JP5551374B2 - 張力・速度計測装置および方法 - Google Patents
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Description
また、ウェブの速度を計測する別の手段として、非接触式のドップラーレーザ速度計がある。
また、ロール軸に掛かる力からウェブの張力を算出する方法やウェブの固有振動から張力を算出する方法では、ウェブの速度を同時に測ることができないという問題点があった。
また、非接触式のドップラーレーザ速度計には、非常に高価であるという問題点があった。
また、本発明の張力・速度計測装置の1構成例において、前記演算手段は、前記信号抽出手段が計測した個々の周期の基準周期に対する変化量に基づいて前記ウェブの表面速度を算出する速度算出手段と、前記基準周期をしきい値として前記干渉波形の周期を2値化する2値化手段と、この2値化手段の出力の周期を測定する周期測定手段と、この周期測定手段が測定した周期から前記ウェブの振動周波数を算出する周波数算出手段と、前記ウェブの表面速度と前記ウェブの振動周波数に基づいて前記ウェブの張力を算出する張力算出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の張力・速度計測装置の1構成例において、前記基準周期補正手段は、補正前の前記基準周期をT0、前記基準周期T0の第1の所定数倍未満の周期の度数をNs、前記基準周期T0の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期の度数をN、前記基準周期T0の第1の所定数倍未満の周期に含まれるj番目(jは1〜Nsの整数)の周期をTsj、前記基準周期T0の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期に含まれるi番目(iは1〜Nの整数)の周期をTiとしたとき、(ΣTi−Ns×T0+ΣTsj)/(N−Ns)または(ΣTi+ΣTsj)/Nにより前記基準周期T0の補正値を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の張力・速度計測装置の1構成例は、さらに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える計数手段と、この計数手段によって干渉波形の数を数える期間における最小発振波長と最大発振波長と前記計数手段の計数結果とから前記半導体レーザと前記ウェブとの距離を算出する距離算出手段と、この距離算出手段が算出した距離から前記基準周期の初期値を求める基準周期算出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の張力・速度計測装置の1構成例は、さらに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える計数手段と、前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、前記距離比例個数から前記基準周期の初期値を算出する基準周期算出手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の張力・速度計測装置の1構成例において、前記移動平均値算出手段は、前記補正対象の干渉波形の周期の直前に計測された所定数の干渉波形の周期の移動平均値と前記補正対象の干渉波形の周期の直後に計測された所定数の干渉波形の周期の移動平均値とを算出し、前記周期補正手段は、前記移動平均値算出手段が算出した2つの移動平均値のうち小さい方をT1、大きい方をT2とし、Tx=T1+α・(T2−T1)としたとき(0≦α≦1)、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Txの所定数k倍未満の場合は(kは1未満の正の値)、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を1つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Txの(m−0.5)倍以上で且つ前記Txの(m+0.5)倍未満の場合は(mは2以上の自然数)、前記補正対象の干渉波形の周期をm等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がm個あるものとすることを特徴とするものである。
また、本発明の張力・速度計測装置の1構成例において、前記代表周期算出手段は、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記代表周期とすることを特徴とするものである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る張力・速度計測装置の構成を示すブロック図である。図1の張力・速度計測装置は、測定対象のウェブ11にレーザ光を放射する半導体レーザ1と、半導体レーザ1の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード2と、半導体レーザ1からの光を集光して放射すると共に、ウェブ11からの戻り光を集光して半導体レーザ1に入射させるレンズ3と、半導体レーザ1を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ4と、フォトダイオード2の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部5と、電流−電圧変換増幅部5の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部6と、フィルタ部6の出力電圧に含まれる自己結合信号であるモードホップパルス(以下、MHPとする)の周期を計測する信号抽出部7と、信号抽出部7が計測した個々の周期の基準周期に対する変化に基づいてウェブ11の張力と速度とを算出する演算部8と、演算部8の計測結果を表示する表示部9とを有する。
