JP2531046B2 - 光学式ラインマ―ク検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走行しているウェブに
印刷等で印されたラインマークを検出する光学式ライン
マーク検出器に係り、特にラインマークの幅の変化に影
響されず検出精度を決定することのできる検出器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】印刷されたウェブをウェブの走行ライン
方向に切断（スリッターカット）するスリッタ・マシン
では、通常カッタナイフの位置は固定され、カッタナイ
フにウェブを送り込むロール位置を制御するが、この制
御に光学式ラインマーク検出器が用いられる。また、ウ
ェブを重ね合わせたり、多重印刷をするときに、ガイド
ロールや巻き戻しロールを動かしてウェブの走行方向と
直角方向のウェブの位置を制御するが、このときもライ
ンマーク検出器が用いられる。

【０００３】図11は一例として、このようなスリッタ・
マシンの構成を示す図である。巻出しロールには印刷さ
れたウェブが巻かれており、この巻出しロールより巻き
出されたウェブには端部にラインマークが印刷されてい
る。検出ロール上でラインフォロワヘッドによってライ
ンマークが正常な位置にあるか否か検出され、カッタ部
へ送られカッタナイフでウェブ走行方向に両端の耳と中
央で切断され、巻取りロールに巻き取られる。ここでラ
インマークとして、特別に設けることなく、印刷した図
柄の中に含まれる線をラインマークとして用いてもよ
い。

【０００４】ラインフォロワヘッドはラインマークが所
定位置よりずれているか否か検出し、ずれが検出される
と、巻出しロール位置修正信号を出力する。この修正信
号は、ウェブガイド増幅器で増幅され、サーボガイドに
出力する。サーボガイドではこの電気信号を油圧に変換
し、操作シリンダを作動させ巻出しロールの位置を修正
し、ラインマークのずれを修正する。なお、油圧を用い
ないで、電動アクチュエータで制御することも多く行わ
れている。

【０００５】図12はラインフォロワヘッドの光学系を示
した図である。光源４から出た光をフィルタ５を通し、
コンデンサレンズ６で平行光線に近づけ、ハーフミラー
７により90度下へ曲げる。その後対物レンズ８で集光さ
れ、ラインマーク２へのスポット光３となる。ラインマ
ーク２の反射光は対物レンズ８を通りハーフミラー７を
通過し、受光素子（Ｃｄｓセル）面に像を結ぶ。

【０００６】図13は受光検出部の構成を示す。（ａ）は
受光素子11を示す。受光素子は２つの部分11ａ，11ｂよ
りなり、ラインマーク２の像が受光素子11の中央に結ば
れると、両者11ａ，11ｂの受光量は等しくなるが、いず
れかにずれると出力に差異が生じる。（ｂ）はこの出力
差をブリッジで検出する回路を示す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図12に示したスポット
幅とラインマーク２の太さによってラインマーク２の検
出精度が影響される。スポット幅がラインマークの幅に
対して小さ過ぎても大き過ぎても、スポット中心からの
ラインマークの偏差による検出光量変化の検出全光量に
対する割合が小さくなる。好ましいスポット幅の大きさ
は、ラインマークの幅そのものにもよるが、通常ライン
マークの太さの２〜３倍がよい。ラインマーク２の太さ
はウェブ１の印刷内容によって異なり0 ．５〜５ｍｍ程
度であるが、スペースおよび見栄えの関係からは細かい
方が好ましい。

【０００８】一方スポット３の幅が大きいと絵柄がライ
ンマーク２の近くにあるとき、絵柄まで検出してしま
う。また小さすぎると、ラインマーク２の変動が小さく
ても、スポット３から外れやすくなる。スポット３から
ラインマーク２が外れるとラインマーク２の横ぶれは検
出できなくなる。このような問題はスポット幅が一定に
設定されていることに起因している。

【０００９】また、ウェブ１の表面での反射光には拡散
反射と正反射の２種類の成分があり、アルミフォイルな
ど光沢のある表面ほど正反射光成分が多くなる。紙など
の場合は拡散反射光成分が増大し、正反射光成分が減少
する。このため光沢のあるアルミフォイルなどでは、正
反射光から外れると検出不能になるので正反射光を検出
するため、ウェブ１に対し光軸を垂直にしてラインマー
クの反射がフォイル部の反射より少ないことを利用して
判別する。拡散反射光の多い紙などの場合は光軸をウェ
ブ１に対して50°〜80°傾斜させて拡散反射が多い紙部
と、正反射に近いラインマーク部からの反射が少ないこ
とを利用して検出を行う。このためウェブ１の種類に応
じて光軸の角度を変える必要がある。

