(57)【要約】【課題】検査対象面の様相を観察することと、検査対象面における高低差を求めることを、同時に行えるようにする。【解決手段】断面形状が２次元的な広がりを有する光Ｌ０を、光射出部９により射出する。射出された光の断面形状の２次元的な広がりを保ちつつ、この断面形状のエッジを、線分形状の高低差計測用エッジに整形する。整形された光Ｌ１を検査対象面１に照射する。検査対象面１における光Ｌ１の照射範囲を含む領域を、撮像装置５により撮像して画像を生成する。生成した画像において２次元的に広がる光の照射範囲から検査対象面１の様相を観察する。生成した画像において、光Ｌ１の高低差計測用エッジが、線分形状から変形している量を求め、この量に基づいて検査対象面１の高低差を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的な範囲にわたって検査対象面の様相を観察し、かつ、検査対象面の高低差を計測するための対象面検査装置であって、
検査対象面に、光を照射する光照射装置と、
検査対象面において、光が照射された範囲を含む領域を撮像する撮像装置と、を備え、
光照射装置は、その伝播方向と垂直な平面による断面形状が２次元的な広がりを有する光を射出する光射出部と、
射出された光の前記断面形状の２次元的な広がりを保ちつつ、この断面形状の光のエッジを、線分形状の高低差計測用エッジに整形する光整形部と、を有する、ことを特徴とする対象面検査装置。
【請求項２】
光整形部は、光射出部により射出された光の一部の伝播方向を変える伝播方向変更部材、又は、光射出部により射出された光の一部を吸収する光吸収部材であり、
伝播方向変更部材、又は、光吸収部材は、光の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光の通過範囲の内部に位置する線分状外縁を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の対象面検査装置。
【請求項３】
光整形部は、光射出部により射出された光の一部の伝播方向を変える伝播方向変更部材であり、
伝播方向変更部材は、光の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光の通過範囲の内部に位置する線分状外縁を有し、
前記通過範囲において伝播方向変更部材が存在する部分の光を非照射光とし、前記通過範囲において伝播方向変更部材が存在しない部分の光を検査対象面への照射光として、
伝播方向変更部材は、非照射光の伝播方向を、照射光の伝播方向と異なる方向に変えることにより、その線分状外縁が、照射光の断面形状における高低差計測用エッジを形成する、ことを特徴とする請求項２に記載の対象面検査装置。
【請求項４】
光整形部は、光射出部により射出された光の一部の伝播方向を変える伝播方向変更部材であり、
伝播方向変更部材は、光の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光の通過範囲の内部に位置する線分状外縁を有し、
前記通過範囲において伝播方向変更部材が存在する部分の光を検査対象面への照射光とし、前記通過範囲において伝播方向変更部材が存在しない部分の光を非照射光として、
伝播方向変更部材は、照射光の伝播方向を、非照射光の伝播方向と異なる方向に変えることにより、その線分状外縁が、照射光の断面形状における高低差計測用エッジを形成する、ことを特徴とする請求項２に記載の対象面検査装置。
【請求項５】
光照射装置は、熱で輻射光を発している検査対象面に、前記光としてレーザ光を照射する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の対象面検査装置。
【請求項６】
光整形部は、光射出部により射出された光の一部を吸収する光吸収部材であり、
光吸収部材は、光の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光の通過範囲の内部に位置する線分状外縁を有し、
前記通過範囲において光吸収部材が存在する部分の光を非照射光とし、前記通過範囲において光吸収部材が存在しない部分の光を照射光として、
光吸収部材は、非照射光を吸収することにより、その線分状外縁が、照射光の断面形状における高低差計測用エッジを形成する、ことを特徴とする請求項２に記載の対象面検査装置。
【請求項７】
撮像装置により得た画像に基づいて、検査対象面における高低差を算出する画像処理装置を備え、
画像処理装置は、前記断面形状の高低差計測用エッジが、画像において、線分形状から変形している量に基づいて、高低差を算出する、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の対象面検査装置。
【請求項８】
検査対象面は、炉内の内壁面であり、
光照射装置は、熱で輻射光を発している前記内壁面に、前記光としてレーザ光を照射する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の対象面検査装置。
【請求項９】
２次元的な範囲にわたって検査対象面の様相を観察し、かつ、検査対象面の高低差を計測する対象面検査方法であって、
その伝播方向と垂直な平面による断面形状が２次元的な広がりを有する光を、光射出部により射出し、
射出された光の前記断面形状の２次元的な広がりを保ちつつ、この断面形状の光のエッジを、線分形状の高低差計測用エッジに整形し、
整形された光を検査対象面に照射し、
検査対象面における光の照射範囲を含む領域を、撮像装置により撮像して画像を生成し、
