JP3625950B2 - 目付量測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行中の不織布の目付量を、連続的に測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シート状物、例えば不織布や紙、フィルム、若しくは合成樹脂シート等の密度むらや厚さむら、透過度むら等をこれらの製造段階でその品質を確認するために連続的に測定することが行われている。例えば不織布については、下記の方式が採用されている。
【０００３】
▲１▼Ｘ線を使用した方式
Ｘ線により走行する不織布の目付量を測定する装置が発表されている。しかしながら、測定面積が狭いため、透過してきたＸ線を検出するセンサを機械的に走査して測定するものである。
【０００４】
▲２▼エリアＣＣＤカメラを使用した方式
不織布に透過照明をあて、エリアＣＣＤカメラで読み取った透過度の濃度斑から地合指数を測定するものである。
【０００５】
▲３▼ラインＣＣＤカメラを使用した方式
この方式については、特開平０６−５０８７３号公報で発表されている。これは、ラインＣＣＤカメラで読み取った画像データから、複数の区画毎の合計値を密度データとし、良品サンプルから得た密度データと比較し、そのレベル差を測定するものである。
【０００６】
本公報で開示されたシート状物の密度ムラを検出する方法を詳しく説明する。図９に本方式の１例の構成ブロック図を示す。図において、密度ムラが検出される布５１をＰ方向に移動し、照明器５４ａ，５４ｂから照射され、反射板５２から反射された光をラインＣＣＤイメージセンサ５３で受光し、ＨＰＦ５５に出力する。ＨＰＦ５５でＤＣ成分を除去して、イメージセンサ５３の各素子の感度差を補正するＡＧＣ回路５６を通して、Ａ／Ｄ変換器５７でアナログ信号からデジタル信号に変換し、幅ブロック分割回路５９でイメージセンサ５３からの読出信号を幅方向に複数に分割し、ブロック加算回路６０でブロック分割した範囲毎にイメージセンサ５３の各画素を加算し、マスタ平均化回路６１で加算したブロックを長尺方向に所定長分加算してその平均値を得る。この平均値をマスタメモリ６３に記録する。密度比較回路６２ではマスタメモリのマスタ平均値とブロック加算回路６０の出力値とを比較して差をとり、制御回路５８でその差が所定範囲に有るかどうかを判定して、その差が大きいときには布の密度にムラがあると判定し、その差が小さいときには密度ムラがないと判断する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の▲１▼▲２▼は、センサの測定範囲が狭いため、センサを機械的に横方向に走査して、間欠的に測定することは可能であるが、不織布の全幅を同時に読み取り、測定することはできない。
【０００８】
また、従来技術▲３▼は、ラインＣＣＤカメラを使用して、不織布の全幅を同時に読み取り測定することはできるが、良品との差を測定するものであり、目付量（ｇ／ｍ２ ）を測定するものではない。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、走行中の不織布の目付量を、連続的に測定することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、走行する検査対象物を設定される走査周期で繰り返し走査することで連続して読み取るラインＣＣＤカメラと、前記ラインＣＣＤカメラでの読み取りでその各画素につき得られる画像データを記録する画像メモリと、前記画像メモリに記録された画像データから前記検査対象物の走行方向についての所定範囲の領域の各画素の画像データの第１の平均値を求める手段と、前記検査対象物につき得られた前記画像データの第１の平均値と前記検査対象物がないときに得られた前記画像データの第１の平均値とから、前記検査対象物の前記所定範囲の領域の前記各画素毎の第１の平均透過率を求める手段と、前記検査対象物の走行方向を横切る幅方向についての所定範囲の領域の前記第１の平均透過率の平均としての第２の平均透過率を求める手段と、前記第２の平均透過率を目付量に変換するための近似式から、又は前記第２の平均透過率と目付量との変換テーブルから、目付量を求める手段と、前記画像メモリに記録された画像データから予め設定された有効範囲の領域の前記画像データの第２の平均値を求め、該画像データの第２の平均値が予め指定された範囲内となるように、前記走査周期を設定する手段と、を備えていることを特徴とする目付量測定装置にある。
【００１１】
本発明においては、前記走査周期を設定する手段は、先ず可能な最小走査周期を設定し、求められた前記画像データの第２の平均値が前記予め指定された範囲の下限より小さい場合には前記走査周期を調整倍率を乗じたものに変更し、求められた前記画像データの第２の平均値が前記予め指定された範囲の上限より大きい場合にはエラー処理を行うものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の構成は、走行移動するシート状の検査対象物の下部に照明手段を設け、検査対象物を透過してきた光線を上部に設けた２つのラインＣＣＤイメージセンサのカメラで検査対象物の幅方向に走査して読取り、読み取られた画像信号を信号処理して、検査対象物の透過量を測定し、その透過量から、検査対象物の目付量を測定するものである。
【００１４】
ここで、走行する検査対象を読み取るラインＣＣＤカメラは、画像を読み取るＭＯＳ型光電変換センサでもよく、蛍光灯やランプ等の照明手段で透過照明されている検査対象物を、予め設定された走査周期（Ｓ０ ）で読み取る。
