JP2009276352A - 材料マークセンサおよび材料マークの検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動時に迅速に動作し簡単に調整可能な材料マークセンサを提供する。
【解決手段】カメラセンサおよびこれに結合された評価論理ユニットが設けられており、カメラセンサは材料の面の一部に存在するマークを少なくとも走査線方式で走査し、評価論理ユニットは複数の論理素子を固定の設定によって結合したものであり、カメラセンサが走査した面の一部の上にマークを検出した場合、材料マークの位置に相応する材料マーク識別信号を出力する。
【選択図】図1
【解決手段】カメラセンサおよびこれに結合された評価論理ユニットが設けられており、カメラセンサは材料の面の一部に存在するマークを少なくとも走査線方式で走査し、評価論理ユニットは複数の論理素子を固定の設定によって結合したものであり、カメラセンサが走査した面の一部の上にマークを検出した場合、材料マークの位置に相応する材料マーク識別信号を出力する。
【選択図】図1
Description
本発明は材料マークセンサに関する。また本発明は材料上または材料内に付されたマークを検出する方法に関する。さらに本発明は材料上または材料内に付されたマークを2次元で検出する方法にも関する。
材料ウェブ、特に巻取紙の処理では、搬送路を流れる材料を処理する機械(例えば印刷機または加工機)において、材料ウェブのガイドを保持するためにレジスタ制御部が用いられる。
図4にはこうしたレジスタ制御部401を備えたウェブ処理機400の構造が示されている。ウェブ処理機400では、基本的には、製品となる材料ウェブ402が処理機400へ送り込まれ、通常、レジスタ制御部401によって監視される。材料ウェブ402は搬送ローラ403、例えば搬入機構および搬出機構ならびに処理軸によって案内される。また、付加的に、製品搬送軸もいわゆるインセッティングに際して監視される。
この場合、複数の軸が製品の搬送に関与することもある。
一般に、ウェブ処理機400では、材料ウェブ402は紙、布、ボール紙、プラスティックまたは金属のシート、ゴムなどから成る。また、ウェブ処理機のタイプとして、特に輪転印刷機(新聞印刷、パッケージ印刷)、加工機(送付物区分、切断、穿孔)、パッケージング機などが挙げられる。
こうした機械の内部では、これまでもしばしば、先行の処理ステップで材料ウェブ402にプリントマークが添付され、先行の処理ステップの処理結果に対して後続の処理ステップの同期が図られていた。また、材料ウェブ402に対して処理の開始前に既にプリントマークまたは材料マークが被着され、ウェブ処理機400で使用されることもある。こうしたプリントマークまたは材料マークはセンサによって走査される。走査のために、例えば、バイナリのプリントマークセンサ(例えばSickKT10−2)、バイナリのカメラベースのセンサ、カメラシステム(例えばSickIVC−2D)およびプリントマークストリームセンサなどが用いられる。
こうしたセンサにより、プリントマークがセンサの下方に位置する時点が検出され、バイナリ信号(例えばプリントマークセンサのセンサ信号)の送出および/または測定位置のデータ伝送(例えばカメラシステムから伝送されるデータ)によって、当該の時点が高精度にオートメーションシステムへ供給される。オートメーションシステムは当該の情報を用いて搬送方向すなわち長手方向における位置と搬送方向に対する横断方向における位置との双方を求め、また、場合により補正措置を導入する。こうした制御を行う制御部は、搬送方向の長手方向レジスタ制御部、ないし、搬送方向に対する横断方向の横方向レジスタ制御部と称される。
バイナリのプリントマークセンサ
バイナリ出力を行うプリントマークセンサが用いられる場合、例えば、図5に示されているようないわゆるくさび形マーク502が走査される。くさびマーク502は例えば搬送方向504に6mmの長さを有し、搬送方向に対する横断方向に10mmの幅を有する。コントラスト走査により、光点506が材料ウェブ402へ投影され、当該の材料ウェブないしその打ち抜きマークまたはカラーマークによって反射された光がセンサによって評価される。ただしこのことは図5には示されていない。材料ウェブ402が搬送方向504へ運動する場合、材料ウェブ402の反射特性または反射信号の時間の長さを評価することにより、くさびマーク502の位置ないしウェブ処理機400における材料ウェブの所定部分の位置が推論される。光点506はここではくさびマーク502より格段に短い。
バイナリ出力を行うプリントマークセンサが用いられる場合、例えば、図5に示されているようないわゆるくさび形マーク502が走査される。くさびマーク502は例えば搬送方向504に6mmの長さを有し、搬送方向に対する横断方向に10mmの幅を有する。コントラスト走査により、光点506が材料ウェブ402へ投影され、当該の材料ウェブないしその打ち抜きマークまたはカラーマークによって反射された光がセンサによって評価される。ただしこのことは図5には示されていない。材料ウェブ402が搬送方向504へ運動する場合、材料ウェブ402の反射特性または反射信号の時間の長さを評価することにより、くさびマーク502の位置ないしウェブ処理機400における材料ウェブの所定部分の位置が推論される。光点506はここではくさびマーク502より格段に短い。
