(57)【要約】【課題】熱間圧延線材や温間圧延線材などの加熱線材を搬送しながらその寸法測定が精度よくなし得る光学式寸法測定装置を提供する。【解決手段】本発明の光学式寸法測定装置Ａは、板１０の中心に熱間圧延線材Ｗが挿通される透孔１１と、前記透孔１１を挾んで対向配置されている発光部２０と受光部３０とからなる測定部とを備え、前記発光部２０が、発光強度のバラツキが少なくしかもコーヒレンス性の低い光源２１を有し、前記受光部３０の光学系３２が、結像レンズ３３とその焦点距離に配設されたピンホール３４またはスリット３４を有してなるものである。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板の中心に被測定部材が挿通される透孔と、前記透孔を挾んで対向配置されている発光部と受光部とからなる測定部とを備え、
前記発光部が、発光強度のバラツキが少なくしかもコーヒレンス性の低い光源を有し、
前記受光部の光学系が、結像レンズとその焦点距離に配設されたピンホールまたはスリットを有してなる
ことを特徴とする光学式寸法測定装置。
【請求項２】
光源が発光ダイオードとされてなることを特徴とする請求項１記載の光学式寸法測定装置。
【請求項３】
結像レンズの焦点距離が、発光ダイオードの基本波長の±５ｎｍの範囲内で測定精度の１０倍以下とされなることを特徴とする請求項２記載の光学式寸法測定装置。
【請求項４】
ピンホールの直径またはスリットの幅が測定精度の１０倍以下とされなることを特徴とする請求項１記載の光学式寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学式寸法測定装置に関する。さらに詳しくは、熱間圧延線材や温間圧延線材などの加熱線材を搬送しながらその寸法測定が精度よくなし得る光学式寸法測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋼材ワイヤで代表される線材の精密圧延においては、その寸法管理のために線材の直径が光学式寸法測定装置により測定されている。
【０００３】
かかる寸法測定装置としては、例えば図４および図５に示すように、板１０の中心に設けられた透孔１１に挿通される線材Ｗを挾んで光源としてレーザダイオード（ＬＤ）１２１を有する発光部１２０と、その発光部１２０からの光を感知するＣＣＤラインセンサ１３１を有する受光部１３０とが、その板１０上に対向配置された光学系、つまり発光部光学系１２２および受光部光学系１３２からなる測定部を有する光学式測定装置Ａ’が知られている。
【０００４】
なお、図５中、符号１２３はレーザダイオード１２１からの光を平行光とする集光レンズを示し、符号１２４は集光レンズからの平行光をシート状平行光Ｌとするスリット付き耐熱ガラスを示し、符号１３３はシート状平行光Ｌを透過させるスリット付き耐熱ガラスを示し、符号１３４は結像レンズを示す。
【０００５】
そして、かかる光学式測定装置Ａ’による圧延線材Ｗの寸法測定つまり直径の測定は、次のようにしてなされる。
【０００６】
発光部１２０、より具体的にはレーザダイオード１２１からの光をＣＣＤラインセンサ１３１により受光すると、ＣＣＤラインセンサ１３１の受光量は、図５に示すように、圧延線材Ｗの影に当たる部分が少なく、その影から外れた部分については次第に多くなる。そのため、ＣＣＤラインセンサ１３１の受光量を適当な閾値により処理し、その閾値以下の部分の幅を測定することにより、圧延線材Ｗの直径が測定できる。
【０００７】
しかるに、レーザダイオード１２１からの光は、図５に示すように、集光レンズ１２３により一旦集光された点部Ｏを起点とした後、シート状平行光Ｌとされて照射される。そのため、レーザダイオード１２１の発光強度の波状バラツキが拡大されて出力されることになる。
【０００８】
図６に、発光部１２０からの照射光をＣＣＤラインセンサ１３１で受光したときの明暗部の境界部における受光強度を示す。図６から、境界部においては発光強度のバラツキに起因した受光量のバラツキが表れ、それがため圧延線材Ｗの境界は単なる閾値処理によっては識別できないことが理解される。つまり、単なる閾値処理によっては、圧延線材Ｗの寸法測定が精度よくなし得ないことが理解される。
【０００９】
