JP2009058456A - エッジ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば帯状ワークをその長手方向に沿って走行させる際の蛇行修正制御に用いるに好適なエッジ検出装置を提供する。
【解決手段】物体のエッジ位置を検出するエッジセンサと、このエッジセンサにて検出されたエッジ位置が予め設定された読み飛ばし条件を満たすとき、検出したエッジ位置の情報の出力を禁止して、先に検出されたエッジ位置の情報を継続して出力する出力制御手段とを具備したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば長尺フィルム（帯状ワーク）をその長手方向に沿って走行させる際の蛇行修正制御に用いるに好適なエッジ検出装置に関する。

長尺フィルム等の帯状ワークをその長手方向に沿って走行させながら各種製品の製造に供するような場合、上記帯状ワークの辺（エッジ位置）を検出して蛇行修正することが行われる（例えば特許文献１を参照）。この種の蛇行修正制御は、基本的には図４に示すように光学式のエッジセンサＳを用いて帯状ワークＷのエッジ位置を検出し、検出したエッジ位置から求められる前記帯状ワークＷの幅方向のずれ量に応じて、例えば該帯状ワークＷの走行経路（走行ライン）に対して斜めに設けられた走行ローラＲの位置を変位制御することによって行われる。

尚、エッジセンサＳは、一般的にはラインセンサとこのラインセンサに向けて光を照射する光源と備え、帯状ワークＷにより遮られなかった光を前記ラインセンサにて受光することで、そのエッジ位置を検出するように構成される。またワークＷのエッジにおける単色平行光のフレネル回折に着目してエッジ検出を行うことで、透明または半透明のワークＷのエッジ位置を検出することも提唱されている。
特開平１１-３３４９５３号公報 特開２００７-６４７３７号公報

ところで帯状ワークＷの中には、コンデンサや電池等に用いられる電極体のようにその辺部に電極タブＴを突出させたものもある。すると前述したエッジセンサＳにおいては、上記電極タブＴを含んでエッジ位置の検出を行うので、例えば図５に示すように本来のエッジとは異なる部位、つまり電極タブＴの先端を帯状ワークＷのエッジ位置（辺）として誤検出することになる。この為、帯状ワークＷをその長手方向に搬送しながらエッジ位置検出を行った場合、例えば図６に示すように検出エッジ位置が急激に大きく変化することがあり、前述した蛇行修正制御に悪影響を与えると言う不具合がある。また、特に帯状ワークＷが透明フィルム体であって同様にエッジ位置検出を行った場合、帯状ワークＷの搬送に伴って該ワークの位置にふらつきが生じるため、やはり図６に示すように光量が乱れて異常なエッジ位置が出力されることがある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、辺部に突出するタブを有する帯状ワークであっても、該ワークにおける本体部の辺のエッジ位置だけを確実に検出することができ、例えば上記帯状ワークをその長手方向に沿って走行させる際の蛇行修正制御に用いるに好適なエッジ検出装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係るエッジ検出装置は、例えば複数の受光セルを所定のピッチで配列したラインセンサを備え、光路中におかれた物体によって変化する上記ラインセンサの出力から前記物体のエッジ位置を検出するエッジセンサと、このエッジセンサにて検出されたエッジ位置が予め設定された読み飛ばし条件を満たすとき、先に検出されたエッジ位置の情報を継続して出力する出力制御手段とを具備したことを特徴としている。

ちなみに前記エッジセンサは、予め設定された一定の周期で物体のエッジ位置を検出するものであって、前記出力制御手段は、予め指定された基準位置と前記エッジセンサにて検出されたエッジ位置との差、または前記エッジ位置の変化量から前記読み飛ばし条件の成立性を判定して、検出したエッジ位置の読み飛ばしを制御するものとして構成される。尚、エッジ位置の検出周期は、エッジ検出に用いるパルス光の投光周期（発光周期）を制御することによって可変設定される。

