JP5178599B2 - 紙葉類の弾性率計測装置及び紙葉類処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送される紙葉類の弾性率の劣化を判別する紙葉類処理装置に関する。

紙葉類を搬送する搬送機構を備える紙葉類処理装置では、搬送される紙葉類の特性、例えば厚さ、密度及び弾性率等が計測され、計測された紙葉類の特性に応じて紙葉類が処理される。例えば、紙幣を分類して種類毎に集計する分類集計機では、紙幣の弾性率を計測して剛性の劣化が判別され、剛性が劣化した紙幣が流通に適さないことから、再使用されないように剛性が劣化した紙幣が別途分類される。このような紙葉類処理装置では、搬送される紙葉類に音波が照射され、紙葉類を透過する透過音波、或いは、紙葉類により反射された反射音波が検出されて紙葉類の特性が計測される。特許文献１には、紙幣に超音波を照射し、紙幣から２次的に発生する輻射波を検出し、紙幣の固有振動数を算出して紙幣の劣化を判別する方法が開示されている。この紙幣の固有振動数を算出する方法では、紙幣の固有振動数が一般的に低いために紙葉類の固有振動数を特定することが困難である。また、紙葉類から発生する輻射波を解析して固有振動数を算出するにはある程度の時間が必要とされる。従って、紙幣が高速で搬送される場合、紙幣の剛性の劣化を判定することは困難である問題がある。

また、特許文献２には、紙葉類に音波を照射し、紙葉類により反射された反射波の情報から紙葉類の厚さ及び坪量を計測する方法が開示されている。さらに、特許文献３及び特許文献４には、搬送される紙葉類に音波を照射し、反射波又は透過波を検出して、複数の紙葉類が同時に搬送される所謂重層、及び紙葉類に付着した異物を検出する方法が開示されている。しかしながら、特許文献２から特許文献４に開示される方法は、紙葉類の弾性率を測定するものではなく、紙葉類が劣化しているか否かを判別することはできない。

特開２００６−２５０８６９号公報 特開平０８−２７３０２０号公報 特開２００１−３３０４２３号公報 特許第３９９３３６６号

従って、紙葉類の弾性率計測装置には、高速で搬送される紙葉類に対して高速且つ高精度に紙葉類の弾性率を計測できることが求められている。また、紙葉類処理装置には、弾性率が低下した、即ち、剛性が劣化した紙葉類を判別できることが求められている。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、高速で搬送される紙葉類の弾性率を高精度に計測することができる紙葉類の弾性率計測装置、及び高速で搬送される紙葉類の剛性が劣化しているか否かを判別することができる紙葉類処理装置を提供することにある。

本発明によれば、
搬送される紙葉類を支持する支持部と、
予め定められた時間間隔で制御パルスを出力し、所定の周波数範囲で変化する励振周波数を発生する周波数発生部と、
前記励振周波数で前記紙葉類に振動を与える励振源と、
前記紙葉類から発生する振動音の音圧を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記制御パルスをカウントするカウンタを有し、前記出力信号から最大音圧を検出し、前記最大音圧を検出するまで前記制御パルスをカウントしたカウント値と予め設定される閾値とを比較して前記紙葉類の剛性の変化を判別する演算処理部と、
を具備することを特徴とする紙葉類の弾性率計測装置が提供される。

また、本発明によれば、
搬送される紙葉類を支持する支持部と、
所定の周波数範囲で変化する励振周波数を発生する周波数発生部と、
前記励振周波数で前記紙葉類に振動を与える励振源と、
前記紙葉類から発生する振動音の音圧を検出する検出部と、
前記音圧を最大にする前記励振周波数を共振周波数に定め、当該共振周波数を予め設定される閾値と比較して前記紙葉類の剛性の変化を判別する演算処理部と、
を具備することを特徴とする紙葉類の弾性率計測装置が提供される。

