JP7338656B2

JP7338656B2 - 計測装置、計測方法及びそのプログラム

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Publication number: JP7338656B2
Application number: JP2021038425A
Authority: JP
Inventors: 凌平森本; 千恵豊田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2023-09-05
Anticipated expiration: 2041-03-10
Also published as: JP2022138508A

Description

本明細書では計測装置、計測方法及びそのプログラムを開示する。

従来、測定対象物を観察する装置としては、例えば、複数のプリズムを用いて光路を分岐し、細胞観察などをおこなうことで三次元的な構造把握を可能とするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この観察装置では、三次元的な構造をもつ被写体の観察等において、多方向から観察した被写体の情報を一度に取得し、迅速な構造把握を可能とする多面画像取得システムを提供することができるとしている。また、測定対象物としては、例えば、第１活物質を有する柱状体である第１電極と、第２活物質を有する第２電極と、イオン伝導性を有し第１電極と第２電極とを絶縁する分離膜と、を備えた二次電池が提案されている（例えば、特許文献２など参照）。この二次電池では、エネルギー密度を高めると共に、安全性をより高めることができる新規な二次電池を提供することができる。

特開２０１７－１８７４８５号公報特開２０１８－１５２２２９号公報

しかしながら、上述の特許文献１では、細胞などを多面的に同時撮影することで迅速に三次元的な構造把握をおこなっているが、定量的な形状計測は困難であった。また、測定対象物としての特許文献２の二次電池では、負極を中心として隔壁および正極を同心円状に塗布したファイバー状の電極からなり、例えば、分離膜や第２活物質層が正規に形成されているかを迅速且つ正確に計測することが望まれていた。

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、周方向の大きさおよび形状を定量的に計測することができる新規な計測装置、計測方法及びそのプログラムを提供することを主目的とする。

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、撮像部に対して光軸を傾けて配置し、更に光軸を中心として更に傾けたスリット光を用いると、周方向の大きさおよび形状を定量的に計測することができることを見いだし、本明細書で開示する発明を完成するに至った。

即ち、本明細書で開示する計測装置は、
測定対象物の外周表面を計測する計測装置であって、
１以上の分岐により複数の方向から前記測定対象物の複数の測定面に対してスリット光を、該複数の測定面に交差し且つ第１の傾斜角を有して照射する照射部と、
前記照射部の光軸に対して第２の傾斜角を有し、前記複数の測定面に対して照射されたスリット光の反射光を含む画像を撮像する撮像部と、
を備えたものである。

本明細書で開示する計測方法は、
測定対象物の外周表面を計測する計測方法であって、
１以上の分岐により複数の方向から前記測定対象物の複数の測定面に対してスリット光を、該複数の測定面に交差し且つ傾きを有するよう照射する照射ステップと、
前記複数の測定面に対して照射されたスリット光の反射光を含む画像を撮像する撮像ステップと、
前記撮像した画像の複数のスリット光から前記測定対象物の外周表面を検出する処理ステップと、
を含むものである。

本明細書で開示するプログラムは、上述した計測方法の各ステップを１又は複数のコンピュータに実現させるものである。このプログラムはコンピュータが読み取り可能な記録媒体（例えばハードディスク、ＲＯＭ、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤなど）に記録されていてもよいし、伝送媒体（インターネットやＬＡＮなどの通信網）を介してあるコンピュータから別のコンピュータへ配信されてもよいし、その他どのような形で授受されてもよい。

本開示では、周方向の大きさおよび形状を定量的に計測することができる新規な計測装置、計測方法及びそのプログラムを提供することができる。本開示がこのような効果を奏する理由は、以下のように推察される。例えば、線状に照射されるスリット光源と撮像部の光軸とが所定の傾斜角を有し同一直線上に無いことにより、測定対象物上に投影されるスリット光形状が測定対象物の形状に応じて変化する。このとき、測定対象物の形状は、スリット光源の光軸と撮像部の光軸との間の角度が既知であれば算出可能である。このスリット光を分岐させ、２以上の方向から測定対象物へ照射することにより、測定対象物の周方向形状を知ることができる。また、測定対象物の長手方向において同一の箇所へスリット光が照射されると周方向でスリット光の重なる部分が生じるが、この計測装置では、スリット光を光軸中心に所定の第２傾斜角を有しており、このスリット光の重なりをより抑制し、測定対象物の形状を取得することができる。

