(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体表面上の凹凸の形状を測定する方法において、
物体表面に対して凹凸の幅方向へ相対的に移動するように配置した変位計と物体の間の変位量を測定することにより凹凸の断面形状を取得し、
取得した断面形状の凹凸の大まかな位置を示す凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点を検出し、
更に、凹部最小値もしくは凸部最大値を検出し、
前記凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点から離れた平坦な部分の平均値を算出して表面高さ位置を求め、
該表面高さ位置と、前記凹部最小値もしくは凸部最大値との差から凹凸深さもしくは高さを算出し、
該凹凸深さもしくは高さに対する比率により、物体表面近傍にエッジ検出用閾値を設定し、
前記凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点から出発し、前記エッジ検出用閾値を越える位置を凹凸のエッジとして検出し、
検出した凹凸のエッジから凹凸の幅を計算することを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記凹凸立ち下がり点もしくは立ち上がり点を、断面形状の局部的な勾配が設定値を越えたことから検出するようにしたことを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項３】
物体表面上の凹凸の形状を測定する装置において、
物体表面に対して凹凸の幅方向へ相対的に移動するように配置した変位計と、
物体と変位計の間の変位量を測定することにより凹凸の断面形状を取得する手段と、
取得した断面形状の凹凸の大まかな位置を示す凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点を検出する手段と、
凹部最小値もしくは凸部最大値を検出する手段と、
前記凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点から離れた平坦な部分の平均値を算出して表面高さ位置を求める手段と、
該表面高さ位置と、前記凹部最小値もしくは凸部最大値との差から凹凸深さもしくは高さを算出する手段と、
該凹凸深さもしくは高さに対する比率により、物体表面近傍にエッジ検出用閾値を設定する手段と、
前記凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点から出発し、前記エッジ検出用閾値を越える位置を凹凸のエッジとして検出する手段と、
検出した凹凸のエッジから凹凸の幅を算出する手段と、
を備えたことを特徴とする表面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体表面上の凹凸形状を測定する方法及び装置に係り、特に、走行する薄鋼板表面上に加工される微小溝の形状を高精度で測定することが可能な、表面形状測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体表面に凹凸パターンの加工を施し、その物体が持つ機能を向上する試みとして、電磁鋼板の表面に微小な溝加工を行うことにより、低鉄損化を図る試み等がある。このような鋼板では、表面に加工される微小溝の形状が品質上重要であり、微小溝の形状をオンラインで連続測定し、操業状態の管理及び製品品質の保証を常時行うことが強く要求されている。
【０００３】
特に電磁鋼板等の場合、溝幅が５０〜３００μｍ、溝深さが５〜５０μｍと非常に微小な溝加工が連続的に行われているが、鋼板表面部における溝幅及び鋼板表面からの最大溝深さが品質上重要であり、これらを高速で高精度に測定することが非常に重要である。
【０００４】
このような鋼板表面に加工された微小な溝形状を測定する場合、従来技術として、まず、特開昭６１−１５９１０２、特開昭６１−２１７７０７、特開昭６３−８４８５１、特公平４−７４６４２、特開平４−３２０９０７等に記載された光切断法を用いることが考えられる。この光切断法では、測定対象に斜め方向からスリット光を投射し、その像を撮像装置で撮像することにより、断面形状を測定する。
【０００５】