【００１０】また、図12に示すように、投光軸と受光軸
とをハーフミラー７によって分割する必要があり、また
受光素子11ａ，11ｂに平均的に反射光を入射させる必要
から光学系の調整がかなり大変であった。

【００１１】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、ラインマークの太さに対応してスポット幅を可変
とし検出機能を向上させ、合せて光学系の簡易化を図っ
たラインマーク検出装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、ウェブの走行方向に印されたラインマークに光学系
によりスポット光を投光し、この反射光を受光してこの
ウェブの走行方向と直角方向の前記ラインマークの変動
を検出する光学式ラインマーク検出器において、前記光
学系を投光軸と受光軸を同軸とした投受光同軸体で構成
すると共に光軸方向にレンズを移動できるようにして前
記スポット光の大きさを可変とし、前記光学系として光
源および受光素子とレンズ系の間をオプティカルファイ
バー束を用いて投受光を伝送するようにし、前記オプテ
ィカルファイバー束をＭ本の投光用ファイバーとＮ本の
第１受光用ファイバーとＮ本の第２受光用ファイバーで
構成し、前記レンズ系との取合部のファイバー配置は、
前記第１受光用ファイバーと前記第２受光用ファイバー
をウェブ走行方向に対して互に左右対称に一方向に添っ
て並べ、この第１および第２受光用ファイバーをはさん
で前記投光用ファイバーをＭ／２本づつ平行に配列する
と共に、前記第１受光用ファイバーおよび前記第２受光
用ファイバーの反レンズ系側にそれぞれ受光素子を設け
たものである。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】また、前記第１受光用ファイバーと前記第
２受光用ファイバーの直径を前記投光用ファイバの直径
より小さくしたものである。

【００１７】

【作用】図２は本発明のスポット幅の調整を説明する図
である。（ａ）は、光源４より発光した光が対物レンズ
８によりウェブ１上に幅W1のスポット３を結像する状態
を示す。（ｂ）は対物レンズ８を相互に、かつ光源４に
対して光軸上を移動してウェブ１上のスポット幅をW2に
した状態を示す。このように本発明はレンズ系を調整し
てスポット幅をラインマーク２の太さに対応して調整可
能としたのでラインマーク２のぶれ検出精度を向上する
ことができる。

【００１８】図３は本発明がスポット幅を変化させても
受光した受光素子上の結像の大きさが一定の大きさで不
変であることを説明する図である。本図は対象レンズを
１枚として説明しているが、２枚としても原理的には同
じである。つまり２つのレンズの合成焦点距離を使えば
よい。

【００１９】図１および図２の符号を用いて図３の説明
をすると、（ａ）において、投光軸と受光軸を同軸と
し、物点（光源４）より合成した対物レンズ81を通して
像点（ウェブ１）にスポット３を結像する。スポット３
の反射光は投光軸と同じ受光軸を通り光源４と同じ位置
にある受光素子11の像点に結像する。（ｂ）は合成した
対物レンズ82を調整してウェブ１上のスポット３の大き
さを変化させた場合を示す。

【００２０】この場合、ウェブ１上のスポット３の反射
光は、受光軸を通り光源４と同じ位置にある受光素子11
の上（像点）に結像するが、受光素子11上の結像の大き
さは、合成した対物レンズ82を移動させる前、つまり
（ａ）の場合と同じ大きさである。これにより、スポッ
ト幅の大きさを調整してもスポット３の反射光による結
像の大きさを一定にすることができるのでラインマーク
検出精度を維持すると共に、光学系の調整を簡単なもの
にしている。

【００２１】つまりｄだけ合成した対物レンズを動かし
ても同じウェブ上に像を結ぶためには、２枚のレンズを
用いて、レンズ間隔を変えて合成焦点距離をf1からf2に
かえ、レンズと光源４の距離と、レンズとウェブ１の距
離の、３つの距離を連動して適切な値に変えて所望のス
ポットの大きさにすることができる。

【００２２】図４は投受光軸とウェブ１との傾斜を説明
する図である。（ａ）はウェブ１の表面にほぼ垂直で正
反射光の受光に適する。（ｂ）はウェブ１の表面に対し
て50°〜80°傾斜した状態で拡散反射光の受光に適す
る。（ｃ）は本発明に適用する傾斜角でウェブ１の表面
に対する垂直線より３°〜10°の範囲で傾斜したもので
ある。これは正反射光の一部と拡散反射光の一部を共に
受光できる傾斜角であり、このような傾斜角を採用する
ことにより、ウェブ１の種類によって、投受光軸を変え
る必要がなくなる。

【００２３】また、光学系として光源および受光素子と
レンズ系との間をオプティカルファイバー束とすること
により、光軸系の同軸化を容易に達成でき、オプティカ
ルファイバーの可撓性および取り付けスペースが小さく
なることにより、装置の配置上の自由度が大きくなる。
また、光源や電気部品を溶剤などによる引火性の雰囲気
から離すことができる。

