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公開番号2021067480
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2019190779
出願日20191018
発明の名称表面形状測定装置
出願人東芝三菱電機産業システム株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01B 11/24 20060101AFI20210402BHJP(測定;試験)
要約【課題】単列搬送と並列搬送が混在する工程であっても、生産性を低下させることなく高精度に測定できる表面形状測定装置を提供する。
【解決手段】実施形態は、光軸が平行になるように被測定物体のななめ上方に配置された2つのスリット状光光源から前記被測定物体に照射された第1、第2ラインを順次撮像された画像データを第1ラインにもとづいて第1高さマップ情報を生成し、第2ラインにもとづいて第2高さマップ情報を生成する表面座標変換部と、第1高さマップ情報にもとづいて第1、第2分割高さマップ情報を生成し、第2高さマップ情報にもとづいて第3、第4分割高さマップ情報を生成する表面座標分割部と、第1、第3分割高さマップ情報にもとづいて第1最終高さマップ情報を演算し、第2、第4分割高さマップ情報にもとづいて、第2最終高さマップ情報を演算する凹凸形状演算部と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
第1方向および前記第1方向に直交する第2方向を含むパスライン上に載置された1つの被測定物体または2つの被測定物体が搬送される前記第1方向に直交する2つの離隔した平面内にそれぞれ設けられ互いの光軸が平行になるように前記1つの被測定物体または前記2つの被測定物体のななめ上方に配置された2つのスリット状光光源から前記1つの被測定物体または前記2つの被測定物体の表面にそれぞれ照射される第1ラインおよび第2ラインを所定の周期で順次撮像する撮像部であって、前記1つの被測定物体または前記2つの被測定物体のななめ上方かつ前記平面から角度をなす位置に配置された前記撮像部によって取得されたななめ画像データを、前記2つのスリット状光光源からの照射線上で撮像したような画像データに変換し、前記画像データを前記第1ラインにもとづいて、前記第1方向および前記第2方向に直交する第3方向の座標の第1高さデータを含む第1高さマップ情報を生成し、前記画像データを前記第2ラインにもとづいて前記第3方向の座標の第2高さデータを含む第2高さマップ情報を生成する表面座標変換部と、
前記2つの被測定物体が搬送されてくる場合に、前記第1高さマップ情報にもとづいて前記2つの被測定物体のそれぞれに対応する第1分割高さマップ情報および第2分割高さマップ情報を生成し、前記第2高さマップ情報にもとづいて前記2つの被測定物体のそれぞれに対応する第3分割高さマップ情報および第4分割高さマップ情報を生成する表面座標分割部と、
前記第1分割高さマップ情報および前記第3分割高さマップ情報にもとづいて、前記2つの被測定物体の振動による影響を軽減された第1最終高さマップ情報を演算し、前記第2分割高さマップ情報および前記第4分割高さマップ情報にもとづいて、前記2つの被測定物体の振動による影響を軽減された第2最終高さマップ情報を演算し、前記第1高さマップ情報および前記第2高さマップ情報にもとづいて前記2つの被測定物体の表面の形状を測定する凹凸形状演算部と、
を備え、
前記凹凸形状演算部は、前記1つの被測定物体が搬送されてくる場合には、前記第1高さマップ情報および前記第2高さマップ情報にもとづいて、前記1つの被測定物体の振動による影響を軽減された第3最終マップ情報を演算し、前記第3最終マップ情報にもとづいて前記1つの被測定物体の表面の形状を測定する表面形状測定装置。
続きを表示(約 1,900 文字)【請求項2】
前記表面座標変換部は、
前記第1ラインを前記第2方向に沿ってサンプリングして前記第2方向の座標に対する前記第3方向の座標のデータを紐づけすることによって、前記第1高さマップ情報を生成し、
前記第2ラインを前記第2方向に沿ってサンプリングして前記第2方向の座標に対する前記第3方向の座標のデータを紐づけすることによって、前記第2高さマップ情報を生成し、
前記表面座標分割部は、
前記第1高さマップ情報を前記第1ラインに沿って走査し、前記第3方向の座標データが第1しきい値よりも小さくなったときに第1立下り座標を検出したものと判定し、