また、本発明によれば、
搬送される紙葉類を支持する支持部と、
所定の周波数範囲で変化する励振周波数を発生する周波数発生部と、
前記励振周波数で前記紙葉類に振動を与える励振源と、
前記紙葉類から発生する振動音の音圧を検出する検出部と、
前記音圧を最大にする前記励振周波数を共振周波数に定めて前記紙葉類の弾性率を算出する演算処理部と、
を具備することを特徴とする紙葉類処理装置が提供される。

本発明の紙葉類の弾性率計測装置によれば、紙葉類の弾性率を高速且つ高精度に計測することができる。また、本発明の紙葉類処理装置によれば、剛性が劣化した紙葉類を高速且つ高精度に判別することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る紙葉類処理装置を概略的に示すブロック図である。 図１に示した計測位置において紙葉類に対する励振源及び振動音センサの配置関係を模式的に示す斜視図である。 図１に示した紙葉類に張力を加える機構の一例を示すブロック図である。 図１に示した紙葉類に設定される検出領域を示す斜視図である。 図１に示した周波数発生部で発生される各信号及び振動音センサで検出される振動音信号を示すタイミングチャートである。 図１に示した弾性率を計測する紙葉類処理装置における弾性率を計測する手順を示すフローチャートである。 図１に示した紙葉類に複数の検出領域が設定される一例を示す斜視図である。 図１に示した紙葉類に複数の検出領域が設定される他の例を示す斜視図である。 図１に示した紙葉類に複数の検出領域が設定されるさらに他の例を示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る紙葉類処理装置を概略的に示すブロック図である。 図１０に示した紙葉類処理装置における紙葉類の剛性の劣化度合を判別する手順を示すフローチャートである。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の一実施の形態に係る紙葉類処理装置を説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る紙葉類１０の弾性率を計測する紙葉類処理装置（弾性率計測装置）の概略構成を示している。この紙葉類処理装置は、図１に示されるように、搬送される紙葉類１０に振動を与える励振源１６を備えている。この励振源１６は、搬送ローラ６及び搬送ベルト４等から構成される搬送機構によって平坦性を維持するように挟持されて矢印方向に搬送される紙葉類１０に振動を与える。励振源１６は、例えば、スピーカ、圧電トランスデューサ、或いはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を利用した振動発生器等で構成され、紙葉類１０に向けて超音波を照射して紙葉類１０の振動を励起する。

また、紙葉類処理装置は、紙葉類１０から発生する振動音の音圧を検出する振動音センサ１８を備えている。この振動音センサ１８は、紙葉類１０を搬送する搬送路を介して励振源１６に対向配置されている。振動音センサ１８は、例えば、トランスデューサ又はマイクロフォンで構成される。また、振動音センサ１８が干渉光を利用して振動を変位として計測する変位計で構成され、振動音の音圧の代わりに紙葉類１０の厚み方向の振幅が検出されてもよい。

紙葉類処理装置では、所定の周波数範囲で変化される周波数で搬送される紙葉類１０に振動が与えられ、紙葉類１０が振動されることにより発生する振動音の音圧が振動音センサ１８で検出される。以下の説明では、励振源１６及び振動音センサ１８が配設される搬送路の位置を計測位置１４と称する。

紙葉類１０の弾性率を計測する回路ブロックは、搬送される紙葉類１０の種類を判別し、紙葉類情報を出力する紙葉類情報設定部４０、所定の周波数範囲で周波数スイープする励振源駆動信号を発生し、励振源１６を駆動する周波数発生部２０、振動音センサ１８で検出される振動音の音圧から紙葉類１０の共振周波数を定め、共振周波数から紙葉類１０の弾性率を算出する演算処理部３０から構成されている。

