JP2021015052A

JP2021015052A - 測定装置

Info

Publication number: JP2021015052A
Application number: JP2019130165A
Authority: JP
Inventors: 努中尾; Tsutomu Nakao
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-02-12

Abstract

【課題】容易な構成で被搬送物の長さを測定できる測定装置を提供する。【解決手段】測定装置は、レンズと、エリアセンサと、取得部と、を備える。レンズは、第１方向に搬送されるシート状の被測定物の測定面を臨む位置に配置される。エリアセンサは、レンズを挟んで被測定物の反対側に配置され、測定面を撮像する撮像面を備える。エリアセンサは、被測定物が移動して、測定面とレンズとの間の距離である物体距離が変化した場合に、当該物体距離に応じて定まるレンズと撮像面との間の距離である像距離に、第１方向と略直交する第２方向に延在する複数の撮像ラインのうちいずれかが位置するように撮像面を傾けている。取得部は、現在の位置の被測定物の測定面とレンズとの間の物体距離に対応する像距離の位置に存在する撮像ラインに写っている測定面の端部の位置を取得し、当該端部の位置に基づき被測定物の第２方向の長さを算出する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、測定装置に関する。

従来、様々な材質のシート状材料（例えば鋼板等）の製造ラインにおいて、連続的に搬送されるシート状材料の形状の測定を非接触で自動的に実行する装置が種々提案されている。このようなシート状材料（被測定物）が搬送される場合、被測定物が搬送面（例えば、ローラコンベア等）に対して上下方向に変位している場合がある。例えば、搬送時の飛びはねや自重による撓み等による上下動が生じている場合がある。被測定物の上下動は、測定精度の低下の原因になり得る。そこで、例えば、被測定物の上下動を検出するレーザ距離計と被測定物の表面を測定するラインセンサとを組み合わせて被搬送物の幅（搬送方向と略直行する方向の長さ）の測定を行う幅測定装置が提案されている。

特開２０１６−１２５８５７号公報

しかしながら、従来の装置の場合、異なる構成（種類）のセンサで測定された測定値を組み合わせて測定結果を得ている。そのため、測定時の環境変化、例えば温度変化等により各センサの設置角度や特性等が個別に変動してしまう場合がある。このような場合、個々のセンサで発生した誤差が、測定結果に反映されてしまい（積み上げられてしまい）、測定結果の精度を低下させてしまう場合があった。そこで、搬送時の上下動を考慮しつつ、異なる種類の測定値を組合せることなく、測定誤差の軽減が可能な容易な構成の測定装置が提供できれば、測定精度の向上が図れて有意義である。

実施形態にかかる測定装置は、例えば、レンズと、エリアセンサと、取得部と、を備える。レンズは、第１方向に搬送されるシート状の被測定物の測定面を臨む位置に配置される。エリアセンサは、レンズを挟んで被測定物の反対側に配置され、測定面を撮像する撮像面を備える。このエリアセンサは、被測定物が移動して、測定面とレンズとの間の距離である物体距離が変化した場合に、当該物体距離に応じて定まるレンズと撮像面との間の距離である像距離に、第１方向と略直交する第２方向に延在する複数の撮像ラインのうちいずれかが位置するように撮像面を傾けている。取得部は、現在の位置の被測定物の測定面とレンズとの間の物体距離に対応する像距離の位置に存在する撮像ラインに写っている測定面の端部の位置を取得し、当該端部の位置に基づき被測定物の第２方向の長さを算出する。

図１は、実施形態にかかる測定装置を含む被測定物の測定概念を説明する例示的かつ模式的な図である。図２は、実施形態にかかる測定装置のエリアセンサおよびレンズの被測定物に対する位置関係およびエリアセンサの姿勢を説明する例示的かつ模式的な斜視図である。図３は、実施形態にかかる測定装置をＸ方向に臨む図であり、搬送面に対して高さ方向（Ｚ方向）に変位した被測定物の変位量の取得例を説明する説明図である。図４は、実施形態にかかる測定装置をＹ方向に臨む図であり、被測定物の端部の位置を第１データに基づいて取得する例を説明する説明図である。図５は、本実施形態にかかる測定装置において、エリアセンサの検出結果から被測定物の端部の位置を検出する方法を説明する例示的かつ模式的な図である。図６は、本実施形態にかかる測定装置で使用可能な治具の例示的かつ模式的な平面図である。図７は、本実施形態にかかる測定装置による長さ測定において主として焦点の合っている撮像ラインを特定する処理の流れを説明するフローチャートである。図８は、実施形態にかかる測定装置をＸ方向に臨む図であり、被測定物の端部の位置を第２データに基づいて取得する方法を説明する例示的かつ模式的な図である。例を説明する説明図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。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、以下の記載内容に限られるものではない。

