JP2007010672A - 運動する帯状物のマークを検出する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯状物において普遍的でないマークが存在したり、複数種のマークが存在したりする場合にも確実に動作するマーク検出方法を提供する。
【解決手段】位置に依存する重み関数を適用することにより、位置値から、現時点で求められた位置値が妥当であるか否かを表す妥当性信号を形成および出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの画像記録装置を介して帯状物を光学的に走査し、連続する測定サイクルで画像信号を形成し、この画像信号を画像処理装置へ供給し、この画像処理装置により画像信号からマークの位置（Lage）を求め、位置値を出力する、運動する帯状物のマークを検出する方法に関する。

独国出願第５０１０４２６６．０号明細書から、運動する帯状物（反物、リボンなど）のマークを検出する方法が公知である。ここでは帯状物のマークが帯状物の運動中に光学的に検出され、相応するマークの位置信号が形成される。この方法は、マークが一貫して帯状物上に存在する場合には機能的に動作する。ただし光センサの可視領域内に識別可能な他の光学的マークがあってはならず、これが存在すると誤ってマークとして検出されてしまう。つまり、この公知の方法では誤った位置値が測定および出力されることがある。
独国出願第５０１０４２６６．０号明細書

本発明の課題は、帯状物においてマークが連続していなかったり、複数種のマークが存在したりする場合にも確実に動作するマーク検出方法を提供することである。

この課題は、位置に依存する重み関数を適用することにより、位置値から、現時点で求められた位置値が妥当であるか否かを表す妥当性信号を形成および出力する方法により解決される。

請求項１記載の運動する帯状物のマークを検出する方法では、帯状物は少なくとも１つの画像記録装置を介して光学的に走査される。ここでの走査は無接触で行われるので、帯状物の進行は阻害されない。画像記録装置として特にＣＣＤカメラが用いられ、基本的には帯状物の進行方向に対して横断方向に配向されたラインカメラで充分である。これに代えてマトリクスカメラを使用することもできる。帯状物上にマークがどのように設けられているかに応じて、コントラストが保証されれば、簡単にモノクロカメラを用いてもよい。白黒画像ではマークについて充分なコントラストが得られない場合には、カラーカメラが用いられる。

マーク自体は例えば帯状物上に印刷されている。これに代えて、マークは、テキスタイルから成る帯状物に織り込まれ或いは縫いつけられた模様、または糸を抜いた透かし部分であってもよい。またマークは厚紙の折り目または切れ目や原材料の結合部分でもありうる。最後に挙げたケースでは、帯状物の表面でのマークのコントラストが低く、照明が斜めに行われないと光学的に評価可能な特徴的な明暗エッジが得られない。このようにして運動する帯状物上の種々のマークが検出される。

特に織り込まれたマークまたは折り目マークの検出への適用に大きな需要が存在する。なぜなら帯状物のパターンに則したマーク検出が可能となるからである。例えばテキスタイルから成る帯状物の位置を検出し、そこに印刷されたパターンまたは織り込まれたパターンをガイド基準としてガイドする手段が得られる。これに代えて、帯状物をあらかじめ被着された縁飾りにしたがって直接にガイドすることもできる。ガイド基準に対しては帯状物に存在するマークが直接に利用され、ガイド基準としての専用マークをわざわざ添付する必要がなくなる。つまり付加的なマークをガイド基準に合わせて正確に配向する必要性を省略することができる。例えば折り目または切れ目を有する厚紙帯状物を所定の間隔で設けられた折線または切断線に合わせて正確に折り曲げたり、切断したりして厚紙作成機へ供給することができる。

ガイド基準について問題となるのは、一般にはこれがつねに正確な位置では得られないということである。帯状物のパターンは中断したり全体にわたって分布して複数回現れたりすることもしばしばある。また、厚紙の折れ線は進行方向に直線状に延在するよりも複雑な特性を有することが多く、この特性をそのままガイド基準として利用すると、誤り、ひいては不要な測定結果が生じ、こうした測定結果を直接に帯状物運動制御装置へ供給すれば、カオス的な制御特性が生じてしまう。

