(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中綴じ製本機による製本時の冊子内側の綴じ針金形状を検査して不良か否かを判定するための中綴じ製本針金形状検査装置であって、
折丁へ針金を打ち込むステッチャー直後の、針金の冊子折丁紙面からの高さ情報を得る計測装置とレーザー照射装置を備え、前記レーザー照射装置のレーザー光と、前記計測装置のレーザー光の成す角θを維持したまま、前記レーザー照射装置からのレーザー光の向きが冊子の折丁紙面に対して直角を成す方向とθ／４の角度を持って設置することを特徴とする中綴じ製本針金形状検査装置。
【請求項２】
前記計測装置が、レーザー光を用いた光切断法による計測装置であることを特徴とする請求項１に記載の中綴じ製本針金形状検査装置。
【請求項３】
前記計測装置におけるレーザー光の、入射角度が、それぞれ冊子の折丁紙面に対して直角を成す方向と１５°以内の角度を持つことを特徴とする請求項２に記載の中綴じ製本針金形状検査装置。
【請求項４】
前記計測装置と前記冊子折丁紙面との距離調整手段が、レンズおよび高屈折ガラスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置。
【請求項５】
前記計測装置に異物付着を防ぐエアパージ機構を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置。
【請求項６】
前記高さ情報に対し、前記冊子の折丁紙面が平坦であると仮定し、振動ノイズを除去するアルゴリズムにより補正する機能を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置。
【請求項７】
前記高さ情報から、不良の判定を行う判定機能と、不良部を持つ冊子をライン上で追跡する機能と、不良部を持つ冊子を除去する機能とを備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置。
【請求項８】
不良と判定されたときに、不良を知らせる警報を発する機能を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置を備えたことを特徴とする中綴じ製本機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中綴製本形式の綴本の製本工程において、綴本に用いる綴針金の形状を検査するための中綴製本針金形状検査装置および中綴じ製本機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本の製本工程は、製本された状態においての複数ページを１枚の刷紙に面付けして印刷し、これをページ順となるよう折り畳むことで折丁とし、本のページ数に応じて複数の折丁を重ねる丁合が行われ、これをいずれかの方法により結束し、結束を伴わないその他３辺を断裁により整える作業が行われている。
【０００３】
折丁を結束する方法としては、ボンド、糸、針金等を用いる方法があるが、比較的ページ数の少ない雑誌やカタログ等に対しては、コの字状とした針金の両端が折丁背側から内側にかけて貫通するよう打ち込み、内側へ飛び出す針金先端を互いに向かい合うよう折り曲げ成型する中綴じ製本が用いられる。
【０００４】
この針金を用いた中綴じ製本は古くから自動化され多用されている。一般的な中綴じ製本装置はギャザリングチェーンと呼ばれるチェーン状であって、概略本一冊に相当する間隔毎に区切りが設けられた搬送機構を有している。
【０００５】
さらに、ギャザリングチェーンに沿うよう上流から下流にかけて折丁を供給するフィーダーが複数設置されており、上流のフィーダーから順に本のページ順となるよう折丁がセットされる。各フィーダーがギャザリングチェーンへ設けられている各区分内へ順々と折丁を供給することにより、各区分内では折丁がページ順に重ねられ、丁合される。
【０００６】
また、フィーダーは折丁の供給時に、折丁の折目を上側頂点とし、開口部を下側としたハの字状態で供給し、さらにギャザリングチェーンはハの字状態を保ったまま搬送する機構を有している。
【０００７】
他方、針金の打込みを行うステッチャーと呼ばれる機構が、折丁が重なり丁合されて搬送されてくる下流部分に配置されている。打ち込む針金は長尺でリール状にまかれており連続的に装置へ供給される。これを装置側にて一定長さへ断裁した後、コの字状へ成型している。
【０００８】
前述のごとく丁合された折丁は、折部を頂点とするハの字状態でステッチャーへ搬送されてくる。ステッチャーは折丁の頂点上から真下にコの字状とした針金を打ち込み、ハの字状態の折丁内部へ貫通させ、内部へ飛出す２本の針金先端を互いに向かい合うよう折り曲げる。
【０００９】
このような工程の中で、針金の打ち込みや成型に失敗し、針金形状不良となることがある。形状不良は、例えばリールからの針金送りに失敗することで、規定より短い、又は長い針金がコの字に成型されると、針金の打込みに失敗したり、打込み後に折丁内部で折り曲げる際に形状不良となったり、折丁内部の針金形状不良が本の背側の針金形状不良を引き起こしたりする。
【００１０】