センサのバイナリ信号は典型的には24V信号であり、マーク502のコントラスト特性を表す。すなわち、当該の信号は例えばマークの光点に当たると0Vから24Vへ跳躍的に増大する。
こうした装置を用いて、長手方向レジスタ制御部による測定が例えば搬送方向504に対して直交するマークエッジを測定することにより行われる。横方向レジスタ制御部による測定は、センサ信号の時間幅を測定する装置によって行われる。こうした時間幅は、搬送方向に対する横断方向での光点506に対するマーク位置の尺度となる。
電気的バイナリ信号は続いてオートメーションシステムへ読み込まれ、いわゆる測定ピックアップ機能部により所定の位置へ変換される。
バイナリのプリントマークセンサを用いる際の欠点として、次のようなものが存在する。まず、センサが画像処理技術によってではなく光点によってプリントマークを検出するため、僅かなタイプのマークしか検出できないことが挙げられる。次に、プリントマークの色に応じて種々の設定ないし種々のセンサを選択しなければならないことが挙げられる。センサ内の光源によって形成された光点はたいていの場合単色であり、したがって全ての色を検出することはできない。このため、識別すべきマークの色ごとにセンサを交換したり付加的なセンサを用意したりしなければならない。フレキシブルでない唯一のマークしか検出されないのである。ついで、例えばマークは固有の印刷画像の一部であることもあるのに、センサによるマーク識別をトレーニングするための学習機能では、複雑なタイプのマークの検出が不可能であることが挙げられる。さらに、センサの走査方式に基づいて、通常、プリントマークの存在する個所とプリントマークの存在しない個所とのコントラスト変化への応答に無駄時間が発生することが挙げられる。センサは、相応のマークエッジが検出されたことを確認するために時間のかかる計算を実行しなければならない。こうした無駄時間をオートメーションシステムで補償するには手間がかかる。
バイナリのカメラベースセンサ
バイナリのプリントマークセンサに代えて、今日では、マークの長手方向について唯一のバイナリ信号を出力する安価なCCDベースの装置が開発されている。
バイナリのプリントマークセンサに代えて、今日では、マークの長手方向について唯一のバイナリ信号を出力する安価なCCDベースの装置が開発されている。
こうした開発においては、カメラベースの装置についてもこんにちプリントマークセンサのコストと同程度にしかコストがかからないという利点が認識されている。
例としてCCDカメラが挙げられる。連続して迅速に操作される多数のピックアップに基づいてプリントマークのピクセル情報が識別され、CCDセンサ面に対する位置、すなわち長手方向位置および横方向位置が測定される。カメラは走査すべきプリントマークより大きいフィールドを走査する。
バイナリのカメラベースセンサを用いる際の欠点として、次のようなものが存在する。まず、現行のセンサでは長手方向での識別しか行えないことが挙げられる。次に、特徴の取得を改善するためのあらかじめ定められたタイプのマークを利用することができないことも問題である。さらに、無駄時間補償が行われず、連続して迅速に撮像された画像によりマークが識別されて1個のバイナリ信号が出力されるのみであることも挙げられる。無駄時間の補償は、複数の画像に基づいてマークの運動速度を求め、処理の無駄時間の知識から無駄時間が生じないようにバイナリの出力信号を制御することによってしか行えない。
カメラベースシステム
通常のカメラベースシステムはたいていの場合いわゆる"スマートカメラ"であり、煩雑でコストのかかるイーサネットインタフェースを有するように構成されるか(例えばSickIVC−2D)か、または、バイナリ出力によって製品の有無のみを識別するように構成される(例えばCognexChecker)。レジスタ制御部の適用例では、バイナリ出力はあまりにも緩慢であり、製品の有無についての情報しか得られない。こうしたシステムは、きわめて高価であるか、あるいは、長手方向制御部ないし横方向制御部に必要な機能を有さない。
通常のカメラベースシステムはたいていの場合いわゆる"スマートカメラ"であり、煩雑でコストのかかるイーサネットインタフェースを有するように構成されるか(例えばSickIVC−2D)か、または、バイナリ出力によって製品の有無のみを識別するように構成される(例えばCognexChecker)。レジスタ制御部の適用例では、バイナリ出力はあまりにも緩慢であり、製品の有無についての情報しか得られない。こうしたシステムは、きわめて高価であるか、あるいは、長手方向制御部ないし横方向制御部に必要な機能を有さない。
カメラベースシステムを使用する際の重大な欠点は、前述した適用例において、カメラ内部の評価ソフトウェアによって制御されるバイナリの出力信号が緩慢すぎるということである。当該の応答はカメラのサイクル時間が緩慢であるために強いジッタを有しており、このジッタが位置精度に対して直接に影響を及ぼしてしまう。また、カメラにきわめて大きいコストがかかる点も問題である。こんにちのカメラは、一方では内部の信号処理が複雑であるために製造コストがきわめて大きく、他方ではレジスタ制御部が測定を行う際にイーサネットへの接続のコストがかかるという欠点を有する。
プリントマークストリームセンサ
