(57)【要約】【課題】パスライン変動の影響を最小限とし、塗工パターンに柔軟に対応できると共に、小型化できる塗工パターン寸法測定装置を実現する。【解決手段】搬送方向に沿って走行するシート基材上に塗工材を塗布または印刷した塗工パターンの寸法を、塗工部と前記シート基材の反射率の差を光学的に撮像する光学読み取り手段により測定する塗工パターン寸法測定装置において、前記光学読み取り手段は、前記搬送方向に直交して前記シート基材に密接配置される、複数のレンズが線状に配置されたレンズアレイと、前記レンズアレイの結像位置に線状に配置された一次元イメージセンサと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送方向に沿って走行するシート基材上に塗工材を塗布または印刷した塗工パターンの寸法を、塗工部と前記シート基材の反射率の差を光学的に撮像する光学読み取り手段により測定する塗工パターン寸法測定装置において、
前記光学読み取り手段は、
前記搬送方向に直交して前記シート基材に近接配置される、複数のレンズが線状に配置されたレンズアレイと、
前記レンズアレイの結像位置に線状に配置された一次元イメージセンサと、
を備えることを特徴とする塗工パターン寸法測定装置。
【請求項２】
前記搬送方向に所定距離を隔てて配置された複数個の前記光学読み取り手段の夫々により測定されたデータを保存する記憶手段を具備し、前記所定距離のズレに相当する前記記憶手段のアドレス差を取得し、前記記憶手段からのデータの読み出し時に、前記アドレス差だけ異なるデータを同一位置のデータとして読み出すことを特徴とする請求項１に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【請求項３】
前記記憶手段に保存される前記塗工パターンの幅方向のデータの内、前記シート基材との境界近傍のデータのみを幅方向寸法データとして読み出して利用することを特徴とする請求項１または２に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【請求項４】
前記記憶手段に保存される前記塗工パターンの搬送方向のデータの内、前記シート基材との境界近傍のデータのみを搬送方向寸法データとして読み出して利用することを特徴とする請求項１または２に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【請求項５】
前記光学読み取り手段は、前記塗工パターンの幅方向における前記シート基材との境界近傍のみを部分的に測定することを特徴とする請求項１または２に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【請求項６】
前記光学読み取り手段は、前記塗工パターンの搬送方向における前記シート基材との境界近傍のみを部分的に測定することを特徴とする請求項１または２に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【請求項７】
測定対象となる前記塗工パターンは、電池電極であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の塗工パターン寸法測定装置。
【請求項８】
前記光学読み取り手段は、寸法測定の校正手段として、スケールを撮像した目盛と前記ラインセンサの画素との対応をテーブルまたは数式の形でコンピュータ上に保持することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の塗工パターン寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送方向に沿って走行するシート基材上に塗工材を塗布または印刷した塗工パターンの寸法を、塗工部と前記シート基材の反射率の差を光学的に撮像する光学読み取り手段により測定する塗工パターン寸法測定装置関するものであって、高精度、小型、汎用性を実現する技術を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサ電極や電池電極の製造工程では、シート基材に特定の電気特性を実現するための材料（塗工材）を塗布（塗工）することが一般的である。シート基材全面に塗工材を塗布する場合もあるが、塗工材が高価な場合やシート基材の端面に塗工材があってはならない場合には、シート基材の特定の部分だけに塗工を行う。これを、部分塗工、ブロック塗工、パターン塗工等という。
【０００３】