【００１５】
蛍光灯等の照明手段は、安定した明るさで検査対象物を照明するために、光量制御機能を有している。ＣＣＤカメラの感度が赤外線領域で最高感度を有する場合には照明手段は赤外線波長を発光するものが好ましい。また、光量制御機能はＣＣＤカメラの画像センサの光量感度に対応し、検査対象物の透過光量が画像センサのダイナミックレンジの中心となる照射光量と成るように光量を制御する。光量の制御には、光量を一定とするように、供給電流を測定しつつフィードバック構成とする例等が用いられる。
【００１６】
画像メモリは、前記ラインＣＣＤカメラの出力を、Ａ／Ｄ変換して、ディジタル画像データ（Ｄｉｊ：ｉ＝１〜ＣＣＤカメラの素子数、ｊ＝１〜指定した領域のスキャン数）として記録する。
【００１７】
前記画像メモリ内で、ラインＣＣＤカメラのスキャン方向に各画素の画像データの平均値（即ち第１の平均値）を求める手段は、次式の通りである。
【００１８】
【数１】
但し、Ｄｉ ：ラインＣＣＤカメラの素子Ｎｏ．ｉの平均値
Ｄｉｊ ：座標（ｉ，ｊ）の画像データ
Ｌ ：測定領域のスキャン数
ｊ ：スキャン方向の座標
ｉ ：素子方向の座標
この数式によれば、検査対象物の幅方向のある素子の点ｉで検査対象物の走行速度による走行方向の範囲ｊ＝１からｊ＝Ｌまでを読取り、その範囲の平均値をラインＣＣＤカメラの点ｉにおける平均値とするものである。
【００１９】
前記検査対象物を読み取ったときの前記平均値（第１の平均値）Ｄiと、予め、検査対象物がないときに読み取った前記平均値（第１の平均値）Ｄ0iから、検査対象物の各画素毎の平均透過率（即ち第１の平均透過率）Ｔiを求める手段は、次式の通りである。
【００２０】
【数２】
但し、Ｔｉ ：素子Ｎｏ．ｉの平均透過率（０〜１）
Ｙ０ ：Ａ／Ｄ変換時のノイズを含めた平均黒レベル
Ｓ ：検査対象物測定時の走査周期（ｍｓ）
Ｓ０ ：基準となる補正データ入力時の走査周期（ｍｓ）
Ｄ０ｉ ：素子Ｎｏ．ｉの基準となる平均値の補正データ
即ち、平均透過率（０〜１）は、検査対象物の幅方向の点ｉにおけるＣＣＤカメラの素子出力の平均値から平均黒レベルとの差を取って実質的な透過光量値を検出し、検査対象物の走行方向の速度である走査周期で割って、ＣＣＤカメラの素子の光量蓄積時間当たりの透過光量値を得るのに対し、検査対象物のない場合の直接照明手段からＣＣＤカメラに入射する光量値によって割ることにより、得ることができる。
【００２１】
さらに、画像メモリ内で予め指定した数に分割した領域の平均透過率（即ち第２の平均透過率）Ｔnを求める手段は、次式の通りである。
【００２２】
【数３】
但し、 Ｔｎ ：測定領域ｎ番目の平均透過率
ｓ ：測定領域ｎの始点座標
ｅ ：測定領域ｎの終点座標
ｍ ：測定領域ｎの素子方向の画素数（ｅ−ｓ＋１）
ＣＣＤカメラの画素素子ｉ＝ｓからｉ＝ｅまでを測定領域ｎとして、平均透過率（０〜１）Ｔｉの測定領域ｎ全体の平均値を得て、平均透過率Ｔｎ とするものである。
【００２３】
つぎに、前記平均透過率Ｔｎ を目付量に変換するための近似式から、目付量Ｍｎ に変換する手段は、次式の通りである。
【００２４】
【数４】
但し、Ｍｎ ：測定領域ｎの目付量（ｇ／ｍ２ ）
Ｃｋ ：定数（０〜Ｐ）
ここで、目付量Ｍｎ の単位は検査対象物の透過量に相当する単位面積当たりの重さで表せる［ｇ／ｍ２ ］となる。この目付量Ｍｎ を示す数式は、検査対象物の平均透過率Ｔｎ との相関により割り出されている。
【００２５】
定数Ｃｋ は、検査対象物の品種（素材、色など）により異なるため、目付量Ｍｎ と（−Ｌｏｇ（透過率））から予め作成するデータの検量線を作成後に、多項式近似により求める。ｐの値は、通常３〜５で、実用精度が得られる。なお、対数は、自然対数、常用対数のいずれでもよい。
【００２６】
これまでの説明では、ラインＣＣＤカメラの走査周期は、予め設定した値としているが、検査対象物の画像データが、指定した範囲になるように走査周期を自動設定することも可能である。この走査周期は、基準となる検査対象物のないときの補正データの設定時、および、検査対象物の走行中の測定時の前に、設定又は自動的に設定する。
【００２７】
図３はＣＣＤカメラの走査周期の自動設定方法を示すフローチャートである。ラインＣＣＤカメラの走査周期を、最初最小走査周期に設定した後（Ｓ１）、１スキャン分の画像を入力する（Ｓ２）。その後、画像データの中の予め設定した有効範囲について、次式により画像データの平均値（即ち第２の平均値）Ｄを算出する（Ｓ３）。なお画像の入力行数は、１行でも、処理時間の問題がない場合は複数にしてもよい。
【００２８】
【数５】
但し、Ｄ ：画像データの平均値
Ｄｉ ：座標（ｉ）の画像データ
ｉ ：有効範囲（ｓ〜ｅ）
ｓ ：有効範囲の始点
ｅ ：有効範囲の終点
ｍ ：有効範囲の画素数（ｅ−ｓ＋１）
次に、前記平均値Ｄの範囲チェックを行う（Ｓ４）。指定範囲より小の場合は、予め設定した走査周期に走査周期調整倍率をかけた値を計算し（Ｓ５）、再度、画像入力を行い、走査周期が所定の走査周期の範囲内か否かをチェックする（Ｓ６）。こうして、前記平均値Ｄが設定した範囲になるまで実施する。最大走査周期でも、前記平均値Ｄが指定範囲より小の場合で且つ走査周期が所定範囲外の場合には、エラー表示（照明光量不足）を行う（Ｓ７）。また、最小走査周期でも、前記平均値Ｄが指定範囲より大の場合は、エラー表示（照明光量オーバー）を行う（Ｓ８）。ＣＣＤカメラの所定の有効範囲の平均値Ｄが規定の範囲内の場合には、ＣＣＤカメラの光量感度に相当する光量が入力しているとして、走査周期が正常と判断され、以後その走査周期で目付量が測定される。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明の装置構成の一例を示すブロック図である。図において、１１，１２はイメージセンサの１例としてのラインＣＣＤカメラであり、検査対象物の画像を読み取る。ラインＣＣＤカメラ１１，１２は、各光電変換素子の素子数は２０４８、クロックは２．５ＭＨｚ、走査周期は０．８４〜１２．８ｍｓの範囲で可変である。ＣＣＤカメラ１１，１２の検査対象物側に設けたレンズは、焦点距離２８ｍｍを使用し、被写体間距離１，６４０ｍｍで、ＣＣＤカメラ１１，１２の視野は１，５００ｍｍ（分解能は約０．７３ｍｍ／素子）である。