計測システム１０の一例を示す説明図。計測装置２０の光路長補正による多面同時撮影の一例を示す説明図。照射部２１及び撮像部２６の一例を示す説明図。測定対象物Ｓの形状を反映した反射光（散乱光）の説明図。蓄電デバイス４０の一例を示す説明図。外周形状計測処理ルーチンの一例を示すフローチャート。六角柱の多面同時撮影時のスリット光の重なりの説明図。六角柱の多面同時撮影時のスリット光の傾斜による撮像画像。撮影像から再構成した六角柱の測定対象物の断面形状。溝付き円柱構造体の多面同時撮影の撮像画像。撮影像から再構成した溝付き円柱構造の測定対象物の断面形状。

（計測装置）
本明細書で開示する計測装置の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、計測システム１０の一例を示す概略説明図である。図２は、計測装置２０の光路長補正による多面同時撮影の一例を示す説明図であり、図２Ａが計測装置２０の構成の説明図、図２Ｂが測定対象物Ｓの撮像画像の一例である。図３は、照射部２１及び撮像部２６の一例を示す説明図である。図４は、測定対象物Ｓの形状を反映した反射光（散乱光）の説明図である。図５は、測定対象物Ｓの一例としての蓄電デバイス４０を示す説明図である。

計測システム１０は、立体形状を有する測定対象物Ｓの外周形状を計測するシステムである。測定対象物Ｓは、立体形状を有する物体であれば特に限定されないが、例えば、長尺状の部材としてもよい。このような測定対象物Ｓに対しては、計測装置２０は、測定対象物Ｓを移動しながら、連続的にその外周形状を計測することができる。ここで、測定対象物Ｓの一例としての単セル１１及びそれを用いた蓄電デバイス４０について説明する。

蓄電デバイス４０は、例えば、ハイブリッドキャパシタ、疑似電気二重層キャパシタ、リチウムやナトリウムのアルカリ金属二次電池、アルカリ金属イオン電池、空気電池などが挙げられる。このうち、蓄電デバイス４０としては、リチウム二次電池、特にリチウムイオン二次電池が好ましい。ここでは、蓄電デバイス４０がリチウムイオン二次電池であるものとして主として説明する。蓄電デバイス４０は、図５に示すように、例えば、柱状電極１５と、分離膜１６と、対極１８と集電体４１，４２とを備える。柱状電極１５は、第１活物質を含む柱状体１２からなる。ここで「柱状」とは、屈曲しない太さのもののほか、屈曲可能な太さのものも含むものとする。柱状電極１５は、負極としてもよいし、正極としてもよいが、負極であることが好ましい。対極１８は、正極としてもよいし、負極としてもよいが、正極であることが好ましい。集電体４１は、導電性を有し、柱状電極１５から集電する部材であり、柱状電極１５の端面に電気的に接続されている。集電体４２は、導電性を有し、対極１８から集電する部材であり、対極１８の端面に電気的に接続されている。

柱状電極１５が有する柱状体１２は、第１活物質を含む繊維体１３を結束したものとしてもよい。柱状電極１５は、柱状であればよく、その断面は円形であってもよいし、多角形であってもよい。蓄電デバイス４０では、複数の柱状電極１５が所定方向に配列されている。この柱状電極１５は、長手方向に垂直な断面の平均直径が１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲であることが好ましい。また、繊維体１３は、その平均直径が５μｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが好ましい。この柱状体１２の長手方向の長さは、蓄電デバイスの用途などに応じて適宜定めることができ、例えば、２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲などとしてもよい。繊維体１３は、例えば、金属の繊維体としてもよいし、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料の繊維としてもよい。炭素材料は、導電性が高く、柱状電極１５として好ましい。炭素材料としては、例えば、グラファイト類や、コークス類、ガラス状炭素類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類のうち１以上が挙げられる。このうち、人造黒鉛、天然黒鉛などのグラファイト類が好ましい。また、繊維体１３は、グラファイト構造を有する炭素繊維としてもよい。