前記第3方向の座標のデータが前記第1しきい値以上となったときに第1立上り座標を検出したものと判定し、
前記第1立下り座標と前記第1立上り座標との中間の座標を、前記2つの被測定物体に対応する第1分割点として抽出し、
前記第2高さマップ情報を前記第2ラインに沿って走査し、前記第3方向の座標データが前記第1しきい値よりも小さくなったときに第2立下り座標を検出したものと判定し、
前記第3方向の座標のデータが前記第1しきい値以上となったときに第2立上り座標を検出したものと判定し、
前記第2立下り座標と前記第2立上り座標との中間の座標を、前記2つの被測定物体に対応する第2分割点として抽出する請求項1記載の表面形状測定装置。
【請求項3】
前記表面座標分割部は、
前記第1分割点を、前記2つの被測定物体に関して前記第1方向にわたって複数個抽出し、抽出された前記複数の第1分割点にもとづいて第1分割ラインを近似演算し、
前記第2分割点を、前記2つの被測定物体に関して前記第1方向にわたって複数個抽出し、抽出された前記複数の第2分割点にもとづいて第2分割ラインを近似演算する請求項2記載の表面形状測定装置。
【請求項4】
前記表面座標分割部は、
前記第1分割ラインにもとづいて、前記第1分割高さマップ情報および前記第2分割高さマップ情報を生成し、
前記第2分割ラインにもとづいて、前記第3分割高さマップ情報および前記第4分割高さマップ情報を生成する請求項3記載の表面形状測定装置。
【請求項5】
前記表面座標分割部または凹凸形状演算部の処理の異常有無を判定する分割異常判定部をさらに備えた請求項4記載の表面形状測定装置。
【請求項6】
前記分割異常判定部は、
前記表面座標分割部において、
前記第1立下り座標または前記第1立上り座標のうち少なくとも一方の検出ができないとき、または、前記第1立下り座標または前記第1立上り座標のうち少なくとも一方について複数回検出されたときに、分割点抽出異常と判定し、
前記第2立下り座標または前記第2立上り座標のうち少なくとも一方の検出ができないとき、または、前記第2立下り座標または前記第2立上り座標のうち少なくとも一方について複数回検出されたときに、分割点抽出異常と判定する請求項5記載の表面形状測定装置。
【請求項7】
前記分割異常判定部は、
前記表面座標分割部において、
前記第1分割ラインの近似演算の係数が所定の範囲内からはずれたときに分割ライン異常と判定し、
前記第2分割ラインの近似演算の係数が所定の範囲内からはずれたときに分割ライン異常と判定する請求項5記載の表面形状測定装置。
【請求項8】
前記分割異常判定部は、
前記第1分割ラインの前記第3方向の座標の値が所定値以上のデータを含むときに分割画像妥当性異常と判定し、
前記第2分割ラインの前記第3方向の座標の値が所定値以上のデータを含むときに分割画像妥当性異常と判定する請求項5記載の表面形状測定装置。
【請求項9】
前記分割異常判定部は、
前記凹凸形状演算部において、
前記第1分割高さマップ情報および前記第3分割高さマップ情報の同一の前記第1方向の座標および前記第2方向の座標における前記第3方向のそれぞれの座標の値の相違が所定値以上である場合に凹凸演算有効性異常と判定し、
前記第2分割高さマップ情報および前記第4分割高さマップ情報の同一の前記第1方向の座標および前記第2方向の座標における前記第3方向のそれぞれの座標の値の相違が所定値以上である場合に凹凸演算有効性異常と判定する請求項5記載の表面形状測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、鉄鋼製造設備において、搬送されてくる帯状鋼板の表面形状を測定する表面形状測定装置に関する。
続きを表示(約 6,600 文字)【背景技術】
【0002】
近年、帯状鋼板の高品質化、高機能化等とともに、生産性を低下させることなく多品種生産することが求められている。ここで、帯状鋼板の表面形状の測定とは、鋼板の表面波高さ、急峻度および伸び率等を測定することをいう。
【0003】
多品種の鋼板の生産において生産性を向上させる手法として、鋼板の幅等に応じて、単一の鋼板をラインに投入して搬送(単列搬送)する場合と、2枚の鋼板を同時にラインに投入し、並べて搬送(並列搬送)する場合とを適宜切り替ることが行われている。また、単列搬送した鋼板を2枚に切断した後、並列搬送に切り替えることも行われている。
【0004】
