(57)【要約】【課題】透明フィルムを連続して生産する生産ラインにおいて、その搬送速度を光学的に検出するに有用な移動速度検出装置を提供する。【解決手段】透明フィルムに所定の光線束幅の単色平行光を照射する投光器と、上記単色平行光の前記透明フィルムを透過した透過光を受光してその光量分布パターンを求める受光器と、この受光器を介して所定のサンプリング周期毎に求められる複数の光量分布パターン間の相関を、これらの光量分布パターンの一方をずらしながら計算し、その相関値がピークを示すときの上記光量分布パターンのずれ量を求める相関演算手段とを備える。【選択図】図３
2008089420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に連続して移動する透明フィルムの移動速度を光学的に検出する移動速度検出装置であって、
前記透明フィルムに所定の光線束幅の単色平行光を照射する投光器と、
上記単色平行光の前記透明フィルムを透過した透過光を受光してその光量分布パターンを求める受光器と、
この受光器を介して所定のサンプリング周期毎に求められる複数の光量分布パターン間の相関を、これらの光量分布パターンの一方をずらしながら計算し、その相関値がピークを示すときの上記光量分布パターンのずれ量を求める相関演算手段と、
この相関演算手段により求められた上記光量分布パターンのずれ量から前記透明フィルムの移動速度を求める速度計算手段と
を具備したことを特徴とする移動速度検出装置。
【請求項２】
前記受光器は、所定の面積領域の透過光を受光して二次元の光量分布パターンを求めるエリアセンサを備えたものであって、
前記相関演算手段は、第１のサンプリング時点の光量分布パターンを前記透明フィルムの移動方向にずらしながら、上記第１のサンプリング時点から所定時間後の第２のサンプリング時点の光量分布パターンとの間の相関を計算して、その相関値がピークを示すときの前記光量分布パターンの移動量を求めるものであり、
前記速度計算手段は、上記移動量と前記第１および第２のサンプリング時点の時間差とから前記透明フィルムの移動速度を計算するものである請求項１に記載の移動速度検出装置。
【請求項３】
前記受光器は、前記透明フィルムの移動方向と交差する方向に前記透過光を所定幅に亘って受光して一次元の光量分布パターンを求めるラインセンサを、前記透明フィルムの移動方向に所定の距離を隔てて複数個平行に設けたものであって。
前記相関演算手段は、上流側のラインセンサにて求められた光量分布パターンを時間軸方向にずらしながら、下流側のラインセンサにて求められた光量分布パターンとの間の相関を計算して、その相関値がピークを示すときの時間のずれ量を求めるものであり、
前記速度計算手段は、上記時間のずれ量と前記上流側および下流側のラインセンサ間の離間距離とから前記透明フィルムの移動速度を計算するものである請求項１に記載の移動速度検出装置。
【請求項４】
前記光量分布パターンは、パターンメモリに記憶された後、前記相関演算手段による相関演算に供せられるものである請求項１に記載の移動速度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向に連続して移動する透明フィルムの移動速度を光学的に検出する移動速度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の移動速度を光学的に検出するべく、光軸が互いに平行となるように配置されて位相が１８０°ずれた第１および第２のレーザ光を移動体（測定対象）に照射し、これらのレーザ光の上記移動体による反射光を重畳して受光する光学系において、前記第１のレーザ光の反射光だけが検出される時間と、前記第２のレーザ光の反射光だけが検出される時間とから前記移動体の移動速度を検出する手法が提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
また物体の移動速度を光学的に検出する場合、一般的には移動体（測定対象）に一定間隔で透孔等のマークを設けておき、このマークの検出周期を検出するようにしている（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００６−１２５９６６号公報
