(57)【要約】【課題】  隣り合う素子どうしで音響的なセパレーションを高めることが容易であり、素子の個数及び配置の自由度が高い超音波式エッジ位置検出装置を提供する。【解決手段】  超音波を発振する発振部１と、発振部１から発振される超音波を受信する受信部２と、発振部１と受信部２との間に挿入される被検出物１０のエッジ位置を受信部２による受信結果に基づいて検出する処理を行う検出処理部３を備える。発振部１には、超音波を発振する発振素子６が複数備えられ、各発振素子６は、整合層１２と、該整合層１２に接合されたコア１３と、を備え、各発振素子６の整合層１２は互いに分離されている。受信部２には、超音波を受信する受信素子７が複数備えられ、各受信素子７は、整合層１２と、該整合層１２に接合されたコア１３と、を備え、各受信素子７の整合層１２は互いに分離されている。【選択図】    図１
2009031082.tif 000002
【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、
前記発振部には、超音波を発振する発振素子が複数備えられ、
各発振素子は、整合層と、該整合層に接合されたコアと、を備え、
各発振素子の整合層は互いに分離され、
前記受信部には、超音波を受信する受信素子が複数備えられ、
各受信素子は、整合層と、該整合層に接合されたコアと、を備え、
各受信素子の整合層は互いに分離されてい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】
前記発振素子と前記受信素子の少なくとも何れか一方は、角型をな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１１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１１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の超音波式エッジ位置検出装置では、整合層１００１が各コア１００２に対して共通であるため、隣り合う素子どうしで音響的なセパレーションをとることが困難であるという問題や、素子の個数及び配置に制約が生じるという問題があった。
【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、隣り合う素子どうしで音響的なセパレーションを高めることが容易であり、素子の個数及び配置の自由度が高い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、前記発振部には、超音波を発振する発振素子が複数備えられ、各発振素子は、整合層と、該整合層に接合されたコアと、を備え、各発振素子の整合層は互いに分離され、前記受信部には、超音波を受信する受信素子が複数備えられ、各受信素子は、整合層と、該整合層に接合されたコアと、を備え、各受信素子の整合層は互いに分離されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、整合層が、各発振素子毎に分離され、また、各受信素子毎に分離されているので、隣り合う素子どうしで音響的なセパレーションを高めることが容易であるとともに、素子の個数及び配置の自由度を高め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】
なお、図１においては発振部１が下側で受信部２が上側の例を示しているが、発振部１が上側で受信部２が下側でも良い。
【００１６】
図２は発振部１及び受信部２がそれぞれ備える素子取付用ベース４を示す平面図である。
【００１７】
図２に示すように素子取付用ベース４は、素子（発振素子、受信素子）が取り付けられるポケット５を複数備えている。
【００１８】
図１に示すように、発振部１の素子取付用ベース４の各ポケット５には、超音波を発振する発振素子６が取り付けられている。
【００１９】
同様に、受信部２の素子取付用ベース４の各ポケット５には、発振素子６から発振された超音波を受信する受信素子７が取り付けられている。
【００２０】
そして、発振部１の発振素子６と受信部２の受信素子７とが互いに対向するように、発振部１及び受信部２が配置されている。
【００２１】
ここで、発振部１の素子取付用ベース４のポケット５は、発振素子６どうしが、千鳥状に配置され、かつ、発振素子６どうしの間隔ができるだけ狭くなるように、配設されている。
【００２２】
同様に、受信部２の素子取付用ベース４のポケット５は、受信素子７どうしが、千鳥状に配置され、かつ、受信素子７どうしの間隔ができるだけ狭くなるように、配設されている。
【００２３】
このように、発振素子６並びに受信素子７を、千鳥状に、素子どうしの間隔を短くして並べる理由は、各素子６，７が個々に検出可能な視野を途切れることなく繋げていくためである（電気的には、各受信素子７の検出信号（受信信号）を互いにオーバーラップさせ、全体視野における検出信号として演算するためである）。