その際、塗工パターンの寸法（幅、長さ）を測定し、管理する必要がある。また、シート基材の両面に塗工する場合、表裏の塗工パターンの寸法（幅、長さ、及びそのずれ）のいずれも測定し、管理する必要がある。
【０００４】
図４は、従来の塗工パターン寸法測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。シート基材１は、搬送ローラー(図示していない)に支持されて搬送方向Ｆに沿って一定の速度で搬送され、途中に設けた塗工装置２によりシート基材１の上面に所定の間隔で塗工部３１，３２，３３，…が形成される。
【０００５】
搬送方向Ｆと直交方向に、シート基材１と塗工部との境界領域（注目部４ａ，４ｂ）をレンズ５ａ，５ｂを介して撮像する一対のカメラ６ａ，６ｂが配置され、カメラで撮像した画像データに基づいて塗工パターンの寸法が測定される。カメラの個数は２個の場合を示したが、３個以上を配置することも可能である。
【０００６】
カメラ６ａ，６ｂの撮像データは、画像処理手段７で処理され、寸法測定手段８により塗工部３１，３２，３３，…の搬送方向Ｆと直交方向の幅が測定される。幅方向の測定値は、ズレ検出手段９で基準値Ｓと比較されズレ量が算出され、評価手段１０で診断等の評価が実行されて評価信号Ｐで外部出力されると共に、必要に応じて補正データＱとして塗工装置２にフィードバックされ、塗工パターンの位置修正が実行される。
【０００７】
シート基材を検査する場合、被検査物が一定速度で移動することからカメラは二次元の情報を持つ必要はないため、撮像素子としてはセンサが被検査物の移動方向と直交する線状に配列されているラインセンサカメラを使用することが多い。もちろん、撮像素子として二次元の情報を持つエリアセンサカメラを用いることも可能である。
【０００８】
このような塗工パターン寸法測定装置の場合、次のような性能が求められる。
（１）パスライン変動の影響：
シート基材は、理想的には塗工ラインの同一位置を搬送される。このとき、シート基材が搬送される位置をパスラインというが、塗工ラインの場所によっては、シート基材が完全に同一の場所を通らず上下、左右の変動がある。例えば、搬送ローラー間の何も支えが無い場所等ではシート基材が振動する場合がある。その位置変動が塗工寸法の測定に影響しないようにする必要がある。
（２）塗工パターンへの柔軟な対応：
図４では、シート基材の幅に対して一つの塗工パターンがある場合（１条塗り）を示しているが、幅方向に複数の塗工パターンを形成する場合がある。例えば、シート基材の幅方向に２つのパターンを形成する場合（２条塗り）、撮像のためのカメラは３台必要となる。さらに３条、４条といった塗工パターンに対応するためにはシート基材の幅全体にわたって撮像できることが望まれる。
（３）小型化：
塗工ラインの大きさは、生産コストに直接影響するため、できるだけ小型化が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−０６８２８５号公報
【特許文献２】特開２００７−２８５８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来装置では次のような問題がある。
（１）図４に示したカメラを用いたパターン幅測定方式の場合、一般的なレンズを使うとパスラインの変動があったときカメラの撮像素子上の被測定物の像の大きさが変化するという問題点がある。
【００１１】
図５は、一般的レンズ５による撮像のイメージ図である。一般的なレンズでは、主光線がレンズの中心を通るので、図に示したように被検査物Ａの像はＢに結像する。被検査物がレンズに近づいてＡ´の位置に来た場合、やはり主光線がレンズの中心を通るので、Ａ´の像はＢ´に結像する。図中、説明のためにＢ，Ｂ´の位置を変えて描いてあるが、Ｂ，Ｂ´はいずれも撮像素子上にあり、位置は変わらない。
【００１２】
図５で分かるようにＢ´はＢよりも大きな像となる。すなわち、パスラインの変動で、被検査シートがＡからＡ´の場所に移動すると像の大きさが変わるため寸法が正確に測定できなくなる。
【００１３】
図６は、テレセントリックレンズ５´による撮像のイメージ図である。テレセントリックレンズの場合、主光線は光軸と平行であるから、ＡがＡ´に移動しても、その像であるＢ，Ｂ´の大きさが変わることはない。図中、説明のためにＢ，Ｂ´の位置を変えて描いてあるが、Ｂ，Ｂ´はいずれも撮像素子上にあり、位置は変わらない。
【００１４】
