JP4752454B2 - 端部位置検出方法及び端部位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィルムまたはベルト状の対象物の端部位置を検出する端部位置検出方法及び端部位置検出装置に関するものである。

フィルム状またはベルト状の幅測定等においては、直接測定では多くのデータ収集には手間がかかり、しかも測定精度も十分でないことから、投光部と受光部とを用い、光照射により位置検出を行う非接触測定法が検討されている。

一例として、帯状体のエッジ部に光を投射して受光手段で得られる出力を演算して、前記エッジ部の欠陥を検出する欠陥検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この装置のように、測定対象物に対向して、投光手段と受光手段とを配置しただけでは、測定対象物の材質や透明度が異なると、端部の測定が困難になるという問題がある。

また、バックアップローラ上の支持体の両端部の周面に低反射性面を形成して、この部分で検査光を反射させてシート状物の側縁を検出する側縁検査装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この装置では、透明部分（支持体）の材質や透明度のほか、バックアップローラの表面状態やライトの光量調整具合に影響され、端部の判別ができず、測定が困難である。

このように、測定対象物に光を照射しそれを受光して端部位置を検出する場合において、対象物の変化により位置検出が困難となり、その度ごとに測定条件を変更、調節しなければならないという問題があった。
特開平９−３０４２９６号公報 特開２００１−４３２６号公報

本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを目的とする。
すなわち、本発明は、対象物の材質や透明度が変化した場合であっても、端部位置が検出可能な端部位置検出方法を提供することを目的とする。また、該端部位置検出方法を用いた端部位置検出装置を提供することをも目的とする。

上記課題は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
＜１＞ 移動するシート状の対象物の端部に、投光部から検出光を照射し、該対象物を介して対向して配置した受光部により検出光を受光し、受光した検出光のコントラストにより前記対象物の端部位置を検出する端部位置検出方法であって、
前記投光部からの光量が前記対象物の移動方向に沿って徐々に変化する光量分布を有する検出光を照射させ、該移動方向に沿って複数の測定領域で前記受光部により検出光を受光し、最も高いコントラストが得られる測定領域での受光データをもとに前記対象物の端部位置を検出する端部位置検出方法である。

＜２＞ シート状の対象物を移動させる搬送手段と、該シート状の対象物の端部に検出光を照射する投光部と、該対象物を介して対向して配置された受光部と、受光した検出光のコントラストにより前記対象物の端部位置を検出する位置検出手段とを備える端部位置検出装置であって、
前記投光部が前記対象物の移動方向に沿って光量が徐々に変化する光量分布を有する検出光を照射し、前記受光手段が該移動方向に沿って配置された複数の測定領域で検出光を受光し、前記位置検出手段が該複数の測定領域のうち最も高いコントラストが得られる測定領域の受光データをもとに前記対象物の端部位置を検出する端部位置検出装置である。

＜３＞ 前記シート状の対象物が樹脂製のフィルムまたはベルトであり、前記搬送手段が光路付き支持ロール、回転ロール及び駆動手段からなり、前記対象物を該光路付き支持ロールに張設し、該張設位置で対象物に回転ロールを圧接させ、前記駆動手段により回転ロールを回転させることで対象物を移動させる＜２＞に記載の端部位置検出装置である。

＜４＞ 前記シート状の対象物が樹脂製のフィルムまたはベルトであり、前記搬送手段が光路付き中心軸、該光路付き軸を中心に回転可能に固定された円筒状支持体及び駆動手段からなり、前記対象物を該円筒状支持体に張設し、前記駆動手段により円筒状支持体を回転させることで対象物を移動させる＜２＞に記載の端部位置検出装置である。

本発明によれば、対象物の材質や透明度が変化した場合であっても、端部位置が検出可能な端部位置検出方法及び端部位置検出装置を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
＜端部位置検出方法＞
本発明の端部位置検出方法は、移動するシート状の対象物の端部に、投光部から検出光を照射し、該対象物を介して対向して配置した受光部により検出光を受光し、受光した検出光のコントラストにより前記対象物の端部位置を検出する端部位置検出方法であって、前記投光部からの光量が前記対象物の移動方向に沿って徐々に変化する光量分布を有する検出光を照射させ、該移動方向に沿って複数の測定領域で前記受光部により検出光を受光し、最も高いコントラストが得られる測定領域での受光データをもとに前記対象物の端部位置を検出することを特徴とする。

