JP2004036048A - シート材の目付量検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート材の搬送量に確実に同期して撮影を行い、高精度に目付量を検知できるシート材の目付量検査装置を提供する。
【解決手段】シート材（不織布２００）の搬送距離を非接触にて測定するレーザー測長計３０と、シート材の片面側から光を照射する光源２０と、光が透過されたシート材を他面側から撮像するイメージセンサ１０とを具える。同期信号発生手段によりレーザー測長計３０の測定結果に同期してイメージセンサ１０の撮像を行う。撮像した画像の輝度情報を画像記憶手段に記憶する。この輝度情報を基に平均輝度演算手段によりシート材の各エリア毎の平均輝度情報を求める。予め基準シート材の目付量と基準シート材の透過光の輝度情報との相関関係を記憶手段に記憶しておく。エリア毎の平均輝度情報と相関関係に基づいてシートにおける各エリア毎の目付量を求め、判定手段で目付量の適否を判断する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不織布などのシート材の目付量を検査する装置に関するものである。特に、走行するシート材の目付量を精度良く検知することができるシート材の目付量検査装置に間するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、不織布や紙などのシート材の密度むらを連続的に測定する技術として、次のものが知られている。
【０００３】
特開平６−５０８７３号公報
ラインＣＣＤセンサで読み取ったシート状物の画像をデジタルデータに変換して複数の区画に分割し、各区画毎にデジタルデータを加算して密度データを算出する。この密度データを良品サンプルから得た平均の密度データと比較してそのレベル差を算出することでシート状物の密度ムラを計測する。
【０００４】
特開平９−２５６２６７号公報
光を当てた不織布をラインＣＣＤセンサで撮像し、画像データを基に光の透過率を求める。予め不織布の光の透過率と目付量の変換テーブルを用意しておき、求めた光の透過率と変換テーブルとで目付量を求める。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術では、次のような問題があった。
特開平６−５０８７３号公報の技術では、密度の絶対値を計測できない。この先行技術では良品サンプルと検査品の画像データを比較することで、間接的に密度ムラの不良を判定しているため、シート状物の密度を直接測る機能がない。
【０００６】
特開平９−２５６２６７号公報の技術では、不織布の搬送速度に合わせて精度良く撮影同期ができない。不織布の搬送距離の測定にローラーの回転を検知するロータリーエンコーダーを使用しているため、ローラーと不織布の接する面ですべりが生じたときに、計測位置ずれが生じる。このため、計測領域が変化するので、目付量の計測結果の誤差が大きい。
【０００７】
従って、本発明の主目的は、シート材の搬送量に確実に同期して撮影を行い、高精度に目付量を検知できるシート材の目付量検査装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、シート材の蛇行に対応して高精度に目付量を検知できるシート材の目付量検査装置を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の別の目的は、シート材の一部に目付量が規定範囲外となる不良エリアがあった場合、その不良エリアを容易に確認できるシート材の目付量検査装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非接触式の測長計にてシート材の搬送距離を正確に測定し、その測定結果に対応してシート材の撮像を行って画像処理により目付量を求めることで上記の目的を達成する。
【００１１】