それに加えて、熱間圧延線材や温間圧延線材など加熱線材の寸法測定においては、加熱線材の周りの温度分布に起因する屈折率分布つまりゆらぎ現象が存在する。かかる屈折率分布（ゆらぎ現象）が存在する状況下で、レーザダイオード１２１を用いて寸法測定を行った場合、レーザダイオード１２１からの照射光は高コーヒレンス性を有するため、照射光自体に干渉が生じ、その結果受光部１３０での受光強度にバラツキが発生して寸法測定の精度の低下が助長される。また、熱間圧延線材や温間圧延線材など加熱線材の寸法測定においては、測定系と測定対象との距離もある程度必要となるため、ゆらぎ現象に起因する測定誤差が拡大する傾向にある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、熱間圧延線材や温間圧延線材などの加熱線材を搬送しながらその寸法測定が精度よくなし得る光学式寸法測定装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学式寸法測定装置は、板の中心に被測定部材が挿通される透孔と、前記透孔を挾んで対向配置されている発光部と受光部とからなる測定部とを備え、前記発光部が、発光強度のバラツキが少なくしかもコーヒレンス性の低い光源を有し、前記受光部の光学系が、結像レンズとその焦点距離に配設されたピンホールまたはスリットを有してなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の光学式寸法測定装置においては、光源が発光ダイオードとされてなるのが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学式寸法測定装置においては、結像レンズの焦点距離が、発光ダイオードの基本波長の±５ｎｍの範囲内で測定精度の１０倍以下とされなるのが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の光学式寸法測定装置においては、ピンホールの直径またはスリットの幅が測定精度の１０倍以下とされなるのが好ましい。
【００１５】
【作用】
本発明の光学式寸法測定装置は、前記の如く構成されているので、熱間圧延線材や温間圧延線材などの加熱線材の測定の際に生ずるゆらぎ現象に影響されずに、精度よく測定がなし得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１７】
図１および図２に、本発明の一実施形態に係る光学式寸法測定装置を示す。なお、図１および図２において、図４および図５と同一または類似の構成要素については同一の符号を付してその図示説明は省略する。
【００１８】
光学式寸法測定装置Ａの光学系は、図２に示すように、光源２１および光源２１からの照射光を平行光とする発光部光学系２２を有する発光部２０と、線材Ｗを挾んで発光部光学系２２と対向配置されている受光部光学系３２および受光部光学系３２からの光を受光する受光素子３１を有する受光部３０とを備えてなるものとされる。
【００１９】
発光部２０は、光源２１に発光強度のバラツキが少なくしかもコーヒレンス性の低いもの、例えば高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。
【００２０】
発光部光学系２２は、図２に示すように、第１シリンドリカルレンズ２３と、第１シリンドリカルレンズ２３に直交させて設けられている第２シリンドリカルレンズ２４とを有するものとされる。ここで、第１シリンドリカルレンズ２３と、それに直交させた第２シリンドリカルレンズ２４との組合せを用いるのは、測定対象の線材Ｗへ発光光束を効率よくライン光として照射し、受光部での受光における平行度を高めることで、測定対象の線材Ｗの明部および暗部における誤差を低減して測定精度を向上するためである。
【００２１】
受光部光学系３２は、図２に示すように、結像レンズ３３と、結像レンズ３３の焦点位置に設けられたピンホール（またはスリット）３４とを有するものとされる。
【００２２】
結像レンズ３３は、光源２１として用いられている高輝度発光ダイオードの発光基本波長±５ｎｍの範囲内で測定精度（例えば±３０μｍ）の１０倍以下の焦点距離を有するものとされる。
【００２３】
ピンホール３４の直径（スリットの場合はその幅）は、測定精度の１０倍以下とされる。例えば、測定精度が±３０μｍであれば、ピンホールの直径は３００μｍ以下とされる。
【００２４】
