する目標表面粗さが記憶されていてもよい。
　本実施形態に係る演算処理装置２００は、スクリーン像取得装置１００による帯状体Ｓの表面における線状光の反射光であるスクリーン像を撮像する撮像処理を制御可能に構成されていてもよい。この場合、演算処理装置２００は、例えば線状光源１０１の発光制御、撮像部１０５の撮像制御等を行う撮像制御部（図示せず。）を備えていてもよい。撮像制御部は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。
　（２．形状測定方法）
　以下、上述の形状測定装置１０を用いて帯状体Ｓの表面粗さ分布を測定する形状測定方法について、詳細に説明する。
　（２－１．表面粗さと線状光源の入射角との関係）
　本実施形態に係る形状測定方法は、帯状体Ｓの表面粗さ分布を測定する表面粗さ測定方法とも言い換えることができ、表面粗さの管理が求められる鋼板等の表面粗さを測定するのに適している方法である。例えば、冷延鋼板は、冷間圧延後に通板される連続焼鈍ラインの出側で表面粗さの測定を行うことができ、亜鉛めっき鋼板等の表面処理鋼板は、冷間圧延後に通板されるめっき処理ラインの出側で表面粗さの測定を行うことができる。
　ここで、鋼板の使用目的に応じて目標表面粗さは異なる。例えば、冷延鋼板では、表面仕上げをダル仕上げとしてつや消しの表面にするときは、目標表面粗さは大きく、ブライト仕上げとして光沢のある表面にするときは、目標表面粗さは小さい。具体的には、例えば表面粗さの指標として二乗平均粗さＲｑ（ＲＭＳ）を用いた場合、冷延鋼板の目標表面粗さ（Ｒｑ）は、０．１～数μｍ程度に設定される。本願発明者は、この目標表面粗さの違いにより、表面粗さの測定における線状光の最適な入射角が存在するという知見を得た。
　線状光源１０１から出射された線状光の帯状体Ｓへの入射角θは、図６に示すように、帯状体Ｓの表面の垂線からの線状光の傾き角をいう。表面粗さの測定において最適な線状光の最適な入射角は、表面粗さの測定に適した光帯をスクリーンに投影させる入射角である。「表面粗さの測定に適した光帯」とは、スクリーンに投影された線状光の反射光の光帯の輝度が、帯状体Ｓの表面で線状光が照射されていない部分での反射光が投影された地合の輝度と区別可能であり、かつ、できるだけ光帯の幅が大きいものをいう。
　本実施形態に係る帯状体Ｓの表面粗さの測定は、光てこの原理を利用しており、帯状体Ｓの表面での反射光が投影されたスクリーンを撮像して得られた撮像画像中のスクリーン像（光帯）の幅及び輝度を取得することで行われる。線状光源１０１から出射される線状光の線幅は、帯状体Ｓの表面に当たるまでは０．１ｍｍ程度と小さいが、帯状体Ｓの表面に対して斜めに照射されるため、帯状体Ｓの表面では所定の幅を持った光帯として現れ、さらに帯状体Ｓの表面で反射した反射光がスクリーンに投影されると、スクリーンに投影された光帯の幅はさらに広くなる。このようにスクリーン像として現れた光帯が表面粗さの測定に適した光帯となるように、本実施形態では、スクリーン像取得装置１００の線状光源１０１の入射角を設定する。
　線状光の入射角θが適切に設定されていない場合、帯状体Ｓの表面で反射した線状光の反射光はスクリーン１０３に正しく投影されない。例えば、入射角θを大きくし過ぎると、スクリーン１０３に投影された反射光の光帯の幅が狭くなってしまう。本実施形態に係る形状測定方法では、反射光の光帯の幅に基づき表面粗さを特定するため、正常時の（すなわち、目標表面粗さとなっている場合の）反射光の光帯の幅が線のように狭くなると、僅かな表面粗さの変化を検出することが難しくなる。特に、後述するように、線状光の入射角θを固定した場合、帯状体Ｓの表面粗さが小さくなるほど光帯の幅は狭くなるので、目標表面粗さよりも表面粗さが小さくなった場合には、表面粗さの変化を検出するのが難しい。したがって、線状光の入射角θの設定は重要である。
　一例として、表面粗さの異なる２種類の鋼板として、目標表面粗さ（Ｒｑ）１．３μｍの鋼板Ａと、目標表面粗さ０．５μｍの鋼板Ｂとについて、表面粗さの測定において線状光の最適な入射角を調べた結果を図７及び図８に示す。図７は、鋼板Ａについて、帯状体Ｓの長手方向の各位置における輝度の積分値を横プロジェクションとして示したグラフである。図８は、鋼板Ｂについて、帯状体Ｓの長手方向の各位置における輝度の積分値を横プロジェクションとして示したグラフである。ここでは、それぞれ線状光の入射角θを８１°～８４°の範囲で１°ずつ変更させ、各入射角での輝度の変化を調べた。なお、線状光源１０１から出射される線状光について、帯状体Ｓの表面に当たるまでの線幅は０．１ｍｍに設定した。図７及び図８の横プロジェクションとして示した縦軸の輝度は、地合部分の輝度を１として正規化した値を示している。
