(57)【要約】【課題】光の干渉の影響を受けることなく計測対象物の隙間量を検出する。【解決手段】隙間センサは、計測対象物１００の隙間に光を照射する投光器と、レンズ２と、受光器３と、隙間検出部４とを備える。レンズ２と受光器３とは、計測対象物１００のエッジ１０６からの反射光を受光器３で受光するときの光軸が、投光器からの光の光軸と交わるように配置され、かつ受光器３の受光面を含む平面２０とレンズ２の主面２１とが１つの直線２２で交わり、ピントが合う物面２３が直線２２で交わり、エッジ１０６の全てが物面２３に含まれるように配置される。隙間検出部４は、受光器３の受光面での受光分布から、エッジ１０６で反射し、エッジ１０５の近傍を通過して受光器３の受光面に入射する反射光２５の入射点の位置を検出して、計測対象物１００の隙間量ｄを算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物の隙間に光を照射する投光器と、
前記計測対象物からの反射光を集光するレンズと、
このレンズによって集光された光を受光して電気信号に変換する受光器と、
この受光器の出力を解析して前記計測対象物の隙間量を検出する隙間検出手段とを備え、
前記レンズと前記受光器とは、前記計測対象物とその隙間との境界である対向する２つのエッジのうち前記レンズから遠い方の第１のエッジからの反射光を前記受光器で受光するときの光軸が、前記投光器からの光の光軸と交わるように配置され、かつ前記受光器の受光面を含む平面と前記レンズの主面とが１つの直線で交わり、ピントが合う物面が同直線で交わり、前記第１のエッジの全てが前記物面に含まれるように配置され、
前記隙間検出手段は、前記受光器の受光面での受光分布から、前記２つのエッジのうち前記レンズから遠い方の第１のエッジで反射し、前記レンズから近い方の第２のエッジの近傍を通過して前記受光器の受光面に入射する反射光の入射点の位置を検出して、この入射点の位置から前記計測対象物の隙間量を算出することを特徴とする隙間センサ。
【請求項２】
請求項１記載の隙間センサにおいて、
前記隙間検出手段は、前記受光器の受光面でのピークの受光量に対して、受光量が１／２になる位置を、前記第１のエッジで反射し、前記第２のエッジの近傍を通過して前記受光器の受光面に入射する反射光の入射点の位置として検出することを特徴とする隙間センサ。
【請求項３】
請求項１または２記載の隙間センサにおいて、
前記計測対象物は、互いの曲面が対向するように平行に配置された上下２本の円柱形状のローラによって搬送対象の物体を搬送する搬送機構であり、
前記投光器は、前記２本のローラの曲面に光を照射し、
前記レンズと前記受光器とは、前記レンズから遠い方の第１のローラと前記レンズから近い方の第２のローラのうち、前記第１のローラの、前記第２のローラと最短距離にある曲面の箇所である前記第１のエッジからの反射光を前記受光器で受光するときの光軸が、前記搬送対象の物体の流れ方向と交わるように配置され、
前記隙間検出手段は、前記第２のローラの、前記第１のローラと最短距離にある曲面の箇所である前記第２のエッジと、前記第１のエッジとの間の隙間量を検出することを特徴とする隙間センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物の隙間量を検出する隙間センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フィルムやシート等の物品の縁部（エッジ）の位置を検出するエッジセンサが実用化されている（例えば、特許文献１参照）。このエッジセンサは、図５に示すように、レーザ１０００とコリメータレンズ１００１とからなる投光器１００２から物品１００５に向けて平行光を照射し、物品１００５により遮られなかった平行光を、投光器１００２と対峙させて配置したリニアイメージセンサ等からなる受光器１００３で受光し、エッジ検出部１００４が受光器１００３における平行光の受光領域と非受光領域（遮光領域）との境界を物品１００５のエッジの位置として検出するようにしたものである。
【０００３】
また、このようなエッジセンサを応用すれば、例えば２本のローラ間の隙間量を計測する隙間センサを実現することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７７３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、エッジセンサの技術を応用すれば、隙間センサを実現することが可能である。しかしながら、透過型の隙間センサでは、隙間が狭くなると、光の干渉や反射によって隙間量を正確に計測することが困難になるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光の干渉の影響を受けることなく計測対象物の隙間量を検出することができる隙間センサ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】