マークストリームセンサはマークストリームを走査し、複雑なインタフェース、典型的にはイーサネットを介して、長手方向レジスタ制御部ないし横方向レジスタ制御部へ情報を出力する。この例としてPremocy社の製品が挙げられる。図6にはプリントマークDW1〜DW5を含むマークストリームが示されている。個々のマークは、図6にハッチングによって示されている種々の色を有しており、例えば、相互にオフセットされた2つのくさび形マークの組が20mm間隔で並んでいる。
マークストリームセンサはマークストリームを走査し、複雑なインタフェース、典型的にはイーサネットを介して、長手方向レジスタ制御部ないし横方向レジスタ制御部へ情報を出力する。この例としてPremocy社の製品が挙げられる。図6にはプリントマークDW1〜DW5を含むマークストリームが示されている。個々のマークは、図6にハッチングによって示されている種々の色を有しており、例えば、相互にオフセットされた2つのくさび形マークの組が20mm間隔で並んでいる。
プリントマークストリームセンサを使用する際の欠点として、センサが光点によって識別を行い、画像処理技術による識別を行わないため、僅かな種類のマークしか検出できないことが挙げられる。また、プリントマークの色に応じてセンサを種々に調整したりセンサを選択したりしなければならないことも欠点の1つである。光源で形成される光点は単色であり、全ての色を検出することはできないので、検出すべきマークの色に応じて、センサを交換するか、付加的なセンサを用意しなければならない。さらに、例えばマークは本来の印刷画像の一部であってもよいが、複雑な形態のマークの学習は不可能であることも欠点である。また、マークストリームセンサには大きなコストがかかる。つまり、一方では評価プログラムが複雑であるために製造コストがきわめて大きくなり、他方ではレジスタ制御部が測定を行う際にイーサネットへの接続のコストがかかる。そのほか、カメラベースシステムではマークの大きさおよび予測される最大偏差よりも大きなウィンドウを1つだけ走査すればよいが、光点は正確に位置決めされなければならないことも欠点として挙げられる。
したがって、本発明の基礎とする課題は、駆動時に迅速に動作し簡単に調整可能な材料マークセンサを提供することである。また、本発明は、駆動時に迅速に動作し簡単に調整可能な材料マークの検出方法を提供することである。
この課題は、材料上または材料内に付されたマークを検出する材料マークセンサにおいて、カメラセンサおよび該カメラセンサに結合された評価論理ユニットが設けられており、前記カメラセンサは材料の面の一部に存在するマークを少なくとも走査線方式で走査し、前記評価論理ユニットは複数の論理素子を固定の設定によって結合したものであり、前記カメラセンサが走査した前記面の一部の上にマークを検出した場合、前記材料マークの位置に相応する材料マーク識別信号を出力する構成により解決される。前述した課題はまた、材料上または材料内に付されたマークを検出する、材料マークの検出方法において、少なくとも走査線方式で材料の面の一部に存在する材料マークを走査するステップと、走査された面において前記材料マークが検出された場合、マーク位置に相応する材料マーク識別信号を出力するステップとを有しており、ここで、複数の論理素子を固定の設定によって結合した回路により前記材料マーク識別信号を求めることにより解決される。前述した課題は、さらに、材料上または材料内に付されたマークを検出する、材料マークの2次元検出方法において、少なくとも走査線方式で材料の面の一部に存在する材料マークを走査するステップと、走査された面において前記材料マークが検出された場合、材料ウェブの運動方向に対して平行な方向におけるマーク位置と直交する方向におけるマーク位置とに相応する2つの材料マーク識別信号を出力するステップとを有していることによっても解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
本発明は、材料の面の一部に存在する材料マークを少なくとも走査線方式で走査するために、従来の安価な大量生産のカメラ、例えば移動電話機またはウェブカムに用いられているようなカメラをカメラセンサとして用いることができるという着想を基礎としている。これまで、検出されたカメラ画像の評価はソフトウェアによって制御されており、走査された面部分の評価にはきわめて時間がかかっていた。しかし、複数の論理素子を固定の設定により結合した評価論理ユニット、例えば固定にプログラミングされた論理回路を半導体モジュールにおいて用いることにより、ソフトウェアによる緩慢な評価を省略することができ、材料の搬送が高速な場合にもつねに充分に迅速にマークを検出することができる。
本発明のアプローチは、大量生産されたカメラを用いることにより大幅なコストダウンが達成され、複数の論理素子を固定の設定により結合した評価論理ユニットを用いて、マーク識別において迅速な評価が達成されるという利点を有する。
本発明の有利な実施形態によれば、カメラセンサは材料の面部分について2次元でマークを走査するように構成される。これにより、種々の2次元パターンが識別され、種々のタイプのマークが良好に区別される。また、カメラセンサは従来のカメラをベースとしており、所定の面部分を2次元で検出できる。こうしてカメラセンサの機能が完全に活用される。
本発明の別の実施形態では、評価論理ユニットは、マークが検出されたときに第1の信号レベルの材料マーク識別信号を信号出力側へ出力し、マークが検出されなかったときに第1の信号レベルとは異なる第2の信号レベルの材料マーク識別信号を信号出力側へ出力するように構成される。評価論理ユニットがマークの検出をバイナリでシグナリングすることにより、材料マーク識別信号が迅速に出力される。