【００２４】
図３は発振素子６及び受信素子７を示す斜視図である。
【００２５】
図３に示すように、発振素子６及び受信素子７は、丸形の筒状の形状のケース１１を有し、発振又は受信部で空気に接している部分には、整合層１２が使用される。
【００２６】
また、ケース１１の内部にはコア１３が配置され、このコア１３は整合層１２と接着されている。
【００２７】
コア１３は、電気エネルギーと機械的な運動エネルギーとを相互に変換する素子である。コア１３としては、セラミック圧電素子が知られている。
【００２８】
ケース１１の下面からは、一対のリード１４が導出されている。
【００２９】
ここで、素子としては、例えば、自己固定型及び非固定型があり、更に、自己固定型と非固定型のそれぞれについて、丸型及び角型がある。
【００３０】
図３に示すのは、非固定型の丸型である。
【００３１】
図４には、自己固定型で丸型の素子６，７を示す。
【００３２】
図４に示す素子６，７は、丸型のコア１５と、このコア１５よりも広い角型の整合層１６と、を備え、この整合層１６を素子取付用ベース４に対し、ビスなどの止着部材を用いて固定できるようになっている。
【００３３】
図５には、非固定型で角型の素子６，７を示す。
【００３４】
図５に示す素子６，７は、角型のコア１７と、このコア１７と重なるような形状・寸法の角型の整合層１８と、を備えている。
【００３５】
図６には、自己固定型で角型の素子６，７を示す。
【００３６】
図６に示す素子６，７は、角型のコア１７と、このコア１７よりも広い角型の整合層１９と、を備え、この整合層１９を素子取付用ベース４に対し、ビスなどの止着部材を用いて固定できるようになっている。
【００３７】
図３乃至図６に示す何れの素子６，７の場合にも、従来の素子（図１１）とは異なり、各素子毎に、コア及び整合層を備える。すなわち、整合層が各素子毎に分離されている。そして、各素子６，７は、遮音性の高い素子取付用ベース４に配置される。
【００３８】
このようにコアを整合層とともに分離することの利点は、隣の素子と音響的なセパレーションを高めることが容易で、複数の素子を発振・受信する場合に効果が大きいことである。更に、素子の個数、配置が自由なので、多種のアプリケーションに共通で使用することが可能である。
【００３９】
また、図３乃至図６に示す素子のうち、図５及び図６に示すような角型のコア１７を有する素子は、以下に説明するように一素子あたりの視野特性がエッジ検出にふさわしいという利点を有する他、素子の配列が容易であるという利点を有する。
【００４０】
図７は角型のコア１７を有する素子を用いた場合の被検出物のエッジ位置（挿入量）と検出量の関係を示す図、図８は丸型のコアを有する素子を用いた場合の被検出物のエッジ位置（挿入量）と検出量の関係を示す図である。
【００４１】
被検出物のエッジ位置と検出量の関係は、受信される超音波の変化の仕方に大きく関連している。その関係を示すグラフは、図８に示すように、コアが丸型の場合は直線にはなり得ず、Ｓ字状の変化特性を示す。
【００４２】
対して、コアが角型の場合は、図７に示すように、被検出物のエッジ位置と検出量の関係を示すグラフにおける直線部が大きい。丸型と角型では、被検出物エッジ位置と、検出面積の関係は、角型の方が直線になる。
【００４３】
なお、角型の素子を用いる場合、発振素子６と受信素子７の双方をそれぞれ角型の素子としても良いし、発振素子６と受信素子７の何れか一方のみを角型の素子としても良い。
【００４４】
図９は素子の配列の一例を示す図である。
【００４５】
図９に示すように、複数の素子を横方向（この場合２列）に並べた場合、角型の方が、各素子の間隔を詰めやすい。従って、各素子の検出信号を扱うとき、直線部が長いため、全視野領域において、直線性を向上することが容易である。
【００４６】
図９に示すように、発振側及び受信側に素子を１０個ずつ配列した場合において、素子Ｎｏ．６の位置に被検出物のエッジがあるとき、当素子の視野内でエッジ位置を検出する。
【００４７】
ここで、超音波を扱う素子は、一般的に周囲の環境の変動に影響され易いため、常にエッジを検出していない素子（Ｎｏ．１）を設けて全素子の基準用（リファレンス用）として検出させておく。
【００４８】
また、エッジを検出している素子（Ｎｏ．６）の両隣（Ｎｏ．５、Ｎｏ．７）の素子も同時に検出させておく。
【００４９】
上記の素子Ｎｏ．１、５、７は、補正用として用いられる。
【００５０】
素子Ｎｏ．１とＮｏ．７で、被検出物の検出量０％と１００％を常に測定しており、検出信号のスケール基準とされる。
【００５１】
検出量１００％の素子（Ｎｏ．７）の働きについては、極薄のフィルムや不織布など、超音波が透過しやすい被検出物を対象とする場合、素子Ｎｏ．７の検出量は１００％にならない。
【００５２】
検出量０％の素子（Ｎｏ．１）の検出値との比較により、全閉（例えば、Ｎｏ．７）〜全開（Ｎｏ．１）のスケーリングを常に更新していくことにより、エッジ検出素子（Ｎｏ．６）の検出値を正しいエッジ位置として測定させることができる。
