JP6126485B2 - Velocity measuring apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体の表面速度を計測する速度計測装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a speed measuring apparatus and method for measuring a surface speed of an object being transported from a sending side to a receiving side by a transport apparatus.
従来より、紙、フィルム、セロファン、金属箔、ゴムなどのロール状に巻き取った物体（以下、ウェブと呼ぶ）を送出部から繰り出して、ウェブに対して所定の処理を行い、処理後のウェブを受取部によって巻き取るウェブ搬送装置が知られている。このようなウェブ搬送装置では、ウェブの表面速度を一定に制御し、巻き出し・巻き取りしたウェブの長さを正確に計測する必要がある。 Conventionally, a roll (paper, film, cellophane, metal foil, rubber, etc.) of an object (hereinafter referred to as a web) is fed out from a sending unit, and a predetermined process is performed on the web. There is known a web conveyance device that winds up a sheet by a receiving unit. In such a web transport device, it is necessary to control the surface speed of the web to be constant and to accurately measure the length of the web that has been unwound and wound.
ウェブの表面速度と絶対距離を同時に計測する手段としては、自己結合型のレーザ速度計が提案されている（特許文献１参照）。また、ウェブの表面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。 As a means for simultaneously measuring the web surface speed and the absolute distance, a self-coupled laser velocimeter has been proposed (see Patent Document 1). Another means for measuring the web surface speed is a non-contact Doppler laser velocimeter.
特許文献１に開示された自己結合型のレーザ速度計やドップラーレーザ速度計では、ウェブに対する取り付け角度が変わると、計測値の校正が必要になる。しかし、正確な取り付け角度が分からないと、校正を正しく行うことができず、校正誤差が生じるという問題点があった。 In the self-coupled laser velocimeter and the Doppler laser velocimeter disclosed in Patent Document 1, the measurement value needs to be calibrated when the mounting angle with respect to the web changes. However, if the correct mounting angle is not known, there is a problem that calibration cannot be performed correctly and a calibration error occurs.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、表面速度の計測値の校正を正しく行うことができる速度計測装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a speed measuring apparatus and method that can correctly calibrate the measured value of the surface speed.
本発明の速度計測装置は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体にレーザ光を放射する半導体レーザと、前記レーザ光と前記物体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信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記物体の表面速度を算出する速度算出手段と、前記干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離を算出する距離算出手段と、前記物体上に校正治具を搭載して前記表面速度の校正を行う速度校正時または前記校正治具をその一部として備えた前記物体を搬送して前記表面速度の校正を行う速度校正時に、前記距離算出手段が算出した距離の値に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別する判別手段と、前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部である期間中の前記表面速度の積分値と前記校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、前記表面速度を校正する校正手段とを備えることを特徴とするものである。 The speed measuring device of the present invention is an interference waveform generated by a self-coupling effect between a semiconductor laser that emits laser light to an object that is being conveyed from a transmission side to a reception side by a conveyance device, and the laser light and return light from the object. Detecting means for detecting a signal including: speed calculating means for calculating a surface speed of the object based on information on an interference waveform included in an output signal of the detecting means; and the semiconductor laser based on information on the interference waveform A distance calculating means for calculating the distance between the object and the object, and a calibration jig mounted on the object to calibrate the surface speed, or the object having the calibration jig as a part thereof is conveyed. Whether or not the object existing in front of the semiconductor laser is the standard part of the calibration jig based on the distance value calculated by the distance calculation means at the time of speed calibration for calibrating the surface speed A determination means for determining, an integrated value of the surface velocity during a period in which the object existing in front of the semiconductor laser is a fixed portion of the calibration jig, and a known length of the fixed portion of the calibration jig Calibration means for calibrating the surface velocity so as to be equal is provided.
また、本発明の速度計測装置の１構成例は、さらに、前記距離算出手段の代わりに、前記検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離に比例した干渉波形の情報を抽出する距離比例情報抽出手段を備え、前記判別手段は、前記距離算出手段が算出した距離の値を用いる代わりに、速度校正時に前記距離比例情報抽出手段が抽出した干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別することを特徴とするものである。
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記校正治具は、板状の部材で、その上部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記上部の長さが前記既知の長さである。
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記校正治具は、開口部を備えた板状の部材で、その開口部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記開口部の長さが前記既知の長さである。
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記校正治具は、前記定尺部の始点と終点において前記半導体レーザの光軸上の前記距離の不連続点を作るための傾斜が前記定尺部の側面に与えられているものである。
In addition, one configuration example of the velocity measuring device of the present invention is further proportional to the distance between the semiconductor laser and the object based on the information of the interference waveform included in the output signal of the detecting means instead of the distance calculating means. Distance proportional information extracting means for extracting the information of the interference waveform, and the determining means uses the interference waveform extracted by the distance proportional information extracting means during speed calibration instead of using the distance value calculated by the distance calculating means. On the basis of the above information, it is determined whether or not the object existing in front of the semiconductor laser is a fixed portion of the calibration jig.