図１は、実施形態にかかる測定装置を含む被測定物の測定概念を説明する例示的かつ模式的な図である。本実施形態の測定装置１０は、搬送面１２上を連続的に搬送される鋼板等のシート状材料（以下、「被測定物１４」という）の測定面１４Ｓを臨む位置、例えば、被測定物１４の上方にセンサユニット１６を配置している。なお、本実施形態において、搬送面１２は、被測定物１４が搬送される場合に通過可能な面として定められた「基準面」と称する場合もある。本実施形態の場合、センサユニット１６は、例えば、測定面１４Ｓの左右の端部の位置を個々に撮像して、搬送面１２に対する被測定物１４の位置とセンサユニット１６との位置関係に基づいて、被測定物１４の搬送方向と略直交する方向の長さを算出する。なお、搬送方向と略直交する方向の長さは、被測定物１４の「幅」と称することができる。以下の説明では、被測定物１４の搬送方向を第１方向またはＹ方向という場合がある。また、被測定物１４の搬送方向と略直交する方向、つまり、被測定物１４の幅方向を第２方向またはＸ方向という場合がある。また、搬送面１２に対する被測定物１４の上下の変位方向を高さ方向またはＺ方向という場合がある。

被測定物１４は、搬送面１２（基準面）上を図１のＹ方向（紙面表裏方向）に搬送される。搬送面１２は、Ｙ方向に延在する、例えばローラコンベアを構成する各ローラの上面で規定される面である。各ローラは、Ｙ方向に関して例えば１ｍ間隔で配置され、少なくとも一部のローラが駆動ローラとして構成され、被測定物１４を連続的にＹ方向に搬送する。つまり、被測定物１４は、Ｙ方向に関して、前後に離間するローラの間を跨ぐ状態で連続的に移動しうる。被測定物１４は、Ｙ方向（搬送方向）の長さが例えば数百ｍで、Ｘ方向（幅方向）が例えば、数百ｍｍ〜数千ｍｍ程度である。被測定物１４の搬送速度は、例えば、数百ｍ／分である。このように搬送方向に長尺の被測定物１４が、一定間隔で配置されたローラの上を移動する場合、搬送時の振動等により搬送面１２上でばたついたり、被測定物１４の自重により前後のローラの間の空間で凹状に撓んだり、またその反作用で凸状に撓んだりする場合がある。つまり、搬送途中の被測定物１４は、Ｚ方向（高さ方向）に移動する場合がある。図１は、被測定物１４が搬送面１２に対して上方に移動した状態が例示されている。

センサユニット１６（１６ａ，１６ｂ）は、エリアセンサ１８およびレンズ２０を含む。センサユニット１６は、被測定物１４が搬送される搬送面１２を挟んで、センサユニット１６とは逆側に配置された光源２２からの測定光を受光する。つまり、エリアセンサ１８は、被測定物１４が存在する部分では測定光が遮られて未受光となり、被測定物１４が存在しない部分では測定光が遮られず受光可能となる。その結果、エリアセンサ１８は、被測定物１４の端部の位置であるエッジ１４ａを測定光の受光／未受光によって検出することができる。なお、図１において、被測定物１４の左側のエッジ１４ａを主に撮像するセンサユニット１６ａと、被測定物１４の右側のエッジ１４ａを主に撮像するセンサユニット１６ｂは、実質的に同じ構成である。したがって、以下の説明では、代表してセンサユニット１６ａを説明し、センサユニット１６ｂの説明は省略する。また、センサユニット１６ａとセンサユニット１６ｂを説明上特に区別する必要のない場合は、センサユニット１６として説明する。

エリアセンサ１８は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサであり、光量に応じた電圧信号を出力する撮像素子がｍ列ｎ行のアレイ状に配置されている。レンズ２０は、例えば凸レンズである。エリアセンサ１８のレンズ２０を介した撮像範囲は、搬送面１２をＸ方向の中央位置で分けた場合の片側の領域をカバーできるものとすることができる。例えば、センサユニット１６ａは、図１において、ローラコンベア（搬送面１２）のＸ方向の中央位置Ｃから左側（例えばワークサイドＷＳと称する）を撮像範囲とする。また、センサユニット１６ｂは、中央位置Ｃから右側（例えばドライブサイドＤＳと称する）を撮像範囲とする。エリアセンサ１８で撮像された撮像画像は、制御部２４に逐次送られる。制御部２４は、取得部２６、記憶部２８、出力部３０等を含む。制御部２４の詳細は後述する。

