(57)【要約】【課題】複数個の半導体光源を備えた測定装置において、測定中にいずれかの半導体光源が消灯した場合であっても、測定結果に影響を与えないようにする。【解決手段】測定時に測定対象物に光を照射する複数個の半導体光源と、半導体光源の出射光を受光する受光部と、非測定時に取得した半導体光源の基準光量と測定時の光量とに基づいて測定対象物に関する物理量を測定する測定部と測定時において個々の半導体光源の発光状態を監視し、基準光量を取得したときの発光状態と異なった場合に、測定を中断し、基準光量を取得し直す測定制御部とを備えた測定装置。【選択図】図１
2014215155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定時に測定対象物に光を照射する複数個の半導体光源と、
前記半導体光源の出射光を受光する受光部と、
非測定時に取得した前記半導体光源の基準光量と測定時の光量とに基づいて測定対象物に関する物理量を測定する測定部と、
測定時において個々の半導体光源の発光状態を監視し、前記基準光量を取得したときの発光状態と異なった場合に、測定を中断し、基準光量を取得し直す測定制御部と、
を備えたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記複数個の半導体光源は、
同一の波長を出射するものを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記受光部は、
前記基準光量の取得時は、前記半導体光源の照射光を直接受光し、前記測定対象物の測定時は、前記測定対象物を透過または反射した前記半導体光源の照射光を受光することを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定制御部は、
前記個々の半導体光源の電圧降下あるいは前記個々の半導体光源に流れる電流を測定することで前記個々の半導体光源の発光状態を監視することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記測定制御部は、
前記基準光量を取得し直した後に、測定を再開することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記複数個の半導体光源の予備となる第２の複数個の半導体光源を備え、
前記測定制御部は、測定を中断すると、前記第２の複数個の半導体光源に切り替えて、基準光量を取得し直すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の半導体光源を備えた測定装置に関し、特に、測定中にいずれかの半導体光源が消灯した場合であっても、測定結果に影響を与えない測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
抄紙工程や樹脂フィルム製造工程等では品質管理のために製造物の水分量や色、厚さ等の測定が行なわれる。このような測定に用いられる測定装置は、紙や樹脂フィルム等のシート状対象物に光を照射し、透過光や反射光を受光することにより測定を行なうものが多い。
【０００３】
従来、光を利用した測定装置の光源としては、スペクトラムが連続的でブロードなハロゲンランプが主に用いられてきた。図６は、ハロゲンランプを用いた従来の光源ユニット４００を模式的に示す図である。本図は、抄紙工程における水分量測定に用いられる赤外線水分センサに搭載される光源を例にしている。
【０００４】
本図に示すように、ランプ駆動部４３０によって駆動されるハロゲンランプ４１０からの光は、フィルタホイール４２０に装着されたバンドパスフィルタ４２１に導かれる。赤外線水分センサの場合、水分、セルロースともに吸収されない波長λａの参照光を透過させるバンドパスフィルタ４２１ａと、水分に吸収され、セルロースに吸収されない波長λｂを透過させるバンドバスフィルタ４２１ｂと、セルロースに吸収され、水分に吸収されない波長λｃを透過させるバンドパスフィルタ４２１ｃの３種類を装着しており、フィルタホイール４２０の回転にしたがって、各波長の光が順次出力される。
【０００５】
赤外線水分センサでは、光源ユニット４００から出射される各波長の光の強度を基準光量としてあらかじめ測定しておく。そして、測定対象物を透過した光量と基準光量とから求められる波長毎の減光比率に基づいて、測定対象物の水分率を算出する。
【０００６】
近年、光を利用した測定装置の光源として、ＬＥＤ、ＬＤ等の半導体光源が採用されるようになってきている。ＬＥＤ等の半導体光源は、所望の波長の光を狭帯域で得られることから、測定に必要な波長に応じて複数の種類が選択的に用いられている。このため、フィルタホイールが不要となる。
【０００７】