【特許文献２】特開２００６−１０６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上述した特許文献１に開示される手法は、レーザ光の反射体である移動体（測定対象）が存在するか否かを利用して速度検出を行うものであり、測定対象である移動体が長尺の透明フィルムのような場合には、その速度検出が困難である。また特許文献２に示される手法の場合には、予め移動体（測定対象）にマークを設けておく必要があるので、上述した長尺の透明フィルムの移動速度を直接的に検出することは困難である。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、例えばコンデンサの製造に用いられる透明な絶縁フィルムや調理用のラップフィルム等の透明フィルムを連続して生産する生産ラインにおいて、その搬送速度を光学的に検出するに有用な移動速度検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明は、速度検出対象物が透明フィルムであり、一般的には上記透明フィルムに光を照射しても透明フィルムを透過し、またその反射光を得ることが困難であるが、上記透明フィルムに所定の光線束幅の単色平行光（レーザ光束）を照射した場合、透明フィルムの内部における構造的なバラツキ等に起因してレーザ光の局部的な反射が生じ、その透過光に該透明フィルムに固有なムラが生じることに着目してなされている。
【０００７】
そこで本発明に係る移動速度検出装置は、一方向に連続して移動する透明フィルムの移動速度を光学的に検出するべく、
<ａ>  前記透明フィルムに所定の光線束幅の単色平行光を照射する投光器と、
<ｂ>  上記単色平行光の前記透明フィルムを透過した透過光を受光してその光量分布パターンを求める受光器と、
<ｃ>  この受光器を介して所定のサンプリング周期毎に求められる複数の光量分布パターン間の相関を、これらの光量分布パターンの一方をずらしながら計算し、その相関値がピークを示すときの上記光量分布パターンのずれ量を求める相関演算手段と、
<ｄ>  この相関演算手段により求められた上記光量分布パターンのずれ量から前記透明フィルムの移動速度を求める速度計算手段と
を備えたことを特徴としている。
【０００８】
好ましくは前記受光器は、例えば所定の面積領域の透過光を受光して二次元の光量分布パターンを求めるエリアセンサを備えたものであって、
前記相関演算手段は、例えば第１のサンプリング時点の光量分布パターンを前記透明フィルムの移動方向にずらしながら、上記第１のサンプリング時点から所定時間後の第２のサンプリング時点の光量分布パターンとの間の相関を計算して、その相関値がピークを示すときの前記光量分布パターンの移動量を求めるように構成され、
更に前記速度計算手段は、上記移動量と前記第１および第２のサンプリング時点の時間差とから前記透明フィルムの移動速度を計算するように構成される。
【０００９】
或いは前記受光器は、例えば前記透明フィルムの移動方向と交差する方向に前記透過光を所定幅に亘って受光して一次元の光量分布パターンを求めるラインセンサを、前記透明フィルムの移動方向に所定の距離を隔てて複数個平行に設けたものであって。
前記相関演算手段は、上流側のラインセンサにて求められた光量分布パターンを時間軸方向にずらしながら、下流側のラインセンサにて求められた光量分布パターンとの間の相関を計算して、その相関値がピークを示すときの時間のずれ量を求めるように構成され、
更に前記速度計算手段は、上記時間のずれ量と前記上流側および下流側のラインセンサ間の離間距離とから前記透明フィルムの移動速度を計算するように構成される。
【００１０】
尚、前記光量分布パターンは、パターンメモリに記憶された後、前記相関演算手段による相関演算に供せられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る移動速度検出装置によれば、透明フィルムに所定の光線束幅の単色平行光を照射しており、これによって生じる該透明フィルムに固有な光量分布の透過光を、所定の面積に亘る二次元の光量分布パターンとして、或いは前記透明フィルムの移動方向と交差する方向の所定幅に亘る一次元の光量分布パターンとして求めるので、例えばサンプリングタイミングの異なる複数の光量分布パターン間の相関関係から、或いは前記透明フィルムの移動方向に検出位置を異にした複数の光量分布パターン間の相関関係から、その相関が最も高くなる条件、具体的には透明フィルムの移動方向のずれ量やサンプリング時間差を求めることで、該透明フィルムの移動速度を計算することが可能となる。
