(57)【要約】帯状体の形状検査装置は、ラインセンサカメラと、ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称に配置され、ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する第１の照明光源及び第２の照明光源と、各照明光源それぞれの点灯タイミング及び発光時間と、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御する測定制御部と、複数のライン画像を処理して帯状体の表面の傾きを算出するデータ処理部とを備える。測定制御部は、第１の照明光源の発光時間内に取得された第１のライン画像と第２の照明光源の発光時間内に取得された第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、ライン速度に基づいて点灯タイミング及び発光時間とライン画像取得タイミングとを制御し、データ処理部は、第１のライン画像と第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づき帯状体の表面の傾きを算出する。【選択図】図１１
2019103153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状体の表面形状を検出する形状検査装置であって、
前記帯状体の表面を撮像してライン画像を取得するラインセンサカメラと、
前記ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように配置され、前記ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する、第１の照明光源及び第２の照明光源と、
前記第１の照明光源及び前記第２の照明光源それぞれの点灯タイミング及び発光時間と、前記ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御する測定制御部と、
前記ラインセンサカメラにより取得された複数のライン画像を処理し、前記帯状体の表面の傾きを算出するデータ処理部と、
を備え、
前記第１の照明光源から第１の照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像を第１のライン画像とし、前記第２の照明光源から第２の照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像を第２のライン画像として、
前記測定制御部は、前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、前記帯状体と前記ラインセンサカメラとの相対速度であるライン速度に基づいて、前記点灯タイミング及び前記発光時間と前記ライン画像取得タイミングとを制御し、
前記データ処理部は、前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査装置。
【請求項２】
前記測定制御部は、撮像間隔として、前記ラインセンサカメラによる先の撮像が終わり次の撮像が始まるまでに撮像が行われない時間を設ける、請求項１に記載の形状検査装置。
【請求項３】
前記帯状体上での前記ラインセンサカメラの一画素当たりの前記帯状体の搬送方向の長さをＤとしたとき、
前記測定制御部は、前記撮像間隔ｂが下記式を満たすように前記ライン画像取得タイミングを制御する、請求項２に記載の形状検査装置。
ｂ≧Ｄ／Ｖ
【請求項４】
前記データ処理部は、ｎ番目の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ−１番目またはｎ＋１番目のうち少なくともいずれか一方の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像との差分を、前記差分ライン画像として取得し、前記帯状体の表面の傾きを算出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の形状検査装置。
【請求項５】
前記データ処理部は、ｎ番目の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ−１番目以前のライン画像及びｎ＋１番目以降のライン画像から補完されたライン画像との差分を、前記差分ライン画像として取得し、前記帯状体の表面の傾きを算出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の形状検査装置。
【請求項６】
前記データ処理部は、前記帯状体の表面の傾きを長手方向に積分して前記帯状体の表面の高さを算出する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の形状検査装置。
【請求項７】
前記帯状体に対して帯状の照明光を照射する少なくとも１つの付加照明光源をさらに備え、
前記測定制御部は、
前記ラインセンサカメラの前記ライン画像取得タイミングで、前記第１の照明光源、前記第２の照明光源、及び、前記付加照明光源を１つずつ逐次点灯させ、
前記データ処理部は、
前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とに基づき得られる前記差分ライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出し、
前記付加照明光源から付加照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像に基づいて、前記帯状体の表面状態を特定する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の形状検査装置。
【請求項８】
帯状体の表面形状を検出する形状検査方法であって、
前記帯状体が搬送されるライン上には、
前記帯状体の表面を撮像しライン画像を取得するラインセンサカメラと、
前記ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように配置され、前記ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する、第１の照明光源及び第２の照明光源と、
が配置されており、
前記第１の照明光源から第１の照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されるライン画像を第１のライン画像とし、前記第２の照明光源から第２の照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されるライン画像を第２のライン画像として、
前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、前記帯状体と前記ラインセンサカメラとの相対速度であるライン速度に基づいて、前記第１の照明光源及び前記第２の照明光源の点灯タイミング及び発光時間と、前記ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御し、
前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査方法。
【請求項９】
撮像間隔として、前記ラインセンサカメラによる先の撮像が終わり次の撮像が始まるまでに撮像が行われない時間が設けられる、請求項８に記載の形状検査方法。
【請求項１０】
前記帯状体上での前記ラインセンサカメラの一画素当たりの前記帯状体の搬送方向の長さをＤとしたとき、
前記撮像間隔ｂが下記式を満たすように前記ライン画像取得タイミングを制御する、請求項９に記載の形状検査方法。
ｂ≧Ｄ／Ｖ
【請求項１１】
前記差分ライン画像は、ｎ番目の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ−１番目またはｎ＋１番目のうち少なくともいずれか一方の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像との差分である、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の形状検査方法。
【請求項１２】
前記差分ライン画像は、ｎ番目の前記ライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ−１番目以前のライン画像及びｎ＋１番目以降のライン画像から補完されたライン画像との差分である、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の形状検査方法。
【請求項１３】
前記帯状体の表面の傾きを長手方向に積分して前記帯状体の表面の高さをさらに算出する、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の形状検査方法。
【請求項１４】
前記帯状体に対して帯状の照明光を照射する少なくとも１つの付加照明光源をさらに備え、
前記ラインセンサカメラの前記ライン画像取得タイミングで、前記第１の照明光源、前記第２の照明光源、及び、前記付加照明光源を１つずつ逐次点灯させ、
前記第１のライン画像と前記第２のライン画像とに基づき得られる前記差分ライン画像に基づいて、前記帯状体の表面の傾きを算出し、
前記付加照明光源から付加照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像に基づいて、前記帯状体の表面状態を特定する、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の形状検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状体の形状検査装置及び形状検査方法に関する。
【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、蛍光灯、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）、又は、レーザ光等を利用した照明光を用い、照明光の測定対象物からの反射光を撮像することで、測定対象物の表面形状を測定する方法がある。【０００３】
例えば下記の特許文献１には、鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出方法として、２つ以上の弁別可能な光源を利用して同一の検査対象部位に異なる方向から照明光を照射する照射ステップと、各照明光の反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって検査対象部位における表面欠陥を検出する検出ステップと、を含む表面欠陥検出方法が開示されている。【０００４】
また、別の鋼材の表面欠陥を光学的に検出する表面欠陥検出方法として、例えば特許文献２及び特許文献３には、２つ以上の弁別可能な光源を利用して同一の検査対象部位に異なる方向から略同一の入射角度で鋼材の移動方向と直交する方向の線状照明光を連続照射する照射ステップと、各線状照明光の照射位置からの反射光による画像を取得し、取得した画像間で差分処理を行うことによって検査対象部位における表面欠陥を検出する検出ステップと、を含む表面欠陥検出方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６０４０９３０号公報