　光帯の幅を、横プロジェクションに示した長手方向の各位置における投影輝度のピーク値の半値幅（すなわち、ピーク値の半分の値となる位置の２点間距離（半値全幅））として、表面粗さの測定に適した光帯となる入射角を検討したところ、鋼板Ａについては入射角が８３°のとき、表面粗さの測定に適した光帯がスクリーンに投影された。なお、半値幅（すなわち、光帯の幅）Ｗ（８３°）は２．４ｍｍであった。一方、鋼板Ｂについては、入射角が８１°～８３°のとき、表面粗さの測定に適した光帯がスクリーンに投影された。なお、半値幅（すなわち、光帯の幅）Ｗ（８１°）は０．９ｍｍ、Ｗ（８３°）は０．５ｍｍであった。ここで、「測定に適した光帯」とは、表面粗さが目標表面粗さから外れた場合に、変化が検知できるような幅を有する光帯のことをいう。より具体的には、「測定に適した光帯」は、入射角θを変化させた際に最も細くなる幅より有意に太く（例えば、最も細い幅に対して２０％以上太く）、かつ、光帯として認識できる限界の太さより優位に細い（例えば、最も太い幅に対して、２０％以上細い）光帯のことである。
　このように、表面粗さの測定に適した光帯が得られる線状光源１０１の入射角θは、目標表面粗さに応じて異なる。例えばブライト仕上げされた光沢のある鋼板のように表面粗さが小さい鋼板については、入射角θは比較的小さく設定される。一方、例えば、酸洗処理後の鋼板、あるいは、マット仕上げされたブリキ等、表面粗さが大きい鋼板については、入射角θは比較的大きく設定される。
　また、スクリーンに投影された反射光の光帯の幅は、表面粗さの違いに応じて変化するが、図７及び図８より、表面粗さが小さいほど光帯の幅が小さくなるという知見を得た。例えば、線状光源１０１の入射角を８３°にて固定したとき、鋼板Ａを測定した際の光帯の半値幅（すなわち、光帯の幅）Ｗ（８３°）は２．４ｍｍであったが、鋼板Ｂを測定した際の光帯の半値幅（すなわち、光帯の幅）Ｗ（８３°）は０．５ｍｍとなった。このように、線状光の入射角が同一であるときには、表面粗さが小さいほど光帯の幅が小さくなる。
　この、表面粗さの違いによって光帯の幅が変化し、表面粗さが小さいほど光帯の幅は小さくなるという、帯状体Ｓの表面粗さＲｑと光帯の幅との間の相関は、例えば図９に示すように表すことができる。図９は、鋼板Ａと鋼板Ｂとについて、光帯線状光の入射角を８３°としたときにスクリーンに現れた光帯の幅と帯状体Ｓの表面粗さＲｑとの関係を表したものである。目標表面粗さ（Ｒｑ）が鋼板Ｂ、鋼板Ａに相当する０．５～１．３μｍ程度の範囲であれば、図９に示すように比例関係として近似しても大きな誤差は生じない。このような相関関係を用いると、例えば、線状光の入射角を固定し、スクリーンに現れる光帯の幅を取得することで、帯状体Ｓに対して線状光が照射された位置の表面粗さを特定することができる。
　具体例として、帯状体Ｓに照射された線状光の反射光がスクリーン１０３の投影面に、図１０に示すようなスクリーン像３５で現れたとする。ここで、線状光源１０１が、帯状体Ｓの表面粗さが目標表面粗さであるとき、スクリーンに１０３に現れる光帯の幅が光帯幅ＷＡとなるような入射角で設定されている場合、スクリーン像３５の領域３５ａ（以下、「正常領域」ともいう。）は目標表面粗さとなっていることがわかる。
　一方、光帯の幅が光帯幅ＷＡよりも小さい幅狭領域３５ｂは、表面粗さと光帯の幅との関係より、表面粗さが目標表面粗さよりも小さい領域であり、表面粗さに関する異常部であることがわかる。図１０に示すようなスクリーン像は、例えば鋼板の圧延において、鋼板表面のうち、圧延油の鋼板への引き込み量が多くなり鋼板表面に圧延油が多めに付いた領域が生じた場合にみられる。これは、圧延油が多く付着した領域の表面粗さは他の領域に比べて小さくなるため、図１０の幅狭領域３５ｂのように、目標表面粗さとなっている正常領域３５ａよりも光帯の幅が狭くなる。あるいは、圧延ロールに部分的に摩耗が生じた場合にも、同様のスクリーン像が得られる。
　なお、図１０に示したスクリーン像３５のように、表面粗さが目標表面粗さとなっている光帯幅ＷＡの正常領域３５ａよりも狭い幅狭領域３５ｂが現れる以外にも、例えば図１１に示すように、スクリーン像３５に、正常領域３５ａの光帯幅ＷＡよりも幅の広い幅広領域３５ｃが現れる場合もある。幅広領域３５ｃは、目標表面粗さよりも表面粗さが大きい領域であり、幅狭領域３５ｂと同様、異常部として判定することができる。
　上述のように、線状光源１０１には、例えば、レーザ光源、ＳＬＤ光源、ＬＥＤ光源等を用いることができるが、レーザ光源のようにスペクトル半値幅が極めて小さい光源を用いた場合、スクリーン像周辺にスペックルと呼ばれる斑点模様のノイズが現れ、光帯幅の測定精度が低下することがある。このようなスペックルによる測定精度低下を抑制するために、線状光源のスペクトル半値幅は２０ｎｍ以上とすることが望ましい。
　（２－２．処理フロー）
　図１２に基づいて、本発明の一実施形態に係る帯状体Ｓの表面粗さ分布を測定する形状測定方法を説明する。図１２は、本実施形態に係る形状測定方法を示すフローチャートである。
　本実施形態に係るスクリーン像取得装置１００を用いて実行される形状測定方法は、図２に示すように、まず、搬送ラインを移動している帯状体Ｓの表面に対して、線状光源１０１から線状光を照射する（Ｓ１００）。線状光源１０１から光が出射されると、帯状体Ｓの表面に線状光が照射される。そして、帯状体Ｓの表面で反射された線状光の反射光が、スクリーン像３５としてスクリーン１０３の投影面１０３ａに投影される。