生成した画像において２次元的に広がる光の照射範囲から検査対象面の様相を観察し、
生成した画像において、前記断面形状の高低差計測用エッジが、線分形状から変形している量を求め、この量に基づいて高低差を求める、ことを特徴する対象面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元的な範囲にわたって検査対象面の様相を観察し、かつ、検査対象面の高低差を計測するための対象面検査装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、下記の特許文献１、２では、高温となる炉の内壁面を検査対象面として、その損傷を検査するために、次のようにしている。
【０００３】
特許文献１、２では、熱によって輻射光を発している内壁面に、レーザ光を照射する。レーザ光で照らされた照射範囲を、撮像装置により撮像する。これにより、照射範囲の画像を得る。この画像から内壁面の様相を観察している。なお、得られた画像では、レーザ光を内壁面に照射した範囲においては、レーザ光を照射しない範囲と比べて、内壁面の様相がより詳細に表される。
【０００４】
特許文献２では、線状のレーザビームを炉の内壁面に照射する。線状のレーザビームは、その伝播方向と垂直な断面が線状になっている。内壁面における線状ビームの変形量に基づいて、内壁面の高低差を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４６１６４号公報
【特許文献２】特開２００４−７７０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、検査対象面（例えば炉の内壁面）の様相を、光で照らして観察することと、検査対象面の高低差を求めることとは、同時に行われていなかった。これらを行うためには、次の（１）〜（６）の処理を行う必要がある。
【０００７】
（１）その伝播方向と直交する断面が２次元的な広がりを有する光を、検査対象面に照射する。
（２）この照射範囲を含む領域を撮像する。
（３）これにより得た画像を見て、この領域の様相を観察する。
（４）その伝播方向と直交する断面が線状の光を、検査対象面に照射する。
（５）この照射範囲を含む領域を撮像する。
（６）これにより得た画像における線状光の変形量に基づいて、検査対象面の高低差を求める。
【０００８】
このように、検査対象面の様相を観察し、かつ、検査対象面の高低差を求めるには、上述の（１）〜（６）を行うので、手間がかかる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、検査対象面の様相を観察することと、検査対象面における高低差を求めることとを、同時に行えるようにする装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明によると、２次元的な範囲にわたって検査対象面の様相を観察し、かつ、検査対象面の高低差を計測するための対象面検査装置であって、
検査対象面に、光を照射する光照射装置と、
検査対象面において、光が照射された範囲を含む領域を撮像する撮像装置と、を備え、
光照射装置は、その伝播方向と垂直な平面による断面形状が２次元的な広がりを有する光を射出する光射出部と、
射出された光の前記断面形状の２次元的な広がりを保ちつつ、この断面形状の光のエッジを、線分形状の高低差計測用エッジに整形する光整形部と、を有する、ことを特徴とする対象面検査装置が提供される。
本発明の好ましい実施形態によると、光整形部は、光射出部により射出された光の一部の伝播方向を変える伝播方向変更部材、又は、光射出部により射出された光の一部を吸収する光吸収部材であり、
伝播方向変更部材、又は、光吸収部材は、光の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光の通過範囲の内部に位置する線分状外縁を有する。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によると、光整形部は、光射出部により射出された光の一部の伝播方向を変える伝播方向変更部材であり、
伝播方向変更部材は、光の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光の通過範囲の内部に位置する線分状外縁を有し、
前記通過範囲において伝播方向変更部材が存在する部分の光を非照射光とし、前記通過範囲において伝播方向変更部材が存在しない部分の光を検査対象面への照射光として、
伝播方向変更部材は、非照射光の伝播方向を、照射光の伝播方向と異なる方向に変えることにより、その線分状外縁が、照射光の断面形状における高低差計測用エッジを形成する。
【００１２】
代わりに、光整形部は、光射出部により射出された光の一部の伝播方向を変える伝播方向変更部材であり、
伝播方向変更部材は、光の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光の通過範囲の内部に位置する線分状外縁を有し、
前記通過範囲において伝播方向変更部材が存在する部分の光を検査対象面への照射光とし、前記通過範囲において伝播方向変更部材が存在しない部分の光を非照射光として、
伝播方向変更部材は、照射光の伝播方向を、非照射光の伝播方向と異なる方向に変えることにより、その線分状外縁が、照射光の断面形状における高低差計測用エッジを形成する。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によると、光整形部が伝播方向変更部材である場合において、光照射装置は、熱で輻射光を発している検査対象面に、前記光としてレーザ光を照射する。