制御部104は、ウェブ11の張力と速度とがそれぞれ所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。
図1のレーザドライバ4と電流−電圧変換増幅部5とフィルタ部6と信号抽出部7と演算部8と表示部9とは、制御部104の内部に設けられる。
L=qλ/2 ・・・(1)
式(1)において、qは整数である。この現象は、ウェブ11からの散乱光が極めて微弱であっても、半導体レーザ1の共振器内の見かけの反射率が増加することにより、増幅作用が生じ、十分観測できる。
図8(A)〜図8(D)は信号抽出部7の動作を説明するための図であり、図8(A)はフィルタ部6の出力電圧の波形、すなわちMHPの波形を模式的に示す図、図8(B)は図8(A)に対応する2値化部70の出力を示す図、図8(C)は信号抽出部7に入力されるサンプリングクロックCLKを示す図、図8(D)は図8(B)に対応する周期測定部71の測定結果を示す図である。
信号抽出部7の計測結果は、演算部8の記憶部80に格納される。基準周期算出部81は、基準周期T0[samplings]の初期値を予め算出して記憶部80に格納する。具体的には、基準周期算出部81は、ウェブ搬送装置によってウェブ11の搬送が開始された搬送初期時に信号抽出部7によって計測された所定数のMHPの周期の移動平均値を基準周期T0の初期値とする。
D=n×λ/(2×T0) ・・・(2)
V=n×λ/(2×T0)×fad/(T0+n) ・・・(3)
2値化部83は、基準周期T0をしきい値として信号抽出部7の計測結果を2値化する(図11ステップS200)。具体的には、2値化部83は、信号抽出部7によって計測され記憶部80に記憶されたMHPの周期が基準周期T0以上であれば2値化出力を「1」(ハイレベル)とし、MHPの周期が基準周期T0未満であれば2値化出力を「0」(ローレベル)とする。2値化部83の出力は記憶部80に格納される。2値化部83は、このような2値化処理をMHPが発生する度に行う。
fsig=fad/Tsig ・・・(4)
張力算出部86は、速度算出部82が算出したウェブ11の速度Vと周波数算出部85が算出したウェブ11の振動周波数fsigとからウェブ11の張力F[N]を次式のように算出する(図11ステップS203)。
F=M×W×(2×S×fsig−V)2×10-9 ・・・(5)
ウェブ搬送装置の制御部104は、演算部8の算出結果に基づいて、ウェブ11の速度と張力とがそれぞれ所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。
度数分別部87と周期分別部88とは、以上の分別処理を所定の測定期間毎に行う。第1の発振期間P1と第2の発振期間P2の各々を測定期間として設定してもよいし、これらの発振期間P1,P2とは別の長さで測定期間を設定してもよい。
T0’=(ΣTi−Ns×T0+ΣTsj)/(N−Ns) ・・・(6)
また、基準周期補正部89は、次式により基準周期T0の補正値T0’を算出してもよい。
T0’=(ΣTi+ΣTsj)/N ・・・(7)
MHPの波形に欠落が生じた場合を考えると、計測時に欠落が生じたとしても、元々の正規分布は変化しないため、基準周期T0の1.5倍よりも長い周期の度数は無視してもよく、基準周期T0の0.5倍以上1.5倍以下のMHPの周期とその度数から基準周期T0の補正値T0’を算出すればよいことになる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は基準周期T0の初期値の他の求め方を説明するものである。図15は本実施の形態の演算部8aの構成の1例を示すブロック図である。演算部8aは、記憶部80と、速度算出部82と、2値化部83と、周期測定部84と、周波数算出部85と、張力算出部86と、度数分別部87と、周期分別部88と、基準周期補正部89と、フィルタ部6の出力信号に含まれるMHPの数を数える計数部90と、計数部90によってMHPの数を数える期間における最小発振波長と最大発振波長と計数部90の計数結果とから半導体レーザ1とウェブ11との距離を算出する距離算出部91と、距離算出部91が算出した距離から基準周期T0の初期値を求める基準周期算出部92とから構成される。
Lα(t)=λa×λb×(MHP(t−1)+MHP(t))
/{4×(λb−λa)} ・・・(8)
Lβ(t)=λa×λb×(|MHP(t−1)−MHP(t)|)
/{4×(λb−λa)} ・・・(9)
Vα(t)=(MHP(t−1)−MHP(t))×λb/4 ・・・(10)