　次いで、撮像部１０５により、帯状体Ｓの表面で反射された線状光の反射光が投影されたスクリーン１０３を撮像し、スクリーン像３５を含む撮像画像を取得する（Ｓ１１０）。ここで、線状光源１０１の入射角は、線状光が照射された領域の表面粗さが目標表面粗さにあるとき、スクリーン１０３に投影されているスクリーン像３５が、表面粗さの測定に適した光帯幅を有するように設定されている。線状光源１０１の各入射角において、線状光が照射された領域の表面粗さと、スクリーン像の光帯幅との関係は、予め測定により求めておくことで、線状光が照射された領域の表面粗さが目標表面粗さにあるときのスクリーン像の光帯幅は特定できる。したがって、帯状体Ｓのある領域の表面粗さが目標表面粗さから外れた場合には、図１０及び図１１に示すように、目標表面粗さに対応する光帯幅と異なる幅を有する領域が現れることになる。本実施形態に係る形状測定方法ではかかる特性を利用して、帯状体Ｓの表面粗さ分布を取得する。ステップＳ１１０では、帯状体Ｓの表面粗さ分布を取得するための情報として、スクリーン１０３を撮像し、スクリーン像３５を含む撮像画像を取得する。撮像部１０５は、取得した撮像画像を演算処理装置２００へ出力する。
　演算処理装置２００は、撮像部１０５より撮像画像が入力されると、画像解析部２１０により、撮像画像に含まれるスクリーン像の光帯の幅分布を取得する（Ｓ１２０）。画像解析部２１０は、撮像画像の各画素の輝度値に基づき、撮像画像に含まれる帯状体Ｓに照射された線状光の反射光（スクリーン像）を特定する。そして、画像解析部２１０は、スクリーン像として特定した領域を反射光の光帯として、光帯の幅分布を取得し、表面粗さ分布取得部２２０へ出力する。
　そして、演算処理装置２００は、表面粗さ分布取得部２２０により、ステップＳ１２０にて取得された光帯の幅分布に基づいて、帯状体Ｓの表面粗さ分布を取得する。（Ｓ１３０）。表面粗さ分布は、例えば図１０のように、スクリーン１０３に投影されたスクリーン像３５のように表してもよい。表面粗さ分布取得部２２０は、例えば取得した表面粗さ分布を判定部２３０へ出力してもよい。この場合、判定部２３０は、例えば、その表面粗さ分布より、帯状体Ｓの表面において目標表面粗さから外れている領域があるか否かを判定してもよい。具体的には、例えば許容値を設定しておき、判定部２３０により、目標表面粗さプラスマイナス許容値の範囲から外れたかどうかを判定してもよい。これにより、所望の製品が製造されていることを確認することができる。判定部２３０は、判定結果を例えば出力部２４０へ出力し、オペレータへ通知してもよい。
　このように、本実施形態に係る形状測定方法では、光てこの原理を用いており、帯状体Ｓの幅方向に沿って照射した線状光が鏡面反射してスクリーン１０３に投影された反射光の光帯の幅及び輝度から、帯状体Ｓの表面粗さ分布を取得している。光てこの原理を用いることで、帯状体Ｓ上の線状光の光帯の幅よりもスクリーン像の光帯の幅を大きくすることができる。したがって、幅方向における帯状体Ｓの表面粗さの高感度な測定が可能であり、その結果、測定対象物の全面全幅に亘って高速かつ微小な粗さむらを検出することができる。
　（３．ハードウェア構成）
　図１３に、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１３は、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００として機能する情報処理装置９００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
　演算処理装置２００として機能する情報処理装置９００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、情報処理装置９００は、さらに、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、情報処理装置９００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などを記憶する。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などを一次記憶する。これらはＣＰＵバスなど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、情報処理装置９００の操作に対応したＰＤＡなどの外部接続機器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。情報処理装置９００のユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、情報処理装置９００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、情報処理装置９００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、情報処理装置９００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など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、情報処理装置９００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）など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などにより構成される。