【特許文献２】特開２０１７−９５２３号公報
【特許文献３】特開２０００−２４１３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の方法では、２つ以上の弁別可能な光源の照明光の反射光の画像を２つのエリアセンサカメラによって取得し、取得された画像間の差分をとることで検査対象部位における表面欠陥を検出している。この際、差分処理を行う画像は検査対象部位の同一位置を撮像したものとするため、各エリアセンサカメラによって撮像する検査対象部位の位置がなるべくずれないようにする必要がある。しかしながら、ライン速度に応じて生じる画像間の位置ずれは設備の構成上なくすことは困難であり、表面欠陥の検出精度を高めるには限界がある。特に、高速に移動する検査対象部位では、位置ずれが大きくなるため、上記特許文献１の表面欠陥検出方法は、高速に移動する検査対象部位の検査には適していない。また、エリアセンサカメラでライン進行方向にも二次元的に撮像するため、ライン進行方向の位置に応じて、複数の光源それぞれの光軸とエリアセンサカメラの光軸とのなす角度に差異が発生する。このため、撮像画像の差分処理において凹凸の感度が一定せず、外乱となる模様を完全に消すこともできない。【０００７】
また、上記特許文献２では、エリアセンサカメラを用いて取得された画像を用いる場合に加え、ラインセンサカメラを用いて取得された画像を用いる場合の表面欠陥検出方法についても検討されている。特許文献２及び特許文献３に記載の方法においても、特許文献１と同様、差分処理を行う画像は検査対象部位の同一位置を撮像したものとするため、撮像する検査対象部位の位置がなるべくずれないようにする必要があるとされている。そこで、特許文献２及び特許文献３に記載の方法では、一方の光源の発光の直後に他方の光源を発光させて、２つの光源による発光が重ならないようにするとともに、撮像周期も短くし、鋼材の移動に伴う検査対象部位の位置ずれを小さくすることを行っている。このため、照明光の発光時間も短くせざるを得ず、十分な光量を得るには限界があり、データ処理速度にも制限があるため、ライン速度の高速化への対応は困難である。【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ライン速度が高速化しても測定対象物の表面形状を確実に測定することの可能な、新規かつ改良された帯状体の形状検査装置及び形状検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、帯状体の表面形状を検出する形状検査装置であって、第１の照明光源または第２の照明光源の照明光が照射されている帯状体の表面を撮像してライン画像を取得するラインセンサカメラと、ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように配置され、ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する、第１の照明光源及び第２の照明光源と、第１の照明光源及び第２の照明光源それぞれの点灯タイミング及び発光時間と、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御する測定制御部と、ラインセンサカメラにより取得された複数のライン画像を処理し、帯状体の表面の傾きを算出するデータ処理部と、を備え、第１の照明光源から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラにより取得されたライン画像を第１のライン画像とし、第２の照明光源から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラにより取得されたライン画像を第２のライン画像として、測定制御部は、第１のライン画像と第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、帯状体とラインセンサカメラとの相対速度であるライン速度に基づいて、点灯タイミング及び発光時間とライン画像取得タイミングとを制御し、データ処理部は、第１のライン画像と、第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査装置が提供される。【００１０】
測定制御部は、撮像間隔として、ラインセンサカメラによる先の撮像が終わり次の撮像が始まるまでに撮像が行われない時間を設けてもよい。【００１１】
帯状体上でのラインセンサカメラの一画素当たりの帯状体の搬送方向の長さをＤとしたとき、測定制御部は、撮像間隔ｂが下記式を満たすようにライン画像取得タイミングを制御してもよい。
ｂ≧Ｄ／Ｖ【００１２】
データ処理部は、ｎ番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ−１番目またはｎ＋１番目のうち少なくともいずれか一方のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像との差分、前記差分ライン画像として取得し、前記帯状体の表面の傾きを算出してもよい。【００１３】
あるいは、データ処理部は、ｎ番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像と、ｎ−１番目以前のライン画像及びｎ＋１番目以降のライン画像から補完されたライン画像との差分を、差分ライン画像として取得し、帯状体の表面の傾きを算出してもよい。【００１４】
データ処理部は、帯状体の表面の傾きを長手方向に積分して帯状体の表面の高さを算出してもよい。【００１５】
さらに形状検査装置は、帯状体に対して帯状の照明光を照射する少なくとも１つの付加照明光源を備えてもよい。このとき、測定制御部は、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングで、第１の照明光源、第２の照明光源、及び、付加照明光源を１つずつ逐次点灯させ、データ処理部は、第１のライン画像と第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、帯状体の表面の傾きを算出し、付加照明光源から付加照明光が照射されているときに前記ラインセンサカメラにより取得されたライン画像に基づいて、帯状体の表面状態を特定する。【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、帯状体の表面形状を検出する形状検査方法であって、帯状体が搬送されるライン上には、帯状体の表面を撮像しライン画像を取得するラインセンサカメラと、ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように配置され、ラインセンサカメラの撮像位置に対して帯状の照明光を逐次交互に照射する、第１の照明光源及び第２の照明光源と、が配置されており、第１の照明光源から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラにより取得されるライン画像を第１のライン画像とし、第２の照明光源から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラにより取得されるライン画像を第２のライン画像として、第１のライン画像と第２のライン画像とで撮像範囲の重複が生じないように、帯状体とラインセンサカメラとの相対速度であるライン速度に基づいて、第１の照明光源及び第２の照明光源の点灯タイミング及び発光時間と、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングとを制御し、第１のライン画像と第２のライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、帯状体の表面の傾きを算出する、形状検査方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、ライン速度が高速化しても測定対象物の表面形状を確実に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る形状検査装置の一構成例を示す説明図である。
【図２】帯状体の表面が水平であるときの、ラインセンサカメラにより取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図である。
【図３】帯状体の表面に水平面に対して傾斜した凹凸があるときの、ラインセンサカメラにより取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図であって、右肩下がりの傾斜における反射光の輝度の大きさを示す。
【図４】帯状体の表面に水平面に対して傾斜した凹凸があるときの、ラインセンサカメラにより取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図であって、右肩上がりの傾斜における反射光の輝度の大きさを示す。
【図５】同実施形態に係る形状検査装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体を側面から見た状態を示す。
【図６】図５の平面図である。
【図７】同実施形態に係る演算処理装置の全体構成の一例を示すブロック図である。
【図８】ラインセンサカメラのライン画像取得タイミング、第１の照明光源の点灯タイミング及び発光時間、及び、第２の照明光源の点灯タイミング及び発光時間の一例を示す図である。
【図９】図８のライン画像取得タイミングと、点灯タイミング及び発光時間とが設定されたときの、ラインセンサカメラにより取得されるライン画像の撮像範囲を示す説明図である。
【図１０】同実施形態に係るデータ処理部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】同実施形態に係るデータ処理部による差分画像生成処理を説明する説明図である。
【図１２】同実施形態に係るデータ処理部による差分画像生成処理の一変形例を示す説明図である。
【図１３】同実施形態に係るデータ処理部による差分画像生成処理の他の変形例を示す説明図である。
【図１４】同実施形態に係るデータ処理部による差分画像生成処理の他の変形例を示す説明図である。
【図１５】補間処理による画像の輝度変化のイメージを示す説明図である。
【図１６】図１１の差分画像生成処理に基づき生成される画像例を示す説明図である。
【図１７】図１６の分離画像に対して隣接画素補間処理を施し差分画像を生成した場合の画像例を示す説明図である。
【図１８】図１６の分離画像に対して線形補間処理を施し差分画像を生成した場合の画像例を示す説明図である。
【図１９】同実施形態に係る測定装置における照明光の反射角と表面の傾き角との関係を模式的に示した説明図である。
【図２０】帯状体の表面の傾きと輝度差との位置関係例を示すグラフである。
【図２１】同実施形態に係る形状検査方法の一例を示すフローチャートである。
【図２２】エリアカメラを用いた場合に生じる反射光の輝度差を説明する説明図である。
