(57)【要約】【課題】駆動時に迅速に動作し簡単に調整可能な材料マークセンサを提供する。【解決手段】カメラセンサおよびこれに結合された評価論理ユニットが設けられており、カメラセンサは材料の面の一部に存在するマークを少なくとも走査線方式で走査し、評価論理ユニットは複数の論理素子を固定の設定によって結合したものであり、カメラセンサが走査した面の一部の上にマークを検出した場合、材料マークの位置に相応する材料マーク識別信号を出力する。【選択図】図１
2009276352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料上または材料内に付されたマーク（５０２）を検出する
材料マークセンサ（１００）において、
カメラセンサ（１０２）および該カメラセンサに結合された評価論理ユニット（１０４）が設けられており、
前記カメラセンサは材料（４０２）の面の一部（１０６）に存在するマーク（５０２）を少なくとも走査線方式で走査し、
前記評価論理ユニットは複数の論理素子を固定の設定によって結合したものであり、前記カメラセンサが走査した前記面の一部の上にマークを検出した場合、前記材料マークの位置に相応する材料マーク識別信号を出力する
ことを特徴とする材料マークセンサ。
【請求項２】
前記カメラセンサは前記材料の面の一部に存在するマークを２次元で走査する、請求項１記載の材料マークセンサ。
【請求項３】
前記評価論理ユニットは、前記材料マークを検出した場合に第１の信号レベルの材料マーク識別信号を信号出力側へ出力し、前記材料マークを検出しなかった場合に前記第１の信号レベルとは異なる第２の信号レベルの材料マーク識別信号を前記信号出力側へ出力する、請求項１または２記載の材料マークセンサ。
【請求項４】
前記評価論理ユニットは、前記マークの開始部を検出したときに前記材料マーク識別信号の信号レベルの第１の変更を行い、前記マークの終了部を検出したときに前記材料マーク識別信号の信号レベルの第２の変更を行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の材料マークセンサ。
【請求項５】
前記評価論理ユニットが、マーク幅および／または前記材料ウェブの運動方向に直交する方向でのマーク位置を検出するために、所定の時間（２０８）にわたって検マーク幅および／または前記材料ウェブの運動方向に直交する方向でのマーク位置に相応する材料マーク識別信号を出力するか、または、信号エッジの間隔によってマーク幅および／または前記材料ウェブの運動方向に直交する方向でのマーク位置を表す第１の部分信号および第２の部分信号を有する材料マーク識別信号を出力する、請求項３または４記載の材料マークセンサ。
【請求項６】
前記カメラセンサおよび前記評価論理ユニットは電子半導体モジュールを有しており、該電子半導体モジュールは前記材料マーク識別信号について材料マークの開始部または終了部の検出後に最大でも１００μｓより小さい遅れしか有さないリアルタイム信号処理を行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の材料マークセンサ。
【請求項７】
前記評価論理ユニットは、所定の動作モードからトレーニングモードへ切り換えられ、該トレーニングモードでは、前記カメラセンサによって撮影された前記面の画像において材料マークが識別されて基準パターンとして当該の評価論理ユニットへ格納される、請求項１から６までのいずれか１項記載の材料マークセンサ。
【請求項８】
前記評価論理ユニットは種々のタイプのマーク形状を前記基準パターンとして記憶し、記憶された基準パターンとの比較により一致が確認された場合に材料マークを識別する、請求項７記載の材料マークセンサ。
【請求項９】
前記評価論理ユニットは種々のタイプのマーク形状をあらかじめ定義されたマーク形状として有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の材料マークセンサ。
【請求項１０】
前記評価論理ユニットは記憶された基準パターンのうち１つを評価のための比較パターンとして選択する、請求項９記載の材料マークセンサ。
【請求項１１】
前記評価論理ユニットは記憶された基準パターンをバイナリの入力に基づいて選択する、請求項９または１０記載の材料マークセンサ。
【請求項１２】
前記評価論理ユニットは記憶された基準パターンをセンサのスイッチおよび／またはキーボードからの入力に基づいて選択する、請求項９または１０記載の材料マークセンサ。
【請求項１３】
前記カメラセンサは前記マークの種々の色を区別し、前記評価論理ユニットは該種々の色により同じマーク形状を区別する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の材料マークセンサ。
【請求項１４】
前記カメラセンサは走査面のマークを複数回検出し、前記評価論理ユニットは複数回検出されたマークのうち２つのマークに基づいて前記材料の運動速度を求める、請求項１から１３までのいずれか１項記載の材料マークセンサ。
【請求項１５】
前記評価論理ユニットは、前記カメラセンサおよび前記評価論理ユニットにおける信号の処理時間が既知であるとき、前記材料マーク識別信号により前記カメラセンサおよび前記評価論理ユニットにおける信号の無駄時間を補償する、請求項１４記載の材料マークセンサ。
