(57)【要約】【課題】ウェブの種類によらずにウェブの張力を高精度に計測し、同時にウェブの速度を安価に計測する。【解決手段】張力・速度計測装置は、搬送装置によって搬送中の物体であるウェブ１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、発振波長が増加する第１の発振期間と発振波長が減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し存在するように半導体レーザ１を動作させるレーザドライバ４と、半導体レーザ１から放射されたレーザ光とウェブ１１からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出するフォトダイオード２および電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力に含まれる干渉波形の数を数える信号抽出部７と、信号抽出部７の計数結果に基づいてウェブ１１の速度および張力を算出する演算部８とを備える。【選択図】  図１
2010230358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザと、
発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し存在するように前記半導体レーザを動作させる発振波長変調手段と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、
この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手段と、
この信号抽出手段の計数結果に基づいて前記ウェブの速度およびウェブの張力の少なくとも一方を算出する演算手段とを備えることを特徴とする張力・速度計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の張力・速度計測装置において、
前記演算手段は、
前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、
前記距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段と、
前記信号抽出手段の計数結果を２値化する２値化手段と、
この２値化手段から出力された２値化出力の周期を測定する２値化出力周期測定手段と、
この２値化出力周期測定手段の測定結果から一定時間における２値化出力の周期の度数分布を作成する２値化出力周期度数分布作成手段と、
前記２値化出力の周期の度数分布から前記２値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手段と、
前記２値化出力周期度数分布作成手段が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間の期間において前記２値化出力のパルスの数を数える２値化出力計数手段と、
前記２値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと前記基準周期の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記２値化出力計数手段の計数結果を補正する補正手段と、
この補正手段で補正された計数結果と前記一定時間に基づいて前記ウェブの振動周波数を算出する周波数算出手段と、
前記ウェブの速度と前記ウェブの振動周波数に基づいて前記ウェブの張力を算出する張力算出手段とを備えることを特徴とする張力・速度計測装置。
【請求項３】
請求項１記載の張力・速度計測装置において、
前記演算手段は、
前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、
前記距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段と、
前記信号抽出手段の計数結果を２値化する２値化手段と、
この２値化手段から出力された一定個数の２値化出力のパルスについて周期を測定する２値化出力周期測定手段と、
前記２値化出力の一定個数のパルスについて実施された前記２値化出力周期測定手段の測定結果から前記２値化出力の周期の度数分布を作成する２値化出力周期度数分布作成手段と、
前記２値化出力の周期の度数分布から前記２値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手段と、
前記２値化出力周期測定手段の測定結果から前記２値化出力の周期の総和を算出する周期和算出手段と、
前記２値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと前記基準周期の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を補正する補正手段と、
この補正手段で補正された値と前記周期和算出手段で算出された周期の総和に基づいて前記ウェブの振動周波数を算出する周波数算出手段と、
前記ウェブの速度と前記ウェブの振動周波数に基づいて前記ウェブの張力を算出する張力算出手段とを備えることを特徴とする張力・速度計測装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の張力・速度計測装置において、
前記基準周期算出手段は、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記基準周期とすることを特徴とする張力・速度計測装置。
【請求項５】
請求項１記載の張力・速度計測装置において、
前記信号抽出手段は、
前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と第２の発振期間の各々について数える干渉波形計数手段と、
この干渉波形計数手段が干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する干渉波形周期測定手段と、
この干渉波形周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成する干渉波形周期度数分布作成手段と、
前記干渉波形の周期の度数分布から前記干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手段と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓａと、前記代表値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗａとを求め、これらの度数ＮｓａとＮｗａに基づいて前記干渉波形計数手段の計数結果を補正し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手段とからなることを特徴とする張力・速度計測装置。
【請求項６】
請求項２または３記載の張力・速度計測装置において、
さらに、前記信号抽出手段の計数結果の増減方向の一致不一致あるいは計数結果の平均値の変化に応じて前記信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手段を備え、
前記距離比例個数算出手段は、前記距離比例個数の算出に用いる全ての計数結果に前記符号付与手段によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いることを特徴とする張力・速度計測装置。
【請求項７】
請求項１記載の張力・速度計測装置において、
前記演算手段は、
前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、
前記距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段と、
前記信号抽出手段の計数結果を２値化する２値化手段と、
この２値化手段から出力された２値化出力の周期を測定する２値化出力周期測定手段と、
前記ウェブに所望の張力が掛かっているときの前記２値化出力の周期を目標周期としたときに、前記２値化出力周期測定手段によって測定された２値化出力の周期の度数を、前記目標周期の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記目標周期の第１の所定数倍以上かつ目標周期未満の周期の度数Ｎ２と、前記目標周期以上かつ目標周期の第２の所定数倍未満（第１の所定数＜第２の所定数）の周期の度数Ｎ３と、前記目標周期の第２の所定数倍以上の周期の度数Ｎ４の４つに分別する周期分別手段と、
前記度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）の大小を比較し、前記度数Ｎ１が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ４が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定し、前記度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合は、前記度数Ｎ２とＮ３の大小を比較し、前記度数Ｎ２が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ３が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する判定手段と、
この判定手段の判定結果に基づいて、前記ウェブの振動周波数が前記目標周波数に近づくように、前記搬送装置の送出側の駆動部と受取側の駆動部を制御する周波数制御手段とを備えることを特徴とする張力・速度計測装置。
【請求項８】
請求項７記載の張力・速度計測装置において、
さらに、前記度数Ｎ２の補正値Ｎ２’をＮ２’＝Ｎ２−Ｎ１により算出する度数補正手段を備え、
前記判定手段は、前記度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）の大小を比較し、前記度数Ｎ１が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ４が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定し、前記度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合は、前記度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３の大小を比較し、前記補正値Ｎ２’が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ３が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定することを特徴とする張力・速度計測装置。
【請求項９】
請求項７記載の張力・速度計測装置において、
さらに、前記度数Ｎ３の補正値Ｎ３’をＮ３’＝Ｎ３＋Ｎ１により算出する度数補正手段を備え、
前記判定手段は、前記度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）の大小を比較し、前記度数Ｎ１が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ４が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定し、前記度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合は、前記度数Ｎ２と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、前記度数Ｎ２が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記補正値Ｎ３’が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定することを特徴とする張力・速度計測装置。
【請求項１０】
搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザを、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し存在するように動作させる発振手順と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、
この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手順と、
この信号抽出手順の計数結果に基づいて前記ウェブの速度およびウェブの張力の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えることを特徴とする張力・速度計測方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の張力・速度計測方法において、
前記演算手順は、
前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、
前記距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手順と、
前記信号抽出手順の計数結果を２値化する２値化手順と、
この２値化手順で得られた２値化出力の周期を測定する２値化出力周期測定手順と、
この２値化出力周期測定手順の測定結果から一定時間における２値化出力の周期の度数分布を作成する２値化出力周期度数分布作成手順と、
前記２値化出力の周期の度数分布から前記２値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手順と、
前記２値化出力周期度数分布作成手順が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間の期間において前記２値化出力のパルスの数を数える２値化出力計数手順と、
前記２値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと前記基準周期の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記２値化出力計数手順の計数結果を補正する補正手順と、
この補正手順で補正された計数結果と前記一定時間に基づいて前記ウェブの振動周波数を算出する周波数算出手順と、
前記ウェブの速度と前記ウェブの振動周波数に基づいて前記ウェブの張力を算出する張力算出手順とを含むことを特徴とする張力・速度計測方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の張力・速度計測方法において、
前記演算手順は、
前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、
前記距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手順と、
前記信号抽出手順の計数結果を２値化する２値化手順と、
この２値化手順で得られた一定個数の２値化出力のパルスについて周期を測定する２値化出力周期測定手順と、
