形状测定装置和形状测定方法制造方法及图纸

抑制斑点噪声的产生并更高速且更高精度地测定由金属体构成的带状体的表面形状。本发明专利技术所涉及的形状测定装置具备：线状光源，其由超发光二极管构成，对所述带状体的表面照射在所述带状体的宽度方向上扩散的线状光；屏幕，其被投射所述带状体的表面上的所述线状光的反射光；面阵摄像机，其对投射在所述屏幕上的所述线状光的反射光进行拍摄；以及运算处理装置，其使用由所述面阵摄像机拍摄到的所述线状光的反射光的摄像图像来计算所述带状体的表面形状，其中，所述线状光源的光谱半宽为20nm以上，并且所述线状光源被配置为所述线状光源的光轴同所述带状体的表面法线方向所形成的角θ与所述线状光的波长λ满足同所述带状体的镜面性有关的式(I)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形状测定装置和形状测定方法
本专利技术涉及一种形状测定装置和形状测定方法。
技术介绍
对测定对象物的表面形状进行测定的方法之一有如下一种方法：使用利用了激光等的照明光对照明光从测定对象物反射的反射光进行拍摄，由此对测定对象物的表面形状进行测定。例如，在以下的专利文献1中公开了将移动的钢板等带状体作为测定对象物并基于光杠杆(OpticalLever)的原理来测定带状体的表面形状的技术。更详细地说，在以下的专利文献1中，通过使沿着带状体的宽度方向照射的线状光发生镜面反射来投射到屏幕上，通过面阵摄像机对屏幕上的反射像进行拍摄，从而获得条纹图像。之后，通过对所获得的条纹图像实施规定的图像处理，来测定带状体的表面形状。另外，作为虽然不是如上述专利文献1中所公开那样的基于光杠杆的原理的技术但是与上述专利文献1相类似的技术，在以下的专利文献2中公开了如下一种技术：对平面状被检查物的表面照射激光光束，使平面状被检查物的表面上的光束的反射光投射到屏幕上之后，对由于光束的疏密而产生的屏幕上的亮暗进行观察，该光束的疏密是根据平面状被检查物的表面的凹凸所产生的。专利文献1：日本特开2004-184397号公报专利文献2：日本特开平5-99639号公报非专利文献1：P.Beckmann，“Scatteringbycompositeroughsurfaces”，ProceedingsoftheIEEE，vol.53，issue.8，1965，P.1012-1015.
技术实现思路
专利技术要解决的问题在上述专利文献1中，公开了主要使用激光源来作为上述线状光的光源的意思。然而，基于本专利技术人们探讨的结果显然可知，在使用激光作为线状光的情况下，在投射到屏幕上的线状光的反射像上产生了斑点噪声，从而难以进行高精度的测定。另外，在上述专利文献1中，作为激光源以外的光源，公开了白色光源、带状光光纤束与棒形透镜的组合、直管形荧光灯、狭缝以及柱状透镜的组合。然而，在利用这些光源的情况下，显然可知由于发光部的大小较大，因此难以进行聚光形成较细的线状光，从而难以进行高精度的测定。在上述专利文献2中，由于以使激光的光束在平面状被检查物的表面上不进行聚光而具有发散角的方式进行了照射，因此导致屏幕上的反射光的像的大小变大。当屏幕上的像的大小变大时，摄像机中的数据的读入区域变大，由于图像的传送速度的限制而难以进行高速的探伤。另外，在上述专利文献2中，也由于利用激光源来作为光源，因此导致在投射到屏幕上的线状光的反射像上产生斑点噪声。在上述专利文献2中，为了去除所述的斑点噪声，实施了以下处理：(a)相比于斑点噪声的平均大小而降低了摄像机的分辨率之后，(b)通过使被检查物上的反射位置与屏幕之间的距离变大来防止由于摄像机分辨率下降所致的检测灵敏度下降。然而，当使反射位置与屏幕之间的距离变大时，由于反射光的扩散而导致屏幕上的反射光的像变暗，从而需要更长的曝光时间。因此，在上述专利文献2所公开的技术中，难以进行高速的探伤。并且，在上述专利文献2所公开的技术中，虽然在该文献中也有提及，但是无法将平面状被检查物的表面处的反射率变化与平面状被检查物的表面的形状变化分离。