【請求項１６】
前記評価論理ユニットは前記カメラセンサによって走査された前記面の評価を外部のトリガに応じて行う、請求項１から１５までのいずれか１項記載の材料マークセンサ。
【請求項１７】
材料ウェブ（４０２）を処理するウェブ処理機（４００）において、
請求項１から１６までのいずれか１項記載の材料ウェブ上または材料ウェブ内に付されたマークを検出する材料マークセンサ（１００）と、
該材料マークセンサによって検出されたマークに応じて前記材料ウェブでの所定の処理ステップを実行する処理ユニットと
が設けられている
ことを特徴とするウェブ処理機。
【請求項１８】
材料上または材料内に付されたマークを検出する、
材料マークの検出方法において、
少なくとも走査線方式で材料の面の一部に存在する材料マークを走査するステップと、
走査された面において前記材料マークが検出された場合、マーク位置に相応する材料マーク識別信号を出力するステップと
を有しており、ここで、複数の論理素子を固定の設定によって結合した回路により前記材料マーク識別信号を求める
ことを特徴とする材料マークの検出方法。
【請求項１９】
材料上または材料内に付されたマークを検出する、
材料マークの２次元検出方法において、
少なくとも走査線方式で材料の面の一部に存在する材料マークを走査するステップと、
走査された面において前記材料マークが検出された場合、材料ウェブの運動方向に対して平行な方向におけるマーク位置と直交する方向におけるマーク位置とに相応する２つの材料マーク識別信号を出力するステップと
を有している
ことを特徴とする材料マークの２次元検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は材料マークセンサに関する。また本発明は材料上または材料内に付されたマークを検出する方法に関する。さらに本発明は材料上または材料内に付されたマークを２次元で検出する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
材料ウェブ、特に巻取紙の処理では、搬送路を流れる材料を処理する機械（例えば印刷機または加工機）において、材料ウェブのガイドを保持するためにレジスタ制御部が用いられる。
【０００３】
図４にはこうしたレジスタ制御部４０１を備えたウェブ処理機４００の構造が示されている。ウェブ処理機４００では、基本的には、製品となる材料ウェブ４０２が処理機４００へ送り込まれ、通常、レジスタ制御部４０１によって監視される。材料ウェブ４０２は搬送ローラ４０３、例えば搬入機構および搬出機構ならびに処理軸によって案内される。また、付加的に、製品搬送軸もいわゆるインセッティングに際して監視される。
【０００４】
この場合、複数の軸が製品の搬送に関与することもある。
【０００５】
一般に、ウェブ処理機４００では、材料ウェブ４０２は紙、布、ボール紙、プラスティックまたは金属のシート、ゴムなどから成る。また、ウェブ処理機のタイプとして、特に輪転印刷機（新聞印刷、パッケージ印刷）、加工機（送付物区分、切断、穿孔）、パッケージング機などが挙げられる。
【０００６】
こうした機械の内部では、これまでもしばしば、先行の処理ステップで材料ウェブ４０２にプリントマークが添付され、先行の処理ステップの処理結果に対して後続の処理ステップの同期が図られていた。また、材料ウェブ４０２に対して処理の開始前に既にプリントマークまたは材料マークが被着され、ウェブ処理機４００で使用されることもある。こうしたプリントマークまたは材料マークはセンサによって走査される。走査のために、例えば、バイナリのプリントマークセンサ（例えばＳｉｃｋＫＴ１０−２）、バイナリのカメラベースのセンサ、カメラシステム（例えばＳｉｃｋＩＶＣ−２Ｄ）およびプリントマークストリームセンサなどが用いられる。
【０００７】
こうしたセンサにより、プリントマークがセンサの下方に位置する時点が検出され、バイナリ信号（例えばプリントマークセンサのセンサ信号）の送出および／または測定位置のデータ伝送（例えばカメラシステムから伝送されるデータ）によって、当該の時点が高精度にオートメーションシステムへ供給される。オートメーションシステムは当該の情報を用いて搬送方向すなわち長手方向における位置と搬送方向に対する横断方向における位置との双方を求め、また、場合により補正措置を導入する。こうした制御を行う制御部は、搬送方向の長手方向レジスタ制御部、ないし、搬送方向に対する横断方向の横方向レジスタ制御部と称される。
【０００８】
バイナリのプリントマークセンサ
バイナリ出力を行うプリントマークセンサが用いられる場合、例えば、図５に示されているようないわゆるくさび形マーク５０２が走査される。くさびマーク５０２は例えば搬送方向５０４に６ｍｍの長さを有し、搬送方向に対する横断方向に１０ｍｍの幅を有する。コントラスト走査により、光点５０６が材料ウェブ４０２へ投影され、当該の材料ウェブないしその打ち抜きマークまたはカラーマークによって反射された光がセンサによって評価される。ただしこのことは図５には示されていない。材料ウェブ４０２が搬送方向５０４へ運動する場合、材料ウェブ４０２の反射特性または反射信号の時間の長さを評価することにより、くさびマーク５０２の位置ないしウェブ処理機４００における材料ウェブの所定部分の位置が推論される。光点５０６はここではくさびマーク５０２より格段に短い。
【０００９】