これらの問題を回避するために、請求項１によれば、求められたマークの位置値から位置に依存する重み係数を適用することにより妥当性信号を形成する。この妥当性信号は求められた最新の位置値が妥当であるか否かを表す。帯状物運動制御装置が後方に配置されている場合、妥当性信号によって出力された位置値が妥当でないことが示されると、帯状物の運動制御は阻止される。つまり後方の帯状物運動制御装置では到来する測定値が完全に無視され、アクチュエータがその時点の状態にとどめられる。位置に依存する重み関数はここでは求められた位置値に対するフィルタとして作用し、これにより不要な位置値が識別され、排除される。

このように例えば、複数の線の印刷された帯状物において、最左方の線をガイド基準として利用することができる。パターンによって線が欠落している場合には、その右隣の線がその時点の位置値として測定されるが、これは組み込まれたフィルタを介して妥当でないものとして除去され、検出値の誤った解釈は回避される。

本発明を帯状物の運動制御に則して説明しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の方法は他の分野にも適用可能である。モチーフ反復のそれぞれの制御または検出を行わない帯状物の直接的な品質監視への適用は例示にすぎない。

請求項２の方法によれば、求められた位置値がフィルタへ供給され、マークの位置に対する出力値が計算される。このフィルタは種々の測定サイクルの位置値から時間および位置に依存する重み関数を用いて出力値を求める。重み関数の時間依存性は、有利には、時間が戻るにしたがって低下する指数関数であり、時間的に近い点での測定値は時間的に遠い過去の測定値よりも強く考慮される。帯状物は運動しているので、この時間依存性は帯状物の進行方向における位置依存性として捉えることもできる。重み関数の位置依存性は妥当性評価を考慮しており、妥当な位置値は妥当でない位置値よりも強く考慮される。最も簡単なケースでは、フィルタによって形成された出力値は重み関数の妥当性基準を満たした最新の位置値である。これに代えて、フィルタが相応のローパス作用および測定値の妥当性依存性による平滑化作用を実現するように構成してもよい。

請求項３の方法によれば、有利には、重み関数はピーク関数である。こうしたピーク関数の例としてガウシアン関数、ローレンツ関数、窓関数、ベッセル関数などが挙げられる。実際にどのピーク関数を使用するかは、そのつどの個々の適用ケースに依存して定めることができる。重要なのは、ピーク関数が少なくとも２つのパラメータ、すなわちピーク位置および特徴的な線幅を有するということである。特徴的な線幅はふつうパラメータとしてあらかじめ設定され、主として帯状物のタイプに依存する。正確な値からの差のきわめて大きな障害的な位置値が発生する場合には、線幅を大きくする。これによりマークの検出を障害に対して不感に行うことができる。これに対して、帯状物において障害的な位置値が相互に近傍に発生する場合には、線幅を相応に小さくしなければならない。このようにするだけで、相応の非妥当性信号またはフィルタリングにより、かなりな数の誤った測定値が出力されたデータストリームから排除される。出力されたデータストリームにおいて、少なくなってはいるけれどもそれでも障害効果が残っている場合には、平均値を形成することによりマークの確実な検出を行うことができる。そうでないと、帯状物が突然に移動したとき、妥当な位置値を導出できなくなるおそれが生じる。

請求項４の方法によれば、簡単かつ実用的な重み関数は窓関数である。この手段は特に、妥当でない測定値をイナクティブな妥当性信号によって消去しようとする場合に有利であるとわかっている。妥当性信号については、妥当であるか妥当でないかの２つの状態しか存在しないので、窓関数でも完全に充分である。窓関数は設定された窓内の全ての位置値に１つのアクティブな妥当性信号を割り当て、窓外の全ての位置値に１つのイナクティブな妥当性信号を割り当てる。