前記２値化出力の一定個数のパルスについて実施された前記２値化出力周期測定手順の測定結果から前記２値化出力の周期の度数分布を作成する２値化出力周期度数分布作成手順と、
前記２値化出力の周期の度数分布から前記２値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手順と、
前記２値化出力周期測定手順の測定結果から前記２値化出力の周期の総和を算出する周期和算出手順と、
前記２値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと前記基準周期の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を補正する補正手順と、
この補正手順で補正された値と前記周期和算出手順で算出された周期の総和に基づいて前記ウェブの振動周波数を算出する周波数算出手順と、
前記ウェブの速度と前記ウェブの振動周波数に基づいて前記ウェブの張力を算出する張力算出手順とを含むことを特徴とする張力・速度計測方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の張力・速度計測方法において、
前記基準周期算出手順は、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記基準周期とすることを特徴とする張力・速度計測方法。
【請求項１４】
請求項１０記載の張力・速度計測方法において、
前記信号抽出手順は、
前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と第２の発振期間の各々について数える干渉波形計数手順と、
この干渉波形計数手順が干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する干渉波形周期測定手順と、
この干渉波形周期測定手順の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成する干渉波形周期度数分布作成手順と、
前記干渉波形の周期の度数分布から前記干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手順と、
前記干渉波形の周期の度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓａと、前記代表値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗａとを求め、これらの度数ＮｓａとＮｗａに基づいて前記干渉波形計数手順の計数結果を補正し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手順とを含むことを特徴とする張力・速度計測方法。
【請求項１５】
請求項１１または１２記載の張力・速度計測方法において、
さらに、前記信号抽出手順の計数結果の増減方向の一致不一致あるいは計数結果の平均値の変化に応じて前記信号抽出手順の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手順を備え、
前記距離比例個数算出手順は、前記距離比例個数の算出に用いる全ての計数結果に前記符号付与手順によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いることを特徴とする張力・速度計測方法。
【請求項１６】
請求項１０記載の張力・速度計測方法において、
前記演算手順は、
前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、
前記距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手順と、
前記信号抽出手順の計数結果を２値化する２値化手順と、
この２値化手順で得られた２値化出力の周期を測定する２値化出力周期測定手順と、
前記ウェブに所望の張力が掛かっているときの前記２値化出力の周期を目標周期としたときに、前記２値化出力周期測定手順によって測定された２値化出力の周期の度数を、前記目標周期の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記目標周期の第１の所定数倍以上かつ目標周期未満の周期の度数Ｎ２と、前記目標周期以上かつ目標周期の第２の所定数倍未満（第１の所定数＜第２の所定数）の周期の度数Ｎ３と、前記目標周期の第２の所定数倍以上の周期の度数Ｎ４の４つに分別する周期分別手順と、
前記度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）の大小を比較し、前記度数Ｎ１が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ４が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定し、前記度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合は、前記度数Ｎ２とＮ３の大小を比較し、前記度数Ｎ２が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ３が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する判定手順と、
この判定手順の判定結果に基づいて、前記ウェブの振動周波数が前記目標周波数に近づくように、前記搬送装置の送出側の駆動部と受取側の駆動部を制御する周波数制御手順とを含むことを特徴とする張力・速度計測方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の張力・速度計測方法において、
さらに、前記度数Ｎ２の補正値Ｎ２’をＮ２’＝Ｎ２−Ｎ１により算出する度数補正手順を備え、
前記判定手順は、前記度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）の大小を比較し、前記度数Ｎ１が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ４が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定し、前記度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合は、前記度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３の大小を比較し、前記補正値Ｎ２’が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ３が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定することを特徴とする張力・速度計測方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の張力・速度計測方法において、
さらに、前記度数Ｎ３の補正値Ｎ３’をＮ３’＝Ｎ３＋Ｎ１により算出する度数補正手順を備え、
前記判定手順は、前記度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）の大小を比較し、前記度数Ｎ１が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ４が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定し、前記度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合は、前記度数Ｎ２と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、前記度数Ｎ２が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記補正値Ｎ３’が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定することを特徴とする張力・速度計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブの速度と張力を計測する張力・速度計測装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紙、フィルム、セロファン、金属箔、ゴムなどのロール状に巻き取った物体（以下、ウェブと呼ぶ）を送出部から繰り出して、ウェブに対して所定の処理を行い、処理後のウェブを受取部によって巻き取るウェブ搬送装置では、送出部のロールの巻径と受取部のロールの巻径の変化に伴ってウェブの張力も変化する。したがって、適切な張力制御をおこたると、ウェブのしわやたわみの発生、ウェブの厚さの変化などを引き起こし、最悪の場合はウェブの切断にいたるため、張力制御が必要となる。
【０００３】
従来、ウェブの張力を測定する方法としては、ロール軸に掛かる力から張力を算出する接触式の方法がある。また、別の方法として、ウェブの固有振動から張力を算出する非接触式の方法がある（特許文献１参照）。ただし、ウェブ搬送装置では、ウェブの移動速度を一定に制御し、巻き出し・巻き取りしたウェブの長さを正確に計測する必要があるが、これらの方法では、ウェブの速度を同時に測ることはできない。
【０００４】
ウェブの速度と巻き取ったウェブの長さを計測する方法としては、一般的にはロール軸の回転数からウェブの速度を求め、この速度からウェブの長さを間接的に算出する方法があるが、ウェブの伸び縮みや巻き取りの張力による誤差が大きい。
また、ウェブの速度を計測する別の手段として、非接触式のドップラーレーザ速度計がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−６３８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロール軸に掛かる力からウェブの張力を算出する接触式の方法では、図３３に示すようにロール３００の箇所でウェブ３０１を曲げて、ロール３００の軸にかかる力からウェブ３０１の張力を算出するため、曲げることが難しいウェブ、例えば鋼板などに適用することができないという問題点があった。
【０００７】
一方、ウェブの固有振動から張力を算出する非接触式の方法では、曲げることが難しいウェブにも適用することができる。しかし、この方法では、マイクロフォンを用いて集音し、ウェブの固有振動周波数を求めているため、外乱、すなわち雑音の混入に弱いという問題点があった。
また、ロール軸に掛かる力からウェブの張力を算出する方法やウェブの固有振動から張力を算出する方法では、ウェブの速度を同時に測ることができないという問題点があった。
【０００８】
ロール軸の回転数からウェブの速度を求める方法では、ウェブの伸び縮みや巻き取りの張力による誤差が大きく、その結果として速度から間接的に算出するウェブの長さも誤差が大きくなってしまうという問題点があった。このため、ロール状に巻き取った形で販売されているウェブは規定値よりも長めで売られているものが多く、無駄が生じていた。
また、非接触式のドップラーレーザ速度計には、非常に高価であるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ウェブの種類によらずにウェブの張力を高精度に計測することができ、ウェブの張力と同時にウェブの速度を安価に計測することができる張力・速度計測装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の張力・速度計測装置は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザと、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し存在するように前記半導体レーザを動作させる発振波長変調手段と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手段と、この信号抽出手段の計数結果に基づいて前記ウェブの速度およびウェブの張力の少なくとも一方を算出する演算手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の張力・速度計測装置の１構成例において、前記演算手段は、前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、前記距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段と、前記信号抽出手段の計数結果を２値化する２値化手段と、この２値化手段から出力された２値化出力の周期を測定する２値化出力周期測定手段と、この２値化出力周期測定手段の測定結果から一定時間における２値化出力の周期の度数分布を作成する２値化出力周期度数分布作成手段と、前記２値化出力の周期の度数分布から前記２値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手段と、前記２値化出力周期度数分布作成手段が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間の期間において前記２値化出力のパルスの数を数える２値化出力計数手段と、前記２値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと前記基準周期の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記２値化出力計数手段の計数結果を補正する補正手段と、この補正手段で補正された計数結果と前記一定時間に基づいて前記ウェブの振動周波数を算出する周波数算出手段と、前記ウェブの速度と前記ウェブの振動周波数に基づいて前記ウェブの張力を算出する張力算出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の張力・速度計測装置の１構成例において、前記演算手段は、前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、前記距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段と、前記信号抽出手段の計数結果を２値化する２値化手段と、この２値化手段から出力された一定個数の２値化出力のパルスについて周期を測定する２値化出力周期測定手段と、前記２値化出力の一定個数のパルスについて実施された前記２値化出力周期測定手段の測定結果から前記２値化出力の周期の度数分布を作成する２値化出力周期度数分布作成手段と、前記２値化出力の周期の度数分布から前記２値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出手段と、前記２値化出力周期測定手段の測定結果から前記２値化出力の周期の総和を算出する周期和算出手段と、前記２値化出力の周期の度数分布から、前記基準周期の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと前記基準周期の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて前記一定個数を補正する補正手段と、この補正手段で補正された値と前記周期和算出手段で算出された周期の総和に基づいて前記ウェブの振動周波数を算出する周波数算出手段と、前記ウェブの速度と前記ウェブの振動周波数に基づいて前記ウェブの張力を算出する張力算出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の張力・速度計測装置の１構成例において、前記基準周期算出手段は、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記基準周期とすることを特徴とするものである。