センサのバイナリ信号は典型的には２４Ｖ信号であり、マーク５０２のコントラスト特性を表す。すなわち、当該の信号は例えばマークの光点に当たると０Ｖから２４Ｖへ跳躍的に増大する。
【００１０】
こうした装置を用いて、長手方向レジスタ制御部による測定が例えば搬送方向５０４に対して直交するマークエッジを測定することにより行われる。横方向レジスタ制御部による測定は、センサ信号の時間幅を測定する装置によって行われる。こうした時間幅は、搬送方向に対する横断方向での光点５０６に対するマーク位置の尺度となる。
【００１１】
電気的バイナリ信号は続いてオートメーションシステムへ読み込まれ、いわゆる測定ピックアップ機能部により所定の位置へ変換される。
【００１２】
バイナリのプリントマークセンサを用いる際の欠点として、次のようなものが存在する。まず、センサが画像処理技術によってではなく光点によってプリントマークを検出するため、僅かなタイプのマークしか検出できないことが挙げられる。次に、プリントマークの色に応じて種々の設定ないし種々のセンサを選択しなければならないことが挙げられる。センサ内の光源によって形成された光点はたいていの場合単色であり、したがって全ての色を検出することはできない。このため、識別すべきマークの色ごとにセンサを交換したり付加的なセンサを用意したりしなければならない。フレキシブルでない唯一のマークしか検出されないのである。ついで、例えばマークは固有の印刷画像の一部であることもあるのに、センサによるマーク識別をトレーニングするための学習機能では、複雑なタイプのマークの検出が不可能であることが挙げられる。さらに、センサの走査方式に基づいて、通常、プリントマークの存在する個所とプリントマークの存在しない個所とのコントラスト変化への応答に無駄時間が発生することが挙げられる。センサは、相応のマークエッジが検出されたことを確認するために時間のかかる計算を実行しなければならない。こうした無駄時間をオートメーションシステムで補償するには手間がかかる。
【００１３】
バイナリのカメラベースセンサ
バイナリのプリントマークセンサに代えて、今日では、マークの長手方向について唯一のバイナリ信号を出力する安価なＣＣＤベースの装置が開発されている。
【００１４】
こうした開発においては、カメラベースの装置についてもこんにちプリントマークセンサのコストと同程度にしかコストがかからないという利点が認識されている。
【００１５】
例としてＣＣＤカメラが挙げられる。連続して迅速に操作される多数のピックアップに基づいてプリントマークのピクセル情報が識別され、ＣＣＤセンサ面に対する位置、すなわち長手方向位置および横方向位置が測定される。カメラは走査すべきプリントマークより大きいフィールドを走査する。
【００１６】
バイナリのカメラベースセンサを用いる際の欠点として、次のようなものが存在する。まず、現行のセンサでは長手方向での識別しか行えないことが挙げられる。次に、特徴の取得を改善するためのあらかじめ定められたタイプのマークを利用することができないことも問題である。さらに、無駄時間補償が行われず、連続して迅速に撮像された画像によりマークが識別されて１個のバイナリ信号が出力されるのみであることも挙げられる。無駄時間の補償は、複数の画像に基づいてマークの運動速度を求め、処理の無駄時間の知識から無駄時間が生じないようにバイナリの出力信号を制御することによってしか行えない。
【００１７】
カメラベースシステム
通常のカメラベースシステムはたいていの場合いわゆる"スマートカメラ"であり、煩雑でコストのかかるイーサネットインタフェースを有するように構成されるか（例えばＳｉｃｋＩＶＣ−２Ｄ）か、または、バイナリ出力によって製品の有無のみを識別するように構成される（例えばＣｏｇｎｅｘＣｈｅｃｋｅｒ）。レジスタ制御部の適用例では、バイナリ出力はあまりにも緩慢であり、製品の有無についての情報しか得られない。こうしたシステムは、きわめて高価であるか、あるいは、長手方向制御部ないし横方向制御部に必要な機能を有さない。
【００１８】
カメラベースシステムを使用する際の重大な欠点は、前述した適用例において、カメラ内部の評価ソフトウェアによって制御されるバイナリの出力信号が緩慢すぎるということである。当該の応答はカメラのサイクル時間が緩慢であるために強いジッタを有しており、このジッタが位置精度に対して直接に影響を及ぼしてしまう。また、カメラにきわめて大きいコストがかかる点も問題である。こんにちのカメラは、一方では内部の信号処理が複雑であるために製造コストがきわめて大きく、他方ではレジスタ制御部が測定を行う際にイーサネットへの接続のコストがかかるという欠点を有する。
【００１９】
プリントマークストリームセンサ
マークストリームセンサはマークストリームを走査し、複雑なインタフェース、典型的にはイーサネットを介して、長手方向レジスタ制御部ないし横方向レジスタ制御部へ情報を出力する。この例としてＰｒｅｍｏｃｙ社の製品が挙げられる。図６にはプリントマークＤＷ１〜ＤＷ５を含むマークストリームが示されている。個々のマークは、図６にハッチングによって示されている種々の色を有しており、例えば、相互にオフセットされた２つのくさび形マークの組が２０ｍｍ間隔で並んでいる。
【００２０】