【００１４】
他の構成例では、光整形部は、光射出部により射出された光の一部を吸収する光吸収部材であり、
光吸収部材は、光の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光の通過範囲の内部に位置する線分状外縁を有し、
前記通過範囲において光吸収部材が存在する部分の光を非照射光とし、前記通過範囲において光吸収部材が存在しない部分の光を照射光として、
光吸収部材は、非照射光を吸収することにより、その線分状外縁が、照射光の断面形状における高低差計測用エッジを形成する。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によると、撮像装置により得た画像に基づいて、検査対象面における高低差を算出する画像処理装置を備え、
画像処理装置は、前記断面形状の高低差計測用エッジが、画像において、線分形状から変形している量に基づいて、高低差を算出する。
【００１６】
また、本発明の好ましい実施形態によると、検査対象面は、炉内の内壁面であり、
光照射装置は、熱で輻射光を発している前記内壁面に、前記光としてレーザ光を照射する。
【００１７】
上述の目的を達成するため、本発明によると、２次元的な範囲にわたって検査対象面の様相を観察し、かつ、検査対象面の高低差を計測する対象面検査方法であって、
その伝播方向と垂直な平面による断面形状が２次元的な広がりを有する光を、光射出部により射出し、
射出された光の前記断面形状の２次元的な広がりを保ちつつ、この断面形状の光のエッジを、線分形状の高低差計測用エッジに整形し、
整形された光を検査対象面に照射し、
検査対象面における光の照射範囲を含む領域を、撮像装置により撮像して画像を生成し、
生成した画像において２次元的に広がる光の照射範囲から検査対象面の様相を観察し、
生成した画像において、前記断面形状の高低差計測用エッジが、線分形状から変形している量を求め、この量に基づいて高低差を求める、ことを特徴する対象面検査方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
上述した本発明によると、光整形部に整形された光の断面形状は、２次元的な広がりを有することにより、検査対象面における光の照射範囲が、２次元的な広がりを有するようにできる。したがって、光に照らされた検査対象面の様相を、２次元的な範囲で観察することができる。
また、上述した本発明によると、光の断面形状のエッジを、光整形部により、線分形状の高低差計測用エッジにする。したがって、検査対象面において、高低差計測用エッジが線分形状から変形している量を求め、この量に基づいて、検査対象面の高低差を求めることができる。
よって、検査対象面の様相を観察することと、検査対象面における高低差を求めることとを、同時に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態による対象面検査装置の構成を示す。
【図２】（Ａ）は、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ断面図であり、（Ｂ）は、図１のＩＩＢ−ＩＩＢ断面図であり、（Ｃ）は、図１のＩＩＣ−ＩＩＣ断面図であり、（Ｄ）は、（Ｃ）において光の照射範囲（斜線部分）を省略した図である。
【図３】光整形部を示す。
【図４】本発明の実施形態による対象面検査方法を示すフローチャートである。
【図５】検査対象面における高低差の算出を説明する図である。
【図６】図１の対象面検査装置が炉の内壁面を検査する場合の構成を示す。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】（Ａ）は、本発明の実施形態による対象面検査方法で撮像した画像であり、（Ｂ）は、（Ａ）の画像を微分した画像である。
【図９】（Ａ）は、図８（Ａ）の画像にノイズ処理を行った画像であり、（Ｂ）は、（Ａ）の画像においてエッジをトレースした画像である。
【図１０】光整形部の変更例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態による対象面検査装置１０の構成を示す。対象面検査装置１０は、２次元的な範囲にわたって検査対象面１の様相を観察し、かつ、検査対象面１の高低差を計測するための装置である。
【００２２】
対象面検査装置１０は、光照射装置３と、撮像装置５と、画像処理装置７とを備える。
【００２３】
光照射装置３は、検査対象面１に光Ｌ１を照射する。光照射装置３は、光射出部９と光整形部１１とを有する。
【００２４】
光射出部９からの光の断面形状を図２（Ａ）（Ｂ）に示す。図２（Ａ）は、図１におけるＩＩＡ−ＩＩＡ線断面図であり、図２（Ｂ）は、図１におけるＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。
光射出部９は、図２（Ａ）に示すように、その伝播方向と直交する平面による断面形状（この図の斜線部分）が２次元的な広がりを有する光Ｌ０を射出する。光射出部９は、撮像装置５に感知される波長の光Ｌ０を射出する。光射出部９により射出される光Ｌ０は、例えば、可視光線、赤外線、紫外線またはミリ波である。図２（Ａ）の例では、光Ｌ０の前記断面形状は、円形であるが、他の形状（例えば矩形）であってもよい。
【００２５】