すなわち、本発明シート材の目付量検査装置は、搬送されるシート材の搬送距離を非接触にて測定するレーザー測長計と、前記シート材の片面側から光を照射する光源と、前記光源の光が透過されたシート材を他面側から撮像するイメージセンサと、前記レーザー測長計の測定結果に同期して前記イメージセンサの撮像を行うように指令を発する同期信号発生手段と、前記イメージセンサで撮像した画像の輝度情報を記憶する画像記憶手段と、前記輝度情報に基づいて、前記シート材における各エリア毎の平均輝度情報を求める平均輝度演算手段と、予め基準シート材の目付量と基準シート材を透過した光の輝度情報との相関関係を求め、この相関関係を記憶した記憶手段と、前記エリア毎の平均輝度情報と前記記憶手段から読み出した相関関係に基づいて前記シートにおける各エリア毎の目付量を求める目付量演算手段とを具えることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、シート材の透過光の輝度情報を基に目付量を検知する装置である。正確に撮像エリアの目付量を計測するためには、シート材の搬送距離を精度よく測定する必要がある。一般に使用される接触式ローラーでは接触部ですべりが発生するため、ロータリーエンコーダーでローラーの位置を検出しても、精度良くシート材の搬送距離を測定することができない。本発明では、非接触にてシート材の搬送距離を正確に測定できるレーザー測長計と、この測定結果に同期してイメージセンサの撮像タイミングを制御する同期信号発生手段とを用いることで、実際のシート材のエリアと撮像したエリアとを精度良く一致させることができ、正確な目付量の検査を行うことができる。
【００１３】
本発明装置で目付量を検知するには、シート材を複数のエリアに分割し、各エリア毎の平均輝度情報を求める。例えば、ラインＣＣＤセンサによりシート材幅方向の輝度情報を取得して、その情報を規定の数（例えば１０）に分割し、分割された範囲ごとに輝度情報を加算する。シート材の搬送に伴って上記幅方向への輝度情報の取得を繰り返し、前記分割された範囲ごとにシート材の長手方向（走行方向）への輝度情報の加算を行う。そして、シート材における一定エリア毎における平均輝度情報を求める。
【００１４】
求めた平均輝度情報は、予め基準シート材における目付量と基準シート材を透過した光の輝度情報との相関関係と照合して目付量の算出に利用される。この相関関係は、例えば、目付量と輝度情報とを一対一の関係で規定したテーブルとして記憶することができる。そして、イメージセンサを用いた透過光の輝度情報と、このテーブルの輝度情報とを対比することで目付量を求めることができる。このテーブルの相関関係を近似曲線として近似式を求めることで、各エリアの平均輝度情報から目付量を求めることもできる。さらに、求めた目付量が規定の範囲内に入っているかどうかを判断する判定手段を具えることが望ましい。
【００１５】
本発明の目付量検査対象となるシート材は、シート状のものであり、光源の光が透過する材質・構造のものであれば良い。例えば、不織布、紙、フィルムなどが挙げられる。
【００１６】
イメージセンサとしては、走査式のラインＣＣＤセンサなどが好適である。このイメージセンサの撮像視野角は４０°以下とすることが好ましい。シート材を透過する光はシート材に存在する穴をイメージセンサ方向に直進するので、撮像視野中心でイメージセンサ方向と透過光は平行となりイメージセンサの受光量は最も大きい。これに対し撮像視野端部では、透過光とイメージセンサ方向のなす角が最大となりイメージセンサの受光量が下がる。この受光量低下を防ぐため、イメージセンサの視野角を狭くすると、撮像視野端部で透過光とイメージセンサ方向のなす最大角が小さくなり、イメージセンサ受光量の低下を小さくして撮像位置による計測誤差を抑えることができる。この計測誤差を除去する方法としてシェーディング補正装置があるが、これは電気信号ノイズも増大するため、計測誤差を完全には除去できない。
【００１７】
このようなイメージセンサの撮像視野内において、シート材のない箇所からの漏洩光を遮る遮光板を具えることが好ましい。走行する帯状のシート材に投光し、その透過光の輝度情報をイメージセンサで取得する場合、シート材の両側から光が漏れることがある。この漏洩光をイメージセンサが検知すると正確な透過光の輝度情報を得ることができないため、シート材の両側など、シート材のない箇所に遮光板を設けることで、漏洩光を排除した透過光をイメージセンサで取得することができる。遮光板には、光源からの光を遮光できる材質・形状・大きさのものであれば何でも利用できる。
【００１８】
この遮光板は、シート材の蛇行に追従して位置補正できるように、遮光板駆動機構を設けることが好ましい。遮光板を設けていても、シート材が蛇行していた場合、シート材と遮光板の間に隙間ができて漏洩光が生じることがある。遮光板をシート材の蛇行に追従させることで、この漏洩光の発生を抑制して、高精度に目付量の検知を行うことができる。
【００１９】