紙葉類情報設定部４０では、搬送される紙葉類１０の種類が判別される。紙葉類１０の種類を判別する方法は、いかなる方法であってもよく、一例として次のように紙葉類１０の種類が判別される。即ち、紙葉類１０が搬送路中を搬送されている状態で、紙葉類１０に向けて光ビームが照射され、紙葉類１０を透過した透過光ビームが受光素子（図示せず）で検出され、光ビームの減衰率から紙葉類１０の種類が判別される。また、この光ビームの減衰率を利用して紙葉類１０の種類を判別する方法では、紙葉類１０が給紙されて搬送路に給紙されるよりも前、即ち、紙葉類１０が給紙カセット（図示せず）等に載置された状態で紙葉類１０の種類が判別されもよい。さらに、図示しない入力表示パネルが操作され、紙葉類情報設定部４０に弾性率を計測する対象となる紙葉類１０の種類が設定されてもよい。

紙葉類情報設定部４０には、紙葉類１０の種類毎に紙葉類１０に印加する励振周波数の範囲が記述された参照テーブル４２が予め格納されている。紙葉類１０の共振周波数が紙葉類１０の種類に応じて異なることから、参照テーブル４２には、励振源１６を駆動する励振源駆動信号の周波数範囲が紙葉類１０の種類毎に記述されている。搬送される紙葉類１０の種類が判別されると、紙葉類１０の種類に応じた周波数範囲を含む紙葉類情報が紙葉類情報設定部４０から周波数発生部２０及び演算処理部３０に伝達される。

紙葉類１０に与える振動の周波数範囲は、紙葉類１０の材質、及び紙葉類１０が搬送ベルト４に平坦性を維持するように挟持されることによる固定条件等から、紙葉類１０の種類毎に正常な、即ち、剛性が劣化していない紙葉類１０の共振周波数が算出され、この算出された共振周波数に応じて設定される。また、紙葉類１０に印加する振動の周波数範囲は、紙葉類１０の種類毎に剛性が劣化していない紙葉類１０の共振周波数が実験で測定され、この測定された共振周波数に応じて設定されてもよい。一般に低次の共振モードの共振周波数が低いために、紙葉類１０の共振周波数を測定するにはある程度の時間が必要とされる。このため、高速で搬送される紙葉類１０の弾性率を計測する場合、搬送速度に応じてより高次の共振モードの共振周波数に基づいて励振駆動信号の周波数走査範囲が設定される。

紙葉類１０が搬送される搬送路の計測位置１４に対して上流側には、搬送される紙葉類１０を検出する位置検出センサ２２が設けられている。紙葉類１０の先端位置及び後端位置が位置検出センサ２２により検出され、位置検出信号が制御信号発生部２４に出力される。即ち、位置検出センサ２２からは、図４を参照して後に説明するように、紙葉類１０が検出される期間だけ位置検出信号が制御信号発生部２４に出力される。制御信号発生部２４では、例えば、この位置検出信号から紙葉類１０の搬送速度に応じて紙葉類１０の先端が搬送路の計測位置１４に到達する時間Ｔ１及び紙葉類１０の後端が計測位置１４を通過する時間Ｔ２が算出される。この算出された時間Ｔ１及びＴ２に応じた期間に制御信号発生部２４で制御信号が発生される。制御信号発生部２４では、制御信号として予め定められた期間間隔でパルス信号（矩形波）が次々に発生される。制御信号発生部２４からは、制御信号が励振源駆動部２６に出力され、制御信号に同期する同期信号が最大音圧検出部３４に出力される。

励振源駆動部２６には、制御信号が励振源駆動部２６に入力される。また、この励振源駆動部２６には、紙葉類情報設定部４０から紙葉類情報が伝達され、励振源１６に印加する励振源駆動信号の周波数範囲が設定される。制御信号が励振源駆動部２６に入力されると、励振源駆動部２６では、所定の周波数範囲でスイープする励振源駆動信号（正弦波信号）が発生され、この励振源駆動信号で励振源１６が駆動される。