プリントマークストリームセンサを使用する際の欠点として、センサが光点によって識別を行い、画像処理技術による識別を行わないため、僅かな種類のマークしか検出できないことが挙げられる。また、プリントマークの色に応じてセンサを種々に調整したりセンサを選択したりしなければならないことも欠点の１つである。光源で形成される光点は単色であり、全ての色を検出することはできないので、検出すべきマークの色に応じて、センサを交換するか、付加的なセンサを用意しなければならない。さらに、例えばマークは本来の印刷画像の一部であってもよいが、複雑な形態のマークの学習は不可能であることも欠点である。また、マークストリームセンサには大きなコストがかかる。つまり、一方では評価プログラムが複雑であるために製造コストがきわめて大きくなり、他方ではレジスタ制御部が測定を行う際にイーサネットへの接続のコストがかかる。そのほか、カメラベースシステムではマークの大きさおよび予測される最大偏差よりも大きなウィンドウを１つだけ走査すればよいが、光点は正確に位置決めされなければならないことも欠点として挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
したがって、本発明の基礎とする課題は、駆動時に迅速に動作し簡単に調整可能な材料マークセンサを提供することである。また、本発明は、駆動時に迅速に動作し簡単に調整可能な材料マークの検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この課題は、材料上または材料内に付されたマークを検出する材料マークセンサにおいて、カメラセンサおよび該カメラセンサに結合された評価論理ユニットが設けられており、前記カメラセンサは材料の面の一部に存在するマークを少なくとも走査線方式で走査し、前記評価論理ユニットは複数の論理素子を固定の設定によって結合したものであり、前記カメラセンサが走査した前記面の一部の上にマークを検出した場合、前記材料マークの位置に相応する材料マーク識別信号を出力する構成により解決される。前述した課題はまた、材料上または材料内に付されたマークを検出する、材料マークの検出方法において、少なくとも走査線方式で材料の面の一部に存在する材料マークを走査するステップと、走査された面において前記材料マークが検出された場合、マーク位置に相応する材料マーク識別信号を出力するステップとを有しており、ここで、複数の論理素子を固定の設定によって結合した回路により前記材料マーク識別信号を求めることにより解決される。前述した課題は、さらに、材料上または材料内に付されたマークを検出する、材料マークの２次元検出方法において、少なくとも走査線方式で材料の面の一部に存在する材料マークを走査するステップと、走査された面において前記材料マークが検出された場合、材料ウェブの運動方向に対して平行な方向におけるマーク位置と直交する方向におけるマーク位置とに相応する２つの材料マーク識別信号を出力するステップとを有していることによっても解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の材料マークセンサの実施例の概略図である。
【図２】材料マーク識別信号の信号特性図である。
【図３】本発明の方法の実施例のフローチャートである。
【図４】レジスタ制御部を備えたウェブ処理機の概略図である。
【図５】材料マーク走査装置の概略図である。
【図６】材料マークとして用いられるプリントマークストリームの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明は、材料の面の一部に存在する材料マークを少なくとも走査線方式で走査するために、従来の安価な大量生産のカメラ、例えば移動電話機またはウェブカムに用いられているようなカメラをカメラセンサとして用いることができるという着想を基礎としている。これまで、検出されたカメラ画像の評価はソフトウェアによって制御されており、走査された面部分の評価にはきわめて時間がかかっていた。しかし、複数の論理素子を固定の設定により結合した評価論理ユニット、例えば固定にプログラミングされた論理回路を半導体モジュールにおいて用いることにより、ソフトウェアによる緩慢な評価を省略することができ、材料の搬送が高速な場合にもつねに充分に迅速にマークを検出することができる。
【００２５】
本発明のアプローチは、大量生産されたカメラを用いることにより大幅なコストダウンが達成され、複数の論理素子を固定の設定により結合した評価論理ユニットを用いて、マーク識別において迅速な評価が達成されるという利点を有する。
【００２６】
本発明の有利な実施形態によれば、カメラセンサは材料の面部分について２次元でマークを走査するように構成される。これにより、種々の２次元パターンが識別され、種々のタイプのマークが良好に区別される。また、カメラセンサは従来のカメラをベースとしており、所定の面部分を２次元で検出できる。こうしてカメラセンサの機能が完全に活用される。
【００２７】
本発明の別の実施形態では、評価論理ユニットは、マークが検出されたときに第１の信号レベルの材料マーク識別信号を信号出力側へ出力し、マークが検出されなかったときに第１の信号レベルとは異なる第２の信号レベルの材料マーク識別信号を信号出力側へ出力するように構成される。評価論理ユニットがマークの検出をバイナリでシグナリングすることにより、材料マーク識別信号が迅速に出力される。
【００２８】