図２は、センサユニット１６（測定装置１０）のエリアセンサ１８およびレンズ２０の被測定物１４に対する位置関係およびエリアセンサ１８の姿勢を説明する例示的かつ模式的な斜視図である。図２に示すように、レンズ２０は、Ｙ方向（第１方向）に搬送される被測定物１４の測定面１４Ｓを臨む位置に配置される。また、エリアセンサ１８は、レンズ２０を挟んで被測定物１４の反対側に配置される。図２に示すように、エリアセンサ１８の撮像面Ｆは、Ｘ方向に並ぶ複数の撮像素子で形成される撮像ラインｆｓの延在方向が、搬送面１２（基準面）と略平行であり、撮像面Ｆの法線ベクトルＲが搬送面１２（基準面）と非垂直になるように設定されている。つまり、撮像面Ｆは、搬送面１２（基準面）に対して傾いている。搬送面１２に対してエリアセンサ１８の撮像面Ｆを傾けることにより、撮像面Ｆ上でＸ方向（第２方向）と直交する第３方向であるＰ方向に沿って配置されるｎ本の撮像ラインｆｓのレンズ２０に対する距離（後述する像距離）がそれぞれ異なるようにしている。

図３は、測定装置１０を被測定物１４のＸ方向（幅方向）に臨む図である。ここで、レンズ２０の焦点距離を焦点距離ｆ、物体面（例えば搬送面１２）とレンズ２０の主平面の距離を物体距離Ａ、エリアセンサ１８の撮像面Ｆとレンズ２０の主平面との距離を像距離Ｂとすると、以下の式１の関係が成立する。
１／Ａ＋１／Ｂ＝１／ｆ・・・（式１）
したがって、被測定物１４がＺ方向に移動して、物体面である測定面１４Ｓとレンズ２０との間の距離である物体距離Ａが変化した場合に、当該物体距離Ａに応じて、レンズ２０と撮像面Ｆとの間の距離である像距離Ｂが定まる。つまり、エリアセンサ１８の撮像面Ｆにおいて、Ｐ方向に並ぶｎ本の撮像ラインｆｓのうち、式１の関係を満たす位置に存在する撮像ラインｆｓが最も焦点の合った（鮮明に見える）被測定物１４の像を撮像することができる。具体的には、搬送面１２上でＹ方向に搬送される被測定物１４が搬送面１２（基準面）より上方（Ｚ方向）に移動している場合、例えば、被測定物１４が、物体距離Ａ_１の位置に存在するとする。この場合、像距離Ｂ_１＝１／（１／ｆ−１／Ａ_１）に対応する位置に存在する撮像ラインｆｓ（図３の場合、撮像面Ｆのうち第Ｎ_１行の撮像ラインｆｓ）で上昇位置にある被測定物１４ｕ（被測定物１４）が最も焦点の合った状態で撮像される。同様に、搬送面１２上でＹ方向に搬送される被測定物１４が搬送面１２より下方（Ｚ方向）に移動している場合、例えば、被測定物１４が、物体距離Ａ_２の位置に存在するとする。この場合、像距離Ｂ_２＝１／（１／ｆ−１／Ａ_２）に対応する位置に存在する撮像ラインｆｓ（図３の場合、撮像面Ｆのうち第Ｎ_２行の撮像ラインｆｓ）で下降位置にある被測定物１４ｄ（被測定物１４）が最も焦点の合った状態で撮像される。したがって、搬送面１２に対してＺ方向のいかなる位置に被測定物１４が存在しても、搬送面１２（基準面）に対して傾いた撮像面Ｆを備えるエリアセンサ１８は、Ｐ方向のいずれかの位置（第ｎ行）に存在する撮像ラインｆｓで焦点の合った被測定物１４を撮像することができる。つまり、エリアセンサ１８は、焦点深度の深い撮像面Ｆを備えることになる。上述したように、エリアセンサ１８の撮像面Ｆ上で測定面１４Ｓが最も焦点の合っている撮像ラインｆｓの位置（行の位置）が特定できれば、その撮像ラインｆｓとレンズ２０との距離である像距離Ｂが特定できる。そして、上述の式１に基づき、例えば、被測定物１４が搬送面１２から上方に移動した場合の物体距離Ａ_１は、Ａ_１＝１／（１／ｆ−１／Ｂ_１）により算出することができる。このように、焦点が最も合っている撮像ラインｆｓを示す位置（第ｎ行の撮像素子の座標（Ｍ_１，Ｎ_１）や（Ｍ_２，Ｎ_２）等）が特定できれば、搬送面１２に対する被測定物１４のＺ方向の位置（高さ）を特定することができる。なお、図３において、搬送面１２の像の焦点が合った位置は、撮像ラインｆｓ０で示している。

図４は、測定装置１０を被測定物１４のＹ方向（搬送方向）に臨む図であり、被測定物１４のエッジ１４ａの位置を後述する第１データを用いて取得する場合の説明図である。上述したように、被測定物１４の位置が搬送面１２（基準面）に対してＺ方向のいかなる位置にあっても、エリアセンサ１８の斜め姿勢の撮像面Ｆ上でＰ方向に並ぶいずれかの撮像ラインｆｓにおいて、焦点が合う。例えば、搬送面１２より上方に被測定物１４ｕが存在する場合、座標（Ｍ_１，Ｎ_１）を含む第Ｎ_１行の撮像ラインｆｓ１に被測定物１４ｕの像の焦点が合う。また、搬送面１２より下方に被測定物１４ｄが存在する場合、座標（Ｍ_２，Ｎ_２）を含む第Ｎ_２行の撮像ラインｆｓ２に被測定物１４ｄの像の焦点が合う。

