JP2688343B2 - ウェッブまたはシートのエッジの位置の測定方法および測定装置 - Google Patents

ウェッブまたはシートのエッジの位置の測定方法および測定装置

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JP2688343B2
JP2688343B2 JP7321964A JP32196495A JP2688343B2 JP 2688343 B2 JP2688343 B2 JP 2688343B2 JP 7321964 A JP7321964 A JP 7321964A JP 32196495 A JP32196495 A JP 32196495A JP 2688343 B2 JP2688343 B2 JP 2688343B2
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/028Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring lateral position of a boundary of the object
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H23/00Registering, tensioning, smoothing or guiding webs
    • B65H23/02Registering, tensioning, smoothing or guiding webs transversely
    • B65H23/0204Sensing transverse register of web
    • B65H23/0216Sensing transverse register of web with an element utilising photoelectric effect

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項1の上位概
念による、ウェッブまたはシートのエッジの位置の測定
方法およびこの方法を実施するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許出願公開第220
2087号公報から、シートエッジの位置を基準線を基
準にして光電的に測定するための測定装置が公知であ
る。照明装置から発した光は光電受信器によって受光さ
れる。照明装置と受信器との間に挿入されたシートエッ
ジの位置に相応してビデオ信号が形成される。
【0003】光電受信部は近接して順次連続的に配置さ
れた多数の個別ホト素子からなる。
【0004】ここでの欠点は、非常に小さな損傷または
被測定シートエッジにおける繊維によって測定エラーが
生じてしまうことである。このエラーは測定結果に直接
影響を及ぼす。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ウェ
ッブまたはシートのエッジの位置を測定する方法および
この方法を実施するための装置を、多数のホト素子の設
けられた光電受信器を用いて次のように構成することで
ある。すなわち、小さな損傷またはエッジの垂直投影を
越えてはみ出る繊維、いわゆる異常性があっても、光電
受信器の測定領域にあるウェッブまたはシートの被測定
エッジのエッジの位置をこの受信器を基準にして正確に
識別することができるよう構成することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、ウェッブまたはシートのエッジの位置を測定する方
法であって、光電測定装置を有し、該光電測定装置は照
明装置と光電受信器からなり、該光電受信器は近接して
順次配列された多数のホト素子を有し、光電系を用いて
ウェッブのエッジを、光電受信器の結像面に、ウェッブ
のエッジに対して垂直に延在する横断軸の方向では鮮鋭
に結像し、ウェッブのエッジに対して平行に延在する長
手軸の方向では不鮮鋭に結像する構成によって解決され
る。
【0007】
【発明の実施の形態】有利には、本発明の方法および装
置によって、ウェッブまたはシートのエッジの異常性が