【００１２】
つまり一定の時間差Ｔを以て同一位置にて求められた２つの二次元光量分布パターンが一致するときの上記光量分布パターン間の距離的なずれ量ｄから、或いは一定の距離Ｄを隔てた位置にてそれぞれ検出される一次元または二次元の２つの光量分布パターンが一致するときの該光量分布パターン間の時間的なずれ量ｔとして検出することにより、前記透明フィルムの移動速度Ｖを［Ｖ＝ｄ／Ｔ］として、或いは［Ｖ＝Ｄ／ｔ］として算出することが可能となる。
【００１３】
特に本発明においては透明フィルムに所定の光線束幅の単色平行光を照射し、その透過光の、少なくとも該透明フィルムの移動方向と交差する方向における所定幅の光量分布を検出するので、透明フィルムの移動速度を簡易に検出することが可能でありその実用的利点が多大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る移動速度検出装置について説明する。
この移動速度検出装置は、一方向に連続して移動する長尺の透明フィルムＦの移動速度Ｖを光学的に検出するものであって、基本的には上記透明フィルムＦに所定の光線束幅の単色平行光（レーザ光）を照射する投光器１と、この投光器１に対向配置されて前記単色平行光の前記透明フィルムＦを透過した透過光を前記透明フィルムＦの移動方向と交差する方向に所定幅に亘って検出する受光器２とを備えて構成される。
【００１５】
ちなみに上記受光器２として複数の受光セルを所定のピッチで直線上に配列したラインセンサを用い、透明フィルムＦの側部（自由空間）を通過した単色平行光と該透明フィルムＦを透過した透過光とを検出して該透明フィルムＦのエッジ位置を検出するような場合、例えば図１(ａ)〜(ｃ)それぞれに示すように前記ラインセンサにより検出される光量分布パターンが透明フィルムＦの検出部位により異なる。特に透明フィルムＦの側部である自由空間における受光量は、検出部位の違いに拘わらず略一定であるが、透明フィルムＦを透過した領域における受光量はその検出部位によって大きく変化する。しかも各部位における受光量の分布パターン（光量分布パターン）は、その部位に固有なものとなる。
【００１６】
また受光器２として複数の受光セルを所定のピッチでマトリックス状に配列したエリアセンサ（面センサ）を用い、前記透明フィルムＦの側部（自由空間）を通過した単色平行光と該透明フィルムＦを透過した透過光とを或る面積領域に亘って検出した場合、その受光強度は図２に濃淡画像として示すように透明フィルムＦの部位によって異なった値を示し、全体的には該透明フィルムＦに固有な二次元の光量分布パターンを示す。尚、前述したラインセンサを用いて検出される一次元の光量分布パターンは、上記二次元の光量分布パターンを透明フィルムＦの幅方向に切り出したものに相当する。
【００１７】
このように透明フィルムＦの部位によって受光強度に変化が生じる原因は、透明フィルムＦ自体が全体的に透明であるといえども、その内部の分子構造のバラツキ等に起因してレーザ光等の単色光に対して異なる光学的性質を示すことによる。そしてこの透明フィルムＦに照射される所定の光線束幅の光の波長が一定の単色平行光であることから、該単色平行光が透明フィルムＦの内部において拡散することがなく、単に局部的な反射による進行方向の変化を生じて透過するだけなので、その透過光の強度に部分的なムラが生じるものと考えられる。
【００１８】
そこで本発明に係る移動速度検出装置は、例えば図３にその概略構成を示すように透明フィルムＦに所定の光線束幅の単色平行光（レーザ光）を照射する第１および第２の投光器１ａ,１ｂと、上記透明フィルムＦを間にして前記各投光器１ａ,１ｂに対向配置されて前記単色平行光の前記透明フィルムＦを透過した透過光を前記透明フィルムＦの移動方向と交差する方向、具体的には移動方向と直交する方向に所定幅に亘って検出する第１および第２の受光器２ａ,２ｂとを設けて構成される。特にこれらの投光器１ａ,１ｂおよび受光器１ａ,２ｂは、前記透明フィルムＦの移動方向に所定の距離Ｄを隔てて設けられており、所定のサンプリング周期毎に前記透明フィルムＦの透過光を該透明フィルムＦの幅方向に亘る所定領域の光量分布パターンとしてそれぞれ検出するように設けられる。