Further, in one configuration example of the speed measuring device of the present invention, the calibration jig is a plate-like member, the upper part thereof is the fixed part, and the length of the upper part along the conveyance direction of the object is The known length.
Further, in one configuration example of the speed measuring device of the present invention, the calibration jig is a plate-like member having an opening, and the opening is the fixed portion, which is along the conveying direction of the object. The length of the opening is the known length.
Further, in one configuration example of the speed measuring device according to the present invention, the calibration jig has an inclination for creating a discontinuous point of the distance on the optical axis of the semiconductor laser at the starting point and the ending point of the standard part. It is given to the side of the standard part.
また、本発明の速度計測方法は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体にレーザ光を放射する放射ステップと、前記レーザ光と前記物体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信号を検出する検出ステップと、前記検出ステップで得られた出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記物体の表面速度を算出する速度算出ステップと、前記干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離を算出する距離算出ステップと、前記物体上に校正治具を搭載して前記表面速度の校正を行う速度校正時または前記校正治具をその一部として備えた前記物体を搬送して前記表面速度の校正を行う速度校正時に、前記距離算出ステップで算出した距離の値に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別する判別ステップと、前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部である期間中の前記表面速度の積分値と前記校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、前記表面速度を校正する校正ステップとを含むことを特徴とするものである。 Further, the speed measurement method of the present invention is caused by a radiation step of radiating a laser beam to an object being conveyed from a transmission side to a reception side by a conveyance device, and a self-coupling effect between the laser beam and a return light from the object. A detection step for detecting a signal including an interference waveform, a velocity calculation step for calculating a surface velocity of the object based on information on the interference waveform included in the output signal obtained in the detection step, and information on the interference waveform. A distance calculating step for calculating a distance between the semiconductor laser and the object based on the above, and a calibration jig mounted on the object for speed calibration to calibrate the surface speed or the calibration jig as a part thereof When the speed is calibrated by conveying the object and calibrating the surface speed, the object exists in front of the semiconductor laser based on the distance value calculated in the distance calculation step. A determination step of determining whether a body is a fixed portion of the calibration jig; an integral value of the surface velocity during a period in which an object existing in front of the semiconductor laser is the fixed portion of the calibration jig; And a calibration step for calibrating the surface velocity so that the known length of the fixed portion of the calibration jig is equal.
本発明によれば、物体上に校正治具を搭載して表面速度の校正を行う速度校正時または校正治具をその一部として備えた物体を搬送して表面速度の校正を行う速度校正時に、距離算出手段が算出した距離の値に基づいて半導体レーザの前方に存在する物体が校正治具の定尺部かどうかを判別し、半導体レーザの前方に存在する物体が校正治具の定尺部である期間中の表面速度の積分値と校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、表面速度を校正することにより、表面速度の計測値の校正を正しく行うことができる。本発明の自己結合型の速度計測装置は、ドップラーレーザ速度計と異なり、表面速度と同時に絶対距離を計測することができるため、簡単な構成で表面速度の校正を行うことができる。 According to the present invention, at the time of speed calibration in which a calibration jig is mounted on an object to calibrate the surface speed, or at the time of speed calibration in which an object having the calibration jig as a part is conveyed to calibrate the surface speed. Based on the distance value calculated by the distance calculating means, it is determined whether the object existing in front of the semiconductor laser is a standard part of the calibration jig, and the object existing in front of the semiconductor laser is determined by the standard of the calibration jig. The measured value of the surface velocity can be calibrated correctly by calibrating the surface velocity so that the integral value of the surface velocity during the period of the part is equal to the known length of the standard part of the calibration jig. it can. Unlike the Doppler laser velocimeter, the self-coupled velocity measuring device of the present invention can measure the absolute distance at the same time as the surface velocity, so that the surface velocity can be calibrated with a simple configuration.
また、本発明では、距離算出手段が算出した距離の値を用いる代わりに、速度校正時に距離比例情報抽出手段が抽出した干渉波形の情報に基づいて半導体レーザの前方に存在する物体が校正治具の定尺部かどうかを判別することができる。 Further, in the present invention, instead of using the distance value calculated by the distance calculating means, the object existing in front of the semiconductor laser based on the interference waveform information extracted by the distance proportional information extracting means at the time of speed calibration is corrected by the calibration jig. It is possible to determine whether or not it is a fixed portion.
また、本発明では、定尺部の始点と終点において距離の不連続点を作るための傾斜を校正治具の定尺部の側面に与えることにより、定尺部の始点と終点を明確にすることができ、表面速度の校正誤差を更に改善することができる。 Further, in the present invention, the start point and the end point of the standard part are clarified by providing the side surface of the standard part of the calibration jig with an inclination for creating a discontinuity point of the distance at the start point and the end point of the standard part. And the surface speed calibration error can be further improved.