尚、前記出力制御手段に設定する読み飛ばし条件は、エッジ位置の検出時点から検出したエッジ位置の情報を出力する時点までの遅延時間を指定する「遅延時間」、読み飛ばしの対象とするエッジ位置の変化の向きを指定する「形状」、読み飛ばしの判断基準となる位置を指定する「基準位置」、読み飛ばしの対象とするエッジ位置の前記基準位置からの変化幅を指定する「サイズ」、および読み飛ばしの解除条件を指定する「解除条件」をそれぞれ特定するパラメータとして与えられるものであって、前記出力制御手段は、これらのパラメータの入力機能を備えて実現される。

好ましくは前記基準位置については、例えば前記遅延時間前に求められたエッジ位置、読み飛ばし前に求められたエッジ位置、およびセンタ位置の１つとして選択設定するようにすれば良い。また前記解除条件については、例えばオフディレータイマにより計時される設定時間の経過時、または検出されたエッジ位置の所定位置への復帰時、または外部入力からの解除指示を受けたときとして選択設定するようにすれば良い。

本発明に係るエッジ検出装置によれば、検出したエッジ位置が所定の条件を満たさないときには上記検出したエッジ位置を読み飛ばし、それまでに出力していたエッジ位置の出力を維持する。従ってこのエッジ検出装置の出力を用いて帯状ワークの蛇行修正制御を実行する場合であっても、その制御値が不自然に変化することがなく、従って安定した蛇行修正制御を実行することが可能となる。特に辺に突出した電極タブを有する帯状ワークに対する蛇行修正制御を行う場合であっても、上記電極タブの存在に拘わりなくワーク本体のエッジ位置を安定に検出して上記蛇行修正制御を実行することができる。更には前記帯状ワークが透明フィルムである場合でも、光量の乱れに起因して異常なエッジ位置が出力される点を読み飛ばすことにより、ワーク本体のエッジ位置を安定に検出することができる。

また前述した如く読み飛ばし制御のパラメータを設定することで、帯状ワークの形状やその走行時のゆらぎの態様に応じた最適な読み飛ばし制御が可能である。従って種々の仕様に応じたエッジ検出が可能であり、各種帯状ワークの蛇行修正制御を安定に実行することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るエッジ検出装置について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るエッジ検出装置の概略構成図である。このエッジ検出装置は、前述した特許文献１,２等に示されるように複数の受光セルを所定のピッチで配列したラインセンサ１と、このラインセンサ１に向けて、例えば単色平行光を投光する光源２と、上記単色平行光の光路中におかれた物体によって変化する上記ラインセンサ１の出力から前記物体のエッジ位置を検出する演算部３とを備えて構成される。

ちなみに上記演算部３は、例えばマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）４が備える演算処理機能として実現される。この演算部３については、例えば光路中に物体が存在しない全光入力時における前記ラインセンサ１の出力（全受光量）と、前記光路中に物体がおかれたときの前記ラインセンサ１による受光量との比から物体のエッジ位置を検出する光量方式ものであっても良いが、物体のエッジにおける前記単色平行光のフレネル回折による光量分布パターンを解析して上記物体のエッジ位置を求める、いわゆるフレネル回折方式のものであっても良い。またこれらの方式を併用したものであっても良い。むしろ検出対象とする物体が透明体または半透明体であるような場合には、物体を透過した光もラインセンサ１に入光するので、エッジセンサとしては上述したフレネル回折方式を採用してエッジ位置を検出するものであることが望ましい。

さて基本的には上述したエッジセンサを備えて構成されるエッジ検出装置において本発明が特徴とするところは、前記マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）４が備える処理機能の１つとして前記エッジセンサにて検出されたエッジ位置が予め設定された読み飛ばし条件を満たすとき、検出したエッジ位置を読み飛ばして、つまりその出力を禁止して、その直前の出力値をそのまま維持して出力する出力制御手段（読み飛ばし制御機能）５を備えている点である。