光電受信器によりエッジとして識別されず、したがって
測定エラーが回避される。エッジの異常性は例えばシー
トまたはウェッブの場合、例えば紙繊維、汚れた切断エ
ッジまたは裂け目の形態で発生する。
【0008】たとえ異常性の幅が光電受信器の幅よりも
大きくても、この異常性は光電受信器に、被測定エッジ
に対する強度差が存在するようにして示れる。この強度
差があっても評価電子回路は、ウェッブまたはシートの
被測定エッジの正確な位置を検出することができる。
【0009】さらに特に有利には本発明の方法に基づい
て、エッジの幅が光電受信器の幅に相応して評価される
だけでなく、エッジの格段に大きな領域が評価される
(50から1000倍)。これにより、測定確実性が格
段に上昇する。使用される補助手段は安価な標準的部材
である。
【0010】
【実施例】本発明の方法および相応する装置は図面に示
されており、以下詳細に説明する。
【0011】被測定ウェッブ1またはシートは少なくと
も測定領域で、その位置を光電受信器2を基準にして検
出するために、直線の形態で延在するエッジ3により画
定される。このウェッブ1またはシートは実質的に光吸
収性である。このウェッブ1またはシートは、輪転印刷
機のペーパーウェッブまたは枚葉紙である。しかしほか
のウェッブ状材料またはボード状材料、例えば薄板や箔
を使用することもできる。以下、これらのウェッブ1ま
たはシートを簡単にウェッブ1と称する。
【0012】ウェッブ1の被測定エッジ3は測定領域内
に、例えば小さな損傷の形態でエッジ3の垂直投影を越
えて突出する繊維または裂け目を有する。
【0013】異常性4を有するエッジ3により画定され
るウェッブ1は光学装置7の光ビーム束6の中に入れら
れる。この光ビーム束6は光源8から出て、光電受信器
2に達する。光学的構成素子9または光学的構成素子の
光学系を用いて、ウェッブ1のエッジ3が光電受信器2
の結像面11に次のように結像される。すなわち、ウェ
ッブ1のエッジ3に対して垂直に延在する横断軸におけ
る結像が横方向結像尺度で鮮鋭であり、ウェッブ1のエ
ッジ3に対して平行に延在する長手軸における結像は不
鮮鋭であるように行われる。
【0014】特に有利には、横方向結像尺度は1対1と
することができる。なぜならこれにより、測定値を横方
向結像尺度に相応して変換する必要がないからである。
ウェッブ1のエッジ3の位置は選択可能な測定幅b3に
わたって、例えばb3=0.5mmから10mmにわた
って評価される。この測定幅は絞りを用いて制限するこ
とができる。光学系を用いてウェッブ1のエッジ3をこ
の測定幅b3の領域で不鮮鋭に、すなわち長手軸13の
方向で結像面にゆがめて結像される。
【0015】多数のホト素子の設けられた光電受信器2
として例えばそれ自体公知のCCD走査線センサ2(ch
arge coupled device)を使用することができる。この
CCD走査線センサ2は、例えば1本の走査線に配置さ
れた1728この測定素子からなる。この測定素子は例
えば10μm×13μmの大きさであり、2つの測定素
子間の平均間隔は10μmである。すなわち、1mmに
100個の測定素子がある。これにより、前記CCD走
査線センサ2は17.28mmの測定長l2が得られ
る。
【0016】CCD走査線センサ2は評価電子回路を用
いてアナログビデオ信号14を送出する。このビデオ信
号はウェッブ1のエッジ3の長さに相応する振幅経過を
有する。したがって例えばウェッブ1により覆われた領
域はCCD走査線センサ2の長さla2を有し、その振
幅A3は最小となることができる。一方、CCD走査線
センサ2の覆われていない領域は長さlu2であり、照
明装置16の強度に相応する振幅A1を送出することが
できる。
【0017】使用可能な動作領域はもちろん、測定長l
2よりも小さくすることができるが、この実施例では動
作領域は測定長l2に相応する。
【0018】ウェッブ1のエッジ3が測定幅b3の領域
で1つまたは複数の異常性4を有するとき、この異常性
4も結像面11に長手軸13の方向で、すなわちCCD
走査線センサ2に相応して不鮮鋭に結像される。このこ
とによって、長手方向での異常性4の幅に応じて、CC
D走査線センサ2に作用する照明装置16の強度は相応