従来、表面形状測定装置では、単列搬送の場合であっても並列搬送の場合であっても、取得されるのは1枚の画像データであり、得られた画像データに振動軽減処理を行って、表面形状の測定を行う。そのため、並列搬送された場合でも、得られる測定結果は、2枚の鋼板のデータが含まれた1つのデータであり、測定結果によって不良判定された場合には、2枚の鋼板のうちいずれが不良判定されたのか判別することができない。そのため、不良判定された2枚の鋼板を再度ラインに投入し単列搬送して、順次表面形状を測定する必要がある。あるいは、このような作業工程の後戻りが発生するのを抑制するために、並列搬送の場合であっても、表面形状測定の前に単列搬送に切り替えることが行われている。
【0005】
いずれの場合であっても、単列搬送と並列搬送とを適宜切り替えることによって実現されるべき生産性の向上が阻害される要因となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2012−251816号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明に係る実施の形態は、上述のような課題を解決するためになされたもので、帯状鋼板の単列搬送と並列搬送が混在する工程であっても、生産性を低下させることなく表面形状を高精度に測定できる表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る実施の形態の表面形状測定装置は、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向を含むパスライン上に載置された1つの被測定物体または2つの被測定物体が搬送される前記第1方向に直交する2つの離隔した平面内にそれぞれ設けられ互いの光軸が平行になるように前記1つの被測定物体または前記2つの被測定物体のななめ上方に配置された2つのスリット状光光源から前記1つの被測定物体または前記2つの被測定物体の表面にそれぞれ照射される第1ラインおよび第2ラインを所定の周期で順次撮像する撮像部であって、前記1つの被測定物体または前記2つの被測定物体のななめ上方かつ前記平面から角度をなす位置に配置された前記撮像部によって取得されたななめ画像データを、前記2つのスリット状光光源からの照射線上で撮像したような画像データに変換し、前記画像データを前記第1ラインにもとづいて、前記第1方向および前記第2方向に直交する第3方向の座標の第1高さデータを含む第1高さマップ情報を生成し、前記画像データを前記第2ラインにもとづいて前記第3方向の座標の第2高さデータを含む第2高さマップ情報を生成する表面座標変換部と、前記2つの被測定物体が搬送されてくる場合に、前記第1高さマップ情報にもとづいて前記2つの被測定物体のそれぞれに対応する第1分割高さマップ情報および第2分割高さマップ情報を生成し、前記第2高さマップ情報にもとづいて前記2つの被測定物体のそれぞれに対応する第3分割高さマップ情報および第4分割高さマップ情報を生成する表面座標分割部と、前記第1分割高さマップ情報および前記第3分割高さマップ情報にもとづいて、前記2つの被測定物体の振動による影響を軽減された第1最終高さマップ情報を演算し、前記第2分割高さマップ情報および前記第4分割高さマップ情報にもとづいて、前記2つの被測定物体の振動による影響を軽減された第2最終高さマップ情報を演算し、前記第1高さマップ情報および前記第2高さマップ情報にもとづいて前記2つの被測定物体の表面の形状を測定する凹凸形状演算部と、を備える。前記凹凸形状演算部は、前記1つの被測定物体が搬送されてくる場合には、前記第1高さマップ情報および前記第2高さマップ情報にもとづいて、前記1つの被測定物体の振動による影響を軽減された第3最終マップ情報を演算し、前記第3最終マップ情報にもとづいて前記1つの被測定物体の表面の形状を測定する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、帯状鋼板の単列搬送と並列搬送が混在する工程であっても、生産性を低下させることなく表面形状を高精度に測定できる表面形状測定装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施形態に係る表面形状測定装置を例示するブロック図である。
図2(a)は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する平面図である。図2(b)は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する正面図である。図2(c)は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する側面図である。