分離膜１６は、キャリアイオン（例えばリチウムイオン）のイオン伝導性を有し柱状電極１５と第２電極２２とを絶縁し、短絡を防止するものであり、セパレータの機能を有する。この分離膜１６としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）や、ＰＶｄＦとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体（ＰＶｄＦ－ＨＦＰ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、及びＰＭＭＡとアクリルポリマーとの共重合体などの樹脂が挙げられる。この分離膜２０は、その厚さが、例えば、２μｍ以上４０μｍ以下の範囲であることが、絶縁性を確保する上で好ましい。また、分離膜１６の厚さが２～４０μｍの範囲では、イオン伝導性及び絶縁性が好適である。この分離膜１６には、電解液を含むものとしてもよい。

対極１８は、第２活物質を有し分離膜１６を介して柱状電極１５と対向する電極である。対極１８は、分離膜１６の外周面に形成され、単セル１１を結束する構造を有していてもよいし、隣合う分離膜１６同士の間を埋めるように設けられていてもよい。第２活物質は、例えば、キャリアであるリチウムを吸蔵放出可能な材料が挙げられる。第２活物質としては、例えば、リチウムと遷移金属とを有する化合物、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物などが挙げられる。具体的には、基本組成式をＬｉ_(1-x)ＭｎＯ₂（０≦ｘ≦１など、以下同じ）やＬｉ_(1-x)Ｍｎ₂Ｏ₄などとするリチウムマンガン複合酸化物、基本組成式をＬｉ_(1-x)ＣｏＯ₂などとするリチウムコバルト複合酸化物、基本組成式をＬｉ_(1-x)ＮｉＯ₂などとするリチウムニッケル複合酸化物、基本組成式をＬｉ_(1-x)Ｃｏ_aＮｉ_bＭｎ_cＯ₂（ａ＞０、ｂ＞０、ｃ＞０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）、Ｌｉ_(1-x)Ｃｏ_aＮｉ_bＭｎ_cＯ₄（０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、１≦ｃ＜２、ａ＋ｂ＋ｃ＝２）などとするリチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物、基本組成式をＬｉＶ₂Ｏ₃などとするリチウムバナジウム複合酸化物、基本組成式をＶ₂Ｏ₅などとする遷移金属酸化物などを用いることができる。また、基本組成式をＬｉＦｅＰＯ₄とするリン酸鉄リチウム化合物などを正極活物質として用いることができる。これらのうち、リチウムコバルトニッケルマンガン複合酸化物、例えば、ＬｉＣｏ_1/3Ｎｉ_1/3Ｍｎ_1/3Ｏ₂やＬｉＮｉ_0.4Ｃｏ_0.3Ｍｎ_0.3Ｏ₂などが好ましい。なお、「基本組成式」とは、他の元素、例えば、ＡｌやＭｇなどの成分を含んでもよい趣旨である。

このように構成された単セル１１では、柱状体１２を移動させながらその表面に分離膜１６や対極１８を形成することがあり、柱状体１２の結束や、短絡防止のための外周面全面に形成する分離膜１６や、対極１８などの状態を計測する必要がある。計測装置２０では、このような長尺状の部材の外周面を計測することができるため、測定対象物Ｓとして柱状体１２、単セル１１などは好適である。

計測システム１０は、計測装置２０と、管理ＰＣ３０とを備えている。計測装置２０は、測定対象物Ｓの外周表面を計測する装置である。この計測装置２０は、図１～３に示すように、照射部２１と、撮像部２６と、処理部２８とを備える。照射部２１は、１以上の分岐により複数の方向から測定対象物Ｓの複数の測定面に対してスリット光を照射する。また、照射部２１は、スリット光をこの複数の測定面に交差し且つ第１の傾斜角θ１を有して照射する（図３参照）。照射部２１は、光源２２と、スリット２３とを有する。光源２２は、測定対象物Ｓで反射する波長の光であれば特に限定されないが、例えば、可視光域の光を照射することが好ましい。スリット２３は、撮像部２６による撮像画像で識別できるものとすれば、その幅は、特に限定されず、例えば、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲としてもよい。この照射部２１は、測定対象物Ｓとして円柱又は多角柱状の電極、及び円柱又は多角柱状の単セルのうち１以上に対してスリット光を照射する。