【図２３】ラインセンサカメラにより受光される反射光を説明する説明図である。
【図２４】本発明の第２の実施形態に係る形状検査装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体を側面から見た状態を示す。
【図２５】本発明の各実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２６】実施例において検査対象とした凹部及び錆領域の撮像画像、分離画像及び差分画像を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
＜１．第１の実施形態＞
［１−１．形状検査装置の概要］
まず、図１〜図４に基づいて、本発明の第１の実施形態に係る帯状体Ｓの形状検査装置（以下、単に「形状検査装置」ともいう。）１０の概要を説明する。図１は、本実施形態に係る形状検査装置１０の一構成例を示す説明図である。なお、以下の説明において、帯状体Ｓは、搬送ライン（図示せず。）上を所定の方向に向かって搬送されているものとし、帯状体Ｓの搬送方向は帯状体Ｓの長手方向に対応するものとする。図２は、帯状体Ｓの表面が水平であるときの、ラインセンサカメラ１０１により取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図である。図３及び図４は、帯状体Ｓの表面に水平面に対して傾斜した凹凸があるときの、ラインセンサカメラ１０１により取得される照明光の反射光の輝度の大きさを説明する説明図である。
【００２１】
本実施形態に係る形状検査装置１０は、所定の場所に載置されている鋼板や所定の搬送ライン上を搬送される鋼板等といった、各種の帯状体Ｓの表面形状（例えば、凹凸形状）を検出する装置である。
【００２２】
ここで、帯状体Ｓのマクロな形状は特に限定されるものではなく、例えば、スラブやビレットといった板状のものであってもよく、金属板が巻き取られたコイル状のものであってもよい。また、帯状体Ｓの成分も特に限定されるものではなく、鉄元素を主成分とする各種の鋼であってもよく、鉄と他の金属元素との各種合金であってもよいし、各種の非鉄金属であってもよい。
【００２３】
本実施形態に係る形状検査装置１０は、図１に示すように、測定装置１００と、演算処理装置２００と、を主に備える。
【００２４】
測定装置１００は、演算処理装置２００による制御のもとで、帯状体Ｓ（より詳細には、帯状体Ｓの表面）に対して第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５からそれぞれ照明光を照射するとともに、当該照明光が照査されている帯状体Ｓの表面をラインセンサカメラ１０１により撮像して撮像画像を取得する。測定装置１００は、取得した撮像画像を、演算処理装置２００に対して出力する。
【００２５】
演算処理装置２００は、測定装置１００による帯状体Ｓの測定処理を制御する。また、演算処理装置２００は、測定装置１００より取得された撮像画像に対して画像処理を行い、帯状体Ｓの表面形状を検出するために用いられる情報として、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。
【００２６】
本実施形態に係る形状検査装置１０では、図２に示すように、ラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向に対して対称となるように第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５が配置される。そして、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５を交互に点灯させて、それぞれの発光時間内でラインセンサカメラ１０１により帯状体Ｓの表面を撮像することで複数のライン画像を取得する。
【００２７】
演算処理装置２００は、第１の照明光源１０３から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像（「第１のライン画像」ともいう。）と、第２の照明光源１０５から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像（「第２のライン画像」ともいう。）との差分に基づいて、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。例えば、演算処理装置２００は、取得されたライン画像を撮像順に並べて生成される撮像画像から、第１のライン画像を分離して第１のライン画像からなる第１の分離画像を生成するとともに、第２のライン画像を分離して第２のライン画像からなる第２の分離画像を生成する。次いで、演算処理装置２００は、第１の分離画像と第２の分離画像との各画像の輝度値の差分をとることで差分画像を生成する。そして、演算処理装置２００は、当該差分画像に基づき帯状体Ｓの表面の傾きを算出し、帯状体Ｓの表面にある凹凸を検出する。
【００２８】
例えば、図２に示すように、帯状体Ｓの表面がラインセンサカメラ１０１の光軸と直交し、水平状態にあるとする。このとき、第１の照明光源１０３の照射光の帯状体Ｓの表面での反射光の輝度（以下、「第１の反射輝度」ともいう。）と、第２の照明光源１０５の照射光の帯状体Ｓの表面での反射光の輝度（以下、「第２の反射輝度」ともいう。）とは等しくなる。一方、図３及び図４に示すように、帯状体Ｓの表面に凹凸（例えばＶ字状の窪み）があった場合には、第１の反射輝度と第２の反射輝度とは異なる。すなわち、図３に示すように、凹凸の右肩下がりの傾斜部分に照明光が照射されたときには、第１の反射輝度より第２の反射輝度が大きくなる。一方、図４に示すように、凹凸の右肩上がりの傾斜部分に照明光が照射されたときには、第２の反射輝度より第１の反射輝度が大きくなる。
【００２９】
このように、帯状体Ｓの表面が水平である場合には２つの照明光の反射輝度は同一となり差はないが、帯状体Ｓの表面に凹凸がある場合には２つの照明光の反射輝度に差が生じる。しがたって、２つの照明光の反射輝度の差を取得できれば、帯状体Ｓの表面形状を取得できる。そこで、本実施形態では、帯状体Ｓの表面形状を取得するため、第１の照明光源１０３から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得された第１のライン画像と、第２の照明光源１０５から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得された第２のライン画像との輝度値の差分をとることにより、帯状体Ｓの表面における反射輝度の差を取得する。
【００３０】
本実施形態に係る形状検査装置１０では、測定装置１００による帯状体Ｓの測定処理や、演算処理装置２００による帯状体Ｓの表面の傾きの算出処理は、帯状体Ｓの搬送にあわせてリアルタイムに実施することが可能である。形状検査装置１０の使用者は、形状検査装置１０（より詳細には、演算処理装置２００）から出力される検出結果に着目することで、帯状体Ｓの表面形状をリアルタイムに把握して検査することが可能となる。また、形状検査装置１０により、演算した帯状体Ｓの表面の傾きに基づいて、自動的に帯状体Ｓの表面形状を判定することも可能である。以下、測定装置１００及び演算処理装置２００について、それぞれ詳述する。
【００３１】
［１−２．形状検査装置の構成］
（ａ）測定装置
まず、図５及び図６を参照しながら、本実施形態に係る測定装置１００について、詳細に説明する。なお、図５は、本実施形態に係る形状検査装置１０を構成する測定装置１００の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体Ｓを側面から見た状態を示す。図６は、図５の平面図である。
【００３２】
本実施形態に係る測定装置１００は、図５及び図６に示すように、ラインセンサカメラ１０１と、第１の照明光源１０３と、第２の照明光源１０５とを有する。ラインセンサカメラ１０１、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、これらの設定位置が変化しないように、公知の手段により固定されている。帯状体Ｓは、ラインセンサカメラ１０１及び各照明光源１０３、１０５に対して相対的に移動している。ラインセンサカメラ１０１は、搬送方向（すなわち、帯状体Ｓの長手方向）に移動する帯状体Ｓの表面を、順次撮像する。
【００３３】
このとき、ラインセンサカメラ１０１により取得された各ライン画像に対応する帯状体Ｓの領域は、それぞれ互いに重複しないものとする。つまり、ラインセンサカメラ１０１は、隣接するライン画像取得タイミングにおいて、帯状体Ｓの異なる領域を撮像しており、帯状体Ｓの同じ領域を重複して撮像することはない。
【００３４】
（ラインセンサカメラ）
ラインセンサカメラ１０１は、１次元のライン単位で画像を撮像する撮像装置である。ラインセンサカメラ１０１としては、例えば、モノクロラインセンサカメラであってもよく、３ＣＣＤ方式等の、公知のカラーラインセンサカメラであってもよい。カラーラインセンサカメラを用いる場合には、検査対象の帯状体Ｓの表面の色も把握することが可能である。
【００３５】
ラインセンサカメラ１０１は、例えば図５に示すように、その光軸の正反射方向が帯状体Ｓの表面に対して垂直となるように、帯状体Ｓの上方（Ｚ軸正方向側）に配置される。このとき、ラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向と帯状体Ｓの表面の法線方向とのなす角は０°である。なお、本発明は、かかる例に限定されず、ラインセンサカメラ１０１は、必ずしも光軸の正反射方向が帯状体Ｓの表面に対して垂直である必要はなく、他の角度から帯状体Ｓの表面を撮像するように配置されてもよい。
【００３６】
また、ラインセンサカメラ１０１は、当該ラインセンサカメラ１０１により取得されるライン画像の長手方向（Ｙ方向）が帯状体Ｓの搬送方向（Ｘ方向）に対して略直交するように配置される。なお、ライン画像の長手方向と帯状体Ｓの搬送方向とは、厳密に直交していなくともよく、±１０°程度の傾きがあっても許容し得る。
【００３７】
ラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光源１０３の第１の照明光または第２の照明光源１０５の第２の照明光が照射されている帯状体Ｓの表面を撮像する。本実施形態に係る測定装置１００は、演算処理装置２００の測定制御部２０３からの制御情報に基づいて、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とを交互に逐次点灯させ、それぞれの点灯タイミングから発光時間内でラインセンサカメラ１０１により帯状体Ｓの表面を撮像する。したがって、ラインセンサカメラ１０１は、第１の照明光源１０３が照射されているときに撮像されたライン画像（第１のライン画像）と、第２の照明光源１０５が照射されているときに撮像されたライン画像（第２のライン画像）とを交互に取得している。
【００３８】
ラインセンサカメラ１０１は、帯状体Ｓの表面を撮像して取得したライン画像を、演算処理装置２００に出力する。ライン画像が入力された演算処理装置２００は、データ処理部２０５により、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する処理が行われる。