また、前述したように、被測定物１４（搬送面１２）を挟んでエリアセンサ１８と対向する位置には、光源２２が配置されて、被測定物１４の下方から測定光を照射している。したがって、エリアセンサ１８で光源２２（図１参照）の測定光を受光する場合、Ｘ方向に関して、被測定物１４に遮られる領域と遮られない領域が発生する。この場合、焦点の合っている例えば第Ｎ_１行の撮像ラインｆｓにおいては、図５にライン３２で示すように、光源２２から照射される測定光は、Ｘ方向において被測定物１４によって遮られた遮蔽領域と遮られない非遮蔽領域とがエッジ１４ａに対応する位置で隣接する撮像素子の出力する信号値の変化（差）が明確に現れる。逆に焦点の合っていない撮像ラインｆｓの場合、光源２２から照射される測定光は、Ｘ方向において被測定物１４によって遮られた遮蔽領域と遮られない非遮蔽領域とがぼやける。その結果、例えば、ライン３４で示すように、エッジ１４ａの付近で隣接する撮像素子の信号値の大きさが徐々に変化する（隣接する撮像素子の出力する信号値の差が所定閾値未満となる）。

したがって、エリアセンサ１８を構成する複数の撮像ラインｆｓのうち、隣接する撮像素子の出力する信号値（明度）の差が所定閾値以上の撮像ラインｆｓの中で最も差が大きい撮像ラインｆｓが、焦点の合っている撮像ラインｆｓであると判定できる。つまり、上方に移動している被測定物１４ｕを焦点の合った状態で撮像している第Ｎ_１行の撮像ラインｆｓであると判定できる。また、その撮像ラインｆｓで、隣接する撮像素子の信号値の差が最も大きい位置の撮像画素が、被測定物１４の端部の位置を撮像している第Ｍ_１列目の撮像素子であると判定できる。したがって、制御部２４（図１参照）は、エリアセンサ１８から逐次送信される撮像素子の信号値の比較を撮像ラインｆｓごとに行い、最も信号値の差が大きい撮像ラインｆｓを選択することにより、最も焦点が合っている撮像ラインｆｓ、つまり、搬送面１２に対してＺ方向に変位している被測定物１４を捕らえている撮像ラインｆｓとして決定できる。また、撮像素子の出力する信号値の変化が所定閾値以上で最も大きな撮像素子が、被測定物１４のエッジ１４ａを捕らえている撮像素子として決定できる。このように、被測定物１４のエッジ１４ａを撮像しているエリアセンサ１８上の撮像画像の座標（Ｍ_１，Ｎ_１）や座標（Ｍ_２，Ｎ_２）を検出することができる。図４の場合、座標（Ｍ_１，Ｎ_１）は、搬送面１２より上方に被測定物１４ｕが位置する場合のエッジ１４ａに対応する座標である。また、座標（Ｍ_２，Ｎ_２）は、搬送面１２より下方に被測定物１４ｄが位置する場合のエッジ１４ａに対応する座標である。

図１に戻り、制御部２４の取得部２６で実行される被測定物１４の長さ測定の手順を説明する。取得部２６は、上述したように、エリアセンサ１８の撮像素子が出力する信号値の比較を行うことにより、被測定物１４の像の焦点が合っている撮像ラインｆｓ（第ｎ行の撮像ラインｆｓ）を特定する。そして、上述した物体距離Ａと像距離Ｂと焦点距離ｆとの関係に基づき、被測定物１４が搬送面１２に対してＺ方向に移動した場合の変位量を取得する。また、撮像素子の出力する信号値の差が最も大きな撮像素子（所定閾値上の差がある中で最も差が大きい撮像素子）の位置に基づき、被測定物１４の第２方向の端部の位置（エッジ１４ａ）を検出する。そして、取得部２６は、検出したエッジ１４ａのＺ方向の変位量とＸ方向の位置とに基づき以下の手順で被測定物１４の長さ（例え）幅）を算出（取得）する。

図１において、被測定物１４の幅をＷとし、被測定物１４の一方のエッジ１４ａを撮像するセンサユニット１６ａと他方のエッジ１４ａを撮像するセンサユニット１６ｂとの離間距離をＬとする。また、センサユニット１６ａにおけるエリアセンサ１８の撮像面のＸ方向の中央位置から搬送面１２に下ろした垂線ｊａとセンサユニット１６ａ側の被測定物１４のエッジ１４ａとのＸ方向の距離をＷｗｓとする。同様に、センサユニット１６ｂにおけるエリアセンサ１８の撮像面のＸ方向の中央位置から搬送面１２に下ろした垂線ｊｂとセンサユニット１６ｂ側の被測定物１４のエッジ１４ａとのＸ方向の距離をＷｄｓとする。この場合、被測定物１４の幅Ｗは、以下の式２で示される。
Ｗ＝Ｌ−Ｗｗｓ−Ｗｄｓ・・・（式２）