光整形部１１は、光射出部９から射出された光の前記断面形状の２次元的な広がりを保ちつつ、この断面形状のエッジＥ０を、線分形状の高低差計測用エッジＥ１に整形する。例えば、図２（Ａ）に示す光Ｌ０の断面形状を、図２（Ｂ）に示す光Ｌ１の断面形状（この図の斜線部分）に整形する。また、２次元的な広がりは、光Ｌ１が検査対象面１に照射された際に、撮像装置５にて検査対象面１の様相を観察できる程度に確保できればよく、適宜設定すればよい。光Ｌ１がスリット光では当該様相の観察は難しい。
【００２６】
撮像装置５は、検査対象面１において、光照射装置３により光Ｌ１が照射された範囲を含む領域を撮像する。図１において、符号２７は、光照射装置３が備える投光ミラーを示し、符号２９は、撮像装置５が備える受光ミラーを示し、符号３３は、撮像装置５の撮像素子を示す。
【００２７】
図２（Ｃ）は、図１のＩＩＣ−ＩＩＣ線矢視図である。図２（Ｄ）は、図２（Ｃ）において、光Ｌ１の図示を省略している。図２（Ｃ）（Ｄ）において、撮像装置５による検査対象面１の撮像範囲（破線で囲んだ範囲）Ｒと、この撮像範囲Ｒ内にある窪み１ａとを示している。窪み１ａは、図２（Ｃ）（Ｄ）において、多数の点が打たれており実線Ｓで囲まれた範囲である。図２（Ｃ）において光Ｌ１の照射範囲を斜線部分で示している。
【００２８】
なお、図２（Ｃ）は、検査対象面１を示すが、この図において窪み１ａとレーザ光Ｌ１以外の図示を省略している。図２（Ｄ）は検査対象面１を示すが、この図において窪み１ａ以外の図示を省略している。
また、図２（Ｃ）はレーザ光Ｌ１が検査対象面１に照射された時点での状態を示している。
【００２９】
撮像装置５は、レーザ光Ｌ１が検査対象面１に照射された時点で、光照射装置３が検査対象面１に光Ｌ１を照射する方向と異なる方向から、検査対象面１を撮像する。これにより、図２（Ｃ）に示すように、検査対象面１の高低差により線分状から変形した高低差計測用エッジＥ１を、撮像装置５により撮像できるようになる。
【００３０】
本実施形態によると、光整形部１１は、光射出部９により射出された光Ｌ０の一部の伝播方向を変える伝播方向変更部材１１である。伝播方向変更部材１１は、光Ｌ０の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光Ｌ０の通過範囲の内部に位置する線分状外縁１１ａを有する。
ここで、光射出部９からの光Ｌ０のうち、前記通過範囲において伝播方向変更部材１１が存在する部分に入射する光を、非照射光Ｌ２とし、前記通過範囲において伝播方向変更部材１１が存在しない部分に入射する光を、照射光Ｌ１とする。
伝播方向変更部材１１は、非照射光Ｌ２の伝播方向を、照射光Ｌ１の伝播方向と異なる方向に変更することにより、その線分状外縁１１ａが、照射光Ｌ１の断面形状における高低差計測用エッジＥ１を形成する。
【００３１】
このような光整形部１１の構成例を、図３（Ａ）と図３（Ｂ）に基づいて説明する。
図３（Ａ）の構成例では、伝播方向変更部材１１は、くさび形に形成された光学部材である。この伝播方向変更部材１１は、入射した非照射光Ｌ２を、照射光Ｌ１と異なる方向に全反射させる反射面１１ｂを有する。なお、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、照射光Ｌ１と伝播方向変更部材１１のみを図示している。
図３（Ｂ）の構成例では、伝播方向変更部材１１は、くさび形に形成された光学部材である。この伝播方向変更部材１１は、入射した非照射光Ｌ２を、照射光Ｌ１と異なる方向に屈折させる。なお、図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）のＤ−Ｄ線矢視図であり、照射光Ｌ１と伝播方向変更部材１１のみを図示している。
【００３２】
図３（Ａ）または図３（Ｂ）に示す伝播方向変更部材１１の材質は、例えば、石英、耐熱ガラス、または、ＹＡＧ（イットリウムとアルミニウムの複合酸化物：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）であってよい。好ましくは、伝播方向変更部材１１の材質をＹＡＧする。ＹＡＧは、石英材に比べ脆くないため加工時の割れや欠けがおきにくいので、凹凸がない線分状外縁１１ａを形成できる。これにより、その線分状外縁１１ａの加工精度が石英の場合よりも高くなる。また、ＹＡＧにより、伝播方向変更部材１１の耐熱性も高くなる。
【００３３】
図３（Ａ）または図３（Ｂ）の例では、伝播方向変更部材１１の線分状外縁１１ａは、光Ｌ０の前記断面形状を２等分する線分に一致する。
【００３４】
好ましくは、反射防止部１２が設けられる。反射防止部１２は、図３（Ａ）または図３（Ｂ）に示す伝播方向変更部材１１により伝播方向が変更された非照射光Ｌ２を吸収する。これにより、非照射光Ｌ２の反射光が飛び散って撮像装置５による撮像画像に悪影響を与えることが避けられる。反射防止部１２は、例えば、非照射光Ｌ２が入射する構造物の表面に形成された黒いアルマイト被膜であってよい。
反射防止部１２を設けるときにおいて、後述する図６や変更例３の場合のように、光Ｌ０がエネルギー密度の高いレーザ光である場合には、次の（Ａ）（Ｂ）の一方または両方を採用するのがよい。
（Ａ）反射防止部１２が設けられる構造物１８を耐熱材で形成する。
（Ｂ）反射防止部１２と、反射防止部１２が設けられた構造物１８との一方または両方に、図３に示すように、冷却用空気を噴出するエア噴出部１４を設ける。図３の例では、エア噴出部１４は、冷却用の圧縮空気が内部に供給されるチューブにより構成され、このチューブ１４に設けた孔１６から、内部の圧縮空気を、反射防止部１２と構造物１８の一方または両方に噴出する。
【００３５】