【００３９】
（照明光源）
本実施形態に係る測定装置１００は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５の、２つの照明光源を備える。第１の照明光源１０３は、帯状体Ｓの表面に対して第１の照明光を照射し、第２の照明光源１０５は、帯状体Ｓの表面に対して第２の照明光を照射する。本実施形態において、第１の照明光源１０３の第１の照射光と第２の照明光源１０５の第２の照射光とは、同一色とすることが望ましい。例えば、第１の照明光源１０３の第１の照射光が白色光であるときには、第２の照明光源１０５の第２の照射光も白色光とする。第１の照明光及び第２の照明光の色は、特に限定されるものではなく、検査対象に応じて決定すればよい。また、第１の照明光及び第２の照明光は、可視光でなくともよく、赤外光あるいは紫外光であってもよい。すなわち、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、波長、出力強度、光源の種類等の照射条件が略同一の光源を用いるのがよい。
【００４０】
第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、例えば図６に示すように、帯状体Ｓの幅方向のほぼ全域にわたって照明光を照射するように構成される。このように照射光を照射することが可能であれば、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５として、任意の光源を利用することが可能である。例えば、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、棒状のＬＥＤ照明であってもよく、レーザ光をロッドレンズ等により線状に広げた構成の照明であってもよい。また、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５に利用する可視光光源としては、単波長のレーザ光あるいはＬＥＤを用いてもよく、連続スペクトルを有する光源を用いてもよい。
【００４１】
また、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とは、図５に示すように、ラインセンサカメラ１０１の光軸の帯状体Ｓの表面での正反射方向に対して対称となるようにそれぞれ配置される。図５に示す例では、ラインセンサカメラ１０１は、その光軸の正反射方向が帯状体Ｓの表面に対して垂直となるように配置されているため、ラインセンサカメラ１０１の光軸と、当該光軸の帯状体Ｓの表面での正反射方向とは同一である。したがって、第１の照明光源１０３の光軸とラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第１の角度：θ１）と、第２の照明光源１０５の光軸とラインセンサカメラ１０１の光軸とのなす角度（第２の角度：θ２）とが略等しくなるように、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は配置されている。
【００４２】
なお、第１の角度θ１と第２の角度θ２とが略等しいとは、第１の角度θ１と第２の角度θ２とが同一である場合のみならず、凹凸の存在しない平面を第１の照明光源１０３または第２の照明光源１０５を照射してラインセンサカメラ１０１により帯状体Ｓの表面を撮像した場合に、凹凸の存在しない平面が、かかる平面に存在する汚れ等による輝度の変化を含めて互いに同じように見える範囲の角度差を有している場合をも含む。この第１の角度θ１と第２の角度θ２との角度差｜θ１−θ２｜は、例えば、１０°以内であることが好ましく、５°以内であることが更に好ましい。このような範囲の角度差であれば、凹凸の存在しない平面をそれぞれの照明光を照射してラインセンサカメラ１０１により撮像した場合に、２つの撮像画像が互いに同じように見えるものとなる。
【００４３】
また、第１の角度θ１及び第２の角度θ２の大きさは、それぞれ、光源の設置上の制約が存在しない範囲でなるべく大きな角度とすることが好ましい。これにより、それぞれの照明光の乱反射をラインセンサカメラ１０１で測定させることが可能となる。例えば、第１の角度θ１及び第２の角度θ２の大きさは、共に３０°以上とすることが好ましい。第１の角度θ１及び第２の角度θ２の大きさをそれぞれ３０°以上とすることで、ラインセンサカメラ１０１によって測定される角度変化に対する輝度値の相対変化を更に大きくすることが可能となる。
【００４４】
第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とは、演算処理装置２００の測定制御部２０３からの制御情報に基づいて交互に点灯される。第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とのそれぞれの発光時間内で、ラインセンサカメラ１０１は帯状体Ｓの表面を撮像してライン画像を取得する。
【００４５】
以上、本実施形態に係る測定装置１００の構成について説明した。図５及び図６では、搬送方向の上流側に第１の照明光源１０３が配置され、搬送方向の下流側に第２の照明光源１０５が配置される場合について示したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、搬送方向の上流側に第２の照明光源１０５が配置され、下流側に第１の照明光源１０３が配置されてもよい。
【００４６】
（ｂ）演算処理装置
次に、図７〜図２０に基づいて、本実施形態に係る形状検査装置１０が備える演算処理装置２００の構成について、詳細に説明する。なお、図７は、本実施形態に係る演算処理装置２００の全体構成の一例を示すブロック図である。図８は、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミング、第１の照明光源１０３の点灯タイミング及び発光時間、及び、第２の照明光源１０５の点灯タイミング及び発光時間の一例を示す図である。図９は、図８のライン画像取得タイミング、点灯タイミング及び発光時間が設定されたときの、ラインセンサカメラ１０１により取得されるライン画像の撮像範囲を示す説明図である。図１０は、本実施形態に係るデータ処理部２０５の構成の一例を示すブロック図である。図１１は、本実施形態に係るデータ処理部２０５による差分画像生成処理を説明する説明図である。図１２〜図１４は、本実施形態に係るデータ処理部２０５による差分画像生成処理の一変形例を示す説明図である。図１５は、補間処理による画像の輝度変化のイメージを示す説明図である。図１６は、図１１の差分画像生成処理に基づき生成される画像例を示す説明図である。図１７は、図１６の分離画像に対して隣接画素補間処理を施し差分画像を生成した場合の画像例を示す説明図である。図１８は、図１６の分離画像に対して線形補間処理を施し差分画像を生成した場合の画像例を示す説明図である。図１９は、本実施形態に係る測定装置１００における照明光の反射角と表面の傾き角との関係を模式的に示した説明図である。図２０は、帯状体の表面の傾きと輝度差との位置関係例を示すグラフである。
【００４７】
なお、「点灯タイミング」とは、照明光源が点灯する時点（すなわち、光り始めた時点）を指し、「発光時間」とは、照明光源が点灯してから消灯するまでの時間をいう。また、「ライン画像取得タイミング」は、照明光源が点灯し、かつ、ラインセンサカメラ１０１の撮像素子が露光されている状態となっている時を指す。照明光源が点灯しているが露光していないタイミングや、露光しているが照明光源が点灯していないタイミングでは、画像の情報を取得できない。このようなタイミングは、ライン画像取得タイミングには含まれない。
【００４８】
本実施形態に係る演算処理装置２００は、測定装置１００により取得された撮像画像に基づいて、帯状体Ｓの表面形状の検出のため、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する装置である。演算処理装置２００は、図７に示すように、データ取得部２０１と、測定制御部２０３と、データ処理部２０５と、表示制御部２０７と、記憶部２０９と、を主に備える。
【００４９】
（データ取得部）
データ取得部２０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。データ取得部２０１は、測定装置１００のラインセンサカメラ１０１によって撮像された撮像画像を取得し、後述するデータ処理部２０５へと伝送する。また、データ取得部２０１は、取得した撮像画像に、当該撮像画像を撮像した日時等に関する時刻情報を紐づけて、履歴情報として後述する記憶部２０９に格納してもよい。
【００５０】
（測定制御部）
測定制御部２０３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。測定制御部２０３は、本実施形態に係る測定装置１００による帯状体Ｓの測定を制御する。より詳細には、測定制御部２０３は、帯状体Ｓの測定を開始する場合に、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５に対して、照明光を照射させるための制御信号を送出する。
【００５１】
また、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５が帯状体Ｓの表面に対して各照明光の照射を開始すると、測定制御部２０３は、帯状体Ｓと測定装置１００との間の相対的な位置を変化させる駆動機構等から定期的に送出されるＰＬＧ信号（例えば、帯状体Ｓが１ｍｍ移動する毎等に出力されるＰＬＧ信号）に基づいて、ラインセンサカメラ１０１に対して測定を開始するためのトリガ信号を送出する。これにより、測定装置１００は、帯状体Ｓの搬送方向の各位置における測定データ（ライン画像）を取得することが可能となる。
【００５２】
本実施形態に係る測定制御部２０３は、帯状体Ｓとラインセンサカメラ１０１との相対速度であるライン速度に基づいて、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とが逐次交互に照明光を照射するように、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５を制御する。そして、測定制御部２０３は、ライン速度に基づいて、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とがそれぞれ照明光を照射している発光時間内においてラインセンサカメラ１０１により帯状体Ｓの表面を撮像するように、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミングを制御する。
【００５３】
例えば、図８に示すように、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミング、第１の照明光源１０３の点灯タイミング及び発光時間、及び、第２の照明光源１０５の点灯タイミング及び発光時間が設定されているとする。このとき、図９に示すように、帯状体Ｓ上でのラインセンサカメラ１０１の一画素当たりの帯状体Ｓの搬送方向の長さ（以下、「画素長さ」とする。）をＤ、帯状体Ｓとラインセンサカメラ１０１との相対速度であるライン速度をＶとする。また、図８に示すように、ラインセンサカメラ１０１による先の撮像が終わり、次の撮像が始まるまでの時間を撮像間隔ｂとして設定する。撮像間隔ｂは、ラインセンサカメラ１０１による撮像が行われない時間である。