また、レンズ２０の主平面から搬送面１２（基準面）までの距離をＨ、レンズ２０主平面から被測定物１４までの距離を物体距離Ａとする。また、センサユニット１６ａのエリアセンサ１８から被測定物１４を撮像した場合に、当該被測定物１４のエッジ１４ａに対応する搬送面１２上の位置と垂線ｊａとのＸ方向の見かけ距離をＷａとする。この場合、相似関係により、Ｗｗｓ：Ｗａ＝Ａ：Ｈとなり、式３が得られる。
Ｗｗｓ＝Ｗａ×Ａ／Ｈ・・・（式３）
同様に、センサユニット１６ｂ側に関しては、式４が得られる。
Ｗｄｓ＝Ｗｂ×Ａ／Ｈ・・・（式４）

ここで、測定装置１０は、長さ測定の事前準備として、Ｘ方向に関して、撮像ラインｆｓにおける撮像素子の位置と、搬送面１２上で当該搬送面１２上の基準位置（例えば搬送面１２のＸ方向の中央位置Ｃ）から撮像素子の位置が示す位置までの見かけ距離（Ｗａ，Ｗｂ）を予め試験等により対応付けた第１データを記憶部２８の第１記憶部２８ａに記憶している。

第１データは、例えば、図６に示すような治具３６を用いて予め決定しておくことができる。治具３６は、例えば、搬送面１２上でＸ方向に配置可能な長尺の金属の板材である。治具３６は、搬送面１２上で被測定物１４が搬送されていない非生産時間帯に、例えば、搬送面１２のＸ方向の中央位置Ｃに端部３６ａを位置合わせした状態で配置される。治具３６は、端部３６ａを基準にして、一定間隔（例えば、間隔Ｅ）で、矩形形状の開口部３８（３８ａ，３８ｂ，３８ｃ等）が設けられている。なお、各開口部３８には、ナイフエッジ４０ａを備えるナイフ部材４０が装着され、端部３６ａと平行な辺の直線精度を確保するようにしている。

このように構成される治具３６を搬送面１２上に配置し、光源２２から測定光を照射すると、エリアセンサ１８において、搬送面１２で焦点があう撮像ラインｆｓ０（図３参照）では、一定間隔（Ｅ，２Ｅ，３Ｅ等）の輝点が撮像される。この場合、間隔Ｅ（搬送面１２上の距離）に対応する撮像素子の数は取得可能である。換言すれば、現在の移動位置の被測定物１４が写っている撮像ラインｆｓにおける被測定物１４のエッジ１４ａ（端部）を捕らえた撮像素子の座標、例えば、座標（Ｍ_１，Ｎ_１）や座標（Ｍ_２，Ｎ_２）が特定できれば、図４において、Ｍ_１（Ｍ_２）と第１データとに基づいて、エリアセンサ１８の撮像面のＸ方向の中央位置Ｃから搬送面１２に下ろした垂線ｊａまでの搬送面１２上の見かけ距離を得ることができる。例えば、搬送面１２より被測定物１４が上方に存在していた場合のエッジ１４ａに対応する搬送面１２上の位置Ｐ_１までの距離Ｗ_１を決定することができる。同様に、搬送面１２より被測定物１４が下方に存在したいた場合のエッジ１４ａに対応する搬送面１２上の位置Ｐ_２までの距離Ｗ_２を決定することができる。なお、図４における距離Ｗ_１が図１おける見かけ距離Ｗａに対応し、距離Ｗ_２が見かけ距離Ｗｂに対応する。被測定物１４の他端側、すなわち、センサユニット１６ｂの撮像範囲についても同様である。

