JP2022180805A - 光学式間隙測定装置及び光学式間隙測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物の隙間の幅を正確かつ簡易に測定可能な光学式間隙測定装置を提供する。【解決手段】計測対象物である二つのローラ１０１、１０２の間に形成される隙間ｄの幅を測定する光学式間隙測定装置１００であって、隙間ｄに対して同じ側に配置され、隙間ｄを含む計測対象物に向けてそれぞれ異なる位置から光を投光する第一投光部１０ａ及び第二投光部１０ｂと、隙間に対して第一投光部１０ａ及び第二投光部１０ｂと同じ側に配置され、計測対象物からの反射光を受光する受光部２０と、受光部２０から出力される受光データに基づいて隙間ｄの幅を算出する隙間算出部と、を備え、隙間算出部は、第一投光部１０ａにより投光された光に基づく受光データである第一受光データ、及び第二投光部１０ｂにより投光された光に基づく受光データである第二受光データに基づいて、隙間ｄの幅を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、光学式間隙測定装置及び光学式間隙測定方法に関する。

測定対象物の一方の側から光を照射し、測定対象物の他方の側から光を受光して、測定対象物のエッジを検出するエッジセンサが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、測定対象物の隙間の一方の側から光を照射し、隙間を通過した光を、測定対象物の他方の側から受光して、測定対象物の隙間の幅を検出する隙間センサが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４－１７７３３５号公報 特開２０１８－４４７７１号公報

しかし、従来のエッジセンサは、エッジが直角でないと、正確にエッジを検出できない。また、従来の隙間センサは、例えば隙間の幅が狭い場合に、その狭い隙間に光が通るように発光素子と受光素子の光軸を調整することは難しい。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、測定対象物の隙間の幅を正確かつ簡易に測定可能な光学式間隙測定装置及び光学式間隙測定方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様に係る光学式間隙測定装置は、計測対象物である二つの物体の間に形成される隙間の幅を測定する光学式間隙測定装置であって、隙間に対して同じ側に配置され、隙間を含む計測対象物に向けてそれぞれ異なる位置から光を投光する第一投光部及び第二投光部と、隙間に対して第一投光部及び第二投光部と同じ側に配置され、計測対象物からの反射光を受光する受光部と、受光部から出力される受光データに基づいて隙間の幅を算出する隙間算出部と、を備え、隙間算出部は、第一投光部により投光された光に基づく受光データである第一受光データ、及び第二投光部により投光された光に基づく受光データである第二受光データに基づいて、隙間の幅を算出する。

上記一態様において、第一投光部及び第二投光部が、光源及び当該光源からの光を平行光に変換する投光レンズをそれぞれ含んでもよい。

上記一態様において、第一投光部により照射される領域に、少なくとも計測対象物のうち一方の物体の一部及び隙間が含まれ、かつ、第二投光部により照射される領域に、少なくとも計測対象物のうち他方の物体の一部及び隙間が含まれるように、第一投光部及び第二投光部が配置されてもよい。

上記一態様において、受光部が、受光器及び計測対象物からの反射光を受光器に投影する受光レンズを含み、第一投光部による照射を反射する一方の物体の一部と隙間との境界である第一エッジと、第二投光部による照射を反射する他方の物体の一部と隙間との境界である第二エッジとが、受光レンズにより結像される位置に、受光器の受光面が位置するとともに、受光レンズの光軸と直交するように、受光器が配置されてもよい。

上記一態様において、第一受光データ及び第二受光データが、受光器の受光面上の位置アドレスと、当該位置アドレスに対応する受光面で検知された光の強度とを組にしたデータであり、隙間算出部が、第一受光データ及び第二受光データそれぞれに対応する光強度分布をＡＮＤ条件により合成して合成データを生成し、当該合成データに対応する光強度分布の前記位置アドレスに基づいて、隙間の幅を算出してもよい。

上記一態様において、隙間算出部が、合成データに対応する光強度分布に含まれる二つの連続分布範囲同士の間隔に基づいて、隙間の幅を算出してもよい。

上記一態様において、物体が、ローラであってもよい。

本発明の他の態様に係る光学式間隙測定方法は、計測対象物である二つの物体の間に形成される隙間の幅を測定する光学式間隙測定方法であって、隙間に対して同じ側に配置され、それぞれ異なる位置に配置された第一投光部及び第二投光部のそれぞれから、隙間を含む計測対象物に向けて光を投光することと、隙間に対して第一投光部及び第二投光部と同じ側に配置された受光部で、計測対象物からの反射光を受光することと、受光部から出力される受光データに基づいて隙間の幅を算出することと、を含み、上記算出することにおいて、第一投光部により投光された光に基づく受光データである第一受光データ、及び第二投光部により投光された光に基づく受光データである第二受光データに基づいて、隙間の幅を算出する。