また、本発明の別の実施形態によれば、評価論理ユニットは、マークの開始部を検出したときに材料マーク識別信号の信号レベルの第1の変更を行い、マークの終了部を検出したときに材料マーク識別信号の信号レベルの第2の変更を行うように構成される。材料マーク識別信号のエッジの切り替わりにより、材料マークの識別された時点が迅速かつ正確に表される。これによって得られる識別の正確性は、材料マーク識別信号のステータス制御だけでは達成されない。
有利には、評価論理ユニットが、材料ウェブの運動方向に直交する方向でのマーク位置すなわちマークの横方向位置を検出し、当該の横方向位置に相応する所定の時間にわたって材料マーク識別信号を出力するか、または、第1の部分信号および第2の部分信号の信号エッジによりマーク幅を表す材料マーク識別信号を出力する。これにより、材料マークの有無だけでなく、マークの形状についての記述をバイナリの材料マーク識別信号の迅速な評価から取り出すこともできる。こうして、材料マーク識別信号を別のユニットによってさらに処理することが容易になる。
本発明の別の実施形態によれば、評価論理ユニットは材料の縁すなわちエッジを検出するように構成されている。例えば検出されたエッジは、枚葉紙の処理に際して枚葉紙のエッジならびに枚葉紙上のマークを検出する際に用いられる。これにより、枚葉紙のエッジからマークまでの距離が求められる。このようにすれば、印刷画像に対して、種々のカラーマークによる制御だけでなく、枚葉紙のエッジによる制御を行うこともできる。
有利には、カメラセンサおよび評価論理ユニットは電子半導体モジュールを有しており、この電子半導体モジュールは材料マーク識別信号について材料マークの開始部ないし終了部の検出後に最大でも100μsより小さい遅れしか有さないリアルタイム信号処理を行う。リアルタイム信号処理により、高速運動する搬送路を備えたウェブ処理機においても材料マークのリアルタイムでの識別および処理が可能となる。迅速な評価により搬送路におけるマークの位置が正確に求められるからである。
別の有利な実施形態では、評価論理ユニットは、所定の動作モードからトレーニングモードへ切り換えられる。トレーニングモードとは、カメラセンサによって撮影された画像において材料マークの所定の領域が識別され、この領域が基準パターンとして評価論理ユニットへ格納されるモードである。ここで、所定の領域は、例えばコントラストの相違または色の相違に基づいて、センサによって面部分の画像から自動的に求められる(これが基準パターンの"学習"である)。これにより、材料上または材料内のマークの設定パターンが検出されるだけでなく、材料マークセンサが新たなマーク形状を学習することもできる。こうして材料マークセンサの能力が増大される。
別の有利な実施形態によれば、評価論理ユニットは種々のタイプのマーク形状を基準パターンとして記憶し、記憶された基準パターンとの比較により、一致が確認された場合に材料マークを識別する。こうした構成により、材料上または材料内のマークを検出するあいだ、メモリに記憶されたマークによる補償が行われ、材料マークセンサの駆動におけるセンサの設定を変更せずに種々のマークを識別することができる。
また、本発明の別の有利な実施形態によれば、評価論理ユニットは種々のタイプのマーク形状をあらかじめ定義された基準パターンとして有する。これにより、長時間にわたるトレーニングなしに種々のマーク形状を識別することができ、材料マークセンサを迅速に現在のタイプのマークの識別に利用可能である。
有利な実施形態によれば、評価論理ユニットは記憶された基準パターンのうち1つを評価のための比較パターンとして選択する。これにより、有利には、記憶されたマークが複数個存在する場合にも、材料マークセンサごとに異なる種々のマーク形状のレジスタ制御を正確に選択およびトリガすることができる。
特に有利には、評価論理ユニットは、記憶された基準パターンをバイナリの入力に基づいて選択する。これにより、材料マークセンサへの応答のためのマーク形状の選択が電子制御によって迅速に切り換えられる。
また、評価論理ユニットは、記憶された基準パターンをセンサのスイッチおよび/またはキーボードからの入力に基づいて選択する。これにより、オペレータが手動での介入を行ったり相応のマークパターンを選択したりすることができる。これは特にウェブ処理機の設置後、使用開始時のキャリブレーションのときに有利である。
特に有利には、カメラセンサはマークの種々の色を区別し、評価論理ユニットは当該の種々の色により同種のマーク形状を区別する。これにより、センサの設定や位置を変更せずに、材料マークの評価に用いられる種々のマーク、特にその形状を詳細に識別することができる。
有利な実施形態によれば、カメラセンサは走査された面部分のマークを複数回検出し、評価論理ユニットは当該の面部分で複数回検出されたマークのうち2つのマークに基づいて材料の運動速度を求める。マークを複数回検出することにより、外部の信号に依存せずに材料速度ひいてはマークの運動速度を監視することができる。こうして、求められた速度を用いて、後続のマークの検出ないし類似したパターンの識別を改善することができる。