Vβ(t)=(MHP(t−1)+MHP(t))×λb/4 ・・・(11)
Vcalα(t)=Lα(t)−Lα(t−1) ・・・(12)
Vcalβ(t)=Lβ(t)−Lβ(t−1) ・・・(13)
次に、距離算出部91は、式(8)〜式(13)の算出結果を用いて、ウェブ11の状態を判定する。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、基準周期T0の初期値の他の求め方を説明するものである。図16は本実施の形態の演算部8bの構成の1例を示すブロック図である。演算部8bは、記憶部80と、速度算出部82と、2値化部83と、周期測定部84と、周波数算出部85と、張力算出部86と、度数分別部87と、周期分別部88と、基準周期補正部89と、計数部90と、半導体レーザ1とウェブ11との平均距離に比例したMHPの数(以下、距離比例個数とする)NLを求める距離比例個数算出部93と、計数部90の計数結果の増減方向の一致不一致あるいは計数結果の平均値の変化に応じて、計数部90の最新の計数結果に正負の符号を付与する符号付与部94と、距離比例個数NLからMHPの周期を算出する基準周期算出部95とから構成される。
NL=(Nu+Nd)/2 ・・・(14)
NL=(Nu’+Nd’)/2 ・・・(15)
距離比例個数NLは、記憶部80に格納される。距離比例個数算出部93は、以上のような距離比例個数NLの算出処理を、計数部90によってMHPの数が測定される時刻毎(発振期間毎)に行う。
つまり、距離比例個数NLを正しく求めるためには、ウェブ11が変位状態であるか微小変位状態であるかを判定し、ウェブ11が変位状態である場合には、正側に折り返されている計数結果に負の符号を付与する補正を行う必要がある。
T0=C/(2×f×NL) ・・・(16)
ここで、fは三角波の周波数、Cは光速である。基準周期算出部95は、式(16)によって算出した周期を基準周期T0の初期値として記憶部80に格納すればよい。以上のようにして、本実施の形態では、基準周期T0の初期値を求めることができる。
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、2値化部83が基準周期T0をしきい値として信号抽出部7の計測結果を2値化し、周期測定部84が2値化部83の出力の周期を測定しているが、2値化する前にノイズ除去のために信号抽出部7の計測結果を補正してもよい。
周期補正部97は、補正対象のMHPの周期Tが0.5Tave以上1.5Tave未満の場合、補正対象のMHPの周期Tを補正しない。
また、周期補正部97は、図21(E)に示すように補正対象のMHPの周期Tが2.5Tave以上3.5Tave未満の場合、図21(F)に示すように補正対象のMHPの周期Tを3等分した周期をそれぞれ補正後の周期T1’,T2’,T3’とする。3.5Tave以上についても同様である。すなわち、周期補正部97は、補正対象のMHPの周期Tが(m−0.5)Tave以上で(m+0.5)Tave未満の場合(mは2以上の自然数)、補正対象のMHPの周期Tをm等分した周期をそれぞれ補正後の周期とする。周期補正部97は、以上のような補正処理を信号抽出部7から計測結果が出力される度に行う。
信号の欠落が生じると、欠落が生じた箇所でのMHPの周期Twは、本来の周期のおよそ2倍になる。つまり、MHPの周期が基準周期T0のおよそ2倍以上の場合には、信号に欠落が生じていると判断できる。そこで、周期Twを2等分することで、信号の欠落を補正することができる。
N’=N+j[%]=N+Nw ・・・(18)
N=(N’−2Nw)+(Nw−Nw’)+2Nw’=N’−Nw+Nw’
・・・(19)
N−0.5Nw’+(0.5Nw’+(Nw−Nw’))
=(N−Nw+Nw’)+(0.5Nw’+(Nw−Nw’))
=N’ ・・・(20)
基準周期算出部81、速度算出部82、周期測定部84、周波数算出部85、張力算出部86、度数分別部87、周期分別部88および基準周期補正部89の動作は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
こうして、本実施の形態では、MHPの周期の誤差を補正することができるので、ウェブ11の速度や張力の計測精度を向上させることができる。
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、補正対象のMHPの周期の比較対象として移動平均値Taveを用いる代わりに、補正対象のMHPの周期の直前に計測された所定数のMHPの周期の移動平均値TAと補正対象のMHPの周期の直後に計測された所定数のMHPの周期の移動平均値TBとを用いるものである。本実施の形態においても、張力・速度計測装置の構成および演算部の構成は第4の実施の形態と同様であるので、図1、図20の符号を用いて説明する。
なお、第4の実施の形態と第5の実施の形態とを統一した思想で表現すると、周期補正部97の動作は以下のようになる。すなわち、周期補正部97は、移動平均値算出部96が算出した2つの移動平均値のうち小さい方をT1、大きい方をT2とし、Tx=T1+α・(T2−T1)としたとき(0≦α≦1)、補正対象のMHPの周期がk・Tx未満の場合は(kは1未満の正の値)、補正対象のMHPの周期と次に計測されたMHPの周期とを合わせた周期を補正後のMHPの周期とし、周期を合わせた波形を1つの波形とする。また、周期補正部97は、補正対象のMHPの周期が(m−0.5)・Tx以上で(m+0.5)・Tx未満の場合は(mは2以上の自然数)、補正対象のMHPの周期をm等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がm個あるものとする。