【００２４】また、オプティカルファイバー束の各ファ
イバーの配置を、レンズ系との取合部において、ウェブ
走行方向に対し直角方向に、第１受光用ファイバーのＮ
本のファイバーを右側に、第２受光用ファイバーのＮ本
を左側に配置し、この受光用ファイバー列をはさんでウ
ェブ走行方向の前後に投光用ファイバーを平行に並べる
ことにより、投光されたスポットの反射光が受光用ファ
イバーに受光しやすくすると共に、ラインマークがウェ
ブ走行方向右にずれると第１受光用ファイバーの受光量
が多くなり、左にずれると第２受光用ファイバーの受光
量が多くなるので、ラインマークの横ぶれに鋭敏に反応
して検出精度を高めることができる。投光用ファイバー
が受光用ファイバーの外側にあるので、受光用ファイバ
ーに対する外光の影響を小さくすることができる。

【００２５】また、第１受光用ファイバーおよび第２受
光用ファイバーの直径を投光用ファイバーの直径より小
さくすることにより、ウェブ走行方向に直角方向の検出
特性が連続性を有するようになる。また、投受光用ファ
イバーは共にウェブ走行方向に直角方向には長く走行方
向には短く並んでいるので、投受光軸の傾斜の影響を受
けにくくなる。またスポットの総面積が小さくとも第１
受光用ファイバーと第２受光用ファイバーとの受光量の
偏差検出レンジが大きくとれ、円形スポットに比べて、
光量が同じでもレンジアビリティが大きくなる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の実施例の構成を示す図である。光
源４よりの光は投光用オプティカルファイバー13を通
り、オプティカルファイバー束12を介して対物レンズ８
よりなるレンズ系によりウェブ１にスポットとして照射
する。スポットよりの反射光はレンズ系を戻り、オプテ
ィカルファイバー束12を通り、左右の受光用ファイバー
14に分かれ、それぞれ受光素子11上に結像する。この左
右の受光素子11の出力差からウェブ１上のラインマーク
のずれを検出する。なお、レンズ系はウェブ１に対する
垂線よりウェブ走行方向に３°〜10°傾斜させて取付け
られている。

【００２７】図５はレンズ系の構成図である。レンズ系
は２つの対物レンズ８からなり、それぞれの対物レンズ
８を光軸方向に移動することができる。レンズ系は、対
物レンズ８を取り付けた第１内筒16と他の対物レンズ８
を取付けた第２内筒17、第１内筒16とネジ取合をしてい
る第１中筒18、第１中筒18と止めネジ21で結合した外筒
20、第２内筒17および外筒20とネジ取合をしている第２
中筒19、第２中筒19と外筒20を一体化する止めネジ22か
ら構成される。第１内筒16と第２内筒17はＡ−Ａ断面に
示すように光軸方向には自由にスライドするが、回転方
向には互いに一体に回転するようになっており、第１内
筒16のネジビッチと第２内筒のネジピッチとは所定の関
係を有し、両対物レンズ８が一定の関係を有して連動す
るようにしており、レンズを移動してスポットの大きさ
を変えても、常に光源４の像がウェブ１上に結ぶように
することによりレンズ調整を容易にしている。図６はＢ
断面、Ｃ断面を示す。

【００２８】図７は同軸型オプティカルファイバー12の
詳細図である。Ａ断面は光源４よりの光を伝送する投光
用ファイバー13の配置を示す。12本のオプティカルファ
イバーが束になって配置されている。Ｂ断面はウェブの
走行方向に対して左側の受光用ファイバー14で、投光用
ファイバー13より小さな直径の受光用ファイバー14が一
列に並び、右側から順にL1，L2, …, L6のファイバーが
配置されている。Ｃ断面はウェブ１の走行方向に対し右
側の受光用ファイバー14で、受光用ファイバー14が一列
に並び、左側から順にR1,R2,…R6のファイバーが配置さ
れる。Ｄ断面は投受用ファイバーが一体にまとめられた
配置で、ウェブ走行方向と直角方向に投光用ファイバー
13が受光用ファイバー14を前後にはさんで３列に配置さ
れる。受光用ファイバー14は中心軸を境にして図上右側
には中心軸から右に向かってR1,R2,…,R6 が配置され、
左側には中心軸から左に向かってL1,L2,…,L6 が配置さ
れている。

【００２９】図７、図８、図９の例では受光用ファイバ
ーが１列に連なっているが、出力信号の平滑化のために
は本数を多くして千鳥状の２列に光ファイバーを並べる
とよい。投光用ファイバーの配列についても同様であ
る。また、本実施例の受光素子は矩形に近いので、図７
のＢ断面、Ｃ断面は１列に並んでいるが、受光素子の形
状に合わせて円形や正方形に配列してもよい。