尚、励振源駆動信号は、正弦波に限定されず、三角波、矩形波等でもよい。

励振源駆動信号が励振源１６に印加されると、時間経過に伴い次々に変化する周波数の振動が紙葉類１０に与えられる。紙葉類１０が振動されると、紙葉類１０からは振動音が発生する。振動音センサ１８で検出される振動音の音圧は、振動音検出信号に変換されて増幅器３２に出力される。

振動音検出信号は、増幅器３２で増幅され、増幅信号として最大音圧検出部３４に入力される。また、最大音圧検出部３４には、制御信号発生部２４から制御信号が入力される。最大音圧検出部３４は、制御信号に含まれるパルス信号をカウントするカウンタを有している。最大音検出部３４では、パルス信号が入力される度にパルス信号の数がカウントされる。パルス信号の数をカウントしたカウント値は、制御信号の入力が終了する度にリセットされる。

最大音圧検出部３４では、最大音圧が検出された際の励振周波数を特定することができるように、制御信号が入力されてから最大音圧が検出されるまでの時間又はパルス信号をカウントしたカウント値等と関連して最大音圧が検出される。最大音圧を検出する方法では、例えば、所定の時間間隔毎に、即ち、パルス信号が入力される度に音圧が検出され、直前に検出された音圧と比較して小さい音圧が検出されると、その直前の音圧が最大音圧に定められる。制御信号が入力されてから最大音圧が検出されるまでパルス信号をカウントしたカウント値が最大音圧検出部３４から共振周波数決定部３６に伝達される。

共振周波数決定部３６には、紙葉類情報設定部４０から紙葉類情報が伝達され、励振源１６を駆動する励振源駆動信号の周波数走査範囲が設定されている。励振源駆動信号の周波数は、周波数走査範囲で予め定められた割合で、例えば、線形的に時間変化するように設定される。従って、制御信号が出力され始めてから振動音の最大音圧が検出されるまでの時間が取得されることで、その時刻での励振周波数を特定することができる。

共振周波数決定部３６にパルス信号のカウント値が入力されると、そのカウント値に応じて紙葉類１０の振動を最大にする励振周波数が特定され、この励振周波数が共振周波数に定められる。共振周波数決定部３６から共振周波数情報が弾性率算出部３８に伝達され、弾性率算出部３８では、伝達された共振周波数情報から紙葉類１０の弾性率が算出される。また、弾性率算出部３８は、算出した紙葉類１０の弾性率に応じて紙葉類１０の剛性が劣化しているか否かを判別する。

図２は、搬送路の計測位置１４において紙葉類１０が搬送ベルト４に挟持されて搬送される様子を示している。図２に示されるように、励振源１６及び振動音センサ１８が配設された計測位置１４には、紙葉類１０を搬送するための搬送ベルト４が搬送方向に沿って並列に配置されている。以下の説明では、紙葉類１０の厚さ方向、及び矢印で示される搬送方向に直交する方向を紙葉類１０の幅方向と称する。

搬送ベルト４により挟持されて搬送される紙葉類１０の面には、種々の振動モードが存在し、振動を与えられる紙葉類１０は、励振周波数に応じた振動モードで振動される。例えば、図２の破線で示されるように、搬送ベルト４間に挟まれる紙葉類１０の幅方向部分が紙葉類１０の厚さ方向に振動される。この場合、搬送ベルト４間の距離が紙葉類１０の幅方向部分における両持ち梁のたわみ振動の基準モード波長に相当する。

紙葉類１０が搬送ベルト４により挟持固定されると、紙葉類１０の面方向の張力が増加され、両持ち梁の理想的な固定条件に近くづき共振周波数及び弾性率を精度良く測定することができる。

尚、計測位置１４において紙葉類１０を搬送する方法は、図２に示したような紙葉類１０の両端部が夫々１対の搬送ベルト４で挟持されて紙葉類１０に張力が与えられる場合に限定されず、振動が与えられる領域に張力が作用した状態で紙葉類１０が搬送されれば、１つの搬送ローラ対で紙葉類１０の一部が挟持されて搬送される、或いは、紙葉類１０を下面側から支持されながら搬送されてもよい。