このように、テレセントリックレンズを用いることで、パスラインの位置変動が撮像倍率に影響しないようにすることはできるが、テレセントリックレンズは大変高価（一般的なレンズの４〜５倍）で、大型（体積５〜１０倍程度）である。
【００１５】
本発明の目的は、パスライン変動の影響を最小限とし、塗工パターンに柔軟に対応できると共に、小型化できる塗工パターン寸法測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）搬送方向に沿って走行するシート基材上に塗工材を塗布または印刷した塗工パターンの寸法を、塗工部と前記シート基材の反射率の差を光学的に撮像する光学読み取り手段により測定するパターン寸法測定装置において、
前記光学読み取り手段は、
前記搬送方向に直交して前記シート基材に近接配置される、複数のレンズが線状に配置されたレンズアレイと、
前記レンズアレイの結像位置に線状に配置された一次元イメージセンサと、
を備えることを特徴とする塗工パターン寸法測定装置。
【００１７】
（２）前記搬送方向に所定距離を隔てて配置された複数個の前記光学読み取り手段の夫々により測定されたデータを保存する記憶手段を具備し、前記所定距離のズレに相当する前記記憶手段のアドレス差を取得し、前記記憶手段からのデータの読み出し時に、前記アドレス差だけ異なるデータを同一位置のデータとして読み出すことを特徴とする（１）に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【００１８】
（３）前記記憶手段に保存される前記塗工パターンの幅方向のデータの内、前記シート基材との境界近傍のデータのみを幅方向寸法データとして読み出して利用することを特徴とする（１）または（２）に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【００１９】
（４）前記記憶手段に保存される前記塗工パターンの搬送方向のデータの内、前記シート基材との境界近傍のデータのみを搬送方向寸法データとして読み出して利用することを特徴とする（１）または（２）に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【００２０】
（５）前記光学読み取り手段は、前記塗工パターンの幅方向における前記シート基材との境界近傍のみを部分的に測定することを特徴とする（１）または（２）に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【００２１】
（６）前記光学読み取り手段は、前記塗工パターンの搬送方向における前記シート基材との境界近傍のみを部分的に測定することを特徴とする（１）または（２）に記載の塗工パターン寸法測定装置。
【００２２】
（７）測定対象となる前記塗工パターンは、電池電極であることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の塗工パターン寸法測定装置。
【００２３】
（８）前記光学読み取り手段は、寸法測定の校正手段として、スケールを撮像した目盛と前記ラインセンサの画素との対応をテーブルまたは数式の形でコンピュータ上に保持することを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の塗工パターン寸法測定装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）塗工部に近接配置されるイメージセンサモジュールを使用することにより、パスラインが変動しても結像倍率が変化することがないため、パスライン変動による寸法測定の誤差は最小限となる。
【００２５】
（２）シート基材の幅方向全面をラインセンサで取り込むことができるため、塗工パターンが変更になっても、カメラ等の光学系の位置を変更する必要がなく、あらゆる塗工パターンに柔軟に対応することができる。
【００２６】
（３）イメージセンサモジュールは、レンズアレイとイメージセンサを用いた小型光学系であるため、装置全体を小型化することができる。
【００２７】
（４）複数のイメージセンサモジュール毎に選択的にメモリを読み出す回路を具備することにより、幅方向、搬送方向夫々で必要最小限だけのデータを読み出すことができる。このとき、イメージセンサモジュールの相対的な位置の違いを読み出し回路に設定すれば、コンピュータ側で位置ずれの処理をする必要がないため、寸法測定に関するコンピュータの処理能力を有効に使うことができ、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した塗工パターン寸法測定装置の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明を適用した塗工パターン寸法測定装置の他の実施例を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明を適用した塗工パターン寸法測定装置の更に他の実施例を示す機能ブロック図である。