［第１の実施の形態］
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速度計測装置の構成を示すブロック図である。図１の速度計測装置は、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）の数を数える信号抽出部７と、信号抽出部７の計数結果に基づいてウェブ１１の表面速度を算出する演算部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。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the speed measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. The speed measuring device in FIG. 1 condenses light from a semiconductor laser 1 that emits laser light to a
半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とは、センサモジュール１０を構成している。また、フォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とは、検出手段を構成している。
The semiconductor laser 1, the
図２は本実施の形態の速度計測装置を適用するウェブ搬送装置の構成を示すブロック図である。ウェブ搬送装置は、送出側ガイド軸１００と、受取側ガイド軸１０１と、送出側ガイド軸１００に装着される送出側ロール１０２と、受取側ガイド軸１０１に装着される受取側ロール１０３と、送出側ガイド軸１００を駆動し、送出側ロール１０２を回転させる送出側モータ駆動部（不図示）と、受取側ガイド軸１０１を駆動し、受取側ロール１０３を回転させる受取側モータ駆動部（不図示）と、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制御部１０４とを有する。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a web conveyance device to which the speed measurement device of the present embodiment is applied. The web conveyance device includes a sending
送出側モータ駆動部が送出側ロール１０２を回転させると、送出側ロール１０２に巻かれたウェブ１１が繰り出される。受取側では、受取側モータ駆動部が受取側ロール１０３を回転させることにより、受取側ロール１０３がウェブ１１を巻き取る。
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。
When the delivery-side motor driving unit rotates the delivery-
The
半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とからなるセンサモジュール１０は、図２に示すように送出側ガイド軸１００と受取側ガイド軸１０１間のウェブ１１上に配置され、ウェブ１１に対してレーザ光を斜方照射する。レーザ光を斜方照射するのは、ウェブ１１の表面速度をレーザ光軸方向の速度ベクトルとして計測するためである。
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。
The
The
次に、本実施の形態の速度計測装置の動作を詳細に説明する。以下、説明容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。 Next, the operation of the speed measuring device according to the present embodiment will be described in detail. Hereinafter, for ease of explanation, it is assumed that a semiconductor laser 1 of a type that does not have a mode hopping phenomenon (VCSEL type, DFB laser type) is used.
レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図３は、半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図である。図３において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔｔは三角波の周期である。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂおよび発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。
The
半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、ウェブ１１に入射する。ウェブ１１で反射された光の一部は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部５は、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。
Laser light emitted from the semiconductor laser 1 is collected by the
フィルタ部６は、変調波から重畳信号（ＭＨＰ）を抽出する機能を有するものである。図４（Ａ）は電流−電圧変換増幅部５の出力電圧波形を模式的に示す図、図４（Ｂ）はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２の出力に相当する図４（Ａ）の波形（変調波）から、図３の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図４（Ｂ）のＭＨＰ波形（干渉波形）を抽出する過程を表している。
The
次に、信号抽出部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。特許文献１で説明しているとおり、ＭＨＰは半導体レーザ１から放射されたレーザ光とウェブ１１からの戻り光との自己結合効果によって生じる信号である。信号抽出部７は、論理ゲートからなるカウンタを利用するものでもよいし、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を利用してＭＨＰの周波数（すなわち単位時間あたりのＭＨＰの数）を計測するものでもよい。
Next, the