前述のように、シート状の測定対象物に対し光照射により位置検出を行う非接触測定法では、測定対象物の材質や透明度が異なると、端部の測定が困難になるという問題がある。
特に、測定対象物が樹脂皮膜である場合、樹脂皮膜には光を全く透過しない黒色のものもあれば、光を透過しやすい透明に近いものもあるため、対象物の端部を含む一定領域に光を当てると、対象物の端部位置と、対象物の透過率によって、通過する光量は変化する。

一方、対象物の端部位置による光量変化（コントラスト）は、前記通過する光量に依存して異なる。したがって、前記対象物の透過率が異なるとき、上記コントラストが変化することとなり、場合によっては検出光を照射しても端部位置を確認できるコントラストが得られず端部位置検出が不可能となることがある。

具体的には、皮膜の透過率が高い（あるいは膜厚が小さい）場合に強い光量の検出光を照射しても、皮膜通過光と皮膜を通過しない検出光とでは光量に大きな差がなく、皮膜端部位置を検出することが困難となる。また、皮膜の透過率が低い（あるいは膜厚が大きい）場合に弱い光量の検出光を照射しても、同様に皮膜端部位置の検出が困難となる。

実際の測定においては、測定対象物ごとに投光部からの検出光の光量を調節して最大のコントラストが得られるようにすれば、特に問題なく端部位置の検出を行うことができるが、このような操作は手間がかかるだけでなく、端部位置検出により各種シートの幅測定等行う場合に、装置としての自動化を妨げることとなる。

そこで本発明は、測定対象物ごとに上記検出光の光量調節を行わずに、即時に最適光量条件で端部位置検出が可能となるようにしたものである。
以下、図面を用いて本発明の構成、原理を説明する。

図１は、本発明の構成を説明するための模式図であり、シート状の対象物１の端面に投光部１０から検出光１２を照射している状態を端面側から見た図である。
図１に示すように、投光部１０から照射される検出光１２は、固定台１３に支持されて矢印Ａ方向に移動する対象物１の移動方向に沿って光量が徐々に変化する（図においては、左から右に向かって光量が低下している）光量分布を有している。

検出光１２は上記光量分布を有した状態で対象物１の位置に到達し、一部は対象物１を通過して、一部は対象物１を通過せずそのまま検出光が受光部２０で受光される。

本発明において、受光部２０で受光する全体の測定範囲は０．５〜１ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、該測定領域は、上記好ましい測定範囲内で３〜６個設けられることが好ましい。

また、１つの測定領域の対象物１の移動方向の長さは０．１〜０．２５ｍｍとすることが好ましく、１つの測定領域の面積は０．０８〜０．５ｍｍ²の範囲とすることが好ましい。
なお、複数の測定領域は、測定領域ごとに間隔を置いて対象物１の移動方向に沿って並べられてもよいし、間隔を置かずに連続的に存在するものであってもよい。

図２は、図１における受光部２０側から見た受光の状態を、前記検出光１２の明暗と一定の透過率を有する対象物１の透過後とを重ねて示した模式図である。なお、図における点線は、測定領域３２ａ〜３４ａの位置に対応する。また、図２（Ａ）から図２（Ｃ）の順でシート状の対象物１が図面における上側から下側に移動している状態を示す。

図２において、矢印Ａ方向に移動する対象物１の端部位置Ｐが、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に上から下へ移動していく。このとき、各測定領域では対象物１が存在する領域（図における点Ｐの右側）と対象物１が存在しない領域（図における点Ｐの左側）との光量変化（コントラスト）により点Ｐの位置（端部位置）を検出する。この場合、図に示すように、対象物１の透過率によってコントラストが一番はっきりする測定領域の位置が違うことがわかる。

具体的には、図２（Ａ）の点Ｐが一番明るい測定領域３２ａでは、明るすぎて対象物１の端部の輪郭が薄くなり、点Ｐを検出することができない。図２（Ｂ）の点Ｐが中程度の明るさの測定領域３３ａに来たときには、ちょうど良いコントラストで点Ｐを検出することができる。また、図２（Ｃ）の点Ｐが最も暗い測定領域３４ａに来たときには、暗すぎて対象物１の端部の輪郭が判断できず、点Ｐを検出することができない。

したがって、上記ケースの場合は、測定領域３３ａで続けて測定すれば、対象物１の端部を連続的に検出することができる。この例よりも対象物１の透過率が高ければ、測定領域３４ａでコントラストが出やすく、低ければ測定領域３２ａでコントラストが出やすいことになる。