【００３１】
また、２１，２２は画像入力ボードであり、ラインＣＣＤカメラ１１，１２の画像信号を、それぞれ８ビットでＡ／Ｄ変換した後、そのデジタル画像データを内蔵の画像メモリに記録する。この画像メモリのメモリ容量は４ＭＢであり、１ラインの２０４８素子×２０４８スキャン分のデジタル画像データを記録できる。
【００３２】
さらに、３１，３２は照明手段である蛍光灯であり、１１０Ｗの高周波点灯蛍光灯を使用した。照明手段には検査対象物によって適宜選択され、光ファイバ照明などのライン照明であってもよい。蛍光灯３１，３２の光量は、光量制御装置４により、周辺温度が０〜４０℃で変化しても、一定出力になるように制御している。
【００３３】
対象物の目付量検査は、例えば不織布の１巻単位で行う。この１巻単位の取り替えタイミングで、ターレット切替え信号が、シーケンサ５に入力される。
【００３４】
ホストコンピュータ６は、それまでの不織布の目付量検査を終了し、次の１巻の検査を開始する。
【００３５】
画像メモリを有する画像入力ボード２１，２２への画像入力タイミングは、ロータリーエンコーダ７で不織布の走行方向の長さを計測してその長さに応じて画像読出開始を行い、画像入力ボード２１，２２の画像メモリに入力した画像データをホストコンピュータ６で測定する。ホストコンピュータ６は目付量測定の全体を制御し、測定データを出力する。
【００３６】
目付量測定値Ｍｎ は、ディスプレイ８に、疑似カラーでデータマップとして表示する。また、レコーダ９にも出力する。なお、目付量測定値Ｍｎ が予め設定された範囲外になったときは、シーケンサ５を介して警報信号を出力する。
【００３７】
基準となる補正データは、不織布を除去した状態で、補正スイッチを押すことにより設定される。補正スイッチを押すことにより、ラインＣＣＤカメラ１１，１２の出力を画像メモリに記憶する。補正データは画像メモリに記憶した画像データを用いて数式２で計算する。この場合、安定した測定精度を得るために、通常、１週間以内には補正データを入力し直して使用することが望ましい。また、装置の状態が変化したときにも使用する。例えば、ラインＣＣＤカメラ１１，１２、蛍光灯３１，３２の位置がずれたとき、蛍光ランプを交換したときなどである。
【００３８】
図２は本発明の処理手順の一例を示すタイミングチャートである。シーケンサ５に接続したスイッチを「開始」に切替えたときをＡとして、検査開始待ち状態となる。次に、ターレット切替信号がＢで入力されたとき、１巻の不織布の目付量検査を開始する。
【００３９】
まず、検査の初期設定Ｃを行い、次に、ロータリーエンコーダ７で不織布の走行方向の長さを測定し、走行方向の長さからブロック分割し、予め設定し、各ブロック毎に不織布の走行方向に一定間隔Ｌ（ｍ）で、画像入力ボード２１，２２に、画像入力Ｅを行う。次に測定Ｆを行う。測定後、測定値をディスプレイ８に表示する。なお、測定値が許容範囲外の場合は、警報出力Ｈを行う。
【００４０】
また、レコーダ９への出力Ｋは、予め設定した一定間隔Ｔ（ｓｅｃ）毎のＪで行う。ここで、ディスプレイ８への検査結果の表示とレコーダ９への検査結果のデータ記憶操作は特に同期を取る必要がないように、データ記憶部を適宜設けておく。
【００４１】
図５は、目付量測定時のディスプレイの内容を示す図である。図において、１１はタイトル（目付量測定装置）表示である。１２は検査開始時の年月日である。また、１３は検査条件の登録名である。検査条件を予め設定しておき、登録名Ｔ１を指定することで、全ての条件が設定できる。１４は目標目付量であり、この場合３０．０［ｇ／ｍ２］を目標目付量としている。１５は疑似カラー表示する場合の１色当たりの目付量で、表示ＭＡＰで色の度合いで目付量の程度を視覚的に認識できるように設定してある。また、レコーダ出力単位として、１目盛り当たりの目付量を設定できる。
【００４２】
また、１６はＮＧ判定条件であり、測定値が例えば目標目付量の２０％の範囲から外れた場合、シーケンサ５を介して警報出力を行う。１７は検査範囲の始点と終点である。始点は０．００ｍｍから、終点は３ｍとしている。１８は目付量を測定するブロック領域の素子方向の間隔で、不織布の最長幅３ｍとしてブロック横間隔を３７５．００ｍｍとすると、幅方向を８ブロックに分けて測定していることが解る。つぎに、１９は目付量を測定する領域の走行方向であるスキャン方向の間隔で、不織布の走行方向の１ｍごとに目付量を測定している。
【００４３】
さらに、２０はレコーダ出力間隔で、１０秒毎にレコーダに出力して記録を取っている。２１は目付量を予め設定した値で分割し、例えば、不織布の幅方向を８分割し、表示上の横方向と一致させ、不織布の走行方向と表示上の縦方向とを一致させた表示例を示し、一見して目付量を観測できるように、先に指定した疑似カラーで表示する。また、上方にスクロール表示する。２２は疑似カラー表示の配色見本であり、この色差度合いを参照しつつ表示例２１を観測する。
【００４４】