また、本発明の張力・速度計測装置の１構成例において、前記信号抽出手段は、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と第２の発振期間の各々について数える干渉波形計数手段と、この干渉波形計数手段が干渉波形の数を数える計数期間中の前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に測定する干渉波形周期測定手段と、この干渉波形周期測定手段の測定結果から前記計数期間中の干渉波形の周期の度数分布を作成する干渉波形周期度数分布作成手段と、前記干渉波形の周期の度数分布から前記干渉波形の周期の分布の代表値を算出する代表値算出手段と、前記干渉波形の周期の度数分布から、前記代表値の第１の所定数倍以下である階級の度数の総和Ｎｓａと、前記代表値の第２の所定数倍以上である階級の度数の総和Ｎｗａとを求め、これらの度数ＮｓａとＮｗａに基づいて前記干渉波形計数手段の計数結果を補正し、補正後の計数結果を出力する補正値算出手段とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の張力・速度計測装置の１構成例は、さらに、前記信号抽出手段の計数結果の増減方向の一致不一致あるいは計数結果の平均値の変化に応じて前記信号抽出手段の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与手段を備え、前記距離比例個数算出手段は、前記距離比例個数の算出に用いる全ての計数結果に前記符号付与手段によって符号が与えられた符号付き計数結果を用いることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の張力・速度計測装置の１構成例において、前記演算手段は、前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、前記距離比例個数から前記ウェブの速度を算出する速度算出手段と、前記信号抽出手段の計数結果を２値化する２値化手段と、この２値化手段から出力された２値化出力の周期を測定する２値化出力周期測定手段と、前記ウェブに所望の張力が掛かっているときの前記２値化出力の周期を目標周期としたときに、前記２値化出力周期測定手段によって測定された２値化出力の周期の度数を、前記目標周期の第１の所定数倍未満の周期の度数Ｎ１と、前記目標周期の第１の所定数倍以上かつ目標周期未満の周期の度数Ｎ２と、前記目標周期以上かつ目標周期の第２の所定数倍未満（第１の所定数＜第２の所定数）の周期の度数Ｎ３と、前記目標周期の第２の所定数倍以上の周期の度数Ｎ４の４つに分別する周期分別手段と、前記度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）の大小を比較し、前記度数Ｎ１が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ４が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定し、前記度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合は、前記度数Ｎ２とＮ３の大小を比較し、前記度数Ｎ２が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ３が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する判定手段と、この判定手段の判定結果に基づいて、前記ウェブの振動周波数が前記目標周波数に近づくように、前記搬送装置の送出側の駆動部と受取側の駆動部を制御する周波数制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の張力・速度計測装置の１構成例は、さらに、前記度数Ｎ２の補正値Ｎ２’をＮ２’＝Ｎ２−Ｎ１により算出する度数補正手段を備え、前記判定手段は、前記度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）の大小を比較し、前記度数Ｎ１が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ４が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定し、前記度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合は、前記度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３の大小を比較し、前記補正値Ｎ２’が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ３が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定することを特徴とするものである。
また、本発明の張力・速度計測装置の１構成例は、さらに、前記度数Ｎ３の補正値Ｎ３’をＮ３’＝Ｎ３＋Ｎ１により算出する度数補正手段を備え、前記判定手段は、前記度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）の大小を比較し、前記度数Ｎ１が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記度数Ｎ４が最も大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定し、前記度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合は、前記度数Ｎ２と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、前記度数Ｎ２が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、前記補正値Ｎ３’が大きい場合は、前記ウェブの振動周波数が目標周波数よりも低いと判定することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の張力・速度計測方法は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブにレーザ光を放射する半導体レーザを、発振波長が連続的に単調増加する第１の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第２の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し存在するように動作させる発振手順と、前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第１の発振期間と前記第２の発振期間の各々について数える信号抽出手順と、この信号抽出手順の計数結果に基づいて前記ウェブの速度およびウェブの張力の少なくとも一方を算出する演算手順とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ウェブの種類によらずにウェブの張力を高精度に計測することができ、ウェブの張力と同時にウェブの速度を安価に計測することができる張力・速度計測装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る張力・速度計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る張力・速度計測装置を適用するウェブ搬送装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における電流−電圧変換増幅部の出力電圧波形およびフィルタ部の出力電圧波形を模式的に示す波形図である。
【図５】モードホップパルスについて説明するための図である。
【図６】半導体レーザの発振波長とフォトダイオードの出力波形との関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における演算部の構成の１例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における演算部の速度算出処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態における距離比例個数算出部の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における演算部の張力算出処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における２値化部の動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における周期測定部の動作を説明するための図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における２値化出力の周期の度数分布の１例を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態においてカウンタの計数結果の補正に用いる度数を模式的に表す図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態におけるカウンタの計数結果の補正原理を説明するための図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態における周期測定部の動作を説明するための図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態における演算部の構成の１例を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態における演算部の張力算出処理を示すフローチャートである。
【図１９】２値化出力にノイズが存在する場合の一定時間の設定の仕方を説明するための図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態における信号抽出部の構成の１例を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第５の実施の形態における計数結果補正部の構成の１例を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第５の実施の形態における信号抽出部の動作を説明するための図である。
【図２３】本発明の第６の実施の形態における演算部の構成の１例を示すブロック図である。
【図２４】本発明の第６の実施の形態における符号付与部の動作を説明するための図である。
【図２５】本発明の第６の実施の形態における符号付与部の動作を説明するための図である。
【図２６】本発明の第７の実施の形態における演算部の構成の１例を示すブロック図である。
【図２７】本発明の第７の実施の形態において波形に欠落が生じた場合の２値化出力の周期の度数分布を示す図である。
【図２８】本発明の第１の実施の形態においてノイズによって周期が２分割された場合の２値化出力の周期の度数分布を示す図である。
【図２９】本発明の第８の実施の形態における演算部の構成の１例を示すブロック図である。
【図３０】本発明の第１０の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化および信号抽出部の計数結果の時間変化を示す図である。
【図３１】本発明の第１１の実施の形態に係る張力・速度計測装置の構成を示すブロック図である。
【図３２】張力・速度計測装置のセンサモジュールの別の配置例を示す図である。
【図３３】ロール軸に掛かる力からウェブの張力を算出する方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る張力・速度計測装置の構成を示すブロック図である。図１の張力・速度計測装置は、測定対象のウェブ１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して放射すると共に、ウェブ１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる自己結合信号であるモードホップパルス（以下、ＭＨＰとする）の数を数える信号抽出部７と、信号抽出部７の計数結果に基づいてウェブ１１の張力と速度とを算出する演算部８と、演算部８の計測結果を表示する表示部９とを有する。
【００２０】
半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とは、センサモジュール１０を構成している。また、フォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とは、検出手段を構成している。
【００２１】
図２は本実施の形態の張力・速度計測装置を適用するウェブ搬送装置の構成を示すブロック図である。ウェブ搬送装置は、送出側ガイド軸１００と、受取側ガイド軸１０１と、送出側ガイド軸１００に装着される送出側ロール１０２と、受取側ガイド軸１０１に装着される受取側ロール１０３と、送出側ガイド軸１００を駆動し、送出側ロール１０２を回転させる送出側モータ駆動部（不図示）と、受取側ガイド軸１０１を駆動し、受取側ロール１０３を回転させる受取側モータ駆動部（不図示）と、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する制御部１０４とを有する。
【００２２】
送出側モータ駆動部が送出側ロール１０２を回転させると、送出側ロール１０２に巻かれたウェブ１１が繰り出される。受取側では、受取側モータ駆動部が受取側ロール１０３を回転させることにより、受取側ロール１０３がウェブ１１を巻き取る。
制御部１０４は、ウェブ１１の張力と速度とがそれぞれ所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。
【００２３】
半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とからなるセンサモジュール１０は、図２に示すように送出側ガイド軸１００と受取側ガイド軸１０１間のウェブ１１上に配置され、ウェブ１１に対してレーザ光を斜方照射する。レーザ光を斜方照射するのは、ウェブ１１の速度を計測するためである。