即ち、このエッジ検出装置においては、例えば一定周期で物体のエッジ位置を検出するように構成されており、検出したエッジ位置エッジ位置が予め設定された読み飛ばし条件を満たすとき、換言すれば検出したエッジ位置が異常値を示すとき、その出力を禁止してメモリ６に記憶している前回のエッジ位置の情報をそのまま継続して出力するように構成されている。尚、エッジ位置の読み飛ばしを実行した場合には、後述する条件の下でその読み飛ばし解除が行われる。このようにして出力制御されたエッジ位置の情報が、例えば蛇行修正制御に供される。

ここでエッジ位置の読み飛ばし制御について考えると、読み飛ばしが必要となるのは、例えば図４を参照して前述したように帯状ワークＷの一側に電極タブＴが突出しており、この電極タブＴの先端を帯状ワークＷの辺の位置（エッジ位置）として検出した場合や、例えば帯状ワークＷが薄さに起因して該帯状ワークＷがその厚み方向にふらつき、これによってラインセンサ１に入光する光量が乱れて異常なエッジ位置が検出されるような場合である。

ちなみに後者のような異常なエッジ位置は一般的には連続して検出されることはないので、その１点、或いはこれに続く数点の検出値（検出エッジ位置）を読み飛ばせば十分である。しかし前述した電極タブＴの先端をエッジ位置として検出し、蛇行修正制御の範囲から外れたような場合には、この状態で帯状ワークＷの走行が停止することもあるので、その読み飛ばし制御を工夫することが必要となる。具体的には、例えば新たに検出されるエッジ位置が読み飛ばし前のエッジ位置近傍に戻ったことを確認した上で読み飛ばしの解除を行うことが必要となる。しかし読み飛ばしを行った状態で帯状ワークＷを交換（段取り）したような場合には、読み飛ばし前のエッジ位置と、新たに検出されるエッジ位置とが大きく異なり、これに起因して読み飛ばし解除ができなくなる虞も生じる。

そこで本発明においては次のようにして読み飛ばしとその解除を制御するものとなっている。即ち、この実施形態においては読み飛ばしの制御パラメータとして、検出したエッジ位置の出力タイミングを指定する「遅延時間」Ａ、読み飛ばしの対象とするエッジ位置の変化の向きを指定する「形状」Ｂ、読み飛ばしの判断基準となる位置を指定する「基準位置」Ｃ、読み飛ばしの対象とするエッジ位置の前記基準位置からの変化幅（ずれ幅）を指定する「サイズ」Ｄ、および読み飛ばしの解除条件を指定する「解除条件」Ｅからなる５つのパラメータとして与えられる。これらの５つのパラメータＡ〜Ｅは、図示しないスイッチ等の情報入力部を介して前記演算器（ＣＰＵ）４にプリセットされる。

より具体的には前述した「形状」は、エッジ位置の読み飛ばしの形状を凸または凹凸として選択的に指定するものである。この読み飛ばしの形状（凸／凹凸）は、エッジ位置の変化のパターンが立ち上がるときに読み飛ばしを実行するか、或いは立ち上がり時と立ち下がり時の双方において読み飛ばしを実行するかを設定するパラメータである。通常、前述した電極タブＴを読み飛ばす場合には該タブＴの存在に起因するエッジ位置の一方向への急激な変化を検出すれば十分なので前記読み飛ばしの形状を（凸）に設定する。これに対して帯状ワークＷの幅方向への大きな変位を検出する誤検出を読み飛ばす場合には、その変位の向きが特定できないので前記読み飛ばしの形状を（凹凸）として設定する。

また前記「読み飛ばしサイズ」は、読み飛ばしを実行するエッジ位置の変位の大きさ（変位幅）を指定するものであり、例えば０〜３０［ｍｍ］として設定される。この読み飛ばしサイズについては、蛇行修正制御の仕様や前記帯状ワークＷに許容される蛇行幅に応じて設定される。そして検出されたエッジ位置が上記読み飛ばしサイズ以上の変化を示すとき、読み飛ばしを実行するようにする。