【００５４】
時間ｔ１にて第１の照明光源１０３が点灯した瞬間に、帯状体Ｓの画素長さＤの範囲がラインセンサカメラ１０１の撮像範囲に入る。その後、時間ｔ２となるまで（発光時間ｄの間）第１の照明光源１０３は発光し続け、その間、帯状体Ｓはライン速度Ｖでδ（＝Ｖｄ）だけ移動する。したがって、ラインセンサカメラ１０１により取得された第１のライン画像Ｅ１はＤ＋δの撮像範囲の画像となる。
【００５５】
次いで、時間ｔ３の直前まで、ラインセンサカメラ１０１により画像が取得されることなく、帯状帯Ｓはライン速度Ｖで移動する。そして、時間ｔ３となった時点で、第２の照明光源１０５が点灯し、時間ｔ４までの間、第１の照明光源１０３の点灯時と同様に、ラインセンサカメラ１０１により撮像範囲Ｅ２が第２のライン画像として取得される。
【００５６】
帯状体Ｓ上において、撮像間隔ｂとライン速度Ｖとの積（Ｖｂ）が画素長さＤ以上であれば、すなわち下記式（１）を満たせば、第２のライン画像取得開始時には、第１のライン画像Ｅ１は、ラインセンサカメラ１０１の撮像範囲（画素長さＤの範囲）から外れている。このため、第１のライン画像と第２のライン画像とは重複しない。したがって、第１のライン画像取得時と第２のライン画像取得時の間に、繰り返し撮像間隔ｂを設ければ、第１のライン画像と第２のライン画像とで撮像範囲は重複しないものとなる。なお、ラインセンサカメラ１０１によって帯状体Ｓの表面を隙間なく撮像する必要はなく、隣り合うライン画像取得タイミングにて取得されたライン画像間に、撮像されていない帯状体Ｓの領域が存在してもよい。
【００５７】
ｂ≧Ｄ／Ｖ      ・・・（１）
【００５８】
なお、後述の通り、第１のライン画像と第２のライン画像とから１つの差分ライン画像が得られる。したがって、帯状体Ｓの移動中における第１の照明の照射時の撮像範囲Ｅ１及び第２の照明の照射時の撮像範囲Ｅ２は、図９に示すように、対象形状の認識に必要な分解能Ｒの半分以下とする必要がある。撮像範囲Ｅ１と撮像範囲Ｅ２とが等しい場合（Ｅ１＝Ｅ２＝Ｅ）、帯状体Ｓの搬送によるずれ量δは発光時間ｄとライン速度Ｖとの積（Ｖｄ）となる。したがって、発光時間ｄは下記式（２）に基づき設定すればよい。
【００５９】
ｄ＝（Ｅ−Ｄ）／Ｖ      ・・・（２）
【００６０】
また、形状検出の分解能を高める（すなわち、Ｒ＝２×Ｅを小さくする）ためには、第１の照明光源及び第２の照明光源の発光時間ｄを短くするか、帯状体Ｓ上での画素長さＤを小さくすればよい。
【００６１】
（データ処理部）
データ処理部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。データ処理部２０５は、測定装置１００により取得されたライン画像を処理し、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。本実施形態に係るデータ処理部２０５は、例えば図１０に示すように、分離画像生成部２１１と、差分画像生成部２１３と、傾き算出部２１５と、高さ算出部２１７と、を備える。
【００６２】
分離画像生成部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現され、撮像画像から、第１の照明光源１０３の点灯タイミングで取得されたライン画像（第１のラン画像）からなる第１の分離画像、及び、第２の照明光源１０５の点灯タイミングで取得されたライン画像（第２のライン画像）からなる第２の分離画像を生成する。本実施形態において、撮像画像は、図１１に示すように、交互に点灯される第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５のそれぞれの発光時間内において、ラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像を、撮像順に並べて生成された画像である。例えば、第１の照明光源１０３の発光時間内にライン１、３、５、７の奇数ラインのライン画像が撮像され、第２の照明光源１０５の発光時間内にライン２、４、６、８の偶数ラインのライン画像が撮像されたとする。このとき、撮像画像は、図１１に示すように、長手方向に沿って奇数ラインのライン画像と偶数ラインのライン画像とが交互に配列された画像となる。
【００６３】
分離画像生成部２１１は、このような撮像画像を、第１の照明光源１０３が点灯されている間に取得された奇数ラインのライン画像と、第２の照明光源１０５が点灯されている間に取得された偶数ラインのライン画像とに分離する。そして、分離画像生成部２１１は、２つに分離されたライン画像をそれぞれ撮像順に並べ、２つの分離画像を生成する。例えば、奇数ラインのライン画像からなる分離画像を第１の分離画像、偶数ラインのライン画像からなる分離画像を第２の分離画像とする。したがって、第１の分離画像は、第１の照明光源１０３が点灯されている間に取得されたライン画像からなり、第２の分離画像は、第２の照明光源１０５が点灯されている間に取得されたライン画像からなる。
【００６４】
分離画像生成部２１１は、第１の分離画像及び第２の分離画像を生成すると、差分画像生成部２１３へ出力する。
【００６５】
差分画像生成部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現され、第１の分離画像と第２の分離画像との差分画像を生成する。差分画像は、第１のライン画像と第２のライン画像とから取得される１つの差分ライン画像を、撮像順に並べて生成された画像ともいえる。例えば図１１に示すような第１の分離画像と第２の分離画像とが生成されたとき、差分画像生成部２１３は、第１の分離画像と第２の分離画像とで対応する画素における輝度値の差分を算出し、輝度値の差分により表される差分画像を生成する。差分画像には、第１の分離画像と第２の画像とで輝度値の異なる部分が現れることになる。差分画像生成部２１３は、生成した差分画像を、傾き算出部２１５へ出力する。
【００６６】
なお、差分画像の生成処理においては、必ずしも図１１に示したように撮像画像と分離画像（第１の分離画像及び第２の分離画像）とを生成しなくともよい。
【００６７】
例えば図１２に示すように、ラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像を撮像順に並べた撮像画像が生成されなくとも、分離画像生成部２１１は、分離画像を生成することができる。この場合、ラインセンサカメラ１０１はライン画像を取得する毎に分離画像生成部２１１へ出力する。分離画像生成部２１１は、ラインセンサカメラ１０１から入力されたライン画像を、第１の分離画像を記録する第１メモリと第２の分離画像を記録する第２メモリとに振り分け、第１の分離画像及び第２の分離画像を生成する。ラインセンサカメラ１０１から入力されたライン画像の振り分けは、例えば、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミング毎にライン画像の出力先のメモリを切り替えることにより行ってもよい。
【００６８】
また、例えば図１３及び図１４に示すように、撮像画像及び分離画像を生成せずに差分画像を生成することも可能である。この場合、データ処理部２０５に分離画像生成部２１１は設ける必要はなく、ラインセンサカメラ１０１から入力されたライン画像は差分画像生成部２１３にて処理される。このとき、データ処理部２０５は、１ライン画像を格納する遅延メモリ２１９を備える。
【００６９】
図１３の例では、ラインセンサカメラ１０１から入力されたライン画像はそれぞれ、差分器２１３ａに出力されるとともに、遅延メモリ２１９へも格納される。遅延メモリ２１９へ格納されたライン画像は、１ライン画像取得タイミング分遅れて差分器２１３ａへ出力される。例えば、差分画像生成部２１３は、１番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像（以下、「１番目のライン画像」とする。）を、差分器２１３ａに出力するとともに、遅延メモリ２１９へ格納する。このとき、差分器２１３ａから差分画像を記録する差分画像メモリへの出力は行われない。
【００７０】
次いで、２番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像（以下、「２番目のライン画像」とする。）が入力されると、差分画像生成部２１３は同様に、２番目のライン画像を、差分器２１３ａに出力するとともに、遅延メモリ２１９へ格納する。このとき、２番目のライン画像が格納される前に、遅延メモリ２１９から、１番目のライン画像が差分器２１３ａへ出力される。差分器２１３ａは、１番目のライン画像と２番目のライン画像との輝度値の差分をとり、これらのライン画像の差分を差分画像メモリへ出力する。その後もライン画像が入力される毎に、同様の処理が繰り返される。このように、遅延メモリ２１９を用いてライン画像から直接輝度値の差分を算出可能とすることで、分離画像を生成することなく差分画像を生成することができる。
【００７１】
また、図１３の例では、１ライン画像取得タイミングおきにライン画像の輝度値の差分が差分画像メモリへ出力されるように構成されていたが、ライン画像取得タイミング毎にライン画像の輝度値の差分が差分画像メモリへ出力されるように構成することもできる。例えば図１４に示すように、遅延メモリ２１９と差分器２１３ａとの間に、輝度値の差分をとるライン画像の順序を入れ替えるスイッチ２１３ｂを設ける。スイッチ２１３ｂは、ライン画像の出力について、出力Ａと出力Ｂとを設定することができる。
【００７２】
出力Ａは、遅延メモリ２１９に格納されているｎ番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像（以下、「ｎ番目のライン画像」とする。）と、ｎ＋１番目のライン画像取得タイミングで取得されたライン画像（以下、「ｎ＋１番目のライン画像」とする。）とを、そのままの順序で差分器２１３ａに出力する。このとき、差分器２１３ａは、ｎ番目のライン画像の輝度値からｎ＋１番目のライン画像の輝度値を引き、差分を算出する。出力Ｂは、遅延メモリ２１９に格納されているｎ番目のライン画像とｎ＋１番目のライン画像との順序を入れ替えて、差分器２１３ａに出力する。このとき、差分器２１３ａは、ｎ＋１番目のライン画像の輝度値からｎ番目のライン画像の輝度値を引き、差分を算出する。
【００７３】
スイッチ２１３ｂは、ラインセンサカメラ１０１からライン画像が１つ入力される毎に切り替えられる。差分器２１３ａは、ラインセンサカメラ１０１からライン画像が１つ入力される毎にライン画像の輝度値の差分を算出し、差分画像メモリへ出力する。これにより、生成される差分画像は、ラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像を撮像順に並べた撮像画像と同一サイズとなる。
【００７４】