次に、演算部８は、信号抽出部７が数えたＭＨＰの数に基づいてウェブ１１の表面速度を算出する。図５は演算部８の構成の１例を示すブロック図である。演算部８は、信号抽出部７の計数結果等を記憶する記憶部８０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８１（距離比例情報抽出手段）と、ウェブ１１の表面速度を算出する速度算出部８２と、信号抽出部７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信号抽出部７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８３と、ウェブ１１上に後述する校正治具を搭載して表面速度の校正を行う速度校正時に、距離算出部８３が算出した距離の値に基づいて半導体レーザ１の前方に存在する物体が校正治具の定尺部かどうかを判別する判別部８４と、半導体レーザ１の前方に存在する物体が校正治具の定尺部である期間中の表面速度の積分値と校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、表面速度を校正する校正部８５とから構成される。
Next, the
まず、演算部８の速度算出処理について説明する。信号抽出部７の計数結果は、演算部８の記憶部８０に格納される。距離比例個数算出部８１は、記憶部８０に格納された、信号抽出部７の計数結果から距離比例個数ＮＬを求める。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は距離比例個数算出部８１の動作を説明するための図であり、図６（Ａ）は半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図、図６（Ｂ）は信号抽出部７の計数結果の時間変化を示す図である。図６（Ｂ）において、Ｎｕは第１の発振期間Ｐ１の計数結果、Ｎｄは第２の発振期間Ｐ２の計数結果である。
First, the speed calculation process of the
図６（Ａ）から明らかなように、第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２は交互に訪れるので、計数結果Ｎｕと計数結果Ｎｄも交互に現れる。計数結果Ｎｕ，Ｎｄは、距離比例個数ＮＬとウェブ１１のレーザ光軸方向の速度ベクトルに比例したＭＨＰの数（以下、変位比例個数とする）ＮＶとの和もしくは差である。距離比例個数ＮＬは、計数結果ＮｕとＮｄの平均値に相当する。また、計数結果ＮｕまたはＮｄと距離比例個数ＮＬとの差が、変位比例個数ＮＶに相当する。
As is clear from FIG. 6A, the first oscillation period P1 and the second oscillation period P2 come alternately, so that the count result Nu and the count result Nd also appear alternately. The counting results Nu and Nd are the sum or difference between the distance proportional number NL and the number of MHPs (hereinafter referred to as displacement proportional number) NV proportional to the velocity vector of the
距離比例個数算出部８１は、次式に示すように現時刻ｔ以前の計数結果ＮｕとＮｄとを用いて、距離比例個数ＮＬを算出する。
ＮＬ＝（Ｎｕ＋Ｎｄ）／２ ・・・（１）
The distance proportional
NL = (Nu + Nd) / 2 (1)
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８１は、以上のような距離比例個数ＮＬの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。
The distance proportional number NL is stored in the
次に、速度算出部８２は、距離比例個数ＮＬからウェブ１１の表面速度を算出する。信号抽出部７の計数結果Ｎ（すなわち、ＮｕまたはＮｄ）と距離比例個数ＮＬとの差がウェブ１１の表面速度に比例するため、半導体レーザ１の発振波長変調の搬送波（三角波）の半周期あたりのウェブ１１の進行方向の変位Ｄは次式で算出できる。
Ｄ＝λ／２×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ ・・・（２）
Next, the
D = λ / 2 × | N−NL | × cos θ (2)
式（２）において、λは半導体レーザ１の発振平均波長、θは図２に示すように半導体レーザ１からのレーザ光の光軸がウェブ１１に対してなす角度である。搬送波の周波数をｆとすると、式（２）よりウェブ１１の表面速度Ｖは次式で算出できる。
Ｖ＝α×λ×ｆ×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ ・・・（３）
In Equation (2), λ is the average oscillation wavelength of the semiconductor laser 1, and θ is the angle formed by the optical axis of the laser beam from the semiconductor laser 1 with respect to the
V = α × λ × f × | N−NL | × cos θ (3)
式（３）におけるαは校正係数であり、校正係数αの初期値は１である。速度算出部８２は、式（３）による表面速度Ｖの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。表示部９は、演算部８が算出したウェブ１１の表面速度Ｖを表示する。
In Expression (3), α is a calibration coefficient, and the initial value of the calibration coefficient α is 1. The
次に、演算部８の速度校正処理について説明する。図７は演算部８の速度校正処理を示すフローチャートである。
まず、速度校正時には、図８に示すように既知の長さＪＬの定尺部を備えた校正治具１２をウェブ１１上に載せてウェブ１１の搬送を上記と同様に行う（図７ステップＳ１００）。本実施の形態では、半導体レーザ１からのレーザ光が当たる校正治具１２の上部が既知の長さＪＬの定尺部となっている。なお、ウェブ１１の搬送方向と校正治具１２の長さ方向とが平行である必要があるので、校正誤差を防ぐため、校正治具１２は真上から見たときの直径がＪＬの平面視円形であることが好ましい。また、校正治具１２は、ウェブ１１の搬送方向と垂直な１対の辺のうち一方が上底で他方が下底の平面視台形であってもよい。この台形の高さがＪＬとなる。
Next, the speed calibration process of the
First, at the time of speed calibration, as shown in FIG. 8, a
また、校正治具１２の厚みは、距離算出部８３が算出する距離の分解能以上の厚みであることが必要である。ウェブ１１上に校正治具１２を安定的に搭載しておくことが難しい場合には、校正治具１２をウェブ１１に固定するようにすればよい。このときの固定方法としては、例えば粘着テープ等による方法がある。
In addition, the thickness of the
次に、演算部８の距離算出部８３は、信号抽出部７によってＭＨＰの数を数える期間における最小発振波長λａと最大発振波長λｂと信号抽出部７の計数結果とから、レーザ光の光軸方向にある物体と半導体レーザ１との距離Ｌを算出する（図７ステップＳ１０１）。この距離算出方法は、例えば特開２０１０−２１０３８２号公報に開示されており、周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。