図3(a)は、並列搬送された被測定物体の画像データを例示する模式図である。図3(b)は、並列搬送された被測定物体の1ライン分の高さ座標のデータを例示する模式図である。図3(c)は、図3(b)のE部の拡大図である。
並列搬送された被測定物体の画像データの表面座標の分割動作を説明する模式図である。
分割異常判定される画像データを例示する模式図である。
実施形態の表面形状測定装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【0012】
図1は、実施形態に係る表面形状測定装置を例示するブロック図である。
図1に示すように、表面形状測定装置10は、表面座標変換部14と、単列/並列切替部17と、表面座標分割部18と、凹凸形状演算部15と、を備える。また、好ましくは、表面形状測定装置10は、分割異常判定部19をさらに備える。
【0013】
表面形状測定装置10は、表面撮像部3の出力に接続されている。表面撮像部3は、撮像する領域100の画像データを取得する。領域100は、表面撮像部3が被測定物体1a,1bを撮像することが可能な領域である。領域100は、搬送されてくる被測定物体1a,1bの全幅の表面を含み、その中に2つのスリット状光光源2A,2Bによって表面上に照射されたスリット状光を含むように設定されている。
【0014】
2つのスリット状光光源2A,2Bは、領域100内の被測定物体1a,1bの表面にスリット状光をそれぞれ照射する。2つのスリット状光光源2A,2Bは、被測定物体1a,1bの搬送方向(第1方向)に沿って配置されており、スリット状光光源2A,2Bのそれぞれは、出射するスリット状光が被測定物体1a,1bの搬送方向にほぼ垂直になるように配置されている。また、スリット状光光源2A,2Bは、それぞれのスリット状光の光軸が平行になるように配置されている。
【0015】
2つのスリット状光光源2A,2Bは、互いに近接して配置されており、被測定物体1a,1bの長手方向の長さに比べて十分に短い間隔に配置されている。2つのスリット状光による被測定物体1a,1bの表面の画像データに、後述する適切な演算処理を施すことによって、被測定物体1a,1bの搬送時等の振動による高さ座標の時間変動を軽減することができる。
【0016】
表面撮像部3は、搬送されてくる被測定物体1a,1bの表面に照射される2本のスリット状光を撮像して画像データを出力する。この例では、被測定物体1a,1bは、並列搬送されている場合が示されているが、単列で被測定物体が搬送されてくる場合もあり、その場合も同様に、表面撮像部3は、2本のスリット状光の画像データを出力する。被測定物体は、帯状鋼板である。表面形状測定装置10は、上位の鋼板搬送制御システム側(図示せず)からの指令によって、被測定物体が単列搬送されてくるか、並列搬送されてくるかを判別することができる。
【0017】
表面形状測定装置10は、表示部20に接続される。表示部20は、表面形状測定装置10によって測定された被測定物体の表面形状の測定結果を表示するためのインタフェースを提供する。表示部20は、たとえば、表面形状測定装置10の操作端末に設けられたディスプレイ装置に接続するためのインタフェースである。
【0018】
表面形状測定装置10は、分割異常判定部19を備える場合には、分割異常表示部30に接続される。分割異常表示部30は、分割異常判定部19が生成した結果を表示するためのインタフェースを提供する。分割異常表示部30を介して、表面形状測定装置の操作端末とは別に設けられたディスプレイ装置に接続してもよいし、表面形状測定装置10の操作端末のディスプレイ装置に接続するようにしてもよい。
【0019】
まず、搬送されてくる被測定物体の表面座標の測定方法について説明する。被測定物体の表面座標の測定方法は、被測定物体が単列か並列かによらないが、以下では、被測定物体1a,1bが並列搬送されている場合を例に説明する。
【0020】
図2(a)は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する平面図である。
図2(b)は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する正面図である。
図2(c)は、並列搬送される被測定物体の表面形状の測定系を例示する側面図である。
図2(a)〜図2(c)に示すように、スリット状光光源2A,2Bおよび表面撮像部3は、被測定物体1a,1bの表面のななめ上方に設けられている。スリット状光光源2A,2Bは、この例では、被測定物体1a,1bの長手方向の一方の縁の側に設けられ、表面撮像部3は、スリット状光光源2A,2Bが設けられているのとは反対の縁の側に設けられている。スリット状光光源2A,2Bおよび表面撮像部3は、被測定物体1a,1bの同じ縁の側に設けられていてもよい。