ここで、図１１〜図１３に示す構成によって生成される差分画像は、長手方向のサイズが撮像画像の１／２となる。これは、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とが交互に点灯されるためであり、図１１及び図１２の第１の分離画像及び第２の分離画像、及び、図１１〜図１３の差分画像は、ラインセンサカメラ１０１の撮像分解能の１／２で取得された画像ともいえる。このため、ラインセンサカメラ１０１の撮像分解能は、必要分解能の２倍に設定されるのが望ましい。
【００７５】
また、図１１及び図１２の第１の分離画像及び第２の分離画像について、撮像画像と画像サイズを合わせるための補間処理を行ってもよい。補間処理としては、例えばライン１、１、３、３、５、５、７、７、といったように各ライン画像を２つずつ配列することにより分離画像を補間する隣接画素補間（図１５上側中央）を行ってもよい。あるいは、分離画像の元画像に対し、隣接するライン画像において隣接する画素の輝度値の平均値を補間する線形補間（図１５上側右）を行ってもよい。
【００７６】
図１５下側に、元画像の画素１〜５の輝度値の変化と、補間処理が施された分離画像の画素１〜９の輝度値の変化とを示す。隣接画素補間を行った分離画像では、同一の輝度値で補間を行っているため輝度値の変化はがたつきが生じるが、線形補間を行った分離画像では、滑らかに輝度値が変化していることがわかる。このように、分離画像の元画像に対して線形補間を行うことで、元画像の分解能を維持しつつ、帯状体Ｓの表面にある凹凸の形態に類似した輝度変化を再現することが可能となる。
【００７７】
実際に取得される画像例を図１６〜図１８に示す。図１６は、図１１に示す処理により得られる撮像画像、第１の分離画像、第２の分離画像、及び、差分画像を示している。図１６の第１の分離画像、第２の分離画像、及び、差分画像の長手方向のサイズは、撮像画像の１／２となっている。図１６の第１の分離画像及び第２の分離画像に対して隣接画素補間を施すと、図１７に示すように、第１の分離画像、第２の分離画像、及び、差分画像の長手方向のサイズは撮像画像と同一となる。また、図１６の第１の分離画像及び第２の分離画像に対して線形補間を施すと、図１８に示すように、図１７と同様、第１の分離画像、第２の分離画像、及び、差分画像の長手方向のサイズは撮像画像と同一となる。さらに、補間後の分離画像及び差分画像は、隣接画素補間を行った図１７の場合よりも滑らかな画像となる。このように、分離画像の元画像に対して線形補間を行うことで、元画像の分解能を維持しつつ、帯状体Ｓの表面にある凹凸の形態に類似した輝度変化を再現することができる。
【００７８】
図１０の説明に戻り、傾き算出部２１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現され、差分画像生成部２１３により生成された差分画像に基づいて、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。傾き算出部２１５は、差分画像生成部２１３により生成された差分画像を輝度値の差分を表す輝度差データとして、輝度差と帯状体Ｓの表面の傾きとの関係性に基づき、帯状体Ｓの表面の傾きの方向と大きさを算出する。
【００７９】
ここで、図１９および図２０に基づき、輝度差と帯状体Ｓの表面の傾きとの関係性について説明する。例えば図１９に示すように、帯状体Ｓの表面が、ラインセンサカメラ１０１の光軸と直交する水平面にあるときを基準として、傾き角φだけ傾いていたとする。本実施形態では、第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とは、第１の角度θ１と第２の角度θ２とが略等しくなるように設置されている。そのため、水平を維持している帯状体Ｓの表面を撮像した場合、ラインセンサカメラ１０１によって検出される第１の照明光の反射光の輝度と第２の照明光の反射光の輝度とは、波長の違いによる補正定数分の小さな差を除いてゼロと考えることができる。ここで、水平を維持している帯状体Ｓの表面に、帯状体Ｓの長手方向の傾きが生じると、各照明光の反射の度合いが変化して、図２０に示すように各反射光の輝度差が変化する。
【００８０】
図２０より、原点付近でのグラフの傾き（すなわち、変換係数）をαと表わすと、輝度差ΔＬと傾き角φとは、ΔＬ＝α×φという関係で表わすことができる。そこで、傾き算出部２１５は、差分画像から特定される各画素の輝度差ΔＬと変換係数αとを用いることで、各輝度差ΔＬを表面の傾き角φに変換することができる。着目している帯状体Ｓの表面の傾きは、輝度差から換算された傾き角φにおける正接（ｔａｎｇｅｎｔ）に対応する。そこで、傾き算出部２１５は、算出した傾き角φにおける正接であるｔａｎφを算出することで、着目している帯状体Ｓの表面の傾きを算出することができる。このようにして算出された傾きは、その正負が傾きの方向を表わしており、絶対値が傾きの具体的な大きさを表わしている。
【００８１】
なお、予め特定された変換係数αに関する情報は、例えば記憶部２０９等に格納されており、傾き算出部２１５は、傾きの算出処理を実施する際に記憶部２０９から変換係数に関する情報を取得して、輝度差を傾き角へと変換する。傾き算出部２１５は、このような処理を輝度差のデータの全ての要素に対して実施することで、帯状体Ｓの表面全体についての傾きの値のデータ群（換言すれば、傾きの値に関するマップデータ）を得る。このようにして得られる傾きの値のデータ群が、帯状体Ｓの形状（より詳細には、表面形状）を検査する際に用いられる検査用情報となる。また、かかる検査用情報に含まれる傾きの値を輝度値の高低や濃淡に置き換えることで、検査用情報を画像化することも可能である。生成された傾きに関するマップデータを画像化して傾き画像とすることで、傾き画像に基づく形状検査を行うことも可能となる。
【００８２】
また、傾き算出部２１５は、算出した傾きを所定の閾値と比較することで、帯状体Ｓの表面の形状の検査を行うことも可能である。すなわち、過去の操業データ等に基づいて公知の統計処理等を実施することで、帯状体Ｓの表面に異常部分が存在する場合における表面の傾きの閾値を予め特定しておき、記憶部２０９等に格納しておく。その上で、傾き算出部２１５は、算出した傾きの値と閾値との大小関係を特定することで、着目している帯状体Ｓの表面に異常部分が存在するか否かを検査することが可能となる。
【００８３】
傾き算出部２１５は、算出した帯状体Ｓの表面の傾きに関するデータを、高さ算出部２１７に出力する。
【００８４】
高さ算出部２１７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現され、傾き算出部２１５によって算出された帯状体Ｓの表面の傾きを用いて、着目している帯状体Ｓの表面の高さを算出する。
【００８５】
具体的には、高さ算出部２１７は、傾き算出部２１５によって算出された帯状体Ｓの表面の傾きｔａｎφを、ラインセンサカメラ１０１と帯状体Ｓの相対的な移動方向である帯状体Ｓの長手方向（換言すれば、ラインセンサカメラ１０１の走査方向）に沿って積分することで、帯状体Ｓの表面の高さを算出する。
【００８６】
高さ算出部２１７は、かかる積分処理を表面の傾きに関するデータの全ての要素に対して実施することで、帯状体Ｓの表面全体についての表面の高さに関するデータ群（換言すれば、表面の高さに関するマップデータ）を得ることができる。このようにして得られる表面の高さに関するデータ群が、帯状体Ｓの形状（より詳細には、表面形状）を検査する際に用いられる検査用情報となる。また、かかる検査用情報に含まれる表面の高さに関する値を輝度値の高低や濃淡に置き換えることで、検査用情報を画像化することも可能である。生成された表面の高さに関するマップデータを画像化して高さ画像とすることで、高さ画像に基づく形状検査を行うことも可能となる。
【００８７】
以上の機能を備えるデータ処理部２０５は、帯状体Ｓの表面の傾きを算出し、帯状体Ｓの表面形状を検査するための検査用情報の算出処理を終了すると、得られた処理結果に関する情報を、表示制御部２０７に伝送する。
【００８８】
（表示制御部）
図７の説明に戻り、表示制御部２０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置等により実現される。表示制御部２０７は、データ処理部２０５から伝送された、帯状体Ｓの表面形状に関する検査用情報の算出結果を含む各種の処理結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、形状検査装置１０の利用者は、帯状体Ｓの表面の傾きや高さ等といった各種の処理結果を、その場で把握することが可能となる。
【００８９】
（記憶部）
記憶部２０９は、例えば本実施形態に係る演算処理装置２００が備えるＲＡＭやストレージ装置等により実現される。記憶部２０９には、本実施形態に係る演算処理装置２００が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、又は、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。この記憶部２０９に対し、データ取得部２０１、測定制御部２０３、データ処理部２０５、表示制御部２０７等は、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
［１−３．形状検査方法］
図２１に基づいて、本実施形態に係る形状検査装置１０で実施される形状検査方法の一例について説明する。なお、図２１は、本実施形態に係る形状検査方法の一例を示すフローチャートである。
【００９３】
図２１に示すように、まず、形状検査装置１０の測定装置１００により、演算処理装置２００の測定制御部２０３の制御下で、ライン速度に基づいて、帯状体Ｓの表面の所定領域を、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５を交互に逐次点灯させながら、それぞれの点灯タイミングで照明光が照射されている発光時間内のライン画像取得タイミングでラインセンサカメラ１０１により撮像し、ライン画像を取得する（ステップＳ１００）。ラインセンサカメラ１０１は、取得したライン画像を、演算処理装置２００へ出力する。
【００９４】
次いで、演算処理装置２００のデータ取得部２０１は、測定装置１００から入力されたライン画像を取得すると、入力されたライン画像からデータ処理部２０５の分離画像生成部２１１にて分離画像を生成する（Ｓ１１０）。分離画像生成部２１１は、例えば図１１に示したように、撮像画像から、第１の照明光源１０３から第１の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像からなる第１の分離画像、及び、第２の照明光源１０５から第２の照明光が照射されているときにラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像からなる第２の分離画像を生成する。そして、分離画像生成部２１１は、生成した第１の分離画像及び第２の分離画像を、差分画像生成部２１３へ出力する。
【００９５】
差分画像生成部２１３は、第１の分離画像と第２の分離画像とに基づき差分画像を生成する（Ｓ１２０）。差分画像生成部２１３は、第１の分離画像と第２の分離画像とで対応する画素における輝度値の差分を算出し、差分画像を生成する。差分画像生成部２１３は、生成した差分画像を、傾き算出部２１５へ出力する。
【００９６】