照射部２１は、更に光学系として光路長補正部材２４と、ミラー２５とを備えるものとしてもよい。光路長補正部材２４は、測定面に直接照射されるスリット光に対して分岐したスリット光の光路長を補正する部材である。この光路長補正部材２４は、例えば、石英で形成された透明部材としてもよい。また、ミラー２５は、光路長を補正したスリット光を反射して測定面に照射する部材である。照射部２１は、図２に示すように、スリット光を測定対象物Ｓに直接照射する第１光路Ｄ１と、光路長補正部材２４及びミラー２５を介してスリット光を分岐して測定対象物Ｓに照射する第２光路Ｄ２と、別の光路長補正部材２４及びミラー２５を介してスリット光を分岐して測定対象物Ｓに照射する第３光路Ｄ３とを有する。照射部２１は、測定対象物Ｓに対して、１２０°ずつ回転した位置から光を照射し、測定対象物Ｓの外周全体にスリット光を照射する。なお、照射部２１では、直接光と２つの分岐光とを用いるものとして説明するが、１以上の直接光と１以上の分岐光を用いるものとすれば、特にこれに限定されない。

照射部２１は、図３に示すように、スリット光を測定対象物Ｓの測定面の境界線Ｂに直交する基準線Ｌに対して第１の傾斜角θ１で傾けることによって、測定面に直接照射されるスリット光と分岐されたスリット光とが測定面に照射された際に、空間的に重なることを防ぐ。詳しくは後述するが、測定対象物Ｓに対して３面からスリット光を照射すると、特定の測定面のほか、他の測定面に照射されたスリット光も撮像範囲に入るため、どれがその測定面に該当するスリット光であるかの判定が困難になる。ここでは、光軸を中心として所定の傾斜角θ１でスリット光を傾斜させるため、他の測定面のスリット光を分離することができる。この傾斜角θ１は、スリット光を分離可能であれば、特に限定されないが、例えば、基準線Ｌに対して５°以上４５°以下の範囲であることが好ましい。傾斜角θ１が５°以上ではスリット光を十分に分離可能であり、４５°以下では画像をよりコンパクトにでき好ましい。なお、この傾斜角θ１は、基準線Ｌとスリットとのなす角であるが、鋭角側の角度をいうものとする。

撮像部２６は、複数の測定面に対して照射されたスリット光の反射光を含む画像を撮像するカメラである。撮像部２６は、光を結像する撮像素子２７を備えている。撮像素子２７は、スリット光の反射光と測定面とを複数含む画像を結像するものであり、例えば、ＣＭＯＳやＣＣＤなどのイメージセンサとしてもよい。この撮像部２６は、照射部２１の光軸に対して第２の傾斜角θ２を有した状態で固定されている（図３参照）。この傾斜角θ２は、例えば、５°以上４５°以下の範囲であるものとしてもよい。傾斜角θ２が５°以上では、スリット光の立体的な反射波の分解能をより高めることができ、測定対象物Ｓの外周面の形状を把握しやすく好ましい。また、傾斜角θ２が４５°以下では、測定対象物Ｓの表面にある凹凸などによって生じる影の影響などをより抑制でき、好ましい。計測装置２０では、照射部２１と撮像部２６とが傾斜することによって、線状のスリット光の形状の変化に基づいて、測定対象物Ｓの外表面の形状を計測することができる。なお、この傾斜角θ２は、照射部２１の光軸と撮像部２６からの撮像方向とのなす角であるが、鋭角側の角度をいうものとする。この撮像部２６は、測定対象物Ｓの第１測定面、第２測定面及び第３測定面に対して照射されたスリット光を含む画像を撮像素子２７によって撮像する。撮像部２６は、図２Ｂに示すように、第１光路Ｄ１、第２光路Ｄ２及び第３光路Ｄ３でのスリット光の反射光に基づいて、それぞれ第１画像Ｐ１、第２画像Ｐ２及び第３画像Ｐ３を１つの撮像素子２７によって撮像する。この撮像部２６では、同一の画像に同一外周の形状を反映したスリット光の画像が得られるため、処理が円滑である。