Next, the
続いて、演算部８の判別部８４は、距離算出部８３が算出した距離Ｌの値から半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部かどうかを判別する（図７ステップＳ１０２）。図９に示すように縦軸に距離Ｌ、横軸に時間ｔをとった場合、距離算出部８３が算出する距離Ｌの値は、半導体レーザ１からのレーザ光が校正治具１２に当たっているときに小さくなり、レーザ光がウェブ１１に当たっているときに大きくなる。
Subsequently, the
したがって、判別部８４は、例えば距離Ｌが減少し且つこの減少時の距離Ｌが微分不可能であるときを校正治具１２へのレーザ光の照射が始まったときと判断することができ、この減少の後に距離Ｌが増加し且つこの増加時の距離Ｌの単位時間当たりの変化量の絶対値が所定値以上であるときを校正治具１２へのレーザ光の照射が終わったときと判断することができ、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部である期間（図９のＪｔ）を検出することができる。
Therefore, the
演算部８の校正部８５は、判別部８４の判別結果から、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部である期間中の表面速度Ｖの積分値Ｉを算出し、この積分値Ｉと校正治具１２の定尺部の既知の長さＪＬとから校正係数αを以下のように算出する（図７ステップＳ１０３）。
α＝ＪＬ／Ｉ ・・・（４）
Based on the determination result of the
α = JL / I (4)
そして、校正部８５は、算出した校正係数αを速度算出部８２に設定して、校正係数αの値を更新する（図７ステップＳ１０４）。以上で、速度校正処理が終了する。こうして、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部である期間中の表面速度Ｖの積分値Ｉと校正治具１２の定尺部の既知の長さＪＬとが等しくなるように、表面速度Ｖを校正することができる。以降の速度算出処理では、速度校正処理で更新した校正係数αの値が使用される。
Then, the
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、距離算出部８３が算出した距離Ｌの値から半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部かどうかを判別しているが、距離比例個数ＮＬの値から半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部かどうかを判別するようにしてもよい。図１０に示すように縦軸に距離比例個数ＮＬ、横軸に時間ｔをとった場合、距離比例個数算出部８１が算出する距離比例個数ＮＬの値は、半導体レーザ１からのレーザ光が校正治具１２に当たっているときに小さくなり、レーザ光がウェブ１１に当たっているときに大きくなる。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, it is determined whether the object existing in the optical axis direction of the semiconductor laser 1 is the fixed portion of the
したがって、判別部８４は、例えば距離比例個数ＮＬが減少し且つこの減少時の距離比例個数ＮＬが微分不可能であるときを校正治具１２へのレーザ光の照射が始まったときと判断することができ、この減少の後に距離比例個数ＮＬが増加し且つこの増加時の距離比例個数ＮＬの単位時間当たりの変化量の絶対値が所定値以上であるときを校正治具１２へのレーザ光の照射が終わったときと判断することができ、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部である期間（図１０のＪｔ）を検出することができる。
Therefore, the
校正部８５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、第１の実施の形態において距離Ｌの代わりに距離比例個数ＮＬを用いて、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部かどうかを判別することができる。
The operation of the
［第３の実施の形態］
第１〜第２の実施の形態では、速度校正処理時に断面が長方形の校正治具１２を使用しているが、このような形状の校正治具１２の場合、半導体レーザ１からのレーザ光が校正治具１２の側面に当たることにより、校正治具１２の定尺部の始点、終点の判断がし辛くなる。
[Third Embodiment]
In the first and second embodiments, the
そこで、校正治具１２の代わりに、図１１に示すように半導体レーザ１からのレーザ光が当たる上面が既知の長さＪＬの定尺部となる、断面が台形の校正治具１２ａを使用してもよい。この台形の上底の長さがＪＬであり、下底の長さＤＬは上底よりも短い（ＪＬ＞ＤＬ）。ウェブ１１の垂線１３に対する校正治具１２ａの側面の傾きφは、半導体レーザ１からのレーザ光の光軸がウェブ１１に対してなす角度θ以上であることが好ましい。
Therefore, instead of the
こうして、本実施の形態では、校正治具１２の代わりに校正治具１２ａを用いることにより、第１〜第２の実施の形態と比較して、表面速度Ｖの校正誤差を更に改善することができる。
なお、ウェブ１１の搬送方向に対して校正治具１２ａが傾くことによる校正誤差を防ぐため、第１の実施の形態と同様に校正治具１２ａは真上から見たときの直径がＪＬの平面視円形であることが好ましい。また、校正治具１２ａは、ウェブ１１の搬送方向と垂直な１対の辺のうち一方が上底で他方が下底の平面視台形であってもよい。この台形の高さがＪＬとなる。
Thus, in this embodiment, by using the
Note that, in order to prevent a calibration error due to the inclination of the
［第４の実施の形態］
第１〜第３の実施の形態では、距離算出部８３が算出する距離の分解能以上の厚みを有する校正治具１２，１２ａの上面が既知の長さＪＬの定尺部となっているが、距離算出部８３が算出する距離の分解能以上の深さを有する開口部を既知の長さＪＬの定尺部としてもよい。つまり、校正治具１２，１２ａの代わりに、図１２に示すように長さＪＬの開口部１４を備えた校正治具１２ｂを使用してもよい。開口部１４は、上記のとおり距離の分解能以上の深さを有するものであればよく、校正治具１２ｂを貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。
[Fourth Embodiment]
In the first to third embodiments, the upper surfaces of the calibration jigs 12 and 12a having a thickness equal to or greater than the resolution of the distance calculated by the