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、2値化部83が基準周期T0をしきい値として信号抽出部7の計測結果を2値化し、周期測定部84が2値化部83の出力の周期を測定しているが、2値化した後にノイズ除去のために2値化部83の出力を補正してもよい。
次に、度数分布作成部98は、周期測定部84の測定結果から、一定時間TD(TDは例えばMHP100個分の時間)における周期の度数分布を作成する。図31は度数分布の1例を示す図である。度数分布作成部98が作成した度数分布は、記憶部80に格納される。度数分布作成部98は、このような度数分布の作成をTD時間毎に行う。
N’=N−Ns+Nw ・・・(21)
式(21)において、N’は補正後の計数結果である。この補正後の計数結果N’は、記憶部80に格納される。計測結果補正部111は、このような補正をTD時間毎に行う。
本来、2値化部83の出力の周期はウェブ11の振動周波数によって異なるが、ウェブ11の振動周波数が不変であれば、2値化部83の出力のパルスは同じ周期で出現する。しかし、ノイズのために、MHPの波形には欠落が生じたり、信号として数えるべきでない波形が生じたりして、結果として2値化部83の出力の波形にも欠落や信号として数えるべきでない波形が生じ、2値化部83の出力のパルスの計数結果に誤差が生じる。
fsig=N’/TD ・・・(22)
以上のように、本実施の形態では、2値化部83の出力の周期を測定して一定時間TDにおける周期の度数分布を作成し、周期の度数分布から2値化部83の出力の周期の分布の代表値である代表周期TEを算出し、一定時間TDの期間において2値化部83の出力のパルスの数を数え、度数分布から、代表周期TEの0.5倍以下である階級の度数の総和Nsと代表周期TEの1.5倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて2値化部83の出力のパルスの計数結果を補正することにより、2値化部83の出力の計数誤差を補正することができるので、ウェブ11の振動周波数の測定精度を向上させることができる。その結果、本実施の形態では、ウェブ11の速度や張力の計測精度を向上させることができる。
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。第1〜第6の実施の形態では、半導体レーザ1を三角波状に発振させていたが、これに限るものではなく、図34(A)に示すように半導体レーザ1を鋸波状に発振させてもよい。すなわち、本実施の形態では、第1の発振期間P1または第2の発振期間P2のいずれか一方が繰り返し存在するように半導体レーザ1を動作させればよい。
次に、本発明の第8の実施の形態について説明する。第1〜第7の実施の形態では、MHP波形を含む電気信号を検出する検出手段としてフォトダイオード2と電流−電圧変換増幅部5とを用いたが、フォトダイオードを使用することなくMHP波形を抽出することも可能である。図35は本発明の第8の実施の形態に係る張力・速度計測装置の構成を示すブロック図であり、図1と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の張力・速度計測装置は、第1〜第7の実施の形態のフォトダイオード2と電流−電圧変換増幅部5の代わりに、検出手段として電圧検出部12を用いるものである。
こうして、本実施の形態では、フォトダイオードを使用することなくMHP波形を抽出することができ、第1〜第7の実施の形態と比較して張力・速度計測装置の部品を削減することができ、張力・速度計測装置のコストを低減することができる。また、本実施の形態では、フォトダイオードを使用しないので、外乱光による影響を除去することができる。
Claims (22)
- 搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブに搬送方向に対して斜めの方向からレーザ光を放射する半導体レーザと、
発振波長が連続的に単調増加する第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第2の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し存在するように前記半導体レーザを動作させる発振波長変調手段と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手段と、
この検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手段と、
この信号抽出手段が計測した個々の周期の基準周期に対する変化に基づいて、前記ウェブの表面速度およびウェブの張力を算出する演算手段とを備えることを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項1記載の張力・速度計測装置において、
