特許 7374846 測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-27

(45)【発行日】2023-11-07

(54)【発明の名称】測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/04 20060101AFI20231030BHJP

【ＦＩ】

G01B11/04 H

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020085144

(22)【出願日】2020-05-14

(65)【公開番号】P2021179373

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2023-02-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中尾 努

(72)【発明者】

【氏名】竹村 将太

【審査官】仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－３１３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１７０９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－２５８０２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定物に対して幅方向に線状の光を出射する光源と、
前記被測定物が搬送される際に通過するパスラインを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記被測定物を前記幅方向に撮影するラインセンサと、
前記ラインセンサによる撮影データに基づいて前記被測定物の前記幅方向の両端の位置を特定し、前記両端の位置に基づいて前記被測定物の幅を算出する算出部と、
前記パスラインに設置された校正用器具を用いて行った校正時に取得した、前記幅方向の測定範囲における複数の校正点についての校正データを記憶する記憶部と、
前記光源と前記パスラインの間の領域内で、前記測定範囲の外側の所定の基準点に設置されたマークと、
前記撮影データに基づいて前記マークの位置を特定し、前記マークの位置が変化した場合には、その変化量に基づいて前記校正データを補正する補正部と、
を備える測定装置。

【請求項2】

前記補正部は、さらに、前記ラインセンサから前記パスラインまでの距離と、前記ラインセンサから前記マークまでの前記パスラインの垂直方向の距離と、を用いて、前記校正データを補正する、請求項１に記載の測定装置。

【請求項3】

前記被測定物の幅の測定中に、前記補正部は、前記撮影データに基づいて前記マークの位置を特定し、前記マークの位置が変化した場合には、その変化量に基づいて前記校正データを補正する、請求項１に記載の測定装置。

【請求項4】

前記マークは、前記光源の表面における前記測定範囲の外側の所定の基準点に設置されている、請求項１に記載の測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、様々な材質のシート状の材料（例えば鋼板等）の製造ラインにおいて、非接触で材料の幅を測定する測定装置が用いられている。具体的には、測定装置において、例えば、まず、連続的に搬送される細長いシート状の被測定物（材料）に対して光源から幅方向に線状の光を出射し、光源の反対側に配置されたラインセンサによって被測定物を幅方向に撮影する。そして、その撮影データに基づいて被測定物の幅方向の両端の位置を特定し、その両端の位置に基づいて被測定物の幅を算出する。

【0003】

このような測定装置では、経年や温度変化などに起因して光学配置が変化する場合がある。例えば、ラインセンサのカメラ部分の位置や向きが変化する場合がある。そのような変化による測定誤差を低減するために、定期的（例えば２か月おき）に、校正が行われる。校正では、例えば、被測定物が通過するパスラインに設置された校正用器具（複数のスリットのある校正板等）を用いて、幅方向の測定範囲における複数の校正点についての校正データを取得し、記憶する。そして、被測定物の幅測定時にこの校正データを用いることで、測定誤差を低減することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平６－１１７８２３号公報

【文献】特開平５－５２５２５号公報

【文献】特開平６－２２１８１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述の従来技術では、校正の後に測定装置における光学配置が変化した場合、校正を再度行うことで対応できるが、パスラインに設置された校正用器具を用いて校正を行う必要があるため、幅測定を中断しなくてはならないという問題がある。

【0006】

そこで、本発明の課題は、光学配置が変化した場合でも幅測定を中断することなく校正データを適切な値に補正し、測定誤差を抑制することができる測定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の測定装置は、被測定物に対して幅方向に線状の光を出射する光源と、前記被測定物が搬送される際に通過するパスラインを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記被測定物を前記幅方向に撮影するラインセンサと、前記ラインセンサによる撮影データに基づいて前記被測定物の前記幅方向の両端の位置を特定し、前記両端の位置に基づいて前記被測定物の幅を算出する算出部と、前記パスラインに設置された校正用器具を用いて行った校正時に取得した、前記幅方向の測定範囲における複数の校正点についての校正データを記憶する記憶部と、前記光源と前記パスラインの間の領域内で、前記測定範囲の外側の所定の基準点に設置されたマークと、前記撮影データに基づいて前記マークの位置を特定し、前記マークの位置が変化した場合には、その変化量に基づいて前記校正データを補正する補正部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態の測定装置の全体構成を模式的に示す図である。