図１のレーザドライバ４と電流−電圧変換増幅部５とフィルタ部６と信号抽出部７と演算部８と表示部９とは、制御部１０４の内部に設けられる。
【００２４】
次に、本実施の形態の張力・速度計測装置の動作を詳細に説明する。以下、説明容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。
【００２５】
レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図３は、半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図である。図３において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔｔは三角波の周期である。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂおよび発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。
【００２６】
半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、ウェブ１１に入射する。ウェブ１１で反射された光の一部は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部５は、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する。
【００２７】
フィルタ部６は、変調波から重畳信号を抽出する機能を有するものである。図４（Ａ）は電流−電圧変換増幅部５の出力電圧波形を模式的に示す図、図４（Ｂ）はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２の出力に相当する図４（Ａ）の波形（変調波）から、図３の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図４（Ｂ）のＭＨＰ波形（干渉波形）を抽出する過程を表している。
【００２８】
次に、信号抽出部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。信号抽出部７は、論理ゲートからなるカウンタを利用するものでもよいし、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を利用してＭＨＰの周波数（すなわち単位時間あたりのＭＨＰの数）を計測するものでもよい。
【００２９】
ここで、自己結合信号であるＭＨＰについて説明する。図５に示すように、ミラー層１０１３からウェブ１１までの距離をＬ、レーザの発振波長をλとすると、以下の共振条件を満足するとき、ウェブ１１からの戻り光と半導体レーザ１の光共振器内のレーザ光は強め合い、レーザ出力がわずかに増加する。
Ｌ＝ｑλ／２                                                    ・・・（１）
式（１）において、ｑは整数である。この現象は、ウェブ１１からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザ１の共振器内の見かけの反射率が増加することにより、増幅作用が生じ、十分観測できる。
【００３０】
図６は、半導体レーザ１の発振波長をある一定の割合で変化させたときの発振波長とフォトダイオード２の出力波形との関係を示す図である。式（１）に示したＬ＝ｑλ／２を満足したときに、戻り光と光共振器内のレーザ光の位相差が０°（同位相）になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も強め合い、Ｌ＝ｑλ／２＋λ／４のときに、位相差が１８０°（逆位相）になって、戻り光と光共振器内のレーザ光とが最も弱め合う。そのため、半導体レーザ１の発振波長を変化させていくと、レーザ出力が強くなるところと弱くなるところとが交互に繰り返し現れ、このときのレーザ出力をフォトダイオード２で検出すると、図６に示すように一定周期の階段状の波形が得られる。このような波形は一般的には干渉縞と呼ばれる。この階段状の波形、すなわち干渉縞の１つ１つがＭＨＰである。前記のとおり、ある一定時間において半導体レーザ１の発振波長を変化させた場合、測定距離に比例してＭＨＰの数は変化する。
【００３１】
次に、演算部８は、信号抽出部７が数えたＭＨＰの数に基づいてウェブ１１の速度と張力とを算出する。図７は演算部８の構成の１例を示すブロック図である。演算部８は、信号抽出部７の計数結果等を記憶する記憶部８０と、半導体レーザ１とウェブ１１との平均距離に比例したＭＨＰの数（以下、距離比例個数とする）ＮＬを求める距離比例個数算出部８１と、ウェブ１１の速度を算出する速度算出部８２と、信号抽出部７の計数結果を２値化する２値化部８３と、２値化部８３から出力された２値化出力の周期を測定する周期測定部８４と、２値化出力の周期の度数分布を作成する度数分布作成部８５と、２値化出力の周期の分布の代表値である基準周期を算出する基準周期算出部８６と、２値化出力のパルスの数を数える２値化出力計数手段となるカウンタ８７と、カウンタ８７の計数結果を補正する補正部８８と、補正された計数結果に基づいてウェブ１１の振動周波数を算出する周波数算出部８９と、ウェブ１１の張力を算出する張力算出部９０とから構成される。
【００３２】
まず、演算部８の速度算出処理について説明する。図８は演算部８の速度算出処理を示すフローチャートである。
信号抽出部７の計数結果は、演算部８の記憶部８０に格納される。距離比例個数算出部８１は、記憶部８０に格納された、信号抽出部７の計数結果から距離比例個数ＮＬを求める（図８ステップＳ１００）。図９（Ａ）、図９（Ｂ）は距離比例個数算出部８１の動作を説明するための図であり、図９（Ａ）は半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図、図９（Ｂ）は信号抽出部７の計数結果の時間変化を示す図である。図９（Ｂ）において、Ｎｕは第１の発振期間Ｐ１の計数結果、Ｎｄは第２の発振期間Ｐ２の計数結果である。
【００３３】
図９（Ａ）から明らかなように、第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２は交互に訪れるので、計数結果Ｎｕと計数結果Ｎｄも交互に現れる。計数結果Ｎｕ，Ｎｄは、距離比例個数ＮＬとウェブ１１の変位に比例したＭＨＰの数（以下、変位比例個数とする）ＮＶとの和もしくは差である。距離比例個数ＮＬは、計数結果ＮｕとＮｄの平均値に相当する。また、計数結果ＮｕまたはＮｄと距離比例個数ＮＬとの差が、変位比例個数ＮＶに相当する。
【００３４】
距離比例個数算出部８１は、次式に示すように現時刻ｔ以前の計数結果ＮｕとＮｄとを用いて、距離比例個数ＮＬを算出する。
ＮＬ＝（Ｎｕ＋Ｎｄ）／２                                        ・・・（２）
【００３５】
距離比例個数ＮＬは、記憶部８０に格納される。距離比例個数算出部８１は、以上のような距離比例個数ＮＬの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
【００３６】
次に、速度算出部８２は、距離比例個数ＮＬからウェブ１１の速度を算出する（図８ステップＳ１０１）。信号抽出部７の計数結果Ｎ（すなわち、ＮｕまたはＮｄ）と距離比例個数ＮＬとの差がウェブ１１の速度に比例するため、半導体レーザ１の発振波長変調の搬送波（三角波）の半周期あたりのウェブ１１の進行方向の変位Ｄは次式で算出できる。
Ｄ＝λ／２×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ                              ・・・（３）
【００３７】
式（３）において、λは半導体レーザ１の発振平均波長、θは図２に示すように半導体レーザ１からのレーザ光の光軸がウェブ１１に対してなす角度である。搬送波の周波数をｆとすると、式（３）よりウェブ１１の速度Ｖは次式で算出できる。
Ｖ＝λ×ｆ×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ                              ・・・（４）
【００３８】
速度算出部８２は、式（４）による速度Ｖの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
次に、以上のような速度算出処理と平行して行われる張力算出処理について説明する。図１０は演算部８の張力算出処理を示すフローチャートである。
【００３９】
まず、演算部８の２値化部８３は、記憶部８０に格納された、信号抽出部７の計数結果を２値化する（図１０ステップＳ２００）。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は２値化部８３の動作を説明するための図であり、図１１（Ａ）は信号抽出部７の計数結果の時間変化を示す図、図１１（Ｂ）は２値化部８３の出力Ｄ（ｔ）を示す図である。
【００４０】
２値化部８３は、信号抽出部７の計数結果ＮｕとＮｄのうち、半導体レーザ１の照射面から、光源である半導体レーザ１との間にある決まった波の数を含む波面の位置の変位方向がウェブ１１の速度方向と対向しているときの計数結果Ｎαの平均値と信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）の大小を比較して、信号抽出部７の計数結果を２値化する。この場合、２値化部８３は、具体的には以下の式を実行する。
Ｉｆ  Ｎ（ｔ）≧Ｎαａｖｅ  ｔｈｅｎ  Ｄ（ｔ）＝１              ・・・（５）
Ｉｆ  Ｎ（ｔ）＜Ｎαａｖｅ  ｔｈｅｎ  Ｄ（ｔ）＝０              ・・・（６）
【００４１】
半導体レーザ１の発振波長が伸びているときは、光源である半導体レーザ１との間にある決まった波の数を含む波面は半導体レーザ１から離れる方向に変位する。このとき、ウェブ１１の速度方向が波面の変位方向と対向しているとは、半導体レーザ１に対して近づいている方向を指す。
式（５）、式（６）において、Ｎαａｖｅは現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎαの最新の平均値である。２値化部８３は、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）が計数結果Ｎαの平均値Ｎαａｖｅ以上であれば、現時刻ｔの出力Ｄ（ｔ）を「１」とし、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）が計数結果Ｎαの平均値Ｎαａｖｅより小さい場合は、現時刻ｔの出力Ｄ（ｔ）を「０」とする。
【００４２】
こうして、信号抽出部７の計数結果は２値化される。２値化部８３の出力Ｄ（ｔ）は記憶部８０に格納される。２値化部８３は、以上のような２値化処理を、搬送波の周期毎に行う。
【００４３】
ウェブ１１に張力が掛かっていると、ウェブ１１は張力に応じた固有の振動周波数で振動している。信号抽出部７の計数結果を２値化することは、鉛直方向（図２の上下方向）に沿ったウェブ１１の変位の向きを判別することを意味する。つまり、計数結果Ｎαが増加しているときは（Ｄ（ｔ）＝１）、ウェブ１１は鉛直方向に沿って半導体レーザ１に近づく方向に動いていることを意味し、計数結果Ｎαが減少しているときは（Ｄ（ｔ）＝０）、ウェブ１１は鉛直方向に沿って半導体レーザ１から遠ざかる方向に動いていることを意味する。したがって、基本的には２値化出力の周期を求めることができれば、ウェブ１１の振動周波数を算出することができる。
【００４４】
なお、２値化部８３は、信号抽出部７の計数結果ＮｕとＮｄのうち、半導体レーザ１の照射面から、光源である半導体レーザ１との間にある決まった波の数を含む波面の位置の変位方向がウェブ１１の速度方向と対向しているときの計数結果Ｎαの増減に基づいて、信号抽出部７の計数結果を２値化してもよい。この場合、２値化部８３は、具体的には以下の式を実行する。
Ｉｆ  Ｎα（ｔ）≧Ｎα（ｔ−２）  ｔｈｅｎ  Ｄ（ｔ）＝１        ・・・（７）
Ｉｆ  Ｎα（ｔ）＜Ｎα（ｔ−２）  ｔｈｅｎ  Ｄ（ｔ）＝０        ・・・（８）
【００４５】
式（７）、式（８）において、（ｔ）は現時刻ｔにおいて計測されたＭＨＰの数であることを表し、（ｔ−２）は現時刻ｔの２回前に計測されたＭＨＰの数であることを表している。計数結果Ｎαは、計数結果ＮｕまたはＮｄのいずれか一方であり、１回おきに現れる。つまり、現時刻ｔの２回前とは、搬送波の１周期分前のことを意味する。なお、図９（Ｂ）の例では、計数結果ＮｕがＮαである場合を示している。
【００４６】
２値化部８３は、現時刻ｔの計数結果Ｎα（ｔ）が１周期前の計数結果Ｎα（ｔ−２）以上であれば、現時刻ｔの出力Ｄ（ｔ）を「１」（ハイレベル）とし、現時刻ｔの計数結果Ｎα（ｔ）が１周期前の計数結果Ｎα（ｔ−２）より小さい場合は、現時刻ｔの出力Ｄ（ｔ）を「０」（ローレベル）とする。
【００４７】
また、ウェブ１１の振動に伴う半導体レーザ１とウェブ１１との距離変化率が半導体レーザ１の発振波長変化率よりも小さい場合、計数結果Ｎｕの時間変化と計数結果Ｎｄの時間変化は、互いの位相差が１８０度の正弦波形となる。特開２００６−３１３０８０号公報では、このときのウェブ１１の状態を微小変位状態としている。ウェブ１１の状態が微小変位状態である場合は、式（５）、式（６）、式（７）、式（８）において、計数結果Ｎαの代わりに、半導体レーザ１の照射面から、光源である半導体レーザ１との間にある決まった波の数を含む波面の位置の変位方向がウェブ１１の速度方向と対向していないときの計数結果Ｎβを用いてもよい。
【００４８】
また、ウェブ１１の状態が微小変位状態である場合、２値化部８３は、信号抽出部７の計数結果ＮｕとＮｄとの差の増減に基づいて、信号抽出部７の計数結果を２値化してもよい。この場合、２値化部８３は、例えば以下の式を実行する。なお、このように計数結果ＮｕとＮｄとの差の増減に基づいて信号抽出部７の計数結果を２値化することは、上記のように計数結果Ｎα（ｔ）とＮα（ｔ−２）の大小関係で信号抽出部７の計数結果を２値化することと同じである。
Ｉｆ  Ｎｕ（ｔ）−Ｎｄ（ｔ−１）≧Ｎｕ（ｔ−２）−Ｎｄ（ｔ−３）  
ｔｈｅｎ  Ｄ（ｔ）＝１                                        ・・・（９）
Ｉｆ  Ｎｕ（ｔ）−Ｎｄ（ｔ−１）＜Ｎｕ（ｔ−２）−Ｎｄ（ｔ−３）  
ｔｈｅｎ  Ｄ（ｔ）＝０                                      ・・・（１０）
【００４９】
２値化部８３は、現時刻ｔの計数結果Ｎｕ（ｔ）と１回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−１）との差が、２回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−２）と３回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−３）との差以上であれば、現時刻ｔの出力Ｄ（ｔ）を「１」とし、現時刻ｔの計数結果Ｎｕ（ｔ）と１回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−１）との差が、２回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−２）と３回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−３）との差より小さい場合は、現時刻ｔの出力Ｄ（ｔ）を「０」とする。なお、現時刻ｔの１回前とは、搬送波の半周期前のことであり、現時刻ｔの３回前とは、搬送波の３／２周期前のことを意味する。