なお、ステップＳ１１０及びＳ１２０では、撮像画像から第１の分離画像及び第２の分離画像を生成し、その後、差分画像を生成したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、図１２に示したように、撮像画像を生成せずに分離画像を生成してもよい。あるいは、図１３及び図１４に示したように、撮像画像、第１の分離画像及び第２の分離画像を生成せずに差分画像を生成してもよい。さらに、図１５に示したように、分離画像を生成する際、分離画像の元画像に対して補間処理を行ってもよい。
【００９７】
図２１の説明に戻り、差分画像の入力を受けた傾き算出部２１５は、差分画像に基づき、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する（Ｓ１３０）。傾き算出部２１５は、差分画像を輝度値の差分を表す輝度差データとして、予め取得されている輝度差と帯状体Ｓの表面の傾きとの関係性に基づき、帯状体Ｓの表面の傾きの方向と大きさを算出する。そして、傾き算出部２１５は、算出した傾きに関するデータを、高さ算出部２１７へ出力する。このとき、傾き算出部２１５は、算出した傾きに関するデータを検査用情報として、表示制御部２０７へ出力してもよい。
【００９８】
その後、高さ算出部２１７は、傾き算出部２１５から出力された傾きに関するデータに含まれる傾きを積分し、帯状体Ｓの表面の高さを算出する（ステップＳ１４０）。高さ算出部２１７は、得られた帯状体Ｓの表面の高さに関するデータを検査用情報として、表示制御部２０７へ出力してもよい。
【００９９】
帯状体Ｓの表面検査に用いられる各種の検査用情報の入力を受けた表示制御部２０７は、得られた結果を、ユーザや外部に設けられた各種の機器に出力してもよい。これにより、ユーザは、帯状体Ｓの形状に関する検査結果を把握することが可能となる。
【０１００】
［１−４．まとめ］
以上、本発明の第１の実施形態に係る形状検査装置１０の構成と、これによる帯状体Ｓの形状検査方法について説明した。本実施形態によれば、ラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向に対して対称となるように第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とを配置して、ライン速度に基づいて、ラインセンサカメラ１０１のライン画像取得タイミングで第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とを１つずつ逐次点灯させて、撮像範囲の重複が生じないように複数のライン画像を取得する。そして、演算処理装置２００は、第１の照明光源１０３の発光時間内に取得されたライン画像と、第２の照明光源１０５の発光時間内に取得されたライン画像とに基づき得られる差分ライン画像に基づいて、帯状体Ｓの表面の傾きを算出する。
【０１０１】
従来の手法では、できるだけ同一の検査対象部位の位置ずれを起こさないように、２方向から照射される照明光のそれぞれの発光時間内にライン画像を取得するため、２つの光源の発光間隔及び発光時間、カメラの露光時間を小さくなければならず、ライン速度の高速化への対応が難しかった。これに対して、本実施形態に係る手法によれば、第１の照明光源が発光されているときに取得された第１のライン画像と、第２の照明光源が発光されているときに取得された第２のライン画像とは、帯状体Ｓの同一部位を撮像したものである必要はなく、隣接する部位を撮像した第１のライン画像と第２のライン画像との差分が取得できればよい。
【０１０２】
本実施形態に係る手法では、従来の手法のように同一の検査対象部位の位置ずれを考慮しなくてもよいため、照明光の発光時間を、十分な光量を得ることの可能な長さに設定することができる。したがって、ラインセンサカメラ１０１により明瞭なライン画像を取得することが可能であり、帯状体Ｓの表面形状を高精度に検出することが可能となる。また、従来の手法に比べてデータ処理負荷も低いため、ライン速度の高速化にも対応可能である。
【０１０３】
さらに、本実施形態に係る手法では、ラインセンサカメラ１０１の撮像分解能を高くすることで、分離画像から生成される差分画像において、元画像の分解能を維持することができる。これにより、２つの照明光源のそれぞれの発光時間内にて同一の検査対象部位を撮像して取得されたライン画像を重ねなくとも、帯状体Ｓの表面形状をより高精度に検出することが可能となる。
【０１０４】
また、搬送ラインでの帯状体Ｓの搬送方向におけるラインセンサカメラ１０１と第１の照明光源１０３または第２の照明光源１０５とのなす角度は常に一定であるため、検出精度を安定的に保つことができる。例えば、図２２に示すように、第１の照明光源１３及び第２の照明光源１５により照明された帯状体Ｓの表面をエリアカメラ１１により撮像する場合、帯状体Ｓの搬送方向にも二次元的に撮像される。このため、エリアカメラ１１により撮像された１枚の撮像画像において、帯状体Ｓの長手方向（すなわち搬送方向）の位置に応じて、エリアカメラ１１の光軸と第１の照明光源１３の光軸とがなす第１の角度θ１と、エリアカメラ１１の光軸と第２の照明光源１５の光軸とがなす第２の角度θ２とに差異が発生する。
【０１０５】
図２２左側に示すように、エリアカメラ１１の視野において、エリアカメラ１１の光軸と帯状体Ｓとが交わる中央位置では、第１の角度θ１と第２の角度θ２とが同一である。しかし、図２２中央、右側に示すように、撮像された位置がエリアカメラ１１の視野において中央位置から視野端に向かうほど、第１の角度θ１と第２の角度θ２との差が大きくなる。このように、エリアカメラ１１と第１の照明光源１３及び第２の照明光源１５とのなす角度が変化すると、帯状体Ｓの凹凸部分での反射光の輝度の差が変化し、凹凸を検知する感度が低下する。また、帯状体Ｓの表面に模様がある場合には、反射光の輝度の差が生じることで模様が顕在化し、外乱となる模様を完全に消去することができない。
【０１０６】
そこで、図２３に示すように、本実施形態に係る形状検査装置１０のようにラインセンサカメラ１０１を用いることで、ラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向と第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５の光軸とのなす角度θ１、θ２が同一である位置での反射光のみ受光をさせることができる。したがって、エリアカメラ１１を用いる場合のような反射光の輝度差は生じないため、帯状体Ｓの凹凸を高精度に検知することができ、外乱となる模様も確実に消去することができる。
【０１０７】
＜２．第２の実施形態＞
次に、図２４に基づいて、本発明の第２の実施形態に係る形状検査装置の構成とその作用について説明する。図２４は、本実施形態に係る形状検査装置を構成する測定装置の一構成例を模式的に示す説明図であって、帯状体Ｓを側面から見た状態を示す。
【０１０８】
本実施形態に係る形状検査装置は、第１の実施形態と比較して、測定装置１００において照明光源の数が増加している点で相違する。照明光源を増やすことで、第１の実施形態で検出した帯状体Ｓの表面の傾きだけでなく、例えば錆等の汚れや筋模様といった帯状体Ｓの表面形状をより詳細に把握することが可能となる。
【０１０９】
本実施形態に係る形状検査装置１０の測定装置１００は、図２２に示すように、ラインセンサカメラ１０１と、第１の照明光源１０３と、第２の照明光源１０５と、付加照明光源１０７とを有する。ラインセンサカメラ１０１、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５、及び、付加照明光源１０７は、これらの設定位置が変化しないように、公知の手段により固定されている。なお、ラインセンサカメラ１０１、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５の構成については、図５及び図６に基づき説明した内容と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【０１１０】
付加照明光源１０７は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５と同様、帯状体Ｓの表面に対して帯状の照明光（以下、「付加照明光」ともいう。）を照射する。第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５は、帯状体Ｓの表面の傾きを算出し、帯状体Ｓの表面の凹凸を検出するために用いられる。一方、付加照明光源１０７は、錆等の汚れや筋模様等を検出するために用いられる。したがって、付加照明光源１０７の付加照明光の色は、第１の照明光及び第２の照明光と同一でなくともよく、付加照明光源１０７を用いて検出したい検出対象の色等に応じて選択することができる。
【０１１１】
また、付加照明光源１０７は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５と同様、例えば、棒状のＬＥＤ照明であってもよく、レーザ光をロッドレンズ等により線状に広げた構成の照明であってもよい。また、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５に利用する可視光光源としては、単波長のレーザ光やＬＥＤを用いてもよく、連続スペクトルを有する光源を用いてもよい。
【０１１２】
付加照明光源１０７は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５とは異なる位置に配置される。例えば図２４に示すように、付加照明光源１０７の光軸とラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向とのなす角度（第３の角度：θ３）は、第１の照明光源１０３とラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向とのなす第１の角度θ１及び第２の照明光源１０５の光軸とラインセンサカメラ１０１の光軸の正反射方向とのなす第２の角度θ２とは異なる。第３の角度θ３は付加照明光源１０７を検出する検出対象に応じて設定され、図２４のように第１の角度θ１及び第２の角度θ２より小さく設定されることもあれば、第１の角度θ１及び第２の角度θ２より大きく設定されることもある。
【０１１３】
第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５及び付加照明光源１０７とは、演算処理装置２００の測定制御部２０３からの制御情報に基づいて１つずつ逐次点灯される。第１の照明光源１０３と第２の照明光源１０５とのそれぞれの発光時間内に、ラインセンサカメラ１０１は帯状体Ｓの表面を撮像する。したがって、ラインセンサカメラ１０１にて取得された撮像画像は、第１の照明光源１０３が点灯されているときに取得されたライン画像と、第２の照明光源１０５が点灯されているときに取得されたライン画像と、付加照明光源１０７が点灯されているときに取得されたライン画像とが、照明光源の点灯順にしたがって長手方向に配列された画像となる。
【０１１４】
