(57)【要約】【課題】スペックルノイズの発生を抑制しつつ、金属体からなる帯状体の表面形状をより高速かつ高精度に測定すること。【解決手段】本発明に係る形状測定装置は、前記帯状体の表面に対して、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する、スーパールミネッセントダイオードからなる線状光源と、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光が投影されるスクリーンと、前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像するエリアカメラと、前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する演算処理装置と、を備え、前記線状光源は、スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上であり、かつ、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する式（Ｉ）を満足するように配置されている。【選択図】図２
2017204119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定装置であって、
前記帯状体の表面に対して、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）からなる線状光源と、
前記帯状体の表面での前記線状光の反射光が投影されるスクリーンと、
前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像するエリアカメラと、
前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する演算処理装置と、
を備え、
前記線状光源は、
スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上であり、かつ、
前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式（Ｉ）を満足するように配置されている、形状測定装置。
【数１】
2017204119.tif 000012
【請求項２】
前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Ｗは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をＬｍｉｎとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式（ＩＩ）を満足するように制御される、請求項１に記載の形状測定装置。
【数２】
2017204119.tif 000013
【請求項３】
前記線状光の波長は、８００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが７４度以上８８度以下の範囲内となるように、前記式（Ｉ）に基づき配置される、請求項１〜３の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、５５ｍＷ／ｃｍ２以上である、請求項１〜４の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で規定される粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍが、前記線状光の波長の１０倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の１／１０以下である表面粗さを有する、請求項１〜５の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射される、請求項１〜６の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記演算処理装置は、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出する、請求項１〜７の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出する、請求項８に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較することで、前記帯状体の形状を検査する、請求項８又は９に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定方法であって、
前記帯状体の表面に対して、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）からなる線状光源を用いて、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する照射ステップと、
スクリーンに対し、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光を投影するステップと、
エリアカメラを用いて、前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像する撮像ステップと、
前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する算出ステップと、
を含み、
前記線状光源は、
スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上であり、かつ、
前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式（Ｉ）を満足するように配置されている、形状測定方法。
【数３】
2017204119.tif 000014
【請求項１２】
前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Ｗは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をＬｍｉｎとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式（ＩＩ）を満足するように制御される、請求項１１に記載の形状測定方法。
【数４】
2017204119.tif 000015
【請求項１３】
前記線状光の波長は、８００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下である、請求項１１又は１２の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１４】
前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが７４度以上８８度以下の範囲内となるように、前記式（Ｉ）に基づき配置される、請求項１１〜１３の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１５】
前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、５５ｍＷ／ｃｍ２以上である、請求項１１〜１４の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１６】
前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で規定される粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍが、前記線状光の波長の１０倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の１／１０以下である表面粗さを有する、請求項１１〜１５の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１７】
前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射される、請求項１１〜１６の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１８】
前記算出ステップは、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出する、請求項１１〜１７の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１９】
前記算出ステップは、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出する、請求項１８に記載の形状測定方法。
【請求項２０】
算出された前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較して、前記帯状体の形状を検査する検査ステップを更に含む、請求項１８又は１９に記載の形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置及び形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の表面形状を測定する方法の一つに、レーザ光等を利用した照明光を用い、照明光の測定対象物からの反射光を撮像することで、測定対象物の表面形状を測定する方法がある。【０００３】
例えば、以下の特許文献１では、移動する鋼板等の帯状体を測定対象物とし、光てこ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｅｖｅｒ）の原理に基づいて、帯状体の表面形状を測定する技術が開示されている。より詳細には、以下の特許文献１では、帯状体の幅方向に沿って照射した線状光を鏡面反射させることでスクリーンに投影し、スクリーン上の反射像をエリアカメラにより撮像して、縞画像を得ている。その後、得られた縞画像に対して所定の画像処理を施すことで、帯状体の表面形状が測定されている。【０００４】
また、上記特許文献１に開示されているような光てこの原理に基づく技術ではないものの、上記特許文献１と類似した技術として、以下の特許文献２では、平面状被検査物の表面に対してレーザ光の光束を照射し、平面状被検査物の表面での光束の反射光をスクリーンに投影させた上で、平面状被検査物の表面の凹凸によって生じた光束の粗密により生じたスクリーン上の明暗を観察する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８４３９７号公報
【特許文献２】特開平５−９９６３９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｐ．Ｂｅｃｋｍａｎｎ，“Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｂｙ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｒｏｕｇｈ  ｓｕｒｆａｃｅｓ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．５３，ｉｓｓｕｅ．８，１９６５，Ｐ．１０１２−１０１５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、上記線状光の光源として、主にレーザ光源を用いる旨が開示されている。しかしながら、本発明者らによる検討の結果、線状光としてレーザ光を用いた場合には、スクリーン上に投影された線状光の反射像にスペックルノイズが発生してしまい、高精度な測定が困難となることが明らかとなった。また、上記特許文献１では、レーザ光源以外の光源として、白色光源、帯状光ファイバ束とロッドレンズとの組み合わせ、直管形蛍光灯とスリットと柱状レンズとの組み合わせが開示されている。しかしながら、これらの光源を利用した場合には、発光部の大きさが大きいために集光して細い線状光とすることが困難であり、高精度な測定が困難となることが明らかとなった。【０００８】