【００５０】
次に、周期測定部８４は、記憶部８０に格納された２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を測定する（図１０ステップＳ２０１）。図１２は周期測定部８４の動作を説明するための図である。図１２において、Ｈ１は２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりを検出するためのしきい値、Ｈ２は２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち下がりを検出するためのしきい値である。
【００５１】
周期測定部８４は、記憶部８０に格納された２値化出力Ｄ（ｔ）をしきい値Ｈ１と比較することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりを検出し、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｕｕを測定することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を測定する。周期測定部８４は、このような測定を２値化出力Ｄ（ｔ）に立ち上がりエッジが発生する度に行う。
【００５２】
あるいは、周期測定部８４は、記憶部８０に格納された２値化出力Ｄ（ｔ）をしきい値Ｈ２と比較することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち下がりを検出し、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち下がりから次の立ち下がりまでの時間ｔｄｄを測定することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を測定してもよい。周期測定部８４は、このような測定を２値化出力Ｄ（ｔ）に立ち下がりエッジが発生する度に行う。
【００５３】
周期測定部８４の測定結果は記憶部８０に格納される。次に、度数分布作成部８５は、周期測定部８４の測定結果から、一定時間Ｔ（Ｔ＞Ｔｔであり、例えば１００×Ｔｔ、すなわち三角波１００個分の時間）における周期の度数分布を作成する（図１０ステップＳ２０２）。図１３は度数分布の１例を示す図である。度数分布作成部８５が作成した度数分布は、記憶部８０に格納される。度数分布作成部８５は、このような度数分布の作成をＴ時間毎に行う。
【００５４】
続いて、基準周期算出部８６は、度数分布作成部８５が作成した度数分布から、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の代表値である基準周期Ｔ０を算出する（図１０ステップＳ２０３）。一般に、周期の代表値は最頻値や中央値であるが、本実施の形態においては、最頻値や中央値が周期の代表値として適していない。そこで、基準周期算出部８６は、階級値と度数との積が最大となる階級値を基準周期Ｔ０とする。表１に、度数分布の数値例およびこの数値例における階級値と度数との積を示す。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
表１の例では、度数が最大である最頻値（階級値）は１である。これに対して、階級値と度数との積が最大となる階級値は６であり、最頻値とは異なる値になっている。階級値と度数との積が最大となる階級値を基準周期Ｔ０とする理由については後述する。算出された基準周期Ｔ０の値は、記憶部８０に格納される。基準周期算出部８６は、このような基準周期Ｔ０の算出を、度数分布作成部８５によって度数分布が作成される度に行う。
なお、ノイズが少ない場合には、周期の最頻値や中央値を基準周期Ｔ０としてもよい。
【００５７】
一方、カウンタ８７は、周期測定部８４および度数分布作成部８５と並行して動作し、度数分布作成部８５が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間Ｔの期間において、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりエッジの数Ｎｐ（すなわち、２値化出力Ｄ（ｔ）の「１」のパルスの数）を数える（図１０ステップＳ２０４）。カウンタ８７の計数結果Ｎｐは、記憶部８０に格納される。カウンタ８７は、このような２値化出力Ｄ（ｔ）の計数をＴ時間毎に行う。
【００５８】
補正部８８は、度数分布作成部８５が作成した度数分布から、基準周期Ｔ０の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、基準周期Ｔ０の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、カウンタ８７の計数結果Ｎｐを次式のように補正する（図１０ステップＳ２０５）。
Ｎｐ’＝Ｎｐ−Ｎｓ＋Ｎｗ                                      ・・・（１１）
式（１１）において、Ｎｐ’は補正後の計数結果である。この補正後の計数結果Ｎｐ’は、記憶部８０に格納される。補正部８８は、このような補正をＴ時間毎に行う。
【００５９】
図１４は度数の総和ＮｓとＮｗを模式的に表す図である。図１４において、Ｔｓは基準周期Ｔ０の０．５倍の階級値、Ｔｗは基準周期Ｔ０の１．５倍の階級値である。図１４における階級が、周期の代表値であることは言うまでもない。なお、図１４では記載を簡略化するため、基準周期Ｔ０とＴｓとの間、及び基準周期Ｔ０とＴｗとの間の度数分布を省略している。
【００６０】
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）はカウンタ８７の計数結果の補正原理を説明するための図であり、図１５（Ａ）は２値化出力Ｄ（ｔ）を示す図、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）に対応するカウンタ８７の計数結果を示す図である。
本来、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期はウェブ１１の振動周波数によって異なるが、ウェブ１１の振動周波数が不変であれば、２値化出力Ｄ（ｔ）のパルスは同じ周期で出現する。しかし、ノイズのために、ＭＨＰの波形には欠落が生じたり、信号として数えるべきでない波形が生じたりして、結果として２値化出力Ｄ（ｔ）の波形にも欠落や信号として数えるべきでない波形が生じ、２値化出力Ｄ（ｔ）のパルスの計数結果に誤差が生じる。
【００６１】
信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所での２値化出力Ｄ（ｔ）の周期Ｔｗは、本来の周期のおよそ２倍になる。つまり、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期が基準周期Ｔ０のおよそ２倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、周期Ｔｗ以上の階級の度数の総和Ｎｗを信号が欠落した回数と見なし、このＮｗをカウンタ８７の計数結果Ｎｐに加算することで、信号の欠落を補正することができる。
【００６２】
また、スパイクノイズなどによって本来の信号が分割された箇所での２値化出力Ｄ（ｔ）の周期Ｔｓは、本来の周期と比較して０．５倍よりも短い信号と０．５倍よりも長い信号の２つになる。つまり、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期が基準周期Ｔ０のおよそ０．５倍以下の場合には、信号を過剰に数えていると判断できる。そこで、周期Ｔｓ以下の階級の度数の総和Ｎｓを信号を過剰に数えた回数と見なし、このＮｓをカウンタ８７の計数結果Ｎｐから減算することで、誤って数えたノイズを補正することができる。以上が、式（１１）に示した計数結果の補正原理である。
【００６３】
周波数算出部８９は、補正部８８が計算した補正後の計数結果Ｎｐ’に基づいて、ウェブ１１の振動周波数ｆｓｉｇを次式のように算出する（図１０ステップＳ２０６）。
ｆｓｉｇ＝Ｎｐ’／Ｔ                                          ・・・（１２）
【００６４】
周波数算出部８９の算出結果は、記憶部８０に格納される。張力算出部９０は、速度算出部８２が算出したウェブ１１の速度Ｖと周波数算出部８９が算出したウェブ１１の振動周波数ｆｓｉｇとからウェブ１１の張力Ｆ［Ｎ］を次式のように算出する（図１０ステップＳ２０７）。
Ｆ＝Ｍ×Ｗ×（２×Ｓ×ｆｓｉｇ−Ｖ）2×１０-9                   ・・・（１３）
【００６５】
式（１３）において、Ｍはウェブ１１の１ｍｍ幅あたりの単位質量［ｇ／ｍ］、Ｗはウェブ１１の幅［ｍｍ］、Ｓはウェブ１１のスパン［ｍｍ］、すなわち図２の送出側ガイド軸１００と受取側ガイド軸１０１間の距離である。なお、式（１３）では、ウェブ１１の速度Ｖをｍｍ／ｓの単位で用いている。
【００６６】
以上で、演算部８の速度算出処理と張力算出処理とが終了する。表示部９は、演算部８が算出したウェブ１１の速度Ｖと張力Ｆとを表示する。
ウェブ搬送装置の制御部１０４は、演算部８の算出結果に基づいて、ウェブ１１の速度と張力とがそれぞれ所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。
【００６７】
次に、階級値と度数との積が最大となる階級値を基準周期Ｔ０とする理由について説明する。本実施の形態のように鉛直方向に沿ったウェブ１１の変位を２値化した２値化出力Ｄ（ｔ）を補正する場合においては、ウェブ１１の振動周期よりも周期が短い高周波ノイズの補正が重要になる。高周波ノイズが存在する場合に、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の分布の代表値として最頻値や中央値などを用いると、誤って振動周期よりも短いノイズの周期を基準として補正を掛けてしまう懸念がある。また、２値化出力Ｄ（ｔ）が計数結果Ｎα（ｔ）とＮα（ｔ−２）の大小関係で２値化されている場合、あるいは２値化出力Ｄ（ｔ）が計数結果ＮｕとＮｄの差の増減で２値化されている場合は、図１１（Ａ）の個数の最大値、最小値付近で判定が逆転し易く、２値化出力Ｄ（ｔ）が距離比例個数ＮＬとの大小関係で２値化されている場合は、図９（Ｂ）の個数が距離比例個数ＮＬ付近で、判定が逆転しやすいので、階級値が小さな度数がノイズとして混入し易い。そのため、振動周波数を算出するための一定時間Ｔの期間において、ある階級の信号が占める割合、つまり階級値と度数との積が最も大きい階級値を基準周期Ｔ０として、カウンタ８７の計数結果の補正を実施する。以上が、階級値と度数との積が最大となる階級値を基準周期Ｔ０とする理由である。
【００６８】
以上のように、本実施の形態では、ウェブ１１の張力を非接触式で計測できることから、鋼板のような曲げることが難しいウェブ１１にも適用することができ、ウェブ１１の種類によらずにウェブの張力を計測することができる。
【００６９】
また、本実施の形態では、外乱光に強いという利点を有する自己結合型レーザ計測器を用いてウェブ１１の張力を計測するので、マイクロフォンを用いてウェブの振動周波数を求める従来の方法に比べて、外乱に対する耐性を向上させることができる。また、本実施の形態では、ＭＨＰの計数結果を２値化し、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を測定して一定時間Ｔにおける周期の度数分布を作成し、周期の度数分布から２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の分布の代表値である基準周期Ｔ０を算出し、一定時間Ｔの期間において２値化出力Ｄ（ｔ）のパルスの数を数え、度数分布から、基準周期Ｔ０の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと基準周期Ｔ０の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、これらの度数ＮｓとＮｗに基づいて２値化出力Ｄ（ｔ）のパルスの計数結果を補正することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の計数誤差を補正することができるので、ウェブ１１の振動周波数の計測精度を向上させることができ、結果としてウェブ１１の張力の計測精度を向上させることができる。
【００７０】
また、本実施の形態では、ウェブの張力と同時に、ウェブの速度を計測することができる。本実施の形態の張力・速度計測装置は、ドップラーレーザ速度計に比べて安価に実現することができる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、レーザ光をウェブ１１に対して斜方照射しているが、レーザ光をウェブ１１に対して垂直に照射してもよい。この場合は、ウェブ１１の速度を計測することはできないが、ウェブ１１の張力は上記と同様にして計測することができる。
【００７２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を第１の実施の形態と異なる方法で測定するものである。本実施の形態においても、張力・速度計測装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図７の符号を用いて説明する。図１６は本実施の形態の周期測定部８４の動作を説明するための図である。図１６において、Ｈ１は２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりを検出するためのしきい値、Ｈ２は２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち下がりを検出するためのしきい値である。
【００７３】
本実施の形態の周期測定部８４は、記憶部８０に格納された２値化出力Ｄ（ｔ）をしきい値Ｈ１と比較することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりを検出すると共に、２値化出力Ｄ（ｔ）をしきい値Ｈ２と比較することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち下がりを検出する。そして、周期測定部８４は、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりから次の立ち下がりまでの時間ｔｕｄを測定すると共に、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち下がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｄｕを測定することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を測定する。周期測定部８４は、このような測定を２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりまたは立ち下がりのどちらかが検出される度に行う。