一方、前記「遅延時間」はエッジ位置の変化を監視する時間間隔を設定するパラメータであり、例えば０〜１００［ｍｓ］として設定される。そしてこの遅延時間内に前述した読み飛ばしサイズ以上のエッジ位置の変化があったとき、読み飛ばしを実行するようにする。ちなみにエッジ位置の時間的な変化を以て検出したエッジ位置を読み飛ばす場合に前記遅延時間を［０］として設定すると、検出したエッジ位置が異常であっても、その検出データが一瞬出力されてしまう。従って実際的には、検出したエッジ位置が異常であるか否かを判定する処理時間を見込んで、一定の遅延時間後に上記検出したエッジ位置を出力することか望ましい。これにより出力データとしては、上記遅延時間前の時間的に遅れた位置において検出されたエッジ位置が出力されることになる。

これに対して前述した「基準位置」は、エッジ位置の変化を監視する際の基準となる位置を指定するパラメータであり、例えば［遅延時間前の位置］,［読み飛ばし前の位置］,［センタ位置］として選択的に設定される。
前記［遅延時間前の位置］は、前述した如く設定される遅延時間前に計測したエッジ位置と現在計測したエッジ位置との差をエッジ位置の変化量として検出する為のパラメータである。この［遅延時間前の位置］は、例えば帯状ワークＷとして透明フィルムのエッジ位置を検出する場合、エッジ位置の急激な変化に起因して誤検出されるエッジ位置を読み飛ばす（スキップする）際に用いられる。

また前記［読み飛ばし前の位置］が設定された場合、読み飛ばしが発生していないときは前述した［遅延時間前の位置］と同じ位置として求められるが、読み飛ばしが発生しているときは前記メモリ６に保持（ホールド）されている位置として求められる。例えば帯状ワークＷのフィルム辺のエッジを検出している場合、該帯状ワークＷの辺から突出した電極タブＴの先端を検出したときに読み飛ばしが行われる。そしてその後、該タブＴが検出されている間に亘って、その読み飛ばし前の前記フィルム辺のエッジ位置との差が求められることになるので、読み飛ばしが継続的に実行されることになる。

これに対して前記［センタ位置］は前述したラインセンサのセンタ（中心位置）、または実際に帯状ワークＷを所定の位置にセットして計測した該帯状ワークＷの中心位置（センタ調整した位置）を基準として指定するパラメータである。この場合には、設定されたセンタ位置を固定位置（基準位置）として、検出したエッジ位置と上記基準位置との差を該エッジ位置の変化量として捉えることになる。尚、この基準位置を示すパラメータとして［センタ位置］を設定した場合には、前述した［遅延時間］の設定は不要となる。換言すれば［センタ位置］を設定した場合には、前述した遅延時間を［０］に設定しても何等問題を生じることがない。

以上のようにして読み飛ばし条件を設定することにより、様々なエッジ検出条件に対応して、例えば前述した電極タブ等の検出対象ではない部位の検出エッジ位置を読み飛ばしたり、或いは検出対象の不本意なぶれに起因して誤検出したエッジ位置を読み飛ばすことが可能となる。従ってエッジ検出装置からの不本意な出力を効果的に防止することができるので、該エッジ検出装置の出力をそのまま用いて帯状ワークＷ等の蛇行修正制御を安定に、しかも確実に行うことが可能となる等の効果が奏せられる。

次に上述した読み飛ばし制御における読み飛ばし解除についてい説明する。この読み飛ばし解除は、読み飛ばしが発生したときの解除方法を指定するパラメータであって、［オフディレータイマ］、［逆方向変化］或いは［外部入力］として与えられる。ちなみに上記［オフディレータイマ］は、エッジ位置の異常な変化を検出して読み飛ばしが発生したとき、読み飛ばしの発生時点から一定の時間（例えば前記遅延時間のｎ倍）が経過したときに、読み飛ばし前の出力（エッジ位置）の保持を解除し、新たに検出したエッジ位置の出力の再開を指定する機能である。