上記特許文献２では、レーザ光の光束を平面状被検査物の表面で集光させず、広がり角を持つように照射しているため、スクリーン上での反射光の像の大きさが大きくなってしまう。スクリーン上での像の大きさが大きくなると、カメラにおけるデータの読み込みエリアが大きくなり、画像の転送速度の制約により高速な探傷を行うことが困難となる。また、上記特許文献２においても、光源としてレーザ光源を利用しているため、スクリーン上に投影された線状光の反射像にスペックルノイズが発生してしまう。上記特許文献２では、かかるスペックルノイズを除去するために、（ａ）スペックルノイズの平均的な大きさよりもカメラの分解能を下げた上で、（ｂ）カメラ分解能低下による検出感度低下を、被検査物上の反射位置とスクリーンとの間の距離を大きくすることで防止する旨が実施されている。しかしながら、反射位置とスクリーンとの間の距離を大きくしてしまうと、反射光の広がりによりスクリーン上の反射光の像が暗くなってしまい、より長い露光時間が必要となる。そのため、上記特許文献２に開示されている技術では、高速な探傷を行うことが困難となる。【０００９】
更には、上記特許文献２に開示されている技術では、同文献中でも言及されているが、平面状被検査物の表面での反射率変化と、平面状被検査物の表面の形状変化と、を分離することができない。そのため、上記特許文献２に開示されている技術を、例えば鉄鋼製品に代表される金属体に適用した際に、表面に製造ラインでの無害な汚れ等が付着した場合には、無害な汚れを表面形状の変化として誤検出してしまう可能性が高い。【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、スペックルノイズの発生を抑制しつつ、金属体からなる帯状体の表面形状をより高速かつより高精度に測定することが可能な、形状測定装置及び形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定装置であって、
前記帯状体の表面に対して、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）からなる線状光源と、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光が投影されるスクリーンと、前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像するエリアカメラと、前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する演算処理装置と、を備え、前記線状光源は、スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上であり、かつ、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式（Ｉ）を満足するように配置されている、形状測定装置が提供される。【００１２】
【数１】
2017204119.tif 000003
【００１３】
前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Ｗは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をＬｍｉｎとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式（ＩＩ）を満足するように制御されることが好ましい。【００１４】
【数２】
2017204119.tif 000004
【００１５】
前記線状光の波長は、８００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下であることが好ましい。【００１６】
前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが７４度以上８８度以下の範囲内となるように、前記式（Ｉ）に基づき配置されることが好ましい。【００１７】
前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、５５ｍＷ／ｃｍ２以上であることが好ましい。【００１８】
前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で規定される粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍが、前記線状光の波長の１０倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の１／１０以下である表面粗さを有することが好ましい。【００１９】
前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射されてもよい。【００２０】
前記演算処理装置は、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出してもよい。【００２１】
前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出してもよい。【００２２】
前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較することで、前記帯状体の形状を検査してもよい。【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定方法であって、前記帯状体の表面に対して、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）からなる線状光源を用いて、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する照射ステップと、スクリーンに対し、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光を投影するステップと、エリアカメラを用いて、前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像する撮像ステップと、前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する算出ステップと、を含み、前記線状光源は、スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上であり、かつ、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式（Ｉ）を満足するように配置されている形状測定方法が提供される。【００２４】
【数３】
2017204119.tif 000005
【００２５】
前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Ｗは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をＬｍｉｎとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式（ＩＩ）を満足するように制御されることが好ましい。【００２６】
【数４】
2017204119.tif 000006
【００２７】
前記線状光の波長は、８００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下であることが好ましい。【００２８】
前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが７４度以上８８度以下の範囲内となるように、前記式（Ｉ）に基づき配置されることが好ましい。【００２９】
前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、５５ｍＷ／ｃｍ２以上であることが好ましい。【００３０】
前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で規定される粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍが、前記線状光の波長の１０倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の１／１０以下である表面粗さを有することが好ましい。【００３１】
前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射されてもよい。【００３２】
前記算出ステップは、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出してもよい。【００３３】
前記算出ステップは、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出してもよい。【００３４】
前記形状測定方法は、算出された前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較して、前記帯状体の形状を検査する検査ステップを更に含んでもよい。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように本発明によれば、スペックルノイズの発生を抑制しつつ、金属体からなる帯状体の表面形状をより高速かつより高精度に測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置の全体構成を模式的に示した説明図である。
【図２】同実施形態に係る形状測定装置が有する帯状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。
【図３】同実施形態に係る帯状体撮像装置により生成される撮像画像の一例を模式的に示した説明図である。
【図４Ａ】同実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。
【図４Ｂ】同実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。
【図５】線状光のスペクトル半値幅とスペックルノイズとの関係を示したグラフ図である。
【図６】同実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。
【図７】同実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。
【図８】線状光の入射角と表面形状の検出状況との関係を示した説明図である。
【図９】鏡面反射状態と線状光の波長及び入射角との関係を示したグラフ図である。
【図１０】粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍについて説明するための説明図である。
【図１１】同実施形態に係る形状測定装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図１２】同実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【図１３】帯状体の表面状態と撮像画像との関係を模式的に示した説明図である。
【図１４】帯状体の表面の傾きとスクリーンの投影面上における反射光の変位量との関係を模式的に示した説明図である。
【図１５】同実施形態に係る画像処理部で実施される高さ算出処理を説明するための説明図である。