図４は、目付量測定時の測定領域の内容を示す概念図である。図において、ラインＣＣＤカメラ１１ ，１２ は、２台使用しており、検査視野の幅は例えば３ｍである。このうち、検査範囲の始点３１〜終点３２を測定範囲としている。また、測定領域は、網点で示した範囲であり、幅方向に８つに分割している。
【００４５】
また、ブロック横間隔３３は５０ｃｍ、測定されるブロック横幅３４は２０ｃｍである。また、走行方向は、画像入力ボード２１，２２に入力する間隔であるブロック縦間隔３５は５０ｃｍ、画像入力ボードに入力する範囲であるブロック縦幅３６は２０ｃｍとしている。なお、蛍光灯の長さの関係で、ラインＣＣＤカメラ１１ ，１２ の読み取り位置は、走行方向３７に２０ｃｍ分ずれている。なお、上記数値は例示であり、これに限定されるものではなく、全領域を測定範囲としても良く、目付量にある程度の一定性が保証できるものであれば、もっと粗いパターンで目付量を測定してもよい。
【００４６】
図６は、不織布の目付量と透過率の関係の１例を示す図である。目付量が１０〜９０ｇ／ｍ２ までの透過率を測定した。透過率は、この例で最低で０．０２５まで低下する。目付量と透過率の関係は、リニアではない。また、この透過率は特定の不織布の特定光線の透過率であり、この不織布の材料と照明手段の照射光線波長と、この照射光線を受光するイメージセンサの特性によって、目付量と透過率との関係が変化する。したがって、これらのパラメータに従って、透過率から割り出される目付量の該当数式を変更する必要がある。
【００４７】
図７は、不織布の透過率から目付量を測定するための近似曲線の１例を示す図である。横軸は、−Ｌｏｇ（透過率）、縦軸は目付量を示している。また、近似曲線は、多項式近似を行っている。図７は５次式であり、図６のデータにより求めた定数は、数式４に当てはめる場合、下記の通りである。
【００４８】
Ｃ５ ＝ １．８３２２
Ｃ４ ＝−１５．３４０１
Ｃ３ ＝ ４６．３９３０
Ｃ２ ＝−５７．８７４１
Ｃ１ ＝ ３８．６６３９
定数の値、および、適正な次数については、検査対象の素材、色、密度などの影響を受けるため、実験により予め比較基準となる検量線を作成した後、求める。
【００４９】
以上の処理により、不織布の目付量を、高精度で測定することが可能となった。
【００５０】
以上、各領域の平均透過率を目付量に変換するための近似式から目付量を求める場合について説明してきたが、各領域の平均透過率と目付量との変換テーブルから目付量を求めることもできる。
【００５１】
表１は不織布の目付量と透過率の関係を示す実施例であり、目付量が１０．５６〜８７．９６ｇ／ｍ２までの透過率が測定されている。透過率は、最低で０．０２６６まで低下している。
【００５２】
【表１】
また、図８は、表１の透過率をｙ軸とし、目付量をｘ軸とした関係をプロットしたものであり、この曲線は下記の近似式で表すことができる。
【００５３】
このようにして求められる各種近似式において、ｘの次数や定数は、検査対象の素材、色、密度などの影響を受けるため、実験により検量線を作成した後に決定される。上記の近似式から求めた平均透過率と目付量との変換テーブルは表２の通りである。
【００５４】
【表２】
ここで、表２は、目付量が２（ｇ／ｍ２）毎の変換テーブルとなっているが、精度が要求される場合は、１（ｇ／ｍ２）毎の変換テーブルとすることもできる。この変換テーブルを利用すれば、透過率の測定値から直ちに目付量を求めることができる。
【００５５】
なお、上記実施例では、イメージセンサをラインＣＣＤカメラとし、且つ２つのカメラを設けた例を示したが、２次元イメージセンサを用いることもできる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、走行中の不織布の目付量を連続的に測定することが可能であり、目付量測定装置としての効果は大きい。本発明は、例えば板厚、布厚、その班、及びシートに含まれる着色材などの濃度等を測定する場合に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明による処理手順の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明によるＣＣＤカメラの走査周期の自動設定方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明による目付量測定時の測定領域の内容を示す図である。
【図５】本発明による目付量測定時のディスプレイの内容を示す図である。
【図６】本発明による不織布の目付量と透過率の関係を示す図である。
【図７】本発明による不織布の透過率から目付量を測定するための近似曲線の１例を示す図である。
【図８】本発明による目付量と透過率との関係を示すグラフである。
【図９】先行技術に記載されているシート状物の密度ムラ検査方法を示す構成図である。
【符号の説明】
１１ ，１２ ラインＣＣＤカメラ
２１ ，２２ 画像入力ボード
３１ ，３２ 蛍光灯
４ 光量制御回路
５ シーケンサ
６ ホストコンピュータ
７ ロータリーエンコーダ
８ ディスプレイ
９ レコーダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行中の不織布の目付量を、連続的に測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シート状物、例えば不織布や紙、フィルム、若しくは合成樹脂シート等の密度むらや厚さむら、透過度むら等をこれらの製造段階でその品質を確認するために連続的に測定することが行われている。例えば不織布については、下記の方式が採用されている。