図１３に示すように縦軸に距離Ｌ、横軸に時間ｔをとった場合、距離算出部８３が算出する距離Ｌの値は、半導体レーザ１からのレーザ光が校正治具１２ｂの外枠部１５に照射されているときに小さくなり、レーザ光がウェブ１１または校正治具１２ｂの開口部１４に照射されているときに大きくなる。距離比例個数算出部８１が算出する距離比例個数ＮＬについても図１３と同様の変化を示す。
As shown in FIG. 13, when the distance L is plotted on the vertical axis and the time t is plotted on the horizontal axis, the value of the distance L calculated by the
したがって、判別部８４は、例えば距離Ｌがいったん減少した後に増加し且つこの増加時の距離Ｌが微分不可能であるときを校正治具１２ｂの定尺部へのレーザ光の照射が始まったときと判断することができ、この増加の後に距離Ｌが減少し且つこの減少時の距離Ｌの単時間当たりの変化量の絶対値が所定値以上であるときを校正治具１２ｂの定尺部へのレーザ光の照射が終わったときと判断することができ、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２ｂの定尺部である期間（図１３のＪｔ）を検出することができる。
Accordingly, the
また、判別部８４は、例えば距離比例個数ＮＬがいったん減少した後に増加し且つこの増加時の距離比例個数ＮＬが微分不可能であるときを校正治具１２ｂの定尺部へのレーザ光の照射が始まったときと判断することができ、この増加の後に距離比例個数ＮＬが減少し且つこの減少時の距離比例個数ＮＬの単時間当たりの変化量の絶対値が所定値以上であるときを校正治具１２ｂの定尺部へのレーザ光の照射が終わったときと判断することができ、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２ｂの定尺部である期間を検出することができる。
Further, the discriminating
校正部８５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、第１〜第２の実施の形態において校正治具１２の代わりに校正治具１２ｂを用いても、第１〜第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、ウェブ１１の搬送方向に対して校正治具１２ｂが傾くことによる校正誤差を防ぐため、校正治具１２ｂの開口部１４は真上から見たときの直径がＪＬの平面視円形であることが好ましい。また、校正治具１２ｂは、ウェブ１１の搬送方向と垂直な１対の辺のうち一方が上底で他方が下底の平面視台形であってもよい。この台形の高さがＪＬとなる。
The operation of the
In addition, in order to prevent a calibration error due to the
［第５の実施の形態］
第４の実施の形態では、開口部１４の断面形状が長方形の校正治具１２ｂを使用しているが、このような形状の校正治具１２ｂの場合、半導体レーザ１からのレーザ光が開口部１４の側面に当たることにより、校正治具１２ｂの定尺部の始点、終点の判断がし辛くなる。
[Fifth Embodiment]
In the fourth embodiment, the
そこで、校正治具１２ｂの代わりに、図１４に示すように断面が台形の開口部１４ｃを備えた校正治具１２ｃを使用してもよい。この台形の上底の長さがＪＬであり、下底の長さＢＬは上底よりも長い（ＪＬ＜ＢＬ）。第４の実施の形態と同様に、開口部１４ｃは、距離算出部８３が算出する距離の分解能以上の深さを有するものであればよく、校正治具１２ｃを貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。ウェブ１１の垂線１３に対する開口部１４ｃの側面の傾きφは、半導体レーザ１からのレーザ光の光軸がウェブ１１に対してなす角度θ以上であることが好ましい。
Therefore, instead of the
こうして、本実施の形態では、校正治具１２ｂの代わりに校正治具１２ｃを用いることにより、第４の実施の形態と比較して、表面速度Ｖの校正誤差を更に改善することができる。
なお、ウェブ１１の搬送方向に対して校正治具１２ｃが傾くことによる校正誤差を防ぐため、第４の実施の形態と同様に校正治具１２ｃの開口部１４ｃは真上から見たときの直径がＪＬの平面視円形であることが好ましい。また、校正治具１２ｃは、ウェブ１１の搬送方向と垂直な１対の辺のうち一方が上底で他方が下底の平面視台形であってもよい。この台形の高さがＪＬとなる。
Thus, in this embodiment, the calibration error of the surface velocity V can be further improved by using the
In addition, in order to prevent a calibration error due to the
なお、第１〜第５の実施の形態では、校正治具１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃの材質について説明していないが、校正治具１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃはウェブ１１に搭載可能なものであれば特に材質は問わない。
In the first to fifth embodiments, the materials of the calibration jigs 12, 12 a, 12 b and 12 c are not described, but the calibration jigs 12, 12 a, 12 b and 12 c can be mounted on the
また、第１〜第３の実施の形態では、ウェブ１１の搬送方向に沿った断面が四角形の校正治具１２，１２ａを用いたが、これに限るものではなく、校正治具１２，１２ａは以下のような３つの条件を満たすものであればよい。
（Ａ）定尺部の始点と終点において半導体レーザ１からの絶対距離は微分不可能。
（Ｂ）定尺部の始点と終点の半導体レーザ１からの絶対距離が等しい。
（Ｃ）始点と終点を結ぶ辺は直線か絶対距離がなだらかに変化する曲線。
In the first to third embodiments, the calibration jigs 12 and 12a having a quadrangular cross section along the conveyance direction of the
(A) The absolute distance from the semiconductor laser 1 cannot be differentiated at the start point and end point of the standard part.
(B) The absolute distance from the semiconductor laser 1 at the starting point and the ending point of the standard portion is equal.
(C) The side connecting the start point and the end point is a straight line or a curve whose absolute distance changes gently.