本発明においては、上記のように複数の測定領域でのコントラストを一度に調べ、これらのうちの最も高いコントラストが得られる測定領域を選択して、対象物１の端部位置の検出が行われる。
なお本発明において、上記測定領域ごとのコントラストは、各測定領域ごとにその中のすべての光量データを収集し、それらのうちの最も高い光量と最も低い光量との差により決定される。

本発明において、得るべき最も高いコントラストとしては、領域のコントラストを例えば２５５段階で表した場合、３０以上のコントラストの範囲が好ましく、５０以上のコントラストの範囲がより好ましく、１００以上のコントラストの範囲が最も好ましい。
コントラストが３０に満たないと、前記のように対象物１の端部位置を検出できない場合がある。

上記のような好ましいコントラストを得るために、例えば、検出光１２における光量分布としては、検出光量を２５５段階で表した場合、前記複数の測定領域のうちの最も明るい測定領域の光量ｌａを１８０〜２５５（数値が大きいほど明るい）の範囲、最も暗い測定領域の光量ｌｂを０〜７０の範囲とし、ｌａとｌｂとの差が１１０以上となるようにすることが好ましい。

最適測定領域の決定後、前記収集した測定領域中の受光データより対象物１の端部位置が決定される。その決定法の一例を図３を用いて説明する。
図３は、コントラストが最高として選択された測定領域３３ａにおける対象物１の端部の点Ｐを通る水平方向の直線ｍ上の変位量と光量との関係を示す模式図である。受光した光量は測定領域の図における左端部Ｑから点Ｐ付近に至って急激に減少して測定領域のもう一方の端部Ｒに達する。点Ｐの位置は、減少前の光量ＹｈからＹｌとなるときの両者の差の中点の位置として求めることができる。そして、この点Ｐの変位量Ｘｐから対象物１の端部位置を特定することができる。

上記特定の測定領域で移動する対象物１の端部位置を連続的に検出することにより、例えばシート状の対象物の両端部の平均位置を求め、それらから対象物の幅を求めることができる。また、このときの端部の変動幅についても求めることができる。
対象物１の移動速度としては、０．７５〜３．２ｍｍ／秒の範囲とすることが好ましく、０．７５〜１．６ｍｍ／秒の範囲とすることがより好ましい。

このように、測定領域ごとに明るさを変化させて測定を行い、最適測定領域を決定することで、一々光量を変化させて測定最適光量を決定しなくても、対象物の厚さ、色による光の透過率の変化に左右されずに簡便に端部位置を検出することができ、ほぼ透明な対象物でも、端部の輪郭をはっきりと認識できる。また、後述するように、基本的に上記測定領域ごとに明るさの違う測定を、１つの投光部と受光部で実現することができる。さらに、光源の光量が、周囲温度の変化や光源の劣化で変化しても、光量調整なしで端部位置検出を行うことができる。

＜端部位置検出装置＞
本発明の端部位置検出装置は、シート状の対象物を移動させる搬送手段と、該シート状の対象物の端部に検出光を照射する投光部と、該対象物を介して対向して配置された受光部と、受光した検出光のコントラストにより前記対象物の端部位置を検出する位置検出手段とを備える端部位置検出装置であって、前記投光部が前記対象物の移動方向に沿って光量が徐々に変化する光量分布を有する検出光を照射し、前記受光手段が該移動方向に沿って配置された複数の測定領域で検出光を受光し、前記位置検出手段が該複数の測定領域のうち最も高いコントラストが得られる測定領域の受光データをもとに前記対象物の端部位置を検出することを特徴とする。
上記端部位置検出装置は、前記本発明の端部位置検出方法を実施するのに好ましいものである。

本発明の端部位置検出装置は、例えばシート状の対象物の幅測定装置、端部の欠陥検査装置、端部の形状測定装置などに適用可能である。
以下、本発明の端部位置検出装置について、幅測定装置を例に挙げて説明する。図４は、シート状の測定対象物の幅測定装置の一例を示す概略構成図を示し、（Ａ）は測定対象物の搬送部（搬送手段）の構成図（側面図及び断面図）であり、（Ｂ）は幅測定装置の全体構成図（模式図）である。

図４（Ａ）には、シート状の対象物５０を光路付き支持ロール４０に光路として形成された貫通口４２、４３に対して矢印Ｂ方向に移動させることが可能な搬送部（搬送手段）が示されている。具体的には、対象物５０は樹脂製のフィルムまたはベルトであり、この対象物５０を光路付き支持ロール４０に端部が貫通口４２、４３の位置となるように張設し、次いで、該張設位置（対象物５０が光路付き支持ロール４０に接触している位置）で対象物５０に回転ロール４４を圧接し、回転ロール４４を駆動手段であるモータ４６により回転させ、対象物５０を矢印Ｂ方向に移動させる。