このようにして取得された撮像画像に基づき、演算処理装置２００は、第１の実施形態と同様、データ処理部２０５にて、各照明光源１０３、１０５、１０７が点灯されているときにそれぞれ取得されたライン画像を分離してなる分離画像を生成する。そして、第１の分離画像及び第２の分離画像については第１の実施形態と同様に、差分画像生成部２１３にて差分画像が生成された後、傾き算出部２１５及び高さ算出部２１７により処理され、帯状体Ｓの表面の傾き及び高さが取得される。一方、付加照明光源１０７が点灯されたときに取得されたライン画像からなる分離画像からは、当該分離画像のみを用いて、あるいは、第１の分離画像または第２の分離画像との比較により、例えば錆等の汚れや模様等の検出対象が検出される。
【０１１５】
このように、複数の照明光源を設置して１つずつ逐次照明光源を点灯させながら、それぞれの点灯タイミングで帯状体Ｓの表面をラインセンサカメラ１０１によって撮像することで、帯状体Ｓの表面の表面形状をより詳細に把握することができる。
【０１１６】
なお、上記説明では、第１の照明光源１０３、第２の照明光源１０５及び付加照明光源１０７のそれぞれの発光時間内においてラインセンサカメラ１０１により取得されたライン画像から、撮像画像、分離画像を生成して、差分画像を取得したが、本発明はかかる例に限定されない。帯状体Ｓの表面の凹凸の検出においては、第１の実施形態と同様、例えば、図１２に示したように、撮像画像を生成せずに分離画像を生成してもよい。あるいは、図１３及び図１４に示したように、撮像画像、第１の分離画像及び第２の分離画像を生成せずに差分画像を生成してもよい。さらに、図１５に示したように、分離画像を生成する際、分離画像の元画像に対して補間処理を行ってもよい。
【０１１７】
また、図２４の例では、付加照明光源は１つのみ設置したが、本発明はかかる例に限定されず、複数の付加照明光源を設けてもよい。複数の付加照明光源を設けることで、検出可能な表面形状を増やすことができるので、帯状体Ｓの表面形状をより詳細に把握することが可能となる。この際、複数の付加照明光源の点灯タイミング及び発光時間は、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５の点灯タイミング及び発光時間と異なっていてもよい。
【０１１８】
例えば、付加照明光源として、第１の付加照明光源と第２の付加照明光源とが設けられているとする。このとき、４つの照明光源、すなわち、第１の照明光源１０３（「光源１」とする。）、第２の照明光源１０５（「光源２」とする。）、第１の付加照明光源（「光源３」とする。）及び第２の付加照明光源（「光源４」とする。）の点灯順序は、例えば以下の（ａ）、（ｂ）のように設定してもよい。
（ａ）光源１→光源２→光源３→光源４→光源１→光源２→光源３→光源４→・・
（ｂ）光源１→光源２→光源３→光源１→光源２→光源４→光源１→・・
【０１１９】
以上、本発明の第２の実施形態に係る形状検査装置１０の構成と、これによる帯状体Ｓの形状検査方法について説明した。本実施形態によれば、第１の照明光源１０３及び第２の照明光源１０５に加え、さらに照明光源（付加照明光源）を設ける。そして、複数の照明光源を設置して１つずつ逐次照明光源を点灯させながら、それぞれの発光時間内に帯状体Ｓの表面をラインセンサカメラ１０１によって撮像しライン画像を取得することで、帯状体Ｓの表面形状をより詳細に把握することができる。
【０１２０】
＜３．ハードウェア構成例＞
図２５を参照しながら、本発明の上記実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図２５は、本発明の各実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成を示すブロック図である。
【０１２１】
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。
【０１２２】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、またはリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０１２３】
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。
【０１２４】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。さらに、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、形状検査装置１０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１２５】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１２６】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０１２７】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１２８】
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。
【０１２９】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０１３０】
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】
【０１３１】
以下、具体例を示しながら、本発明の上記実施形態に係る形状検査装置について説明する。以下に示す実施例は、本発明に係る形状検査装置及び形状検査方法のあくまでも一例であって、本発明に係る形状検査装置及び形状検査方法が、以下に示す実施例に限定されるものではない。【０１３２】
本実施例では、第１の実施形態に基づく構成の形状検査装置を用いて、鋼板の表面に人工的に形成した直径２ｍｍ程度の凹部と、鋼板の表面の錆が生じている錆領域とを検出対象として、鋼板の表面形状の検出を行った。ラインセンサカメラは鋼板の表面に対して光軸が垂直となるように設置した。第１の照明光源及び第２の照明光源は、ラインセンサカメラの光軸の正反射方向に対して対称となるように、それぞれ光軸に対して４５°開いた位置に設置した。【０１３３】
本実施例におけるラインセンサカメラのライン画像取得タイミングと、第１の照明光源及び第２の照明光源の点灯タイミング及び発光時間とは、図８に示したように設定した。図８に示すように、ラインセンサカメラの撮像素子がライン画像取得タイミングで露光される間は、第１の照明光源または第２の照明光源のうちいずれか一方のみしか点灯させないようにし、第１の照明光源が点灯されているときに取得されるライン画像と、第２の照明光源が点灯されているときに取得されるライン画像とが、重複しないようにした。【０１３４】
ラインセンサカメラの撮像分解能（Ｒ）は０．１ｍｍ、各照明光照射時の撮像範囲（Ｅ１＝Ｅ２＝Ｅ）は０．２ｍｍとした。なお、なお、第１の照明光源及び第２の照明光源の発光時間ｄは、ラインセンサカメラの露光時間と同一とした。ライン速度（Ｖ）を１ｍ／ｓｅｃとし、上記式（２）より発光時間ｄを１００μｓｅｃとし、上記式（１）より撮像間隔ｂを１００μｓｅｃと設定した。【０１３５】
図２６左側に、ラインセンサカメラによる凹部の撮像画像（画像Ａ）と、ラインセンサカメラによる錆領域の撮像画像（画像Ｂ）とを示す。図２６中央には、これらの撮像画像から生成された、第１の分離画像及び第２の分離画像を示す。凹部及び錆領域ともに、第１の分離画像及び第２の分離画像から把握することができる。そして、第１の分離画像と第２の分離画像との差分画像を図２６右側に示す。差分画像をみると、鋼板表面の凹部については明確に把握できるが、錆領域については差分画像には現れなかった。これより、本発明の形状検査装置により、平坦な表面において傾斜及び高さを有する表面形状を精度よく検出できることわかる。【０１３６】
一方、特許文献２のように、第１のライン画像と第２のライン画像との位置ずれをラインセンサカメラの分解能の０．２倍以内に収めるためには発光時間ｄを２０μｓｅｃ以下としなければならず、シーケンサのサイクルタイムに対応できなかった。【０１３７】
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。【０１３８】
例えば、上記実施形態では、ラインセンサカメラのライン画像取得タイミングでは、第１の照明光源または第２の照明光源のうちいずれか一方のみしか点灯させないようにし、第１の照明光源が点灯されているときに取得されたライン画像と第２の照明光源が点灯されているときに取得されたライン画像とが重複しないようにしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、第１の分離画像と第２の分離画像とに不可避的に生じた僅かな重なりがあってもよい。
【符号の説明】
【０１３９】
１０      形状検査装置
１００    測定装置
１０１    ラインセンサカメラ
１０３    第１の照明光源
１０５    第２の照明光源
１０７    付加照明光源
２００    演算処理装置
２０１    データ取得部
２０３    測定制御部
２０５    データ処理部
２０７    表示制御部
２０９    記憶部
２１１    分離画像生成部
２１３    差分画像生成部
２１５    傾き算出部
２１７    高さ算出部
Ｓ        帯状体
【図１】
2019103153.tif 000003
【図２】
2019103153.tif 000004
【図３】
2019103153.tif 000005
【図４】
2019103153.tif 000006
【図５】
2019103153.tif 000007
【図６】
2019103153.tif 000008
【図７】
2019103153.tif 000009
【図８】
2019103153.tif 000010
【図９】
2019103153.tif 000011
【図１０】
2019103153.tif 000012
【図１１】
2019103153.tif 000013
【図１２】
2019103153.tif 000014
【図１３】
2019103153.tif 000015
【図１４】
2019103153.tif 000016
【図１５】
2019103153.tif 000017
【図１６】
2019103153.tif 000018
【図１７】
2019103153.tif 000019
【図１８】
2019103153.tif 000020
【図１９】
2019103153.tif 000021
【図２０】
2019103153.tif 000022
【図２１】
2019103153.tif 000023
【図２２】
2019103153.tif 000024
【図２３】
2019103153.tif 000025
【図２４】
2019103153.tif 000026
【図２５】
2019103153.tif 000027
【図２６】
2019103153.tif 000028
【国際調査報告】
2019103153.tif 000029
2019103153.tif 000030
2019103153.tif 000031
2019103153.tif 000032