【図４】従来の塗工パターン寸法測定装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図５】一般的レンズによる撮像のイメージ図である。
【図６】テレセントリックレンズによる撮像のイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した塗工パターン寸法測定装置の一実施例を示す機能ブロック図である。図４で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３０】
本発明で用いる密接イメージセンサ（以下ＣＩＳという）モジュール１００は、モジュールの基板１０１上に搬送方向Ｆに直交してシート基材１に密接（極めて接近して）配置される、複数のレンズが線状に配置された所定長のレンズアレイ１０２と、レンズアレイの結像位置に線状に配置されたＣＣＤまたはＣ−ＭＯＳ等による一次元イメージセンサ１０３と、照明用のＬＥＤ１０４を備える。シート基材１は、説明のために透明状に図示してあるが、透明ではない場合がほとんどである。
【００３１】
照明用ＬＥＤでシート基材１を照明し、シート基材１で反射した光をレンズアレイ１０２で１次元イメージセンサ１０３に結像する。このとき、結像の倍率は１：１であり、アレイを構成するレンズ個々の像高は小さいので、シート基材１とＣＩＳモジュール１００の距離が変わっても図５示した一般的なレンズのような結像倍率の変化はない。
【００３２】
１次元イメージセンサ１０３には、例えば６００ｄｐｉ（２５.４mmに６００素子）等の密度でフォトダイオードが線状に配列されていて、夫々の素子で検出された光量に相当する電気量がピクセルクロックに同期して順次出力される。
【００３３】
１次元イメージセンサ１０３の出力はＡ／Ｄコンバータ２００でデジタル変換され、メモリ３００に保存される。保存されたデータは、メモリ読み出し回路４００により読み出されて測定制御ＰＣ５００に渡される。
【００３４】
図２は、本発明を適用した塗工パターン寸法測定装置の他の実施例を示す機能ブロック図である。この実施例の特徴は、３個の所定長のＣＩＳモジュール１００ａ、１００ｂ、１００ｃを用いた構成にある。
【００３５】
シート基材１上には、２条塗りによる塗工パターン３ａ、３ｂが形成されてパスラインＦに沿って移動しており、塗工パターン３ａとシート基材１に跨って搬送方向と直交方向にＣＩＳモジュール１００ａが密接配置されている。
【００３６】
同様に、塗工パターン３ｂとシート基材１に跨って搬送方向と直交方向にＣＩＳモジュール１００ｂが密接配置されている。更にＣＩＳモジュール１００ａ，１００ｂよりレンズアレイの動作距離に相当する一定の距離を隔てて、塗工パターン３ａ、シート基材１、塗工パターン３ｂに跨って搬送方向と直交方向にＣＩＳモジュール１００ｃが近接配置されている。
【００３７】
ＣＩＳモジュール１個でシート基材１の幅をカバーできない場合は、このようにＣＩＳモジュールを複数設置するが、その際、測定できない部分が発生しないようＣＩＳモジュールをパスライン方向にずらして配置し、測定部が互いに重なるよう配置されている。
【００３８】
ＣＩＳモジュール１００ａ，１００ｂ，１００ｃの出力は、夫々Ａ／Ｄコンバータ２００ａ，２００ｂ，２００ｃでデジタル変換され、メモリ３００ａ，３００ｂ，３００ｃに保存される。これらメモリの保存データは、メモリ読み出し回路４００により個別に読み出されて測定制御ＰＣ５００に渡される。測定制御ＰＣ５００には、シート基材１の搬送速度を示す信号Ｖｓが、搬送ラインから取り込まれる。
【００３９】
測定制御ＰＣ５００がメモリ読み出し回路４００を介して測定データを読み出す際に、次のような処理を行う。
ＣＩＳモジュールが１ラインを読み出す周期をｔ１、シート基材１の搬送速度をＶｓとし、シート基材１上のＣＩＳモジュール１００ａ，１００ｂとＣＩＳモジュール１００ｃのパスライン方向の距離をδ１とすると、ＣＩＳモジュール１００ｃは、ＣＩＣモジュール１００ａ，１００ｂよりもδ１／Ｖｓ［秒］だけ早くから測定していることになる。