さらに、評価論理ユニットは、カメラセンサおよび評価論理ユニットにおける信号の処理時間が既知であるとき、材料マーク識別信号によりカメラセンサおよび評価論理ユニットにおける信号の無駄時間を補償する。この場合、材料マークセンサの処理アルゴリズムに起因した材料マーク識別信号の大きな遅延が回避される。これにより、有利には、カメラセンサの下方での材料速度に依存しない材料マーク識別信号が得られ、レジスタ制御部が搬送路において処理ユニットの駆動を適切に制御できることが保証される。
別の有利な実施形態によれば、評価論理ユニットはカメラセンサによって走査された面部分の評価を外部のトリガに応じて行う。これにより、評価論理ユニットをつねに駆動しておく必要がなくなり、ウェブ処理機の動作に際してスイッチオンすればよくなる。これは、エネルギが節約されるという利点のほか、例えば、ウェブ処理機に分散して配置された複数の材料マークセンサによって材料マークの経路を追跡しなければならない場合、信号流の最適化が行われ、制御ユニットが今まさに材料マークの通過している材料マークセンサの信号のみを問い合わせればよくなるという利点も有する。こうして、所定の材料マークおよび後続の同種の材料マークの追跡に対する障害が回避される。
本発明はさらに材料ウェブを処理するウェブ処理機に関しており、本発明によれば、材料ウェブ上または材料ウェブ内に付されたマークを検出する材料マークセンサと、この材料マークセンサによって検出されたマークに応じて材料ウェブでの所定の処理ステップを実行する処理ユニットとが設けられている。
特に有利な実施形態によれば、前述した特徴を有する材料マークセンサと処理ユニットとの協働により、低コストであって迅速かつ高精度な位置検出が達成される。
本発明のさらなる特徴、利点および態様を以下に図示の実施例に則して詳細に説明する。
図1には、材料402の上部または内部に付された材料マークを検出する材料マークセンサ100の概略図が示されている。材料マークセンサ100はカメラセンサ102およびこれに結合された評価論理ユニット104を有する。カメラセンサ102は材料402の面部分106、例えばウェブ処理機の材料ウェブの所定のセクションを走査し、相応の信号を評価論理ユニット104へ送出する。評価論理ユニット104では、カメラセンサ102によって形成された信号を例えばあらかじめ既知となっている基準パターンとの比較により評価し、走査された面部分106においてマークが検出された場合、材料マーク識別信号108が出力される。材料マーク識別信号108は単独でまたは補助信号109と組み合わされて出力されるが、このことは後に詳細に説明する。当該の材料マーク識別信号108に基づいて、例えばウェブ処理機400の後続の処理ユニットが制御される。ウェブ処理機400が後続の処理ユニットにおいて種々の色を材料402へ塗布するマルチカラープリンタである場合、マーク502の評価および材料マーク識別信号108の出力により、種々の色を印刷する際の高精度の位置決めが達成される。
図1に示されている本発明の実施例によれば、カメラセンサ102として、例えば、携帯電話機用やウェブカム用に大量生産された従来の低コストのCCDカメラまたは他のフォトセンサが用いられる。材料マーク識別信号108を材料ウェブ402の処理ユニットの制御に適切に利用するには、前述した面部分106において検出されたマークを従来のようにソフトウェアベースで評価するだけでは充分でない。面部分106のパターンをソフトウェアベースで評価することは特にウェブ処理機にとっては緩慢すぎる。このため、本発明によれば、評価論理ユニット104において材料マーク識別信号108が論理素子を固定の設定によって結合した回路をベースとして求められる。例えば評価論理ユニット104はアプリケーション専用集積回路ASICまたはフィールドプログラマブルゲートアレイFPGAの形態で構成される。その際に、評価論理ユニット104の論理素子の結合の形態は必ずしも材料マークセンサ100のメーカで設定しなくてもよく、むしろ材料マークの識別を開始する前にそのつどメモリから新たにロードすると有利である。これにより、例えば、材料マークセンサ100が種々のマーク形状に合わせて調整される。論理素子を固定の設定によって結合することにより、評価論理ユニット104はソフトウェアベースの評価よりも格段に迅速に動作する。低コストのカメラセンサ102に関連して、従来技術に比べて、きわめて安価でしかも迅速に動作する材料マークセンサ100が得られる。
カメラセンサ102は、材料ウェブ402を少なくとも走査線方式で走査するように構成されている。例えば、カメラセンサ102は材料ウェブ402を搬送方向に対して横断方向に走査する。このようにすると、マーク502が既知の形状を有する場合に、材料ウェブに対する走査面の位置を簡単かつ正確に検出することができる。材料ウェブ402上のマークの位置は、例えば、搬送方向に対する横断方向でのマークの延在状態によって求められる。前述した面部分106を走査線方式で搬送方向に沿って走査することにより、材料ウェブ402上のマーク502の位置が正確に求められる。この場合、例えば、マーク502は搬送方向に沿って検出される。
したがって、本発明の第1の実施例では、次のようなセンサの特徴の利用が目指されていることがわかる。すなわち、CCDカメラまたはラインスキャンカメラなどを用いたカメラベースのマークの評価が行われること、センサ信号の評価部がスマートカメラと同様にカメラ内に集積されること、バイナリ出力が行われ、搬送方向および搬送方向に対する横断方向における位置検出が可能となること、ならびに、高速運動するウェブ処理機での利用に適した迅速な信号出力が行われることである。