上記他の態様において、第一投光部及び第二投光部が、光源及び当該光源からの光を平行光に変換する投光レンズをそれぞれ含んでもよい。

上記他の態様において、第一投光部により照射される領域に、少なくとも計測対象物のうち一方の物体の一部及び隙間が含まれ、かつ、第二投光部により照射される領域に、少なくとも計測対象物のうち他方の物体の一部及び隙間が含まれるように、第一投光部及び第二投光部が配置されてもよい。

上記他の態様において、受光部が、受光器及び計測対象物からの反射光を受光器に投影する受光レンズを含み、第一投光部による照射を反射する一方の物体の一部と隙間との境界である第一エッジと、第二投光部による照射を反射する他方の物体の一部と隙間との境界である第二エッジとが、受光レンズにより結像される位置に、受光器の受光面が位置するとともに、受光レンズの光軸と直交するように、受光器が配置されてもよい。

上記他の態様において、第一受光データ及び第二受光データが、受光器の受光面上の位置アドレスと、当該位置アドレスに対応する受光面で検知された光の強度とを組にしたデータであり、隙間算出部が、第一受光データ及び第二受光データそれぞれに対応する光強度分布をＡＮＤ条件により合成して合成データを生成し、当該合成データに対応する光強度分布の前記位置アドレスに基づいて、隙間の幅を算出してもよい。

上記他の態様において、隙間算出部が、合成データに対応する光強度分布に含まれる二つの連続分布範囲同士の間隔に基づいて、隙間の幅を算出してもよい。

上記他の態様において、物体が、ローラであってもよい。

本発明によれば、測定対象物の隙間の幅を正確かつ簡易に測定可能な光学式間隙測定装置及び光学式間隙測定方法を提供することができる。

実施形態に係る光学式間隙測定装置の概略構成を例示する模式図である。 実施形態に係る光学式間隙測定装置の機能構成を例示する模式図である。 二本のローラ間の隙間の幅を算出する際の一例を説明するための模式図である。 実施形態に係る光学式間隙測定方法の一例を説明するためのフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものであるため、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることは言うまでもない。

実施形態に係る光学式間隙測定装置は、計測対象物である二つの物体の間に形成される隙間の幅を測定する装置である。ここで、二つの物体の間に形成される隙間の幅とは、二つの物体の間にあいている所のうち、最小の距離となる箇所の長さである。図１には、計測対象物である二本のローラ１０１、１０２間に形成される隙間ｄの幅を測定する光学式間隙測定装置１００が例示されている。

二本のローラ１０１、１０２は、例えばリチウムイオン電池やハイバリアフィルムのような高機能フィルム（不図示）を搬送する搬送機構の一部である。搬送機構は、上下二本のローラ１０１、１０２でフィルムを挟持し、ローラ１０１、１０２の回転によりフィルムを送り出す機構である。図１では、紙面上の左方向から右方向へフィルムを搬送する。搬送機構でフィルムを製造する工程には、例えば数μｍから数十μｍ程度の二種類以上のフィルムを、二本のローラ１０１、１０２間で挟持し、貼り合わせる工程が含まれる。このようなフィルムを貼り合わせる工程では、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄの幅がフィルム同士の密着性に影響を与え得る。したがって、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄの幅を正確かつ簡易に測定することは、フィルムを製造する際に重要な要素になり得る。

図１に示すように、光学式間隙測定装置１００は、例えば、二つの投光部１０ａ、１０ｂと、受光部２０と、制御部３０とを備える。投光部１０ａ、１０ｂは、それぞれ光源１１ａ、１１ｂ及び投光レンズ１２ａ、１２ｂを含む。受光部２０は、受光器２１及び受光レンズ２２を含む。なお、二つの投光部１０ａ、１０ｂ、二つの光源１１ａ、１１ｂ及び二つの投光レンズ１２ａ、１２ｂを、区別して説明する必要がない場合には、以下において投光部１０、光源１１、投光レンズ１２と記載する。