に変化する。したがって、異常性4の大きさないし異常
性4の数に相応するビデオ信号14の振幅A2が生じ
る。この振幅A2の大きさは、CCD走査線センサ2が
覆われた状態の振幅A3とCCD走査線センサ2が全く
覆われていない状態の振幅A1との間にある。ただし、
異常性4は測定幅b3全体にわたらないことが前提であ
る。この段付けられたビデオ信号14から公知の適切な
電子回路を用いて、ウェッブ1のエッジ3の位置を検出
することができる。
【0019】本発明の方法を実施するための第1の装置
は実質的に、照明装置16、対象物支持体17、フィル
タ18、絞り19、結像レンズ21、光電受信器、例え
ばCCD走査線センサ2からなる。これらの素子16、
17、18、19、21、2は光軸20に沿って配置さ
れている。照明装置16は実質的に、赤外線(IR)光
源23とコンデンサレンズ24からなる。赤外線光源2
3は拡散光束26を発射する。赤外線光源23に対する
間隔a23(2×f24)でコンデンサレンズ24の主
平面25が存在する。間隔a23は、例えはコンデンサ
レンズ242重焦点距離f24の2倍に相応する(f2
4=20mm)。コンデンサレンズ24として、図示の
実施例では非球面レンズが用いられる。しかしここでコ
ンデンサレンズ24は複数のレンズ、例えば凸凹レンズ
と1つまたは複数の非球面レンズの組み合わせとするこ
ともできる。
【0020】コンデンサレンズ24は光束26を間隔a
19=2×f24でフォーカシングする。ここには絞り
19が配置されている。結像レンズ21は、ウェッブ1
のエッジ3に対して垂直に延在する横断軸12に第1の
焦点距離fq21、例えばfq21=10mmを有し、
さらにウェッブ1のエッジ3に対して平行に延在する長
手軸13に第2の焦点距離fl21を有する。コンデン
サレンズ24と結像レンズ21との間には対象物支持体
17が配置されている。この対象物支持体により、ウェ
ッブ1の被測定エッジ3は結像レンズ21の主平面30
に対して物距離g30のところに存在するようになる。
結像レンズ21の主平面30に対して像距離b30のと
ころにはCCD走査線センサ2の結像面11が配置され
る。鮮鋭な結像を得るためには、焦点距離fq21の逆
数が物距離g30の逆数と像距離b30の逆数の和でな
ければならない。すなわち、 1/fq21=1/g30+1/b30 対象物支持体17として面平行のガラス板17が設けら
れている。結像レンズ21の前には、幅b27の開口ア
パーチャ27と長さl27を有する絞り19とフィルタ
18、例えば赤外線フィルタが配置されている。エッジ
3における測定幅b3は、CCD走査線センサ2を基準
にした絞り19の開口アパーチャ27の投影された長さ
l27によって定められる。
【0021】この実施例では、結像レンズ21は円柱レ
ンズ21として構成されている。この円柱レンズは次の
ようにガラス板17に対して物距離g30=2×fq2
1で光ビーム28に配置されている。すなわち、円柱レ
ンズの面側29がガラス板17に対して平行であり、円
柱レンズの長手軸31がウェッブ1の被測定エッジ3に
対して平行であるように配置されている。結像レンズ2
1の代わりに、複数のレンズからなるレンズ系を使用す
ることもできる。
【0022】円柱レンズ21の後方には、像距離b30
=2×fq21で、すなわち円柱レンズ21の焦点距離
fq21の2倍で、結像面11にCCD走査線センサ2
がウェッブ1の被測定エッジ3に対して垂直に配置され
ている。したがってこの実施例では横方向結像尺度は1
対1である。
【0023】面平行なガラス板17上では、すなわち物
距離g30では、ウェッブ1の被測定エッジ3が円柱レ
ンズ21の長手軸31に対して平行に光りビーム6中に
もたらされる。エッジ3に達した光ビーム6の一部はこ
のエッジにより光ビーム28へと偏向され、さらに拡散
される。被測定エッジ3から発した光ビーム28は開口
アパーチャ27に到達する。ここでは、開口アパーチャ
27に達して光りビーム28の一部だけが絞り19を通
って、円柱レンズ21に到達する。開口アパーチャ27
の幅b27、例えばb27=0.1mmから2mm、長
さl27、例えばl27=0.1mmから2mmは、円