基本的には、こんにちのカメラシステムは前述した幾つかの機能を有しているが、コストが高くなったり、処理速度が不足したりすることがある。ここで、固定にプログラミングされた評価論理ユニットおよび/またはセンサに対して機能の適合する評価部を備えたカメラセンサを用いることにより、従来技術に対していちじるしい改善が達成される。こんにちのスマートカメラはアプリケーションに合わせてプログラミングされた高価なものであり、高速運動するウェブ処理機の各部品を駆動制御するには緩慢すぎるからである。充分に迅速な評価を行うには、安価なセンサとプログラミングされない評価論理ユニットとを用いて同様の機能を達成することが提案される。
材料マーク識別信号108および補助信号109の出力はレジスタ制御部にとってリアルタイムで迅速に応答できるバイナリの出力であることに注意されたい。当該のプロセスにおける迅速さとは、材料マークセンサが典型的には10m/s〜20m/sまでの搬送速度を有する処理機において、100μmよりも小さい高い測定精度で測定値を迅速に処理できることを意味する。10m/sは10μm/μsに相応するから、材料マークセンサはバイナリ出力の時間的ジッタとして最大で10μsを有し、これにより理想的な速度での位置走査を行っても位置ジッタは最大で100μmとなる。
図2には材料マーク識別信号108ないし補助信号109の時間tに関する信号特性図が示されている。上方の部分チャート202には個別の材料マーク識別信号108を用いたときの信号特性が示されている。第1の時点204で、長手方向レジスタのマークエッジにより、材料ウェブ402上のマーク502の開始部が識別されている。第2の時点206ではマーク502の終了部が識別されている。第1の時点から第2の時点までの信号の時間間隔208により、マーク502の幅ないし面部分106に対するマーク位置が推論される。エッジおよびパルス幅により長手方向レジスタおよび横方向レジスタが制御される。
図2の中央の部分チャート210には、材料マーク識別信号108および補助信号109を用いたときの信号特性が示されている。この場合、第1の時点204では材料マーク識別信号108に関して長手方向レジスタの短いパルス(立ち上がりエッジ)が示されており、補助信号109によりマーク502の幅に相応するステータス制御信号が横方向レジスタに対するパルス幅として出力されている。例えば、第1の出力すなわち材料マーク識別信号108は長手方向のマーク位置を表しており、第2の出力すなわち補助信号109は横方向レジスタに対するパルス幅の尺度を表している。ここで、材料マーク識別信号108は例えばウェブ処理機の後続の処理ユニットにおけるトリガに用いられ、補助信号109は材料ウェブ402上のマーク502の詳細な監視に用いられる。
図2の下方の部分チャート212には、別の実施例において材料マーク識別信号108および補助信号109を用いたときの信号特性が示されている。中央の部分チャート210に示されている実施例とは異なり、この実施例では、補助信号109に対しても短いパルス(立ち下がりエッジ)が示されている。材料ウェブ402でのマーク502の幅は、材料マーク識別信号108から補助信号109までの時間間隔208によって求められる。中央の部分チャート210に示されている実施例とは異なり、横方向の位置は材料マーク識別信号108のエッジすなわちマークの開始部から補助信号109のエッジすなわちマークの終了部までの間隔によって表される。上方の部分チャート202および中央の部分チャート210の信号がステータス制御されるのに対して、当該の信号はパルス制御されるために時間的な精度が高く、材料ウェブにおけるマーク位置も相応に高精度に求められる。
2つの信号108,109のレベルおよびエッジは可変であり、例えば図2に示されているこれらの信号のレベルは相互に逆であってもよいことに注意されたい。
これらの実施例では、材料マークセンサは、図1に示されているようなトレーニング入力側112すなわち評価論理ユニット104の学習機能部を作動させる信号の入力側を有する。ここで、学習過程を開始するための別のバイナリ入力側112または別のキーボードが材料マークセンサ100に設けられていてもよい。学習過程ではマーク形状の学習が行われる。こうした材料マークセンサでの学習過程は、識別すべきマークがセンサの下方に搬送されて来たときまたは手動でセンサの下方に置かれたときに、センサに対してバイナリ信号の学習命令を送出することにより、簡単に行うことができる。カメラセンサ102により撮影された画像およびその特徴から典型的なパターンおよびその特徴が識別され、これを用いてマーク識別のストラテジが定められる。学習過程がトリガされたときにカメラセンサ102の視野に存在したマークないしマーク形状がそれ以降のマーク形状として認識される。マーク形状が単純であればそもそも学習過程は必要なく、撮影された画像からマークが簡単に取得される。これに代えて、学習過程が作動された後、カメラセンサの視野において光学的パターンとして識別された次のマークの形状を目標マーク形状とするように学習過程を進行させてもよい。後者の実施例では、運動する材料ウェブに対して、マークを有する材料ウェブの面部分を手動でセンサの下方にいちいち配置する必要がなく、迅速な学習が可能である。これにより、学習過程の適用がいっそう簡単化される。