【図2】図２は、図１の各構成をＹ方向に見たときの様子を模式的に示す図である。

【図3】図３は、（ａ）がラインセンサカメラの水平移動時の撮影データにおける校正点とマークの位置のずれる量の説明図で、（ｂ）がラインセンサカメラの回転移動時の撮影データにおける校正点とマークの位置のずれる量の説明図である。

【図4】図４は、（ａ）が校正データの例で、（ｂ）が補正後の校正データの例である。

【図5】図５は、（ａ）が光学系パラメータの例で、（ｂ）がラインセンサカメラの水平移動時の各値の例で、（ｃ）がラインセンサカメラの回転移動時の各値の例で、（ｄ）が（ｂ）の各値のグラフで、（ｅ）が（ｃ）の各値のグラフである。

【図6】図６は、実施形態の測定装置の制御装置における処理を示すフローチャートである。

【図7】図７は、比較例の測定装置の構成の一部を模式的に示す図である。

【図8】図８は、比較例の測定装置における校正データの変化例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の測定装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例であって、本発明は以下の記載内容に限られるものではない。

【0010】

理解を助けるために、まず、比較例（従来技術）の測定装置について説明する。図７は、比較例の測定装置の構成の一部を模式的に示す図である。比較例の測定装置では、線状光源とラインセンサカメラが、ローラコンベア等によって搬送される被測定物の通過するパスラインを挟んで反対側に配置されている。

【0011】

線状光源は、連続的に搬送される細長いシート状の被測定物に対して幅方向に線状の光を出射する。ラインセンサカメラは、被測定物を幅方向に撮影する。そして、算出部（不図示）は、ラインセンサカメラによる撮影データに基づいて被測定物の幅方向の両端の位置を特定し、両端の位置に基づいて被測定物の幅を算出する。

【0012】

また、上述のように、測定装置では、経年や温度変化などに起因して光学配置が変化する場合がある。例えば、ラインセンサカメラの位置や向きが変化する場合がある。そこで、そのような変化による測定誤差を低減するために、定期的（例えば２か月おき）に、校正が行われる。校正時には、パスラインに設置されている、複数のスリットのある校正板を用いる。なお、図７では図示の都合上、校正板を最下部に表しているが、実際には校正板はパスラインの位置に設置される。

【0013】

そして、校正時に取得した、幅方向の測定範囲における複数の校正点についての校正データを記憶部（不図示）が記憶する。そして、測定装置では、幅測定時にこの校正データを用いることで、測定誤差を低減することができる。

【0014】

しかしながら、校正後に測定装置における光学配置が変化した場合、校正データもそれに合わせて変化させる必要がある。ここで、図８は、比較例の測定装置における校正データの変化例を示すグラフである。図８において、縦軸は校正板のスリットにおける所定側のエッジ位置であり、横軸は各エッジ位置に対応する、被測定物の幅方向の画素アドレス（画素の位置）である。校正データＬ１がある場合に、その後、測定装置における光学配置が変化すると、例えば、校正データＬ２に変化させる必要がある。

【0015】

しかしながら、校正データを変更させるには、校正を再度行わなければならない。そして、パスラインに設置された校正用器具を用いて校正を行う必要があるため、幅測定を中断しなくてはならないという問題がある。そこで、以下では、光学配置が変化した場合でも幅測定を中断することなく校正データを適切な値に補正し、測定誤差を抑制することができる測定装置について説明する。

【0016】

図１は、実施形態の測定装置１の全体構成を模式的に示す図である。図２は、図１の測定装置１における各構成をＹ方向に見たときの様子を模式的に示す図である。なお、図１（ａ）は被測定物の幅測定実施時の状態を示し、図１（ｂ）は校正時の状態を示している。実施形態の測定装置１は、線状光源（光源）２ａ、２ｂ（総称するときは線状光源２という。）、校正板３、ラインセンサ４、制御装置６を備える。