【図１６】同実施形態に係る形状測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１７】同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【図１８Ａ】実施例について説明するための説明図である。
【図１８Ｂ】実施例について説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。
【００３８】
（形状測定装置の全体構成について）
まず、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る形状測定装置の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る形状測定装置の全体構成を模式的に示した説明図である。
【００３９】
本実施形態に係る形状測定装置１０は、金属体からなる帯状体の表面形状を測定する装置であり、光てこの原理に基づいて帯状体の表面形状を測定する。本実施形態に係る形状測定装置１０は、図１に示したように、帯状体撮像装置１００と、演算処理装置２００と、を主に備える。
【００４０】
ここで、本実施形態に係る形状測定装置１０が測定対象物とする帯状体は、その表面で照明光が反射するようなものであれば、特に限定されるものではない。本実施形態に係る形状測定装置１０において、測定対象物とする帯状体は、例えば、めっき鋼板や各種の合金鋼板を含む各種鋼板や各種の非鉄金属板等のような金属体であるものとする。
【００４１】
帯状体撮像装置１００は、主に、後述するような、線状光源１０１、スクリーン１０３及びエリアカメラ１０５から構成される。
【００４２】
帯状体撮像装置１００は、後述する演算処理装置２００による制御のもとで、所定の搬送ライン上を搬送されることで移動する帯状体の表面に対して、線状光源１０１を用いて線状光を照射する。また、帯状体撮像装置１００は、後述する演算処理装置２００による制御のもとで、スクリーン１０３に投影された帯状体の表面での線状光の反射光を、エリアカメラ１０５を用いて順次撮像して、撮像の結果得られる複数の撮像画像を演算処理装置２００に出力する装置である。
【００４３】
測定対象物である帯状体を搬送する搬送ラインには、ＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：パルス型速度検出器）等が設けられており、定期的に（例えば、搬送ラインによって帯状体がｘミリ移動する毎に）１パルスのＰＬＧ信号が演算処理装置２００に対して出力される。帯状体撮像装置１００は、演算処理装置２００からＰＬＧ信号に応じて出力される制御信号を取得する毎に、エリアカメラ１０５を用いて、スクリーン１０３に投影された帯状体の表面での線状光の反射光を撮像する。かかる帯状体撮像装置１００の詳細な構成については、以下で詳述する。
【００４４】
演算処理装置２００は、線状光源１０１による線状光の照射、及び、エリアカメラ１０５による線状光の反射光の撮像処理を制御する。また、演算処理装置２００は、帯状体撮像装置１００により撮像された線状光の反射光の複数の撮像画像に対して以下で詳述する所定の画像処理を実施することで、帯状体の表面形状を算出する。かかる演算処理装置２００の詳細な構成についても、以下で詳述する。
【００４５】
本実施形態に係る形状測定装置１０は、これら帯状体撮像装置１００と演算処理装置２００とが互いに連携して機能することで、移動する帯状体の表面形状をより高速かつリアルタイムに測定する。
【００４６】
（帯状体撮像装置１００の構成について）
次に、図２〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０が備える帯状体撮像装置１００の構成について、詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る形状測定装置が有する帯状体撮像装置の構成の一例を模式的に示した説明図である。図３は、本実施形態に係る帯状体撮像装置により生成される撮像画像の一例を模式的に示した説明図である。図４Ａ、図４Ｂ、図６及び図７は、本実施形態に係る帯状体撮像装置について説明するための説明図である。図５は、線状光のスペクトル半値幅とスペックルノイズとの関係を示したグラフ図であり、図８は、線状光の入射角と表面形状の検出状況との関係を示した説明図である。図９は、鏡面反射状態と線状光の波長及び入射角との関係を示したグラフ図であり、図１０は、粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍについて説明するための説明図である。
【００４７】
＜帯状体撮像装置１００の全体構成について＞
帯状体撮像装置１００は、主に、後述するような、線状光源１０１、スクリーン１０３及びエリアカメラ１０５から構成される。
帯状体撮像装置１００は、移動する帯状体Ｓの表面に対して、線状光源１０１を用いて、帯状体の幅方向に沿って広がり、かつ、移動方向に狭い幅を有する光である線状光を照射し、帯状体Ｓの表面での線状光の反射光をスクリーン１０３に投影させる。そして、スクリーン１０３に投影された線状光の反射光を、エリアカメラ１０５を用いて複数撮像する。
【００４８】
線状光源１０１として、各種レーザやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）等といった公知の光源を用いて構成することが考えられる。しかしながら、本実施形態では、これら公知の光源の中でも、後述するスペックルノイズを効果的に防止するために、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ：ＳＬＤ）を用いて線状光源１０１を構成する。
【００４９】
線状光源１０１は、所定の方向に移動する帯状体Ｓの表面に対して、帯状体Ｓの幅方向に沿って広がり、かつ、移動方向に狭い幅を有する光である線状光を照射する。このような線状光源１０１として、上記のようなスーパールミネッセントダイオードと、ロッドレンズ等の各種レンズと、を組み合わせたものを用いることが可能である。演算処理装置２００から送出されるタイミング制御信号に基づいて、かかる線状光源１０１から射出された光は、ロッドレンズ等のレンズにより、帯状体Ｓの表面に向かって集光されつつ扇状の面に広げられる。これにより、線状光源１０１から帯状体Ｓの表面の幅方向全体に亘って、幅方向に広がる線状の光（すなわち、線状光）が照射されることとなる。なお、本実施形態に係る線状光源１０１では、出射光を集光しつつ扇状に広げることが可能なものであれば、シリンドリカルレンズやパウエルレンズ等といったロッドレンズ以外のレンズを利用することも可能である。
【００５０】
かかる線状光源１０１から出射される線状光の諸特性、及び、線状光の帯状体Ｓの表面に対する入射角等については、以下で改めて詳細に説明する。
【００５１】
スクリーン１０３は、図２に模式的に示したように、線状光源１０１に対向する位置に設けられており、帯状体Ｓの表面により反射された線状光の反射光が投影される。スクリーン１０３は、その横幅が線状光の広がり角とスクリーンまでの投影距離とに応じて、帯状体Ｓの全幅分の反射光が投影できるだけの幅を有している。また、スクリーン１０３の高さは、帯状体Ｓの形状や、帯状体Ｓの移動に伴って発生する振動や、帯状体Ｓの厚みの変化等に応じて、反射光の投影位置が変化した場合であっても、反射光がスクリーン１０３の投影面上に存在するような高さとなっている。
【００５２】
エリアカメラ１０５は、図２に模式的に示したように、スクリーン１０３と対向するような位置に設けられている。エリアカメラ１０５には、所定の焦点距離を有するレンズと、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、又は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子と、が搭載されている。エリアカメラ１０５は、スクリーン１０３の投影面に投影された帯状体Ｓの表面からの線状光の反射光を、帯状体Ｓが所定の距離だけ移動する毎に撮像して、撮像画像を生成する。ここで、エリアカメラ１０５は、スクリーン１０３に投影された線状光の反射光が視野内に含まれるように、過去の操業データ等を参考に画角が予め調整されており、スクリーン１０３の投影面を同一の撮像条件で撮像するように設定されている。その上で、エリアカメラ１０５は、生成した撮像画像を、演算処理装置２００へと出力する。
【００５３】
従って、エリアカメラ１０５により生成される撮像画像は、図３に模式的に示したように、フルフレームの画像サイズの何れかの位置に、線状光の反射光が写り込んだものとなる。
【００５４】
エリアカメラ１０５は、演算処理装置２００によって制御されており、帯状体Ｓが所定の距離だけ移動する毎に、演算処理装置２００から撮像のためのトリガ信号が出力される。エリアカメラ１０５は、演算処理装置２００から出力されたトリガ信号に応じて、線状光の反射光が投影されているスクリーン１０３の表面を順次撮像して、生成した複数の撮像画像を演算処理装置２００へと出力する。
【００５５】
ここで、図４Ａ及び図４Ｂに示すような、エリアカメラ１０５に固定されたＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系（右手系）を定義する。かかる座標系において、エリアカメラ１０５の撮像視野の幅方向をＸ軸方向とし、エリアカメラ１０５の撮像視野の高さ方向をＹ軸方向とし、エリアカメラ１０５の光軸方向をＺ軸方向とする。以下では、図４Ａ及び図４Ｂを用いて、スクリーン１０３とエリアカメラ１０５との位置関係を説明する。
【００５６】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、スクリーン１０３は、上記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系において、投影面の法線ベクトルが、Ｘ成分を持たない（換言すれば、Ｘ成分の値がゼロとなる）ように配置される。すなわち、スクリーン１０３とエリアカメラ１０５との位置関係は、図４Ａに実線で示したような関係となっていてもよく、図４Ａに破線で示したような関係となっていてもよい。これにより、エリアカメラ１０５の視野内において、幅方向に沿った画像分解能を揃えることが可能となる。また、幅方向に沿った画像分解能が揃っていればよいため、スクリーン１０３とエリアカメラ１０５との位置関係は、図４Ｂに実線で示したような関係となっていてもよく、図４Ｂに破線で示したような関係となっていてもよい。更には、幅方向に沿った画像分解能が揃うため、図４Ｂにおいて、スクリーン１０３とエリアカメラ１０５の何れか一方が実線で示した場所に位置し、他方が破線で示した場所に位置していてもよい。
【００５７】
なお、図２では、線状光源１０１を１台だけ設ける場合について図示を行っているが、帯状体撮像装置１００では、複数台の線状光源１０１を設けて、複数本の線状光を帯状体Ｓの表面に対して照射してもよい。この際、複数の線状光は、互いに平行かつ移動方向に沿って一定間隔となるように帯状体Ｓの表面に照射されることが好ましい。また、エリアカメラ１０５の視野に対して帯状体Ｓの幅方向が大きすぎる場合には、複数台のエリアカメラ１０５を設けて線状光の反射光をそれぞれのエリアカメラの視野に分けて撮像しても良いことは言うまでもない。
【００５８】
＜線状光源１０１について＞
続いて、図５〜図９を参照しながら、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００が有する線状光源１０１について、詳細に説明する。