針金形状不良の中でも特に、折丁内側へ貫通した針金先端の折り曲げに失敗することで突起した形状となったり、背側の針金が断裂することで突起状となったりする突起形状の不良は危険であり、形状不良が発生した場合には検知し、排除しなければならない。
【００１１】
これら針金形状の検査方法はこれまでも検討されてきており、レーザー照射部と受光部から成る光学系を、本の背部を左右側方から挟み込むように配置し、背側へ突起する針金形状を検査する方法が考案されている（特許文献１）。
【００１２】
また、照明とカメラを用いた方法により背部を撮像し、これを画像解析することで針金形状不良を検査する方法が考案されている。ただし、これらの方式は背側の検査には有効であるが内側の形状を検査することができない（特許文献２）。
【００１３】
内側の検査手法として針金打ち込み直後の、折丁がハの字状に開いた状態で搬送されている位置に、ＣＣＤカメラと照明による光学系を設置して内側から針金形状を撮像し、画像解析する検査手法が考案されている。この方法では、正常な針金形状で無い場合を検知できるが、針金が何ｍｍ突起しているかといった定量的な検出ができない問題がある（特許文献３）。
【００１４】
また、針金が突起した場合に接触するよう配置できる可動式の板を用いた検知方法が考案されている。この方法では、一定以上の突起方向の異常は検知可能であるが、断裂による短い突起の検出は困難である。さらに、検知用のローラーへ針金が接触した際にはジャミングを発生させる恐れがある（特許文献４）。
【００１５】
また、磁界強度を検出するセンサーを２つ用いて非接触にて突起方向の形状を検知する方法が考案されている。この方式は一定以上の突起方向の異常を検出でき、断裂による短い突起でも針金が無い状態として検知できる可能性がある。ただし、針金に極接近して配置する必要があり、ジャミングの原因となる恐れや、ジャミングが発生した際にセンサーに引っかかることで故障する恐れがある（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第３６８１４７８号公報
【特許文献２】特開２０１２-１６１９９６号公報
【特許文献３】特開２００８-９３８３８号公報
【特許文献４】特許第４７８５０８２号公報
【特許文献５】特許第５４６３８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、中綴製本機の、製本時の冊子内側の綴じ針金の突起状態を定量的に検出でき、ジャミングの発生が無く、針金に接近せずに検査が可能な検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、中綴じ製本機による製本時の冊子内側の綴じ針金形状を検査して不良か否かを判定するための中綴じ製本針金形状検査装置であって、折丁へ針金を打ち込むステッチャー直後の、針金の冊子折丁紙面からの高さ情報を得る計測装置とレーザー照射装置を備え、前記レーザー照射装置のレーザー光と、前記計測装置のレーザー光の成す角θを維持したまま、前記レーザー照射装置からのレーザー光の向きが冊子の折丁紙面に対して直角を成す方向とθ／４の角度を持って設置することを特徴とする中綴じ製本針金形状検査装置である。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、前記計測装置が、レーザー光を用いた光切断法による計測装置であることを特徴とする請求項１に記載の中綴じ製本針金形状検査装置である。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、前記計測装置におけるレーザー光の、入射角度が、それぞれ冊子の折丁紙面に対して直角を成す方向と１５°以内の角度を持つことを特徴とする請求項２に記載の中綴じ製本針金形状検査装置である。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、前記計測装置と前記冊子の折丁紙面との距離調整手段が、レンズおよび高屈折ガラスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置である。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、前記計測装置に異物付着を防ぐエアパージ機構を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置である。
【００２３】
また、請求項６に記載の発明は、前記高さ情報に対し、前記冊子の折丁紙面が平坦であると仮定し、振動ノイズを除去するアルゴリズムにより補正する機能を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置である。
【００２４】
また、請求項７に記載の発明は、前記高さ情報から不良の判定を行う判定機能と、不良部を持つ冊子をライン上で追跡する機能と、不良部を持つ冊子を除去する機能とを備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置である。
【００２５】
また、請求項８に記載の発明は、不良と判定されたときに、不良を知らせる警報を発する機能を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置である。