ピーク関数の線幅は種々の仮定を用いてプロセスパラメータとして設定することができるが、これは重み関数のピーク位置では不可能である。具体的にどの位置で妥当な位置値が発生するかはその時点での帯状物の特性に依存している。パラメータを求めるために、請求項５の方法によれば、重み関数は複数の先行の測定サイクルでの位置値によって制御される。複数の先行の測定サイクルから種々の可能な位置値および現実に発生した位置値に関する概観が得られ、そこから直接に数学的演算を適用することにより正確な位置値を求めることができる。ここでの概観はその時点での位置値をいちど観察しただけでは得られない。したがって、複数の先行の測定サイクルの複数の位置値に対して、適用ケースに依存する相応の選択基準を適用しなければならない。つまりマークの検出の際には、１つの測定値を出力する前に、つねに所定数の測定サイクルが必要となる。これら複数の測定サイクルは、有利には、帯状物の始動時に得られる。本発明を限定するものではないが、例えば、ここでの選択基準は、位置値の妥当性領域を最左方に見出される位置値の周囲に限定するものとすることができる。もちろんより複雑な選択基準を用いてもよい。

できる限り広い適用ケースに相応する選択基準を処理できるようにするために、請求項６の方法によれば、重み関数は複数の先行の測定サイクルでの位置値の統計的評価によって制御される。ここで、複数の先行の測定サイクルの複数の測定値が度数分布を求めるためのヒストグラムの形態で検出される。このようにして、少なくとも１０％の測定値による最右方の度数点の検出などの基準または類似の複合的な読み出しが考慮される。こうした手段により、極限の位置で統計的評価によって見出されるいわゆる異常値を簡単に抑圧することができる。

移動する帯状物においてマークの検出を問題なく機能させるために、請求項７の方法によれば、位置値の度数分布がスライドしながら（gleitend）求められる。これにより位置値の度数分布はつねに更新され、最も旧い値が統計から消去される。帯状物がゆっくりと移動される場合、重み関数のピークは帯状物の移動につれて変化し、位置値の評価はつねに可能である。帯状物が中程度の速度で移動している場合には、度数分布は確かにその時点の位置値よりも時間的にいくぶん後に形成されてこれに完全には一致しないが、充分な線幅を選択することにより、問題なくピーク値を補償することができる。スライドしながら求められた位置値の度数分布、例えば移動平均により求められた位置値の度数分布に対して連続的に妥当性基準が適用され、重み関数を制御するための妥当な位置値の平均状態が求められる。この妥当性基準により直接に重み関数、特にピーク関数が制御される。

簡単な妥当性基準では、位置値の度数分布と位置に依存する関数とが直接に乗算され、それぞれの度数点が異なって重みづけされれば充分なことが多い。積関数は最大値の位置に関して評価され、これにより重み関数、特にピーク位置が制御される。例えばパターンによって個々の異常値にいたるまで幾つかの位置のみが頻繁に発生する場合、度数分布は例えば線形関数と乗算され、最左方または最右方の度数点が優先される。優先される度数点は積関数の絶対最大値となり、状態に関する妥当性基準として利用可能である。

本発明を以下に図示の実施例に則して説明する。ただしこれは本発明を限定するものではない。

図１には運動する帯状物３のマーク２を検出するマーク検出装置１の概略図が示されている。図示の実施例では、帯状物３上にマークが印刷されている。マーク２はここでは帯状物３上のパターンであるが、直線ではない。マーク２には帯状物の進行方向４から見て帯状物に対して斜めに延在するセクションもある。図示されていない帯状物運動制御装置はマーク２によって制御され、ここでガイド基準はマークが左方に位置しているセクション５の最左方の線である。もちろん他の基準を用いることもできる。

帯状物３の光学検出のためにＣＣＤカメラの形態の画像記録装置６が設けられている。この画像記録装置６はマーク２の情報を含む画像信号を形成する。この画像信号は画像処理装置７へ供給され、そこで得られた画像信号からマーク２の位置信号が形成される。画像処理装置７はこのために画像信号内のエッジの位置を検出する通常のエッジ探索アルゴリズムを用いる。

各測定サイクルで得られた位置信号はデータサンプリング器８へ供給され、得られた位置信号の統計的評価が行われる。ここで云う統計的評価とは、種々の位置信号の発生頻度をヒストグラムとしてデータサンプリング器８で形成し、これを乗算器９へ供給し、関数発生器１０から出力された関数との積を形成することである。関数発生器１０は主として線形関数を発生する。関数発生器１０の出力関数はデータサンプリング器８で形成されたヒストグラムの重みとなる。乗算器９の乗算過程により左方の度数点のほうが右方の度数点に比べて優先されるので、乗算器９で形成された出力関数は一義的な最大値を有することになる。最大値検出器１１は、この最大値と、重みづけされたヒストグラムの絶対最大値の位置とを求める。最大値検出器１１で形成された位置値は評価すべきマーク２の目標位置に相応する。