光路付き支持ロール４０は、樹脂製のフィルムやベルトである対象物５０との滑り性がよいことが好ましく、材質としてはステンレス等の表面が研磨されている金属やナイロン等の樹脂で構成される。一方、回転ロール４４は対象物５０に対してある程度摩擦力が大きいことが好ましく、ウレタンやシリコーンなどのゴムで構成される。

後述する投光部からの検査光の光路となる貫通口４２、４３の大きさは、前記複数の測定領域を確保できる程度の大きさより大きければよく、長さは３〜６ｍｍ程度、幅は３〜６ｍｍ程度であることが好ましい。

この搬送部では、光路付き支持体は回転せず、これに張設された対象物５０のみが移動するため、固定された光路に対して投光部から検出光を照射し、光路を経た反対側の受光部で受光することにより、対象物５０の両端部の位置を検出することができ対象物５０の幅を測定することができる。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した搬送部の図面手前側に投光部を、奥側に受光部を配置し、図４（Ａ）のＣＣ’面で切断した断面と、装置全体の構成を模式的に示した図である。
図４（Ｂ）に示すように、投光部５２、５３からは、対象物５０の端部位置と一致させた貫通口４２、４３に検出光が照射され、貫通口４２、４３を経た検出光が受光部５４、５５で受光される構成となっている。

投光部５２、５３としては、赤外半導体発光素子や赤外レーザー発光素子等の他、レーザー発光素子と赤外フィルタとを組み合せたもの等を用いることができる。また、検出光が赤外光である必要がなければ、蛍光灯，白熱灯，ハロゲンランプ，半導体発光素子等の通常の光源を投光部５２、５３として用いることができる。

投光部５２、５３からの検出光は、図に示すように光路としての貫通口４２、４３に直接投光されてもよいが、例えばスペース的に投光部５２、５３を光路の光軸上に配置できない場合は、投光部から出射された検出光を反射板で反射させて、光路（貫通口）に投光するようにしてもよい。

受光部５４、５５としては、ＣＣＤカメラ、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、ＣｄＳ素子、光電子増倍管等を用いることができる。

受光部５４、５５からは、図４（Ｂ）の奥行き方向（あるいは手前方向）にかけて徐々に光量が変化する検出光が照射される必要がある。この検出光の光量を変化させる方法としては、対象物の移動方向に対して、（１）位置による自然減光、（２）階調を有するフィルタの挿入、（３）光量の異なる複数の光源の設置、など種々の方法があるが、ここでは簡易的に実施できる（１）の方法について説明する。

図５（Ａ）は、投光部５２により検出光５８が照射された状態を拡大した模式図である。
検出光５８は、支持体４０に支持され貫通口４２に突き出た対象物５０の端部及びそれ以外の部分に照射され、一部は対象物５０を透過して、一部は直接貫通口４２に投光される。

図５（Ｂ）は、このときの状態を受光部５４側から、対象物５０の移動方向を図における上下方向として見た図である。
投光部５２の光源５２Ａは、領域（Ｉ）の位置にあるため、この領域では光量が大きい（明るい）検出光が観察される。しかし、光源５２Ａからずれている領域（II）では光源５２Ａから遠ざかる（図面における下側となる）につれて検出光の光量は小さく（暗く）なるため、全体として領域（Ｉ）から領域（II）にかけて徐々に変化する検出光を得ることができる。

そして、このときの受光範囲を後述する画像解析装置により、例えば図５（Ｂ）に示すようにＡ、Ｂ、Ｃの３つの測定領域に区切り、各測定領域ごとの受光データを収集することにより、前述の本発明の端部位置検出方法に従って対象物５０の端部を検出することができる。

なお、本発明の端部位置検出装置における好ましい検出光の光量分布等の条件は、前述の本発明の端部位置検出方法で説明した条件と同様である。

以下、図４（Ｂ）に示した受光後のデータ処理について説明する。
受光部５４、５５としては、複数の測定領域に対して１つの受光域を有する受光装置（受光部）を用いてもよいし、複数の受光域を有する受光装置を用いてもよい。１つの受光域を有する受光装置では、前記光量を徐々に変化させた検出光全体を受光しやすくするために、受光域を投光部５２、５３の光源からの光軸とずらすことが好ましい。