【００２６】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の中綴じ製本針金形状検査装置を備えたことを特徴とする中綴じ製本機である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の中綴じ針金形状検査装置により、針金に接近せずに検査ができ、インライン上で中綴製本機の、製本時の冊子内側の綴じ針金の不良を定量的な品質規格値を基に自動検査することが可能となり、ジャミングの発生を危惧することも無くなった。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の中綴じ針金形状検査装置の光学系を示した概念図である。
【図２】正反射を示した光学系の概念図である。
【図３】本発明の中綴じ針金形状検査装置の取り付け位置を示した中綴じ製本機の平面概念図である。
【図４】本発明の中綴じ針金形状検査装置の取り付け位置を示した中綴じ製本機の断面概念図である。
【図５】レーザー、カメラ、与圧による防塵機構を示す模式図。
【図６】振動ノイズのソフトによる除去を示す模式図。
【図７】本発明の、距離調整手段として高屈折ガラスを用いた場合のレーザー光の経路を示した概念図である。
【図８】高屈折ガラスおよび与圧による防塵を示した概念図である。
【図９】正反射による影響を抑制するため、中綴じ針金形状検査装置を傾けた状態を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の中綴じ針金形状検査装置１を示し、計測装置２とレーザー照射装置３から構成されており、冊子２０に打込まれた針金７にレーザー光４を照射し、その反射光を受光する。
【００３０】
計測方法は、レーザー光４と計測装置２に用いられているＣＣＤ等受光素子の組み合わせによる、光切断法による高さ（Ｈ）のプロファイル計測を用いる。レーザー波長は赤外領域を使用することで、針金７の周囲の印字色に影響を受けること無く計測可能となる。
【００３１】
図２は、正反射を示したレーザー光４を示している。針金７が金属であるためレーザー光４を正反射する角度が存在し、針金７が曲面形状に成型されるため、針金７とレーザー光４の成す角が特定の角度となった場合、計測装置２に入射するレーザー光４は、極端に光量が強くなったり弱くなったりする。
【００３２】
計測装置２とレーザー照射装置３の角度を２０度と仮定すると、計測面に対して１０°傾いた場合には正反射光が直接受光面に入射し、逆方向に２０°傾けた場合には正反射光は受光面と正反対の方へ反射するため受光量が減り暗くなる。図１に示すように、受光装置と照射装置の成す角度の１／４傾けることで、針金曲面でのレーザー光４の反射による受光量の強弱発生を抑制することができる。
【００３３】
実際の針金７曲面は、冊子２０面を基準として概ね１０度以内である。従い、計測装置と照射装置の角度を２０°程度とし、５°程度傾けることで±１０°程度の曲面での正反射による受光量の極端な強弱を抑えることができる。
【００３４】
また、センサーの分解能に関しては、針金太さがφ０．５ｍｍ程度であることから、０．２ｍｍ程度であることが望ましい。幅方向の計測視野は針金周囲のみで問題無いため１０ｍｍと仮定すると受光素子は５０ピクセル程度となる。高さ方向も同程度にて計測可能であり、５０×５０ピクセル以上の素子にて計測可能である。
【００３５】
他方、搬送速度は最速で１５０ｍ／ｍｉｎ程度である。垂直に立ち上がる針金の可視化には流れ方向の分解能は０．５ｍｍより細かい必要がある。従い、一秒間に５０００回以上の撮像が可能なハイスピードカメラ等が必要となる。また、流れ方向の搬送の認識のため、エンコーダーを設置することが望ましい。
【００３６】
図３は、中綴じ製本機に取り付けられた、中綴じ針金形状検査装置の位置を示した平面図である。
【００３７】
搬送機構１０は生産時、図中上側は左方向に進み、図外左位置にある回転機構により下側に搬送され、図中下側では右方向に進み、図外右位置にある回転機構により再び上側へ搬送される連続動作をしている。
【００３８】
図外右位置から図中にかけての搬送中に、複数の折丁が重ねられる丁合が行われる。図４に示すように、搬送中の折丁２０はハの字状に開かれた状態で搬送され、針金打込み機構１２により針金が打ち込まれ、折丁が綴られることで冊子２０となる。
【００３９】
その後、搬送機構１３がハの字内部から冊子を上に突き上げるように搬送することで、冊子は綴じられながら上方へ搬送される。また、搬送機構１０はそのまま回送される。以上の動作が連続的に行われ、製本がなされている。
【００４０】
図４は、中綴じ製本機４０に取り付けられた、中綴じ針金形状検査装置１の位置を示した断面図であり、中綴じ製本針金形状検査装置１の設置位置は、針金打込み機構１２の直後であって、垂直に搬送される搬送機構１３の前とすることで、針金形状を内面から計測することができる。
【００４１】
中綴じ製本針金形状検査装置１の設置位置の直前に、冊子２０の接近を検知するセンサーを設け、計測開始のタイミングをとる。若しくは、針金打ち込み部のリンク機構の動作を捕えることで1冊子毎の計測タイミングを認識することもできる。
【００４２】
Ｗ／Ｄは、中綴じ製本針金形状検査装置１のセンサーと冊子２０の距離であり、装置によるが１００ｍｍ程度となる。