【００１９】
尚、前記各受光器２ａ,２ｂが複数の受光セルを所定の配列ピッチで直線上に配列したラインセンサである場合には、前記透過光は一次元の光量分布パターンとして求められ、また前記各受光器２ａ,２ｂが複数の受光セルを所定の配列ピッチでマトリックス状に配列した面センサ（エリアセンサ）である場合には、前記透過光は二次元の光量分布パターンとして求められる。また面センサ（エリアセンサ）を用いて透過光の二次元の光量分布パターンを求める場合には、後述するように１組の投光器１と受光器２だけを用いるようにしても良い。
【００２０】
さて前記透明フィルムＦを透過した透過光の上述した２つの受光器２ａ,２ｂにて所定のサンプリング周期毎にそれぞれ検出される光量分布パターンは、例えばマイクロプロセッサを主体として構成される演算部３にそれぞれ与えられて速度検出処理に供される。この演算部３は、例えば前記透明フィルムＦの移動方向の上流側における第１の受光器２ａにて検出された第１の光量分布パターンＰ１を記憶するパターンメモリ４を備える。そして上記演算部３は、第１の光量分布パターンＰ１をパターンメモリ４に記憶した後、相関計算部５にて下流側の第２の受光器２ｂにて検出される第２の光量分布パターンＰ２と上記パターンメモリ４に記憶した第１の光量分布パターンＰ１とを比較照合し、これらのパターン間の相関値、具体的にはその類似度を逐次計算するものとなっている。尚、この相関演算は、前述したサンプリング周期毎に新たな第２の光量分布パターンが求められる都度、実行される。
【００２１】
演算部３が備えるピーク検出手段６は、上述した如く計算される第１および第２の光量分布パターンの相関値が最も高くなったときの前記第２の光量分布パターンを得たタイミングを検出している。そして速度計算部７は、上記ピーク検出手段６にて光量分布パターンＰ１,Ｐ２間の相関値が最も高くなったことが検出されたとき、つまり第１および第２の光量分布パターンＰ１,Ｐ２が一致したとき、タイマカウンタ８から前記第２の光量分布パターンＰ２を得たサンプリングタイミングｔ２を求め、このタイミングと前記第１の光量分布パターンＰ１を得たサンプリングタイミングｔ１との時間差ｔを、前記透明フィルムＦの速度情報として求めている。そして速度情報である上記時間差ｔと、前述した第１および第２の受光器２ａ,２ｂによる透過光の検出位置の離間距離Ｄとから前記透明フィルムＦの移動速度Ｖを
Ｖ＝Ｄ／ｔ
として算出している。
【００２２】
このように構成された移動速度検出装置によれば、透明フィルムＦに単色平行光を照射し、該透明フィルムＦを透過した透過光に生じる該透明フィルムＦに固有なムラを光量分パターンとして捉えることで、透明フィルムＦの移動方向に距離Ｄを隔てて設けた前述した２つの受光器２ａ,２ｂの光量分布パターン検出位置間を前記透明フィルムＦが移動する時間ｔを容易に検出することができる。特に第１の受光器２ａにて求められた光量分布パターンＰ１と同じ光量分布パターンＰ２が第２の受光器２ｂにて求められるまでの時間ｔを計測するだけで、該透明フィルムＦの移動速度Ｖを光学的に容易に検出することができる。従ってその実用的利点が多大である。
【００２３】
ところで受光器２として前述したエリアセンサ（面センサ）を用い、透明フィルムＦを透過した透過光の光量分布パターンを二次元画像として捉える場合には、次のようにしてその移動速度Ｖを算出することもできる。図４はその実施形態を示す演算部３の概略構成を示している。この場合には第１および第２のパターンメモリ１１,１２を用い、エリアセンサ（面センサ）を用いて第１のサンプリング時点Ｔ１で求められた二次元の光量分布パターンＰ１１を第１のパターンメモリ１１に記録し、第２のパターンメモリ１２には、上記第１のサンプリング時点Ｔ１から所定時間Ｔを経過したサンプリング時点Ｔ２での二次元光量分布パターンＰ１２を記憶する。
【００２４】
