(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を発振する発振部と、
前記発振部から発振される超音波を受信する受信部と、
前記発振部と前記受信部との間に挿入される被検出物のエッジ位置を、前記受信部による受信信号に基づいて検出する処理を行う検出処理部と、
を備える超音波式エッジ位置検出装置において、
前記発振部は、超音波を発振する発振素子として、ＰＶＤＦフィルムが波形に組み込まれたエンクロージャを複数備え、
前記受信部は、超音波を受信する受信素子として、ＰＶＤＦフィルムが波形に組み込まれたエンクロージャを複数備えることを特徴とする超音波式エッジ位置検出装置。
【請求項２】
前記検出処理部は、被検出物のエッジ位置を検出する受信素子による受信信号を、被検出物の検出割合が０％の受信素子による受信信号と、被検出物の検出割合が１００％の受信素子による受信信号と、に基づいて補正することを特徴とする請求項１に記載の超音波式エッジ位置検出装置。
【請求項３】
前記発振部には、複数の発信素子が列をなすように並んで配置され、
前記受信部には、複数の受信素子が発信素子と同じ方向において列をなすように並んで配置され、
受信素子と発信素子との位置を列方向において半ピッチずらした配置とすることにより、１個の受信素子に対して２個の発振素子が対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波式エッジ位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波式エッジ位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検出物のエッジ位置（端部位置）を検出するための装置として、超音波式エッジ位置検出装置が知られている。
【０００３】
超音波式エッジ位置検出装置を開示した先行技術文献としては、例えば、特許文献１がある。
【０００４】
図６は特許文献１の超音波式エッジ位置検出装置の発振部及び受信部の構成を示す斜視図である。
【０００５】
図６に示すように、特許文献１の超音波式エッジ位置検出装置の発振部及び受信部は、整合層１００１を共通なベースとしてコア１００２を千鳥状に配置してなる。
【特許文献１】米国特許第５８３４８７７号公報明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の超音波式オートワイド検出器では、整合層１００１が必要であり、また、共振周波数の超音波しか扱うことができなかった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、素子に整合層が不要で、超音波の周波数を自由に決定することが可能な超音波式エッジ位置検出装置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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の超音波式エッジ位置検出装置は、超音波を発振する発振部と、前記発振部から発振される超音波を受信する受信部と、前記発振部と前記受信部との間に挿入される被検出物のエッジ位置を、前記受信部による受信信号に基づいて検出する処理を行う検出処理部と、を備える超音波式エッジ位置検出装置において、前記発振部は、超音波を発振する発振素子として、ＰＶＤＦフィルムが波形に組み込まれたエンクロージャを複数備え、前記受信部は、超音波を受信する受信素子として、ＰＶＤＦフィルムが波形に組み込まれたエンクロージャを複数備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発振部・受信部は、超音波を発振・受信する素子として、ＰＶＤＦフィルムが波形に組み込まれたエンクロージャをそれぞれ備えるので、素子に整合層が不要であり、超音波の周波数を自由に決定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について説明する。
【００１１】
図１は実施形態に係る超音波式エッジ位置検出装置１００の構成を示す正面図、図２は超音波式エッジ位置検出装置１００の外観を示す斜視図である。
【００１２】
本実施形態に係る超音波式エッジ位置検出装置１００は、被検出物１０の端部（エッジ）の位置を検出するものであり、図１及び図２に示すように、上側に位置する上側部分１００Ａと、下側に位置する下側部分１００Ｂと、これら両部分１００Ａ、１００Ｂを相互に接続する中間部分１００Ｃと、からなり、断面コ字形状の全体形状を有している。