【００７４】
以上のようにして、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期、より正確には半周期を測定することができる。２値化出力Ｄ（ｔ）の半周期を測定することにより、基準周期算出部８６が算出するＴ０も周期ではなく、正確には基準半周期Ｔ０となる。他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００７５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を第１、第２の実施の形態と異なる方法で測定するものである。本実施の形態においても、張力・速度計測装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１、図７の符号を用いて説明する。
【００７６】
本実施の形態の周期測定部８４は、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間ｔｕｕを測定することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を測定すると共に、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち下がりから次の立ち下がりまでの時間ｔｄｄを測定することにより、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を測定する。周期測定部８４は、このような測定を２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がりまたは立ち下がりのどちらかが検出される度に行う。
以上のようにして、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を測定することができる。他の構成は第１の実施の形態と同様である。
なお、第１〜第３の実施の形態では、２値化出力Ｄ（ｔ）の立ち上がり立ち下がりを検出するためにしきい値を用いているが、これに限定されるものではなく、フリップフロップ回路によって検出してもよいし、前回値との比較によりソフトウェア的に検出してもよい。
【００７７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。第１〜第３の実施の形態では、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数分布と２値化出力Ｄ（ｔ）のパルスの数とを求める時間を一定時間Ｔとしたが、この時間を可変長にしてもよい。
図１７は本実施の形態の演算部８ａの構成の１例を示すブロック図である。演算部８ａは、記憶部８０と、距離比例個数算出部８１と、速度算出部８２と、２値化部８３と、周期測定部８４ａと、度数分布作成部８５ａと、基準周期算出部８６と、補正部８８ａと、周波数算出部８９ａと、張力算出部９０と、周期和算出部９１とから構成される。
【００７８】
半導体レーザ１、フォトダイオード２、レーザドライバ４、電流−電圧変換増幅部５、フィルタ部６、信号抽出部７、距離比例個数算出部８１および速度算出部８２の動作は、第１の実施の形態と同じであるので、演算部８ａの張力算出処理について説明する。図１８は演算部８ａの張力算出処理を示すフローチャートである。
【００７９】
演算部８ａの２値化部８３は、第１の実施の形態と同様に、信号抽出部７の計数結果を２値化する（図１８ステップＳ２００）。
周期測定部８４ａは、記憶部８０に格納された２値化出力Ｄ（ｔ）の一定個数Ｎｐ（Ｎｐは２以上の自然数で、例えば１００）個のパルスについて、周期を測定する（図１８ステップＳ２０８）。２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の測定方法は、第１〜第３の実施の形態のいずれの方法を用いてもよい。周期測定部８４ａの測定結果は記憶部８０に格納される。周期測定部８４ａは、このような測定を２値化出力Ｄ（ｔ）の「１」のパルスがＮｐ個発生する度に行う。
【００８０】
度数分布作成部８５ａは、２値化出力Ｄ（ｔ）の一定個数Ｎｐ個のパルスについて実施された周期測定部８４ａの測定結果から、周期の度数分布を作成する（図１８ステップＳ２０９）。度数分布作成部８５ａが作成した度数分布は、記憶部８０に格納される。度数分布作成部８５ａは、このような度数分布の作成を２値化出力Ｄ（ｔ）の「１」のパルスがＮｐ個発生する度に行う。
基準周期算出部８６の動作は、第１の実施の形態と同様である（図１８ステップＳ２０３）。
【００８１】
周期和算出部９１は、記憶部８０に格納された周期測定部８４ａの測定結果から、２値化出力Ｄ（ｔ）の一定個数Ｎｐ個のパルスについて測定された周期の総和Ｔを算出する（図１８ステップＳ２１０）。算出された周期の総和Ｔは、記憶部８０に格納される。
ただし、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の測定方法として、第３の実施の形態の方法を用いる場合には、算出した値の１／２を周期の総和Ｔとする。
【００８２】
補正部８８ａは、度数分布作成部８５ａが作成した度数分布から、基準周期Ｔ０の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓと、基準周期Ｔ０の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗとを求め、一定個数Ｎｐを式（１１）のように補正する（図１８ステップＳ２１１）。補正後の値Ｎｐ’は、記憶部８０に格納される。補正部８８ａは、このような補正を２値化出力Ｄ（ｔ）の「１」のパルスがＮｐ個発生する度に行う。
【００８３】
周波数算出部８９ａは、補正部８８ａが算出した補正後の値Ｎｐ’と周期和算出部９１が算出した周期の総和Ｔに基づいて、ウェブ１１の振動周波数ｆｓｉｇを式（１２）のように算出する（図１８ステップＳ２１２）。
【００８４】
張力算出部９０は、第１の実施の形態と同様にウェブ１１の張力Ｆを式（１３）のように算出する（図１８ステップＳ２０７）。
その他の構成は、第１の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態のように、演算部８の代わりに演算部８ａを用いる場合においても、ウェブ１１の張力の計測精度を向上させることができる。
【００８５】
第１の実施の形態では、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数分布と２値化出力Ｄ（ｔ）のパルスの数とを求める時間が一定時間Ｔで固定されているため、周期の総和が一定時間Ｔと一致しない場合がある。このため、第１の実施の形態では、ウェブ１１の張力に算出誤差が生じる可能性がある。
これに対して、本実施の形態では、周期和算出部９１で算出される周期の総和が式（１２）で用いる時間Ｔと等しくなるようにしたので、第１の実施の形態と同様の効果が得られるだけでなく、ウェブ１１の張力の計測精度をさらに向上させることができる。
【００８６】
なお、ウェブ１１の振動周波数ｆｓｉｇを求める際の母集団のＴについて、母集団の境目に前記のＮｓに該当するパルスがあると、図１９（Ｂ）、図１９（Ｃ）のように凹凸両方のノイズの可能性が考えられるが、凹のノイズなのか凸のノイズなのか判断できないためＮｓの短いパルスが本来Ｔに含まれるものか否かを判断することが困難であるため、Ｔに誤差が生じる可能性がある。図１９（Ａ）はノイズがない場合、図１９（Ｂ）はＮｓに該当する凹のノイズ１９０が存在する場合、図１９（Ｃ）はＮｓに該当する凸のノイズ１９１が存在する場合を示している。そこで、図１９（Ｂ）、図１９（Ｃ）のような場合には、Ｔの境目の前後にＮｓのパルスがないようにＴを選択すると良い。
【００８７】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、信号抽出部の別の構成例を示すものである。図２０は本実施の形態の信号抽出部７ａの構成の１例を示すブロック図である。信号抽出部７ａは、判定部７１と、論理積演算部（ＡＮＤ）７２と、カウンタ７３と、計数結果補正部７４と、記憶部７５とから構成される。判定部７１とＡＮＤ７２とカウンタ７３とは、干渉波形計数手段を構成している。
【００８８】
図２１は計数結果補正部７４の構成の１例を示すブロック図である。計数結果補正部７４は、周期測定部７４０と、度数分布作成部７４１と、代表値算出部７４２と、補正値算出部７４３とから構成される。
【００８９】
図２２（Ａ）〜図２２（Ｆ）は信号抽出部７ａの動作を説明するための図であり、図２２（Ａ）はフィルタ部６の出力電圧の波形、すなわちＭＨＰの波形を模式的に示す図、図２２（Ｂ）は図２２（Ａ）に対応する判定部７１の出力を示す図、図２２（Ｃ）は信号抽出部７ａに入力されるゲート信号ＧＳを示す図、図２２（Ｄ）は図２２（Ｂ）に対応するカウンタ７３の計数結果を示す図、図２２（Ｅ）は信号抽出部７ａに入力されるクロック信号ＣＬＫを示す図、図２２（Ｆ）は図２２（Ｂ）に対応する周期測定部７４０の測定結果を示す図である。
【００９０】
まず、信号抽出部７ａの判定部７１は、図２２（Ａ）に示すフィルタ部６の出力電圧がハイレベル（Ｈ）かローレベル（Ｌ）かを判定して、図２２（Ｂ）のような判定結果を出力する。このとき、判定部７１は、フィルタ部６の出力電圧が上昇してしきい値ＴＨ１以上になったときにハイレベルと判定し、フィルタ部６の出力電圧が下降してしきい値ＴＨ２（ＴＨ２＜ＴＨ１）以下になったときにローレベルと判定することにより、フィルタ部６の出力を２値化する。
【００９１】
ＡＮＤ７２は、判定部７１の出力と図２２（Ｃ）のようなゲート信号ＧＳとの論理積演算の結果を出力し、カウンタ７３は、ＡＮＤ７２の出力の立ち上がりをカウントする（図２２（Ｄ））。ここで、ゲート信号ＧＳは、計数期間（本実施の形態では第１の発振期間Ｐ１または第２の発振期間Ｐ２）の先頭で立ち上がり、計数期間の終わりで立ち下がる信号である。したがって、カウンタ７３は、計数期間中のＡＮＤ７２の出力の立ち上がりエッジの数（すなわち、ＭＨＰの立ち上がりエッジの数）を数えることになる。
【００９２】
一方、計数結果補正部７４の周期測定部７４０は、計数期間中のＡＮＤ７２の出力の立ち上がりエッジの周期（すなわち、ＭＨＰの周期）を立ち上がりエッジが発生する度に測定する。このとき、周期測定部７４０は、図２２（Ｅ）に示すクロック信号ＣＬＫの周期を１単位としてＭＨＰの周期を測定する。図２２（Ｆ）の例では、周期測定部７４０は、ＭＨＰの周期としてＴα，Ｔβ，Ｔγを順次測定している。図２２（Ｅ）、図２２（Ｆ）から明らかなように、周期Ｔα，Ｔβ，Ｔγの大きさは、それぞれ５クロック、４クロック、２クロックである。クロック信号ＣＬＫの周波数は、ＭＨＰの取り得る最高周波数に対して十分に高いものとする。
記憶部７５は、カウンタ７３の計数結果と周期測定部７４０の測定結果を記憶する。
【００９３】
ゲート信号ＧＳが立ち下がり、計数期間が終了した後、計数結果補正部７４の度数分布作成部７４１は、記憶部７５に記憶された測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成する。
続いて、計数結果補正部７４の代表値算出部７４２は、度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、ＭＨＰの周期の中央値（メジアン）Ｔ０を算出する。
【００９４】
計数結果補正部７４の補正値算出部７４３は、度数分布作成部７４１が作成した度数分布から、周期の中央値Ｔ０の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓａと、周期の中央値Ｔ０の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗａとを求め、カウンタ７３の計数結果を次式のように補正する。
Ｎａ’＝Ｎａ−Ｎｓａ＋Ｎｗａ                                  ・・・（１４）
【００９５】
式（１４）において、Ｎａはカウンタ７３の計数結果であるＭＨＰの数、Ｎａ’は補正後の計数結果である。式（１４）に示した計数結果の補正原理は、図１５を用いて説明した、カウンタ８７の計数結果の補正原理と同じである。
【００９６】
補正値算出部７４３は、式（１４）により計算した補正後の計数結果Ｎａ’の値を演算部８，８ａに出力する。信号抽出部７ａは、以上のような処理を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について行う。なお、本実施の形態では、ＭＨＰの周期の代表値として中央値を用いたが、ＭＨＰの周期の代表値として最頻値を用いてもよい。
【００９７】
以上、本実施の形態で説明した信号抽出部７ａを、第１〜第４の実施の形態において、信号抽出部７の代わりに使用することが可能である。
信号抽出部７ａによれば、計数期間中のＭＨＰの周期を測定し、この測定結果から計数期間中のＭＨＰの周期の度数分布を作成し、度数分布からＭＨＰの周期の代表値を算出し、度数分布から、代表値の０．５倍以下である階級の度数の総和Ｎｓａと、代表値の１．５倍以上である階級の度数の総和Ｎｗａとを求め、これらの度数ＮｓａとＮｗａに基づいてカウンタの計数結果を補正することにより、ＭＨＰの計数誤差を補正することができるので、ウェブ１１の速度および張力の計測精度を更に向上させることができる。
【００９８】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。第１〜第５の実施の形態では、ウェブ１１の速度や半導体レーザ１とウェブ１１との距離がおおよそ分かっていることを前提にしているが、ウェブ１１の速度やウェブ１１との距離が分かっていない場合、距離比例個数ＮＬを誤算出する可能性があり、結果としてウェブ１１の速度および張力を誤算出する可能性がある。本実施の形態は、このような場合に対応するものである。
【００９９】
図２３は本実施の形態の演算部８ｂの構成の１例を示すブロック図である。演算部８ｂは、記憶部８０と、距離比例個数算出部８１ｂと、速度算出部８２と、２値化部８３と、周期測定部８４と、度数分布作成部８５と、基準周期算出部８６と、カウンタ８７と、補正部８８と、周波数算出部８９と、張力算出部９０と、信号抽出部７の計数結果Ｎｕ，Ｎｄの増減方向の一致不一致あるいは計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値の変化に応じて、信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与部９２とから構成される。張力・速度計測装置の全体の構成は第１の実施の形態と同じでよい。
【０１００】