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、情報処理装置９００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など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など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）メディアなどである。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）などであってもよい。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）または電子機器などであってもよい。
　接続ポート９１７は、機器を情報処理装置９００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ポートなどがある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、情報処理装置９００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など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）用の通信カードなどである。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などであってもよい。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などの所定のプロトコルに則して信号など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などにより構成され、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などであってもよい。
　以上、本発明の実施形態に係る情報処理装置９００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。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　１０　　　形状測定装置
　１００　　スクリーン像取得装置
　１０１　　線状光源
　１０３　　スクリーン
　１０５　　撮像部
　２００　　演算処理装置
　２１０　　画像解析部
　２２０　　表面粗さ分布取得部
　２３０　　判定部
　２４０　　出力部
　２５０　　記憶部
　Ｓ　　　　帯状体
 

Claims (6)

  1. 　移動する帯状体の表面に対して、前記帯状体の移動方向上流側または下流側から所定の入射角で線状光を照射する光源と、
    　前記帯状体の表面での前記線状光の反射光が投影されるスクリーンと、
    　前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像する撮像部と、
    　前記撮像部にて撮像された前記線状光の反射光の光帯の幅分布に基づいて、前記帯状体の表面粗さ分布を取得する演算処理部と、
    を備え、
    　前記所定の入射角は、前記帯状体表面の目標表面粗さに応じて設定される、形状測定装置。
  2. 　前記光源のスペクトル半値幅は２０ｎｍ以上である、請求項１に記載の形状測定装置。
  3. 　前記帯状体表面の目標表面粗さが粗いほど、前記光源の入射角を大きくする、請求項１または２に記載の形状測定装置。
  4. 　前記演算処理部は、
    　前記撮像部により取得された撮像画像に含まれる、前記帯状体の反射光の光帯の輝度分布から、当該光帯の幅分布を取得する画像解析部と、
    　前記光帯の幅分布に基づいて、前記帯状体の表面粗さ分布を取得する表面粗さ分布取得部と、
    を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
  5. 　前記演算処理部は、前記表面粗さ分布に基づいて、前記帯状体の表面が目標表面粗さになっているか否かを判定する判定部をさらに備える、請求項４に記載の形状測定装置。
  6. 　帯状体の表面の目標表面粗さに応じて設定された入射角となるように設置された光源を用いて、移動する帯状体の表面に対して前記帯状体の移動方向上流側から斜めに線状光を照射し、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光が投影されたスクリーンを撮像部により撮像し、前記帯状体の反射光であるスクリーン像が含まれる撮像画像を取得する第１のステップと、
    　前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光の光帯の幅分布に基づいて、前記帯状体の表面粗さ分布を取得する第２のステップと、
    を含む、形状測定方法。
     
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