図４（Ｂ）に示すように、受光部５４、５５の検出信号は、画像処理装置（位置検出手段）６０に入力される。画像処理装置６０は、受光部５４、５５の検出信号に基づいて、各測定領域ごとの光量分布画像に変換する。さらに、各測定領域で得られた受光データからコントラストが最大となる測定領域を選択し、その測定領域での前記受光データから図３に示したようなデータ処理を行い、連続する対象物５０の端部位置（点Ｐ）を特定する。

画像処理装置６０内で扱われる画像は、モニタ６２上で常に監視できるようになっている。また、図中の符号６４は外部入力装置であり、対象物５０の端部位置を識別する際の各種条件や、測定領域を規定するための距離範囲等の入力に用いられる。また、画像処理装置６０の制御は、コンピュータ６６によって行われる。

受光データの収集条件やデータの解析条件等は、測定の時間や測定の精度等により通常の手法により適宜決定される。なお、対象物５０の好ましい移動速度や好ましい全測定範囲、測定領域の大きさ・数等の設定は、前記本発明の端部位置検出方法で述べた内容と同様である。

具体的に得られるデータとしては、例えば、まずモニタ６２に図３に示したような対象物５０の端部位置を示す画像（図における点線の測定領域のみ）が得られ、これらの受光データから最適測定領域が決定され、対象物５０が移動して対象物５０の全端部の受光データを収集することにより、画像処理装置６０により端部の平均位置、変位幅等が求められ、対象物５０の幅（平均値）及びその変動幅を求めることができる。

本発明に好ましく適用できる対象物５０としては、一定以下の光透過性（厚さ０．１ｍｍのときの可視光領域の透過率が８０％以下）を有する樹脂製のフィルムやベルトなどのシート状のものである。例えば、電子写真における定着ベルト、転写ベルトなどの幅測定、端部欠陥検査等に好ましく用いられる。

以上の本発明の端部位置検出装置は、前記本発明の端部位置検出方法の特徴が十分生かされる構成となっており、測定領域ごとに明るさを変化させて検出光を照射する投光部と、複数の測定領域で受光したデータから最適測定領域を選択して端部位置検出できる手段とを組み合わせることで、一々光量を変化させて測定最適光量を決定しなくても、対象物の厚さ、色による光の透過率の変化に左右されずに簡便に端部位置を検出することができるものである。

本発明の端部位置検出方法の一例を説明するための模式図である。 受光の状態を示す模式図であり、（Ａ）〜（Ｃ）にかけて対象物が移動している状態を示す。 測定領域における変位量と光量との関係を示す模式図である。 本発明の端部検出装置の一例を示す概略構成図であり、（Ａ）は搬送手段、（Ｂ）は装置全体を示す。 検出光の照射、受光状態を示す模式図であり、（Ａ）は投光部での照射状態、（Ｂ）は受光部での受光状態を示す。

符号の説明

１、５０ 対象物
１０、５２、５３ 投光部
１２、５８ 検出光
１３ 固定台
２０、５４、５５ 受光部
３２ａ〜３４ａ 測定領域
４０ 光路付き支持ロール
４２、４３ 貫通口（光路）
４４ 回転ロール
４６ モータ（駆動手段）
６０ 画像処理装置（位置検出手段）
６２ モニタ
６４ 外部入力器

Claims (2)

1. 移動するシート状の対象物の端部に、投光部から検出光を照射し、該対象物を介して対向して配置した受光部により検出光を受光し、受光した検出光のコントラストにより前記対象物の端部位置を検出する端部位置検出方法であって、
   前記投光部からの光量が前記対象物の移動方向に沿って徐々に変化する光量分布を有する検出光を照射させ、該移動方向に沿って複数の測定領域で前記受光部により検出光を受光し、最も高いコントラストが得られる測定領域での受光データをもとに前記対象物の端部位置を検出することを特徴とする端部位置検出方法。
2. シート状の対象物を移動させる搬送手段と、該シート状の対象物の端部に検出光を照射する投光部と、該対象物を介して対向して配置された受光部と、受光した検出光のコントラストにより前記対象物の端部位置を検出する位置検出手段とを備える端部位置検出装置であって、
   前記投光部が前記対象物の移動方向に沿って光量が徐々に変化する光量分布を有する検出光を照射し、前記受光手段が該移動方向に沿って配置された複数の測定領域で検出光を受光し、前記位置検出手段が該複数の測定領域のうち最も高いコントラストが得られる測定領域の受光データをもとに前記対象物の端部位置を検出することを特徴とする端部位置検出装置。