柱レンズ21の幅b21、例えばb21=9mm、長さ
l21、例えばl21=18mmよりも小さい。円柱レ
ンズ21により光ビーム28は横断軸12の方向に鮮鋭
に、すなわち、ウェッブ1の被測定エッジ3は鮮鋭にC
CD走査線センサ2に結像される。しかしこのとき鏡映
画像として結像される。長手軸13ないし31の方向で
は、円柱レンズ21に入射して拡散した光ビーム28が
屈折され、ゆがんだ非鮮鋭なエッジ3の結像がCCD走
査線センサ2に発生する。
【0024】ウェッブ1の被測定エッジ3がCCD走査
線センサ2の領域に異常性4を有しているとき、この異
常性4は円柱レンズ21の横断軸12の方向では正確に
鏡映像で示されるが、しかし円柱レンズ21の長手軸1
3ないし31に沿ってはゆがんで示される。したがって
長手軸13に沿っては、異常性4を結像する光ビームの
一部だけがCCD走査線センサ2に達するが、同時に異
常性4の影響を受けない“自由な”光ビームの一部もC
CD走査線センサ2に達する。これによって、CCD走
査線センサ2には異常性4によって弱められた強度領域
が発生し、この弱い強度領域が前記の段付けられたビデ
オ信号を引き起こす。このビデオ信号は電子回路によっ
て評価される。
【0025】本発明の方法を実施するための第2の装置
も実質的に、照明装置16、対象物支持体17、フィル
タ18、絞り32、結像レンズ33および光電受信器、
例えばCCD走査線センサ2からなる。これらの素子1
6、17、18、32、33、2は第1の装置に相応し
て光軸20に沿って配置されている。
【0026】コンデンサレンズ24の主平面25に対し
てa32=2×f24の間隔で絞り32が配置されてい
る。絞り32はスリット状の開口アパーチャ34を有
し、このアパーチャの長さl34は例えばl34=0.
2mm〜10mm、幅b34は例えばb34=0.1m
m〜2mmである。長さl34はウェッブ1の被測定エ
ッジ3に対して平行に延在している。
【0027】結像レンズ33は球面レンズ33として構
成されている。球面レンズ33はいわゆる収差を有し、
このことにより焦点距離f33、例えばf33=10m
mは光軸20に沿ったところだけが正確である。この領
域の外では、焦点距離f33がこの正確な値から外れ、
焦点距離f33’は光軸から同心に外側に向かって減少
する。結像レンズ33の代わりに、複数のレンズからな
るレンズ系を使用することもできる。
【0028】コンデンサレンズ24と球面レンズ33と
の間には、対象物支持体17が次のように配置されてい
る。すなわち、ウェッブ1の被測定エッジ3が球面レン
ズ733の主平面37に対して物距離g37で存在する
ように配置されている。球面レンズ33の主平面37に
対して像距離b37に相応する間隔でCCD走査線セン
サ2の結像面11が配置されている。鮮鋭な結像を得る
ためには、焦点距離f33の逆数は物距離g37の逆数
と像距離b37の逆数の和でなければならない。すなわ
ち、1/f33=1/g37+1/b37である。球面レ
ンズ33は、対象物支持体17に対して、例えば焦点距
離f33の2倍に相応する物距離g37に配置されてい
る。球面レンズ33の後方には、像距離b37、例えば
b37=2×f33で結像面11にCCD走査線センサ
が配置されている。これによりこの実施例でも、横方向
結像尺度は1対1である。
【0029】ウェッブ1の被測定エッジ3は照明装置1
6の光ビーム中にもたらされる。光ビーム6のエッジ3
に達した部分は光ビーム37へと偏向され、さらに拡散
する。被測定エッジ3から発した光ビーム36は開口ア
パーチャ34に到達する。開口アパーチャ34を通り抜
けた光ビーム36の一部は球面レンズ33に達する。球
面レンズ33によって、光ビーム36は光軸20の近接
領域では鮮鋭に、しかし鏡映像でCCD走査線センサ2
に結像される。スリット状の絞り32によって光ビーム
36は横断軸12の方向では、光軸を中心にした狭い領
域に制限される。一方、エッジ3に対して平行の方向、
すなわち長手軸3の方向では、光ビームは球面レンズ3
3を、光軸20から離れた領域でも通り抜ける。この領
域では焦点距離f33’は縮小され、これにより長手軸
13の方向ではCCD走査線センサ2にゆがんだ不鮮鋭