あるいは、溝深さのみを測定する場合には、例えば特公平６−５４２０８に記載された漏洩磁束法を用いることも考えられる。この漏洩磁束法では、直流電磁石等により測定対象を磁化し、微小溝部で発生する漏洩磁場を感磁性素子により検出し、出力信号電圧の大きさから溝深さを算出する。
【０００６】
一方、溝幅を測定する方法としては、例えば特公平６−１０６０７や特開平８−２０２２７に記載された閾値法がある。この閾値法では、例えば光切断法によって得た断面形状中の溝部に適当な閾値を設定し、閾値以下で挟まれる部分を溝部として、その幅を算出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の断面形状測定方法を、走行する鋼板表面上の微小な溝断面形状の測定に適用する場合、次のような問題点を有していた。
【０００８】
まず、特開平４−３２０９０７等に記載された光切断法では、対象となる溝の深さが数十μｍであるため、倍率の高い拡大レンズを用いて撮像する必要がある。ところが、倍率の高い拡大レンズを用いた場合には、測定面までの距離が十分に取れず、更に、被写界深度が浅くなるため、鋼板走行時の振動により誤差が大きくなる等の問題があり、オンライン測定には適さない。
【０００９】
又、特公平６−５４２０８に記載された漏洩磁束法では、感磁性素子から出力される信号電圧に対して、溝深さ−信号電圧の特性テーブルから溝深さを算出するため、予め溝幅を別の手段で測定しておく必要があり、溝幅及び溝深さの同時測定ができない。更に、溝幅を予め測定してしまうため、操業中に溝幅が大きく変動した場合には、溝深さ測定の誤差となる。
【００１０】
一方、溝幅測定方法として特公平８−２０２２７等に記載された閾値法では、溝部の幅を高精度で検出するために、図１に例示する如く、閾値を物体表面からの溝深さの例えば９５％以上に高く設定した場合、表面粗度等による影響で、加工溝以外の部分をエッジとして誤検出する可能性が高くなる。このような誤検出を無くすために、図２に示す如く、閾値を物体表面からの溝深さの４０〜８０％に下げた場合は、傾斜角度が緩やかな溝に対しては、表面近傍における溝エッジ位置から大きくずれた位置をエッジとして検出してしまう。従って、検出される溝幅が実際の溝幅よりかなり狭くなり、電磁鋼板に加工される溝のように、表面近傍における溝幅が品質上重要である場合には適さない。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、走行する物体表面上に加工される凹凸の形状を高精度で測定することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、物体表面上の凹凸の形状を測定する方法において、物体表面に対して凹凸の幅方向へ相対的に移動するように配置した変位計と物体の間の変位量を測定することにより凹凸の断面形状を取得し、取得した断面形状の凹凸の大まかな位置を示す凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点を検出し、更に、凹部最小値もしくは凸部最大値を検出し、前記凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点から離れた平坦な部分の平均値を算出して表面高さ位置を求め、該表面高さ位置と、前記凹部最小値もしくは凸部最大値との差から凹凸深さもしくは高さを算出し、該凹凸深さもしくは高さに対する比率により、物体表面近傍にエッジ検出用閾値を設定し、前記凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点から出発し、前記エッジ検出用閾値を越える位置を凹凸のエッジとして検出し、検出した凹凸のエッジから凹凸の幅を計算するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１３】
又、前記凹凸立ち下がり点もしくは立ち上がり点を、断面形状の局部的な勾配が設定値を越えたことから検出するようにしたものである。
【００１４】