例えば、半導体光源を、赤外線水分センサの光源として用いる場合は、波長λａの光を発光する半導体光源と、波長λｂの光を発光する半導体光源と、波長λｃの光を発光する半導体光源とが選択される。
【０００８】
一般に、光を利用した測定装置は高輝度の光源が求められるが、半導体光源は単体ではハロゲンランプ程の光量が得られない。このため、必要に応じて、同一の波長について複数個の半導体光源を用いるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１１８９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体光源は、電子素子であるため、寿命や故障等の理由により、測定中に発光しなくなる場合がある。ハロゲンランプのように１灯ですべての波長の光を賄う場合は、光源が発光しなくなると測定不能になったり測定値が明らかに異常となるため、即座に光源の不発光が検知され、測定を中断することができる。このため、測定中の光源の消灯による測定結果への影響を避けることができる。
【００１１】
一方、同一の波長について複数個の半導体光源を用いている場合には、そのうちの１つが発光しなくなっても、その半導体光源の波長の光量が低下するものの測定自体は継続可能であることが多い。
【００１２】
ところが、測定値は、その半導体光源が発光していた状態で取得した基準光量に基づいて算出されるため、算出される測定値は、実際の値から乖離してしまう。この乖離の程度が異常値と判断される程に大きくなければ、光源の消灯に気づかずに、誤った測定結果が得られてしまう。
【００１３】
単に測定結果が誤っているだけであれば光源復帰後に再測定すればよいが、抄紙工程では、測定結果に基づいて製造装置にフィードバックをかけて、工程内容を調整することが行なわれている。このため、誤った測定結果により、生産物の品質に悪影響を与えてしまう場合がある。
【００１４】
例えば、実際の水分率よりも大きな測定結果が得られた場合、工程内のヒータの出力を上げて、紙を余分に乾かし過ぎてしまう。逆に、実際の水分率よりも小さな測定結果が得られた場合、工程内のヒータの出力を落として、紙の乾かしかたが足りなくなってしまう。また、色測定の測定結果が誤っていると、フィードバックにより混合物の配合比率が不適正に調整され、生産品の色が仕様と異なってしまう。
【００１５】
そこで、本発明は、複数個の半導体光源を備えた測定装置において、測定中にいずれかの半導体光源が消灯した場合であっても、測定結果に影響を与えないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の測定装置は、測定時に測定対象物に光を照射する複数個の半導体光源と、前記半導体光源の出射光を受光する受光部と、非測定時に取得した前記半導体光源の基準光量と測定時の光量とに基づいて測定対象物に関する物理量を測定する測定部と、測定時において個々の半導体光源の発光状態を監視し、前記基準光量を取得したときの発光状態と異なった場合に、測定を中断し、基準光量を取得し直す測定制御部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記複数個の半導体光源は、同一の波長を出射するものを含むことができる。
また、前記受光部は、前記基準光量の取得時は、前記半導体光源の照射光を直接受光し、前記測定対象物の測定時は、前記測定対象物を透過または反射した前記半導体光源の照射光を受光することができる。
また、前記測定制御部は、前記個々の半導体光源の電圧降下あるいは前記個々の半導体光源に流れる電流を測定することで前記個々の半導体光源の発光状態を監視することができる。
また、前記測定制御部は、前記基準光量を取得し直した後に、測定を再開することができる。
また、前記複数個の半導体光源の予備となる第２の複数個の半導体光源を備え、前記測定制御部は、測定を中断すると、前記第２の複数個の半導体光源に切り替えて、基準光量を取得し直すようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複数個の半導体光源を備えた測定装置において、測定中にいずれかの半導体光源が消灯した場合であっても、測定結果に影響を与えないようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】半導体光源ユニットにおける半導体光源の構成を説明する図である。
【図３】測定装置の外観を模式的に示した図である。
【図４】各半導体光源の発光状態を監視する回路の例を説明する図である。
【図５】測定制御部の動作を説明するフローチャートである。