上記の（Ａ）〜（Ｃ）の条件を満たす最良の形状の校正治具１２，１２ａは、断面が四角形の板状の部材であるが、上面がなだらかな曲面の板状の部材であってもよい。
また、第４、第５の実施の形態では、ウェブ１１の搬送方向に沿った断面が四角形の開口部を備えた校正治具１２ｂ，１２ｃを用いたが、校正治具１２ｂ，１２ｃの開口部は上記の（Ａ）〜（Ｃ）の条件を満たすものであればよい。上記の（Ａ）〜（Ｃ）の条件を満たす最良の形状の校正治具１２ｂ，１２ｃは、断面が四角形の開口部を備えた部材であるが、開口部の底面がなだらかな曲面の板状の部材であってもよい。
The calibration jigs 12 and 12a having the best shape satisfying the above conditions (A) to (C) are plate-shaped members having a square cross section, but are plate-shaped members having a gently curved upper surface. Also good.
In the fourth and fifth embodiments, the calibration jigs 12b and 12c each having an opening having a square cross section along the conveyance direction of the
第１〜第５の実施の形態において少なくとも信号抽出部７，７ａと演算部８，８ａとは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第５の実施の形態で説明した処理を実行する。
In the first to fifth embodiments, at least the
なお、第１〜第５の実施の形態では、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送する物体の例としてウェブを例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、他の物体に本発明を適用することも可能である。
また、第１〜第５の実施の形態では、ウェブ上に校正治具を搭載して表面速度の校正を行う例について説明したが、これに限るものではなく、搬送する物体の一部が第１〜第５の実施の形態の校正治具１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃを構成していてもよい。
In the first to fifth embodiments, the web is described as an example of the object conveyed from the sending side to the receiving side by the conveying device. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. The invention can also be applied.
In the first to fifth embodiments, the example in which the calibration jig is mounted on the web and the surface speed is calibrated has been described. However, the present invention is not limited to this, and a part of the object to be conveyed is the first. The calibration jigs 12, 12a, 12b, and 12c of the first to fifth embodiments may be configured.
本発明は、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の表面速度を測定する技術に適用することができる。 The present invention can be applied to a technique for measuring the surface speed of a web that is an object being conveyed from a sending side to a receiving side by a conveying device.
１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅部、６…フィルタ部、７，７ａ…信号抽出部、８，８ａ…演算部、９…表示部、１０…センサモジュール、１１…ウェブ、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…校正治具、１４，１４ｃ…開口部、１５…外枠部、７０…２値化部、７１…周期測定部、８０…記憶部、８１…距離比例個数算出部、８２，８２ａ…速度算出部、８３…距離算出部、８４…判別部、８５…校正部、８６…基準周期算出部、１００…送出側ガイド軸、１０１…受取側ガイド軸、１０２…送出側ロール、１０３…受取側ロール、１０４…制御部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser, 2 ... Photodiode, 3 ... Lens, 4 ... Laser driver, 5 ... Current-voltage conversion amplification part, 6 ... Filter part, 7, 7a ... Signal extraction part, 8, 8a ... Calculation part, 9 ... Display part, 10 ... Sensor module, 11 ... Web, 12, 12a, 12b, 12c ... Calibration jig, 14, 14c ... Opening part, 15 ... Outer frame part, 70 ... Binarization part, 71 ... Period measurement part, DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記レーザ光と前記物体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信号を検出する検出手段と、
前記検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記物体の表面速度を算出する速度算出手段と、
前記干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離を算出する距離算出手段と、
前記物体上に校正治具を搭載して前記表面速度の校正を行う速度校正時または前記校正治具をその一部として備えた前記物体を搬送して前記表面速度の校正を行う速度校正時に、前記距離算出手段が算出した距離の値に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別する判別手段と、
前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部である期間中の前記表面速度の積分値と前記校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、前記表面速度を校正する校正手段とを備えることを特徴とする速度計測装置。 A semiconductor laser that emits a laser beam to an object being conveyed from the sending side to the receiving side by the conveying device; and
Detecting means for detecting a signal including an interference waveform caused by a self-coupling effect between the laser beam and the return beam from the object;
Speed calculating means for calculating a surface speed of the object based on information of an interference waveform included in an output signal of the detecting means;
Distance calculating means for calculating a distance between the semiconductor laser and an object based on the information of the interference waveform;
At the time of speed calibration to calibrate the surface speed by mounting a calibration jig on the object or at the time of speed calibration to calibrate the surface speed by transporting the object with the calibration jig as a part thereof, Discriminating means for discriminating whether or not the object existing in front of the semiconductor laser is a standard part of the calibration jig based on the distance value calculated by the distance calculating means;
The integrated value of the surface velocity during the period in which the object existing in front of the semiconductor laser is the standard part of the calibration jig is equal to the known length of the standard part of the calibration jig. A speed measurement apparatus comprising: calibration means for calibrating the surface speed.