図３は、紙葉類１０に張力を与える方法の一例を示している。この紙葉類１０に張力を与える方法では、図３に示されるように、搬送ベルト４を駆動する搬送ベルト駆動機構６０は、紙葉類１０の幅方向に、即ち、紙葉類１０に対して矢印の方向に適切な張力を与え、所定の搬送速度で紙葉類１０を搬送するように搬送ベルト４を駆動制御する。このように、平坦性を維持するように紙葉類１０に作用する張力が調整されると、紙葉類１０が安定して容易に振動されるようになる。

図４は、紙葉類１０の表面に設定される検出領域１２を示している。図４に示されるように、紙葉類１０の表面には、検出領域１２が予め設定され、この検出領域１２から発生する振動音の音圧が検出される。即ち、紙葉類１０に設定された検出領域１２が搬送路の計測位置１４に位置される期間だけ紙葉類１０に振動が与えられ、紙葉類１０から発生する振動音の音圧が検出される。

紙葉類１０の両端部、即ち、先端及び後端が紙葉類１０の振動における自由端に相当することから、紙葉類１０の両端部付近の領域と中央部とでは、実質的な境界条件が異なる。検出精度を向上するためには、一様な条件で振動音の音圧が測定されることが必要とされる。このため、図１に示した紙葉類処理装置では、例えば、紙葉類１０の表面の中央部に検出領域１２が設定され、この検出領域１２からの振動音の音圧が検出される。但し、紙葉類１０の先端位置から後端位置に亘って検出領域１２が設定される場合でも充分な精度で紙葉類１０の弾性率を計測することができる。

また、紙葉類１０の検出領域１２に含まれる特定の位置に折り目が形成されていると、この位置で検出される振動音の音圧が急激に変化されるため、最大音圧検出部３４で最大音圧が誤検出される虞がある。このため、紙葉類１０において折り目が形成されると推定される位置、例えば、紙葉類１０の中央部を避けて紙葉類１０の表面に検出領域１２が設定されてもよい。

図５は、位置検出信号、制御信号、励振源駆動信号及び振動音検出信号の関係を示している。時間ｔ１において搬送路を移動する紙葉類１０が位置検出センサ２２により検出されると、図５（ａ）に示されるように、位置検出信号の出力が開始される。位置検出信号は、位置検出センサ２２で紙葉類１０が検出されなくなる時間ｔ３まで出力される。この位置検出信号の出力が開始されると、図５（ｂ）に示されるように、制御信号発生部２４で制御信号の出力が開始される。制御信号発生部２４では、制御信号として予め定められた時間間隔で発生する矩形波が出力される。

次に、制御信号の出力が開始されると、図５（ｃ）に示されるように、励振源駆動部２６で励振源駆動信号の出力が開始され、励振源駆動信号で励振源１６が駆動される。励振源駆動信号は、所定の周波数範囲で低周波数から高周波数にスイープする。励振源１６が駆動され、紙葉類１０が振動されると、図５（ｄ）に示されるように、振動音センサ３２で振動音の音圧が検出されて振動音検出信号が出力される。検出される音圧は、紙葉類１０に印加される励振周波数の変化に応じて変化する。図５に示されるように、例えば、時間ｔ２において最大音圧が検出される場合、この時間ｔ２での励振源駆動信号の周波数が紙葉類１０の共振振動数に定められる。時間ｔ３において、位置検出センサ２２で紙葉類１０の後端位置が検出され、位置検出信号の出力が終了されると、制御信号の出力が終了され、励振源駆動信号の出力が終了されて音圧検出信号が出力されなくなる。