本実施形態に係る線状光源１０１は、以下で詳述するような諸条件を満足する線状光を照射することで、帯状体Ｓの表面上、及び、スクリーン１０３の投影面上でのスペックルノイズの発生を防止することが可能となる。その結果、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００は、撮像の際の露光時間を長くすることなく、帯状体Ｓの表面形状をより高速かつより高精度に撮像することができる。
【００５９】
［スペクトル半値幅について］
○スペクトル半値幅の下限について
まず、本実施形態に係る線状光源１０１から照射される線状光の光源スペクトル（波長と照射光の強度との関係）について着目する。本実施形態に係る線状光源１０１では、光源としてスーパールミネッセントダイオードを用い、線状光のスペクトルの半値幅（半値全幅）を、２０ｎｍ以上とする。本実施形態に係る線状光源１０１では、出射する線状光をスペクトル半値幅が２０ｎｍ以上とすることで、スペックルノイズの発生を防止することが可能となる。
【００６０】
中心波長８００ｎｍの光を出射するスーパールミネッセントダイオードを図２に示した線状光源１０１として使用し、鋼板の平坦面に対して、スペクトル半値幅を変えながら線状光を照射し、スクリーン１０３の投影面上に投影された線状光の反射光を撮像した。その上で、得られた撮像画像のそれぞれについて、スクリーン高さ方向の各位置で、スクリーン幅方向に沿って撮像画像の輝度値の和を算出した。ここで、スペクトル半値幅は、２０ｎｍ及び２５ｎｍと、一般的なレーザ光のスペクトル半値幅にほぼ対応する１ｎｍという、３種類の値に設定した。得られた結果を、図５に示した。なお、図５では、合計輝度値の最大値が１となるように正規化を行っている。
【００６１】
図５から明らかなように、スペクトル半値幅が２０ｎｍである場合、及び、スペクトル半値幅が２５ｎｍである場合には、スクリーン幅方向の合計輝度値は滑らかに推移している。一方、スペクトル半値幅が１ｎｍである場合には、スクリーン幅方向の合計輝度値は細かく振動している。
【００６２】
また、最大の合計輝度値を与えるスクリーン高さ方向の位置座標は、スペクトル半値幅が２０ｎｍ及び２５ｎｍの場合、座標６０の位置で共通であって、最大の合計輝度値を与える位置座標から離れるにつれて、合計輝度値の値は滑らかに減少している。一方、スペクトル半値幅が１ｎｍの場合、最大の合計輝度値を与える位置座標は座標６０で共通であったものの、最大の合計輝度値を与える位置座標から離れた位置でも、極めて高い合計輝度値を示す位置座標が存在している。
【００６３】
図５に示した、スペクトル半値幅１ｎｍの場合における合計輝度値の振動の様子が、スペックルノイズに対応している。この結果からも明らかなように、線状光の光源スペクトルの半値幅を２０ｎｍ以上にすることが、スペックルノイズの発生防止に有用であることが確認できる。
【００６４】
また、光源から照射される光の波長を８００ｎｍから変化させた場合であっても、スペクトル半値幅と合計輝度値との関係については、図５と同様の挙動が確認された。
【００６５】
○スペクトル半値幅の上限について
線状光のスペクトルの半値幅が大きい場合は、光学系の色収差により集光が困難になり、後述する表面での線幅の制約が満たせなくなる。そのため、スペクトル半値幅の上限は、線状光を生成する光学系の特性と、実現すべき線幅の値と、に応じて決まる値となる。
【００６６】
本実施形態に係る帯状体撮像装置１００では、線状光源１０１に、以上のようなスペクトル半値幅を満足する光束を出射可能なインコヒーレント光源として、スーパールミネッセントダイオードを用いる。線状光源１０１としてスーパールミネッセントダイオードを用いることで、スペックルノイズの抑制が可能となるだけでなく、小さな発光点から出射される光を利用して、線状光の線幅を以下で詳述するような所望の大きさに絞ることも可能となる。その結果、金属体からなる帯状体の表面形状をより高精度に測定することが可能となる。
【００６７】
なお、スペックルノイズの発生を抑制するために、プロジェクタ等の表示装置では、スペクトル半値幅が広く、かつ、発光波長の異なる半導体レーザを複数用いて複数の発光点を実現し、各発光点からの異なる波長の光を互いに重畳させることが行われることがある。しかしながら、このような半導体レーザを用いる方法では、レーザ光から生成した線状光の線幅を絞ることができず、本実施形態で着目するような、金属体からなる帯状体の表面形状を高精度に測定する用途には適用することができない。
【００６８】
また、線状光の線幅の調整を実現するために、単一の発光点を実現可能なレーザ光源を用いることも考えられる。しかしながら、レーザ光ではスペクトル半値幅が狭くなる結果、上記のようなスペクトル半値幅を実現することができず、スペックルノイズを抑制することができない。また、スペクトル半値幅の広い単一の発光点を実現可能な光源として、ＬＥＤを用いることも考えられる。しかしながら、ＬＥＤでは、発光点の大きさが大きいために、生成した線状光の線幅を絞ることができず、本実施形態で着目するような、金属体からなる帯状体の表面形状を高精度に測定する用途には適用することができない。
【００６９】
［線状光の波長の上限について］
線状光源１０１から照射される線状光の波長の上限値は、帯状体撮像装置１００に用いられるエリアカメラ１０５に搭載された撮像素子の特性により規定される。一般的に用いられるＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子は、ＳｉやＩｎＧａＡｓ等の半導体材料を用いて形成されているが、これらの半導体材料は、波長１７００ｎｍを超える光を検出することができない。そのため、本実施形態に係る線状光源１０１から照射される線状光の波長の上限値は、１７００ｎｍとする。
【００７０】
［線状光の入射角、線状光の波長の下限、及び、帯状体の表面での線幅について］
続いて、線状光の入射角、線状光の波長の下限、及び、帯状体の表面での線幅について説明する。
図６に示したように、線状光源１０１の光軸と帯状体Ｓの表面法線方向とのなす角θを、線状光の入射角θとする。また、線状光源１０１から照射される線状光は、図７に模式的に示したように、ある有限の線幅Ｗを有しているものとする。この際に、かかる線幅の線状光が入射角θで帯状体Ｓの表面に入射することで、帯状体Ｓの表面において、線状光の線幅がＬＷとなっているものとする。
【００７１】
○線状光の入射角の上限と帯状体の表面での線幅の上限について
図７に模式的に示したような帯状体Ｓの表面での線幅ＬＷは、どの程度の微細な表面形状を測定したいかに応じて、設定される。本実施形態に係る形状測定装置１０において着目する、検出したい微細な表面形状の大きさ（帯状体Ｓの表面位置（高さ）での形状の特異部分についての、搬送方向の広がりの程度）は、最大でも２ｍｍ程度である。そのため、図７に示した帯状体Ｓの表面での線状光の線幅ＬＷは、最大２ｍｍとする。
【００７２】
また、現時点において、本発明で着目するような波長帯域での産業上現実的に実現可能な光線の線幅Ｗの下限値は、７０μｍ程度である。そのため、帯状体Ｓの表面において、線幅ＬＷ＝２ｍｍを実現するためには、入射角θは、ａｒｃｃｏｓ（７０μｍ／２０００μｍ）≒８８度となる。また、図７に示した幾何学的な関係から明らかなように、入射角θが８８度超となる場合には、線幅ＬＷは２ｍｍ超となってしまう。従って、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００では、許容される線状光の入射角θの上限値を、８８度とすることが好ましい。
【００７３】
図８に、鋼板表面に直径２ｍｍの微細な凹凸を形成した上で、かかる微細な凹凸を線状光の入射角θを変えながら観察した場合に、微細な凹凸をスクリーン上の反射像の変位として検出できたか否かの結果を、表として示した。図８に示した結果からも明らかなように、入射角θが８８度以下となり、かつ、帯状体の表面での線幅ＬＷが２ｍｍ以下である場合には、直径２ｍｍの微細な凹凸を検出できた。一方、入射角θが８８度を超え、かつ、帯状体の表面での線幅ＬＷが２ｍｍを超えた場合には、直径２ｍｍの微細な凹凸を検出できなかった。このような入射角の変化による微細な凹凸の検出性能の変化からも、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００において、入射角θの最大値を８８度とすることが好ましいことを確認できる。
【００７４】
○線状光の入射角の下限と波長の下限について
本実施形態に係る形状測定装置１０は、先だって言及したように、光てこの原理に基づいて、帯状体の表面形状を測定する。そのためには、帯状体の表面に照射された線状光が帯状体の表面で反射して、スクリーン上に投影されなければならない。従って、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００では、元来、鏡面性を有していないことが多い金属体の表面があたかも鏡面とみなすことができる状態となるように、線状光の入射角と、線状光の波長と、を制御することが重要となる。
【００７５】
測定対象物の表面粗度と測定に用いる光の波長に起因した、測定対象物の表面の鏡面性への影響は、上記非特許文献１に記載されているように、以下の式１で表わされるパラメータｇに基づき議論できる。
【００７６】
【数５】
2017204119.tif 000007
【００７７】
なお、上記式１において、
σ：測定対象物の表面における凹凸の標準偏差［μｍ］
θ：入射角［度］
λ：測定に用いる光の波長［μｍ］
である。
【００７８】
上記式１で表わされるパラメータｇがｇ＞１となる場合には、拡散反射成分が急激に増大することが知られているため、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００では、かかるパラメータｇが１以下となることが重要である。本実施形態に係る形状測定装置１０において着目する、検出したい測定対象物の表面における微細な凹凸の標準偏差σは、最大で０．５μｍ程度であるため、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００において、入射角θ及び線状光の波長λは、以下の式３を満足することが必要である。従って、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００において、線状光の入射角θと、線状光の波長λとは、帯状体の鏡面性に関する以下の式３を満足するように配置される。
【００７９】
【数６】
2017204119.tif 000008
【００８０】
上記式３をグラフ化すると、図９のようになる。
入射角θの上限値である８８度において、パラメータｇ≦１が保証される波長は、上記式３及び図９から、約２００ｎｍである。本実施形態に係る線状光源１０１として用いられるスーパールミネッセントダイオードは、発光波長λが８００ｎｍ以上であることが多い。そのため、スーパールミネッセントダイオードを用いて、入射角θを８８度とすることで、図９から明らかなように、パラメータｇ≦１が保証される。一方、線状光の波長の上限である１７００ｎｍにおいて、パラメータｇ≦１が保証される入射角θの大きさは、上記式３及び図９から、約７４度となる。従って、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００において、入射角の下限を７４度とすることが好ましい。
【００８１】
次に、本実施形態に係る形状測定装置１０において、検出したい微細な表面形状の大きさの最小値をＬｍｉｎとしたときに、図７に示した帯状体の表面での線幅ＬＷの上限値は、Ｌｍｉｎとなる。図７に示した幾何学的な関係から明らかなように、ＬＷｃｏｓθ＝Ｗであるため、以下の式５で表される関係が成立することが求められる。
【００８２】
【数７】
2017204119.tif 000009
【００８３】