前記演算手段は、
前記信号抽出手段が計測した個々の周期の基準周期に対する変化量に基づいて前記ウェブの表面速度を算出する速度算出手段と、
前記基準周期をしきい値として前記干渉波形の周期を2値化する2値化手段と、
この2値化手段の出力の周期を測定する周期測定手段と、
この周期測定手段が測定した周期から前記ウェブの振動周波数を算出する周波数算出手段と、
前記ウェブの表面速度と前記ウェブの振動周波数に基づいて前記ウェブの張力を算出する張力算出手段とを備えることを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項1記載の張力・速度計測装置において、
さらに、前記信号抽出手段の計測結果から、前記基準周期の第1の所定数倍未満の周期の度数と前記基準周期の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期の度数とを求める度数分別手段と、
前記信号抽出手段の計測結果から、前記基準周期の第1の所定数倍未満の周期と前記基準周期の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期とを抽出する周期分別手段と、
前記度数分別手段が求めた度数と前記周期分別手段が抽出した周期とに基づいて前記基準周期を補正する基準周期補正手段とを備えることを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項3記載の張力・速度計測装置において、
前記基準周期補正手段は、補正前の前記基準周期をT0、前記基準周期T0の第1の所定数倍未満の周期の度数をNs、前記基準周期T0の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期の度数をN、前記基準周期T0の第1の所定数倍未満の周期に含まれるj番目(jは1〜Nsの整数)の周期をTsj、前記基準周期T0の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期に含まれるi番目(iは1〜Nの整数)の周期をTiとしたとき、(ΣTi−Ns×T0+ΣTsj)/(N−Ns)または(ΣTi+ΣTsj)/Nにより前記基準周期T0の補正値を算出することを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の張力・速度計測装置において、
さらに、前記信号抽出手段が計測した所定数の干渉波形の周期の平均を前記基準周期の初期値とする基準周期算出手段を備えることを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の張力・速度計測装置において、
さらに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える計数手段と、
この計数手段によって干渉波形の数を数える期間における最小発振波長と最大発振波長と前記計数手段の計数結果とから前記半導体レーザと前記ウェブとの距離を算出する距離算出手段と、
この距離算出手段が算出した距離から前記基準周期の初期値を求める基準周期算出手段とを備えることを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の張力・速度計測装置において、
さらに、前記検出手段の出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える計数手段と、
前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手段と、
前記距離比例個数から前記基準周期の初期値を算出する基準周期算出手段とを備えることを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項2記載の張力・速度計測装置において、
前記演算手段は、さらに、前記信号抽出手段で計測された補正対象の干渉波形の周期に対して、その直前と直後のうち少なくとも一方において計測された干渉波形の周期の移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、
前記補正対象の干渉波形の周期と前記移動平均値とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正する周期補正手段とを備え、
前記2値化手段は、前記干渉波形の周期を2値化する代わりに、前記周期補正手段によって補正された周期を、前記基準周期をしきい値として2値化することを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項8記載の張力・速度計測装置において、
前記移動平均値算出手段は、前記補正対象の干渉波形の周期の直前に計測された所定数の干渉波形の周期の移動平均値と前記補正対象の干渉波形の周期の直後に計測された所定数の干渉波形の周期の移動平均値とを算出し、