【００１３】
上側部分１００Ａと下側部分１００Ｂとの間の空間は、被検出物１０が挿入される挿入領域１００Ｄを構成している。
【００１４】
例えば、下側部分１００Ｂには、超音波を発振する発振部１が備えられ、上側部分１００Ａには、発振部１から発振される超音波を受信する受信部２と、ＣＰＵなどからなり受信部２による受信結果に基づいて被検出物のエッジ位置の検出処理を行う検出処理部３と、が備えられている。
【００１５】
図１に示すように、発振部１及び受信部２には、それぞれ、複数のエンクロージャ４が一列に配列されている。
【００１６】
発振部１側に配置され超音波を発振するエンクロージャ４（発振素子）と、受信部２側に配置され発振素子からの超音波を受信するエンクロージャ４（受信素子）とは、互いに対向して配置されている。
【００１７】
図３はエンクロージャ４の外観を示す斜視図である。
【００１８】
図３に示すように、エンクロージャ４は、直方体状の外形を有し、そのほぼ上半分を構成する第１部分４Ａと、そのほぼ下半分を構成する第２部分４Ｂと、これら第１及び第２部分４Ａ、４Ｂの間に組み込まれたＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルム５と、第１部分４Ａの表側に配置された第１及び第２端子６，７と、を備えている。
【００１９】
ＰＶＤＦフィルム５は、第１部分４Ａの下面に形成された波形の部分と、第２部分４Ｂの上面に形成された波形の部分とに挟持されることにより、波形の形状に成形されている。
【００２０】
第１部分４Ａと第２部分４Ｂとは、止着部材８により相互に連結されている。
【００２１】
また、ＰＶＤＦフィルム５は、その表・裏に電極処理がなされており、表側の電極は端子６に、裏側の電極は端子７に、それぞれ導通されている。
【００２２】
ＰＶＤＦの特徴は、音響インピーダンス及び密度が小さいことにより、素子から直接空気媒体を容易に効率よく振動させることができることである。
【００２３】
通常、超音波素子としてセラミック圧電素子が知られているが、空気媒体を振動させるには、音響インピーダンスのマッチングを取るため、整合層などが必要とされる。
【００２４】
対して、ＰＶＤＦフィルム５を用いる場合、上記の理由から、整合層が不要となる。
【００２５】
ＰＶＤＦのもう一つの大きな特徴は、超音波周波数を自由に決定することができることである。セラミック圧電素子の場合は、共振周波数のみしか扱えないが、エンクロージャ４に織り込む波形の曲率半径を所定の値にすれば、希望する超音波周波数を扱うことができる。
【００２６】
その他として、素子の大きさを自由に設定できるため、１素子当たりの視野範囲をセラミック圧電素子に比べ、かなり広いものにさせることができ、その結果、特に検出器の仕様で、広い検出範囲が求められる場合は、コスト的に大きなメリットとなる。
【００２７】
更に、発振、受信間において、ＰＶＤＦフィルム５を直線形状としていないため、不要な反射が全くなく、受信された信号（受信信号）の処理が容易である。このため、発信側と受信側との間を往復する反射信号の減衰を待たなくて良いというメリットもある。
【００２８】
図４は素子（エンクロージャ４）の配列を説明するための模式図である。
【００２９】
図４においては、簡単のために各エンクロージャ４の符号を省略しているとともに、説明の便宜上、各エンクロージャ４に番号（１、２、・・・、ｎ−２、ｎ−１、ｎ、ｎ＋１など）を付している。
【００３０】
基本的な構造は、図４及び図２に示すように、発振部１には、発信素子としての複数のエンクロージャ４が、その長手方向に対して直交する方向において列をなすように並んで配置され、同様に、受信部２には、受信素子としての複数のエンクロージャ４が、発信側のエンクロージャ４と同じ方向において列をなすように並んで配置されている。そして、発信型のエンクロージャ４と受信型のエンクロージャ４との位置を列方向において半ピッチ（エンクロージャ４の長手方向に直交する方向における長さの半分）ずらした配置とすることにより、受信側の１個のエンクロージャ４に対して発信側の２個のエンクロージャ４が対向するような配置とされている。このような配置とする目的は、受信素子１個当たりの検出視野を広くするためである。
【００３１】
図４では、受信部２に配列された素子（受信素子）のうち、被検出物のエッジ位置を検出するための受信素子はｎであり、受信素子ｎに対応する発振部１側の素子（発振素子）は、ｎとｎ＋１である（実線斜線部）。
【００３２】