図１において、レンズ２０と搬送面１２との距離Ｈは、センサユニット１６を搬送面１２の上方位置に固定する際に決定することができる。ここで、例えば、被測定物１４のＸ方向の長さ（幅）を測定するタイミングで、搬送面１２をＹ方向に搬送される被測定物１４が搬送面１２より上方（Ｚ方向）に変位していた場合を考える。図３に示すように、レンズ２０と被測定物１４との物体距離Ａ_１と、レンズ２０とエリアセンサ１８上で焦点の合っている撮像ラインｆｓとの像距離Ｂ_１と、レンズ２０の焦点距離ｆとの関係は、前述した式１で示すように、Ａ_１＝１／（１／ｆ−１／Ｂ_１）となる。このとき、現在の位置の被測定物１４（測定面１４Ｓ）が写っている撮像ラインｆｓの位置に対応する像距離Ｂ_１は、座標（Ｍ_１，Ｎ_１）とレンズ２０の位置によって算出することができるので、現在の位置における被測定物１４の物体距離Ａ_１を算出することができる。また、取得部２６は、第１データと、撮像面Ｆで焦点の合っている撮像ラインｆｓで被測定物１４のエッジ１４ａを示す撮像素子の位置（座標）とに基づいて、被測定物１４のＸ方向のエッジ１４ａに対応する搬送面１２上で見かけ距離Ｗａ，Ｗｂを決定することができる。したがって、取得部２６は、見かけ距離Ｗａ，ＷｂとＺ方向の変位量（Ａ_１／Ｈ）とに基づいて、被測定物１４のＸ方向のエッジ１４ａの位置、すなわちＷｗｓ，Ｗｄｓを検出することができる。そして、取得部２６は、取得した距離Ｗｗｓ、距離Ｗｄｓおよび既知の値のセンサユニット１６ａとセンサユニット１６ｂとの離間距離Ｌを式２に代入すれば、被測定物１４のＸ方向の長さである幅Ｗを算出することができる。被測定物１４が搬送面１２に対して、下方に変位した状態で搬送される場合も同様に被測定物１４のＸ方向の長さである幅Ｗを算出することができる。

取得部２６は、上述のようにして逐次算出される被測定物１４のＸ方向の実際の幅Ｗと予め定められた被測定物１４のＸ方向の基準幅との比較を行い、その差分が予め定められた許容範囲以内の場合、出力部３０を介して、検査ＯＫの結果を出力する。また、取得部２６は、実際の幅Ｗと基準幅との比較の結果、差分が許容範囲外の場合、出力部３０を介して検査ＮＧの結果を出力する。なお、検査ＯＫの場合は、出力を省略してもよい。

図７は、測定装置１０による長さ測定において、主として焦点の合っている撮像ラインｆｓを特定する処理の流れを説明するフローチャートである。まず、取得部２６は、エリアセンサ１８が撮像した撮像データを取得する（Ｓ１００）。撮像データを取得したら取得部２６は、エリアセンサ１８に複数存在する撮像ラインｆｓのうち処理対象の撮像ラインｆｓの列を指定するための値（ｎ）を初期化（ｎ＝１）する（Ｓ１０２）。取得部２６は、Ｓ１０２で指定した撮像ラインｆｓを参照する（Ｓ１０４）。そして、処理対象となった撮像ラインｆｓを構成する撮像素子について、隣接する撮像素子の出力する信号値の差を順次求め、所定の閾値以上の差が存在する場合（Ｓ１０６のＹｅｓ）、その撮像ラインｆｓを記憶する（Ｓ１０８）。この場合、記憶した撮像ラインｆｓについて、最も信号値の差の大きな撮像素子の位置（例えば、明暗の変化が大きな位置、座標）も同時に記憶する。Ｓ１０６で所定の閾値以上の差がない場合（Ｓ１０６のＮｏ）またはＳ１０８で撮像ラインｆｓを記憶した場合、取得部２６は、処理対象の撮像ラインｆｓが最終列の撮像ラインｆｓか否か判定する（Ｓ１１０）。そして、最終ラインではない場合（Ｓ１１０のＮｏ）、処理対象の撮像ラインｆｓを指定するためのｎの値をインクリメント（ｎ＝ｎ＋１）する（Ｓ１１２）。そして、Ｓ１０４に移行して、次の列の撮像ラインｆｓについて、上述と同様な処理を実行する。

Ｓ１１０で処理対象の撮像ラインｆｓが最終列の撮像ラインｆｓの場合（Ｓ１１０のＹｅｓ）、Ｓ１０８で記憶している撮像ラインｆｓの中で、隣接する撮像素子の信号値の差が最も大きな撮像ラインｆｓを焦点の合った撮像ラインｆｓとして決定する（Ｓ１１４）。そして、取得部２６は、決定された焦点の合っている撮像ラインｆｓについて、最も信号値の差の大きな撮像素子の位置（座標）に基づき、被測定物１４の長さ算出処理を実行し（Ｓ１１６）、一連の処理を一旦終了する。つまり、上述したように、最も信号値の差の大きな撮像素子の座標に基づき、像距離Ｂ、物体距離Ａ、見かけ距離（Ｗａ，Ｗｂ）を算出し、距離Ｗｗｓ，Ｗｄｓを求め、被測定物１４の長さ（幅）を算出する。そして、取得部２６は、次の測定タイミングで、図７のフローチャートの処理により長さ測定を逐次実行する。