処理部２８は、計測装置２０の全体を制御するコントローラである。処理部２８は、撮像した画像に含まれる複数のスリット光から測定対象物Ｓの外周表面を検出する処理を実行する。計測装置２０では、例えば、図３に示す円柱状の単セル１１を撮像すると、図４に示す画像が得られる。このとき、単セル１１の下面に位置する基準面Ｒからの単セル１１の高さ△ｚは、△ｙ／ｔａｎθ２の式で得られる。処理部２８は、このような計算を実行し、単セル１１の立体像を得る。

管理ＰＣ３０は、計測システム１０のデータなどを管理する管理装置として構成されている。この管理ＰＣ３０は、図１に示すように、回線２９を介して計測装置２０と情報のやりとりを行う。管理ＰＣ３０は、制御部３１と、記憶部３２と、入力装置３７と、表示装置３８と、通信部とを有する。制御部３１は、ＣＰＵを中心に構成されたマイクロプロセッサであり、装置全体を制御する。記憶部３２は、データを記憶するデバイスであり、例えば、ＨＤＤやフラッシュＲＯＭなどが挙げられる。記憶部３２には、測定結果を含む測定結果情報３３や、測定対象物Ｓの外周形状計測処理プログラムなどが記憶されていてもよい。入力装置３７は、キーボードやマウスを含むデバイスであり、作業者からの指令を入力する。表示装置３８は、画像や文字を表示出力するディスプレイである。通信部は、外部機器と情報のやりとりを行うインターフェイスである。

（計測方法）
本開示の計測方法は、測定対象物Ｓの外周表面を計測する方法である。この計測方法は、例えば、上述した計測装置２０を用いて実行されるものとしてもよい。なお、計測装置２０で説明した条件や構成などを適宜用いるものとして、それらの内容については、ここでの詳細な説明を割愛する。この計測方法は、例えば、照射ステップと、撮像ステップと、処理ステップとを含む。なお、各ステップは、計測装置２０で実行されてもよいし、管理ＰＣ３０で実行されてもよいし、分担されて複数の装置で実行されてもよい。この計測方法では、円柱又は多角柱状の電極、及び円柱又は多角柱状の単セルのうち１以上を測定対象物Ｓとすることができる。

照射ステップでは、１以上の分岐により複数の方向から測定対象物Ｓの複数の測定面に対してスリット光を照射させる。このとき、スリット光を複数の測定面に交差し且つ傾きを有するよう照射するものとする。このステップでは、スリット光を測定面の境界線Ｂに直交する基準線Ｌに対して傾斜角θ１で傾けることによって、測定面に直接照射されるスリット光及び分岐されたスリット光が測定対象物である測定面被計測物に照射された際に、２以上のスリット光が空間的に重なることを防ぐものとする。この傾斜角θ１は、境界線Ｂに直交する基準線Ｌに対して５°以上４５°以下の範囲であることが好ましい。また、このステップでは、測定面に直接照射されるスリット光に対して分岐したスリット光の光路長を補正する光路長補正部材２４と光路長を補正したスリット光を反射して測定面に照射するミラー２５とを含む光学系部材を介してスリット光を測定面に対して照射するものとしてもよい。また、このステップでは、直接スリット光を第１測定面に照射する第１光路Ｄ１と、分岐してスリット光を第２測定面に照射する第２光路Ｄ２と、分岐してスリット光を第３測定面に照射する第３光路Ｄ３と、を介してスリット光を測定面に対して照射するものとしてもよい。この照射ステップでは、可視光を測定対象物Ｓへ照射することが好ましい。

撮像ステップでは、複数の測定面に対して照射されたスリット光の反射光を含む画像を撮像する処理を行う。このステップでは、測定対象物Ｓの第１測定面、第２測定面及び第３測定面に対して照射されたスリット光を含む画像を撮像するものとしてもよい。また、撮像ステップでは、スリット光の反射光と測定面とを複数含む１つの画像を取得するものとしてもよい。１つの画像にまとめられると、その後の処理を円滑に進めることができ、好ましい。

処理ステップでは、撮像した画像の複数のスリット光から測定対象物Ｓの外周表面を検出する処理を行う。このような処理を実行することによって、測定対象物Ｓの外周表面の形状を計測することができる。