【００４０】
その間の測定ライン数はδ１／Ｖｓ／ｔ１［ライン］である。従って、測定制御ＰＣ５００から読み出し回路４００に対して、ＣＩＳモジュール１００ｃの読み出しメモリアドレスをδ１／Ｖｓ／ｔ１［ライン］だけ遅くするよう設定する。
【００４１】
また、ＣＩＳモジュール１００ａと１００ｂは搬送方向でほぼ同じ位置に設置するが、機械的に完全に同じ位置というのは不可能であり、数ライン分の誤差が発生する。このズレについても上記と同じ手法で読み出しの遅延処理を実行する。このようにすると、各ＣＩＳモジュールに対応するメモリから測定制御ＰＣに転送されるデータは、見掛け上シート基材１上の同一位置を示していることになり、測定制御ＰＣ５００での処理が簡単になる。
【００４２】
また、次のような処理を行うこともできる。シート基材１上の測定すべき位置は、塗工部の端に対応する部分であり、その位置は塗工の仕様により設定することができる。この位置を前記の読み出し回路に設定することにより、必要なデータだけを読み出し、不必要なメモリ転送を減らして読み出しデータを減らすことができる。幅方向、搬送方向、共に設定することで、データ量を大幅に削減することができる。
【００４３】
両面同時塗工の測定をする場合には、図２に示した装置を裏側にも設置し、同時に測定を行う。その際、表面と裏面のＣＩＳモジュール群の位置ズレが発生する可能性があるが、その場合の対応手法は同一面の複数のＣＩＳモジュールの時間ズレの補正手法で示した処理と同一である。
【００４４】
両面同時塗工で、ＣＩＳモジュールがパスライン方向で表裏同一位置に設置できない場合がある。図３は、本発明を適用した塗工パターン寸法測定装置の更に他の実施例を示す機能ブロック図である。
【００４５】
シート基材１に対して、上面塗工部分３ａ及び下面塗工部分３ｂが形成されている。シート基材１の下側に搬送ローラー６００ａが設置され、この搬送ローラー位置のシート基材１の上側にＣＩＳモジュール１００ａが設置されている。
【００４６】
更に、シート基材１の上側に搬送ローラー６００ａが設置され、この搬送ローラー位置のシート基材１の下側にＣＩＳモジュール１００ｂが設置されている。このとき、上面のＣＩＳモジュール１００ａと下面のＣＩＳモジュール１００ｂで測定した値から、上下の寸法のズレを検査しなければならないが、上面と下面のＣＩＳモジュール間の距離ｘとシート基材１の搬送速度Ｖｓを正確に知ることができるので、上面と下面のＣＩＳモジュールによる寸法測定値のｘ／Ｖｓ［秒］だけ違う時間の値を比較すればよい。
【００４７】
ＣＩＳモジュールの校正については次のように行う。ＪＩＳ１級または精密級等のスケールをパスライン位置に設置し、ＣＩＳモジュールでその像を撮像する。スケールの像には１ｍｍ間隔で黒い目盛線が観察される。ＣＩＳモジュールの夫々のセンサ位置と実寸法の対応をスケールの像の間隔が１ｍｍ間隔であることから求め、テーブルか近似線の形で保持する。
【００４８】
図３の構成のようにパスライン方向の位置が異なる場所に複数のＣＩＳモジュールを配置している場合、スケールの目盛が両方のＣＩＳモジュールで同時に観察できるようにスケールを作成すればよい。スケールは計量法認定校正事業者で校正することにより、トレーサビリティを確保することができる。
【００４９】
図１、図２の実施例ではメモリ読み出し回路を記載したが、独立した電気回路である必要はなくコンピュータ内でメモリを読み出す際に同様の処理をソフトウェア的に実施することもできる。
【００５０】
図２の実施例ではＣＩＳモジュール３個の場合について説明を行ったが、ＣＩＳモジュール数は１個でもよく、塗工パターン数が多い場合には４個以上であってもよい。
【００５１】
図１乃至図３の実施例では、電池電極等の塗工パターンの寸法測定に本発明を適用した場合を説明したが、それ以外にも印刷により形成された塗工パターンの寸法測定にも本発明を有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  シート基材
１００  密接イメージセンサモジュール
１０１  基板
１０２  レンズアレイ
１０３  一次元イメージセンサ
１０４  照明用ＬＥＤ
２００  Ａ／Ｄコンバータ
３００  メモリ
４００  メモリ読み出し回路
５００  測定制御ＰＣ
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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