画像処理装置７は、撮像装置５により得た画像に基づいて、検査対象面１における高低差を算出する。すなわち、画像処理装置７は、線分形状に整形された高低差計測用エッジＥ１が、画像において、線分形状から変形している量に基づいて、高低差を算出する。なお、検査対象面１が平面である場合には、検査対象面１（すなわち、撮像装置５で得た画像）において、高低差計測用エッジＥ１の形状は、線分状に保たれる。また、高低差とは、例えば、検査対象面１における窪み１ａの深さ、または、凹凸量である。
【００３６】
図４は、上述した対象面検査装置１０を用いた対象面検査方法を示すフローチャートである。
【００３７】
ステップＳ１において、その伝播方向と垂直な平面による断面形状が２次元的な広がりを有する光Ｌ０を、光射出部９により射出する。
【００３８】
ステップＳ２において、光射出部９により射出された光Ｌ０の前記断面形状の２次元的な広がりを保ちつつ、光整形部１１により、この断面形状のエッジＥ０における少なくとも一部を、線分形状の高低差計測用エッジＥ１に整形する。
【００３９】
ステップＳ３において、整形された光Ｌ１を検査対象面１に照射させる。
【００４０】
ステップＳ４において、検査対象面１における光Ｌ１の照射範囲を含む領域を、撮像装置５により撮像して画像を生成する。
【００４１】
ステップＳ５において、ステップＳ４で生成した画像において２次元的に広がる光Ｌ１の照射範囲から検査対象面１の様相を観察する。この画像を表示装置の画面に表示させ、人が、表示されたこの画像を見ることにより、検査対象面１の様相を観察する。
【００４２】
ステップＳ６において、ステップＳ４で生成した画像において、光Ｌ１の高低差計測用エッジＥ１が、線分形状から変形している量を求め、この量に基づいて、画像処理装置７により高低差を求める。
【００４３】
ステップＳ６は、好ましくは、ステップＳ６１〜Ｓ６３を有する。
【００４４】
ステップＳ６１において、画像処理装置７により、撮像装置５が取得した画像に基づいて、検査対象面１において、光Ｌ１が照射されている範囲のエッジを示す画像（エッジ画像という）を生成する。このエッジ画像は、高低差計測用エッジＥ１を識別可能な画像である。具体的には、撮像装置５が得た画像を構成する各画素に対して、輝度に関して微分することにより、エッジ画像として微分画像を生成する。この微分の方向は、高低差計測用エッジＥ１と交差する方向である。微分画像においては、高低差計測用エッジＥ１に相当する画素が強調されている。図２（Ｃ）に対応する図５（Ａ）は、この微分画像を模式的に表している。なお、ステップＳ６１において、微分処理に加えて、撮像装置５により得た画像に対して他の処理（例えばノイズ除去処理）も行ってよい。
【００４５】
ステップＳ６２では、画像処理装置７により、ステップＳ６１で得た微分画像において、図５（Ｂ）に示されるずれ寸法ΔＰを特定する。図５（Ｂ）は、図１の部分拡大図であり、窪み１ａの近傍を示す。ずれ寸法ΔＰは、検査対象面１が平面であると仮定した場合に、検査対象面１において高低差計測用エッジＥ１が延びる方向（基準方向という）の各位置において、高低差計測用エッジＥ１が、線分形状から実際に変形している量である。この変形量は、微分画像において、検査対象面１が平面であると仮定した場合における高低差計測用エッジＥ１から、実際の高低差計測用エッジＥ１が変位している量である。この変位の方向は、検査対象面１に沿った方向であり、基準方向と直交する方向である。
【００４６】
ステップＳ６３において、寸法ΔＰに基づいて、検査対象面１における実際の高低差Ｄ（図５（Ｂ）を参照）を算出する。この算出は、次の式（１）により行われる。
Ｄ＝ΔＰ×（１／Ｍ）×（ｃｏｓα／ｓｉｎθ）  ・・・（１）
式（１）において、Ｍは、撮像装置５の撮像倍率であり、この撮像倍率は、一般に次のように表される。
Ｍ＝ｇ（ｆ，Ｘ）
ここで、ｇは、ｆとＸを変数とする関数である。ｆは、撮像装置５の撮像レンズの焦点距離であり、Ｘは、受光レンズ３１（後述の図６を参照）から検査対象面１までの既知の距離である。
また、式（１）において、θは、図５（Ｂ）に示す角度である。すなわち、θは、光照射装置３により光Ｌ１を検査対象面１に照射する方向と、撮像装置５により検査対象面１を撮像する方向（図５（Ｂ）の破線の方向）とのなす角度である。
式（１）において、αは、図５（Ｂ）に示す角度である。すなわち、αは、検査対象面１に対する照射光Ｌ１の入射角である。
【００４７】
なお、ステップＳ６における高低差の算出は、画像処理装置７ではなく、人が行ってもよい。この場合、次のように、ステップＳ６を行ってよい。まず、ステップＳ４で生成した画像、または、ステップＳ６１で画像処理装置７が生成した微分画像に基づいて、人が、上述のΔＰを特定する。次いで、人が、例えば、図示しない演算装置を用いて、このΔＰと上述の式（１）により高低差Ｄを求める。
【００４８】
また、広範囲にわたって、検査対象面１の様相と検査対象面１の高低差とを得るために、次のように光Ｌ１をスキャンしてもよい。
検査対象面１における光Ｌ１の照射範囲を変えながら、変えられた複数の照射範囲をそれぞれ含む複数の領域を、それぞれ複数の時点で撮像装置５により撮像してよい。
これにより複数の画像を得ることができる。このように得た複数の画像から、検査対象面１の様相を示す広範囲な画像を得ることができる。
また、得られた複数の画像から、上述のように高低差Ｄを求めることができる。したがって、検査対象面１における高低差Ｄの分布を得ることができる。この場合、好ましくは、検査対象面１における光１のエッジＥ１の位置を微小量だけ変えるように検査対象面１に対する光１の照射範囲を変えながら、上述のように、変えられた複数の照射範囲をそれぞれ含む複数の領域を、それぞれ複数の時点で撮像装置５により撮像してよい。