半導体レーザ１、フォトダイオード２、レーザドライバ４、電流−電圧変換増幅部５、フィルタ部６、信号抽出部７、速度算出部８２、２値化部８３、周期測定部８４、度数分布作成部８５、基準周期算出部８６、カウンタ８７、補正部８８、周波数算出部８９および張力算出部９０の動作は、第１の実施の形態と同じであるので、距離比例個数算出部８１ｂと符号付与部９２の動作について説明する。
【０１０１】
距離比例個数算出部８１ｂは、ウェブ１１の速度および張力の計測開始初期には、第１の実施の形態と同様に、式（２）を用いて距離比例個数ＮＬを算出するが、途中からは式（２）の代わりに後述する符号付き計数結果を用いる次式により距離比例個数ＮＬを算出する。
ＮＬ＝（Ｎｕ’＋Ｎｄ’）／２                                  ・・・（１５）
【０１０２】
式（１５）において、Ｎｕ’は計数結果Ｎｕに後述する符号付与処理を施した後の符号付き計数結果、Ｎｄ’は計数結果Ｎｄに符号付与処理を施した後の符号付き計数結果である。式（１５）が使用されるのは、符号付与部９２が符号付き計数結果を出力したとき以降である。
距離比例個数ＮＬは、記憶部８０に格納される。距離比例個数算出部８１ｂは、以上のような距離比例個数ＮＬの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
【０１０３】
次に、符号付与部９２は、信号抽出部７の計数結果Ｎｕ，Ｎｄの増減方向の一致不一致、あるいは計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値の変化に基づいて、信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与する。図２４（Ａ）、図２４（Ｂ）、図２５（Ａ）、図２５（Ｂ）は符号付与部９２の動作を説明するための図であり、図２４（Ａ）、図２５（Ｂ）は半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図、図２４（Ｂ）、図２５（Ｂ）は信号抽出部７の計数結果の時間変化を示す図である。なお、図２４（Ｂ）、図２５（Ｂ）の例では、計数結果Ｎｕが、半導体レーザ１の照射面から、光源である半導体レーザ１との間にある決まった波の数を含む波面の位置の変位方向がウェブ１１の速度方向と対向しているときの計数結果Ｎαである場合を示している。
【０１０４】
ウェブ１１の振動に伴う半導体レーザ１とウェブ１１との距離変化率が半導体レーザ１の発振波長変化率よりも小さく、ウェブ１１が鉛直方向に沿って単振動している場合、第１の発振期間Ｐ１の計数結果Ｎｕの時間変化と第２の発振期間Ｐ２の計数結果Ｎｄの時間変化は、図２４（Ｂ）に示すように互いの位相差が１８０度の正弦波形となる。上記のように、このときのウェブ１１の状態を微小変位状態とする。
【０１０５】
一方、半導体レーザ１とウェブ１１との距離変化率が半導体レーザ１の発振波長変化率よりも大きい場合、計数結果Ｎｄの時間変化は、図２５（Ｂ）の負側の波形２５０が正側の波形２５１に折り返された形になる。特開２００６−３１３０８０号公報では、この計数結果の折り返しが生じている部分におけるウェブ１１の状態を変位状態としている。一方、計数結果の折り返しが生じていない部分におけるウェブ１１の状態は、上記の微小変位状態である。
【０１０６】
計数結果の折り返しが生じている部分において、計数結果をそのまま用いて距離比例個数ＮＬを算出すると、距離比例個数ＮＬが本来の値と異なる値になる。
つまり、距離比例個数ＮＬを正しく求めるためには、ウェブ１１が変位状態であるか微小変位状態であるかを判定し、ウェブ１１が変位状態である場合には、正側に折り返されている計数結果に負の符号を付与する補正を行う必要がある。
【０１０７】
符号付与部９２は、図２４（Ｂ）に示すように計数結果Ｎｕの時間変化と計数結果Ｎｄの時間変化が同相でない場合、信号抽出部７の現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力し、図２５（Ｂ）に示すように計数結果Ｎｕの時間変化と計数結果Ｎｄの時間変化が同相である場合、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に負の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する。
【０１０８】
現時刻ｔの計数結果がＮｕであれば、計数結果Ｎｕの増減は、現時刻ｔの計数結果Ｎｕ（ｔ）と２回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−２）との差Ｎｕ（ｔ）−Ｎｕ（ｔ−２）の符号で判別することができ、計数結果Ｎｄの増減は、１回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−１）と３回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−３）との差Ｎｄ（ｔ−１）−Ｎｄ（ｔ−３）の符号で判別することができる。一方、現時刻ｔの計数結果がＮｄであれば、計数結果Ｎｕの増減は、１回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−１）と３回前の計数結果Ｎｕ（ｔ−３）との差Ｎｕ（ｔ−１）−Ｎｕ（ｔ−３）の符号で判別することができ、計数結果Ｎｄの増減は、現時刻ｔの計数結果Ｎｄ（ｔ）と２回前の計数結果Ｎｄ（ｔ−２）との差Ｎｄ（ｔ）−Ｎｄ（ｔ−２）の符号で判別することができる。
【０１０９】
このような増減の判別の結果、計数結果Ｎｕ，Ｎｄが共に増加している場合あるいは共に減少している場合は、計数結果Ｎｕの時間変化と計数結果Ｎｄの時間変化が同相であり、ウェブ１１が変位状態であると判断することができる。また、計数結果Ｎｕ，Ｎｄのどちらか一方が増加していて他方が減少している場合は、計数結果Ｎｕの時間変化と計数結果Ｎｄの時間変化が同相でなく、ウェブ１１が変位状態でないと判断することができる。
【０１１０】
また、図２５（Ｂ）で説明したような計数結果の折り返しが生じると、計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値に変化が生じる。そこで、符号付与部９２は、計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値の変化に応じて信号抽出部７の最新の計数結果に正負の符号を付与するようにしてもよい。
【０１１１】
この場合、符号付与部９２は、現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｕの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値以内であり、かつ現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｄの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値以内である場合、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に正の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する。また、符号付与部９２は、現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｕの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値を超えて変化したり、現時刻ｔ以前に求めた計数結果Ｎｄの最新の平均値がこの値よりも前に求めた計数結果Ｎｕの平均値に対して所定のしきい値を超えて変化したりした場合、現時刻ｔの計数結果Ｎ（ｔ）に負の符号を付与した符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）を出力する。
【０１１２】
符号付き計数結果Ｎ’（ｔ）は、記憶部８０に格納される。符号付与部９２は、以上のような符号付与処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
【０１１３】
以上のように、本実施の形態では、ウェブ１１の速度や半導体レーザ１とウェブ１１との距離が分かっていない場合であっても対応することができ、ウェブ１１の速度および張力を誤算出する可能性を低減することができる。
なお、本実施の形態では、演算部８ｂを第１の実施の形態に適用しているが、他の実施の形態に適用してもよいことは言うまでもない。
【０１１４】
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。図２６は本実施の形態の演算部８ｃの構成の１例を示すブロック図である。演算部８ｃは、記憶部８０と、距離比例個数算出部８１と、速度算出部８２と、２値化部８３と、周期測定部８４と、周期分別部９３と、判定部９４とから構成される。
なお、図２６における１０５は、演算部８ｃと共にウェブ搬送装置の制御部１０４内に設けられる速度・周波数制御部である。
【０１１５】
半導体レーザ１、フォトダイオード２、レーザドライバ４、電流−電圧変換増幅部５、フィルタ部６、信号抽出部７、距離比例個数算出部８１、速度算出部８２、２値化部８３および周期測定部８４の動作は、第１の実施の形態と同じであるので、周期分別部９３と判定部９４の動作について説明する。
【０１１６】
周期分別部９３は、ウェブ１１に所望の張力が掛かっているときの２値化出力Ｄ（ｔ）の周期（以下、目標周期Ｔｈと呼ぶ）に基づく値により２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数を分別する。すなわち、周期分別部９３は、周期測定部８４によって測定された２値化出力Ｄ（ｔ）の周期ＴＤの度数を、目標周期Ｔｈの０．５倍未満（０．５Ｔｈ＞ＴＤ）の周期の度数Ｎ１と、目標周期Ｔｈの０．５倍以上かつ目標周期Ｔｈ未満（０．５Ｔｈ≦ＴＤ＜Ｔｈ）の周期の度数Ｎ２と、目標周期Ｔｈ以上かつ目標周期Ｔｈの１．５倍未満（Ｔｈ≦ＴＤ＜１．５Ｔｈ）の周期の度数Ｎ３と、目標周期Ｔｈの１．５倍以上（１．５Ｔｈ≦ＴＤ）の周期の度数Ｎ４の４つに分別する。
【０１１７】
以上のようにして、周期分別部９３は、周期測定部８４によって測定された２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数を分別する。周期分別部９３は、一定期間ごとに周期の度数を分別する。周期分別部９３の分別結果は、記憶部８０に格納される。
【０１１８】
次に、判定部９４は、周期分別部９３の分別結果からウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いか低いかを判定する。目標周波数は、ウェブ１１に所望の張力が掛かっているときのウェブ１１の振動周波数である。判定部９４は、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）との大小を比較し、度数Ｎ１が最も大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、度数Ｎ４が最も大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する。また、判定部９４は、度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合、度数Ｎ２とＮ３の大小を比較し、度数Ｎ３よりも度数Ｎ２が大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、度数Ｎ２よりも度数Ｎ３が大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する。
【０１１９】
判定部９４は、このような判定を、周期分別部９３が２値化出力Ｄ（ｔ）の周期を分別する期間ごとに行う。
速度・周波数制御部１０５は、速度算出部８２の速度算出結果に基づいて、ウェブ１１の速度が所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御すると共に、判定部９４の判定結果に基づいて、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数に近づくように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。
【０１２０】
つまり、速度・周波数制御部１０５は、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定された場合、ウェブ１１の張力が所望の値よりも高いことを意味するので、ウェブ１１の張力が低くなるように制御する。また、速度・周波数制御部１０５は、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定された場合、ウェブ１１の張力が所望の値よりも低いことを意味するので、ウェブ１１の張力が高くなるように制御する。
【０１２１】
図２７、図２８は本実施の形態の判定原理を説明するための図であり、図２７は波形に欠落が生じた場合の２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数分布を示す図、図２８はノイズによって周期が２分割された場合の２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数分布を示す図である。図２７、図２８において、Ｔｃは２値化出力Ｄ（ｔ）の本来の周期の度数分布ａの代表値（中央値または最頻値等）である。
【０１２２】
例えば周期の測定時に２値化出力Ｄ（ｔ）の欠落（検出漏れ）が発生すると、欠落が生じた箇所での２値化出力Ｄ（ｔ）の周期は、本来の周期のおよそ２倍になり、この欠落によって生じた２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数分布は、２Ｔｃを中心とした正規分布（図２７のｂ）になる。この度数分布ｂは、２値化出力Ｄ（ｔ）の本来の周期の度数分布ａの相似形である。
一方、周期の測定時にノイズを２値化出力Ｄ（ｔ）として誤って検出してしまうと、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期はランダムな割合で２分割される。このとき、ノイズを過剰に数えた結果として２分割された２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数分布は、０．５Ｔｃに対して対称な分布になる（図２８のｃ）。
【０１２３】
本実施の形態では、上記のとおり２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数を４つに分け、目標周期Ｔｈの０．５倍未満の周期の度数Ｎ１が最も大きい場合は、この度数Ｎ１がノイズによるものではなく、２値化出力Ｄ（ｔ）の本来の周期であると見なして、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定する。また、目標周期Ｔｈの１．５倍以上の周期の度数Ｎ４が最も大きい場合は、この度数Ｎ４が２値化出力Ｄ（ｔ）の欠落によるものではなく、２値化出力Ｄ（ｔ）の本来の周期であると見なして、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する。また、度数Ｎ１またはＮ４でウェブ１１の振動周波数の高低を判断できない場合は、度数Ｎ１とＮ４を無視して、目標周期Ｔｈの０．５倍以上かつ目標周期Ｔｈ未満の周期の度数Ｎ２と目標周期Ｔｈ以上かつ目標周期Ｔｈの１．５倍未満の周期の度数Ｎ３の大小比較で、ウェブ１１の振動周波数の高低を判定する。