上記式５を変形することで、以下の式５’を得ることができ、かかる式５’に基づき、入射角θの下限値が規定される。一方、上記式３に基づき、入射角θの上限値は、以下の式３’のように規定される。従って、下記式３’及び式５’より、帯状体の長手方向に沿った線状光の線幅Ｗは、測定したい表面形状の長手方向に沿った大きさの最小値Ｌｍｉｎと、線状光の波長λから、以下の式７を満足するように制御されることが好ましい。
【００８４】
【数８】
2017204119.tif 000010
【００８５】
以上の議論から、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００において、（１）線状光の入射角θと、線状光の波長λとは、帯状体の鏡面性に関する上記式３を満足するように配置されることが重要であること、（２）帯状体の長手方向に沿った線状光の線幅Ｗは、測定したい表面形状の長手方向に沿った大きさの最小値Ｌｍｉｎと、線状光の波長λから、上記式７を満足するように制御されることが好ましいこと、（３）線状光の波長は、８００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下であることが好ましいこと、（４）線状光源は、入射角θが７４度以上８８度以下の範囲内となるように、上記式３に基づき配置されることが好ましいこと、がわかる。帯状体Ｓの表面への線状光の入射角θは、好ましくは、８０度〜８８度の範囲である。
【００８６】
以上のような条件を満足する線状光を用いることで、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００では、スペックルノイズの発生を防止しつつ、高さが数μｍ程度であり、かつ、大きさが２ｍｍ程度である極めて微細な表面形状の変化を、高精度に撮像することが可能となる。
【００８７】
［帯状体の表面での線状光のパワー密度について］
以上のような条件を満足する線状光を用いることで、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００では、スペックルノイズの発生を防止しつつ、高精度の撮像処理を実施することが可能である。この際、帯状体の表面での線状光のパワー密度を以下のような範囲とすることで、スクリーン１０３の投影面上において、線状光の反射光の輝度をより高い値とすることができ、より確実な撮像処理を実施することが可能となる。
【００８８】
本発明者らは、ライン速度１８０ｍｐｍ＝３０００ｍｍ／ｓｅｃで操業される鋼板の製造ラインに対して、図２に示したような帯状体撮像装置１００を設置し、鋼板の移動量１ｍｍピッチ毎に、１枚の像を撮影した。このときの露光時間は、１ｍｍ／（３０００ｍｍ／ｓｅｃ）＝０．３３ｍｓｅｃである。このとき、鋼板の表面において、線長（図２における幅方向の長さ）が１６０ｍｍであり、線幅（図７における線幅Ｗ）が７０μｍである光源を用いて、線状光の強度を変化させながら実験を実施した。この場合に、光源の出力が５５ｍＷ以上となることで、スクリーン１０３の投影面上において、反射光の像が十分な輝度で確認できた。
【００８９】
この場合における帯状体Ｓの表面（より詳細には、帯状体Ｓの表面における線状光の光軸に対して垂直な面上）での線状光のパワー密度は、５５ｍＷ／（１６０ｍｍ×７０μｍ）＝４９１ｍＷ／ｃｍ２である。
【００９０】
本実施形態で着目するような帯状体Ｓの製造ラインでは、帯状体Ｓの材料特性の連続性を担保するために、製造ラインの完全停止は望ましくなく、最低２０ｍｐｍのライン速度を維持することが重要となる。そのため、かかるライン速度で表面形状の測定が可能な線状光のパワー密度は、４９１（ｍＷ／ｃｍ２）÷（１８０ｍｐｍ／２０ｍｐｍ）＝５５ｍＷ／ｃｍ２となる。
【００９１】
以上のような知見より、スクリーン１０３の投影面上において、線状光の反射光の輝度をより高い値として、より確実な撮像処理を実現するために、帯状体の表面での線状光のパワー密度は、５５ｍＷ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。また、帯状体の表面での線状光のパワー密度は、帯状体Ｓの表面に問題が生じない範囲において、大きければ大きいほど良く、線状光のパワー密度をより大きくすることで、より高速な製造ラインであっても、確実に撮像処理を実施することが可能となる。帯状体の表面での線状光のパワー密度は、より好ましくは、４９１ｍＷ／ｃｍ２以上であり、更に好ましくは、９８２ｍＷ／ｃｍ２以上である。
【００９２】
帯状体Ｓの表面での線状光の好ましいパワー密度を４９１ｍＷ／ｃｍ２以上とする理由は、先だって説明したライン速度１８０ｍｐｍでの試験結果を考慮したからであり、更に好ましいパワー密度を９８２ｍＷ／ｃｍ２以上とする理由は、ラインの操業状態の変化により、ライン速度が３６０ｍｐｍまで上がることがあるためである。なお、パワー密度については、本実施形態における発明の効果を発揮させるための上限値は存在しない。パワー密度が高すぎると、撮像画像上の線状光が太く見えてしまい測定精度が低下するが、露光時間を短くすることで、適切な撮像輝度とすることが容易であるためである。
【００９３】
以上、図５〜図９を参照しながら、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００が有する線状光源１０１について、詳細に説明した。
【００９４】
＜スクリーン１０３の投影面の表面粗度について＞
以上のような条件を満足することで、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００では、スペックルノイズを含まない線状光を得ることが可能となり、より確実な撮像処理を実施可能である。この際、以下で示すような投影面を有するスクリーン１０３を利用することで、より鮮明な撮像画像を得ることができ、より高精度な測定を実施することが可能となる。
【００９５】
本実施形態では、スクリーン１０３の投影面の表面粗度を、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１（ＩＳＯ４２８７：１９９７に対応する規格である。）で規定される粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍを利用して評価することとする。ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で規定される粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍは、図１０に模式的に示したように、粗さ曲線の基準長さＬｒにおける、輪郭曲線（粗さ曲線）要素の長さの平均を表したものである。従って、粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍは、基準長さＬｒ中に存在する輪郭要素がＮ個である場合に、以下の式１１で表わされる値となる。ここで、以下の式１１において、Ｘｓｉは、ｉ番目の輪郭要素の長さである。
【００９６】
【数９】
2017204119.tif 000011
【００９７】
ここで、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１では、輪郭要素を構成する山（谷）には、最低高さと最低長さについて規定されている。すなわち、山の高さ（谷の深さ）が最大高さの１０％以下、又は、要素の長さが計算区間の長さの１％以下であるものはノイズとみなし、前後に続く谷（山）の一部として取り扱う。
【００９８】
図１０に示した例では、基準長さＬｒ中に５つの輪郭要素が存在しており、各輪郭要素の長さＸｓ１〜Ｘｓ５を利用して、ＲＳｍ＝（Ｘｓ１＋Ｘｓ２＋Ｘｓ３＋Ｘｓ４＋Ｘｓ５）／５となる。
【００９９】
本実施形態では、スクリーン１０３の投影面の表面凹凸を公知の粗さ計を利用して観察し、スクリーンの投影面の粗さ曲線を得た。この際に、本実施形態に係るスクリーン１０３の投影面に関する粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍは、線状光の波長の１０倍以上であり、かつ、スクリーン１０３上でのスクリーンの高さ方向に沿った線状光の反射光の線幅の１／１０以下であることが好ましい。
【０１００】
粗さ曲線の要素平均長さＲｓｍが線状光の波長の１０倍未満である場合には、スクリーン１０３の投影面上で線状光の反射光が正反射する割合が高くなり、エリアカメラ１０５への受光量が減少する場合がある。また、粗さ曲線の要素平均長さＲｓｍがスクリーン１０３上でのスクリーンの高さ方向に沿った線状光の反射光の線幅の１／１０超となる場合には、スクリーン１０３の投影面の表面粗度が粗くなりすぎ、線状光の反射光の像にスクリーンの表面粗度に起因するムラが生じる傾向が強くなる。
【０１０１】
本実施形態に係る帯状体撮像装置１００では、以上のような表面粗度を有するスクリーン１０３であれば、より好適に利用することが可能である。このようなスクリーン１０３は、特に限定されるものではないが、例えば、Ａｌ２Ｏ３等のような金属酸化物が表面に形成されたスクリーンを利用することが可能である。
【０１０２】
以上、図２〜図１０を参照しながら、本発明の各実施形態に係る帯状体撮像装置１００について、詳細に説明した。
【０１０３】
なお、以上説明したような、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００は、撮像処理が物理的に妨げられない範囲内で、本実施形態に係る帯状体Ｓが搬送される搬送ラインの任意の位置に設置することが可能である。また、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００は、帯状体Ｓが所定の曲率を有するロールの表面上に位置している部位（換言すれば、帯状体Ｓが所定の曲率を有するロールに巻きついている部位に設置することが好ましい。かかる場合、上記のような線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する帯状体の表面に対して、照射される。このような部位に帯状体撮像装置１００を設置することで、搬送に伴う帯状体Ｓの振動を抑制でき、より高精度な撮像処理が可能となる。
【０１０４】
（演算処理装置２００について）
＜演算処理装置２００の全体構成について＞
続いて、図１１を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成について、詳細に説明する。図１１は、本実施形態に係る形状測定装置が有する演算処理装置の構成の一例を示したブロック図である。
【０１０５】
本実施形態に係る演算処理装置２００は、図１１に示したように、撮像制御部２０１と、データ取得部２０３と、画像処理部２０５と、表示制御部２０７と、記憶部２０９と、を主に備える。
【０１０６】
撮像制御部２０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。撮像制御部２０１は、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００による線状光の反射光の撮像処理を統括して制御する。
【０１０７】
より詳細には、撮像制御部２０１は、線状光の反射光の撮像を開始する場合に、帯状体撮像装置１００に対して線状光源１０１の照射を開始させるための制御信号を送出する。また、帯状体撮像装置１００がスクリーン１０３に投影された反射光の撮像を開始すると、撮像制御部２０１は、帯状体Ｓの搬送を制御している駆動機構等から定期的に送出されるＰＬＧ信号（例えば、剛体Ｓが１ｍｍ移動する毎等に出力されるＰＬＧ信号）を取得する毎に、エリアカメラ１０５に対して、撮像を開始するためのトリガ信号を送出する。
【０１０８】