【００４９】
上述のスキャンをする場合に、検査対象面１に対する光１の照射範囲と撮像装置５による撮像範囲の変更は、例えば次のように行ってよい。投光ミラー２７と受光ミラー２０を回転させる。または、光照射装置３と撮像装置５を（例えば検査対象面１に沿って）移動させる。
【００５０】
以下において、対象面検査装置１０が、検査対象面１として炉２の内壁面を検査する場合を説明する。以下で説明しない点は、上述と同じである。
【００５１】
図６は、炉２の内壁面１を検査する対象面検査装置１０を示す。
【００５２】
炉２の内部は、１１００℃以上の高温になっており、炉２の内壁面１は、熱による輻射光で発光している。このような炉２は、例えば、製鉄用高炉に高温の熱風を供給する熱風炉である。１１００℃以上の高温では、輻射光による発光エネルギが強いため、照射光が弱いと検査対象面１の検査及び観察が困難となることから、当該輻射光よりも単位面積当たりの強度が高い光を照射することが好ましく、以下の実施形態では、この条件を満たすレーザ光を用いている。
【００５３】
対象面検査装置１０は、光照射装置３の少なくとも一部と撮像装置５を内部に収容する箱体１３を備える。なお、画像処理装置７は、図６に示さないが、箱体１３の外部であって炉２の外部に設けられるのがよい。
箱体１３の壁１３ａには、投光窓１５と受光窓１７が形成されている。投光窓１５と受光窓１７は、例えば、石英板により構成されている。箱体１３は、炉２の壁に形成された開口部１９から炉２内に挿入され、投光窓１５と受光窓１７が内壁面１に対向するように配置される。
【００５４】
箱体１３は、図６の例では、その壁１３ａの内部に、冷却液が流れる流路（図示せず）が形成されている。また、箱体１３は、好ましくは筒状であり、この筒の側面に投光窓１５と受光窓１７が設けられている。
【００５５】
光照射装置３の光射出部９は、図６の例では、レーザ発振装置２１と光ファイバ２３と投光レンズ２５とにより構成される。
【００５６】
レーザ発振装置２１は、前記光Ｌ０としてレーザ光を射出する。レーザ光Ｌ０は、炉２内の内壁面１を照らすための照明光としてレーザ発振装置２１から射出される。高炉用の熱風炉２では、輻射光は赤外域の２〜３μｍにピーク波長を有する光である。このピーク波長と異なる波長のレーザ光Ｌ０を、レーザ発振装置２１により射出するのがよい。この場合、レーザ発振装置２１として、例えば、１．０６μｍまたは０．５３μｍ（第２高調波）の波長のＮｄ：ＹＡＧレーザ装置が採用される。
なお、図６の例では、レーザ発振装置２１は、箱体１３の外部であって炉２の外部に配置されている。
【００５７】
光ファイバ２３は、レーザ発振装置２１から射出されたレーザ光Ｌ０を投光レンズ２５に案内する。
【００５８】
投光レンズ２５には、レーザ光Ｌ０が入射し、内壁面１におけるレーザ光Ｌ１の照射範囲が投光レンズ２５により調整される。内壁面１におけるレーザ光Ｌ１の照射範囲は、内壁面１の輻射光に抗して内壁面１を照らし出せる大きさになっている。例えば、投光レンズ２５は、光ファイバ２３からの極細（例えば、直径１ｍｍ程度）のレーザ光Ｌ０を、内壁面１（例えば約５ｍ先の炉２の内壁面１）において、直径が約１４０ｃｍの半円の範囲に照射させる。なお、レーザ光Ｌ０の直進性から広がり角が十分に小さく、レーザ発振装置２１のみで照射範囲を調整することができる場合や所望の照射範囲を確保できる場合には、投光レンズ２５を省略してもよい。好ましくは、図６のように、内壁面１に、シャープな高低差計測用エッジＥ１を投影するために、複数の投光レンズ２５が設けられる。
【００５９】
光整形部１１は、図６の例では、複数の投光レンズ２５の間に設けられている。
【００６０】
光照射装置３は、図６の例では、投光ミラー２７を備えている。投光ミラー２７は、光整形部１１により断面形状が整形されたレーザ光Ｌ１を、内壁面１に向けて反射させる。好ましくは、投光ミラー２７は、揺動軸Ｃ１回りに回転可能になっており、図示しないアクチュエータにより揺動軸Ｃ１回りにその回転角が調節可能になっている。この揺動軸Ｃ１は、図６の紙面と垂直な方向を向いている。
【００６１】
エア噴出部１４は、図６の例では、箱体１３の外部であって炉２の外部から、箱体１３内へ延びて、反射防止部１２の近傍に至るチューブである。チューブ１４について、図７も参照して説明する。図７は、図６の部分拡大図であり、光整形部１１近傍の構成のみを示している。
箱体１３の外部において、チューブ１４の内部に冷却用の圧縮空気が供給される。チューブ１４は、反射防止部１２の近傍において孔１６を有する。孔１６は、反射防止部１２と、反射防止部１２が設けられた構造物１８との一方または両方へ内部の圧縮空気を噴出する。図６と図７の例では、チューブ１４は、第１チューブ部１４ａと第２チューブ部１４ｂとを有する。第１チューブ１４ａ部は、変形自在な材質（例えばゴム）で形成されており、箱体１３の外部に位置する。第２チューブ部１４ｂは、第１チューブ１４ａに接続されて箱体１３の内部に位置する。第２チューブ部１４ｂは、箱体１３に対して固定され、変形しない材質（例えば金属）により形成されている。
【００６２】
撮像装置５は、受光ミラー２９と、受光レンズ３１と、撮像素子３３と、光学フィルタ３５とコールドフィルタ３７とを有する。
【００６３】
受光ミラー２９は、受光窓１７を透過した反射レーザ光を、受光レンズ３１と撮像素子３３に向けて反射させる。反射レーザ光は、レーザ発振装置２１から射出され、内壁面１で反射されたものである。好ましくは、受光ミラー２９は、揺動軸Ｃ２回りに回転可能になっており、図示しないアクチュエータにより揺動軸Ｃ２回りにその回転角が調節可能になっている。揺動軸Ｃ２は、図６の紙面と垂直な方向を向いている。