又、前記の方法を実施するための装置を、物体表面に対して凹凸の幅方向へ相対的に移動するように配置した変位計と、物体と変位計の間の変位量を測定することにより凹凸の断面形状を取得する手段と、取得した断面形状の凹凸の大まかな位置を示す凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点を検出する手段と、凹部最小値もしくは凸部最大値を検出する手段と、前記凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点から離れた平坦な部分の平均値を算出して表面高さ位置を求める手段と、該表面高さ位置と、前記凹部最小値もしくは凸部最大値との差から凹凸深さもしくは高さを算出する手段と、該凹凸深さもしくは高さに対する比率により、物体表面近傍にエッジ検出用閾値を設定する手段と、前記凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点から出発し、前記エッジ検出用閾値を越える位置を凹凸のエッジとして検出する手段と、検出した凹凸のエッジから凹凸の幅を算出する手段とを用いて構成したものである。
【００１５】
本発明においては、凹凸のエッジを検出するにあたり、２段階の手順を踏む。即ち、まず第１段階で、断面形状から凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点の一方を検出し、凹凸の大まかな位置を検出する。次に第２段階として、凹部最小値もしくは凸部最大値を検出し、前記凹凸の立ち下がり点もしくは立ち上がり点から離れた平坦な部分の平均値である表面高さ位置と、前記凹部最小値もしくは凸部最大値との差から凹凸深さもしくは高さを算出し、該凹凸深さもしくは高さに対する比率により、物体表面近傍にエッジ検出用閾値を設定し、前記凹凸の立ち上がり点もしくは立ち下がり点から出発し、その両側で前記エッジ検出用閾値を越える位置を凹凸のエッジとして検出する。このような２段階構成を取ることで、第２段階でのエッジ検出用閾値を高く設定することが可能となり、表面近傍における凹凸エッジ位置を高精度で検出することが可能となる。又、このようにエッジ検出用閾値を高く設定する場合でも、表面粗度等の影響により凹凸以外の部分を誤検出することが無くなる。
【００１６】
特に、凹凸立ち下がり点もしくは立ち上がり点を、断面形状の局部的な勾配が設定値を越えたことから検出するようにした場合には、パルス状のノイズによる影響を排除できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図３は、本実施形態の装置構成を示すブロック図であり、図４は、本実施形態で凹部の形状測定を対象とした場合に、凹部エッジが検出される様子を概念的に示す線図である。
【００１９】
本実施形態の装置は、図３に示した如く、物体、例えば鋼板１０の表面に対して凹凸の幅方向（例えば図３の矢印Ａに示す左右方向）へ相対的に移動するように配置したレーザ式変位計１２と、鋼板１０と変位計１２の間の変位量を測定することにより、凹凸の断面形状を取得するデータ取り込み装置１４と、取得した断面形状から凹凸立ち下がり点もしくは立ち上がり点を検出する凹凸立ち下がり（立ち上がり）点検出装置１６と、該凹凸立ち下がり（立ち上がり）点検出装置１６で検出した凹凸立ち下がり（立ち上がり）点から十分離れた平坦部の平均値を鋼板の表面高さ位置として算出する表面高さ位置算出装置１８と、前記凹凸立ち下がり（立ち上がり）点を含む凹部の最小値（溝形状を検出する場合）又は凸部の最大値（凸形状を検出する場合）を算出する凹部最小値（凸部最大値）算出装置２０と、前記表面高さ位置算出装置１８の出力と凹部最小値（凸部最大値）算出装置２０の出力の差から、凹部深さ（又は凸部高さ）を算出する凹部深さ（凸部高さ）算出装置２２と、該凹部深さ（凸部高さ）算出装置２２で求めた凹部深さ（凸部高さ）に対する比率から閾値を設定する閾値設定装置２４と、該閾値設定装置２４により設定された閾値を用いて、前記凹凸立ち下がり（立ち上がり）点検出装置１６で検出された凹凸立ち下がり（立ち上がり）点の両側で、該設定閾値を越える位置を凹凸のエッジとして検出する凹凸エッジ位置検出装置２６と、該凹凸エッジ位置検出装置２６で求めたエッジ間のデータ数から凹部（凸部）の幅を算出する凹凸幅算出装置２８と、前記凹部深さ（凸部高さ）算出装置２２で求めた凹部深さ（凸部高さ）、及び、前記凹凸幅算出装置２８で求めた凹凸幅を表示する表示装置３０を用いて構成されている。
【００２０】
以下、凹部の形状測定を対象とした場合を例にとって、図４を参照しながら、本実施形態の作用を説明する。