【００３０】図８〜図10はラインマークと受光用ファイ
バー14に表われる反射像を模式的に表わしたもので、図
８はスポットの中心をラインマークが通過した場合を示
し、Ｂ断面のL1〜L3ファイバー、Ｃ断面のR1〜R3ファイ
バーに対称に反射像が表われる。図９はスポットの右半
分をラインマークが通過した場合で、Ｃ断面のR1〜R6に
反射像が表われるがＢ断面には表われない。図10はライ
ンマークがスポットを右にある程度はみ出した状態でＣ
断面のR4〜R6にのみ反射像が表われる。なお、ラインマ
ークからの反射像は光量小として表れるので黒色で示し
た。

【００３１】このように受光用ファイバー14にはスポッ
トとラインマークの関係を表わす反射像が入力されるの
で、これを受光素子で電気信号に変換し、かつ左右の受
光素子の出力を比較することにより、スポットとライン
マークのずれを検出することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、投受光同軸体で構成すると共に光軸方向にレンズを
移動できるようにしてスポット光を可変としたので、ラ
インマークの幅に対応したスポットの大きさとすること
ができ、ラインマークの検出精度が向上する。また、投
受光軸をウェブの垂直線に対し３°〜10°に傾斜させる
ことにより、正反射光および拡散反射光を受光できるの
で、ウェブの種類に応じて投光軸や受光軸を変える必要
がない。また投受光同軸体を用いているため、光学的調
整が容易となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成図である。

【図２】レンズの移動によりスポットの大きさの調整を
説明する図である。

【図３】スポットの大きさを変えても受光素子上の結像
の大きさは変らないことを説明する図である。

【図４】投光軸、受光軸と正反射、拡散反射との関係を
説明する図である。

【図５】レンズ調整機構を説明する図である。

【図６】図５の各断面を表わす図である。

【図７】同軸型オプティカルファイバーの構成を説明す
る図である。

【図８】ラインマークが投受光軸の中心を通過したとき
の受光用ファイバーの状態を表わす図である。

【図９】ラインマークがウェブ走行方向にみて投受光軸
の右側を通過したときの受光用ファイバーの状態を表わ
す図である。

【図１０】ラインマークがウェブ走行方向にみて投受光
軸のかなり右側を通過したときの受光用ファイバーの状
態を表わす図である。

【図１１】ラインマーク検出器を用いたスリッタ・マシ
ンの構成図である。

【図１２】従来のラインマーク検出器の光学系の一例を
示す図である。

【図１３】図12に示すラインマーク検出器の受光素子
と、この出力検出回路を示す図である。

【符号の説明】 １ ウェブ ２ ラインマーク ３ スポット ４ 光源 ５，10 フィルタ ６ コンデンサレンズ ７ ハーフミラー ８ 対物レンズ ９ 拡散板 10 受光素子 12 オプティカルファイバー束 13 投光用オプティカルファイバー 14 受光用オプティカルファイバー 16 第１内筒 17 第２内筒 18 第１中筒 19 第２中筒 20 外筒 21，22 止めネジ 81, 82 合成した対物レンズ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェブの走行方向に印されたラインマー
   クに光学系によりスポット光を投光し、この反射光を受
   光してこのウェブの走行方向と直角方向の前記ラインマ
   ークの変動を検出する光学式ラインマーク検出器におい
   て、前記光学系を投光軸と受光軸を同軸とした投受光同
   軸体で構成すると共に光軸方向にレンズを移動できるよ
   うにして前記スポット光の大きさを可変とし、前記光学
   系として光源および受光素子とレンズ系の間をオプティ
   カルファイバー束を用いて投受光を伝送するようにし、
   前記オプティカルファイバー束をＭ本の投光用ファイバ
   ーとＮ本の第１受光用ファイバーとＮ本の第２受光用フ
   ァイバーで構成し、前記レンズ系との取合部のファイバ
   ー配置は、前記第１受光用ファイバーと前記第２受光用
   ファイバーをウェブ走行方向に対して互に左右対称に一
   方向に添って並べ、この第１および第２受光用ファイバ
   ーをはさんで前記投光用ファイバーをＭ／２本づつ平行
   に配列すると共に、前記第１受光用ファイバーおよび前
   記第２受光用ファイバーの反レンズ系側にそれぞれ受光
   素子を設けたことを特徴とする光学式ラインマーク検出
   器。
2. 【請求項２】 前記第１受光用ファイバーと前記第２受
   光用ファイバーの直径を前記投光用ファイバの直径より
   小さくしたことを特徴とする請求項１記載の光学式ライ
   ンマーク検出器。