【図６】ハロゲンランプを用いた従来の光源を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、本発明の半導体光源を備えた測定装置を赤外線水分センサに適用した場合について説明する。なお、赤外線水分センサは、抄紙工程に用いられるオンライン測定装置に搭載される複数の測定装置のうちの１つとして用いられることが多い。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る赤外線水分センサ１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、赤外線水分センサ１００は、上部測定ヘッド１１０、下部測定ヘッド１２０、制御部１３０を備えており、上部測定ヘッド１１０と下部測定ヘッド１２０の間を搬送される紙５００の水分率を測定する。上部測定ヘッド１１０、下部測定ヘッド１２０、制御部１３０は、オンライン測定装置が搭載する各測定装置で共用することができる。
【００２１】
上部測定ヘッド１１０には、半導体光源ユニット１１１と照度均一化素子１１２が搭載されている。半導体光源ユニット１１１は、複数個の半導体光源を含んでおり、それぞれの半導体光源の発する光が照度均一化素子１１２により均一化され、下部測定ヘッド１２０方向に照射される。
【００２２】
半導体光源は、ＬＥＤ、ＬＤ等を用いることができ、本実施形態では、水分、セルロースともに吸収されない波長λａの光を発光するＬＥＤと、水分に吸収され、セルロースに吸収されない波長λｂの光を発光するＬＥＤと、セルロースに吸収され、水分に吸収されない波長λｃの光を発光するＬＥＤとが半導体光源ユニット１１１に搭載されている。
【００２３】
各波長のＬＥＤは、図２（ａ）に示すように、それぞれ同数としてもよいし、図２（ｂ）に示すように、それぞれのＬＥＤの発光量、必要光量等に応じて個数を異ならせるようにしてもよい。ただし、少なくとも１つの波長については、複数個のＬＥＤで発光させるものとする。
【００２４】
照度均一化素子１１２は、ライトパイプ、内面反射鏡等を用いることができ、半導体光源ユニット１１１から入射した光が複数回反射を繰り返すことで均一化した光が出射される。
【００２５】
下部測定ヘッド１２０には、受光素子を備えた受光部１２１が搭載され、上部測定ヘッド１１０から出射された光を受光して光量を測定する。
【００２６】
上述のように、上部測定ヘッド１１０と下部測定ヘッド１２０には、坪量、色、厚さ、灰分量等を測定するための測定装置を同時に搭載することができる。これらの測定装置も光源として複数個の半導体光源を用いることができ、測定対象物の透過光あるいは反射光を受光して測定するため、本発明を適用することができる。
【００２７】
上部測定ヘッド１１０、下部測定ヘッド１２０は、図３に示すように、オンライン測定装置のフレーム１８０に移動可能に取り付けられている。フレーム１８０の内側は、測定対象物であるシート状の紙５００が、図示しないローラー等の紙搬送機構により矢印Ａ方向に搬送され、上部測定ヘッド１１０は、紙５００を表面側から測定し、下部測定ヘッド１２０は、紙５００を裏面側から測定する。
【００２８】
上部測定ヘッド１１０と下部測定ヘッド１２０とは、同期して紙移動方向に直交する方向を往復移動し、同じ領域を表面と裏面から測定するようになっており、測定領域は図中のラインに示すようにジグザグの軌跡を描くことになる。
【００２９】
また、紙５００の搬送領域から外れたフレーム１８０の端部には、測定ヘッド退避位置が設定されている。基準光量を取得する際には、上部測定ヘッド１１０と下部測定ヘッド１２０を、測定ヘッド退避位置に移動させ、紙５００を介さない光量を測定する。なお、測定ヘッド退避位置には、標準白板が設けられており、色測定装置等における標準白板を用いた基準光量分布の取得等も行なえるようになっている。
【００３０】
図１の説明に戻って、制御部１３０は、ヘッド駆動部１３１、光源駆動部１３２、測定制御部１３３、測定部１３４を備えている。
【００３１】
ヘッド駆動部１３１は、モータ等の駆動装置を用いて上部測定ヘッド１１０と下部測定ヘッド１２０を往復移動させたり、測定ヘッド退避位置に移動させたりする。
【００３２】
光源駆動部１３２は、半導体光源ユニット１１１が備える各ＬＥＤに電力を供給し、発光させる。
【００３３】
測定制御部１３３は、測定動作の制御を行なう。本実施形態では、特に、半導体光源ユニット１１１に含まれる各ＬＥＤの発光状態を監視し、測定中にいずれかのＬＥＤが消灯したことを検出すると、測定結果に影響を与えないように後述する一連の対応動作を行なう。
【００３４】
ここで、測定制御部１３３は、例えば、図４に示すような回路により各ＬＥＤの発光状態を監視する。本図の回路例では、光源駆動部１３２により電力が供給される各ＬＥＤ（本図では１つのみを示している）の両端の電位差を計装アンプで計測し、測定制御部１３３に入力するようにしている。ＬＥＤの通常の動作電圧は既知であるため、ある計装アンプからの入力でオープン、ショート等の異常値を検出した場合には、そのＬＥＤが消灯したと判定することができる。もちろん、他の方法で、ＬＥＤの発光状態を監視するようにしてもよい。例えば、ＬＥＤを流れる電流値を計測して、ＬＥＤの発光状態を監視するようにしてもよい。