データ取得部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ取得部２０３は、帯状体撮像装置１００から出力された撮像画像データを取得する。データ取得部２０３は、取得した撮像画像データを、後述する画像処理部２０５に出力する。
【０１０９】
画像処理部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０５は、エリアカメラ１０５が生成した撮像撮像データを取得し、かかる撮像データに対して以下で説明する画像処理を行って、帯状体Ｓの表面形状を算出する。画像処理部２０５は、帯状体Ｓの表面形状の算出処理を終了すると、得られた算出結果に関する情報を、表示制御部２０７や記憶部２０９に伝送したり、形状測定装置１０の外部に設けられた各種機器等に伝送したりする。
【０１１０】
なお、この画像処理部２０５については、以下で改めて詳細に説明する。
【０１１１】
表示制御部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部２０７は、画像処理部２０５から伝送された、帯状体Ｓの測定結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、形状測定装置１０の利用者は、帯状体Ｓの表面形状に関する測定結果を、その場で把握することが可能となる。
【０１１２】
記憶部２０９は、演算処理装置２００が備える記憶装置の一例であり、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ装置等により実現される。この記憶部２０９には、帯状体撮像装置１００が有する線状光源１０１やエリアカメラ１０５の光学的な位置関係を示す情報や、形状測定装置１０の外部に設けられた上位計算機（例えば、搬送ラインを全般的に管理している管理コンピュータ等）から伝送される情報といった、形状測定装置１０の設計パラメータに関する情報も格納されている。また、記憶部２０９には、本実施形態に係る演算処理装置２００が何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過（例えば画像処理部２０５から伝送された計測結果、事前に格納されている各種のデータやデータベース、及び、プログラム等）が、適宜記録される。この記憶部２０９は、撮像制御部２０１、データ取得部２０３、画像処理部２０５、表示制御部２０７及び上位計算機等が、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。
【０１１３】
＜画像処理部２０５について＞
次に、図１２〜図１５を参照しながら、本実施形態に係る演算処理装置２００が有する画像処理部２０５について、詳細に説明する。
図１２は、本実施形態に係る演算処理装置が有する画像処理部２０５の構成の一例を示したブロック図である。図１３は、帯状体の表面状態と撮像画像との関係を模式的に示した説明図であり、図１４は、帯状体の表面の傾きとスクリーンの投影面上における反射光の変位量との関係を模式的に示した説明図である。図１５は、本実施形態に係る画像処理部で実施される高さ算出処理を説明するための説明図である。
【０１１４】
本実施形態に係る画像処理部２０５は、帯状体撮像装置１００により生成された撮像画像を利用し、かかる撮像画像に対して画像処理を施すことで、帯状体Ｓの表面形状に関する情報を算出する。この画像処理部２０５は、図１２に示したように、傾き角算出部２２１と、高さ算出部２２３と、結果出力部２２５と、を有している。
【０１１５】
傾き角算出部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。傾き角算出部２２１は、帯状体撮像装置１００により生成された撮像画像を利用し、帯状体Ｓの表面形状に関する情報として、帯状体Ｓの表面の傾き角ωを算出する。以下では、傾き角算出部２２１により実施される表面の傾き角ωの算出処理について、詳細に説明する。
【０１１６】
本実施形態に係る傾き角算出部２２１は、撮像画像における線状光の反射像の曲がり具合に基づき、帯状体Ｓの表面の傾き角ωを算出する。
【０１１７】
図１３の状態Ａとして模式的に示したように、線状光が照射されている部位の帯状体Ｓの表面が平坦である場合には、撮像される撮像画像における線状光の反射像は、スクリーンの幅方向に沿ってほぼ一直線となる。また、図１３の状態Ｂとして模式的に示したように、線状光が照射されている部位（図中、破線で囲った領域）において、帯状体Ｓの表面が移動方向に向かって下がるように傾斜している場合には、かかる傾斜面で反射した線状光の反射像は、平坦な部分の反射像の位置（以下、「基準位置」ともいう。）から、スクリーンの高さ方向の下方に向かって変位する。その結果、図１３の状態Ｂに示したように、撮像画像には、スクリーンの幅方向と略平行となっている直線部分と、下に凸の部分と、が混在するようになる。逆に、図１３の状態Ｃとして模式的に示したように、線状光が照射されている部位（図中、破線で囲った領域）において、帯状体Ｓの表面が移動方向に向かって上がるように傾斜している場合には、かかる傾斜面で反射した線状光の反射像は、平坦な部分の反射像の位置から、スクリーンの高さ方向の上方に向かって変位する。その結果、図１３の状態Ｃに示したように、撮像画像には、スクリーンの幅方向と略平行となっている直線部分と、上に凸の部分と、が混在するようになる。
【０１１８】
図１３における状態Ｂ及び状態Ｃにおいて模式的に示したような、基準位置からの反射像の変位量は、帯状体Ｓの表面の傾き角ωの大きさに比例する。従って、傾き角算出部２２１は、まず、撮像画像において、スクリーン１０３の高さ方向（以下、「Ｙ方向」ともいう。）の輝度分布が最大となる位置を、輝度値を利用した重心演算により特定して、反射像の線幅の中心とする。その上で、傾き角算出部２２１は、撮像画像において、スクリーン１０３の幅方向（以下、「Ｘ方向」ともいう。）に沿って、反射像の線幅の中心位置の変化を特定していく。これにより、傾き角算出部２２１は、撮像画像における各Ｘ座標において、基準位置（すなわち、スクリーンの幅方向と略平行となっている直線部分でのＹ座標）との差（すなわち、基準位置からの変位量ΔＹ）を特定することができる。
【０１１９】
撮像画像における反射像の変位は、線状光の線幅ＬＷよりも大きな表面形状の変化に起因しており、線状光の線幅ＬＷよりも大きな表面形状の変化が生じている帯状体Ｓの表面で反射された線状光は、かかる部分の傾きの方向及び角度に応じて、スクリーン１０３の投影面上を上下する。ここで、撮像画像における反射像の基準位置からの変位量ΔＹと、帯状体Ｓの表面形状の傾き角ωとの関係は、光てこの原理により、図１４に示したようにΔＹ＝Ｌ・ｔａｎ２ωで与えられる。なお、Ｌは、線状光の帯状体Ｓへの入射点からスクリーン１０３までの水平距離である。従って、着目する表面の傾き角ωは、ω＝（１／２）×ｔａｎ−１（ΔＹ／Ｌ）という演算を行うことで算出することができる。この際に、水平距離Ｌは、帯状体撮像装置１００の設計パラメータとして事前に把握することが可能であるため、傾き角算出部２２１は、撮像画像を解析することで得られる基準位置からの変位量ΔＹを利用して、傾き角ωを算出することができる。
【０１２０】
傾き角算出部２２１は、以上説明したような処理を実施することで、線状光が照射されている部位における帯状体Ｓの表面の傾きの分布を得ることができる。このようにして得られる傾きの値のデータ群が、帯状体Ｓの形状（より詳細には、表面形状）を検査する際に用いられる検査用情報となる。ここで、かかる検査用情報に含まれる傾きの値を、輝度値の高低や濃淡に置き換えることで、検査用情報を画像化することも可能である。生成された傾き角に関するデータを複数の撮像画像間で取りまとめて画像化し、傾き画像とすることで、傾き画像に基づく形状検査を行うことも可能となる。
【０１２１】
また、傾き角算出部２２１は、算出した傾き角を、所定の閾値と比較することで、帯状体Ｓの表面の形状の検査を行うことも可能である。すなわち、過去の操業データ等に基づいて公知の統計処理等を実施することで、帯状体Ｓの表面に異常部分が存在する場合における表面の傾き角の閾値を予め特定しておき、記憶部２０９等に格納しておく。その上で、傾き角算出部２２１は、算出した傾き角の値と閾値との大小関係を特定することで、着目している帯状体Ｓの表面に異常部分が存在するか否かを検査することが可能となる。
【０１２２】
更に、本実施形態に係る帯状体撮像装置１００で生成される撮像画像には、スペックルノイズに起因する輝度変化が重畳していないため、撮像画像における反射像の輝度変化は、帯状体Ｓの表面に存在している形状変化、又は、帯状体Ｓの表面に付着している汚れの何れかに起因していると考えられる。そこで、傾き角算出部２２１は、以上のようにして特定した傾き角に関する情報と、撮像画像における輝度値の変化と、を総合的に考慮することで、表面形状の変化と、無害な汚れと、を精度よく区別することが可能となる。
【０１２３】
傾き角算出部２２１は、以上のようにして生成した帯状体Ｓの表面の傾き角に関するデータを、高さ算出部２２３に出力する。また、傾き角算出部２２１は、生成した帯状体Ｓの表面の傾き角に関するデータそのものや、帯状体Ｓの表面の検査結果等を、結果出力部２２５に対して出力してもよい。
【０１２４】
高さ算出部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。高さ算出部２２３は、傾き角算出部２２１によって算出された帯状体Ｓの表面の傾き角を利用し、帯状体Ｓの表面形状に関する情報として、着目している帯状体Ｓの表面の高さを算出する。具体的には、高さ算出部２２３は、傾き角算出部２２１によって算出された帯状体Ｓの表面の傾き角ωを利用し、傾き角の正接ｔａｎωを、図１５に示したように、帯状体Ｓの移動方向（換言すれば、撮像画像におけるＹ方向）に沿って積分していくことで、帯状体Ｓの表面の高さ（基準高さからの差分値）を算出する。
【０１２５】
高さ算出部２２３は、以上説明したような積分処理を、各撮像画像から得られた表面の傾き角に関するデータの全ての要素に対して実施することで、帯状体Ｓの表面全体についての表面の高さに関するデータ群（換言すれば、表面の高さに関するマップデータ）を得ることができる。このようにして得られる表面の高さに関するデータ群が、帯状体Ｓの形状（より詳細には、表面形状）を検査する際に用いられる検査用情報となる。ここで、かかる検査用情報に含まれる表面の高さに関する値を、輝度値の高低や濃淡に置き換えることで、検査用情報を画像化することも可能である。高さ算出部２２３は、生成された表面の高さに関するマップデータを画像化して高さ画像とすることで、高さ画像に基づく形状検査を行うことも可能となる。
【０１２６】
高さ算出部２２３は、以上のようにして生成した帯状体Ｓの表面の高さに関するデータを、結果出力部２２５に出力する。
【０１２７】
結果出力部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。結果出力部２２５は、傾き角算出部２２１及び高さ算出部２２３によって生成された帯状体Ｓの表面形状に関する各種の情報を、表示制御部２０７に出力する。これにより、帯状体Ｓの表面形状の測定結果に関する様々な情報が、ディスプレイ等の表示部（図示せず。）に出力される。また、結果出力部２２５は、得られた表面形状の算出結果を、製造管理用プロセスコンピュータ等の外部の装置に出力してもよく、得られた形状算出結果を利用して、製品に関する各種の帳票を作成してもよい。また、結果出力部２２５は、帯状体Ｓの表面形状に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０９等に履歴情報として格納してもよい。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