前記周期補正手段は、前記移動平均値算出手段が算出した2つの移動平均値のうち小さい方をT1、大きい方をT2とし、Tx=T1+α・(T2−T1)としたとき(0≦α≦1)、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Txの所定数k倍未満の場合は(kは1未満の正の値)、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を1つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Txの(m−0.5)倍以上で且つ前記Txの(m+0.5)倍未満の場合は(mは2以上の自然数)、前記補正対象の干渉波形の周期をm等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がm個あるものとすることを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項2記載の張力・速度計測装置において、
前記演算手段は、さらに、前記周期測定手段の測定結果から一定時間における2値化出力の周期の度数分布を作成する2値化出力周期度数分布作成手段と、
前記2値化出力の周期の度数分布から前記2値化出力の周期の分布の代表値である代表周期を算出する代表周期算出手段と、
前記2値化出力周期度数分布作成手段が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間の期間において前記2値化出力のパルスの数を数える2値化出力計数手段と、
前記2値化出力の周期の度数分布から、前記代表周期の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと前記代表周期の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記2値化出力計数手段の計数結果を補正する計測結果補正手段とを備え、
前記周波数算出手段は、前記周期測定手段が測定した周期から前記ウェブの振動周波数を算出する代わりに、前記計測結果補正手段で補正された計数結果と前記一定時間に基づいて前記ウェブの振動周波数を算出することを特徴とする張力・速度計測装置。 - 請求項10記載の張力・速度計測装置において、
前記代表周期算出手段は、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記代表周期とすることを特徴とする張力・速度計測装置。 - 搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブに搬送方向に対して斜めの方向からレーザ光を放射する半導体レーザを、発振波長が連続的に単調増加する第1の発振期間と発振波長が連続的に単調減少する第2の発振期間のうち少なくとも一方が繰り返し存在するように動作させる発振手順と、
前記半導体レーザから放射されたレーザ光と前記ウェブからの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む電気信号を検出する検出手順と、
この検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の周期を干渉波形が入力される度に計測する信号抽出手順と、
この信号抽出手順で計測した個々の周期の基準周期に対する変化に基づいて、前記ウェブの表面速度およびウェブの張力を算出する演算手順とを備えることを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項12記載の張力・速度計測方法において、
前記演算手順は、
前記信号抽出手順で計測した個々の周期の基準周期に対する変化量に基づいて前記ウェブの表面速度を算出する速度算出手順と、
前記基準周期をしきい値として前記干渉波形の周期を2値化する2値化手順と、
この2値化手順で得られた出力の周期を測定する周期測定手順と、
この周期測定手順で測定した周期から前記ウェブの振動周波数を算出する周波数算出手順と、
前記ウェブの表面速度と前記ウェブの振動周波数に基づいて前記ウェブの張力を算出する張力算出手順とを含むことを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項12記載の張力・速度計測方法において、
さらに、前記信号抽出手順の計測結果から、前記基準周期の第1の所定数倍未満の周期の度数と前記基準周期の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期の度数とを求める度数分別手順と、
前記信号抽出手順の計測結果から、前記基準周期の第1の所定数倍未満の周期と前記基準周期の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期とを抽出する周期分別手順と、
前記度数分別手順で求めた度数と前記周期分別手順で抽出した周期とに基づいて前記基準周期を補正する基準周期補正手順とを備えることを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項14記載の張力・速度計測方法において、