さらに、前記距離算出手段の代わりに、前記検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離に比例した干渉波形の情報を抽出する距離比例情報抽出手段を備え、
前記判別手段は、前記距離算出手段が算出した距離の値を用いる代わりに、速度校正時に前記距離比例情報抽出手段が抽出した干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別することを特徴とする速度計測装置。 The speed measurement device according to claim 1,
Further, instead of the distance calculating means, distance proportional information extracting means for extracting information on the interference waveform proportional to the distance between the semiconductor laser and the object based on the information on the interference waveform contained in the output signal of the detecting means. Prepared,
Instead of using the distance value calculated by the distance calculating means, the determining means uses the interference waveform information extracted by the distance proportional information extracting means at the time of speed calibration to determine whether the object existing in front of the semiconductor laser is A speed measuring device for determining whether or not a calibration jig is a fixed portion.
前記校正治具は、板状の部材で、その上部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記上部の長さが前記既知の長さであることを特徴とする速度計測装置。 In the speed measuring device according to claim 1 or 2,
The calibration jig is a plate-like member, the upper part is the fixed part, and the length of the upper part along the conveyance direction of the object is the known length. apparatus.
前記校正治具は、開口部を備えた板状の部材で、その開口部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記開口部の長さが前記既知の長さであることを特徴とする速度計測装置。 In the speed measuring device according to claim 1 or 2,
The calibration jig is a plate-like member having an opening, and the opening is the fixed portion, and the length of the opening along the conveyance direction of the object is the known length. A speed measuring device characterized by that.
前記校正治具は、前記定尺部の始点と終点において前記半導体レーザの光軸上の前記距離の不連続点を作るための傾斜が前記定尺部の側面に与えられていることを特徴とする速度計測装置。 In the speed measuring device according to claim 3 or 4,
The calibration jig is characterized in that a slope for making a discontinuous point of the distance on the optical axis of the semiconductor laser is given to a side surface of the scale part at a start point and an end point of the scale part. Speed measuring device.
前記レーザ光と前記物体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信号を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで得られた出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記物体の表面速度を算出する速度算出ステップと、
前記干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離を算出する距離算出ステップと、
前記物体上に校正治具を搭載して前記表面速度の校正を行う速度校正時または前記校正治具をその一部として備えた前記物体を搬送して前記表面速度の校正を行う速度校正時に、前記距離算出ステップで算出した距離の値に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別する判別ステップと、
前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部である期間中の前記表面速度の積分値と前記校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、前記表面速度を校正する校正ステップとを含むことを特徴とする速度計測方法。 A radiation step of emitting laser light to an object being transported from a sending side to a receiving side by a transport device;
A detection step of detecting a signal including an interference waveform generated by a self-coupling effect between the laser beam and the return beam from the object;
A velocity calculating step for calculating a surface velocity of the object based on information of an interference waveform included in the output signal obtained in the detecting step;
A distance calculating step of calculating a distance between the semiconductor laser and an object based on the information of the interference waveform;
At the time of speed calibration to calibrate the surface speed by mounting a calibration jig on the object or at the time of speed calibration to calibrate the surface speed by transporting the object with the calibration jig as a part thereof, A determination step of determining whether an object existing in front of the semiconductor laser is a standard part of the calibration jig based on the distance value calculated in the distance calculation step;
The integrated value of the surface velocity during the period in which the object existing in front of the semiconductor laser is the standard part of the calibration jig is equal to the known length of the standard part of the calibration jig. And a calibration step of calibrating the surface velocity.
さらに、前記距離算出ステップの代わりに、前記検出ステップで得られた出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離に比例した干渉波形の情報を抽出する距離比例情報抽出ステップを備え、
前記判別ステップは、前記距離算出ステップで算出した距離の値を用いる代わりに、速度校正時に前記距離比例情報抽出ステップで抽出した干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別することを特徴とする速度計測方法。 The speed measurement method according to claim 6,
Further, instead of the distance calculating step, distance proportional information for extracting interference waveform information proportional to the distance between the semiconductor laser and the object based on the interference waveform information included in the output signal obtained in the detection step. With an extraction step,
In the determination step, instead of using the distance value calculated in the distance calculation step, the object existing in front of the semiconductor laser based on the information of the interference waveform extracted in the distance proportional information extraction step at the time of speed calibration is A speed measurement method characterized by determining whether the calibration jig is a fixed portion.
前記校正治具は、板状の部材で、その上部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記上部の長さが前記既知の長さであることを特徴とする速度計測方法。 The speed measuring method according to claim 6 or 7,
The calibration jig is a plate-like member, the upper part is the fixed part, and the length of the upper part along the conveyance direction of the object is the known length. Method.
前記校正治具は、開口部を備えた板状の部材で、その開口部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記開口部の長さが前記既知の長さであることを特徴とする速度計測方法。 The speed measuring method according to claim 6 or 7,
The calibration jig is a plate-like member having an opening, and the opening is the fixed portion, and the length of the opening along the conveyance direction of the object is the known length. A speed measurement method characterized by that.
前記校正治具は、前記定尺部の始点と終点において前記半導体レーザの光軸上の前記距離の不連続点を作るための傾斜が前記定尺部の側面に与えられていることを特徴とする速度計測方法。 The speed measurement method according to claim 8 or 9,
The calibration jig is characterized in that a slope for making a discontinuous point of the distance on the optical axis of the semiconductor laser is given to a side surface of the scale part at a start point and an end point of the scale part. Speed measurement method.
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