【００６４】
受光レンズ３１は、受光ミラー２９からの反射レーザ光を撮像素子３３に結像させる。
【００６５】
撮像素子３３は、受けた反射レーザ光に基づいて画像データを生成する。撮像素子３３は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子であってよい。
【００６６】
光学フィルタ３５は、箱体１３内に設けられ、撮像素子３３の上流側に位置する。光学フィルタ３５は、一例では、レーザ発振装置２１が射出するレーザ光Ｌ０と同じ波長の光のみを透過させるものである。代わりに、光学フィルタ３５は、前記レーザ光Ｌ０の波長を有する光だけでなく、所望の他の波長を有する光も透過させるものであってもよい
【００６７】
コールドフィルタ３７は、箱体１３内に設けられ、炉２内からの熱線をカットする。
【００６８】
上述した構成の対象面検査装置１０により、レーザ光Ｌ１をスキャンして検査対象面１を検査してもよい。
このスキャンを、光照射装置３と撮像装置５を検査対象面１に沿って移動させることにより行う場合を説明する。
（１）図６のように、炉２の壁の上部に形成された開口部１９から箱体１３を鉛直方向に炉２の内部へ挿入する。
（２）次いで、光照射装置３により、レーザ光Ｌ１を検査対象面１に照射し、このレーザ光Ｌ１の照射範囲を含む領域を、撮像装置５により撮像して、この領域の画像を取得する。
（３）その後、箱体１３（すなわち光照射装置３と撮像装置５）を、鉛直方向に設定量だけずらして、前記（２）を再び行う。ここで、光照射装置３をずらすとは、箱体１３と一体に移動することになる光照射装置３の部分（例えば投光レンズ２５や投光ミラー２７）をずらすこと意味し、光照射装置３のレーザ発振装置２１は静止していてよい。
以降は、前記（３）を繰り返すことにより、複数の画像を得る。得られた各画像に基づいて、内壁面１の様相を観察する。また、得られた各画像に基づいて、上述のように、検査対象面１の高低差を求める。これにより、検査対象面１の高低差の分布が得られる。
【００６９】
上述した本発明の実施形態によると、以下の効果が得られる。
【００７０】
光整形部１１に整形された光Ｌ１の断面形状は、２次元的な広がりを有することにより、検査対象面１における光Ｌ１の照射範囲が、２次元的な広がりを有するようにできる。すなわち、撮像装置５により得た画像において、光Ｌ１の照射範囲内で、複数の画素の間での輝度変化が、２次元的に表現されるようにすることができる。したがって、この画像に基づいて、光Ｌ１に照らされた検査対象面１の様相を、２次元的な範囲で観察することができる。
【００７１】
また、光Ｌ０の断面形状のエッジＥ０を、光整形部１１により、線分形状の高低差計測用エッジＥ１にする。検査対象面１において、高低差計測用エッジＥ１が線分形状から変形している量を求め、この量に基づいて、検査対象面１の高低差を求めることができる。
【００７２】
また、光整形部１１は、伝播方向変更部材であることにより、光整形部１１が、光Ｌ０のエネルギにより熱で損傷することを防止できる。例えば、光整形部１１の位置で、レーザ光Ｌ０のエネルギー密度が高い場合であっても、レーザ光Ｌ０のエネルギで光整形部１１が損傷することを防止できる。
これに対し、光整形部１１が光Ｌ０を吸収するものである場合には、光Ｌ０がエネルギ密度が高いレーザ光Ｌ０であると、光整形部１１は、吸収したレーザ光Ｌ０により熱損傷を受けやすい。この点を考慮して、本実施形態では、光整形部１１は、レーザ光Ｌ０を吸収しない伝播方向変更部材として構成されている。  
また、検査対象面１が円筒状や球状の炉内壁面１などの場合は、図６の装置（箱体１３）が回転できることが好ましく、更に、上下移動（軸方向での移動、図では上下）できることがより好ましい。装置（箱体１３）が回転することで、検査対象面１を円周方向に連続的に観察及び検査することができる。その際、内壁面１における線分形状の高低差計測用エッジＥ１を回転方向と平行になるように配置すれば、ある断面での円周全周に亘って凹凸の状況を、容易に連続的且つ定量的に測定できる。また、更に装置（箱体１３）が上下移動できる場合は、これを併用することで、投光ミラー２７及び受光ミラー２９の角度を固定したまま容易に、内壁面１を広範囲に、円周全周に亘って凹凸の状況を連続的且つ定量的に測定できる。なお、このように箱体１３を回転させる場合や、箱体１３を上下移動させる場合には、箱体１３の中心軸（図６の上下に延びる軸）が、炉内壁面１の前記円筒状の中心軸と一致し、または、炉内壁の前記球状の中心を通る直線と一致するようにすることが好ましい。
【００７３】
[実施例]
図８と図９は、上述した対象面検査方法により得た熱風炉２の内壁面１の画像を示す。
【００７４】
次の条件の下で実施例を行って、図８と図９の画像を得た。この実施例では、レーザ光Ｌ０としてパルスレーザ光を用いた。また、図８と図９は、撮像範囲内のレーザ光Ｌ１で照射された範囲の一部を高低差計測用エッジＥ１を含めて、画像処理により矩形状に切り出した画像である。
炉内温度：約１２００℃
投影角度：１８．４度
撮像角度：１７．０度
撮像素子距離：約５．５ｍ
分解能：約４．５ｃｍ
レーザ光Ｌ０の波長：０．５３μｍ
パルスレーザ光Ｌ０のパルス幅：１５ｎｓ
レーザ光Ｌ１のエネルギー密度：投光窓１５において約２００ｍＷ／ｃｍ２、内壁面１において約０．０１ｍＷ／ｃｍ２