【００３５】
測定部１３４は、測定に先立ち、半導体光源ユニット１１１から出射される各波長の光の強度を基準光量として取得しておき、測定時に紙５００を透過した光量と基準光量とから求められる波長毎の減光比率に基づいて、紙５００の水分率を算出する。
【００３６】
測定部１３４の測定結果は、生産装置２１０にフィードバックされ、生産装置２１０は、測定結果に応じて抄紙工程の内容がリアルタイムで調整する。例えば、測定結果の水分率が目標値よりも大きい場合、ヒータの出力を上げて、紙５００をより乾燥させるようにする。逆に、測定結果の水分率が目標値よりも小さい場合、ヒータの出力を落として、紙５００を乾燥させ過ぎないようにする。
【００３７】
次に、本実施形態の測定制御部１３３の特徴的な動作について図５のフローチャートを参照して説明する。なお、一連の動作にはログを記録しておくようにすることが望ましい。
【００３８】
まず、測定開始に先立ち、上部測定ヘッド１１０と下部測定ヘッド１２０を、測定ヘッド退避位置に移動させて、半導体光源ユニット１１１からの光量を測定し、波長毎の基準光量を取得する（Ｓ１０１）。取得した基準光量は、測定値の算出に用いるため保存する。
【００３９】
次いで、上部測定ヘッド１１０と下部測定ヘッド１２０を走査させ、紙５００の水分率の測定を開始する（Ｓ１０２）。水分率の測定では、紙５００を透過した各波長の光量と、基準光量とから求められる波長毎の減光比率に基づいて水分率を算出する。
【００４０】
測定実行中は、測定が終了するまで（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、ＬＥＤ毎に発光状態を監視し（Ｓ１０３）、いずれかのＬＥＤで消灯を検出すると（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、測定結果への影響を避けるため、測定を中断する（Ｓ１０６）。そして、いずれかのＬＥＤが消灯したことをオペレータに通知する（Ｓ１０７）。このとき、どのＬＥＤが消灯したかを特定することが望ましい。
【００４１】
次に、上部測定ヘッド１１０と下部測定ヘッド１２０を、測定ヘッド退避位置に移動させて、半導体光源ユニット１１１からの光量を測定し、波長毎の基準光量を再取得し、保存する（Ｓ１０８）。これにより、いずれかのＬＥＤが消灯した状態で、基準光量が再取得されるため、仮に測定を再開したとしても、以降の測定値が実際の値から乖離することを防ぐことができる。このため、生産装置２１０における製造工程が意図しない内容に調整されることが回避される。
【００４２】
そして、オペレータに測定が再開可能であることを通知し、測定継続する旨の指示を受けた場合（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）には、新たに取得した基準光量に基づいた測定を再開する（Ｓ１１０）。基準光量の再取得により、測定可能となったが、通常の光量よりも少ない状態での測定になるため、オペレータの指示を待つようにしている。ただし、オペレータの指示を待つことなく、自動的に測定を再開するようにしてもよい。一方、測定を継続しない旨の指示を受けた場合（Ｓ１０９：Ｎｏ）は、測定を終了する。この場合、オペレータは、消灯したＬＥＤを交換することにより、新たな測定を開始させることができる。
【００４３】
なお、半導体光源ユニット１１１に冗長性を持たせ、測定に使用しているいずれかのＬＥＤで消灯を検出すると、自動的に別の半導体光源ユニット１１１を用いて測定を継続するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１００…赤外線水分センサ、１１０…上部測定ヘッド、１１１…半導体光源ユニット、１１２…照度均一化素子、１２０…下部測定ヘッド、１２１…受光部、１３０…制御部、１３１…ヘッド駆動部、１３２…光源駆動部、１３３…測定制御部、１３４…測定部、１８０…フレーム、２１０…生産装置、４００…光源ユニット、４１０…ハロゲンランプ、４２０…フィルタホイール、４２１…バンドパスフィルタ、４３０…ランプ駆動部、５００…紙
【図１】
2014215155.tif 000003
【図２】
2014215155.tif 000004
【図３】
2014215155.tif 000005
【図４】
2014215155.tif 000006
【図５】
2014215155.tif 000007
【図６】
2014215155.tif 000008