なエッジ3の結像が生じる。
【0030】ウェッブ1の被測定エッジ3がCCD走査
線センサ2の領域にある異常性4を有していれば、この
異常性4はエッジ3に対して垂直方向には正確、かつ鏡
映像で示され、エッジ3に対して平行方向にはゆがんで
示される。したがってエッジ3に対して平行には、異常
性4を結像する光ビームの一部がCCD走査線センサ2
に達し、同時に異常性の影響を受けない“自由な”光ビ
ームの一部もCCD走査線センサ2に達する。これによ
って、CCD走査線センサ2には異常性によって強度の
低減された領域が発生し、この領域で前記の段付けられ
たビデオ信号を引き起こし、このビデオ信号が電子回路
によって評価される。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウェッブと光電受信器を有する本発明の装置の
正面図である。
【図2】ウェッブの位置に相応するビデオ信号の経過を
示す線図である。
【図3】ウェッブの被測定エッジに対して平行な、本発
明の第1実施例の装置の側面図である。
【図4】ウェッブの被測定エッジに対して垂直な、本発
明の第1実施例の装置の側面図である。
【図5】ウェッブの被測定エッジに対して平行な、本発
明の第2実施例の装置の側面図である。
【図6】ウェッブの被測定エッジに対して垂直な、本発
明の第2実施例の装置の側面図である。
【符号の説明】
1 ウェッブ 2 CCD走査線センサ(光電受信器) 3 エッジ 4 異常性 6 光ビーム束 7 光学系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォルクマール ロルフ シュヴィツキ ー ドイツ連邦共和国 ヴュルツブルク リ ボリウス‐ヴァーグナー‐シュトラーセ 17 (56)参考文献 特開 昭58−62504(JP,A)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウェッブ(1)またはシートのエッジ
    (3)の位置を測定する方法であって、 光電測定装置を有し、該光電測定装置は照明装置(1
    6)と光電受信器からなり、 該光電受信器は近接して順次配列された多数のホト素子
    を有し、 光電系(7)を用いてウェッブ(1)のエッジ(3)
    を、光電受信器(2)の結像面(11)に、ウェッブ
    (1)のエッジ(3)に対して垂直に延在する横断軸
    (12)の方向では鮮鋭に結像し、 ウェッブ(1)のエッジ(3)に対して平行に延在する
    長手軸の方向では不鮮鋭に結像する、ことを特徴とする
    測定方法。
  2. 【請求項2】 光学系(7)は、ウェッブ(1)のエッ
    ジ(3)に対して垂直に延在する横断軸(12)を1対
    1の縮尺で結像し、 したがって横方向結像尺度は1対1である、請求項1記
    載の方法。
  3. 【請求項3】 ウェッブ(1)またはシートのエッジ
    (3)の位置を測定するための装置であって、光電測定
    装置と光学系(7)を有し、 前記光電測定装置は、照明装置(16)および光電受信
    器(2)からなり、 前記光電受信器は、近接して順次配置された多数のホト
    素子を有し、 前記光電系(7)は、ウェッブ(1)のエッジ(3)を
    光電受信器(2)の結像面(11)に、ウェッブ(1)
    のエッジ(3)に対して垂直に延在する横断軸(12)
    の方向では鮮鋭に結像し、 ウェッブ(1)のエッジ(3)に対して平行に延在する
    長手軸(13)の方向ではゆがめて不鮮鋭に結像し、 該光学系(7)は少なくとも1つの結像レンズ(21)
    を有し、 該結像レンズは横断軸(12)を基準にした第1の焦点
    距離fq21と、長手軸を基準にした第2の焦点距離f
    l21とを有し、 第1の焦点距離と第2の焦点距離は異なっており、 レンズ主平面(30)とウェッブ(1)のエッジ(3)
    との間の物距離g30と、レンズ主平面(30と結像
    面(11)との間の像距離b30と、第1の焦点距離f
    q21とに対して次式が当てはまる、 1/fq21=1/g30+1/b30 ことを特徴とする測定装置。