【０００３】
▲１▼Ｘ線を使用した方式
Ｘ線により走行する不織布の目付量を測定する装置が発表されている。しかしながら、測定面積が狭いため、透過してきたＸ線を検出するセンサを機械的に走査して測定するものである。
【０００４】
▲２▼エリアＣＣＤカメラを使用した方式
不織布に透過照明をあて、エリアＣＣＤカメラで読み取った透過度の濃度斑から地合指数を測定するものである。
【０００５】
▲３▼ラインＣＣＤカメラを使用した方式
この方式については、特開平０６−５０８７３号公報で発表されている。これは、ラインＣＣＤカメラで読み取った画像データから、複数の区画毎の合計値を密度データとし、良品サンプルから得た密度データと比較し、そのレベル差を測定するものである。
【０００６】
本公報で開示されたシート状物の密度ムラを検出する方法を詳しく説明する。図９に本方式の１例の構成ブロック図を示す。図において、密度ムラが検出される布５１をＰ方向に移動し、照明器５４ａ，５４ｂから照射され、反射板５２から反射された光をラインＣＣＤイメージセンサ５３で受光し、ＨＰＦ５５に出力する。ＨＰＦ５５でＤＣ成分を除去して、イメージセンサ５３の各素子の感度差を補正するＡＧＣ回路５６を通して、Ａ／Ｄ変換器５７でアナログ信号からデジタル信号に変換し、幅ブロック分割回路５９でイメージセンサ５３からの読出信号を幅方向に複数に分割し、ブロック加算回路６０でブロック分割した範囲毎にイメージセンサ５３の各画素を加算し、マスタ平均化回路６１で加算したブロックを長尺方向に所定長分加算してその平均値を得る。この平均値をマスタメモリ６３に記録する。密度比較回路６２ではマスタメモリのマスタ平均値とブロック加算回路６０の出力値とを比較して差をとり、制御回路５８でその差が所定範囲に有るかどうかを判定して、その差が大きいときには布の密度にムラがあると判定し、その差が小さいときには密度ムラがないと判断する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の▲１▼▲２▼は、センサの測定範囲が狭いため、センサを機械的に横方向に走査して、間欠的に測定することは可能であるが、不織布の全幅を同時に読み取り、測定することはできない。
【０００８】
また、従来技術▲３▼は、ラインＣＣＤカメラを使用して、不織布の全幅を同時に読み取り測定することはできるが、良品との差を測定するものであり、目付量（ｇ／ｍ２ ）を測定するものではない。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、走行中の不織布の目付量を、連続的に測定することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、走行する検査対象物を設定される走査周期で繰り返し走査することで連続して読み取るラインＣＣＤカメラと、前記ラインＣＣＤカメラでの読み取りでその各画素につき得られる画像データを記録する画像メモリと、前記画像メモリに記録された画像データから前記検査対象物の走行方向についての所定範囲の領域の各画素の画像データの第１の平均値を求める手段と、前記検査対象物につき得られた前記画像データの第１の平均値と前記検査対象物がないときに得られた前記画像データの第１の平均値とから、前記検査対象物の前記所定範囲の領域の前記各画素毎の第１の平均透過率を求める手段と、前記検査対象物の走行方向を横切る幅方向についての所定範囲の領域の前記第１の平均透過率の平均としての第２の平均透過率を求める手段と、前記第２の平均透過率を目付量に変換するための近似式から、又は前記第２の平均透過率と目付量との変換テーブルから、目付量を求める手段と、前記画像メモリに記録された画像データから予め設定された有効範囲の領域の前記画像データの第２の平均値を求め、該画像データの第２の平均値が予め指定された範囲内となるように、前記走査周期を設定する手段と、を備えていることを特徴とする目付量測定装置にある。
【００１１】
本発明においては、前記走査周期を設定する手段は、先ず可能な最小走査周期を設定し、求められた前記画像データの第２の平均値が前記予め指定された範囲の下限より小さい場合には前記走査周期を調整倍率を乗じたものに変更し、求められた前記画像データの第２の平均値が前記予め指定された範囲の上限より大きい場合にはエラー処理を行うものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の構成は、走行移動するシート状の検査対象物の下部に照明手段を設け、検査対象物を透過してきた光線を上部に設けた２つのラインＣＣＤイメージセンサのカメラで検査対象物の幅方向に走査して読取り、読み取られた画像信号を信号処理して、検査対象物の透過量を測定し、その透過量から、検査対象物の目付量を測定するものである。
【００１４】
ここで、走行する検査対象を読み取るラインＣＣＤカメラは、画像を読み取るＭＯＳ型光電変換センサでもよく、蛍光灯やランプ等の照明手段で透過照明されている検査対象物を、予め設定された走査周期（Ｓ０ ）で読み取る。
【００１５】
蛍光灯等の照明手段は、安定した明るさで検査対象物を照明するために、光量制御機能を有している。ＣＣＤカメラの感度が赤外線領域で最高感度を有する場合には照明手段は赤外線波長を発光するものが好ましい。また、光量制御機能はＣＣＤカメラの画像センサの光量感度に対応し、検査対象物の透過光量が画像センサのダイナミックレンジの中心となる照射光量と成るように光量を制御する。光量の制御には、光量を一定とするように、供給電流を測定しつつフィードバック構成とする例等が用いられる。