前記基準周期補正手順は、補正前の前記基準周期をT0、前記基準周期T0の第1の所定数倍未満の周期の度数をNs、前記基準周期T0の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期の度数をN、前記基準周期T0の第1の所定数倍未満の周期に含まれるj番目(jは1〜Nsの整数)の周期をTsj、前記基準周期T0の第1の所定数倍以上第2の所定数倍以下の周期に含まれるi番目(iは1〜Nの整数)の周期をTiとしたとき、(ΣTi−Ns×T0+ΣTsj)/(N−Ns)または(ΣTi+ΣTsj)/Nにより前記基準周期T0の補正値を算出することを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項12乃至15のいずれか1項に記載の張力・速度計測方法において、
さらに、前記信号抽出手順で計測した所定数の干渉波形の周期の平均を前記基準周期の初期値とする基準周期算出手順を備えることを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項12乃至15のいずれか1項に記載の張力・速度計測方法において、
さらに、前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える計数手順と、
この計数手順によって干渉波形の数を数える期間における最小発振波長と最大発振波長と前記計数手順の計数結果とから前記半導体レーザと前記ウェブとの距離を算出する距離算出手順と、
この距離算出手順で算出した距離から前記基準周期の初期値を求める基準周期算出手順とを備えることを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項12乃至15のいずれか1項に記載の張力・速度計測方法において、
さらに、前記検出手順で得られた出力信号に含まれる前記干渉波形の数を、前記第1の発振期間と前記第2の発振期間の各々について数える計数手順と、
前記干渉波形の数の平均値を算出することにより前記半導体レーザと前記ウェブとの平均距離に比例した干渉波形の数である距離比例個数を求める距離比例個数算出手順と、
前記距離比例個数から前記基準周期の初期値を算出する基準周期算出手順とを備えることを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項13記載の張力・速度計測方法において、
前記演算手順は、さらに、前記信号抽出手順で計測された補正対象の干渉波形の周期に対して、その直前と直後のうち少なくとも一方において計測された干渉波形の周期の移動平均値を算出する移動平均値算出手順と、
前記補正対象の干渉波形の周期と前記移動平均値とを比較することにより前記補正対象の干渉波形の周期を補正する周期補正手順とを備え、
前記2値化手順は、前記干渉波形の周期を2値化する代わりに、前記周期補正手順によって補正された周期を、前記基準周期をしきい値として2値化することを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項19記載の張力・速度計測方法において、
前記移動平均値算出手順は、前記補正対象の干渉波形の周期の直前に計測された所定数の干渉波形の周期の移動平均値と前記補正対象の干渉波形の周期の直後に計測された所定数の干渉波形の周期の移動平均値とを算出し、
前記周期補正手順は、前記移動平均値算出手順で算出した2つの移動平均値のうち小さい方をT1、大きい方をT2とし、Tx=T1+α・(T2−T1)としたとき(0≦α≦1)、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Txの所定数k倍未満の場合は(kは1未満の正の値)、この補正対象の干渉波形の周期と次に計測された干渉波形の周期とを合わせた周期を補正後の干渉波形の周期とし、周期を合わせた波形を1つの波形とし、前記補正対象の干渉波形の周期が前記Txの(m−0.5)倍以上で且つ前記Txの(m+0.5)倍未満の場合は(mは2以上の自然数)、前記補正対象の干渉波形の周期をm等分した周期をそれぞれ補正後の周期とし、補正後の周期の波形がm個あるものとすることを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項13記載の張力・速度計測方法において、
前記演算手順は、さらに、前記周期測定手順の測定結果から一定時間における2値化出力の周期の度数分布を作成する2値化出力周期度数分布作成手順と、
前記2値化出力の周期の度数分布から前記2値化出力の周期の分布の代表値である代表周期を算出する代表周期算出手順と、
前記2値化出力周期度数分布作成手順が度数分布作成の対象とする期間と同じ一定時間の期間において前記2値化出力のパルスの数を数える2値化出力計数手順と、
前記2値化出力の周期の度数分布から、前記代表周期の第1の所定数倍以下である階級の度数の総和Nsと前記代表周期の第2の所定数倍以上である階級の度数の総和Nwとを求め、これらの度数NsとNwに基づいて前記2値化出力計数手順の計数結果を補正する計測結果補正手順とを備え、
前記周波数算出手順は、前記周期測定手順で測定した周期から前記ウェブの振動周波数を算出する代わりに、前記計測結果補正手順で補正された計数結果と前記一定時間に基づいて前記ウェブの振動周波数を算出することを特徴とする張力・速度計測方法。 - 請求項21記載の張力・速度計測方法において、
前記代表周期算出手順は、階級値と度数との積が最大となる階級値を前記代表周期とすることを特徴とする張力・速度計測方法。
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