遮光板をシート材の蛇行に追従させるには、蛇行量検知手段を用いる。蛇行量検知手段は、シート材の側縁位置を検知するものが好適である。例えば、複数のレーザー光線が並列して照射されるレーザセンサを用い、その光線がシート材で遮蔽されたことによりシートの側縁位置を検出する。そして、その側縁位置データに対応して遮光板を駆動すればよい。遮光板駆動機構は、例えば遮光板自体をシート材の搬送方向と直交する方向にモータで駆動できるものが挙げられる。
【００２０】
判定手段の判断の結果、目付量が規定範囲外であった場合、規定範囲外の目付量であったエリアに目印をつけるマーキング手段を具えることが好ましい。従来、シート材の不良が認められた場合、検査終了後に検査結果と現物を照合して不良箇所を特定する作業が必要であったが、その作業は非常に手間がかかっていた。また、検査結果と現物の位置合わせ精度も誤差要因となる。レーザー測長計を用いた正確な搬送距離の測定結果に基づいて不良エリアにマーキングすることで、不良箇所の特定を容易に行うことができる。マーキング手段の具体例としては、スタンプの押印やパンチによる穴あけなどが利用できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
ここでは、不織布の目付量を検査する場合を例として説明する。図１は本発明装置の概略構成図、図２は同装置の機能ブロック図、図３は同装置の処理手順を示すフローチャート、図４は不織布における各エリア毎の平均輝度情報の求め方を示す説明図である。
【００２２】
＜全体構成＞
図１に示すように、本発明装置は、走行される帯状の不織布２００の上方から光を照射する光源２０と、不織布を下方から撮像するラインＣＣＤセンサ１０と、不織布の搬送距離を測定するレーザー測長計３０とを具えている。また、不織布の側縁から蛇行量を検知する蛇行量検知部４０と、不織布の両側に配置される遮光板５０と、遮光板の駆動機構６０と、不良箇所に孔を開けるパンチ７０を有している。そして、各構成部の制御は、図２に示すように、コンピュータのＣＰＵ１００を通じて行われる。
【００２３】
検査対象となるカーボン不織布２００は、幅５５０ｍｍ、長さ２００ｍ、適正目付量が４８ｇ／ｍ^２である。非破壊全数品質保証を実現するため、不織布２００を透過した光の輝度情報を基に目付量を検査する。
【００２４】
＜不織布の走行機構＞
図１には示していないが、不織布２００は走行機構により生産ライン上を走行されている。通常、サプライリールから不織布を引き出し、巻き取りリールで不織布を巻き取るまでの間で走行する不織布に対して検査を行う。図１では図の左側から右側に向かって不織布が進行する。本例における不織布の搬送速度は±２００ｍｍ／分で変動するため、後述するレーザー測長計３０で正確に搬送距離の測定を行う。
【００２５】
＜光源＞
光源２０は、不織布２００の表側から光を当てて、裏側から透過光を得るためのものである。蛍光灯やランプなど、種々の光源が利用できる。安定した光量で不織布を証明できるように、光量制御機能を有する光源が好適である。
【００２６】
＜ラインＣＣＤセンサ＞
ラインＣＣＤセンサ１０は、予め設定された走査周期で不織布を撮像して透過光の輝度情報を取得する。本例では、分解能が０．２×０．２ｍｍのラインＣＣＤセンサを用いた。また、撮像視野角を４０°とした。視野角を極力狭くすることで、ラインセンサ１０に入射する透過光はより平行光に近づき、撮像視野両端の輝度低下を防ぐことができる。このセンサ１０により、幅５５０ｍｍの不織布のうち、両端各１０ｍｍを除く部分について検査を行う。ラインＣＣＤセンサ１０の出力は、Ａ／Ｄ変換され、デジタルデータとして画像メモリ８０に記録される。
【００２７】
＜レーザー測長計＞
レーザー測長計３０は、不織布２００の表面側からレーザー光を照射して、非接触にて不織布の搬送距離を検知するものである。このレーザー測長計３０には同期信号発生手段９０を設け、不織布２００が０．２ｍｍ移動するごとにラインＣＣＤセンサ１０に撮像同期信号を送るよう構成した。従来のロータリーエンコーダーを用いた測長では、ローラーと不織布の接触面ですべりが生じて正確な測長ができない。本発明では、レーザー測長計３０による搬送距離の測定と、ラインＣＣＤセンサ１０による撮像の同期とにより、実際の不織布の検査範囲と撮像された範囲とを正確に一致させることができ、すべりによる計測誤差をなくすことができる。
【００２８】
＜蛇行量検知部＞
蛇行量検知部４０は、後述する遮光板５０とパンチ７０の位置を調整するため、不織布の蛇行状態を検知する。ここでは、不織布２００の側縁近傍に複数のレーザー光線を投光し、いずれかのレーザー光線が不織布２００により遮られたことで不織布２００の側縁位置を検知する。この測縁の位置データを基に遮光板５０やパンチ７０の位置調整を行う。