【００１６】
画像メモリは、前記ラインＣＣＤカメラの出力を、Ａ／Ｄ変換して、ディジタル画像データ（Ｄｉｊ：ｉ＝１〜ＣＣＤカメラの素子数、ｊ＝１〜指定した領域のスキャン数）として記録する。
【００１７】
前記画像メモリ内で、ラインＣＣＤカメラのスキャン方向に各画素の画像データの平均値（即ち第１の平均値）を求める手段は、次式の通りである。
【００１８】
【数１】
Ｄｉｊ ：座標（ｉ，ｊ）の画像データ
Ｌ ：測定領域のスキャン数
ｊ ：スキャン方向の座標
ｉ ：素子方向の座標
この数式によれば、検査対象物の幅方向のある素子の点ｉで検査対象物の走行速度による走行方向の範囲ｊ＝１からｊ＝Ｌまでを読取り、その範囲の平均値をラインＣＣＤカメラの点ｉにおける平均値とするものである。
【００１９】
前記検査対象物を読み取ったときの前記平均値（第１の平均値）Ｄiと、予め、検査対象物がないときに読み取った前記平均値（第１の平均値）Ｄ0iから、検査対象物の各画素毎の平均透過率（即ち第１の平均透過率）Ｔiを求める手段は、次式の通りである。
【００２０】
【数２】
Ｙ０ ：Ａ／Ｄ変換時のノイズを含めた平均黒レベル
Ｓ ：検査対象物測定時の走査周期（ｍｓ）
Ｓ０ ：基準となる補正データ入力時の走査周期（ｍｓ）
Ｄ０ｉ ：素子Ｎｏ．ｉの基準となる平均値の補正データ
即ち、平均透過率（０〜１）は、検査対象物の幅方向の点ｉにおけるＣＣＤカメラの素子出力の平均値から平均黒レベルとの差を取って実質的な透過光量値を検出し、検査対象物の走行方向の速度である走査周期で割って、ＣＣＤカメラの素子の光量蓄積時間当たりの透過光量値を得るのに対し、検査対象物のない場合の直接照明手段からＣＣＤカメラに入射する光量値によって割ることにより、得ることができる。
【００２１】
さらに、画像メモリ内で予め指定した数に分割した領域の平均透過率（即ち第２の平均透過率）Ｔnを求める手段は、次式の通りである。
【００２２】
【数３】
ｓ ：測定領域ｎの始点座標
ｅ ：測定領域ｎの終点座標
ｍ ：測定領域ｎの素子方向の画素数（ｅ−ｓ＋１）
ＣＣＤカメラの画素素子ｉ＝ｓからｉ＝ｅまでを測定領域ｎとして、平均透過率（０〜１）Ｔｉの測定領域ｎ全体の平均値を得て、平均透過率Ｔｎ とするものである。
【００２３】
つぎに、前記平均透過率Ｔｎ を目付量に変換するための近似式から、目付量Ｍｎ に変換する手段は、次式の通りである。
【００２４】
【数４】
Ｃｋ ：定数（０〜Ｐ）
ここで、目付量Ｍｎ の単位は検査対象物の透過量に相当する単位面積当たりの重さで表せる［ｇ／ｍ２ ］となる。この目付量Ｍｎ を示す数式は、検査対象物の平均透過率Ｔｎ との相関により割り出されている。
【００２５】
定数Ｃｋ は、検査対象物の品種（素材、色など）により異なるため、目付量Ｍｎ と（−Ｌｏｇ（透過率））から予め作成するデータの検量線を作成後に、多項式近似により求める。ｐの値は、通常３〜５で、実用精度が得られる。なお、対数は、自然対数、常用対数のいずれでもよい。
【００２６】
これまでの説明では、ラインＣＣＤカメラの走査周期は、予め設定した値としているが、検査対象物の画像データが、指定した範囲になるように走査周期を自動設定することも可能である。この走査周期は、基準となる検査対象物のないときの補正データの設定時、および、検査対象物の走行中の測定時の前に、設定又は自動的に設定する。
【００２７】
図３はＣＣＤカメラの走査周期の自動設定方法を示すフローチャートである。ラインＣＣＤカメラの走査周期を、最初最小走査周期に設定した後（Ｓ１）、１スキャン分の画像を入力する（Ｓ２）。その後、画像データの中の予め設定した有効範囲について、次式により画像データの平均値（即ち第２の平均値）Ｄを算出する（Ｓ３）。なお画像の入力行数は、１行でも、処理時間の問題がない場合は複数にしてもよい。
【００２８】
【数５】
Ｄｉ ：座標（ｉ）の画像データ
ｉ ：有効範囲（ｓ〜ｅ）
ｓ ：有効範囲の始点
ｅ ：有効範囲の終点
ｍ ：有効範囲の画素数（ｅ−ｓ＋１）
次に、前記平均値Ｄの範囲チェックを行う（Ｓ４）。指定範囲より小の場合は、予め設定した走査周期に走査周期調整倍率をかけた値を計算し（Ｓ５）、再度、画像入力を行い、走査周期が所定の走査周期の範囲内か否かをチェックする（Ｓ６）。こうして、前記平均値Ｄが設定した範囲になるまで実施する。最大走査周期でも、前記平均値Ｄが指定範囲より小の場合で且つ走査周期が所定範囲外の場合には、エラー表示（照明光量不足）を行う（Ｓ７）。また、最小走査周期でも、前記平均値Ｄが指定範囲より大の場合は、エラー表示（照明光量オーバー）を行う（Ｓ８）。ＣＣＤカメラの所定の有効範囲の平均値Ｄが規定の範囲内の場合には、ＣＣＤカメラの光量感度に相当する光量が入力しているとして、走査周期が正常と判断され、以後その走査周期で目付量が測定される。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明の装置構成の一例を示すブロック図である。図において、１１，１２はイメージセンサの１例としてのラインＣＣＤカメラであり、検査対象物の画像を読み取る。ラインＣＣＤカメラ１１，１２は、各光電変換素子の素子数は２０４８、クロックは２．５ＭＨｚ、走査周期は０．８４〜１２．８ｍｓの範囲で可変である。ＣＣＤカメラ１１，１２の検査対象物側に設けたレンズは、焦点距離２８ｍｍを使用し、被写体間距離１，６４０ｍｍで、ＣＣＤカメラ１１，１２の視野は１，５００ｍｍ（分解能は約０．７３ｍｍ／素子）である。
【００３１】