ここで、全開基準用素子、全閉基準用素子、及び、補助振動用素子兼素子切換判定用素子について説明する。
【００３３】
＜全開基準用素子＞
全開基準用素子は、被検出物が検出視野内のどこにあっても、遮蔽されない位置に配置される。全開基準用素子は、検出用各素子の基準とされ、後述する全閉基準用素子と合わせて、全閉、全開スケールの補償用として用いられる。図４において、受信用の全開基準用素子は１、発振用の全開基準用素子は１と２である。
【００３４】
一般的に、超音波は周囲環境（温度、湿度、空気の流れ）に影響されやすく、これら補償用素子の信号を用いることにより、その影響が低減される。
【００３５】
＜全閉基準用素子＞
全閉基準用素子は、被検出物による全閉、全開のスケールを常に正しくさせるためと、上記周囲環境変化からの影響を低減させるため、用いられる。
【００３６】
図４において、受信用の全閉基準用素子はｎ＋１、発振用の全閉基準用素子はｎ＋１とｎ＋２である。
【００３７】
＜補助振動用素子  兼  素子切換判定用素子＞
被検出物のエッジ位置に応じて、有効素子を適切に切り替える必要があるが、切替直後に、すぐに受信信号を正確な値とさせるため、あらかじめエッジ検出用素子の両隣の発振素子を駆動しておく。
【００３８】
図４において、発振素子ｎ−１とｎ＋２が補助振動用素子兼素子切換判定用素子である（なお、ｎとｎ＋１は既に駆動されている）。
【００３９】
同時に、有効素子の切換の判定用として、受信素子ｎ−１とｎ＋１の検出信号（受信信号）を測定することにより、適切な素子切換を行っている。
【００４０】
次に、発振素子の駆動手段について説明する。
【００４１】
発振素子であるＰＶＤＦフィルム５から所定の周波数の超音波を発生させるためには、ＰＶＤＦフィルム５の表裏の電極間を２００Ｖｐ−ｐ（ｐ−ｐはｐｅａｋ  ｔｏ  ｐｅａｋの意味）前後の振幅のＡＣ信号で駆動する必要がある。
【００４２】
超音波は、空気を媒体としているので、４０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ程度の周波数の正弦波が適切である。また、２００Ｖｐ−ｐと比較的高圧であることから、ドライブ回路として、Ｅ級アンプが適切である。
【００４３】
ここで、Ｅ級アンプとは、ＬＣ共振回路を用いた高効率ゼロボルトスイッチング回路のことであり、非常にシンプルな回路で、高電圧の正弦波を発生できるものである。
【００４４】
次に、検出処理部３による受信信号の処理方法について説明する。
【００４５】
図５は検出動作を説明するための図であり、発振側のエンクロージャ４からの発振・駆動信号と受信側のエンクロージャ４による受信信号の経時変化を示す。
【００４６】
超音波の発生形態は、バーストモードを用いる。
【００４７】
受信信号は、検波、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理され、図５に示すように、その信号の立ち上がりの傾きを測定し評価する。このように信号の立ち上がりの傾きを測定し評価する方法については、本出願人による特開２００３−９７９３３号公報に詳しい。
【００４８】
検出量１００％（全閉状態）の場合、その傾きはゼロとなる。
【００４９】
以上のような第１の実施形態によれば、被検出物の端部（エッジ）位置を、広視野内で検出することができ、特に、光学的な検出では困難なフィルムや不織布のエッジ位置を安定に検出することができる。
【００５０】
しかも、素子として、ＰＶＤＦフィルム５を波形に組み込んだエンクロージャ４を用いるので、素子に整合層が不要であり、超音波の周波数を自由に決定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態に係る超音波式エッジ位置検出装置の構成を示す正面図である。
【図２】超音波式エッジ位置検出装置の外観を示す斜視図である。
【図３】エンクロージャの外観を示す斜視図である。
【図４】エンクロージャの配列を示す模式図である。
【図５】検出動作を説明するための図である。
【図６】従来の素子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００  超音波式エッジ位置検出装置
１      発振部
２      受信部
３      検出処理部
４      エンクロージャ（素子）
５      ＰＶＤＦフィルム
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図３】
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