【００２１】
まず、鋼板１０の表面に対してレーザ式変位計１２を凹凸の幅方向へ相対的に移動しながら、所定間隔でデータ取り込み装置１４により変位量のデータを順次取り込む。
【００２２】
次に、凹凸立ち下がり（立ち上がり）点検出装置１６において、データ取り込み装置１４で取得した断面形状Ｂから凹部立ち下がり点Ｃを検出する。本実施形態の場合、断面形状の局部的な下り勾配が設定値を越えた位置、例えば一定データ数以内に一定高さ以上変位が降下する位置を、凹部の立ち下がり点として検出しているので、パルス状のノイズによる影響を受けること無く、凹部立ち下がり点を検出することができる。なお、表面粗度の影響をエッジとして誤検出することが無いように、図２に示した如く、比較的低く設定した閾値を用いて、閾値法で凹部立ち下がり点を検出することも可能である。又、凹部形状を測定する場合であっても、上り勾配が設定を越えた位置から凹部立ち上がり点を検出するようにしてもよい。
【００２３】
次に、表面高さ位置算出装置１８において、凹凸立ち下がり（立ち上がり）点検出装置１６で求められた凹部立ち下がり点Ｃから十分に離れた平坦な部分の平均値を求め、表面高さ位置Ｄを得る。
【００２４】
次に、凹部最小値（凸部最大値）算出装置２０により、凹部最小値Ｅを求め、凹部深さ（凸部高さ）算出装置２２において、表面高さ位置算出装置１８で求められた表面高さ位置Ｄと、凹部最小値（凸部最大値）算出装置２０で求められた凹部最小値Ｅの差から、凹部深さＦを算出する。
【００２５】
次いで、閾値設定装置２４において、凹部深さ（凸部高さ）算出装置２２で求められた凹部深さＦに対する比率から閾値Ｇを設定する。本実施形態では、閾値Ｇを凹部深さＦの９８％に設定している。本実施形態においては、レーザ式変位計１２で検出した実際の凹部深さＦに対する比率により閾値を設定しているので、実際の凹部形状に即した高精度の閾値設定が可能である。なお、閾値の設定比率はこれに限定されない。
【００２６】
次に、凹凸エッジ位置検出装置２６において、凹凸立ち下がり（立ち上がり）点検出装置１６で検出した凹部立ち下がり点Ｃから出発し、その両側において、閾値設定装置２４で設定した閾値Ｇを越える位置までデータを読み、凹部のエッジ始点Ｈ及びエッジ終点Ｊを検出する。
【００２７】
次いで、凹凸幅算出装置２８において、凹凸エッジ位置検出装置２６で求めたエッジＨ、Ｊ間のデータ数から凹部の幅を算出する。
【００２８】
最後に、表示装置３０において、凹部深さ（凸部高さ）算出装置２２で求めた凹部深さＦと、凹凸幅算出装置２８で求めた凹部の幅を出力表示する。
【００２９】
なお、図４では、凹部形状を測定する場合を例にとって本実施形態の作用を説明しているが、凸部形状を測定する場合にも、本実施形態は同様に適用可能である。
【００３０】
本実施形態においては、レーザ式変位計を用いて物体と変位計間の変位量を測定しているので、高精度の変位検出が可能である。なお、物体表面の形状を検出する手段はこれに限定されず、レーザ以外の手段を用いて物体表面の形状信号を得ることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、高速で走行する鋼板等の物体表面上の凹凸形状を、誤検出することなく高精度で測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の閾値法において閾値を高く設定した場合に、加工溝以外の部分が誤検出される様子を示す線図
【図２】同じく閾値を下げた場合に、溝エッジから大きくずれた位置が検出される様子を示す線図
【図３】本発明の実施形態の構成を示すブロック線図
【図４】前記実施形態により凹部の形状を測定している様子を示す線図
【符号の説明】
１０…鋼板
１２…レーザ式変位計
１４…データ取り込み装置
Ｂ…断面形状
１６…凹凸立ち下がり（立ち上がり）点検出装置
Ｃ…凹部立ち下がり点
１８…表面高さ位置算出装置
Ｄ…表面高さ位置
２０…凹部最小値（凸部最大値）算出装置
Ｅ…凹部最小値
２２…凹部深さ（凸部高さ）算出装置
Ｆ…凹部深さ
２４…閾値設定装置
Ｇ…設定閾値
２６…凹凸エッジ位置検出装置
Ｈ…エッジ始点
Ｊ…エッジ終点
２８…凹凸幅算出装置
３０…表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003686182.tif 000005