そしてこれらの第１および第２のパターンメモリ１１,１２にそれぞれ記憶した光量分布パターンＰ１１,Ｐ１２の一方を、画像シフト制御部１３の制御の下で前記透明フィルムＦの移動方向に所定量ずつずらしながら、相関計算部１４にて上記各光量分布パターンＰ１１,Ｐ１２間の相関を、具体的にはその類似度を計算する。そしてピーク検出部１５にて上記光量分布パターンＰ１１,Ｐ１２間の相関（類似度）が最も高くなるピーク点を検出し、図５に例示するように前記画像シフト制御部１３からそのときの前記光量分布パターンＰ１１（Ｐ１２）のずれ量ｄを前記透明フィルムＦの速度情報として求める。そして速度情報である上記ずれ量ｄと、前述した第１および第２のサンプリング時点Ｔ１,Ｔ２の時間差Ｔとから前記透明フィルムＦの移動速度Ｖを
Ｖ＝ｄ／Ｔ
として算出する。
【００２５】
尚、このようにして透明フィルムＦを透過した透過光の光量分布パターンを二次元画像として捉える場合であっても、先の実施形態のようにして透明フィルムＦの移動速度Ｖを求めることも勿論可能である。この場合には、第１のサンプリング時点Ｔ１でエリアセンサ２から求められる二次元光量分布パターンＰ１１を予め前記透明フィルムＦの移動方向に所定の距離Ｄだけずらして第１のパターンメモリ１１に記憶する。そしてその後、前記エリアセンサ２から所定のサンプリング周期毎に求められる二次元光量分布パターンＰ１２と前記第１のパターンメモリ１１に記憶した二次元光量分布パターンＰ１１との相関を求める。そしてその相関がピークとなったときの上記２つの二次元光量分布パターンＰ１１,Ｐ１２間のサンプリング時間差ｔを速度情報として求めるようにすれば良い。
【００２６】
このように構成された移動速度検出装置によれば、時間差Ｔを隔てて検出される２つの二次元光量分布パターンＰ１１,Ｐ１２間の距離的なずれ量ｄを、透明フィルムＦが移動速度の情報として容易に検出することができる。特に二次元光量分布パターンＰ１１,Ｐ１２の一方を透明フィルムＦの移動方向にずらしながらその相関を求めて上記各光量分布パターンＰ１１,Ｐ１２間のずれ量ｄを計測するだけで、該透明フィルムＦの移動速度Ｖを光学的に容易に検出することができる。従ってその実用的利点が多大である。
【００２７】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば所定の光線束幅の単色平行光については、半導体レーザから発せられる所定の拡がり角を有するレーザ光をコリメータレンズを介して平行光に変換するようにすれば十分である。また上述したようにして透明フィルムの移動速度を検出しながら該透明フィルムのエッジ位置を検出し、これによって透明フィルムの蛇行を検出することも可能である。この場合、その蛇行量に応じて前述した光量分布パターンを蛇行方向に補正しながら、前述した速度検出を行うことも有用である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ラインセンサを用いて検出される透明フィルムを透過した単色平行光の一次元光量分布パターンの例を示す図。
【図２】エリアセンサを用いて検出される透明フィルムを透過した単色平行光の二次元光量分布パターンの例を示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る速度検出装置の要部概略構成図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る速度検出装置の要部概略構成図。
【図５】サンプリング時点の異なる二次元光量分布パターン間の相関を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ,１ｂ  投光器
２,２ａ,２ｂ  受光器
３  演算部
４,１１,１２  パターンメモリ
５,１４  相関計算部
６,１５  ピーク検出部
７,１６  速度計算部
８  タイマカウンタ
１３  画像シフト制御部
【図１】
2008089420.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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