画像処理装置７で形成された位置信号はさらに窓比較器１２へ供給され、位置信号があらかじめ定められた窓領域内にあるか否かが検査される。窓比較器１２は窓の中央位置を定義するための位置入力側１３を有する。位置入力側１３は最大値検出器１１の出力側に接続されている。また窓比較器１２は窓幅を定義するための窓幅入力側１４を有する。この窓幅入力側１４は窓比較器１２の窓幅値を設定する値発生器１５に接続されている。この値発生器の値は一般に調整可能である。

画像処理装置７の位置信号はローパスフィルタとして作用するフィルタ１６へも接続されている。フィルタ１６は妥当性入力側１７を有しており、この妥当性入力側は窓比較器１２の妥当性出力側１８に接続されている。フィルタ１６はここでは正の妥当性信号が妥当性入力側１７に印加されたときにのみ、フィルタ入力側１９から新たな位置信号を取り入れる。これにより画像処理装置７からの位置信号のうちあらかじめ定められた基準に相応しない位置信号はフィルタ１６で抑圧される。つまり、フィルタ出力側２０は、妥当性入力側１７に正の妥当性信号が印加された場合に、画像処理装置７の位置信号に追従する信号を出力する。反対に、妥当性入力側１７に現時点での測定値が妥当でないことが表された場合には、フィルタ１６はフィルタ出力側２０の最後の出力値を一定に保持する。

このようにして、セクション５の外部に存在するマークまたは他種のマークに由来する位置信号がフィルタ出力側２０へ出力されることが阻止される。さらに現時点での位置信号が妥当であるか否かを表す妥当性信号が妥当性出力側１８へ出力され、この妥当性信号が例えば後の制御において、現時点での信号が利用不能であって閉ループ制御を阻止しなければならないことを表すために用いられる。

マーク検出装置の概略図である。

符号の説明

１ マーク検出装置、 ２ マーク、 ３ 帯状物、 ４ 帯状物進行方向、 ５ 妥当なセクション、 ６ 画像記録装置、 ７ 画像処理装置、 ８ データサンプリング器、 ９ 乗算器、 １０ 関数発生器、 １１ 最大値検出器、 １２ 窓比較器、 １３ 位置入力側、 １４ 窓幅入力側、 １５ 値発生器、 １６ フィルタ、 １７ 妥当性入力側、 １８ 妥当性出力側、 １９ フィルタ入力側、 ２０ フィルタ出力側

Claims (8)

1. 少なくとも１つの画像記録装置（６）を介して帯状物（３）を光学的に走査し、連続する測定サイクルで画像信号を形成し、
   該画像信号を画像処理装置（７）へ供給し、該画像処理装置により画像信号からマーク（２）の位置を求め、位置値を出力する、
   運動する帯状物のマークを検出する方法において、
   位置に依存する重み関数を適用することにより、前記位置値から、現時点で求められた位置値が妥当であるか否かを表す妥当性信号を形成および出力する
   ことを特徴とする運動する帯状物のマークを検出する方法。
2. 位置値をフィルタ（１６）へ供給し、該フィルタにより種々の測定サイクルの位置値から時間および位置に依存する重み関数を用いてマークの位置に対する出力値を計算する、請求項１記載の方法。
3. 重み関数はピーク関数である、請求項１または２記載の方法。
4. 重み関数は窓関数である、請求項３記載の方法。
5. 重み関数を先行の測定サイクルでの位置値によって制御する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 重み関数を先行の測定サイクルでの位置値の統計的評価によって制御する、請求項５記載の方法。
7. 位置値の度数分布をスライドさせながら求め、該度数分布に対して妥当性基準を適用し、重み関数を制御するための妥当な位置値の平均状態を求める、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 位置値の度数分布と位置に依存する関数とを乗算し、積関数の最大値の位置により重み関数を制御する、請求項７記載の方法。

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