但し、前述した基準位置が「読み飛ばし前の位置」または「センタ位置」として設定されている場合は、新たに検出したエッジ位置が上記基準位置の近傍、つまり設定された読み飛ばしサイズ以下の位置まで戻っていないと、再びエッジ位置の変化が大きいとして新たな読み飛ばしが発生することになる。従って、例えばエッジ検出の対象部位が前述した電極タブＴを通り過ぎるまで、エッジ検出装置の出力は保持（ホールド）され続けることになる。また基準位置が［遅延時間前の位置］として設定しておき、読み飛ばし解除を［オフディレータイマ］にしておけば、誤検出した数点の測定値をスキップするだけで、その読み飛ばしを解除することが可能となる。

これに対して読み飛ばし解除のパラメータが［逆方向変化］として設定されている場合には、読み飛ばしの原因となったエッジ位置の過度な変化の向きとは逆向きにエッジ位置が変化したときに、その読み飛ばしを解除する。具体的にはエッジ位置変化の立ち上がりで読み飛ばしを実行した場合には、エッジ位置の立ち下がりが発生した時点で上記読み飛ばしを解除する。このような解除制御により、例えば前述した電極タブＴによるエッジ位置の変化だけを正確に読み飛ばす（スキップする）ことが可能となる。また誤計測が生じた場合であっても、異常データだけを正確に読み飛ばす（スキップする）ことが可能となる。更に読み飛ばし解除のパラメータが［外部入力］として設定された場合は、例えば外部のコントローラでエッジ位置を監視して、エッジ位置が正常な位置に戻ったときにＤＩＯ（デジタル入出力）等の手段を使って解除指示を与えることで読み飛ばしを解除することが可能となる。これにより蛇行制御を実行するサーボ系機器等との連携がし易くなる。

ちなみに前述した読み飛ばしの形状を「凹凸」、基準位置を「読み飛ばし前の位置」、そして読み飛ばし解除を「逆方向変化」に設定しておくことにより、タブ読み飛ばしと誤計測の読み飛ばしの両方に効果的に対処することが可能となる。そして以上の５つのパラメータを用いて各種の読み飛ばしの機能を指定することで、様々なアプリケーションにおいてエッジ検出装置から出力したくないエッジ位置の出力を禁止したり、誤計測を防ぐことが可能となる。

図２は上述したパラメータに従って実行される読み飛ばし制御の概略的な実行手順の例を示している。この処理は予め定められた周期（一定時間）毎にエッジ位置を検出することから開始される〈ステップＳ１,Ｓ２〉。そして先ず検出したエッジ位置と前述したパラメータによって設定された基準位置との差を、エッジ位置の変化量およびエッジ位置の変化の向きとして求める〈ステップＳ３〉。そして上記エッジ位置の差（変化量）が前述したパラメータによって指定されたサイズ以上であるか否かを判定し〈ステップＳ４〉、上記指定サイズ以上の変化が検出されない場合には読み飛ばし処理が不要であると判断する。読み飛ばし処理を行わない場合には、前述した遅延時間の経過を待って検出したエッジ位置をメモリ６に書き込み、このメモリ６に書き込んだエッジ位置を出力する〈ステップＳ５〉。

これに対してエッジ位置の差（変化量）が指定されたサイズ以上である場合には〈ステップＳ４〉、読み飛ばし条件が成立しているとして上記検出したエッジ位置の出力を禁止し、前述したメモリ６に記憶されているエッジ位置の出力を継続する〈ステップＳ６〉。つまり読み飛ばし処理を実行する。そしてこの場合には、読み飛ばしの解除条件が成立しているか否かを判定し〈ステップＳ７〉、解除条件の成立を待つ。