また、本発明の別の実施形態によれば、評価論理ユニットは、マークの開始部を検出したときに材料マーク識別信号の信号レベルの第１の変更を行い、マークの終了部を検出したときに材料マーク識別信号の信号レベルの第２の変更を行うように構成される。材料マーク識別信号のエッジの切り替わりにより、材料マークの識別された時点が迅速かつ正確に表される。これによって得られる識別の正確性は、材料マーク識別信号のステータス制御だけでは達成されない。
【００２９】
有利には、評価論理ユニットが、材料ウェブの運動方向に直交する方向でのマーク位置すなわちマークの横方向位置を検出し、当該の横方向位置に相応する所定の時間にわたって材料マーク識別信号を出力するか、または、第１の部分信号および第２の部分信号の信号エッジによりマーク幅を表す材料マーク識別信号を出力する。これにより、材料マークの有無だけでなく、マークの形状についての記述をバイナリの材料マーク識別信号の迅速な評価から取り出すこともできる。こうして、材料マーク識別信号を別のユニットによってさらに処理することが容易になる。
【００３０】
本発明の別の実施形態によれば、評価論理ユニットは材料の縁すなわちエッジを検出するように構成されている。例えば検出されたエッジは、枚葉紙の処理に際して枚葉紙のエッジならびに枚葉紙上のマークを検出する際に用いられる。これにより、枚葉紙のエッジからマークまでの距離が求められる。このようにすれば、印刷画像に対して、種々のカラーマークによる制御だけでなく、枚葉紙のエッジによる制御を行うこともできる。
【００３１】
有利には、カメラセンサおよび評価論理ユニットは電子半導体モジュールを有しており、この電子半導体モジュールは材料マーク識別信号について材料マークの開始部ないし終了部の検出後に最大でも１００μｓより小さい遅れしか有さないリアルタイム信号処理を行う。リアルタイム信号処理により、高速運動する搬送路を備えたウェブ処理機においても材料マークのリアルタイムでの識別および処理が可能となる。迅速な評価により搬送路におけるマークの位置が正確に求められるからである。
【００３２】
別の有利な実施形態では、評価論理ユニットは、所定の動作モードからトレーニングモードへ切り換えられる。トレーニングモードとは、カメラセンサによって撮影された画像において材料マークの所定の領域が識別され、この領域が基準パターンとして評価論理ユニットへ格納されるモードである。ここで、所定の領域は、例えばコントラストの相違または色の相違に基づいて、センサによって面部分の画像から自動的に求められる（これが基準パターンの"学習"である）。これにより、材料上または材料内のマークの設定パターンが検出されるだけでなく、材料マークセンサが新たなマーク形状を学習することもできる。こうして材料マークセンサの能力が増大される。
【００３３】
別の有利な実施形態によれば、評価論理ユニットは種々のタイプのマーク形状を基準パターンとして記憶し、記憶された基準パターンとの比較により、一致が確認された場合に材料マークを識別する。こうした構成により、材料上または材料内のマークを検出するあいだ、メモリに記憶されたマークによる補償が行われ、材料マークセンサの駆動におけるセンサの設定を変更せずに種々のマークを識別することができる。
【００３４】
また、本発明の別の有利な実施形態によれば、評価論理ユニットは種々のタイプのマーク形状をあらかじめ定義された基準パターンとして有する。これにより、長時間にわたるトレーニングなしに種々のマーク形状を識別することができ、材料マークセンサを迅速に現在のタイプのマークの識別に利用可能である。
【００３５】
有利な実施形態によれば、評価論理ユニットは記憶された基準パターンのうち１つを評価のための比較パターンとして選択する。これにより、有利には、記憶されたマークが複数個存在する場合にも、材料マークセンサごとに異なる種々のマーク形状のレジスタ制御を正確に選択およびトリガすることができる。
【００３６】
特に有利には、評価論理ユニットは、記憶された基準パターンをバイナリの入力に基づいて選択する。これにより、材料マークセンサへの応答のためのマーク形状の選択が電子制御によって迅速に切り換えられる。
【００３７】
また、評価論理ユニットは、記憶された基準パターンをセンサのスイッチおよび／またはキーボードからの入力に基づいて選択する。これにより、オペレータが手動での介入を行ったり相応のマークパターンを選択したりすることができる。これは特にウェブ処理機の設置後、使用開始時のキャリブレーションのときに有利である。
【００３８】
特に有利には、カメラセンサはマークの種々の色を区別し、評価論理ユニットは当該の種々の色により同種のマーク形状を区別する。これにより、センサの設定や位置を変更せずに、材料マークの評価に用いられる種々のマーク、特にその形状を詳細に識別することができる。
【００３９】
有利な実施形態によれば、カメラセンサは走査された面部分のマークを複数回検出し、評価論理ユニットは当該の面部分で複数回検出されたマークのうち２つのマークに基づいて材料の運動速度を求める。マークを複数回検出することにより、外部の信号に依存せずに材料速度ひいてはマークの運動速度を監視することができる。こうして、求められた速度を用いて、後続のマークの検出ないし類似したパターンの識別を改善することができる。
【００４０】