【００５３】
各素子には個々に性能上のバラツキがあるが、被検出物を取り除き全素子の全開時（検出量０％）の値を測定しておき、基準素子（Ｎｏ．１）との検出値の比率をメモリなどに格納しておき、実際の動作時に、エッジ検出素子（Ｎｏ．６）と基準素子（Ｎｏ．１）の実測値に、その格納した値を用いて補正を施すことにより、素子毎のバラツキは解消される。
【００５４】
このように、検出処理部３は、被検出物１０のエッジ位置を検出する受信素子（Ｎｏ．６）による検出値（受信信号）を、被検出物の検出割合が０％の受信素子（Ｎｏ．１）による検出値と、被検出物の検出割合が１００％の受信素子（Ｎｏ．７）による検出値と、に基づいて補正する。
【００５５】
エッジ検出素子（Ｎｏ．６）の両隣の素子（Ｎｏ．５、Ｎｏ．７）を測定状態とさせておくことの他の目的としては、エッジ検出素子（Ｎｏ．６）の妥当性を確認することがある。すなわち、両隣の素子（Ｎｏ．５、Ｎｏ．７）の検出値を常に測定し、エッジ検出素子を移動させる場合の条件判断に使用される。また、両隣の素子を活性化させておくことにより、エッジ検出素子の移動直後から正確な測定をさせることができる。
【００５６】
次に、発振素子の駆動方法と、受信信号の処理方法について説明する。
【００５７】
図１０は検出動作を説明するための図であり、発振素子６からの発振・駆動信号と受信素子７による受信信号の経時変化を示す。
【００５８】
超音波の周波数としては、一般的に４０ＫＨｚ〜４００ＫＨｚが使用される。
【００５９】
波形は一般的に矩形波が用いられるが、極性の切り替わり時に高エネルギーの高調波が発生しやすく、また超音波エネルギーとなる効率も悪い。
【００６０】
このため、本実施形態では、三角波を使用する。正弦波（ｓｉｎ波）が理想であるが、ハードウェアやソフトウェアで達成させる場合、シンプルなものになりにくい。三角波は単純なハードウェアで実現でき、発生する超音波も正弦波の場合に近く損失も少ない。
【００６１】
超音波の発生形態は、バーストモードを用いる。
【００６２】
受信信号は、検波、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理され、図１０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。
【００６３】
検出量１００％（全閉状態）の場合、信号の立ち上がりの傾きはゼロとなる。
【００６４】
以上のような実施形態によれば、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る。
【００６５】
しかも、整合層が、各発振素子毎に分離され、また、各受信素子毎に分離されているので、隣り合う素子どうしで音響的なセパレーションを高めることが容易であるとともに、素子の個数及び配置の自由度を高めることが可能となる。
【００６６】
なお、上記の実施形態では、発振側と受信側の素子を分けた例を説明したが、発振・受信を兼用する場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【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】素子取付用ベースを示す平面図である。
【図３】素子の一例を示す斜視図である。
【図４】素子の一例を示す斜視図である。
【図５】素子の一例を示す斜視図である。
【図６】素子の一例を示す斜視図である。
【図７】角型のコアを有する素子を用いた場合の被検出物のエッジ位置（挿入量）と検出量の関係を示す図である。
【図８】丸型のコアを有する素子を用いた場合の被検出物のエッジ位置（挿入量）と検出量の関係を示す図である。
【図９】素子の配列の一例を示す図である。
【図１０】検出動作を説明するための図である。
【図１１】従来の素子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６８】
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
６      発振素子
７      受信素子
１２    整合層
１３    コア
１５    コア
１６    整合層
１７    コア
１８    整合層
１９    整合層
【図１】
2009031082.tif 000003
【図２】
2009031082.tif 000004
【図３】
2009031082.tif 000005
【図４】
2009031082.tif 000006
【図５】
2009031082.tif 000007
【図６】
2009031082.tif 000008
【図７】
2009031082.tif 000009
【図８】
2009031082.tif 000010
【図９】
2009031082.tif 000011
【図１０】
2009031082.tif 000012
【図１１】
2009031082.tif 000013