次に、こうして構成された本実施形態の計測装置２０の動作、特に、計測装置２０が実行する単セル１１の外周形状を計測する処理について説明する。図６は、計測装置２０の処理部２８が実行する外周形状計測処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、図示しない処理部２８が有する図示しない記憶部に記憶され、作業者の実行指令に基づいて実行される。ここでは、図１～３に示した計測装置２０を用いてこのルーチンを実行するものとする。このルーチンを開始すると、処理部２８は、まず、傾斜角θ１でスリット光を傾斜させ、傾斜角θ２で照射部２１を傾斜させた状態で測定対象物Ｓへスリット光を照射させる（Ｓ１００）。次に、処理部２８は、第１光路Ｄ１、第２光路Ｄ２及び第３光路Ｄ３から受光した反射光を撮像素子２７で撮像し（Ｓ１１０）、得られた撮像画像に含まれるスリット光の形状を解析し、計算式を用いて測定対象物Ｓの外周形状を計算によって求める（Ｓ１２０）。そして、処理部２８は、計算によって得られた測定結果を記憶し（Ｓ１３０）、全ての測定結果が得られたか否かを判定する（Ｓ１４０）。例えば、処理部２８は、長尺状の単セル１１を連続的に移動させながらその外周形状を計測し、このステップで、この単セル１１の測定結果を全て得られたかを判定してもよい。全ての測定結果が得られていないときには、処理部２８は、Ｓ１００以降の処理を実行し、全ての測定結果が得られたときには、このルーチンを終了する。

以上説明した本実施形態の計測装置２０及び計測方法では、周方向の大きさおよび形状を定量的に計測することができる新規な計測装置、計測方法及びそのプログラムを提供することができる。本開示がこのような効果を奏する理由は、以下のように推察される。例えば、線状に照射されるスリット光と撮像部の光軸とが所定の傾斜角を有し同一直線上に無いことにより、測定対象物上に投影されるスリット光形状が測定対象物の形状に応じて変化する。このとき、測定対象物の形状は、スリット光源の光軸と撮像部の光軸との間の角度が既知であれば算出可能である。また、このスリット光を分岐させ、２以上の方向から測定対象物へ照射することにより、測定対象物の周方向形状を知ることができる。また、測定対象物の長手方向において同一の箇所へスリット光が照射されると周方向でスリット光の重なる部分が生じるが、この計測装置では、スリット光を光軸中心に所定の第２傾斜角を有しており、このスリット光の重なりをより抑制し、測定対象物の形状を取得することができる。

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、本開示を計測システム１０や計測装置２０、計測方法として説明したが、例えば、計測方法を実行するためのプログラムとしてもよい。このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（例えばハードディスク、ＲＯＭ、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤなど）に記録されていてもよいし、伝送媒体（インターネットやＬＡＮなどの通信網）を介してあるコンピュータから別のコンピュータへ配信されてもよいし、その他どのような形で授受されてもよい。このプログラムを１つのコンピュータに実行させるか又は複数のコンピュータに各ステップを分担して実行させれば、上述した計測方法の各ステップが実行されるため、この計測方法と同様の作用効果が得られる。

以下には、本開示の計測装置及び計測方法を具体的に検討した例を実験例として説明する。

（実験例１：六角柱構造の周方向形状計測）
図１～３に示す計測装置２０を作製し、柱状の測定対象物Ｓの外表面を検出する処理を検討した。図３に示すように、線状のスリット光を被計測物に照射し、スリット光の光軸から傾いた位置で反射光あるいは散乱光を撮影すると、図４に示すような像が得られる。この像の形状は、被計測物の形状や大きさを反映したものであり、図４に示した式により換算が可能である。なおこの図４に示す方式では、測定対象物Ｓの上面側しか形状を計測することができない。一方、図２に示すように、照射光を２つに分岐し、３方向からスリット光を測定対象物Ｓへ照射すると（図２Ａ）、単一の撮影素子のみを使用して、測定対象物Ｓを多面方向から同時に撮像した画像を得ることが可能となる（図２Ｂ）。ここで光路長の異なる光は撮影素子上でピントを合わせられないため、光路長補正素子（クロビット：登録商標）を用いることによって、同時撮影を可能とした。ミラーおよびクロビットの組合せによって分岐数や撮影角度は任意に変更することもできる。