【００２９】
＜遮光板とその駆動機構＞
遮光板５０は、ラインＣＣＤセンサ１０の撮像視野と重複する個所において、不織布２００の両側縁の上部に一部が重なるように配置された矩形板である。この遮光板５０を設けることで、透過光のみをラインＣＣＤセンサ１０で捉え、不織布側縁からの漏洩光を排除することでより正確な目付量の検知を行う。本例では、不織布２００の両側に設置し、両側縁からほぼ１０ｍｍの範囲に遮光板５０がかかるように設置した。この遮光板５０には駆動機構６０が設けられ、不織布２００の幅方向に移動させることができる。蛇行量検知部４０が不織布２００の側縁を検知すると、この側縁の位置データを基に遮光板５０も移動させて漏洩光がラインＣＣＤセンサ１０に入射することを防止する。
【００３０】
＜パンチ＞
パンチ７０は、後述する判定手段（図２参照）により目付量が規定範囲を逸脱するエリアに穴をあけるためのものである。このパンチも遮光板の駆動機構に同期して連動されることで、不織布が蛇行した場合でも不織布のない位置にパンチを打つことがないように制御される。また、パンチ７０はラインＣＣＤセンサ１０の撮像位置から不織布の進行方向に所定距離分ずれた位置に配置されている。そのため、ラインＣＣＤセンサ１０で撮像した位置からパンチ７０の位置まで不織布が走行されたことをレーザー側長計の測定結果から導いてパンチ７０を不良エリアに打つことができる。
【００３１】
＜目付量判定手順＞
上記の装置を用いて目付量を検知は図３の手順により行われる。以下の説明における各部の符号は主に図１及び図２を参照する。
【００３２】
まず、不織布が蛇行していないかどうかを調べる（Ｓ１）。これは、蛇行量検知部４０でシート材の測縁位置を検知し、その測縁位置データと遮光板５０の現在位置とを比較して対応していない場合に、測縁位置データを基に遮光板５０の位置を調整する（Ｓ２）。遮光板の駆動機構６０はパンチ７０も同時に駆動できるため、この位置調整によりパンチ７０の位置補正も行われる。
【００３３】
遮光板５０とパンチ７０の位置調整を行うと、レーザー測長計３０で不織布２００の搬送距離を検知し、同期信号発生手段９０より撮像同期信号を発信する。ここでは、不織布が０．２ｍｍ移動するごとに撮像同期信号を発信し、その信号に合わせて不織布の撮像を行う（Ｓ３）。不織布２００には裏側から光源２０の光が照射され、表側からでた透過光はラインＣＣＤセンサ１０に捉えられる。このセンサ１０に捉えられた透過光の輝度情報はデジタルデータとして画像メモリ８０に保存される。
【００３４】
本例では、平均輝度演算手段１１０（図２）により５３×６０ｍｍのエリアごとに目付量を計測する。その具体的手順を図４に基づいて説明する。ラインＣＣＤセンサ１０により不織布幅方向の輝度情報をデジタルデータとして取得して、図４（Ａ）に示すように、そのデータを規定の数（ここでは１０）に分割する。そして、分割された範囲ごとに輝度情報を加算する（Ｓ４）。次に、不織布の搬送に伴って上記幅方向への輝度情報の取得を繰り返し、前記分割された範囲ごとに不織布の長手方向（走行方向）への輝度情報の加算を行う（Ｓ５）。不織布の搬送距離が６０ｍｍに達したかどうかを確認し、達したところで（Ｓ６）、加算されたデータを画素数で除して、不織布における一定エリア毎における平均輝度情報を求める（Ｓ７）。搬送距離が６０ｍｍに達していなければ、達するまで長手方向への輝度情報の加算を繰り返す。このような手順により、図４（Ｂ）に示すように、５３×６０ｍｍのエリアごとに平均輝度情報を求める。
【００３５】
平均輝度情報を求めると、その情報を基に目付量を求める。目付量を求めるには、予め基準不織布について透過光の輝度情報を求めておき、基準不織布の目付量と輝度情報との関係を規定した目付量テーブル１２０（図２）を用いる。このテーブル１２０には、目付量××のときの輝度情報○○といった対応関係が規定されており、求められた平均輝度情報をテーブル１２０の輝度情報と参照して目付量を求める（目付量演算手段）。もちろん、このテーブル１２０におけるの基準不織布の目付量と輝度情報との相関関係を図５に示すように近似式化して、その近似式から目付量を求めても良い。そして、判定手段１３０（図２）により、求められた各エリアごとの目付量を適正目付量と比較して、差が規定値以内の場合に正常と判断する（Ｓ８）。
【００３６】