【０００７】
本発明の隙間センサは、計測対象物の隙間に光を照射する投光器と、前記計測対象物からの反射光を集光するレンズと、このレンズによって集光された光を受光して電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力を解析して前記計測対象物の隙間量を検出する隙間検出手段とを備え、前記レンズと前記受光器とは、前記計測対象物とその隙間との境界である対向する２つのエッジのうち前記レンズから遠い方の第１のエッジからの反射光を前記受光器で受光するときの光軸が、前記投光器からの光の光軸と交わるように配置され、かつ前記受光器の受光面を含む平面と前記レンズの主面とが１つの直線で交わり、ピントが合う物面が同直線で交わり、前記第１のエッジの全てが前記物面に含まれるように配置され、前記隙間検出手段は、前記受光器の受光面での受光分布から、前記２つのエッジのうち前記レンズから遠い方の第１のエッジで反射し、前記レンズから近い方の第２のエッジの近傍を通過して前記受光器の受光面に入射する反射光の入射点の位置を検出して、この入射点の位置から前記計測対象物の隙間量を算出することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の隙間センサの１構成例において、前記隙間検出手段は、前記受光器の受光面でのピークの受光量に対して、受光量が１／２になる位置を、前記第１のエッジで反射し、前記第２のエッジの近傍を通過して前記受光器の受光面に入射する反射光の入射点の位置として検出することを特徴とするものである。
また、本発明の隙間センサの１構成例において、前記計測対象物は、互いの曲面が対向するように平行に配置された上下２本の円柱形状のローラによって搬送対象の物体を搬送する搬送機構であり、前記投光器は、前記２本のローラの曲面に光を照射し、前記レンズと前記受光器とは、前記レンズから遠い方の第１のローラと前記レンズから近い方の第２のローラのうち、前記第１のローラの、前記第２のローラと最短距離にある曲面の箇所である前記第１のエッジからの反射光を前記受光器で受光するときの光軸が、前記搬送対象の物体の流れ方向と交わるように配置され、前記隙間検出手段は、前記第２のローラの、前記第１のローラと最短距離にある曲面の箇所である前記第２のエッジと、前記第１のエッジとの間の隙間量を検出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、計測対象物の隙間量を、受光器の受光面での受光分布に明確に反映させることができるので、光の干渉の影響を受けることなく計測対象物の隙間量を検出することができ、高精度な隙間検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る隙間センサの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る隙間センサの投光器と計測対象物を説明する斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る隙間センサの受光器の受光面上における受光量を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る隙間センサによる隙間量の検出方法を説明する図である。
【図５】従来のエッジセンサの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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は本発明の実施の形態に係る隙間センサの構成を示す図、図２は隙間センサの投光器と計測対象物を説明する斜視図である。隙間センサは、計測対象物１００に光を照射する投光器１と、計測対象物１００からの反射光を集光するレンズ２と、レンズ２によって集光された光を受光して電気信号に変換する例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサからなる受光器３と、受光器３の出力を解析して計測対象物１００の隙間量ｄを検出する隙間検出部４とから構成される。なお、図２では、記載を容易にするため、レンズ２と受光器３の記載を省いている。