図５（ｃ）に示される一例には、励振周波数を低周波数から高周波数にスイープするように出力される例が示されているが、高周波数から低周波数にスイープするように出力されてもよい。一般に、紙葉類１０の弾性率が低下される、即ち、紙葉類１０の剛性の劣化度合が増加されると、紙葉類１０の共振周波数は、低周波数側にシフトされる。このため、紙葉類１０を励振する励振周波数を低周波数側から高周波数側に変化させることで、剛性が劣化した紙葉類１０では早い段階で最大音圧が検出される。共振周波数の計測の初期段階で最大音圧が検出された場合、その時点でその計測を打ち切り、再度計測を実行することができる。

図５は、紙葉類１０の弾性率を計測する手順が示されている。図５に示される手順が実行される前段階で紙葉類１０の種類が予め定められ、紙葉類情報、例えば、周波数走査範囲等が励振源駆動部２６及び励振周波数決定部３８に設定されているものとする。紙葉類１０が１枚毎に搬送路に給紙されると、図５のステップＳ１０１に示されるように、位置検出センサ１０２により搬送される紙葉類１０の先端位置が検出される。搬送される紙葉類１０の先端位置が検出されると、ステップＳ１０２に示されるように、制御信号発生部２４では、予め設定された時間間隔で制御信号が発生される。この制御信号を励振源駆動部２６が受信すると、ステップＳ１０３に示されるように、所定範囲で周波数スイープする励振源駆動信号が発生され、この励振源駆動信号で励振源１６が駆動される。励振源１６が駆動されると、紙葉類１０が振動され、ステップＳ１０４に示されるように、振動音センサ１８で紙葉類１０から発生する振動音の音圧が測定される。ステップＳ１０５に示されるように、振動音の音圧を測定している際に最大音圧が検出される場合、ステップＳ１０６に進む。振動音の最大音圧が検出されると、ステップＳ１０６に示されるように、振動音の音圧を測定し始めてからこの最大音圧が検出されるまでの制御パルスのカウント値が出力される。ステップＳ１０７に示されるように、この制御パルスのカウント値から最大音圧が検出された際の励振源駆動信号の励振周波数が共振周波数に定められる。紙葉類１０の共振周波数が定められると、ステップＳ１０８に示されるように、紙葉類１０の弾性率が算出され、この弾性率が出力信号として出力されて弾性率を計測する手順が終了する。

ステップＳ１０５において、振動音の最大音圧が検出されない場合、ステップＳ１１０に進む。この場合、ステップＳ１１０に示されるように、振動音の最大音圧が検出されずに位置検出センサ１０２で紙葉類１０の後端位置が検出される。紙葉類１０の後端位置が検出されると、ステップＳ１１１に示されるように、制御信号の出力が終了され、ステップＳ１１２に示されるように、励振源駆動信号の出力が終了される。次に、ステップＳ１１３に示されるように、この紙葉類１０に対して弾性率を算出することが不可能として判定不能信号が弾性率算出部３８から出力されて紙葉類１０の弾性率を計測する手順が終了する。

尚、励振源１６は、図１に示されるような独立して形成される場合に限定されず、紙葉類１０に振動を与えられればよく、搬送ベルト４（又は搬送ローラ）等に固定されて設けられてもよい。この場合、例えば、搬送ベルト４の一部に圧電アクチュエータ等の励振源１６を当接するように設置し、搬送ベルト４を介して紙葉類１０に振動を与えるようにすればよい。また、計測位置１４に搬送ローラが配置される場合には、圧電アクチュエータ等を搬送ローラ内部に組み込んで搬送ローラに振動を与える、或いは、搬送ローラ６の駆動軸に振動を与え、搬送ローラを介して紙葉類１０に振動を与えるようにしてもよい。

以上のように、第１の実施の形態に係る紙葉類処理装置においては、所定の周波数走査範囲で変化する励振周波数の振動が紙葉類１０に与えられ、紙葉類１０から発生する音圧の最大音圧が検出された際の励振周波数が共振周波数に定められ、この共振周波数から紙葉類１０の弾性率が算出される。従って、複雑な演算処理、例えば、高速フーリエ変換等を実行する必要がないことから、高速に紙葉類１０の弾性率を算出することができる。また、搬送される紙葉類１０の一部が挟持され、紙葉類１０に適当な張力が作用した状態で、紙葉類１０に振動が与えられる。従って、弾性率を精度良く計測することができる。