以上説明したように、本実施形態に係る形状測定装置１０によれば、特定の条件を満足する線状光を利用して、光てこの原理により、帯状体Ｓの表面形状をより高精度に測定することが可能となる。また、本実施形態に係る形状測定装置１０では、特定の条件を満足する線状光を、帯状体Ｓの表面に対して所定の条件を満たすように集光させているため、エリアカメラ１０５のデータの読み込み高さを小さくすることが可能となり、更なる処理の高速化を図ることが可能となる。また、本実施形態に係る形状測定装置１０では、スペックルノイズの発生を防止した線状光を利用しているため、撮像画像に基づき算出される表面の傾きの変化と、撮像画像における輝度値の変化と、を独立に検出することが可能となる。
【０１３１】
（形状測定方法の流れについて）
次に、図１６を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０で実施される形状検査方法の流れの一例について、簡単に説明する。図１６は、本実施形態に係る形状検査方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１３２】
形状測定装置１０の帯状体撮像装置１００の線状光源１０１は、演算処理装置２００の撮像制御部２０１の制御のもとで、帯状体Ｓの表面に対して、先だって説明したような線状光を、所定の条件を満足するように照射する（ステップＳ１０１）。その上で、帯状体撮像装置１００のエリアカメラ１０５は、スクリーン１０３の投影面上での線状光の反射光を撮像して（ステップＳ１０３）、生成した撮像画像のデータを、演算処理装置２００に出力する。
【０１３３】
演算処理装置２００のデータ取得部２０３は、帯状体撮像装置１００から出力された撮像画像のデータを取得すると、取得した測定データを、画像処理部２０５の傾き角算出部２２１に出力する。
【０１３４】
傾き角算出部２２１は、帯状体撮像装置１００により生成された撮像画像を利用して、着目する帯状体Ｓの表面の傾き角に関するデータ（すなわち、線状光の照射領域の傾き角）を算出する（ステップＳ１０５）。その後、傾き角算出部２２１は、算出した傾き角に関するデータを、高さ算出部２２３へと出力する。
【０１３５】
その後、高さ算出部２２３は、傾き角算出部２２１から出力された傾き角に関するデータに格納されている傾き角を利用し、傾き角の正接を積分することで、帯状体Ｓの表面の高さを算出する（ステップＳ１０７）。高さ算出部２２３は、得られた帯状体Ｓの表面の高さに関するデータを、結果出力部２２５に出力する。
【０１３６】
結果出力部２２５は、帯状体Ｓの表面形状に関する各種の情報が入力されると、得られた情報を、ユーザや外部に設けられた各種の機器に出力する（ステップＳ１０９）。これにより、ユーザは、帯状体Ｓの形状に関する各種情報を把握することが可能となる。
【０１３７】
以上、図１６を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０で実施される形状検査方法の流れの一例について、簡単に説明した。
【０１３８】
（ハードウェア構成について）
次に、図１７を参照しながら、本発明の各実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１７は、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１３９】
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。
【０１４０】
ＣＰＵ９０１は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、又はリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０１４１】
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。
【０１４２】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。更に、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１４３】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１４４】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０１４５】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【０１４６】
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。
【０１４７】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線もしくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、社内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１４８】
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。
【実施例】
【０１４９】
以下では、実施例を示しながら、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法のあくまでも一例であって、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法が下記の例に限定されるものではない。【０１５０】
本実施例では、図２に示したような帯状体撮像装置１００を利用して、平坦であることが既知の鋼板の表面を撮像した。
この際、線状光源１０１として、波長８００ｎｍの光をスペクトル半値幅３０ｎｍで出射可能なスーパールミネッセントダイオードを利用し、鋼板表面から３００ｍｍ離れた位置から鋼板表面に向けて、線状光を、入射角θ＝８３度となるように集光しつつ照射した。上記のような線状光の波長λ及び入射角θは、上記式（３）で表される関係を満足している。なお、鋼板表面における線状光の線幅ＬＷは、２ｍｍとし、鋼板表面における線状光のパワー密度は、５５ｍＷ／ｃｍ２となるようにした。【０１５１】
スクリーン１０３としては、表面にＡｌ２Ｏ３被膜の形成されたＡｌ２Ｏ３板を利用した。かかるスクリーン１０３は、投影面での粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍが０．０１ｍｍであり、かかるＲＳｍの値は、先だって説明した条件を満足するものとなっている。【０１５２】
エリアカメラ１０５としては、一般的な撮像素子の搭載されたエリアカメラを利用した。スクリーン１０３とエリアカメラ１０５との離隔距離（図１４における距離Ｌ）は、３５０ｍｍとした。かかるエリアカメラ１０５を用いた場合におけるスクリーン１０３の投影面上での撮像分解能は、０．２ｍｍ／画素であった。【０１５３】
また、比較として、スペクトル半値幅が１ｎｍである波長８１０ｎｍのレーザ光源を用い、その他の条件は同様にして撮像を行った。【０１５４】
得られた２種類の撮像画像について、輝度値を用いた重心演算により反射像の線幅の中心位置を算出し、スクリーンの幅方向に沿って、かかる中心位置の推移を特定した。【０１５５】
得られた結果を、図１８Ａ及び図１８Ｂに示した。図１８Ａは、線状光源１０１としてスーパールミネッセントダイオードを用いた場合の結果であり、図１８Ｂは、線状光源１０１としてレーザ光源を用いた場合の結果である。また、図１８Ａ及び図１８Ｂにおいて、縦軸及び横軸の単位は画素であり、１画素は０．２ｍｍに相当している。【０１５６】
本実施例では、平坦であることが既知な鋼板の表面を撮像したものであるため、反射像の線幅の中心位置の推移は、理想的にはほぼ平坦となるはずである。図１８Ａ及び図１８Ｂを比較すると明らかなように、レーザ光源を用いた場合には、スペックルノイズが発生して、反射像の線幅の中心位置は激しく変動しているのに対し、スーパールミネッセントダイオードを用いた場合には、反射像の線幅の中心位置の変動は、良く抑制されていることがわかる。図１８Ａ及び図１８Ｂの双方について、高さの標準偏差を算出したところ、図１８Ａでは、０．２画素（＝０．０４ｍｍ）であったのに対し、図１８Ｂでは、０．６画素（＝０．１２ｍｍ）であった。すなわち、本発明に係る帯状体撮像装置１００を利用することで、従来のレーザ光源を用いた撮像装置に比べて、３倍の精度向上が図れたことになる。【０１５７】
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。
【符号の説明】
【０１５８】
１０    形状測定装置
１００    帯状体撮像装置
１０１    線状光源
１０３    スクリーン
１０５    エリアカメラ
２００    演算処理装置
２０１    撮像制御部
２０３    データ取得部
２０５    画像処理部
２０７    表示制御部
２０９    記憶部
２２１    傾き角算出部
２２３    高さ算出部
２２５    結果出力部
【図１】
2017204119.tif 000016
【図２】
2017204119.tif 000017
【図３】
2017204119.tif 000018
【図４Ａ】
2017204119.tif 000019
【図４Ｂ】
2017204119.tif 000020
【図５】
2017204119.tif 000021
【図６】
2017204119.tif 000022
【図７】
2017204119.tif 000023
【図８】
2017204119.tif 000024
【図９】
2017204119.tif 000025
【図１０】
2017204119.tif 000026
【図１１】
2017204119.tif 000027
【図１２】
2017204119.tif 000028
【図１３】
2017204119.tif 000029
【図１４】
2017204119.tif 000030
【図１５】
2017204119.tif 000031
【図１６】
2017204119.tif 000032
【図１７】
2017204119.tif 000033
【図１８Ａ】
2017204119.tif 000034
【図１８Ｂ】
2017204119.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月12日(2017.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定装置であって、
前記帯状体の表面に対して、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）からなる線状光源と、
前記帯状体の表面での前記線状光の反射光が投影されるスクリーンと、
前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像するエリアカメラと、
前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する演算処理装置と、
を備え、
前記線状光源は、
スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上であり、かつ、
前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式（Ｉ）を満足するように配置されており、
前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Ｗは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をＬｍｉｎとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式（ＩＩ）を満足するように制御される、形状測定装置。