【０１２４】
こうして、本実施の形態では、周期測定時の２値化出力Ｄ（ｔ）の欠落や過剰なノイズ検出の影響を除去し、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いか低いかを正しく判定することができ、この判定結果を使ってウェブ１１の振動周波数が目標周波数になるように制御することで、ウェブ１１の張力を制御することができる。
【０１２５】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。図２９は本実施の形態の演算部８ｄの構成の１例を示すブロック図である。演算部８ｄは、記憶部８０と、距離比例個数算出部８１と、速度算出部８２と、２値化部８３と、周期測定部８４と、周期分別部９３と、判定部９４ｄと、度数補正部９５とから構成される。
【０１２６】
半導体レーザ１、フォトダイオード２、レーザドライバ４、電流−電圧変換増幅部５、フィルタ部６、信号抽出部７、距離比例個数算出部８１、速度算出部８２、２値化部８３、周期測定部８４、周期分別部９３および速度・周波数制御部１０５の動作は、第１、第７の実施の形態と同じであるので、判定部９４ｄと度数補正部９５の動作について説明する。
【０１２７】
度数補正部９５は、目標周期Ｔｈの０．５倍以上かつ目標周期Ｔｈ未満の周期の度数Ｎ２の補正値Ｎ２’と、目標周期Ｔｈ以上かつ目標周期Ｔｈの１．５倍未満の周期の度数Ｎ３の補正値Ｎ３’を以下のように算出する。
Ｎ２’＝Ｎ２−Ｎ１                                            ・・・（１６）
Ｎ３’＝Ｎ３＋Ｎ１                                            ・・・（１７）
【０１２８】
そして、度数補正部９５は、周期分別部９３が求めた度数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４と自身が求めた補正値Ｎ２’，Ｎ３’とを判定部９４ｄに通知する。第７の実施の形態と同様に、周期分別部９３は、一定期間ごとに２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数を分別し、度数補正部９５は、分別された度数を補正する。なお、度数補正部９５は、補正値Ｎ２’とＮ３’のどちらか一方を算出すればよい。
【０１２９】
次に、判定部９４ｄは、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）との大小を比較し、度数Ｎ１が最も大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、度数Ｎ４が最も大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する。また、判定部９４ｄは、度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合、度数の補正値Ｎ２’と度数Ｎ３の大小を比較し、度数Ｎ３よりも補正値Ｎ２’が大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、補正値Ｎ２’よりも度数Ｎ３が大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する。判定部９４ｄは、このような判定を一定期間ごとに行う。
【０１３０】
また、度数補正部９５が補正値Ｎ３’を算出する場合には判定部９４ｄは以下のような判定を行う。すなわち、判定部９４ｄは、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）との大小を比較し、度数Ｎ１が最も大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、度数Ｎ４が最も大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する。また、判定部９４ｄは、度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合、度数Ｎ２と度数の補正値Ｎ３’の大小を比較し、度数の補正値Ｎ３’よりも度数Ｎ２が大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、度数Ｎ２よりも度数の補正値Ｎ３’が大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する。その他の構成は、第７の実施の形態で説明したとおりである。
【０１３１】
周期の測定時にノイズを過剰に数えた結果として２分割された２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数分布ｃは、図２８に示すように、２値化出力Ｄ（ｔ）の本来の周期の度数分布ａに重なることが多い。そこで、本実施の形態では、目標周期Ｔｈの０．５倍以上かつ目標周期Ｔｈ未満の周期の度数Ｎ２を式（１６）のように補正し、目標周期Ｔｈ以上かつ目標周期Ｔｈの１．５倍未満の周期の度数Ｎ３を式（１７）のように補正する。
【０１３２】
こうして、本実施の形態では、周期測定時の過剰なノイズ検出の影響をより効果的に除去することができ、第７の実施の形態に比べてウェブ１１の振動周波数の高低の判定精度をさらに向上させることができる。
【０１３３】
［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、演算部の構成は第７の実施の形態と同様であるので、図２６の符号を用いて説明する。
本実施の形態の周期分別部９３は、第７の実施の形態と同様に、周期測定部８４によって測定された２値化出力Ｄ（ｔ）の周期ＴＤの度数を、目標周期Ｔｈの０．５倍未満（０．５Ｔｈ＞ＴＤ）の周期の度数Ｎ１と、目標周期Ｔｈの０．５倍以上かつ目標周期Ｔｈ未満（０．５Ｔｈ≦ＴＤ＜Ｔｈ）の周期の度数Ｎ２と、目標周期Ｔｈ以上かつ目標周期Ｔｈの１．５倍未満（Ｔｈ≦ＴＤ＜１．５Ｔｈ）の周期の度数Ｎ３と、目標周期Ｔｈの１．５倍以上（１．５Ｔｈ≦ＴＤ）の周期の度数Ｎ４の４つに分別する。
【０１３４】
第７の実施の形態と同様に、判定部９４は、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の度数Ｎ１とＮ４と度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）との大小を比較し、度数Ｎ１が最も大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、度数Ｎ４が最も大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する。また、判定部９４は、度数の和（Ｎ２＋Ｎ３）が最も大きい場合、目標周期Ｔｈの整数倍の周期ｎＴｈ（ｎは２以上の整数）を基準として、周期ｎＴｈの近傍であってかつ周期ｎＴｈ未満である周期Ｔの度数を度数Ｎ２に加え、周期ｎＴｈの近傍であってかつ周期ｎＴｈ以上である周期Ｔの度数を度数Ｎ３に加える。例えば判定部９４は、目標周期Ｔｈの１．５倍以上２倍未満の周期の度数を度数Ｎ２に加え、目標周期Ｔｈの２倍以上２．５倍未満の周期の度数を度数Ｎ３に加える。そして、判定部９４は、この加算後の度数Ｎ２とＮ３の大小を比較し、度数Ｎ３よりも度数Ｎ２が大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも高いと判定し、度数Ｎ２よりも度数Ｎ３が大きい場合、ウェブ１１の振動周波数が目標周波数よりも低いと判定する。その他の構成は、第７の実施の形態で説明したとおりである。
【０１３５】
本実施の形態は、２値化出力Ｄ（ｔ）の周期の測定時に２値化出力Ｄ（ｔ）の欠落が発生する場合の補正方法を示すものであり、周期測定部８４の測定結果においてＮ３＜Ｎ２＜（Ｎ３＋Ｎ４）が成立するときに有効である。
なお、本実施の形態を第８の実施の形態と併用する場合には、補正値Ｎ２’を使う必要がある。この補正値Ｎ２’と度数Ｎ３に対して前記加算を行う。
【０１３６】
［第１０の実施の形態］
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。第１〜第９の実施の形態では、半導体レーザ１を三角波状に発振させていたが、これに限るものではなく、図３０（Ａ）に示すように半導体レーザ１を鋸波状に発振させてもよい。すなわち、本実施の形態では、第１の発振期間Ｐ１または第２の発振期間Ｐ２のいずれか一方が繰り返し存在するように半導体レーザ１を動作させればよい。
【０１３７】
本実施の形態のように半導体レーザ１を鋸波状に発振させる場合においても、半導体レーザ１の発振波長の変化速度が一定であることが必要である。第１の発振期間Ｐ１または第２の発振期間Ｐ２における動作は、三角波発振の場合と同様である。図３０に示すように第１の発振期間Ｐ１のみが繰り返し存在する鋸波状の発振の場合は第１の発振期間Ｐ１の処理を繰り返し行えばよく、第２の発振期間Ｐ２のみが繰り返し存在する鋸波状の発振の場合は第２の発振期間Ｐ２の処理を繰り返し行えばよいことは言うまでもない。
【０１３８】
ただし、信号抽出部７の計数結果を示す図３０（Ｂ）からも明らかなように、本実施の形態では、計数結果Ｎｕ，Ｎｄの平均値を求めることはできないので、距離比例個数ＮＬが既知であることが必要となる。言い換えると、距離比例個数算出部８１は、距離比例個数ＮＬを算出する必要はなく、所定の距離比例個数ＮＬを出力すればよい。つまり、ウェブ１１が所望の速度で移動しているときの距離比例個数ＮＬを予め求めて、距離比例個数算出部８１に設定しておけばよい。
【０１３９】
なお、本実施の形態のように半導体レーザ１を鋸波状に発振させる構成は、第１〜第５の実施の形態および第７〜第９の実施の形態に適用することができるが、第６の実施の形態に適用することはできない。
【０１４０】
［第１１の実施の形態］
次に、本発明の第１１の実施の形態について説明する。第１〜第１０の実施の形態では、ＭＨＰ波形を含む電気信号を検出する検出手段としてフォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とを用いたが、フォトダイオードを使用することなくＭＨＰ波形を抽出することも可能である。図３１は本発明の第１１の実施の形態に係る張力・速度計測装置の構成を示すブロック図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の張力・速度計測装置は、第１〜第１０の実施の形態のフォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５の代わりに、検出手段として電圧検出部１２を用いるものである。
【０１４１】
電圧検出部１２は、半導体レーザ１の端子間電圧、すなわちアノード−カソード間電圧を検出して増幅する。半導体レーザ１から放射されたレーザ光とウェブ１１からの戻り光とによって干渉が生じるとき、半導体レーザ１の端子間電圧には、ＭＨＰ波形が現れる。したがって、半導体レーザ１の端子間電圧からＭＨＰ波形を抽出することが可能である。
【０１４２】
フィルタ部６は、電圧検出部１２の出力電圧から搬送波を除去する。張力・速度計測装置のその他の構成は、第１〜第１０の実施の形態と同じである。
こうして、本実施の形態では、フォトダイオードを使用することなくＭＨＰ波形を抽出することができ、第１〜第１０の実施の形態と比較して張力・速度計測装置の部品を削減することができ、張力・速度計測装置のコストを低減することができる。また、本実施の形態では、フォトダイオードを使用しないので、外乱光による影響を除去することができる。
【０１４３】
本実施の形態では、レーザドライバ４から半導体レーザ１に供給する駆動電流をレーザ発振のしきい値電流付近に制御することが好ましい。これにより、半導体レーザ１の端子間電圧からＭＨＰを抽出することが容易になる。
【０１４４】
なお、第１〜第１１の実施の形態において少なくとも信号抽出部７，７ａと演算部８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅと制御部１０４とは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供される。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って第１〜第１１の実施の形態で説明した処理を実行する。
【０１４５】
また、第１〜第１１の実施の形態では、センサモジュール１０を図２に示すように配置したが、これに限るものではない。例えば図３２に示すように、半導体レーザ１からのレーザ光が送出側ロール１０２の箇所または受取側ロール１０３の箇所でウェブ１１に入射するようにしてもよい。この場合、測定可能な物理量は、ウェブ１１の速度と、半導体レーザ１とウェブ１１との距離であり、ウェブ１１の張力を測定することはできない。ウェブ１１との距離を測定すれば、ロールの半径を間接的に算出することができ、ロール半径のモニタリングが実現できる。なお、自己結合型のレーザ計測器において、物体との距離を測定することは周知技術である。また、送出側ロール１０２の箇所または受取側ロール１０３の箇所で、レーザ光をウェブ１１に対して垂直に照射した場合には、ウェブ１１との距離のみを測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブの速度と張力を測定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅部、６…フィルタ部、７，７ａ…信号抽出部、８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ…演算部、９…表示部、１０…センサモジュール、１１…ウェブ、１２…電圧検出部、７１…判定部、７２…論理積演算部、７３…カウンタ、７４…計数結果補正部、７５…記憶部、８０…記憶部、８１，８１ｂ…距離比例個数算出部、８２…速度算出部、８３…２値化部、８４，８４ａ…周期測定部、８５，８５ａ…度数分布作成部、８６…基準周期算出部、８７…カウンタ、８８，８８ａ…補正部、８９，８９ａ…周波数算出部、９０…張力算出部、９１…周期和算出部、９２…符号付与部、９３…周期分別部、９４，９４ｄ，９４ｅ…判定部、９５…度数補正部、９６…正規化部、９７…度数補正部、１００…送出側ガイド軸、１０１…受取側ガイド軸、１０２…送出側ロール、１０３…受取側ロール、１０４…制御部、１０５…速度・周波数制御部、７４０…周期測定部、７４１…度数分布作成部、７４２…代表値算出部、７４３…補正値算出部。
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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