尚、解除条件の判断は、例えば図３(ａ)に示すように一定時間の経過を判断したり〈ステップＳ８〉、或いは図３(ｂ)に示すようにエッジ位置を検出しながらエッジ位置の変化を調べ、新たに検出したエッジ位置が読み飛ばし前の位置に復帰したか、または指定サイズ以上の逆向きのエッジ位置変化が生じたか等を調べることによって行われる〈ステップＳ９ａ,９ｂ,９ｃ〉。この解除条件の判定は、前述した如く設定されたパラメータに応じて行われることは言うまでもない。

かくして上述したように検出したエッジ位置の読み飛ばし機能を備えたエッジ検出装置によれば、該エッジ検出装置から誤検出されたエッジ位置等の不本意な出力を防止することができ、読み飛ばし処理に伴ってその読み飛ばし前に求められたエッジ位置が継続的に出力されるので、前述した帯状ワークＷの蛇行修正制御を安定に実行することが可能となる。また帯状ワークＷの辺部に電極タブＴとの突起がある場合でも、電極タブＴの影響を受けることなく帯状ワークＷの蛇行修正制御を安定に実行することが可能となる。しかも読み飛ばしの解除条件についても、エッジ位置の検出条件等に応じて最適に設定することができるので、いわゆるデッドロック状態に陥って読み飛ばし状態を解除することができなくなる等の不慮の事態を未然に防ぐことが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば前述した５つのパラメータの全てを設定可能に構成する必要はなく、エッジ検出装置の使用条件に応じたパラメータを設定可能に構成することも可能である。また制御パラメータの種類や、その制御形態の種類を検出仕様に応じて適宜増やすことも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係るエッジ検出装置が備えた読み飛ばし制御機能を説明する為の概略構成図。 読み飛ばし制御の実行手順の例を示す図。 読み飛ばし制御の解除条件判定手順の例を示す図。 帯状ワークのエッジ検出と、その蛇行修正制御の概念を示す図。 帯状ワークのエッジ位置と該帯状ワークに設けられた電極タブとの関係を示す図。 帯状ワークの走行に伴って検出されるエッジ位置の変化の様子を示す図。

符号の説明

１ ラインセンサ
２ 光源
３ エッジ位置検出手段
４ 演算器（ＣＰＵ）
５ 読み飛ばし制御手段
６ メモリ

Claims (5)

1. 物体のエッジ位置を検出するエッジセンサと、このエッジセンサにて検出されたエッジ位置が予め設定された読み飛ばし条件を満たすとき、先に検出されたエッジ位置の情報を継続して出力する出力制御手段とを具備したことを特徴とするエッジ検出装置。
2. 前記エッジセンサは、一定の周期で物体のエッジ位置を検出するものであって、前記出力制御手段は、予め指定された基準位置と前記エッジセンサにて検出されたエッジ位置との差、またはエッジ位置の変化量から前記読み飛ばし条件の成立性を判定するものである請求項１に記載のエッジ検出装置。
3. 前記出力制御手段に設定する読み飛ばし条件は、エッジ位置の検出時点から検出したエッジ位置の情報を出力する時点までの遅延時間を指定する「遅延時間」、読み飛ばしの対象とするエッジ位置の変化の向きを指定する「形状」、読み飛ばしの判断基準となる位置を指定する「基準位置」、読み飛ばしの対象とするエッジ位置の前記基準位置からの変化幅を指定する「サイズ」、および読み飛ばしの解除条件を指定する「解除条件」をそれぞれ特定するパラメータとして与えられるものであって、
   前記出力制御手段は、これらのパラメータの入力機能を備えている請求項１に記載のエッジ検出装置。
4. 前記基準位置は、前記遅延時間前に求められたエッジ位置、読み飛ばし前に求められたエッジ位置、およびセンタ位置の１つとして選択設定されるものである請求項３に記載のエッジ検出装置。
5. 前記解除条件は、オフディレータイマにより計時される設定時間の経過時、または検出されたエッジ位置の所定位置への復帰時、または外部入力による解除支持を受けたときとして選択設定されるものである請求項３に記載のエッジ検出装置。

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