また、カメラセンサ102はカラーセンサとして構成されてもよい。色の評価が行われることにより、同じ形状のマークであっても異なる色によって相互に区別することができる。このようにすれば、例えば同じ形状で種々の色の複数のプリントマークを有する材料ウェブにおいて、カメラセンサがプリントマークのうち1つを取り出すことができる。
別の実施例では、材料マークセンサは自動的に無駄時間補償を行う。これは、まず、識別すべきマークがカメラセンサの視野において複数回識別された場合、材料マークセンサが複数個の測定に基づいてマークの運動速度を計算し、次に、求められた運動速度とカメラセンサにおける処理時間の知識とから、カメラセンサが内部の処理無駄時間を補償するための出力信号を送出することによって行われる。この結果、マークがカメラセンサの下方に位置する時点でアクティブとなるバイナリ信号すなわち運動速度に基づく信号が得られる。これに対して、従来技術でのプリントマークセンサによってはマークの運動速度は検出されない。
また、別の実施例では、標準タイプのマークが学習されることにより、学習過程が簡単化される。センサがあらかじめ学習して外部または内部のメモリに記憶したタイプのマークを取得できる場合、製造のたびに新たな学習過程を行うことなく、記憶されたマークを選択すればよい。当該の選択は例えばバイナリ入力側112またはジョグダイアルスイッチなどを介して行われるか、あるいは、センサでローカルに行われる。標準タイプのマークは例えばブロック形、くさび形、2重くさび形、点状、正方形状のマークなどである。
これに代えて、センサはメモリに記憶されている種々のタイプのマークをウェブ上で識別された複数のマークと比較することもできる。この場合、個々のタイプを明示的に選択するわけではないので、選択のためのバイナリ信号は必要なくなる。
さらに別の実施例では、面部分106の走査は、図1に示されているように、評価論理ユニット104のトリガ入力側114を介して外部からトリガされる。基本的には、材料マークセンサ100の動作方式は、このセンサが迅速に連続して画像評価および記憶されているマークとの比較を行うように定められている。付加的に、センサ100は、連続した迅速な内部走査に代えて、1回ずつの撮像ないし数回ずつの撮像を外部のトリガによって行ってもよい。
また、拡大効果を考慮して、マークタイプと記憶されている基準パターンと比較することもできる。例えば、サイズ2mm×5mmのマークを識別できるセンサではサイズ1mm×2.5mmのマークも識別できる。
これにより、記憶される基準マークの個数が低減され、材料ウェブの垂直方向での振動に対して幾分かのトレランスが得られる。材料ウェブに垂直方向での振動が発生すると、材料ウェブからセンサまでの距離が変動し、ひいては、撮影される画像のサイズが変化してしまう。この振動を考慮しておけばマーク位置をいっそう正確に求めることができる。
本発明は、周期的な製造過程によって動作する処理機、例えばパッケージング機においても適用可能である。この場合、ふつう、カメラ装置により、製品の位置が高精度に検出される。位置情報によって例えばピックアンドプレイス過程を制御することもできる。これは、求められた位置を用いてピックアンドプレイス過程の力学特性に応じた目標位置を設定することにより行われる。こうして任意の時点で到来する製品の位置をカメラ装置によって求めることができる。
本発明の材料ウェブでのマークの検出方法300は図3に示されている。この場合にも前述した利点が実現される。第1のステップ302では少なくとも走査線方式で材料の所定の面部分のマークが走査される。続いて、第2のステップ304でマークが識別されると材料マーク識別信号が出力される。ここで、材料マーク識別信号は材料上または材料内のマークの位置を表す。また、材料マーク識別信号は複数の論理素子を固定の設定によって結合した回路により求められる。
100 材料マークセンサ、 102 カメラセンサ、 104 評価論理ユニット、 106 走査される面部分、 108 材料マーク識別信号、 109 補助信号、 402 材料ウェブ、 502 材料マーク、 202,210,212 部分チャート、 204,206 時点、 208 時間、 300 材料マーク検出方法、 302 走査ステップ、 305 出力ステップ
Claims (19)
- 材料上または材料内に付されたマーク(502)を検出する
材料マークセンサ(100)において、
カメラセンサ(102)および該カメラセンサに結合された評価論理ユニット(104)が設けられており、
前記カメラセンサは材料(402)の面の一部(106)に存在するマーク(502)を少なくとも走査線方式で走査し、
前記評価論理ユニットは複数の論理素子を固定の設定によって結合したものであり、前記カメラセンサが走査した前記面の一部の上にマークを検出した場合、前記材料マークの位置に相応する材料マーク識別信号を出力する