受光素子は、例えばＣＣＤラインセンサとされて結像レンズの結像位置に配設されている。ＣＣＤラインセンサは、その素子サイズおよび数が１０μｍｘ１０μｍおよび４０９６個とされ、またそのスキャンレートは１０ｋＨｚとされている。
【００２５】
ここで、光源２１、第１シリンドリカルレンズ２３、第２シリンドリカルレンズ２４、結像レンズ３３、ピンホール３４および受光素子３１は、図２に示すように、同一光軸Ｃ上に配設されている。
【００２６】
次に、図３を参照しながら、かかる構成とされている光学式寸法測定装置Ａによる測定原理について説明する。
【００２７】
（１）光源２１からの照射光は、第１シリンドリカルレンズ２３によりＸＺ平面で集光されてＸＺ平面に平行な光とされる。
【００２８】
（２）第１シリンドリカルレンズ２３を通過してＸＺ平面に平行とされた照射光は、第２シリンドリカルレンズによりＸＹ平面で集光されてＸＹ平面に平行な光Ｌとされて測定対象（線材Ｗ）に照射される。
【００２９】
（３）測定対象（線材Ｗ）を通過して結像レンズ３３に到達した平行光Ｌは、結像レンズ３３により焦点位置に集光されてピンホール３４を透過する。この場合、照射光のうちでＸＹ平面に平行でない光はピンホール３４を透過できないので、ゆらぎ現象により生じた光が遮断されることになる。
【００３０】
（４）ピンホール３４を透過した照射光は、受光素子３１上に結像する。この結像した画像にはゆらぎ現象による影響が排除されているので、明暗境界におけるばらつきが低減されている。
【００３１】
【実施例】
次に、本発明をより具体的な実施例により説明する。
【００３２】
実施例
実施形態の光学式寸法測定装置により、直径が８ｍｍの熱間圧延線材（表面温度約２５０℃）の寸法測定を行い、明暗境界部におけるバラツキを測定した。その結果、バラツキは３０μｍ以下であった。
【００３３】
比較例
結像レンズを用いない他は、実施形態と同様とされた光学式寸法測定装置により、直径が８ｍｍの熱間圧延線材（表面温度約２５０℃）の寸法測定を行い、明暗境界部におけるバラツキを測定した。その結果、バラツキは１２０μｍ程度であった。
【００３４】
参考例
光源をレーザダイオードに替えた他は比較例と同様とれさた光学式寸法測定装置により、直径が８ｍｍの熱間圧延線材（表面温度約２５０℃）の寸法測定を行い、明暗境界部におけるバラツキを測定した。その結果、バラツキは５００μｍ程度であった。
【００３５】
このように、実施形態の光学式寸法測定装置Ａにおいては、光源２１に高輝度発光ダイオードを用い、受光部光学系３２に結像レンズ３３およびその焦点距離にピンホール３４を設けるようにしたので、熱間圧延線材Ｗや温間圧延線材Ｗの寸法測定の際に生ずるゆらぎ現象による影響が低減されて測定精度の向上が図られる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の光学式寸法測定装置によれば、熱間圧延線材や温間圧延線材などの加熱線材の寸法測定の際に生ずるゆらぎ現象に影響されずに、精度よく測定がなし得るという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学式寸法測定装置の概略図である。
【図２】同光学式寸法測定装置の光学系の概略図である。
【図３】同光学系の機能説明図である。
【図４】従来の光学式寸法測定装置の図１相当図である。
【図５】同図２相当図である。
【図６】レーザダイオードからの照射光をＣＣＤラインセンサで受光した場合の明暗の境界部における受光強度を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０      板
１１      透孔
２０      発光部
２１      光源
２２      発光部光学系
２３      第１シリンドリカルレンズ
２４      第２シリンドリカルレンズ
３０      受光部
３１      受光素子、ＣＣＤラインセンサ
３２      受光部光学系
３３      結像レンズ
３４      ピンホール（スリット）
Ａ      光学式寸法測定装置
Ｌ      平行光
Ｗ      熱間圧延線材、温間圧延線材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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