まず、図２に示した光学系で照明光をスリット光とし、測定対象物Ｓを六角柱状の試料（六角形断面の内接円の直径が３ｍｍ）とした場合の撮影画像を撮像した。図７は、六角柱の多面同時撮影時のスリット光の重なりの説明図である。ここでは、光軸と撮像部２６の撮像方法とのなす傾斜角θ２を２０°とした。また、境界線Ｂに直交する基準線Ｌに対するスリット光の傾斜角θ１は、基準線Ｌに沿う方向で、０°とした。図７に示すように、スリット光が六角柱構造に沿って被計測物表面に投影されたが、異なる方向から照射されたスリット光も重なり、撮影した画像から形状を導出することが困難であった。そこでスリット光を光軸中心に回転し、傾斜角θ１＝２０°とし、その反射光を撮像した。

図８は、六角柱の多面同時撮影時のスリット光の傾斜による重なり抑制の説明図である。このように、スリット光を傾斜させることによって、図８のように分岐したスリット光をそれぞれ独立して撮像するができることがわかった。スリット光を独立して撮影する方法は、スリット光の回転に限らず、ミラーやプリズムを用いた光路変更によっても可能である。この撮影像に対して、スリット光を照射した位置および角度を基に、検出した形状を求めた。図９は、撮影像から再構成した六角柱の測定対象物の断面形状である。図９に示すように、反射光の画像解析から、内接円の直径が３ｍｍである六角形形状を計測することができた。柱状構造であれば、同様にその形状計測が可能であることがわかった。

（実験例２：溝付き円柱構造の周方向形状計測）
次に、表面に複数の溝が形成された円柱体の外周形状を計測した。図１０は、溝付き円柱構造体の多面同時撮影の撮像画像である。この測定対象物は、長手方向に溝を有する円柱（円柱体の直径２ｍｍ）である。図１０の撮影像に対して、スリット光を照射した位置および角度を基に測定対象物の形状を算出した。図１１は、撮影像から再構成した溝付き円柱構造の測定対象物の断面形状である。図中の黒い破線は直径２ｍｍの円を表している。図１１に示すように、計測装置２０を用いて、直径が２ｍｍの円柱形状および溝を計測することができた。このように、スリット光が影となるような形状でなければ、例えば、単セル１１を測定対象物Ｓとし、その表面に付いた傷を検知することができることがわかった。特に、計測装置２０では、単セル１１を移動しながら、連続的にその外周形状を検出し続けることができるため、柱状体１２や単セル１１の製造時の検査に有用であるものと推察された。

なお、本明細書で開示した計測装置、計測方法及びそのプログラムは、上述した実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

本明細書で開示した計測装置、計測方法及びそのプログラムは、測定対象物の外周形状を計測する技術分野に利用可能である。

１０計測システム、１１単セル、１２柱状体、１３炭素繊維、１５柱状電極、１６分離膜、１８対極、２０計測装置、２１照射部、２２光源、２３スリット、２４光路長補正部材、２５ミラー、２６撮像部、２７撮像素子、２８処理部、２９回線、３０管理ＰＣ、３１制御部、３２記憶部、３３測定結果情報、３７入力装置、３８表示装置、４０蓄電デバイス、４１集電体、４２集電体、６０撮像画像、Ａ光軸、Ｂ境界線、Ｄ１第１光路、Ｄ２第２光路、Ｄ３第３光路、Ｌ直交線、Ｐ１第１画像、Ｐ２第２画像、Ｐ３第３画像。