【0021】
スリット状光光源2A,2Bは、搬送方向に直交する2つの平面内に配置される。スリット状光光源2A,2Bの光軸2Ac,2Bcは、搬送方向に直交する2つの平面を直進し、搬送方向とほぼ直交するように配置されている。スリット状光光源2A,2Bは、光軸2Ac,2Bcがほぼ平行になるように配置されている。
【0022】
被測定物体1a,1bは、パスラインP上を搬送方向に沿って搬送される。被測定物体1a,1bの長手方向の縁は、搬送方向に水平となるように配置されている場合に限らず、この例のように、鋼板をラインに投入する設備の操作精度等によって、ななめに配置されている場合もある。
【0023】
表面撮像部3は、スリット状光光源2A,2Bの光軸2Ac,2Bcを含む平面から、被測定物体1a,1bの搬送方向後方に角度をなすように配置されている。この角度は、光軸2Ac,2Bcを含む平面から搬送方向前方に形成するようにしてもよい。表面撮像部3は、スリット状光光源2A,2Bから照射されたスリット状光が被測定物体1a,1bの表面に描くライン2AL,2BLを、ななめ上方かつ搬送方向後方から撮像する。表面撮像部3の光軸とスリット状光光源2A,2Bの光軸2Ac,2Bcとのなす角度は、角度θ1である。
【0024】
表面撮像部3は、搬送されてくる被測定物体1a,1bの表面に照射されているスリット状光のライン2AL,2BLを一定の時間間隔で撮像する。表面撮像部3は、撮像した画像データを表面形状測定装置10に送信する。
【0025】
次に、表面形状測定装置10の構成について説明する。
表面座標変換部14は、表面撮像部3の出力に接続されている(図1)。表面座標変換部14は、表面撮像部3によって撮像されたスリット状光のライン2AL,2BLの画像データにもとづいて、高さマップ情報A,Bのデータをそれぞれ生成する。高さマップ情報とは、パスラインPに平行な平面(たとえばXY平面)の座標(XY座標)を有する、XY座標に垂直な方向の座標(たとえばZ座標)のデータをいう。
【0026】
より具体的には、表面座標変換部14は、次のように動作する。すなわち、表面座標変換部14は、表面撮像部3から取得した画像データ(ななめ画像データ)を、表面撮像部3のななめ配置の角度θ1にしたがって、スリット状光光源2A,2Bが照射するスリット状光からの照射線上で撮像したようなデータに変換する。表面座標の変換については、周知の技術であり、特許文献1等に詳しいが、たとえば、以下のようにすることができる。上述のように表面撮像部3およびスリット状光光源2A,2Bを配置し、被測定物体に代えて、あらかじめ複数種類の幅および高さを有する基準板を撮像して、撮像座標と、幅および高さとの変換テーブルを作成する。表面座標変換部14は、被測定物体1a,1bの画像データを、作成された変換テーブルにしたがって、座標変換して出力する。
【0027】
表面座標変換部14は、1ラインごとのZ座標のデータを、そのラインに沿ってサンプリングすることによって取得する。そのラインおよびサンプリングされた位置は、XY座標のデータとして表される。したがって、XY座標にZ座標のデータを紐づけすることによって、表面座標変換部14は、高さマップ情報A,Bを生成することができる。
【0028】
表面座標変換部14の出力は、単列/並列切替部17に接続されている。単列/並列切替部17の出力は、凹凸形状演算部15および表面座標分割部18にそれぞれ接続されている。単列/並列切替部17は、図示しないが、上位の鋼板搬送制御システムから送信されてくる単列/並列のいずれかを表す指令を受信する。
【0029】
単列/並列切替部17は、単列を表す指令(単列指令)を受信した場合には、表面座標変換部14から受信した高さマップ情報A,Bをそのまま凹凸形状演算部15に送信する。単列/並列切替部17は、並列搬送を表す指令(並列指令)を受信した場合には、高さマップ情報A,Bを表面座標分割部18に送信する。
【0030】
単列/並列切替部17が送信する高さマップ情報A,Bのデータは、単列指令の場合には1枚分の鋼板表面の座標データが含まれており、並列指令の場合には、2枚分の鋼板表面の座標データが含まれている。凹凸形状演算部15での演算処理は、1枚分でも2枚分でも同様であるので、以下では、特に断らない限り、並列指令によって2枚分の演算処理を行う場合について説明する。
(【0031】以降は省略されています)

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