さらに、評価論理ユニットは、カメラセンサおよび評価論理ユニットにおける信号の処理時間が既知であるとき、材料マーク識別信号によりカメラセンサおよび評価論理ユニットにおける信号の無駄時間を補償する。この場合、材料マークセンサの処理アルゴリズムに起因した材料マーク識別信号の大きな遅延が回避される。これにより、有利には、カメラセンサの下方での材料速度に依存しない材料マーク識別信号が得られ、レジスタ制御部が搬送路において処理ユニットの駆動を適切に制御できることが保証される。
【００４１】
別の有利な実施形態によれば、評価論理ユニットはカメラセンサによって走査された面部分の評価を外部のトリガに応じて行う。これにより、評価論理ユニットをつねに駆動しておく必要がなくなり、ウェブ処理機の動作に際してスイッチオンすればよくなる。これは、エネルギが節約されるという利点のほか、例えば、ウェブ処理機に分散して配置された複数の材料マークセンサによって材料マークの経路を追跡しなければならない場合、信号流の最適化が行われ、制御ユニットが今まさに材料マークの通過している材料マークセンサの信号のみを問い合わせればよくなるという利点も有する。こうして、所定の材料マークおよび後続の同種の材料マークの追跡に対する障害が回避される。
【００４２】
本発明はさらに材料ウェブを処理するウェブ処理機に関しており、本発明によれば、材料ウェブ上または材料ウェブ内に付されたマークを検出する材料マークセンサと、この材料マークセンサによって検出されたマークに応じて材料ウェブでの所定の処理ステップを実行する処理ユニットとが設けられている。
【００４３】
特に有利な実施形態によれば、前述した特徴を有する材料マークセンサと処理ユニットとの協働により、低コストであって迅速かつ高精度な位置検出が達成される。
【実施例】
【００４４】
本発明のさらなる特徴、利点および態様を以下に図示の実施例に則して詳細に説明する。
【００４５】
図１には、材料４０２の上部または内部に付された材料マークを検出する材料マークセンサ１００の概略図が示されている。材料マークセンサ１００はカメラセンサ１０２およびこれに結合された評価論理ユニット１０４を有する。カメラセンサ１０２は材料４０２の面部分１０６、例えばウェブ処理機の材料ウェブの所定のセクションを走査し、相応の信号を評価論理ユニット１０４へ送出する。評価論理ユニット１０４では、カメラセンサ１０２によって形成された信号を例えばあらかじめ既知となっている基準パターンとの比較により評価し、走査された面部分１０６においてマークが検出された場合、材料マーク識別信号１０８が出力される。材料マーク識別信号１０８は単独でまたは補助信号１０９と組み合わされて出力されるが、このことは後に詳細に説明する。当該の材料マーク識別信号１０８に基づいて、例えばウェブ処理機４００の後続の処理ユニットが制御される。ウェブ処理機４００が後続の処理ユニットにおいて種々の色を材料４０２へ塗布するマルチカラープリンタである場合、マーク５０２の評価および材料マーク識別信号１０８の出力により、種々の色を印刷する際の高精度の位置決めが達成される。
【００４６】
図１に示されている本発明の実施例によれば、カメラセンサ１０２として、例えば、携帯電話機用やウェブカム用に大量生産された従来の低コストのＣＣＤカメラまたは他のフォトセンサが用いられる。材料マーク識別信号１０８を材料ウェブ４０２の処理ユニットの制御に適切に利用するには、前述した面部分１０６において検出されたマークを従来のようにソフトウェアベースで評価するだけでは充分でない。面部分１０６のパターンをソフトウェアベースで評価することは特にウェブ処理機にとっては緩慢すぎる。このため、本発明によれば、評価論理ユニット１０４において材料マーク識別信号１０８が論理素子を固定の設定によって結合した回路をベースとして求められる。例えば評価論理ユニット１０４はアプリケーション専用集積回路ＡＳＩＣまたはフィールドプログラマブルゲートアレイＦＰＧＡの形態で構成される。その際に、評価論理ユニット１０４の論理素子の結合の形態は必ずしも材料マークセンサ１００のメーカで設定しなくてもよく、むしろ材料マークの識別を開始する前にそのつどメモリから新たにロードすると有利である。これにより、例えば、材料マークセンサ１００が種々のマーク形状に合わせて調整される。論理素子を固定の設定によって結合することにより、評価論理ユニット１０４はソフトウェアベースの評価よりも格段に迅速に動作する。低コストのカメラセンサ１０２に関連して、従来技術に比べて、きわめて安価でしかも迅速に動作する材料マークセンサ１００が得られる。
【００４７】
カメラセンサ１０２は、材料ウェブ４０２を少なくとも走査線方式で走査するように構成されている。例えば、カメラセンサ１０２は材料ウェブ４０２を搬送方向に対して横断方向に走査する。このようにすると、マーク５０２が既知の形状を有する場合に、材料ウェブに対する走査面の位置を簡単かつ正確に検出することができる。材料ウェブ４０２上のマークの位置は、例えば、搬送方向に対する横断方向でのマークの延在状態によって求められる。前述した面部分１０６を走査線方式で搬送方向に沿って走査することにより、材料ウェブ４０２上のマーク５０２の位置が正確に求められる。この場合、例えば、マーク５０２は搬送方向に沿って検出される。
【００４８】