【００１２】
計測対象物１００は、例えばフィルムなどの物体１０を搬送する搬送機構であり、互いの曲面が対向するように平行に配置された上下２本の円柱形状のローラ１０１，１０２で物体１０を挟持して、ローラ１０１，１０２の回転により物体１０を送り出す機構である。ローラ１０１，１０２は、それぞれの回転軸１０３，１０４が平行になるように配置される。この２本のローラ１０１，１０２間の隙間量ｄを適切に設定することは搬送機構にとって重要である。
【００１３】
本実施の形態では、計測対象物１００によって搬送されるフィルムなどの搬送対象の物体１０の流れ方向をＭＤ（Machine Direction）、計測対象の隙間の方向をＴＤ（Transverse Direction）、ローラ１０１，１０２の回転軸１０３，１０４の方向および搬送対象の物体１０の幅方向をＣＤ（Crcss Machine Direction）とする。
図１は搬送対象の物体１０の流れ方向ＭＤと平行な方向から見た隙間センサの光学系を示している。投光器１は、２本のローラ１０１，１０２の曲面に光を照射する。その照射方向は、搬送対象の物体１０の流れ方向ＭＤと平行な方向でなくてもよく、流れ方向ＭＤに対して傾いた方向から光を照射してもよい。特にローラ１０１，１０２に対して斜め上方から光を照射することが好ましい。
【００１４】
シャインプルーフの原理（Scheimpflug principle）によると、受光器３の受光面３０を含む平面２０とレンズ２の主面２１とが１つの直線２２（図１の紙面に垂直な直線）で交わるとき、ピントが合う物面２３も同じ直線２２で交わることが知られている。本実施の形態では、レンズ２から遠い方のローラ１０２とレンズ２から近い方のローラ１０１のうち、ローラ１０２の、ローラ１０１と最短距離にある曲面の箇所をエッジ１０６と呼び、ローラ１０１の、ローラ１０２と最短距離にある曲面の箇所をエッジ１０５と呼ぶこととする。本実施の形態では、ローラ１０２の上端のエッジ１０６の全てが物面２３に含まれるように隙間センサの受光系（レンズ２と受光器３）を設置する。これにより、エッジ１０６の全てにピントを合わせることができる。
【００１５】
また、エッジ１０６を含む物面２３に対して隙間センサの受光系が斜め方向に配置されることになるが、エッジ１０６からの反射光のうち受光器３で受光する光の光軸が、投光器１からの光源光の光軸２４の方向と交わるように受光系を配置する。図２の例では、説明を簡単にするため、光源光の光軸２４の方向を搬送対象の物体１０の流れ方向ＭＤと平行にしているが、上記のとおり、光軸２４の方向は流れ方向ＭＤと平行な方向でなくてもよい。
【００１６】
本実施の形態の隙間センサを２本のローラ１０１，１０２を含む搬送機構に常時設置する場合、搬送対象の物体１０と干渉しないように投光器１とレンズ２と受光器３の位置を設定する必要があることは言うまでもない。
【００１７】
また、上記のとおり受光器３は、その受光面３０が平面２０に含まれるように配置されるが、後述のように特定の反射光が入射する入射点の位置を検出できればよいので、受光素子を２次元状に配置した受光器であってもよいし、図１のＲＤ方向（平面２０と平行で、かつ搬送対象の物体１０の流れ方向ＭＤに対して垂直な方向）に沿って受光素子を１次元状に配置した受光器（ラインセンサ）であってもよい。
【００１８】
投光器１から照射された光がローラ１０２の上端のエッジ１０６で等方拡散する場合、エッジ１０６で反射し、ローラ１０１の下端のエッジ１０５の近傍を通過して受光器３の受光面３０に入射する反射光２５の光量は、エッジ１０５から離れた箇所を通過して受光面３０に入射する反射光のピークの光量に対して１／２になる。
【００１９】
図３はレンズ２側から見た受光器３の受光面３０上における受光量を模式的に示す図である。ここでは、受光素子を２次元状に配置した受光器３の例で示している。受光器３の受光面３０上には、エッジ１０５から離れた箇所を通過して受光面３０に入射する反射光による高受光量領域３１と、低受光量領域３２とが現れる。この低受光量領域３２には、高受光量領域３１のピークの受光量に対して受光量が１／２になる半受光量領域３３が含まれる。
【００２０】