【0017】

なお、図１において、Ｙ方向は、被測定物Ｗの搬送方向である。また、Ｘ方向は、被測定物Ｗの幅方向である。また、Ｚ方向は、被測定物Ｗの面に垂直な方向（高さ方向）である。

【0018】

線状光源２ａは、連続的に搬送される細長いシート状の被測定物Ｗに対して幅方向に線状の光を出射する。また、線状光源２とパスラインＰＬの間の領域内で、測定範囲（図２参照）の外側の所定の基準点に、マークＭが設置される。ここでは、一例として、マークＭは、線状光源２ａの表面における測定範囲の外側の所定の基準点に設置されている。なお、マークＭは、撮影データに写る物体であれば何でもよく、例えば、黒いシールによって構成される。

【0019】

なお、ラインセンサカメラ５の測定範囲（最大幅）を設定する場合は、被測定物Ｗの幅よりも少し広めにするだけでなく、マークＭがラインセンサカメラ５の視野内に入るようにする。

【0020】

線状光源２ｂは、校正時のラインセンサ４の位置に対応する位置に配置され、線状光源２ａと同様に幅方向に線状の光を出射する。

【0021】

校正板３は、校正時のラインセンサ４の位置に対応する位置であってパスラインＰＬの高さの位置に配置され、複数のスリット３１を有する。

【0022】

ラインセンサ４は、パスラインＰＬを挟んで線状光源２の反対側に配置される。ラインセンサ４は、複数のラインセンサカメラ５を備える。ラインセンサカメラ５は、被測定物Ｗや校正板３を幅方向に撮影する。ラインセンサカメラ５は、例えば、被測定物Ｗを撮影する場合、被測定物Ｗ越しに線状光源２を眺める配置となっている。そのため、ラインセンサカメラ５による撮影データは、被測定物Ｗの幅の分だけビデオ信号上に影（暗レベル）が存在する。このような撮影データに基づいて、被測定物Ｗの幅を算出することができる（詳細は後述）。

【0023】

制御装置６は、制御部６１と、記憶部６２と、入出力部６３と、を備える。制御部６１は、取得部６１１と、算出部６１２と、補正部６１３と、を備える。取得部６１１は、外部装置から各種の情報を取得する。取得部６１１は、例えば、ラインセンサカメラ５から撮影データを取得する。

【0024】

算出部６１２は、ラインセンサカメラ５による撮影データに基づいて被測定物Ｗの幅方向の両端の位置を特定し、両端の位置に基づいて被測定物Ｗの幅を算出する。また、算出部６１２は、パスラインＰＬに設置された校正板３を用いて行う校正時に、幅方向の測定範囲における複数の校正点についての校正データを算出する（詳細は後述）。

【0025】

補正部６１３は、撮影データに基づいてマークＭの位置を特定し、マークＭの位置が幅方向に変化した場合には、その変化量に基づいて校正データを補正する（詳細は後述）。また、補正部６１３は、さらに、ラインセンサカメラ５からパスラインＰＬまでの距離と、ラインセンサカメラ５からマークＭまでのパスラインＰＬの垂直方向の距離と、を用いて、校正データを補正する（詳細は後述）。また、補正部６１３は、このような校正データの補正を、被測定物Wの幅の測定中に行う。

【0026】

記憶部６２は、各種の情報を記憶する。記憶部６２は、例えば、ラインセンサカメラ５による撮影データや、校正データなどを記憶する。

【0027】

入出力部６３は、外部装置との各種の情報の入出力を行うための入出力インタフェースである。

【0028】

また、図２に示すように、ラインセンサカメラ５の下端のレンズの位置であるカメラレンズ位置ＣＰからパスラインＰＬまでの距離を物体距離Ｈと称する。また、カメラレンズ位置ＣＰから線状光源２ａまでの距離を物体距離Ｈ’と称する。