因此，在将上述专利文献2所公开的技术应用于例如以钢铁产品为代表的金属体时，在表面处附着有生产线上的无害的污垢等的情况下，将无害的污垢错误地检测为表面形状的变化的可能性高。因此，本专利技术是鉴于上述问题而完成的，本专利技术的目的在于提供一种能够抑制斑点噪声的产生并能够更高速且更高精度地测定由金属体构成的带状体的表面形状的形状测定装置和形状测定方法。用于解决问题的方案为了解决上述问题，根据本专利技术的某个观点，提供一种形状测定装置，对由金属体构成的带状体的表面形状进行测定，该形状测定装置具备：线状光源，其由超发光二极管(SuperLuminescentDiode)构成，对所述带状体的表面照射在所述带状体的宽度方向上扩散的线状光；屏幕，其被投射所述带状体的表面上的所述线状光的反射光；面阵摄像机，其对投射在所述屏幕上的所述线状光的反射光进行拍摄；以及运算处理装置，其使用由所述面阵摄像机拍摄到的所述线状光的反射光的摄像图像来计算所述带状体的表面形状，其中，所述线状光源的光谱半宽为20nm以上，并且所述线状光源被配置为所述线状光源的光轴同所述带状体的表面法线方向所形成的角θ与所述线状光的波长λ满足同所述带状体的镜面性有关的以下的式(I)。[数1]优选的是，在将要测定的所述表面形状的沿着所述带状体的长度方向的大小的最小值设为Lmin、将所述线状光的波长设为λ时，所述带状体的表面上沿着所述长度方向的所述线状光的线宽W被控制为满足以下的式(II)。[数2]优选的是，所述线状光的波长为800nm以上且1700nm以下。优选的是，基于所述式(I)将所述线状光源配置为所述线状光源的光轴与所述带状体的表面法线方向所形成的角θ处于74度以上且88度以下的范围内。优选的是，所述带状体的表面上的所述线状光的功率密度为55mW/cm2以上。优选的是，所述屏幕中的被投射所述线状光的反射光的投影面具有以JISB0601：2001所规定的粗糙度曲线的要素平均长度RSm为所述线状光的波长的10倍以上且为该屏幕上的所述线状光的反射光沿着所述屏幕的高度方向的线宽的1/10以下的表面粗糙度。也可以为，对位于具有规定曲率的辊的表面上的所述带状体的表面照射所述线状光。也可以为，所述运算处理装置基于所述摄像图像中的所述反射光相对于基准位置的位移量来计算所述带状体的表面的倾角作为与所述表面形状有关的信息。也可以为，所述运算处理装置通过沿着所述面阵摄像机与所述带状体的相对的移动方向对计算出的所述带状体的表面的倾角的正切进行积分，来计算所述带状体的表面的高度作为与所述表面形状有关的信息。也可以为，所述运算处理装置通过将计算出的所述带状体的表面的倾角与规定的阈值进行比较，来检查所述带状体的形状。另外，为了解决上述问题，根据本专利技术的其它观点，提供一种形状测定方法，对由金属体构成的带状体的表面形状进行测定，该形状测定方法包括以下步骤：照射步骤，使用由超发光二极管(SuperLuminescentDiode)构成的线状光源对所述带状体的表面照射在所述带状体的宽度方向上扩散的线状光；对屏幕投射所述带状体的表面上的所述线状光的反射光；摄像步骤，使用面阵摄像机对投射在所述屏幕上的所述线状光的反射光进行拍摄；以及计算步骤，使用由所述面阵摄像机拍摄到的所述线状光的反射光的摄像图像来计算所述带状体的表面形状，其中，所述线状光源的光谱半宽为20nm以上，并且所述线状光源被配置为所述线状光源的光轴同所述带状体的表面法线方向所形成的角θ与所述线状光的波长λ满足同所述带状体的镜面性有关的以下的式(I)。[数3]优选的是，在将要测定的所述表面形状的沿着所述带状体的长度方向的大小的最小值设为Lmin、将所述线状光的波长设为λ时，所述带状体的表面上沿着所述长度方向的所述线状光的线宽W被控制为满足以下的式(II)。[数4]优选的是，所述线状光的波长为800nm以上且1700nm以下。