（第１の実施の形態の変形例）
第１の実施の形態の変形例に係る紙葉類処理装置を説明する。

第１の実施の形態の変形例では、弾性率を計測する回路ブロックは、図１に示した紙葉類処理装置と同一の構成を有する。第１の実施の形態の変形例では、紙葉類１０の表面に複数の検出領域１２が設定される。

図７から図９は、夫々紙葉類１０の表面に複数の検出領域１２が設定される例を示している。紙葉類１０の表面には、図７に示されるように、搬送方向に沿って配列された複数の検出領域１２が設定されている（図７では、紙葉類１０の表面に３つの検出領域１２が設定される例が示されている）。第１の実施の形態の変形例では、設定される検出領域１２の数に応じて図５に示した弾性率を計測する手順を複数回繰り返して紙葉類１０の弾性率が計測される。紙葉類１０の表面に複数の検出領域１２が設定される場合、各検出領域１２から弾性率が算出され、部分的に剛性が劣化した紙葉類１０に対しても紙葉類１０の劣化が判別される。従って、精度良く紙葉類１０の剛性の劣化を判別することができる。また、各検出領域１２で算出された弾性率の平均値が紙葉類１０の弾性率に定められて紙葉類１０の剛性の劣化が判別されてもよい。

複数の検出領域１２に対して図５に示した手順で弾性率を計測し、１以上の検出領域１２で共振周波数を定めることができない場合、ステップＳ１１３で示したように判定不能信号が出力される。但し、特定の検出領域１２に折り目が形成されている、或いは、異物が付着している等の理由で共振周波数が定めることができない場合も考えられるため、このような判定不能信号が出力された検出領域１２を除いた他の検出領域１２から算出された紙葉類１０の弾性率の平均値が紙葉類１０の弾性率として出力されてもよい。

図７に示されるような搬送方向に沿って複数の検出領域１２が設定される例では、設定される検出領域１２の数に応じて複数の励振源１６及び複数の振動音センサ１８が搬送方向に沿って配列されてもよい。この場合、各検出領域１２に対して対応する励振源１６から略同時に振動が与えられ、各検出領域１２から発生する振動音の音圧が検出される。

紙葉類１０の表面に設定される検出領域１２は、図７に示されるような搬送方向に一列に配列される場合に限定されず、図８に示すように、紙葉類１０の表面にマトリックス状に配列されてもよい。この場合、例えば、複数の振動音センサ１８が紙葉類１０の幅方向に略等間隔に配設され、紙葉類１０の表面に近接して配置される。また、図９に示されるように、搬送ベルト４で挟持される位置より外側、即ち、紙葉類１０の幅方向の両端部付近に複数の検出領域１２が定められてもよい。

以上のように、第１の実施の形態の変形例に係る紙葉類処理装置においては、紙葉類１０の表面に複数の検出領域１２が設定され、複数の検出領域１２から発生する振動音の音圧が検出されて紙葉類１０の弾性率が算出され、従って、紙葉類１０の弾性率を精度良く計測することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る剛性が劣化した紙葉類１０を判別する紙葉類処理装置を説明する。

図１０は、第２の実施の形態に係る剛性が劣化した紙葉類１０を判別する紙葉類処理装置の概略構成を示している。図１０において、図１に示した符号と同様の符号を同一部分、同一箇所に付してその説明を省略する。図１０に示される演算処理部３０では、図１に示した紙葉類１０の弾性率を計測する装置と異なり、紙葉類１０の共振周波数から紙葉類１０の弾性率が算出されることなく、紙葉類１０の剛性の劣化度合が判定される。