  4. 【請求項4】 結像レンズ(21)として、長手軸がウ
    ェッブ(1)の被測定ウエッジ(3)に対して平行に延
    在する円柱レンズ(21)を設ける、請求項3記載の測
    定装置。
  5. 【請求項5】 ウェッブ(1)に対する対象物支持体と
    してのガラス板(17)と結像レンズ(21)との間
    に、幅b27、長さl27の開口アパーチャを有する絞
    り(19)を配置する、請求項3または4記載の測定装
    置。
  6. 【請求項6】 開口アパーチャ(27)の幅b27も長
    さl27も、円柱レンズ(21)の相応する幅b21お
    よび長さl21よりも小さい、請求項4または5記載の
    測定装置。
  7. 【請求項7】 ウェッブ(1)またはシートのエッジ
    (3)の位置を測定するための装置であって、光電測定
    装置と光学系(7)を有し、 前記光電測定装置は、照明装置(16)および光電受信
    器(2)からなり、 前記光電受信器は、近接して順次配置された多数のホト
    素子を有し、 前記光電系(7)は、ウェッブ(1)のエッジ(3)を
    光電受信器(2)の結像面(11)に、ウェッブ(1)
    のエッジ(3)に対して垂直に延在する横断軸(12)
    の方向では鮮鋭に結像し、 ウェッブ(1)のエッジ(3)に対して平行に延在する
    長手軸(13)の方向ではゆがめて不鮮鋭に結像し、 該光学系(7)は結像レンズ(33)を有し、 該結像レンズはその光軸(20)を中心にした直接領域
    に焦点距離に対して一様の値f33を有し、当該領域の
    外では前記値とは異なる焦点距離値を有し、 レンズ(33)の直接前方には、長さ134と幅b34
    のスリット状開口アパーチャが配置されており、 該開口アパーチャはウェッブ(1)の被測定エッジ
    (3)に対して平行に延在し、 レンズ主平面(37)とウェッブ(1)のエッジ(3)
    との間の物距離g37と、レンズ主平面(37)と結像
    面(11)との間の像距離b37と、焦点距離f33と
    に対しては次式が当てはまる、 1/f33=1/g37+1/b37 ことを特徴とする測定装置。
  8. 【請求項8】 結像レンズ(33)として球面レンズ
    (33)が設けられている、請求項7記載の測定装置。
  9. 【請求項9】 開口アパーチャ(34)の幅b34は
    0.2mmから2mmであり、開口アパーチャの長さl
    34は2mmよりも大きい、請求項7または8記載の測
    定装置。
  10. 【請求項10】 結像レンズ(21;33)の主平面
    (30;38)は、光電受信器(2)に対し、結像レン
    ズ(21;33)の焦点距離(fq21;f33)の2
    倍に相当する像距離(b30;b37)に配置されてい
    る、請求項3から9までのいずれか1項記載の測定装
    置。
  11. 【請求項11】 面平行なガラス板(17)が対象物支
    持体として、結像レンズ(21;33)に対し、結像レ
    ンズ(21;33)の焦点距離(fq21;f33)の
    2倍に相当する物距離(g30;g37)に配置されて
    いる、請求項3から10までのいずれか1項記載の測定
    装置。
  12. 【請求項12】 ガラス板(17)と結像レンズ(2
    1;33)との間には赤外線フィルタ(18)が配置さ
    れている、請求項11記載の測定装置。
  13. 【請求項13】 結像レンズ(21;33)の前方に配
    置された照明装置(16)は、光源(8)およびコンデ
    ンサレンズ(24)からなり、 光源(8)は、コンデンサレンズ(24)の主平面(2
    5)に対し、コンデンサレンズ(24)の焦点距離f2
    4の2倍に相当する距離a23に配置されている、請求
    項3から12までのいずれか1項記載の測定装置。
  14. 【請求項14】 光電受信器(2)としてCCD走査線
    センサが設けられている請求項3から13までのいずれ
    か1項記載の測定装置。
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