図１において、フィルムの流れ方向（紙面の左から右方向）は、受光部２０の受光軸の方向（紙面の右から左方向）と反対向きになる。また、ローラ１０１、１０２の隙間ｄの幅方向（紙面の上下方向）は、受光部２０の光軸方向（紙面の左右方向）と直交する。さらに、各ローラ１０１、１０２の回転軸方向（紙面の前後方向）及びフィルムの幅方向（紙面の前後方向）は、フィルムの流れ方向（紙面の左右方向）及びローラ１０１、１０２の隙間ｄの幅方向（紙面の上下方向）とそれぞれ直交する。

なお、図１は、光学式間隙測定装置１００が、ローラ１０１、１０２の左側に配置されている場合の例であるが、光学式間隙測定装置１００が、ローラ１０１、１０２の右側に配置されてもよい。この場合、上記紙面における左右関係は逆向きの関係になる。また、貼り合わせる複数のフィルムをローラ１０１、１０２間に通す前に、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄの幅を光学式間隙測定装置１００で測定して調整することになる。

投光部１０ａ、１０ｂは、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄに対して同じ側（図１では左側）に配置され、それぞれが異なる位置から隙間ｄを含むローラ１０１、１０２に向けて光を投光する。

光源１１は、光を発する発光素子であり、例えば、半導体レーザである。投光レンズ１２は、光源１１からの光を平行光に変換する光学素子であり、例えば、コリメートレンズである。なお、光源１１として光ファイバレーザを用いてもよい。

投光部１０ａ及び投光部１０ｂは、それぞれ以下のように配置されることが好ましい。投光部１０ａにより照射される領域に、少なくともローラ１０１の一部及び隙間ｄが含まれ、かつ、投光部１０ｂにより照射される領域に、少なくともローラ１０２の一部及び隙間ｄが含まれる。ローラ１０１、１０２に対する投光部１０の入射角は、任意に設定することができる。

受光部２０は、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄに対し、投光部１０と同じ側に配置され、ローラ１０１、１０２からの反射光（散乱光を含む）を受光する。

受光部２０の受光レンズ２２は、ローラ１０１、１０２からの反射光を受光器２１に投影するレンズである。

受光部２０の受光器２１は、光を受光する受光素子をライン状又はアレイ状に配置した素子であり、例えば、一次元又は二次元イメージセンサにより構成される。受光器２１は、受光レンズ２２により投影される光を電気信号に変換し、変換した電気信号を受光データとして制御部３０に出力する。

受光器２１は、以下のように配置されることが好ましい。投光部１０ａによる照射を反射する一方のローラ１０１と隙間ｄとの境界である第一エッジと、投光部１０ｂによる照射を反射する他方のローラ１０２と隙間ｄとの境界である第二エッジとが、受光レンズ２２により結像する位置に、受光器２１の受光面が位置し、かつ、受光レンズ２２の光軸と直交するように、受光器２１は配置される。

なお、受光部２０に、イメージバンドル光ファイバを用いてもよい。

制御部３０について、図２を参照して説明する。制御部３０は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサ及びＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤ等のメモリを備えるコンピュータシステムにより実現される。制御部３０は、メモリに記憶されたプログラムを実行することで、例えば、投光部１０、受光部２０及び出力部４０等を制御するとともに、各種の機能を実現する。各種の機能には、例えば、隙間算出部３１としての機能が含まれる。

隙間算出部３１は、受光部２０から出力される受光データに基づいて、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄの幅を算出する。受光データには、投光部１０ａにより投光された光に基づく第１受光データ、及び投光部１０ｂにより投光された光に基づく第２受光データが含まれる。

隙間算出部３１は、算出したローラ１０１、１０２間の隙間ｄの幅を、出力部４０に出力させる。出力部４０として、例えば、表示装置、プリンタ及びインターフェース等を用いることができる。

図３を参照して、隙間算出部３１の機能を詳細に説明する。

（図３のＳ１での処理）
隙間算出部３１は、投光部１０ａが点灯しているかどうかを判定する。隙間算出部３１は、投光部１０ａが点灯していると判定した場合に、投光部１０ａにより投光された光に基づく第１受光データＤａを受光器２１から取得する。隙間算出部３１は、取得した第１受光データＤａをメモリに記憶させる。第１受光データＤａは、例えば、受光器２１の受光面上の位置アドレスと、その位置アドレスで検知された光の強度とを組にしたデータである。第１受光データＤａは、例えば、Ｓ１に示す光強度分布グラフにより表すことができる。