なお、投影角度は、レーザ光Ｌ１（レーザ光Ｌ１の中心）の内壁面１への入射角であり、撮像角度は、撮像装置５の視線の内壁面１への入射角である。投影角度が１８．４度であり、撮像角度：１７．０度であるので、レーザ光Ｌ１（レーザ光Ｌ１の中心）の内壁面１への入射方向と、撮像装置５の視線の内壁面１への入射方向とのなす角度は１．４度である。
撮像素子距離とは、レーザ光Ｌ１が内壁面１で反射した時点から撮像素子３３に至るまでに、この反射レーザ光Ｌ１が進行する距離である。
分解能は、この実施例により求められた内壁面１の高低差の分解能である。
【００７５】
図８（Ａ）は、ステップＳ４で生成された画像である。
図８（Ｂ）は、ステップＳ４で得た画像に基づいて、ステップＳ６１において生成した微分画像である。
図９（Ａ）は、図８（Ｂ）の画像に対してノイズ除去処理を行うことにより得た画像である。
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の画像において、エッジをトレースすることにより得た画像である。
図９（Ｂ）から判るように、本発明により、高低差計測用エッジＥ１の変形量ΔＰを認識することができた。このΔＰから、高低差Ｄを上述した（１）式から求めることができ、本画像の範囲内における最大の高低差Ｄは、１８０ｍｍであることが判った。
【００７６】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜３のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜３を任意に組み合わせて採用してもよい。
【００７７】
（変更例１）
光射出部９からの光Ｌ０のうち、光Ｌ０の通過範囲（光Ｌ０の伝播方向から見た通過範囲）において伝播方向変更部材１１が存在する部分に入射する光を、検査対象面１への照射光とし、当該通過範囲において伝播方向変更部材１１が存在しない部分に入射する光を、非照射光としてもよい。この場合、伝播方向変更部材１１は、次のように図３（Ａ）または図３（Ｂ）に示すものと同じ構成を有していてよい。
【００７８】
伝播方向変更部材１１が、図３（Ａ）のように、光射出部９から入射した光Ｌ０（照射光）を、非照射光と異なる方向に全反射させる反射面１１ｂを有する場合には、反射面１１ｂで反射された照射光が、検査対象面１に照射される。この場合、反射面１１ｂで反射された照射光を、検査対象面１に入射させる光学系を設けてもよい。
伝播方向変更部材１１が、図３（Ｂ）のように、光射出部９から入射した光Ｌ０（照射光）を、非照射光と異なる方向に屈折させる場合には、屈折された照射光が、検査対象面１に照射される。この場合、屈折された照射光を、検査対象面１に入射させる光学系を設けてもよい。
【００７９】
この変更例１において、他の点は、上述した内容と同じである。例えば、この変更例１において、好ましくは、非照射光を、上述のように反射防止部１２に入射させる。
【００８０】
（変更例２）
光整形部１１は、光射出部９により射出された光の一部を吸収する光吸収部材であってもよい。この場合における光整形部１１を図１０に示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。光吸収部材１１は、図１０に示すように、光の伝播方向から見た場合に、線分形状となっており、光Ｌ０の通過範囲の内部に位置する線分状外縁１１ａを有する。また、光吸収部材１１は、非照射光Ｌ２を吸収することにより、その線分状外縁１１ａが、照射光Ｌ１の断面形状における高低差計測用エッジＥ１を形成する。光吸収部材１１は、例えば、黒色アルマイト処理を施した部材（一例ではアルミ材）である。特に、光Ｌ０がエネルギー密度の高いレーザ光ではない場合に、光整形部１１を光吸収部材として構成するのがよい。
この変更例２において、他の点は、上述した内容と同じである。
【００８１】
（変更例３）
図６では、検査対象面１は炉２の内壁面であったが、検査対象面１は、熱間圧延されたスラブの表面であってよい。このスラブの表面は熱で輻射光を発している。また、このスラブは、連続鋳造機から搬送されて圧延された直後のものであってよい。このスラブは、例えば１１００℃以上の高温になっているので、検査対象面１に照射する光Ｌ１は、炉２の内壁面１に照射した上述のレーザ光と同じであるのがよい。
この変更例３において、他の点は、図１〜図５を参照して上述した内容と同じである。
【符号の説明】
【００８２】
１  検査対象面（内壁面）、２  炉、３  光照射装置、５  撮像装置、７  画像処理装置、９  光射出部、１０  対象面検査装置、１１  光整形部（伝播方向変更部材、光吸収部材）、１１ａ  線分状外縁  １１ｂ  反射面、１２  反射防止部、１３  箱体、１３ａ  箱体の壁、１４  エア噴出部（チューブ）、１４ａ  第１チューブ部、１４ｂ  第２チューブ部、１５  投光窓、１６  孔  １７  受光窓、１８  構造物、１９  開口部、２１  レーザ発振装置、２３  光ファイバ、２５  投光レンズ、２７  投光ミラー、２９  受光ミラー、３１  受光レンズ、３３  撮像素子、３５  光学フィルタ、３７  コールドフィルタ
【図１】
2013174535.tif 000003
【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】
2013174535.tif 000008
【図７】
2013174535.tif 000009
【図８】
2013174535.tif 000010
【図９】
2013174535.tif 000011
【図１０】
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