【数１】
2017204119.tif 000036
【請求項２】
前記線状光の波長は、８００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下である、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが７４度以上８８度以下の範囲内となるように、前記式（Ｉ）に基づき配置される、請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、５５ｍＷ／ｃｍ２以上である、請求項１〜３の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で規定される粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍが、前記線状光の波長の１０倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の１／１０以下である表面粗さを有する、請求項１〜４の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射される、請求項１〜５の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記演算処理装置は、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出する、請求項１〜６の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出する、請求項７に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記演算処理装置は、算出した前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較することで、前記帯状体の形状を検査する、請求項７又は８に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定方法であって、
前記帯状体の表面に対して、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）からなる線状光源を用いて、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する照射ステップと、
スクリーンに対し、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光を投影するステップと、
エリアカメラを用いて、前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像する撮像ステップと、
前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する算出ステップと、
を含み、
前記線状光源は、
スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上であり、かつ、
前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式（Ｉ）を満足するように配置されており、
前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Ｗは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をＬｍｉｎとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式（ＩＩ）を満足するように制御される、形状測定方法。
【数２】
2017204119.tif 000037
【請求項１１】
前記線状光の波長は、８００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下である、請求項１０に記載の形状測定方法。
【請求項１２】
前記線状光源は、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θが７４度以上８８度以下の範囲内となるように、前記式（Ｉ）に基づき配置される、請求項１０又は１１に記載の形状測定方法。
【請求項１３】
前記帯状体の表面での前記線状光のパワー密度は、５５ｍＷ／ｃｍ２以上である、請求項１０〜１２の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１４】
前記スクリーンにおける前記線状光の反射光の投影面は、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１で規定される粗さ曲線の要素平均長さＲＳｍが、前記線状光の波長の１０倍以上であり、かつ、当該スクリーン上での前記スクリーンの高さ方向に沿った前記線状光の反射光の線幅の１／１０以下である表面粗さを有する、請求項１０〜１３の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１５】
前記線状光は、所定の曲率を有するロールの表面上に位置する前記帯状体の表面に対して照射される、請求項１０〜１４の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１６】
前記算出ステップは、前記撮像画像における前記反射光の基準位置からの変位量から、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の傾き角を算出する、請求項１０〜１５の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１７】
前記算出ステップは、算出した前記帯状体の表面の傾き角の正接を前記エリアカメラと前記帯状体の相対的な移動方向に沿って積分することで、前記表面形状に関する情報として前記帯状体の表面の高さを算出する、請求項１６に記載の形状測定方法。
【請求項１８】
算出された前記帯状体の表面の傾き角を所定の閾値と比較して、前記帯状体の形状を検査する検査ステップを更に含む、請求項１６又は１７に記載の形状測定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定装置であって、前記帯状体の表面に対して、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）からなる線状光源と、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光が投影されるスクリーンと、前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像するエリアカメラと、前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する演算処理装置と、を備え、前記線状光源は、スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上であり、かつ、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式（Ｉ）を満足するように配置されており、前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Ｗは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をＬｍｉｎとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式（ＩＩ）を満足するように制御される形状測定装置が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、金属体からなる帯状体の表面形状を測定する形状測定方法であって、前記帯状体の表面に対して、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）からなる線状光源を用いて、前記帯状体の幅方向に広がる線状光を照射する照射ステップと、スクリーンに対し、前記帯状体の表面での前記線状光の反射光を投影するステップと、エリアカメラを用いて、前記スクリーンに投影された前記線状光の反射光を撮像する撮像ステップと、前記エリアカメラにより撮像された前記線状光の反射光の撮像画像を用いて、前記帯状体の表面形状を算出する算出ステップと、を含み、前記線状光源は、スペクトル半値幅が２０ｎｍ以上であり、かつ、前記線状光源の光軸と前記帯状体の表面法線方向とのなす角θと、前記線状光の波長λとが、前記帯状体の鏡面性に関する以下の式（Ｉ）を満足するように配置されており、前記帯状体の表面において、前記帯状体の長手方向に沿った前記線状光の線幅Ｗは、測定したい前記表面形状の前記長手方向に沿った大きさの最小値をＬｍｉｎとし、前記線状光の波長をλとしたときに、以下の式（ＩＩ）を満足するように制御される形状測定方法が提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
より詳細には、撮像制御部２０１は、線状光の反射光の撮像を開始する場合に、帯状体撮像装置１００に対して線状光源１０１の照射を開始させるための制御信号を送出する。また、帯状体撮像装置１００がスクリーン１０３に投影された反射光の撮像を開始すると、撮像制御部２０１は、帯状体Ｓの搬送を制御している駆動機構等から定期的に送出されるＰＬＧ信号（例えば、帯状体Ｓが１ｍｍ移動する毎等に出力されるＰＬＧ信号）を取得する毎に、エリアカメラ１０５に対して、撮像を開始するためのトリガ信号を送出する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
画像処理部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０５は、エリアカメラ１０５が生成した撮像画像データを取得し、かかる撮像画像データに対して以下で説明する画像処理を行って、帯状体Ｓの表面形状を算出する。画像処理部２０５は、帯状体Ｓの表面形状の算出処理を終了すると、得られた算出結果に関する情報を、表示制御部２０７や記憶部２０９に伝送したり、形状測定装置１０の外部に設けられた各種機器等に伝送したりする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
（形状測定方法の流れについて）
次に、図１６を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０で実施される形状測定方法の流れの一例について、簡単に説明する。図１６は、本実施形態に係る形状測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３３】
演算処理装置２００のデータ取得部２０３は、帯状体撮像装置１００から出力された撮像画像のデータを取得すると、取得した撮像画像のデータを、画像処理部２０５の傾き角算出部２２１に出力する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３７】
以上、図１６を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０で実施される形状測定方法の流れの一例について、簡単に説明した。
【国際調査報告】
2017204119.tif 000038
2017204119.tif 000039
2017204119.tif 000040
2017204119.tif 000041