（図３のＳ２での処理）
隙間算出部３１は、投光部１０ｂが点灯しているかどうかを判定する。隙間算出部３１は、投光部１０ｂが点灯していると判定した場合に、投光部１０ｂにより投光された光に基づく第２受光データＤｂを受光器２１から取得する。隙間算出部３１は、取得した第２受光データＤｂをメモリに記憶させる。第２受光データＤｂは、上記第１受光データＤａと同様のデータであり、例えば、Ｓ２に示す光強度分布グラフにより表すことができる。

（図３のＳ３での処理）
隙間算出部３１は、第１受光データＤａ及び第２受光データＤｂをメモリから読み出し、それぞれに対応する光強度分布をＡＮＤ条件により合成することで、合成データＤｃを生成する。隙間算出部３１は、生成した合成データＤｃをメモリに記憶させる。

隙間算出部３１は、合成データＤｃに対応する光強度分布に含まれる二つの連続分布範囲同士の間隔に基づいて、隙間の幅を算出する。例えば、隙間算出部３１は、合成データＤｃに基づいて、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄの幅に対応する位置アドレスを特定する。隙間ｄの幅に対応する位置アドレスは、例えば、以下（１）乃至（４）のように特定することができる。

（１）合成データＤｃに対応する光強度分布の最上端に位置する位置アドレスＮｔａと、光強度分布の最下端に位置する位置アドレスＮｌｚとを特定する。

（２）最上端の位置アドレスＮｔａからアドレスをデクリメントしながら、光強度分布の一方の連続分布範囲のうち、下端に位置する位置アドレスＮｔｚを特定する。

（３）最下端の位置アドレスＮｌｚからアドレスをインクリメントしながら、光強度分布の他方の連続分布範囲のうち、上端に位置する位置アドレスＮｌａを特定する。

（４）上記（２）で特定した位置アドレスＮｔｚと、上記（３）で特定した位置アドレスＮｌａと、が隙間ｄの幅に対応する位置アドレスとして特定される。

隙間算出部３１は、上記（２）で特定した位置アドレスＮｔｚと、上記（３）で特定した位置アドレスＮｌａとの差分を算出する。隙間算出部３１は、算出した差分に所定の定数を乗ずることで、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄの幅を算出する。所定の定数として、例えば、一つの位置アドレスに相当する受光器２１の受光素子の大きさを用いることができる。

隙間算出部３１は、算出した隙間ｄの幅を、出力部４０（表示装置）に所定時間表示させる。

次に、図４を参照して、実施形態に係る光学式間隙測定方法の一例について説明する。

最初に、光学式間隙測定装置１００の制御部３０は、投光部１０及び受光部２０の状態を判定する（ステップＳ１０１）。例えば、投光部１０及び受光部２０の電源が入っていない場合、制御部３０は、投光部１０及び受光部２０の電源を投入する。

続いて、光学式間隙測定装置１００の隙間算出部３１は、投光部１０ａ又は投光部１０ｂにより投光された光に基づく第１受光データＤａ又は第２受光データＤｂを受光器２１からそれぞれ個別に取得してメモリに記憶させる（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２の処理は、投光部１０ａと投光部１０ｂとを別々に点灯させ、それぞれの状況下で実行される。

続いて、隙間算出部３１は、上記ステップＳ１０２でメモリに記憶された第１受光データＤａ及び第２受光データＤｂをメモリから読み出し、それぞれに対応する光強度分布をＡＮＤ条件により合成することで、合成データＤｃを生成する（ステップＳ１０３）。

続いて、隙間算出部３１は、上記ステップＳ１０３で生成した合成データＤｃに基づいて、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄの幅に対応する位置アドレスを特定する（ステップＳ１０４）。