【００４３】
さらに、センサーの設置位置は紙粉等の発生が非常に多い。そのため、図５に示すようにカメラ等をレーザー経路のみ開口した密閉機構に収め、圧縮空気によるパージを行う必要がある。また、エア供給を停止する場合のため、開口部を塞ぐ機構やカバーを用意することが望ましい。
【００４４】
このように、針金は比較的高速で連続的に打ち込まれるため、センサー設置付近は振動が発生する。機械的に振動を抑制する防振機構を設けることが望ましいが、完全に振動の発生を抑えることは困難であり、また、冊子側も搬送中の気流の影響でバタつきが発生する。そこで、計測されたデータから振動等のノイズを除去する必要がある。
【００４５】
光切断法によれば、流れ分解能毎に高さＨ情報（ラインプロファイル）が得られる。これを並べることで冊子折部全長を３次元形状として捉えることができる。従い、冊子面の高さや折部の位置を基として、針金の立ち上がりや曲りなどを計測することができる。
【００４６】
ただし、図６に示すように計測される生データには振動等ノイズ成分が含まれ、本来は直線である折部３０の形状には歪みが生じる場合がある。その場合は針金にも歪みが生じている結果となってしまう。
【００４７】
そこで、冊子面部が平坦であると仮定し、冊子面部３１部分のデータを用い、前後隣り合うラインプロファイルは同高さとなるよう位置を補正する。面部は２面あり、Ｖ字状であるため、３０’に示すように幅方向、高さ方向の振動等のノイズを除去することができる。
【００４８】
補正の基準面とする冊子面部は折部３０になるべく近い方がよいが、基準面に針金７が侵入すると補正に失敗する。そこで、不良とされる幅方向の針金良品規格値のやや外側に基準面をとることが望ましい。
【００４９】
一例として、「ひとつ前」の紙面プロファイルを基準に位置を補正し、同じく「ひとつ前」針金の紙面からの高さプロファイルを比較し、基準値外の高さがあるものを不良と判定し、不良と判定された場合は該当冊子を除去する。既存の製本機へ本検査装置を設置する場合、別検査機の不良排出装置が既に取り付けられている場合が多く、これを流用することも可能である。
【００５０】
ただし、排出位置が検査位置に接近している場合があり、概ね1秒以内の高速な判定処理が求められる場合がある。そこで、予め針金が打たれる数と流れ方向位置を設定し、該当位置付近のデータを抜き出した後に処理を行うことで高速化が可能となる。
【００５１】
センサー設置のため製本機の構造に機械加工を加えると費用がかさむ。図７は、距離調整手段として高屈折ガラスを用いた場合の、レーザー光の経路を示した概念図であり、計測機能とレーザー照射機構を備える計測装置２として、レーザープロファイラを用いた場
合を示しており、照射角を保ったまま計測可能範囲を延長させる方法を選択することができる。
【００５２】
レーザープロファイラは通常レーザー経路４をとる。ただし、計測対象である針金との間にガラスを挟むことによりレーザーが屈折し経路４’となり、計測範囲を遠方へシフトさせることができる。
【００５３】
シフトされる距離はレーザーのガラスへの入射角と屈折率を確認すればスネルの法則により計算が可能である。ガラスブロック８の材質とレーザー入射部の形状を工夫することにより必要な位置へ計測範囲をシフトさせることができる。ただし、ガラス通過時にレーザー光量が減衰するため、ガラス通過距離は必要最低限とすることが望ましい。
【００５４】
また、前述のごとくレーザープロファイラ設置位置は紙粉等が多い。レーザープロファイラ上面をガラスにて覆うことは紙粉対策からも有利である。
【００５５】
ただし、ガラス状に異物等が付着すると計測不能となるため、図８に示すようにレーザー経路のみ開口した密閉機構に収め、圧縮空気によるパージを行うことが望ましい。
【００５６】
また、図９に示すように、正反射による影響を抑制するため、密閉機構内の計測装置を傾け、角度を調整すると良い。
【００５７】
本発明による中綴じ針金形状検査手法によれば、インラインにて定量的に針金形状を検査することが可能となり、生産性や品質の向上に有効である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・中綴じ製本針金形状検査装置
２・・・計測装置
３・・・レーザー照射装置
４・・・レーザー光
５・・・エアノズル
６・・・密閉機構
７・・・針金
８・・・高屈折ガラス
９・・・冊子折丁紙面
１０・・・搬送機構（ギャザリングチェーン）
１１・・・1冊毎の区切り
１２・・・針金打ち込み機構（ステッチャー）
１３・・・搬送機構
２０・・・冊子
３０・・・データ上の冊子折部
３１・・・データ上の冊子面部
４０・・・中綴じ製本機
【図１】
0006668593.tif 000002
【図２】
0006668593.tif 000003
【図３】
0006668593.tif 000004
【図４】
0006668593.tif 000005
【図５】
0006668593.tif 000006
【図６】
0006668593.tif 000007
【図７】
0006668593.tif 000008
【図８】
0006668593.tif 000009
【図９】
0006668593.tif 000010