优选的是，基于所述式(I)将所述线状光源配置为所述线状光源的光轴与所述带状体的表面法线方向所形成的角θ处于74度以上且88度以下的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形状测定装置，对由金属体构成的带状体的表面形状进行测定，该形状测定装置具备：线状光源，其由超发光二极管构成，对所述带状体的表面照射在所述带状体的宽度方向上扩散的线状光；屏幕，其被投射所述带状体的表面上的所述线状光的反射光；面阵摄像机，其对投射在所述屏幕上的所述线状光的反射光进行拍摄；以及运算处理装置，其使用由所述面阵摄像机拍摄到的所述线状光的反射光的摄像图像来计算所述带状体的表面形状，其中，所述线状光源的光谱半宽为20nm以上，并且所述线状光源被配置为所述线状光源的光轴同所述带状体的表面法线方向所形成的角θ与所述线状光的波长λ满足同所述带状体的镜面性有关的以下的式(I)。[数1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.23 JP 2016-1023301.一种形状测定装置，对由金属体构成的带状体的表面形状进行测定，该形状测定装置具备：线状光源，其由超发光二极管构成，对所述带状体的表面照射在所述带状体的宽度方向上扩散的线状光；屏幕，其被投射所述带状体的表面上的所述线状光的反射光；面阵摄像机，其对投射在所述屏幕上的所述线状光的反射光进行拍摄；以及运算处理装置，其使用由所述面阵摄像机拍摄到的所述线状光的反射光的摄像图像来计算所述带状体的表面形状，其中，所述线状光源的光谱半宽为20nm以上，并且所述线状光源被配置为所述线状光源的光轴同所述带状体的表面法线方向所形成的角θ与所述线状光的波长λ满足同所述带状体的镜面性有关的以下的式(I)。[数1]2.根据权利要求1所述的形状测定装置，其特征在于，在将要测定的所述表面形状的沿着所述带状体的长度方向的大小的最小值设为Lmin、将所述线状光的波长设为λ时，所述带状体的表面上沿着所述长度方向的所述线状光的线宽W被控制为满足以下的式(II)，[数2]3.根据权利要求1或2所述的形状测定装置，其特征在于，所述线状光的波长为800nm以上、且1700nm以下。4.根据权利要求1～3中的任一项所述的形状测定装置，其特征在于，基于所述式(I)将所述线状光源配置为所述线状光源的光轴与所述带状体的表面法线方向所形成的角θ处于74度以上、且88度以下的范围内。5.根据权利要求1～4中的任一项所述的形状测定装置，其特征在于，所述带状体的表面上的所述线状光的功率密度为55mW/cm2以上。6.根据权利要求1～5中的任一项所述的形状测定装置，其特征在于，所述屏幕中的被投射所述线状光的反射光的投影面具有以JISB0601：2001所规定的粗糙度曲线的要素平均长度RSm为所述线状光的波长的10倍以上、且为该屏幕上的所述线状光的反射光沿着所述屏幕的高度方向的线宽的1/10以下的表面粗糙度。7.根据权利要求1～6中的任一项所述的形状测定装置，其特征在于，对位于具有规定曲率的辊的表面上的所述带状体的表面照射所述线状光。8.根据权利要求1～7中的任一项所述的形状测定装置，其特征在于，所述运算处理装置基于所述摄像图像中的所述反射光相对于基准位置的位移量来计算所述带状体的表面的倾角作为与所述表面形状有关的信息。9.根据权利要求8所述的形状测定装置，其特征在于，所述运算处理装置通过沿着所述面阵摄像机与所述带状体的相对的移动方向对计算出的所述带状体的表面的倾角的正切进行积分，来计算所述带状体的表面的高度作为与所述表面形状有关的信息。10.根据权利要求8或9所述的形状测定装置，其特征在于，所述运算处理装置通过将计算出的所述带状体的表面的倾角与规定的阈值进行比较，来检查所述带状体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：今野雄介，小林尊道，赤木俊夫，日比厚裕，古家顺弘，中崎昭仁，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP