CN109990745A - 超声波装置及超声波测定方法 - Google Patents

超声波装置及超声波测定方法 Download PDF

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Abstract

提供超声波装置及超声波测定方法，能够高精度地检测对象物的位置。超声波装置具备：超声波发送接收部，通过以预定间隔向对象物发送超声波并且接收由所述对象物反射的超声波来输出接收信号；信号积分部，输出对预定期间的所述接收信号进行积分而获得的积分信号；以及位置检测部，根据所述积分信号的信号强度与预定的基准值的大小关系，检测所述对象物的位置。

Description

超声波装置及超声波测定方法
技术领域
本发明涉及一种超声波装置及超声波测定方法。
背景技术
以往，已知一种利用超声波来检测对象物的边缘(外边缘)的超声波装置(边缘检测传感器)(例如参照专利文献1)。
专利文献1是在薄片上形成图像的打印机，该打印机中设置有检测薄片边缘的边缘传感器。该边缘传感器具备用于发送超声波的发送器、用于接收超声波的接收器、以及用于相互连接发送器和接收器的支撑部件。该发送器和接收器夹着薄片的输送路径而配置，发送器对规定的检测区域发送超声波，接收器接收已经通过检测区域的超声波。由此，当输送路径上的薄片位置偏移时，由于接收器接收的超声波的信号值发生变化，因此可以判定薄片位置是否合适。
专利文献1：日本特开2010-139410号公报
但是，在如上所述的边缘传感器中，当从发送器发送超声波时，接收器还接收超声波在对象物与接收器之间、对象物与发送器之间以及发送器与接收器之间被多重反射的超声波。另外，多重反射的次数也不一样，例如，也存在在对象物与发送器之间被多重反射之后、再在发送器与接收器之间被多重反射的超声波。这种情况下，难以仅基于从接收器输出的信号强度来检测对象物的位置。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够高精度地检测对象物的位置的超声波装置、及超声波测定方法。
本发明的一个应用实例涉及的超声波装置，其特征在于，具备：超声波发送接收部，通过以预定间隔向对象物发送超声波并且接收由所述对象物反射的超声波来输出接收信号；信号积分部，输出对预定期间的所述接收信号进行积分而获得的积分信号；以及位置检测部，根据所述积分信号的信号强度与预定的基准值的大小关系，检测所述对象物的位置。
在本应用实例中，从超声波发送接收部以预定间隔发送超声波，并且接收由对象物反射的超声波。此时，由于超声波在超声波发送接收部与对象物之间进行多重反射，因此，在接收初次反射的超声波(1次反射分量)之后，依次接收被多重反射的超声波。因此，在接收1次反射分量的超声波时输出接收信号之后，按照在接收各多重反射分量的超声波的时机依次输出接收信号。
在此，在本应用实例中，输出在预定期间内对这些接收信号进行积分而获得的积分信号，将该积分信号的信号强度与基准值相比较，根据大小关系检测对象物的位置。这种情况下，当对象物朝着远离超声波的发送接收区域的方向偏移时，被对象物反射的超声波变少，因此积分信号的信号强度变小，反之当对象物以进入超声波的发送接收区域的方式偏移时，积分信号的信号强度变大。在此，如以往那样，在仅通过接收信号检测对象物的位置的情况下，如果产生多重反射的位置发生变动，则接收信号的信号强度也发生变化，无法实现高精度的位置检测。与之相反地，在本应用实例中，使用对预定期间的接收信号进行积分而获得的积分信号。这种情况下，只要对象物的位置没有变化，则积分信号的信号强度为固定值，能够高精度地检测对象物的位置。
在本应用实例的超声波装置中，优选的是，具备多重确定部，所述多重确定部用以确定基于所述对象物与所述超声波发送接收部之间多重反射的多重反射超声波而获得的接收信号，在发送超声波之后，所述信号积分部对第一次数的多重反射超声波被所述超声波发送接收部接收为止的期间所输出的所述接收信号进行积分。
在本应用实例中，信号积分部输出到第一次数(n次)的接收了多重反射超声波为止的接收信号，也就是接收了从1次到n次的接收信号而获得的积分信号。这样，通过固定进行积分的接收信号的次数，由此，对象物的位置未发生变化时的积分信号的信号强度稳定，能够实现高精度的位置检测。
在本应用实例的超声波装置中，优选的是，具备次数设定部，当向所述对象物发送单脉冲的所述超声波时，所述次数设定部将所述多重反射超声波的所述接收信号的信号强度成为第一阈值以上的最大次数设定为所述第一次数。
在本应用实例中，将获得在第一阈值以上的接收信号的多重反射分量的次数设定为第一次数。这种情况下，可以使用例如增益调节或低通滤波器等来除去第一次数以后的多重反射分量，从而通过简单的结构，获得从1次到n次的接收信号。
在本应用实例的超声波装置中，优选的是，由所述超声波发送接收部发送的所述超声波的间隔比从所述超声波发送接收部发送所述超声波之后到接收两次多重反射超声波的所述接收信号为止的时间更短。
在本应用实例中，超声波的输出间隔在从发送超声波之后到接收了2次多重超声波的接收信号为止的时间以下。由此，在对象物的位置没有发生变动的情况下，积分信号的信号强度变为相同或者大致相同的强度，在对象物的位置移动时，能够适当地检测移位。
在本应用实例的超声波装置中，优选的是，所述基准值为，所述对象物被配置为覆盖由所述超声波发送接收部发送所述超声波的发送范围的1/2时的所述积分信号的信号强度。
在本应用实例中，基准值设为，在覆盖超声波的发送范围的1/2的配置位置配置对象物时的积分信号的信号强度。这种情况下，能够使对象物从发送范围远离时可检测的对象物位置的检测范围、与对象物进一步进入发送范围内时可检测的对象物位置的检测范围相同。
本发明的一个应用实例涉及的超声波测定方法，基于具备超声波发送接收部的超声波装置来检测对象物的位置，该超声波发送接收部通过向所述对象物发送超声波并且接收由所述对象物反射的超声波来输出接收信号，以预定间隔从所述超声波发送接收部向所述对象物发送超声波，输出对预定期间内的所述接收信号进行积分而获得的积分信号，根据所述积分信号的信号强度与预定的基准值的大小关系，检测所述对象物的位置。在本应用实例中，与上述应用实例同样地，使用对预定期间的接收信号进行积分而获得的积分信号，因此，只要对象物的位置没有变化，则积分信号的信号强度为固定值，能够高精度地检测对象物的位置。
附图说明
图1是示出本实施方式的打印机的外观的结构例的立体图。
图2是示出本实施方式的打印机的概略结构的框图。
图3是示出本实施方式的边缘检测传感器的配置位置的图。
图4是示出本实施方式的边缘检测传感器的概略结构的框图。
图5是示出本实施方式的超声波发送接收部的概略结构的剖视图。
图6是本实施方式的超声波测定方法中的校准处理的流程图。
图7是图6的步骤S1中的超声波发送接收结果的一例的图。
图8是示出以发送周期TO发送超声波时、单独由超声波发送接收部接收每个超声波发送定时的超声波时的接收信号的波形的一例的图。
图9是示出积分信号的信号强度变化的一例的图。
图10是示出当介质朝+X侧移动Δx的量时的、介质相对于检测孔的位置的图。
图11是示出当介质朝-X侧移动Δx的量时的、介质相对于检测孔的位置的图。
图12是示出基于当介质移动到图10的位置时所发送的超声波而获得的接收信号的波形的图。
图13是示出基于当介质移动到图11的位置时所发送的超声波而获得的接收信号的波形的图。
图14是示出边缘检测传感器的其他例的示意图。
附图标记
10…打印机(电子设备)，12…输送单元，15…控制单元，20，20A…边缘检测传感器，21…超声波发送接收部，21A…发送部，21B…接收部，22…发送接收切换部，23…发送电路部，24…接收电路部，25…微型计算机，122…稿台，122A…检测孔，211…元件基板，211A…基板主体部，211A1…开口部，211A2…间隔壁，211B…振动膜，211B1…振动部，212…压电元件，212A…第一电极，212B…压电膜，212C…第二电极，241…降噪滤波器，242…可变增益放大器，243…信号积分部，244…积分信号采样部，245…接收信号采样部，251…参数设定部，252…次数设定部，253…多重确定部，254…位置检测部，M…介质，M1…边缘部，a…基准信号强度，b…信号强度。
具体实施方式
下面，对本发明涉及的一个实施方式进行说明。
在本实施方式中，对组装了作为本发明的超声波装置的边缘检测传感器的电子设备即打印机进行说明。
[打印机的概略结构]
图1是示出本实施方式的打印机10的外观的结构例的立体图。图2是示出本实施方式的打印机10的概略结构的框图。
如图1所示，打印机10具备供给单元11、输送单元12、滑架13、滑架移动单元14、及控制单元15(参照图2)。
该打印机10基于从诸如个人计算机等的外部设备30输入的印刷数据，控制各单元11、12、14及滑架13，在介质M上打印图像。此时，打印机10为了在介质M(对象物)的期望位置形成图像，通过设置在输送单元12的边缘检测传感器20检测介质M的边缘(边缘部M1)的位置。而且，当通过边缘检测传感器20判定介质M的边缘部M1从基准位置偏移时，控制单元15例如向用户发出警告以校正介质M的位置。
下面，对打印机10的各结构进行具体说明。
供给单元11是将作为图像形成对象的介质M供给到图像形成位置的单元。该供给单元11例如具备卷绕有介质M的辊体111(参照图1)、辊驱动电机(省略图示)以及辊驱动轮系(省略图示)等。而且，辊驱动电机基于来自控制单元15的指令而旋转驱动，由此，辊体111借助辊驱动轮系而旋转，卷绕于辊体111的纸面被供给到副扫描方向(Y方向)的下游侧(+Y侧)。
需要说明的是，在本实施方式中，示出了供给卷绕于辊体111的纸面的示例，但不限于此。例如，通过辊等逐一供给诸如装载于托盘等上的纸面之类的介质M，可以通过任意供给方法来供给介质M。
输送单元12将从供给单元11被供给的介质M沿着Y方向输送。该输送单元12例如构成为包括：输送辊121；从动辊(省略图示)，隔着输送辊121与介质M而配置，跟随输送辊121而运动；以及稿台122。
省略图示的输送电机通过控制单元15的控制而驱动，由此，输送辊121旋转，并且以在与从动辊之间夹入介质M的状态，沿着Y方向输送介质M。
另外，在输送辊121的Y方向的下游侧(+Y侧)，设有与滑架13相对置的稿台122(载置台)。而且，在本实施方式中，在该稿台122上设有边缘检测传感器20。
此外，将在后文对边缘检测传感器20进行详细说明。
滑架13搭载用于对介质M喷出油墨以印刷图像的印刷部16。
印刷部16基于来自控制单元15的指令信号，在与介质M相对置的部分，单独地将油墨喷射到介质M上，执行在介质M上形成图像的印刷处理(对于介质M的图像形成处理)。
滑架移动单元14基于来自控制单元15的指令，使滑架13沿着X方向进行往返移动。
例如，如图1所示，该滑架移动单元14构成为包括滑架导轴141、滑架电机142以及同步带143。
滑架导轴141沿着X方向配置，两端部固定于打印机10的例如框体。滑架电机142使同步带143驱动。同步带143与滑架导轴141大致平行地被支撑，并且滑架13的一部分被固定。而且，当滑架电机142基于控制单元15的指令而被驱动时，同步带143沿正反向移动，固定于同步带143的滑架13由滑架导轴141引导，进行往返移动。
如图2所示，控制单元15构成为包括I/F151、单元控制电路152、存储器153以及CPU(Central Processing Unit：中央处理器)154。
I/F151将从外部设备30输入的印刷数据输入到CPU154。
单元控制电路152具备用于控制各个供给单元11、输送单元12、滑架移动单元14、印刷部16以及边缘检测传感器20的控制电路，基于来自CPU154的指令信号，控制各单元的动作。需要说明的是，各单元的控制电路也可以与控制单元15分开设置，并且连接到控制单元15。
存储器153存储用于控制打印机10的动作的各种程序和各种数据。作为各种数据，例如列举存储了与作为印刷数据所包含的颜色数据相对应的各油墨的喷出量的印刷简档数据等。
CPU154通过读出并执行存储于存储器153的各种程序，由此执行供给单元11、输送单元12以及滑架移动单元14的驱动控制、印刷部16的印刷控制。
另外，在通过边缘检测传感器20检测到介质M的位置偏差的情况下，CPU154将用于通知介质M的位置偏差的错误消息输出到例如外部设备30(显示器)以进行显示，或者通过语音发出警告音来警告用户。
[边缘检测传感器20的结构]
图3是示出本实施方式中的边缘检测传感器的配置位置的图。
如图3所示，在稿台122的与沿着介质M的-X侧端部的Y方向的缘(边缘部M1)相对置的位置，设有检测孔122A，在该检测孔122A处设有本发明的超声波装置、即边缘检测传感器20。需要说明的是，在本实施方式中，例示了检测孔122A和边缘检测传感器20设置在与介质M的-X侧端部的边缘部M1相对置的位置，但是它们也可以设置在介质M的+X侧端部处的与边缘部相对置的位置，还可以设置在介质M的±X侧端部这两处。
图4是示出边缘检测传感器20的概略结构的框图。图5是示出超声波发送接收部21的概略结构的剖视图。
如图4所示，本实施方式的边缘检测传感器20具备超声波发送接收部21、发送接收切换部22、发送电路部23、接收电路部24以及微型计算机25。
超声波发送接收部21从检测孔122A朝着-Z侧发送超声波，接收由介质M反射的超声波。
例如如图5所示，该超声波发送接收部21构成为具备元件基板211以及压电元件212。
如图5所示，元件基板211具备基板主体部211A、以及设置在基板主体部211A的一面侧(例如+Z侧)的振动膜211B。
基板主体部211A是支撑振动膜211B的基板，例如由Si等半导体基板构成。在基板主体部211A上，设有沿着Z方向贯通基板主体部211A的开口部211A1。
振动膜211B例如由SiO2或者SiO2与ZrO2的层叠体等构成，设置于基板主体部211A的+Z侧。该振动膜211B由构成开口部211A1的间隔壁211A2支撑，用于封闭开口部211A1的+Z侧。振动膜211B中的从Z方向观察时与开口部211A1重叠的部分构成振动部211B1。
压电元件212在振动膜211B的一面(例如+Z侧的面)，并且设置在从Z方向观察时与各振动部211B1(各开口部211A1)重叠的位置。如图5所示，该压电元件212通过在振动膜211B上依次层叠第一电极212A、压电膜212B及第二电极212C而构成。
在此，通过一个振动部211B1以及设置在该振动部211B1上的压电元件212，构成一个超声波换能器Tr。
虽然省略图示，通过将这样的超声波换能器Tr布置成例如二维阵列结构，由此构成超声波发送接收部21。
在该超声波发送接收部21中，通过对各超声波换能器Tr的第一电极212A以及第二电极212C之间施加规定频率的脉冲波电压，由此压电膜212B伸缩，设有压电元件212的振动部211B1根据与开口部211A1的开口宽度等相对应的频率进行振动，从振动部211B1的-Z侧(检测孔122A侧)发送超声波。在本实施方式中，通过超声波发送接收部21发送超声波的发送范围是XY平面上的检测孔122A内的范围。
另外，当由介质M反射的超声波从检测孔122A侧开始通过开口部211A1输入到超声波换能器Tr时，振动部211B1振动，在压电膜212B的上下产生电位差。由此，输出与该电位差相对应的接收信号，并且通过检测该接收信号来检测超声波的接收。
发送接收切换部22连接到超声波发送接收部21的各超声波换能器Tr、发送电路部23以及接收电路部24。该发送接收切换部22通过开关电路构成，对用于连接各超声波换能器Tr与发送电路部23的发送连接、以及用于连接各超声波换能器Tr与接收电路部24的接收连接进行切换。
发送电路部23连接到发送接收切换部22及微型计算机25，当发送接收切换部22切换为发送连接时，基于微型计算机25的控制，向各超声波换能器Tr输出驱动信号，并且使超声波发送接收部21发送超声波。
接收电路部24连接到发送接收切换部22及微型计算机25，当发送接收切换部22切换为接收连接时，从各超声波换能器Tr输入接收信号。
该接收电路部24构成为具备降噪滤波器241、可变增益放大器242、信号积分部243、积分信号采样部244以及接收信号采样部245等。
降噪滤波器241是消除包含于接收信号中的噪声的滤波器，例如，可以使用消除高频分量的低通滤波器等。另外，降噪滤波器241还可以具备用于截止规定信号强度以下的信号的低电压截止功能。
可变增益放大器242是通过控制微型计算机25而能够改变增益的放大器。从可变增益放大器242输出的接收信号被输入至信号积分部243及微型计算机25。
信号积分部243输出对每个预定时间(预定期间)的接收信号进行积分而获得的积分信号。
积分信号采样部244以规定的采样频率对积分信号进行采样。接收信号采样部245以规定的采样频率对从可变增益放大器242输出的接收信号进行采样。
微型计算机25(微型控制器)控制边缘检测传感器20的动作。另外，微型计算机25通过读取并执行记录存储在内部存储器中的程序，由此作为参数设定部251、次数设定部252、多重确定部253、位置检测部254等发挥功能。
参数设定部251设定由边缘检测传感器20执行介质M的边缘检测处理(本测定)中所使用的基准值等(校准处理的实施)。
次数设定部252基于实施校准时的接收信号，设定要在信号积分部243中进行积分的接收信号的次数(第一次数)。也就是，在信号积分部243中，将从超声波的发送定时到接收了基于第一次数的多重反射超声波的接收信号为止的预定期间设为积分时间τ，对接收信号进行积分。在本实施方式中，次数设定部252将接收信号的信号强度大于等于第一阈值的接收信号的最大次数N设定为第一次数。
多重确定部253基于实施校准处理时的接收信号，确定接收多重反射超声波时的接收信号，并且计算其接收周期。
位置检测部254基于实施校准处理后的边缘检测处理的积分信号的信号强度，检测介质M的位置，也就是，检测从介质M的基准位置的偏移。
[超声波测定方法]
接着，对如上所述的打印机10中的边缘检测传感器20的超声波测定方法进行说明。
图6是本实施方式的超声波测定方法的流程图。
在本实施方式中，作为实施介质M的位置检测的预处理，实施边缘检测传感器20的校准处理。
在该校准处理中，输送介质M，如图3所示，以使沿着介质M的Y方向的边缘部M1位于检测孔122A的X方向的中心的方式，设置介质M的位置(基准位置)。也就是，通过将介质M配置在基准位置，从而，由超声波发送接收部21发送超声波的发送范围的1/2的范围、即检测孔122A的一半被介质M覆盖。
在校准处理中，微型计算机25首先控制发送接收切换部22、发送电路部23以及接收电路部24，实施超声波的发送接收处理(步骤S1)。
在该步骤S1中，参数设定部251向超声波发送接收部21输入单脉冲的驱动电压，并且从各超声波换能器Tr发送单脉冲的超声波。
图7是示出步骤S1中的超声波的接收发送结果的一例的图，示出了接收信号相对于时间的信号强度。
通过步骤S1，来自可变增益放大器242的接收信号由接收信号采样部245采样，并输入到微型计算机25。
在此，当从超声波发送接收部21发送超声波时，在从超声波的发送定时经过的时间t变为t＝t1的接收定时，最初由介质M反射的1次反射超声波由超声波发送接收部21接收，并且输出1次接收信号。另外，超声波在超声波发送接收部21与介质M之间被多重反射，并且即使当超声波发送接收部21接收该多重反射分量时，也接收到接收信号。在此，将向介质M反射了n次的超声波设为n次多重反射超声波，将当时的接收信号设为n次接收信号，则n次接收信号的接收定时是，从超声波发送到1次接收信号的接收定时为止的时间t1的整数倍(tn＝nt1)。另外，将超声波发送接收部21与介质M的距离设为d，将声速设为c，则tn＝2nd/c。
然后，多重确定部253基于在步骤S1中接收的如图7所示的接收信号，确定接收多重反射超声波时的接收信号(步骤S2)。在接收信号的峰值位置，例如，可以对采样的信号值进行微分，微分值变为“0”，并且可以检测接收信号的信号强度变为大于等于规定的第二阈值的接收信号的接收定时。另外，在接收到1次接收信号的时间t1的整数倍的定时，接收多重反射超声波的n次接收信号。因此，在如上所述求出的峰值位置中，确定以从发送定时到接收定时的时间t为t1的整数倍进行增大的各接收信号，作为接收多重反射超声波时的接收信号。
接着，次数设定部252基于在步骤S1中接收的接收信号，设定由信号积分部243进行积分的接收信号的次数(步骤S3)。在该步骤S3中，次数设定部252在如图7所示的接收信号中，确定信号强度变为大于等于第一阈值的最大次数N的接收信号，作为第一次数。也就是，将N次接收信号的信号强度大于等于第一阈值、且N+1次之后的接收信号的信号强度小于第一阈值的最大次数N，设定为本发明的第一次数。
另外，次数设定部252调节可变增益放大器242的增益，使得不接收N+1次之后的接收信号。例如，降低增益，使得N+1次之后的接收信号的信号强度小于等于规定的第三阈值。由此，N+1次之后的接收信号的信号强度变为微小值，抑制了该接收信号重叠在其他接收信号上时的信号强度的增大。
另外，参数设定部251基于通过步骤S1得到的接收信号，设定超声波的发送定时(发送周期TO)以及积分时间τ(步骤S4)。
在此，优选的是，参数设定部251将大于等于积分信号采样部244的采样周期的2倍、并且由超声波发送接收部21接收到2次多重反射超声波的时间t2作为最大时间，设定超声波的发送周期TO。即，当将超声波的发送周期TO设为大于t2的值时，积分信号不会收敛在固定值。与之相反地，通过将超声波的发送周期TO设为小于等于t2的周期，可以使积分信号的信号强度稳定在固定值。
另外，参数设定部251设定通过信号积分部243对接收信号进行积分的积分时间τ。具体地，作为积分时间τ，设定τ＝2Nd/c。即，将从超声波发送接收部21发送超声波、到超声波发送接收部21接收N次多重反射超声波为止的时间tn作为积分时间τ。
然后，微型计算机25基于设定的参数，通过超声波发送接收部21发送和接收超声波(步骤S5)。在该步骤S5中，微型计算机25从超声波发送接收部21开始，以步骤S4中设定的发送周期TO发送超声波。
图8是以发送周期TO发送超声波时、单独由超声波发送接收部21接收每个超声波发送定时的超声波时的接收信号的波形的一例。在该图8中，示出了包含在接收信号中的每个超声波发送定时的信号分量，实际上，输出通过相加这些信号分量而获得的信号。
如图8所示，当以发送周期TO发送超声波时，N次接收信号与在各超声波发送定时发送的超声波的1次接收信号重叠。
图9是示出积分信号的信号强度的变化的一例的图。
当通过信号积分部243对在积分时间τ期间输出的接收信号进行积分时，如图9所示，该积分信号的信号强度发生变动。
在图9中，将开始步骤S5的定时设为t＝0。由于信号积分部243对积分时间τ＝2Nd/c期间输出的接收信号进行积分，因此从经过时间t变为t＝ta(＝2Nd/c)的定时开始，输出积分信号。在经过时间t从t＝ta变为t＝tb的期间，由于以发送周期TO发送的超声波的2次接收信号被依次相加，因此积分值增大。在经过时间t从t＝tb变为t＝tc的期间，变为对以发送周期TO发送的各超声波的1次接收信号与2次接收信号进行积分而获得的固定值。在经过时间t从t＝tc变为t＝td的期间，由于以发送周期TO发送的各超声波的3次接收信号被相加，因此积分值增大。此后，随着经过时间，积分信号的信号强度重复增大与固定值的维持。而且，当积分信号的信号强度第N次变为固定值时(包括在从t＝0到t＝ta之间信号强度变为固定值“0”的部分)，成为基准信号强度a。如图9所示，获得基准信号强度a的定时是，经过时间t变为t＝4Nd/c的定时以后。需要说明的是，图9所示的示例是N＝5的示例。
步骤S5之后，参数设定部251测定输出自信号积分部243的积分信号的信号强度第N次变为固定值时的、积分信号的信号强度(基准信号强度a)(步骤S6)。
需要说明的是，在该步骤S6中，也可以检测接收多重反射超声波的接收定时tn，并且判定与步骤S2中确定的接收信号的接收定时相比是否一致。在此，判定为不一致的情况下，返回步骤S1，再次重新进行校准处理。
之后，微型计算机25继续实施边缘检测处理。
也就是，微型计算机25向控制单元15输出印刷许可信号，该印刷许可信号表示在边缘检测传感器20中已完成校准处理并且已完成边缘检测处理的准备(步骤S7)。
由此，控制单元15对供给单元11、输送单元12、滑架移动单元14以及印刷部16进行控制，将介质M朝Y方向输送，并且开始基于印刷部16的印刷(步骤S8)。
而且，位置检测部254监视从信号积分部243输出的积分信号的信号强度b，判定信号强度b是否发生了变动(步骤S9)。
图10是示出当介质M朝+X侧移动Δx的量时的、介质M相对于检测孔122A的位置的图，图11是示出当介质M朝-X侧移动Δx的量时的、介质M相对于检测孔122A的位置的图。另外，图12是基于当介质M移动到图10的位置时所发送的超声波而获得的接收信号的波形，图13是基于当介质M移动到图11的位置时所发送的超声波而获得的接收信号的波形。
如图10所示，当介质M朝+X侧移动时，与检测孔122A重叠的介质M的面积(与超声波的发送范围重叠的介质M的面积)变小。因此，由介质M反射的超声波减少，如图12所示，接收信号的信号强度降低。这种情况下，如图9中的线B1所示，积分信号的信号强度b也降低，变为b＜a。
另一方面，如图11所示，当介质M朝-X侧移动时，与检测孔122A重叠的介质M的面积(与超声波的发送范围重叠的介质M的面积)变大。因此，由介质M反射的超声波增大，如图13所示，接收信号的信号强度增大。这种情况下，如图9中的线B2所示，积分信号的信号强度b也增大，变为b＞a。
因此，在步骤S9中，位置检测部254将积分信号的信号强度b与基准信号强度a进行比较，并根据该大小关系，判定是否已经改变了规定值以上。此时，优选的是，位置检测部254进一步判定信号强度b相对于基准信号强度a是增大还是减小。
在步骤S9中，在判定为是的情况下，边缘检测传感器20向控制单元15输出警告信号(步骤S10)。由此，控制单元15对供给单元11、输送单元12、滑架移动单元14以及印刷部16进行控制，使印刷处理中断，并输出通知介质M的位置偏差的警报。例如，在连接到打印机10的显示器上显示通知位置偏差的错误消息，或者点亮设置在打印机10中的警告灯(省略图示)，或者输出语音等。此外，在本实施方式中，可以通过信号强度的增减方向，判定介质M朝+X侧移动、还是朝-X侧移动，还可以基于信号强度的增减量，检测该移动量。因此，作为错误消息，可以一起通知介质M的移动方向和移动量。
另一方面，在步骤S9中判定为否的情况下，微型计算机25判定是否从控制单元15接收了通知印刷处理结束的信号(步骤S11)，当在步骤S11中判定为是时，停止超声波的发送并且结束边缘检测处理。在步骤S11中判定为否的情况下，返回步骤S9，例如继续基于边缘检测传感器20的边缘检测处理，直到印刷处理结束为止。
[本实施方式的作用效果]
本实施方式涉及的边缘检测传感器20(超声波装置)具备超声波发送接收部21，该超声波发送接收部21通过对于介质M(对象物)以发送周期TO(预定间隔)发送超声波，并且接收由介质M等反射的超声波来输出接收信号。另外，边缘检测传感器20的微型计算机25作为信号积分部243以及位置检测部254发挥功能，该信号积分部243输出对积分时间τ(预定期间)内的接收信号进行积分而获得的积分信号；该位置检测部254根据该积分信号的信号强度b与基准信号强度a(预定的基准值)的大小关系，检测介质M的位置。
在这种积分信号中，如果介质M的位置没有变化，则信号强度变为固定值。因此，在本实施方式的边缘检测传感器20中，与仅使用接收信号的信号强度来检测介质M的位置的情况相比，能够高精度地检测介质M的位置。
另外，即使在仅使用接收信号来检测介质M的位置的结构中，也可以通过错开超声波的发送定时，以不与多重反射超声波的接收定时重叠的方式来应对。然而，这种情况下，需要将超声波的发送定时设定为无法检测出基于多重反射超声波的接收信号的信号强度的定时以后。由此，超声波的发送控制变得复杂，进而，无法连续地发送超声波。如果相对于连续送至的介质M，延迟超声波的发送定时，则执行介质M的边缘检测的测定位置在Y方向上偏离(介质M的输送速度)×(超声波的发送周期)的量，不能实现高精度的位置检测。或者，需要交替地执行基于超声波的发送接收的边缘检测处理、以及介质M的输送，不仅边缘检测处理而且打印机10的印刷处理的处理速度也降低。
与之相反地，在本实施方式中，由于无需将超声波的发送定时与多重反射超声波的接收定时错开，因而超声波的发送定时的控制也变得容易。另外，由于能够以端周期发送超声波，因而相对于连续输送的介质M，能够实现高精度的位置检测。进而，由于边缘检测传感器20的边缘检测处理可以与介质M的输送同时进行，因此边缘检测处理和印刷处理的处理速度也可以提高。
在本实施方式的边缘检测传感器20中，具备多重确定部253，用以确定基于介质M与超声波发送接收部21之间多重反射的多重反射超声波而获得的接收信号。而且，在发送超声波之后，信号积分部243对最大次数N的多重反射超声波被超声波发送接收部21接收为止的期间(积分时间τ)所输出的接收信号进行积分。
具体地，次数设定部252检测N次接收信号大于等于第一阈值、且N+1次接收信号小于第一阈值的最大次数N，并且调节可变增益放大器242的增益，以使N+1次接收信号的信号强度小于等于第二阈值。
由此，信号积分部243输出，到最大次数N的接收了多重反射超声波为止、也就是接收了从1次到N次的接收信号而获得的积分信号。这样，通过固定进行积分的接收信号的次数，由于介质M的位置未发生变动时的积分信号中没有被N+1次之后的接收信号重叠，因此，信号强度b变为固定值，能够提高介质M的位置的检测精度。
另外，接收电路部24中包括降噪滤波器241，通过上述可变增益放大器242的增益调节、以及降噪滤波器241，能够消除短距离噪声和火花噪声等噪声分量。因此，有效地抑制了介质M的位置未发生变动时的积分信号的信号强度b的变动，能够提高介质M的位置的检测精度。
在本实施方式的边缘检测传感器20中，具备次数设定部252，当向介质M发送单脉冲的超声波时，用以检测基于多重反射超声波的接收而获得的接收信号的信号强度大于等于第一阈值的最大次数N，并且设定为第一次数。
这种情况下，基于N+1次之后的多重反射超声波而获得的接收信号的信号强度是小于第一阈值的较小信号，能够通过可变增益放大器242的增益调节而容易地除去。
在本实施方式的边缘检测传感器20中，由超声波发送接收部21发送的超声波的发送周期TO(间隔)比从超声波发送接收部21发送超声波之后到接收了2次多重反射超声波的接收信号(2次接收信号)为止的时间t2更短。
如果超声波的发送周期TO(间隔)在2次接收信号的接收定时之后，则介质M的位置未变动时的积分信号的信号强度b进行周期性变动，并且基准信号强度a(基准值)也进行周期性变动。与之相反地，如上所述，通过将发送周期TO设为TO≤t2，在从超声波的发送定时开始经过的时间t变为t＝4Nd/c的定时以后，积分信号的信号强度变为固定值。由此，位置检测部254可以通过仅将基准信号强度a与从信号积分部243输出的积分信号的信号强度b进行比较的简单处理，高精度地检测介质M的位置。
在本实施方式中，将介质M覆盖检测孔122A的一半的位置、也就是覆盖发送超声波的发送范围的1/2的位置设定为基准位置，将介质M位于基准位置时的积分信号的信号强度设定为基准信号强度a。
由此，能够将在介质M朝+X侧移动时可通过边缘检测传感器20检测的检测范围、与在介质M朝-X侧移动时可通过边缘检测传感器20检测的检测范围设为相同。
[变形例]
需要说明的是，本发明不限于上述实施方式，在可实现本发明的目的的范围内实施的变形、改良等也包含于本发明。
例如，在上述实施方式中，使用执行超声波的发送和接收的超声波换能器Tr，通过发送接收切换部22切换发送连接与接收连接，来实施超声波的发送接收处理。与之相反地，超声波发送接收部21也可以构成为具备用于发送超声波的超声波换能器Tr、以及用于接收超声波的超声波换能器Tr。这种情况下，能够抑制切换超声波的发送和接收时所产生的火花噪声。
另外，在上述实施方式中，示出了相对于对象物(介质M)在一侧(+Z侧)配置超声波发送接收部的示例，但不限于此。例如，作为超声波发送接收部21，也可以构成为将发送超声波的发送部与接收超声波的接收部分开设置，并且对象物夹在发送部与接收部之间。
图14是示出边缘检测传感器的其他例的示意图。
如图14所示，在本示例的边缘检测传感器20A(超声波装置)中，超声波发送接收部由发送超声波的发送部21A、以及接收超声波的接收部21B构成。发送部21A配置在介质M(对象物)的一侧(例如-Z侧)，接收部21B配置在介质M的另一侧(例如+Z侧)，在发送部21A与接收部21B之间配置介质M。
在这样的边缘检测传感器20A中，由接收部21B接收的超声波包括：在发送部21A与接收部21B之间进行多重反射的第一超声波分量；在发送部21A与介质M之间进行多重反射的第二超声波分量；以及在接收部21B与介质M之间进行多重反射的第三超声波分量。
这种情况下，将从发送部21A到接收部21B的距离设为dab，多重反射的次数设为nab次，第一超声波分量在从超声波的发送定时开始经过的时间变为t＝tab＝(dab+2dab×nab)/c的定时由接收部21B接收，并且输出接收信号。将从发送部21A到介质M的距离设为daM，多重反射的次数设为naM次，第二超声波分量在从超声波的发送定时开始经过的时间变为t＝taM＝(dab+2daM×naM)/c的定时由接收部21B接收，并且输出接收信号。将从介质M到接收部21B的距离设为dbM，多重反射的次数设为nbM次，第三超声波分量在从超声波的发送定时开始经过的时间变为t＝tbM＝(dab+2dbM×nbM)/c的定时由接收部21B接收，并且输出接收信号。
另外，还包括多重反射的位置发生变化的超声波分量。例如，还包括在发送部21A与接收部21B之间被多重反射之后，在发送部21A与介质M之间或者介质M与接收部21B之间进行多重反射的超声波分量等。这种情况下，多重反射的次数nab、naM、nbM也发生变动，接收定时或接收信号的信号强度也发生变化。也就是，与这些组合的数量相应地，在不同接收定时输出接收信号。
在此，基于多重反射的接收定时的位置能够根据可引起多重反射的组合而导出。然而，即使能够确定基于多重反射的接收信号，仅通过该信号强度，也难以检测介质M的位置。