ことを特徴とする材料マークセンサ。 - 前記カメラセンサは前記材料の面の一部に存在するマークを2次元で走査する、請求項1記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは、前記材料マークを検出した場合に第1の信号レベルの材料マーク識別信号を信号出力側へ出力し、前記材料マークを検出しなかった場合に前記第1の信号レベルとは異なる第2の信号レベルの材料マーク識別信号を前記信号出力側へ出力する、請求項1または2記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは、前記マークの開始部を検出したときに前記材料マーク識別信号の信号レベルの第1の変更を行い、前記マークの終了部を検出したときに前記材料マーク識別信号の信号レベルの第2の変更を行う、請求項1から3までのいずれか1項記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットが、マーク幅および/または前記材料ウェブの運動方向に直交する方向でのマーク位置を検出するために、所定の時間(208)にわたって検マーク幅および/または前記材料ウェブの運動方向に直交する方向でのマーク位置に相応する材料マーク識別信号を出力するか、または、信号エッジの間隔によってマーク幅および/または前記材料ウェブの運動方向に直交する方向でのマーク位置を表す第1の部分信号および第2の部分信号を有する材料マーク識別信号を出力する、請求項3または4記載の材料マークセンサ。
- 前記カメラセンサおよび前記評価論理ユニットは電子半導体モジュールを有しており、該電子半導体モジュールは前記材料マーク識別信号について材料マークの開始部または終了部の検出後に最大でも100μsより小さい遅れしか有さないリアルタイム信号処理を行う、請求項1から5までのいずれか1項記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは、所定の動作モードからトレーニングモードへ切り換えられ、該トレーニングモードでは、前記カメラセンサによって撮影された前記面の画像において材料マークが識別されて基準パターンとして当該の評価論理ユニットへ格納される、請求項1から6までのいずれか1項記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは種々のタイプのマーク形状を前記基準パターンとして記憶し、記憶された基準パターンとの比較により一致が確認された場合に材料マークを識別する、請求項7記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは種々のタイプのマーク形状をあらかじめ定義されたマーク形状として有する、請求項1から8までのいずれか1項記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは記憶された基準パターンのうち1つを評価のための比較パターンとして選択する、請求項9記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは記憶された基準パターンをバイナリの入力に基づいて選択する、請求項9または10記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは記憶された基準パターンをセンサのスイッチおよび/またはキーボードからの入力に基づいて選択する、請求項9または10記載の材料マークセンサ。
- 前記カメラセンサは前記マークの種々の色を区別し、前記評価論理ユニットは該種々の色により同じマーク形状を区別する、請求項1から12までのいずれか1項記載の材料マークセンサ。
- 前記カメラセンサは走査面のマークを複数回検出し、前記評価論理ユニットは複数回検出されたマークのうち2つのマークに基づいて前記材料の運動速度を求める、請求項1から13までのいずれか1項記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは、前記カメラセンサおよび前記評価論理ユニットにおける信号の処理時間が既知であるとき、前記材料マーク識別信号により前記カメラセンサおよび前記評価論理ユニットにおける信号の無駄時間を補償する、請求項14記載の材料マークセンサ。
- 前記評価論理ユニットは前記カメラセンサによって走査された前記面の評価を外部のトリガに応じて行う、請求項1から15までのいずれか1項記載の材料マークセンサ。
- 材料ウェブ(402)を処理するウェブ処理機(400)において、
請求項1から16までのいずれか1項記載の材料ウェブ上または材料ウェブ内に付されたマークを検出する材料マークセンサ(100)と、
該材料マークセンサによって検出されたマークに応じて前記材料ウェブでの所定の処理ステップを実行する処理ユニットと
が設けられている
ことを特徴とするウェブ処理機。 - 材料上または材料内に付されたマークを検出する、
材料マークの検出方法において、
少なくとも走査線方式で材料の面の一部に存在する材料マークを走査するステップと、
走査された面において前記材料マークが検出された場合、マーク位置に相応する材料マーク識別信号を出力するステップと
を有しており、ここで、複数の論理素子を固定の設定によって結合した回路により前記材料マーク識別信号を求める
ことを特徴とする材料マークの検出方法。 - 材料上または材料内に付されたマークを検出する、
材料マークの2次元検出方法において、
少なくとも走査線方式で材料の面の一部に存在する材料マークを走査するステップと、
走査された面において前記材料マークが検出された場合、材料ウェブの運動方向に対して平行な方向におけるマーク位置と直交する方向におけるマーク位置とに相応する2つの材料マーク識別信号を出力するステップと
を有している
ことを特徴とする材料マークの2次元検出方法。
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