図４は本実施の形態の隙間量ｄの検出方法を説明する図である。本実施の形態では、受光器３の受光面３０を含む平面２０と物面２３とがなす角θ１、および平面２０とレンズ２の主面２１とがなす角θ２は既知の値である。したがって、ローラ１０２の上端のエッジ１０６で反射し、ローラ１０１の下端のエッジ１０５の近傍を通過して受光面３０に入射する反射光２５と平面２０とがなす角θ３が分かれば、反射光２５と物面２３とがなす角θ４を計算できることになる。
【００２１】
上記のとおり、ローラ１０１の下端のエッジ１０５の近傍を通過して受光器３の受光面３０に入射する反射光２５の光量（半受光量領域３３の受光量）は、エッジ１０５から離れた箇所を通過して受光面３０に入射する反射光のピークの光量（高受光量領域３１のピークの受光量）の１／２になる。
【００２２】
したがって、受光器３の出力を解析して半受光量領域３３を検出すれば、反射光２５が入射する受光面３０上の入射点２６のＲＤ方向の位置を検出することができ、この入射点２６から直線２２までの距離Ｌ１、および入射点２６からレンズ２の中心までの距離Ｌ２を計算することができ、これらの距離Ｌ１，Ｌ２と既知の角度θ２とから、受光面３０を含む平面２０と反射光２５とがなす角θ３を計算することができる。
【００２３】
上記のとおり、受光面３０を含む平面２０と物面２３とがなす角θ１は既知なので、計算した角度θ３と既知の角度θ１とから、反射光２５と物面２３とがなす角θ４を計算することができ、またローラ１０２の上端のエッジ１０６上での反射光２５の反射点２７から直線２２までの距離Ｌ３、および反射点２７から反射光２５が入射する受光面３０上の入射点２６までの距離Ｌ４を計算することができる。
【００２４】
本実施の形態では、直線２２からローラ１０２のＣＤ方向の端面までの距離Ｌ５は既知の値なので、エッジ１０６上での反射光２５の反射点２７から直線２２までの距離Ｌ３を計算できれば、ローラ１０２のＣＤ方向の端面から反射点２７までの距離Ｌ６を計算できることになる。そして、この距離Ｌ６と角度θ４とから、ローラ１０１，１０２間の隙間量ｄを計算することができる。
【００２５】
隙間検出部４は、受光器３の出力を解析して、受光器３の受光面３０での受光分布から、上記のように反射光２５が入射する受光面３０上の入射点２６のＲＤ方向の位置を検出して、ローラ１０１，１０２間の隙間量ｄを計算すればよい。
【００２６】
こうして、本実施の形態では、ローラ１０１，１０２間の隙間量ｄを、受光器３の受光面３０での受光分布に明確に反映させることができるので、光の干渉の影響を受けることなく計測対象物の隙間量ｄを検出することができ、高精度な隙間検出を実現することができる。
【００２７】
隙間検出部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、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。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を行う。
【００２８】
なお、本実施の形態の計算方法は三角測量の原理を利用したものであるが、反射光２５が入射する受光面上の入射点２６の位置から隙間量ｄを計算する方法としては様々な方法が考えられる。本発明は、これら様々な計算方法に適用が可能である。
【００２９】
例えばローラ１０１，１０２と隙間センサの光学系の設定により、入射点２６から直線２２までの距離Ｌ１毎に、反射光２５と物面２３とがなす角θ４および反射点２７から直線２２までの距離Ｌ３の値を予め登録しておくことが可能である。これにより、隙間検出部４は、受光器３の出力を解析して、入射点２６から直線２２までの距離Ｌ１を算出すれば、この距離Ｌ１に対応する角度θ４および距離Ｌ３の値を取得することができる。上記のとおり、直線２２からローラ１０２のＣＤ方向の端面までの距離Ｌ５は既知の値なので、距離Ｌ３を計算できれば、ローラ１０２のＣＤ方向の端面から反射点２７までの距離Ｌ６を計算することができ、この距離Ｌ６と角度θ４とから、ローラ１０１，１０２間の隙間量ｄを計算することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、隙間センサに適用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１…投光器、２…レンズ、３…受光器、４…隙間検出部、１０…搬送対象の物体、１００…計測対象物、１０１，１０２…ローラ。
【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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