【0029】

また、ラインセンタＬＣからマークＭまでの距離をＸ_０とする。また、ラインセンタＬＣから、校正板３における中央から１番目のスリット３１の内側のエッジまでの距離をＸ_１とし、Ｘ_２以降も同様である。

【0030】

次に、図３を参照して、ラインセンサカメラ５の移動時の撮影データにおける校正点とマークＭの位置のずれる量について説明する。なお、経年や温度変化によってラインセンサカメラ５の光学配置が変化する場合、主に水平移動と回転移動が考えられる。

【0031】

まず、図３（ａ）を参照して、ラインセンサカメラ５が水平移動する場合について説明する。図３（ａ）は、ラインセンサカメラ５の水平移動時の撮影データにおける校正点とマークＭの位置のずれる量の説明図である。

【0032】

ラインセンサカメラ５が水平方向にΔＬ移動した場合、撮影データにおけるパスラインＰＬ上の校正点のずれる量をΔＸ_ｉとすると、ΔＸ_ｉ＝ΔＬとなる。また、そのとき、撮影データにおける線状光源２ａ上のマークＭのずれる量をΔＸ_０とすると、ΔＸ_０＝ΔＬとなる。

【0033】

次に、図３（ｂ）を参照して、ラインセンサカメラ５が回転移動する場合について説明する。図３（ｂ）は、ラインセンサカメラ５の回転移動時の撮影データにおける校正点とマークＭの位置のずれる量の説明図である。ラインセンサカメラ５の回転角度をΔαとすると、ΔＸ_０は、次の式で表すことができる。
ΔＸ_０＝（Ｘ_０－Ｌ）－Ｈ’・ｔａｎ［ｔａｎ^－１［（Ｘ_０－Ｌ）／Ｈ’］－Δα］

【0034】

また、ΔＸ_ｉは、次の式で表すことができる。
ΔＸ_ｉ＝Ｈ・ｔａｎ［ｔａｎ^－１［（Ｌ－Ｘ_ｉ）／Ｈ］＋Δα］－（Ｌ－Ｘ_ｉ）

【0035】

なお、ラインセンサカメラ５の移動の種類は、水平移動と回転移動のほかに、それらの複合などもありえる。しかし、いずれの場合も、実際の移動は微小であること等を考えると、校正データを補正する場合に各校正点の校正データに共通で加算する値として、以下のＰ_０を採用するのが有効であることがシミュレーションによりわかっている。
Ｐ_０＝（Ｐ’_０－Ｐ’’_０）・Ｈ／Ｈ’
ただし、Ｐ’’_０は、最新の校正時（または校正直後の幅測定時。以下同様）のマークＭの位置である。また、Ｐ’_０は、現在のマークＭの位置である。

【0036】

次に、図４を参照して校正データの例と補正後の校正データの例について説明する。図４は、（ａ）が校正データの例で、（ｂ）が補正後の校正データの例である。

【0037】

図４（ａ）に示すように、校正データでは、各校正点のエッジ位置（Ｘ_１、Ｘ_２、・・・）に対して、画素アドレス（Ｐ_１、Ｐ_２、・・・）が対応付けられている。

【0038】

そして、図４（ｂ）に示すように、補正後の校正データでは、各校正点のエッジ位置（Ｘ_１、Ｘ_２、・・・）に対して、共通してＰ_０が加算された画素アドレス（Ｐ_１＋Ｐ_０、Ｐ_２＋Ｐ_０、・・・）が対応付けられている。

【0039】

次に、図５を参照して、データ例について説明する。図５（ａ）は、が光学系パラメータの例である。物体距離Ｈ、物体距離Ｈ’、水平方向カメラ位置Ｌ、マーク位置Ｘ_０、校正点位置Ｘ_１～Ｘ_７の各値が図示のように与えられている。

【0040】

そして、図５（ｂ）はラインセンサカメラ５の水平移動時の各値の例である。ここでは、ΔＬを０．１ｍｍとした。そうすると、ΔＸ_０が０．１００００ｍｍとなる。また、ΔＸ_０・Ｈ／Ｈ’（＝（Ｐ’_０－Ｐ’’_０）・Ｈ／Ｈ’）が０．０９１ｍｍとなる。