目付量が正常範囲外であった場合、パンチ７０を作動して不織布に穴を開ける（Ｓ９）。本例では、不織布幅方向の１０エリアのうち、１エリアでも不良部が存在すれば、不良部を含む列（１０エリア）は全て不良とみなして、列のいずれかの位置にパンチを打つ。レーザー測長計３０を用いた正確な搬送距離の測定結果に基づいて不良エリアに穴を開けることで、不良箇所の特定を容易に行うことができる。従って、不良位置を特定するために従来行っていた位置合わせ誤差と目付量データの付き合わせの手間を省くことができる。そして、不織布２００の全長にわたって検査を終えたかどうかを確認して（Ｓ１０）、検査を終了する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明検査装置は、生産ラインの搬送距離を精度よく計測できる非接触レーザー測長計を用いることで、正確な撮像同期信号をイメージセンサに送り、正確に透過光の平均輝度情報を計測することで、目付量の計測精度を向上することができる。
【００３８】
シート材の両側に透過光以外を遮光する遮光板を設けることで、平均輝度情報の信頼性を上げることができる。特に、遮光板をシート材の蛇行に追従させることで、透過光以外の漏洩光をより確実に排除することができる。
【００３９】
目付量の不良部をパンチ穴等のマーキング手段で明示することで、検査結果と現物の位置合わせの手間を省いて位置合わせ誤差をなくすことができる。
【００４０】
イメージセンサの撮像視野角を狭くすることで、シート材の透過光を撮像視野全域にわたり平行光に近づけることができる。この結果、画像端部での輝度低下による撮像視野位置の計測誤差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置の機能ブロック図である。
【図３】図１の装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】不織布における各エリア毎の平均輝度情報の求め方を示し、（Ａ）はラインＣＣＤセンサの輝度プロファイルを示すグラフ、（Ｂ）はラインＣＣＤセンサで得られる二次元展開図である。
【図５】目付量と平均輝度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　ラインＣＣＤセンサ
２０　光源
３０　レーザー測長計
４０　蛇行量検知部
５０　遮光板
６０　駆動機構
７０　パンチ
８０　画像メモリ
９０　同期信号発生手段
１００　ＣＰＵ
１１０　平均輝度演算手段
１２０　目付量テーブル
１３０　判定手段
２００　不織布

Claims (6)

1. 搬送されるシート材の搬送距離を非接触にて測定するレーザー測長計と、
   前記シート材の片面側から光を照射する光源と、
   前記光源の光が透過されたシート材を他面側から撮像するイメージセンサと、
   前記レーザー測長計の測定結果に同期して前記イメージセンサの撮像を行うように指令を発する同期信号発生手段と、
   前記イメージセンサで撮像した画像の輝度情報を記憶する画像記憶手段と、
   前記輝度情報に基づいて、前記シート材における各エリア毎の平均輝度情報を求める平均輝度演算手段と、
   予め基準シート材の目付量と基準シート材を透過した光の輝度情報との相関関係を求め、この相関関係を記憶した記憶手段と、
   前記エリア毎の平均輝度情報と前記記憶手段から読み出した相関関係に基づいて前記シートにおける各エリア毎の目付量を求める目付量演算手段とを具えることを特徴とするシート材の目付量検査装置。
2. さらに、求められた前記目付量が規定範囲内かどうかを判断する判定手段を具えることを特徴とする請求項１に記載のシート材の目付量検査装置。
3. 前記イメージセンサの撮像視野内において、シート材のない箇所から漏れる透過光を遮る遮光板を具えることを特徴とする請求項１に記載のシート材の目付量検査装置。
4. 前記シート材の蛇行量検知手段と、
   前記蛇行量検知手段の検知結果に応じて前記遮光板を位置補正する遮光板駆動機構とを具えることを特徴とする請求項３に記載のシート材の目付量検査装置。
5. 前記判定手段の判断の結果、目付量が規定範囲外であった場合、規定範囲外の目付量であったエリアに目印をつけるマーキング手段を具えることを特徴とする請求項２に記載のシート材の目付量検査装置。
6. 前記イメージセンサの撮像視野角を４０°以下としたことを特徴とする請求項１に記載のシート材の目付量検査装置。

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