また、２１，２２は画像入力ボードであり、ラインＣＣＤカメラ１１，１２の画像信号を、それぞれ８ビットでＡ／Ｄ変換した後、そのデジタル画像データを内蔵の画像メモリに記録する。この画像メモリのメモリ容量は４ＭＢであり、１ラインの２０４８素子×２０４８スキャン分のデジタル画像データを記録できる。
【００３２】
さらに、３１，３２は照明手段である蛍光灯であり、１１０Ｗの高周波点灯蛍光灯を使用した。照明手段には検査対象物によって適宜選択され、光ファイバ照明などのライン照明であってもよい。蛍光灯３１，３２の光量は、光量制御装置４により、周辺温度が０〜４０℃で変化しても、一定出力になるように制御している。
【００３３】
対象物の目付量検査は、例えば不織布の１巻単位で行う。この１巻単位の取り替えタイミングで、ターレット切替え信号が、シーケンサ５に入力される。
【００３４】
ホストコンピュータ６は、それまでの不織布の目付量検査を終了し、次の１巻の検査を開始する。
【００３５】
画像メモリを有する画像入力ボード２１，２２への画像入力タイミングは、ロータリーエンコーダ７で不織布の走行方向の長さを計測してその長さに応じて画像読出開始を行い、画像入力ボード２１，２２の画像メモリに入力した画像データをホストコンピュータ６で測定する。ホストコンピュータ６は目付量測定の全体を制御し、測定データを出力する。
【００３６】
目付量測定値Ｍｎ は、ディスプレイ８に、疑似カラーでデータマップとして表示する。また、レコーダ９にも出力する。なお、目付量測定値Ｍｎ が予め設定された範囲外になったときは、シーケンサ５を介して警報信号を出力する。
【００３７】
基準となる補正データは、不織布を除去した状態で、補正スイッチを押すことにより設定される。補正スイッチを押すことにより、ラインＣＣＤカメラ１１，１２の出力を画像メモリに記憶する。補正データは画像メモリに記憶した画像データを用いて数式２で計算する。この場合、安定した測定精度を得るために、通常、１週間以内には補正データを入力し直して使用することが望ましい。また、装置の状態が変化したときにも使用する。例えば、ラインＣＣＤカメラ１１，１２、蛍光灯３１，３２の位置がずれたとき、蛍光ランプを交換したときなどである。
【００３８】
図２は本発明の処理手順の一例を示すタイミングチャートである。シーケンサ５に接続したスイッチを「開始」に切替えたときをＡとして、検査開始待ち状態となる。次に、ターレット切替信号がＢで入力されたとき、１巻の不織布の目付量検査を開始する。
【００３９】
まず、検査の初期設定Ｃを行い、次に、ロータリーエンコーダ７で不織布の走行方向の長さを測定し、走行方向の長さからブロック分割し、予め設定し、各ブロック毎に不織布の走行方向に一定間隔Ｌ（ｍ）で、画像入力ボード２１，２２に、画像入力Ｅを行う。次に測定Ｆを行う。測定後、測定値をディスプレイ８に表示する。なお、測定値が許容範囲外の場合は、警報出力Ｈを行う。
【００４０】
また、レコーダ９への出力Ｋは、予め設定した一定間隔Ｔ（ｓｅｃ）毎のＪで行う。ここで、ディスプレイ８への検査結果の表示とレコーダ９への検査結果のデータ記憶操作は特に同期を取る必要がないように、データ記憶部を適宜設けておく。
【００４１】
図５は、目付量測定時のディスプレイの内容を示す図である。図において、１１はタイトル（目付量測定装置）表示である。１２は検査開始時の年月日である。また、１３は検査条件の登録名である。検査条件を予め設定しておき、登録名Ｔ１を指定することで、全ての条件が設定できる。１４は目標目付量であり、この場合３０．０［ｇ／ｍ２］を目標目付量としている。１５は疑似カラー表示する場合の１色当たりの目付量で、表示ＭＡＰで色の度合いで目付量の程度を視覚的に認識できるように設定してある。また、レコーダ出力単位として、１目盛り当たりの目付量を設定できる。
【００４２】
また、１６はＮＧ判定条件であり、測定値が例えば目標目付量の２０％の範囲から外れた場合、シーケンサ５を介して警報出力を行う。１７は検査範囲の始点と終点である。始点は０．００ｍｍから、終点は３ｍとしている。１８は目付量を測定するブロック領域の素子方向の間隔で、不織布の最長幅３ｍとしてブロック横間隔を３７５．００ｍｍとすると、幅方向を８ブロックに分けて測定していることが解る。つぎに、１９は目付量を測定する領域の走行方向であるスキャン方向の間隔で、不織布の走行方向の１ｍごとに目付量を測定している。
【００４３】
さらに、２０はレコーダ出力間隔で、１０秒毎にレコーダに出力して記録を取っている。２１は目付量を予め設定した値で分割し、例えば、不織布の幅方向を８分割し、表示上の横方向と一致させ、不織布の走行方向と表示上の縦方向とを一致させた表示例を示し、一見して目付量を観測できるように、先に指定した疑似カラーで表示する。また、上方にスクロール表示する。２２は疑似カラー表示の配色見本であり、この色差度合いを参照しつつ表示例２１を観測する。
【００４４】
図４は、目付量測定時の測定領域の内容を示す概念図である。図において、ラインＣＣＤカメラ１１ ，１２ は、２台使用しており、検査視野の幅は例えば３ｍである。このうち、検査範囲の始点３１〜終点３２を測定範囲としている。また、測定領域は、網点で示した範囲であり、幅方向に８つに分割している。
【００４５】
また、ブロック横間隔３３は５０ｃｍ、測定されるブロック横幅３４は２０ｃｍである。また、走行方向は、画像入力ボード２１，２２に入力する間隔であるブロック縦間隔３５は５０ｃｍ、画像入力ボードに入力する範囲であるブロック縦幅３６は２０ｃｍとしている。なお、蛍光灯の長さの関係で、ラインＣＣＤカメラ１１ ，１２ の読み取り位置は、走行方向３７に２０ｃｍ分ずれている。なお、上記数値は例示であり、これに限定されるものではなく、全領域を測定範囲としても良く、目付量にある程度の一定性が保証できるものであれば、もっと粗いパターンで目付量を測定してもよい。