与之相反地，与上述实施方式同样地，将介质M位于基准位置时的积分信号的信号强度设为基准信号强度a，通过监视积分信号的变动，能够高精度地检测介质M的位置。也就是，对积分时间τ期间输出的接收信号进行积分而获得的积分信号，难以受到如上述多重反射分量的影响，当介质M的位置未移动时变为固定值或大致固定值。因此，通过监视积分信号的信号强度，判定积分信号的信号强度是否发生变化，能够容易且高精度地检测介质M的位置偏差。
在上述实施方式中，检测接收信号的信号强度变为大于等于第一阈值的最大次数N，并且将从超声波的发送定时开始到获得N次接收信号为止的时间tn作为积分时间τ，但不限于此。也就是，也可以将从超声波的发送定时开始到获得预先设定的第一次数nC的接收信号为止的时间设为积分时间τ。这种情况下，第一次数nC的接收信号的信号强度也可以小于第一阈值。这种情况下，虽然积分时间τ变长，但是能够提高检测精度。或者，nC+1次的接收信号也可以大于等于第一阈值。
在上述实施方式中，将通过超声波发送接收部21发送的超声波的发送周期TO，设为从超声波的发送定时开始到基于2次多重反射超声波的接收信号的接收定时为止的时间t2，但不限于此。例如，超声波的发送周期TO(间隔)可以在2次接收信号的接收定时之后。这种情况下，基准信号强度a、以及介质M的位置未变动时的积分信号的信号强度b进行周期性变动。由此，位置检测部判定根据从超声波的发送定时开始经过的时间t进行周期性变动的信号强度b、与进行周期性变动的基准信号强度a是否相同，由此检测介质M的位置。
在上述实施方式中，介质M的边缘位于检测孔122A的中心，将介质M位于覆盖检测孔122A的一半、即超声波的发送范围的1/2的位置时的积分信号的信号值设为基准信号强度a，但不限于此。
例如，在介质M的-X侧的端部由引导件等保持、朝+X侧移动的情况下，也可以将介质M覆盖检测孔122A的位置作为基准位置，设定基准值(基准信号强度)。另外，在介质M仅朝-X侧移动的情况下，也可以将介质M的-X侧端部对准检测孔122A的+X侧，并且将介质M位于不与检测孔122A重叠的位置的情况设为基准位置。也就是，也可以根据介质M移动时(偏移时)的移动量，设定基准位置，并且设定与之相应的基准接收信号(基准值)。
在上述实施方式中，示出了通过边缘检测传感器20，在打印机10中检测朝Y方向输送的介质M的-X侧的边缘部M1的示例，但不限于此。本发明的超声波装置及超声波测定方法也可以用于检测对象物的移动或位置等的各种用途。例如，在工厂等的制造装置中，可以用作当使加工品移动到规定位置进行加工时，判定加工品是否移动到规定位置的超声波装置等。
此外，实施本发明时的具体结构在能够达成本发明的目的的范围内，能够适当地变更为其他结构等。

Claims (6)

1.一种超声波装置，其特征在于，具备：
超声波发送接收部，通过以预定间隔向对象物发送超声波并且接收由所述对象物反射的超声波来输出接收信号；
信号积分部，输出对预定期间的所述接收信号进行积分而获得的积分信号；以及
位置检测部，根据所述积分信号的信号强度与预定的基准值的大小关系，检测所述对象物的位置。
2.根据权利要求1所述的超声波装置，其特征在于，
具备多重确定部，所述多重确定部用以确定基于所述对象物与所述超声波发送接收部之间多重反射的多重反射超声波而获得的接收信号，
在发送超声波之后，所述信号积分部对第一次数的多重反射超声波被所述超声波发送接收部接收为止的期间所输出的所述接收信号进行积分。
3.根据权利要求2所述的超声波装置，其特征在于，
具备次数设定部，当向所述对象物发送单脉冲的所述超声波时，所述次数设定部将所述多重反射超声波的所述接收信号的信号强度成为第一阈值以上的最大次数设定为所述第一次数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声波装置，其特征在于，
由所述超声波发送接收部发送的所述超声波的间隔比从所述超声波发送接收部发送所述超声波之后到接收两次多重反射超声波的所述接收信号为止的时间更短。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的超声波装置，其特征在于，
所述基准值为，所述对象物被配置为覆盖由所述超声波发送接收部发送所述超声波的发送范围的1/2时的所述积分信号的信号强度。
6.一种超声波测定方法，其特征在于，
基于具备超声波发送接收部的超声波装置来检测对象物的位置，该超声波发送接收部通过向所述对象物发送超声波并且接收由所述对象物反射的超声波来输出接收信号，
以预定间隔从所述超声波发送接收部向所述对象物发送超声波，
输出对预定期间内的所述接收信号进行积分而获得的积分信号，
根据所述积分信号的信号强度与预定的基准值的大小关系，检测所述对象物的位置。
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