したがって、本発明の第１の実施例では、次のようなセンサの特徴の利用が目指されていることがわかる。すなわち、ＣＣＤカメラまたはラインスキャンカメラなどを用いたカメラベースのマークの評価が行われること、センサ信号の評価部がスマートカメラと同様にカメラ内に集積されること、バイナリ出力が行われ、搬送方向および搬送方向に対する横断方向における位置検出が可能となること、ならびに、高速運動するウェブ処理機での利用に適した迅速な信号出力が行われることである。
【００４９】
基本的には、こんにちのカメラシステムは前述した幾つかの機能を有しているが、コストが高くなったり、処理速度が不足したりすることがある。ここで、固定にプログラミングされた評価論理ユニットおよび／またはセンサに対して機能の適合する評価部を備えたカメラセンサを用いることにより、従来技術に対していちじるしい改善が達成される。こんにちのスマートカメラはアプリケーションに合わせてプログラミングされた高価なものであり、高速運動するウェブ処理機の各部品を駆動制御するには緩慢すぎるからである。充分に迅速な評価を行うには、安価なセンサとプログラミングされない評価論理ユニットとを用いて同様の機能を達成することが提案される。
【００５０】
材料マーク識別信号１０８および補助信号１０９の出力はレジスタ制御部にとってリアルタイムで迅速に応答できるバイナリの出力であることに注意されたい。当該のプロセスにおける迅速さとは、材料マークセンサが典型的には１０ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓまでの搬送速度を有する処理機において、１００μｍよりも小さい高い測定精度で測定値を迅速に処理できることを意味する。１０ｍ／ｓは１０μｍ／μｓに相応するから、材料マークセンサはバイナリ出力の時間的ジッタとして最大で１０μｓを有し、これにより理想的な速度での位置走査を行っても位置ジッタは最大で１００μｍとなる。
【００５１】
図２には材料マーク識別信号１０８ないし補助信号１０９の時間ｔに関する信号特性図が示されている。上方の部分チャート２０２には個別の材料マーク識別信号１０８を用いたときの信号特性が示されている。第１の時点２０４で、長手方向レジスタのマークエッジにより、材料ウェブ４０２上のマーク５０２の開始部が識別されている。第２の時点２０６ではマーク５０２の終了部が識別されている。第１の時点から第２の時点までの信号の時間間隔２０８により、マーク５０２の幅ないし面部分１０６に対するマーク位置が推論される。エッジおよびパルス幅により長手方向レジスタおよび横方向レジスタが制御される。
【００５２】
図２の中央の部分チャート２１０には、材料マーク識別信号１０８および補助信号１０９を用いたときの信号特性が示されている。この場合、第１の時点２０４では材料マーク識別信号１０８に関して長手方向レジスタの短いパルス（立ち上がりエッジ）が示されており、補助信号１０９によりマーク５０２の幅に相応するステータス制御信号が横方向レジスタに対するパルス幅として出力されている。例えば、第１の出力すなわち材料マーク識別信号１０８は長手方向のマーク位置を表しており、第２の出力すなわち補助信号１０９は横方向レジスタに対するパルス幅の尺度を表している。ここで、材料マーク識別信号１０８は例えばウェブ処理機の後続の処理ユニットにおけるトリガに用いられ、補助信号１０９は材料ウェブ４０２上のマーク５０２の詳細な監視に用いられる。
【００５３】
図２の下方の部分チャート２１２には、別の実施例において材料マーク識別信号１０８および補助信号１０９を用いたときの信号特性が示されている。中央の部分チャート２１０に示されている実施例とは異なり、この実施例では、補助信号１０９に対しても短いパルス（立ち下がりエッジ）が示されている。材料ウェブ４０２でのマーク５０２の幅は、材料マーク識別信号１０８から補助信号１０９までの時間間隔２０８によって求められる。中央の部分チャート２１０に示されている実施例とは異なり、横方向の位置は材料マーク識別信号１０８のエッジすなわちマークの開始部から補助信号１０９のエッジすなわちマークの終了部までの間隔によって表される。上方の部分チャート２０２および中央の部分チャート２１０の信号がステータス制御されるのに対して、当該の信号はパルス制御されるために時間的な精度が高く、材料ウェブにおけるマーク位置も相応に高精度に求められる。
【００５４】
２つの信号１０８，１０９のレベルおよびエッジは可変であり、例えば図２に示されているこれらの信号のレベルは相互に逆であってもよいことに注意されたい。
【００５５】
これらの実施例では、材料マークセンサは、図１に示されているようなトレーニング入力側１１２すなわち評価論理ユニット１０４の学習機能部を作動させる信号の入力側を有する。ここで、学習過程を開始するための別のバイナリ入力側１１２または別のキーボードが材料マークセンサ１００に設けられていてもよい。学習過程ではマーク形状の学習が行われる。こうした材料マークセンサでの学習過程は、識別すべきマークがセンサの下方に搬送されて来たときまたは手動でセンサの下方に置かれたときに、センサに対してバイナリ信号の学習命令を送出することにより、簡単に行うことができる。カメラセンサ１０２により撮影された画像およびその特徴から典型的なパターンおよびその特徴が識別され、これを用いてマーク識別のストラテジが定められる。学習過程がトリガされたときにカメラセンサ１０２の視野に存在したマークないしマーク形状がそれ以降のマーク形状として認識される。マーク形状が単純であればそもそも学習過程は必要なく、撮影された画像からマークが簡単に取得される。これに代えて、学習過程が作動された後、カメラセンサの視野において光学的パターンとして識別された次のマークの形状を目標マーク形状とするように学習過程を進行させてもよい。後者の実施例では、運動する材料ウェブに対して、マークを有する材料ウェブの面部分を手動でセンサの下方にいちいち配置する必要がなく、迅速な学習が可能である。これにより、学習過程の適用がいっそう簡単化される。