【0041】

そうすると、各校正点位置での校正データのずれ量（ΔＸ_１、ΔＸ_２、・・・）は、補正前が０．１００ｍｍであったのに対し、補正後が－０．００９ｍｍと大幅に改善した。図５（ｄ）は（ｂ）の各値のグラフである。

【0042】

次に、図５（ｃ）はラインセンサカメラ５の回転移動時の各値の例である。ここでは、Δαを０．０００９９ｄｅｇとした。そうすると、ΔＸ_０が０．１００００ｍｍとなる。また、ΔＸ_０・Ｈ／Ｈ’（＝（Ｐ’_０－Ｐ’’_０）・Ｈ／Ｈ’）が０．０９１ｍｍとなる。

【0043】

そうすると、校正点位置Ｘ_１での校正データのずれ量ΔＸ_１は、補正前が０．０８８ｍｍであったのに対し、補正後が０．００３ｍｍと大幅に改善した。ΔＸ_２～ΔＸ_７についても同様に大幅に改善した。図５（ｅ）は（ｃ）の各値のグラフである。

【0044】

次に、図６を参照して、実施形態の測定装置１の制御装置６における処理について説明する。図６は、実施形態の測定装置１の制御装置６における処理を示すフローチャートである。前提として、最新の校正時のマークＭの位置（画素アドレスＰ’’_０）を記憶部６２に記憶しておく。そして、被測定物Ｗの幅測定中に以下の処理を行う。

【0045】

まず、ステップＳ１において、取得部６１１は、ラインセンサカメラ５から撮影データを取得する。

【0046】

次に、ステップＳ２において、補正部６１３は、撮影データに基づいてマークＭの位置（画素アドレスＰ’_０）を特定する。

【0047】

次に、ステップＳ３において、補正部６１３は、マークＭの位置が幅方向に変化したか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ４に進み、Ｎｏの場合はステップＳ１に戻る。

【0048】

ステップＳ４において、補正部６１３は、マークＭの変化量に基づいて校正データを補正する（図４の（ａ）→（ｂ））。ステップＳ４の後、ステップＳ１に戻る。

【0049】

このように、本実施形態の測定装置１によれば、線状光源２ａとパスラインの間の領域内で、測定範囲の外側の所定の基準点にマークＭを設置しておき、撮影データに基づいてマークの位置を特定し、マークの位置が変化した場合にその変化量に基づいて校正データを補正する。これにより、測定装置１において、経年や温度変化などに起因して光学配置が変化した場合でも幅測定を中断することなく校正データを適切な値に補正し、測定誤差を抑制することができる。

【0050】

つまり、校正データを補正するときに、従来技術のようにパスラインに設置された校正板を用いる必要がないため、幅測定を中断する必要がない。

【0051】

また、物体距離Ｈ、Ｈ’を用いて校正データを補正するようにすれば、より高精度に補正できる。

【0052】

また、マークＭを線状光源２の表面における測定範囲の外側の所定の基準点に設置するようにすれば、容易に設置できるとともに、パスライン付近に設置する場合に比べてマークＭを設置するためのクリアランスを得やすいという利点もある。

【0053】

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0054】

例えば、マークＭを設置する位置は、線状光源２の表面に限定されず、線状光源２とパスラインの間の領域内であればどこでもよい。例えば、マークＭをパスラインに近い位置に設置すれば、ラインセンサカメラ５による撮影時にマークＭにピントが合いやすいという利点がある。

【符号の説明】

【0055】

１…測定装置、２…線状光源、３…校正板、４…ラインセンサ、５…ラインセンサカメラ、６…制御装置、３１…スリット、６１…制御部、６２…記憶部、６３…入出力部、ＣＰ…カメラレンズ位置、ＬＣ…ラインセンタ、Ｍ…マーク、ＰＬ…パスライン、Ｗ…被測定物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】