このように、本実施形態の測定装置１０は、被測定物１４が搬送面１２（基準面）に対し接離方向（上方や下方）に移動しながら搬送される場合でも、被測定物１４のそれぞれのエッジ１４ａを同じ構成のセンサユニット１６（１６ａ，１６ｂ）で測定した撮像データのみで取得できる。その結果、従来のように、異なる種類のセンサの測定結果を組み合わせて被測定物の長さ（幅）を取得する場合に比べて、測定時の環境変化等がある場合でも、測定結果の誤差軽減が可能になり、容易な構成により搬送時の移動を考慮した長さ（幅）測定が実現できる。また、従来の構成では、被測定物１４がＺ方向に移動する場合でも撮像が可能なように、被写界深度の深いレンズを用いて撮像を行う必要がある場合があった。一方、本実施形態の場合、物体距離Ａの変化に対応して像距離Ｂが変化する場合でも、傾いた撮像面を備えるエリアセンサ１８のいずれかの撮像ラインｆｓで被測定物１４の端部の位置の撮像が可能となる。したがって、本実施形態の測定装置１０の場合、被写界深度の深いレンズを用いる必要がなく、この点においても測定装置１０の構成の低コスト化、設計の自由度の向上等に寄与することができる。

上述した例では、取得部２６は、被測定物１４の搬送面１２に対するＺ方向の変位量（Ａ／Ｈ）を、式１を用いた物体距離Ａと既知の値である距離Ｈを用いて決定するとともに、第１データを参照して取得した見かけ距離Ｗａ，Ｗｂを用いた式３、式４により距離Ｗｗｓ，Ｗｄｓを算出した。他の実施形態においては、搬送面１２のＺ方向の変位ごとに、Ｘ方向の位置に対応した第２データを準備しておき、被測定物１４のエッジ１４ａを示す撮像素子の位置（例えば、座標（Ｍ_１，Ｎ_１）や座標（Ｍ_２，Ｎ_２））から直接的に距離Ｗｗｓ，Ｗｄｓを決定してもよい。つまり、撮像面上でＸ方向と直交する第３方向（図２のＰ方向）における撮像ラインｆｓの第３方向の位置を示す座標成分（例えば、Ｎ_１やＮ_２）と、その撮像ラインｆｓにおける撮像素子の第２方向の位置を示す座標成分（例えば、Ｍ_１やＭ_２）と、被測定物１４（測定面１４Ｓ）のＸ方向の端部の位置（エッジ１４ａ）と、を対応付けた第２データを予め試験等に基づき決定しておき、第２記憶部２８ｂに記憶しておく。

なお、撮像面上でＸ方向と直交するＰ方向における撮像ラインｆｓの位置を示すライン位置（座標のｎ成分）と搬送面１２から被測定物１４のＺ方向の移動距離との関係は、例えば治具３６を高さ方向に関して用いることで決めることができる。図８に示すように、搬送面１２に対してＺ方向の異なる位置、例えば、−Ｔの位置、搬送面１２の位置、Ｔの位置、２Ｔの位置、３Ｔの位置等に治具３６を配置し、それぞれの位置で光源２２から測定光を投光する。この場合、治具３６がＺ方向の、例えばＴの位置に存在する場合に、エリアセンサ１８で開口部３８を通過した輝点の焦点が合う撮像ラインｆｓの位置と、治具３６が搬送面１２の位置に存在する場合にエリアセンサ１８で開口部３８を通過した輝点の焦点が合う撮像ラインｆｓの位置との差分（撮像画層数）が移動距離Ｔに対応する。そのときに、治具３６がＴの位置に存在する場合に輝点の焦点が合う撮像ラインｆｓと、搬送面１２の位置に存在する場合に輝点の焦点が合う撮像ラインｆｓと間の撮像素子の数は取得可能である。したがって、実際に搬送面１２に対してＺ方向に被測定物１４が移動した場合に、被測定物１４の焦点が合う撮像ラインｆｓを示す撮像素子（例えば、座標（Ｍ_１，Ｎ_１））の位置から基準の位置、例えば、治具３６を搬送面１２に置き、輝点を確認した撮像素子までの素子数が分かれば、搬送面１２から被測定物１４のＺ方向の移動距離が取得可能となる。つまり、エリアセンサ１８において、被測定物１４のエッジ１４ａを示す撮像素子の位置（座標（Ｍ_１，Ｎ_１）や座標（Ｍ_２，Ｎ_２））から図１において距離Ｗｗｓや距離Ｗｄｓを取得する場合に必要となるＺ方向の変位量（Ａ_１／Ｈ、Ａ_２／Ｈ）を取得するための対応関係を得ることができる。また、第１データの説明で示したように、被測定物１４のエッジ１４ａを示す撮像素子の位置（座標（Ｍ_１，Ｎ_１）や座標（Ｍ_２，Ｎ_２））から、被測定物１４のＸ方向のエッジ１４ａに対応する搬送面１２上での見かけ距離Ｗａ，Ｗｂを決定するための対応関係を得ることができる。