【００４６】
図６は、不織布の目付量と透過率の関係の１例を示す図である。目付量が１０〜９０ｇ／ｍ２ までの透過率を測定した。透過率は、この例で最低で０．０２５まで低下する。目付量と透過率の関係は、リニアではない。また、この透過率は特定の不織布の特定光線の透過率であり、この不織布の材料と照明手段の照射光線波長と、この照射光線を受光するイメージセンサの特性によって、目付量と透過率との関係が変化する。したがって、これらのパラメータに従って、透過率から割り出される目付量の該当数式を変更する必要がある。
【００４７】
図７は、不織布の透過率から目付量を測定するための近似曲線の１例を示す図である。横軸は、−Ｌｏｇ（透過率）、縦軸は目付量を示している。また、近似曲線は、多項式近似を行っている。図７は５次式であり、図６のデータにより求めた定数は、数式４に当てはめる場合、下記の通りである。
【００４８】
Ｃ５ ＝ １．８３２２
Ｃ４ ＝−１５．３４０１
Ｃ３ ＝ ４６．３９３０
Ｃ２ ＝−５７．８７４１
Ｃ１ ＝ ３８．６６３９
定数の値、および、適正な次数については、検査対象の素材、色、密度などの影響を受けるため、実験により予め比較基準となる検量線を作成した後、求める。
【００４９】
以上の処理により、不織布の目付量を、高精度で測定することが可能となった。
【００５０】
以上、各領域の平均透過率を目付量に変換するための近似式から目付量を求める場合について説明してきたが、各領域の平均透過率と目付量との変換テーブルから目付量を求めることもできる。
【００５１】
表１は不織布の目付量と透過率の関係を示す実施例であり、目付量が１０．５６〜８７．９６ｇ／ｍ２までの透過率が測定されている。透過率は、最低で０．０２６６まで低下している。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【００５４】
【表２】
【００５５】
なお、上記実施例では、イメージセンサをラインＣＣＤカメラとし、且つ２つのカメラを設けた例を示したが、２次元イメージセンサを用いることもできる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、走行中の不織布の目付量を連続的に測定することが可能であり、目付量測定装置としての効果は大きい。本発明は、例えば板厚、布厚、その班、及びシートに含まれる着色材などの濃度等を測定する場合に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明による処理手順の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明によるＣＣＤカメラの走査周期の自動設定方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明による目付量測定時の測定領域の内容を示す図である。
【図５】本発明による目付量測定時のディスプレイの内容を示す図である。
【図６】本発明による不織布の目付量と透過率の関係を示す図である。
【図７】本発明による不織布の透過率から目付量を測定するための近似曲線の１例を示す図である。
【図８】本発明による目付量と透過率との関係を示すグラフである。
【図９】先行技術に記載されているシート状物の密度ムラ検査方法を示す構成図である。
【符号の説明】
１１ ，１２ ラインＣＣＤカメラ
２１ ，２２ 画像入力ボード
３１ ，３２ 蛍光灯
４ 光量制御回路
５ シーケンサ
６ ホストコンピュータ
７ ロータリーエンコーダ
８ ディスプレイ
９ レコーダ
Claims (2)
- 走行する検査対象物を設定される走査周期で繰り返し走査することで連続して読み取るラインＣＣＤカメラと、
前記ラインＣＣＤカメラでの読み取りでその各画素につき得られる画像データを記録する画像メモリと、
前記画像メモリに記録された画像データから前記検査対象物の走行方向についての所定範囲の領域の各画素の画像データの第１の平均値を求める手段と、
前記検査対象物につき得られた前記画像データの第１の平均値と前記検査対象物がないときに得られた前記画像データの第１の平均値とから、前記検査対象物の前記所定範囲の領域の前記各画素毎の第１の平均透過率を求める手段と、
前記検査対象物の走行方向を横切る幅方向についての所定範囲の領域の前記第１の平均透過率の平均としての第２の平均透過率を求める手段と、
前記第２の平均透過率を目付量に変換するための近似式から、又は前記第２の平均透過率と目付量との変換テーブルから、目付量を求める手段と、
前記画像メモリに記録された画像データから予め設定された有効範囲の領域の前記画像データの第２の平均値を求め、該画像データの第２の平均値が予め指定された範囲内となるように、前記走査周期を設定する手段と、
を備えていることを特徴とする目付量測定装置。 - 前記走査周期を設定する手段は、先ず可能な最小走査周期を設定し、求められた前記画像データの第２の平均値が前記予め指定された範囲の下限より小さい場合には前記走査周期を調整倍率を乗じたものに変更し、求められた前記画像データの第２の平均値が前記予め指定された範囲の上限より大きい場合にはエラー処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の目付量測定装置。
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