【００５６】
また、カメラセンサ１０２はカラーセンサとして構成されてもよい。色の評価が行われることにより、同じ形状のマークであっても異なる色によって相互に区別することができる。このようにすれば、例えば同じ形状で種々の色の複数のプリントマークを有する材料ウェブにおいて、カメラセンサがプリントマークのうち１つを取り出すことができる。
【００５７】
別の実施例では、材料マークセンサは自動的に無駄時間補償を行う。これは、まず、識別すべきマークがカメラセンサの視野において複数回識別された場合、材料マークセンサが複数個の測定に基づいてマークの運動速度を計算し、次に、求められた運動速度とカメラセンサにおける処理時間の知識とから、カメラセンサが内部の処理無駄時間を補償するための出力信号を送出することによって行われる。この結果、マークがカメラセンサの下方に位置する時点でアクティブとなるバイナリ信号すなわち運動速度に基づく信号が得られる。これに対して、従来技術でのプリントマークセンサによってはマークの運動速度は検出されない。
【００５８】
また、別の実施例では、標準タイプのマークが学習されることにより、学習過程が簡単化される。センサがあらかじめ学習して外部または内部のメモリに記憶したタイプのマークを取得できる場合、製造のたびに新たな学習過程を行うことなく、記憶されたマークを選択すればよい。当該の選択は例えばバイナリ入力側１１２またはジョグダイアルスイッチなどを介して行われるか、あるいは、センサでローカルに行われる。標準タイプのマークは例えばブロック形、くさび形、２重くさび形、点状、正方形状のマークなどである。
【００５９】
これに代えて、センサはメモリに記憶されている種々のタイプのマークをウェブ上で識別された複数のマークと比較することもできる。この場合、個々のタイプを明示的に選択するわけではないので、選択のためのバイナリ信号は必要なくなる。
【００６０】
さらに別の実施例では、面部分１０６の走査は、図１に示されているように、評価論理ユニット１０４のトリガ入力側１１４を介して外部からトリガされる。基本的には、材料マークセンサ１００の動作方式は、このセンサが迅速に連続して画像評価および記憶されているマークとの比較を行うように定められている。付加的に、センサ１００は、連続した迅速な内部走査に代えて、１回ずつの撮像ないし数回ずつの撮像を外部のトリガによって行ってもよい。
【００６１】
また、拡大効果を考慮して、マークタイプと記憶されている基準パターンと比較することもできる。例えば、サイズ２ｍｍ×５ｍｍのマークを識別できるセンサではサイズ１ｍｍ×２．５ｍｍのマークも識別できる。
【００６２】
これにより、記憶される基準マークの個数が低減され、材料ウェブの垂直方向での振動に対して幾分かのトレランスが得られる。材料ウェブに垂直方向での振動が発生すると、材料ウェブからセンサまでの距離が変動し、ひいては、撮影される画像のサイズが変化してしまう。この振動を考慮しておけばマーク位置をいっそう正確に求めることができる。
【００６３】
本発明は、周期的な製造過程によって動作する処理機、例えばパッケージング機においても適用可能である。この場合、ふつう、カメラ装置により、製品の位置が高精度に検出される。位置情報によって例えばピックアンドプレイス過程を制御することもできる。これは、求められた位置を用いてピックアンドプレイス過程の力学特性に応じた目標位置を設定することにより行われる。こうして任意の時点で到来する製品の位置をカメラ装置によって求めることができる。
【００６４】
本発明の材料ウェブでのマークの検出方法３００は図３に示されている。この場合にも前述した利点が実現される。第１のステップ３０２では少なくとも走査線方式で材料の所定の面部分のマークが走査される。続いて、第２のステップ３０４でマークが識別されると材料マーク識別信号が出力される。ここで、材料マーク識別信号は材料上または材料内のマークの位置を表す。また、材料マーク識別信号は複数の論理素子を固定の設定によって結合した回路により求められる。
【符号の説明】
【００６５】
１００  材料マークセンサ、  １０２  カメラセンサ、  １０４  評価論理ユニット、  １０６  走査される面部分、  １０８  材料マーク識別信号、  １０９  補助信号、  ４０２  材料ウェブ、  ５０２  材料マーク、  ２０２，２１０，２１２  部分チャート、  ２０４，２０６  時点、  ２０８  時間、  ３００  材料マーク検出方法、  ３０２  走査ステップ、  ３０５  出力ステップ
【図１】
2009276352.tif 000003
【図２】
2009276352.tif 000004
【図３】
2009276352.tif 000005
【図４】
2009276352.tif 000006
【図５】
2009276352.tif 000007
【図６】
2009276352.tif 000008