したがって、エリアセンサ１８において、焦点が合っている被測定物１４のエッジ１４ａを示す撮像素子の位置（座標（Ｍ_１，Ｎ_１）や座標（Ｍ_２，Ｎ_２））と、Ｚ方向およびＸ方向の二次元的な関係を対応付けた第２データとして定めることができる。その結果、取得部２６は、被測定物１４のエッジ１４ａを示す撮像素子の位置（座標（Ｍ_１，Ｎ_１）や座標（Ｍ_２，Ｎ_２））が取得できれば、第２データを用いて、直接的に距離Ｗｗｓ，Ｗｄｓを決定し、被測定物１４の長さ（幅）を取得可能となる。取得部２６は、直接的に決定した距離Ｗｗｓ，Ｗｄｓを、式２に代入することにより、被測定物１４の幅を取得することができる。

なお、図１においては、エリアセンサ１８とレンズ２０を一体化したセンサユニット１６を示している。この場合、エリアセンサ１８とレンズ２０との相対位置は実質的に変化せず、測定装置１０の設置が容易にできるとともに、撮像精度（幅測定精度）のばらつきを軽減できる。また別の実施形態では、エリアセンサ１８とレンズ２０とを別体で構成してもよい。

また、図２において、エリアセンサ１８は、被測定物１４の搬送方向の上流側を臨むように搬送面１２（被測定物１４）に対して傾ける場合を示しているが、下流側を臨むように傾けて傾けてもよく、同様の効果を得ることができる。

また、図１において、記憶部２８は第１記憶部２８ａと第２記憶部２８ｂの両方を備える例を示したが、予め測定方法が決定されている場合は、いずれか一方を備えるようにしてもよい。また、幅測定時に第１記憶部２８ａを用いる測定方法と第２記憶部２８ｂを用いる測定方法を指定できるようにしてもよい。

また、図１に示す例では、本実施形態の測定装置１０を用いて、略水平方向（例えばＹ方向）に搬送される被測定物１４のＸ方向の長さ（幅）を測定する場合を示した。他の実施形態では、被測定物１４は、例えば、略鉛直方向に搬送されてもよいし、斜め上方や斜め下方に向かって搬送される場合でも、本実施形態の測定装置１０は適用可能であり、被測定物１４のＸ方向の長さ（幅）を同様に測定することができる。また、本実施形態では、被測定物の長さ測定の一例として幅を測定する例を示したが、幅に限らず、被測定物の種々の長さを測定することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上記実施形態および変形例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。

１０測定装置
１２搬送面
１４被測定物
１４ａエッジ
１６，１６ａ，１６ｂセンサユニット
１８エリアセンサ
２０レンズ
２２光源
２４制御部
２６取得部
２８記憶部
２８ａ第１記憶部
２８ｂ第２記憶部
３０出力部
３６治具
ｆｓ撮像ライン

Claims

第１方向に搬送されるシート状の被測定物の測定面を臨む位置に配置されるレンズと、
前記レンズを挟んで前記被測定物の反対側に配置され、前記測定面を撮像する撮像面を備え、前記被測定物が移動して、前記測定面と前記レンズとの間の距離である物体距離が変化した場合に、当該物体距離に応じて定まる前記レンズと前記撮像面との間の距離である像距離に、前記第１方向と略直交する第２方向に延在する複数の撮像ラインのうちいずれかが位置するように前記撮像面を傾けたエリアセンサと、
現在の位置の前記被測定物の前記測定面と前記レンズとの間の前記物体距離に対応する前記像距離の位置に存在する前記撮像ラインに写っている前記測定面の端部の位置を取得し、当該端部の位置に基づき前記被測定物の前記第２方向の長さを算出する取得部と、
を備える、測定装置。
前記エリアセンサの前記撮像面は、前記撮像ラインの延在方向が、前記被測定物が搬送される場合に通過可能な面として定められた基準面と略平行であり、前記撮像面の法線ベクトルが前記基準面と非垂直である、請求項１に記載の測定装置。
前記撮像ラインにおける撮像素子の位置と、前記基準面上で当該基準面上の基準位置から前記撮像素子の位置が示す位置までの見かけ距離と、を対応付けた第１データを記憶する第１記憶部を備え、
前記取得部は、前記第１データと、現在の位置で前記被測定物の前記測定面が写っている前記撮像ラインにおける前記測定面の端部を示す前記撮像素子の位置と、に基づいて現在の前記見かけ距離を取得するとともに、前記測定面が写っている前記撮像ラインの位置に対応する前記像距離から現在の前記被測定物に関する前記物体距離を取得し、取得した前記見かけ距離と現在の前記物体距離とに基づいて、前記測定面の前記端部の位置を取得する、請求項２に記載の測定装置。
前記撮像面上で前記第２方向と直交する第３方向における前記撮像ラインの位置を示す第３方向の座標と、前記撮像ラインにおける撮像素子の第２方向の座標と、前記測定面の前記第２方向の端部の位置と、を対応付けた第２データを記憶する第２記憶部を備え、
前記取得部は、前記第２データと、現在の前記測定面の端部を示す前記撮像面上の前記撮像素子の前記第２方向の座標および前記第３方向の座標と、に基づいて、前記測定面の前記端部の位置を取得する、請求項２に記載の測定装置。