Claims

測定対象物の外周表面を計測する計測装置であって、
１以上の分岐により複数の方向から前記測定対象物の複数の測定面に対してスリット光を、該複数の測定面に交差し且つ第１の傾斜角を有して照射する照射部と、
前記照射部の光軸に対して第２の傾斜角を有し、前記複数の測定面に対して照射されたスリット光の反射光を含む画像を撮像する撮像部と、を備え、
前記照射部は、前記スリット光を前記測定面の境界線に直交する基準線に対して前記第１の傾斜角で傾けることによって、前記測定面に直接照射されるスリット光と前記測定面への分岐のための光路を経たスリット光とが前記測定面に照射された際に、空間的に重なることを防ぎ、
前記撮像部は、前記測定面に直接照射されたスリット光の反射光と、前記測定面への分岐のための光路を経たスリット光の反射光とを受光する、計測装置。
前記照射部は、前記測定面の境界線に直交する基準線に対して５°以上４５°以下の範囲で前記第１の傾斜角を有する前記スリット光を前記測定面に対して照射する、請求項１に記載の計測装置。
前記撮像部は、前記第２の傾斜角が５°以上４５°以下の範囲で配設されている、請求項１又は２に記載の計測装置。
前記照射部は、前記測定面に直接照射されるスリット光に対して分岐した前記スリット光の光路長を補正する光路長補正部材と該光路長を補正したスリット光を反射して前記測定面に照射するミラーとを含む光学系部材を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の計測装置。
前記照射部は、直接スリット光を第１測定面に照射する第１光路と、分岐してスリット光を第２測定面に照射する第２光路と、分岐してスリット光を第３測定面に照射する第３光路と、を有し、
前記撮像部は、前記第１測定面、前記第２測定面及び前記第３測定面に対して照射されたスリット光を含む画像を撮像する、請求項１～４のいずれか１項に記載の計測装置。
前記照射部は、可視光を照射する、請求項１～５のいずれか１項に記載の計測装置。
前記撮像部は、前記スリット光の反射光と前記測定面とを複数含む画像を結像する撮像素子を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の計測装置。
請求項１～７のいずれか１項に記載の計測装置であって、
前記撮像した画像の複数のスリット光から前記測定対象物の外周表面を検出する処理部、を備えた計測装置。
前記照射部は、前記測定対象物として円柱又は多角柱状の電極、及び円柱又は多角柱状の単セルのうち１以上に対して前記スリット光を照射する、請求項１～８のいずれか１項に記載の計測装置。
測定対象物の外周表面を計測する計測方法であって、
１以上の分岐により複数の方向から前記測定対象物の複数の測定面に対してスリット光を、該複数の測定面に交差し且つ傾きを有するよう照射する照射ステップと、
前記複数の測定面に対して照射されたスリット光の反射光を含む画像を撮像する撮像ステップと、
前記撮像した画像の複数のスリット光から前記測定対象物の外周表面を検出する処理ステップと、を含み、
前記照射ステップでは、前記スリット光を前記測定面の境界線に直交する基準線に対して傾けることによって、前記測定面に直接照射されるスリット光と前記測定面への分岐のための光路を経たスリット光とが前記測定対象物に照射された際に、２以上のスリット光が空間的に重なることを防ぎ、
前記撮像ステップでは、前記測定面に直接照射されたスリット光の反射光と、前記測定面への分岐のための光路を経たスリット光の反射光とを受光する、計測方法。
前記照射ステップでは、前記測定面の境界線に直交する基準線に対して５°以上４５°以下の範囲で傾きを有する前記スリット光を前記測定面に対して照射する、請求項１０に記載の計測方法。
前記照射ステップでは、前記測定面に直接照射されるスリット光に対して分岐した前記スリット光の光路長を補正する光路長補正部材と該光路長を補正したスリット光を反射して前記測定面に照射するミラーとを含む光学系部材を介して前記スリット光を前記測定面に対して照射する、請求項１０又は１１に記載の計測方法。
前記照射ステップでは、直接スリット光を第１測定面に照射する第１光路と、分岐してスリット光を第２測定面に照射する第２光路と、分岐してスリット光を第３測定面に照射する第３光路と、を介して前記スリット光を前記測定面に対して照射し、
前記撮像ステップでは、前記第１測定面、前記第２測定面及び前記第３測定面に対して照射されたスリット光を含む画像を撮像する、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の計測方法。
前記照射ステップでは、可視光を照射する、請求項１０～１３のいずれか１項に記載の計測方法。
前記撮像ステップでは、前記スリット光の反射光と前記測定面とを複数含む１つの画像を取得する、請求項１０～１４のいずれか１項に記載の計測方法。
前記照射ステップでは、前記測定対象物として円柱又は多角柱状の電極及び／又は円柱又は多角柱状の単セルに対して前記スリット光を照射する、請求項１０～１５のいずれか１項に記載の計測方法。
請求項１０～１６のいずれか１項に記載の計測方法のステップを１又は複数のコンピュータに実現させる、プログラム。