続いて、隙間算出部３１は、上記ステップＳ１０４で特定された位置アドレスに基づいて、ローラ１０１、１０２間の隙間ｄの幅を算出する（ステップＳ１０５）。

続いて、隙間算出部３１は、上記ステップＳ１０５で算出された隙間ｄの幅を、出力部４０である表示装置に出力し（ステップＳ１０６）、所定時間表示させる。

実施形態に係る光学式間隙測定装置１００によれば、測定対象物であるローラ１０１、１０２の一方の側から光を照射し、同じ側で反射光を受光して、ローラ１０１、１０２間の隙間の幅を算出することができる。したがって、測定対象物の隙間が狭くても隙間の幅を正確かつ簡易に測定することが可能となる。

上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

１０ａ、１０ｂ…投光部、１１ａ、１１ｂ…光源、１２ａ、１２ｂ…投光レンズ、２０…受光部、２１…受光器、２２…受光レンズ、３０…制御部、３１…隙間算出部、４０…出力部、１００…光学式間隙測定装置、１０１、１０２…ローラ、ｄ…隙間

Claims (8)

1. 計測対象物である二つの物体の間に形成される隙間の幅を測定する光学式間隙測定装置であって、
   前記隙間に対して同じ側に配置され、前記隙間を含む前記計測対象物に向けてそれぞれ異なる位置から光を投光する第一投光部及び第二投光部と、
   前記隙間に対して前記第一投光部及び前記第二投光部と同じ側に配置され、前記計測対象物からの反射光を受光する受光部と、
   前記受光部から出力される受光データに基づいて前記隙間の幅を算出する隙間算出部と、
   を備え、
   前記隙間算出部は、前記第一投光部により投光された光に基づく前記受光データである第一受光データ、及び前記第二投光部により投光された光に基づく前記受光データである第二受光データに基づいて、前記隙間の幅を算出する、
   光学式間隙測定装置。
2. 前記第一投光部及び前記第二投光部が、光源及び当該光源からの光を平行光に変換する投光レンズをそれぞれ含む、請求項１に記載の光学式間隙測定装置。
3. 前記第一投光部により照射される領域に、少なくとも前記計測対象物のうち一方の物体の一部及び前記隙間が含まれ、かつ、前記第二投光部により照射される領域に、少なくとも前記計測対象物のうち他方の物体の一部及び前記隙間が含まれるように、前記第一投光部及び前記第二投光部が配置される、請求項１又は２記載の光学式間隙測定装置。
4. 前記受光部が、受光器及び前記計測対象物からの反射光を前記受光器に投影する受光レンズを含み、
   前記第一投光部による照射を反射する前記一方の物体の一部と前記隙間との境界である第一エッジと、前記第二投光部による照射を反射する前記他方の物体の一部と前記隙間との境界である第二エッジとが、前記受光レンズにより結像される位置に、前記受光器の受光面が位置するとともに、前記受光レンズの光軸と直交するように、前記受光器が配置される、
   請求項３記載の光学式間隙測定装置。
5. 前記第一受光データ及び前記第二受光データが、前記受光器の受光面上の位置アドレスと、当該位置アドレスに対応する前記受光面で検知された光の強度とを組にしたデータであり、
   前記隙間算出部が、前記第一受光データ及び前記第二受光データそれぞれに対応する光強度分布をＡＮＤ条件により合成して合成データを生成し、当該合成データに対応する光強度分布の前記位置アドレスに基づいて、前記隙間の幅を算出する、
   請求項４記載の光学式間隙測定装置。
6. 前記隙間算出部が、前記合成データに対応する光強度分布に含まれる二つの連続分布範囲同士の間隔に基づいて、前記隙間の幅を算出する、請求項５記載の光学式間隙測定装置。
7. 前記物体が、ローラである、請求項１から６のいずれか１項に記載の光学式間隙測定装置。
8. 計測対象物である二つの物体の間に形成される隙間の幅を測定する光学式間隙測定方法であって、
   前記隙間に対して同じ側に配置され、それぞれ異なる位置に配置された第一投光部及び第二投光部のそれぞれから、前記隙間を含む前記計測対象物に向けて光を投光することと、
   前記隙間に対して前記第一投光部及び前記第二投光部と同じ側に配置された受光部で、前記計測対象物からの反射光を受光することと、
   前記受光部から出力される受光データに基づいて前記隙間の幅を算出することと、
   を含み、
   前記算出することにおいて、前記第一投光部により投光された光に基づく前記受光データである第一受光データ、及び前記第二投光部により投光された光に基づく前記受光データである第二受光データに基づいて、前記隙間の幅を算出する、
   光学式間隙測定方法。

Images