この紙葉類処理装置は、図１０に示されるように、紙葉類１０の剛性が劣化されているか否かを判別する紙葉類判別部３７を備え、この紙葉類判別部３７から出力される判別信号に従って紙葉類１０が分類される。図１０に示される搬送路切替機構５０は、図示しないソレノイドアクチュエータなどにより駆動されるゲート８で判別信号に従って搬送路を切り替える。例えば、搬送される紙葉類１０が正常であると判別される場合、紙葉類判別部３７から判別信号Ａが出力され、紙葉類１０が格納庫Ａに導かれるように搬送路が切り替えられる。また、搬送される紙葉類１０が劣化していると判別される場合、紙葉類１０が格納庫Ｂに導かれるように搬送路が切り替えられ、劣化度合を判別することが不可能な紙葉類１０は、格納庫Ｃに導かれるように搬送路が切り替えられる。

図１０に示される紙葉類情報設定部４０は、紙葉類１０の種類と紙葉類１０に与える振動の周波数範囲との関係を記述した参照テーブル４２に、さらに紙葉類１０の種類毎にパルスカウント値の閾値が設定されている。紙葉類情報設定部４０では、搬送される紙葉類１０の種類が判別され、判別された紙葉類１０の種類で参照テーブル４２が参照されて紙葉類１０に印加する振動の周波数範囲及びパルスカウント値の閾値が定められる。紙葉類情報設定部４０では、定められた周波数範囲を含む紙葉類情報が励振源駆動部２６に伝達され、定められた閾値を含む紙葉類情報が紙葉類判別部に伝達される。

紙葉類１０毎に設定されるパルスカウント値の閾値は、剛性が劣化していない紙葉類１０の共振周波数に対応するパルスカウント値に応じて定められる。一般に、剛性が劣化した紙葉類１０では、その共振周波数が低周波数側にシフトされる。即ち、剛性が劣化した紙葉類１０の共振周波数は、剛性が劣化されていない紙葉類１０の共振周波数よりも低い周波数となる。このため、励振源駆動信号が低周波数から高周波数に周波数スイープされる場合、算出されたカウント値よりも小さい値に閾値が定められる。

尚、参照テーブル４２には、紙葉類１０の種類毎にパルスカウント値の閾値が設定される代わりに、共振周波数の閾値が設定されてもよい。この場合、最大音が検出されるまでのパルス信号のカウント値に応じて紙葉類判別部３７で共振周波数が定められ、この共振周波数と共振周波数の閾値とが比較されて剛性が劣化した紙葉類１０が判別される。

搬送される紙葉類１０の先頭位置が位置検出センサ１０２で検出されると、制御信号発生部２４において所定の時間間隔で発生するパルス信号（制御信号）が発生され、紙葉類１０の種類毎に定められた周波数範囲でスイープする励振周波数で励振源１６が駆動される。励振源１６には、時間の経過に伴って低周波数から高周波数に変化するように励振周波数が印加される。紙葉類１０が励振源１６により振動され、紙葉類１０から発生する振動音が振動音センサ１８で検出され、振動音検出信号が増幅されて最大音圧検出部３４に伝達される。また、最大音圧検出部３４には、制御信号と同期する同期信号が制御信号発生部入力される。最大音圧検出部３４では、同期信号に含まれるパルス信号の数がカウントされ、最大音圧が検出された際のパルス信号のカウント値が紙葉類判別部３７に出力される。紙葉類判別部３７では、最大音圧検出部３４から入力されるカウント値と紙葉類情報設定部４０から入力されるカウント値の閾値とが比較されて紙葉類１０の剛性の劣化度合が判定される。

最大音検出部でカウントされたカウント値が閾値未満となる場合、搬送される紙葉類１０は、剛性が劣化していると判別される。搬送される紙葉類１０の剛性が劣化していると判別されると、搬送路切替機構５０により搬送路が切り替えられ、紙葉類１０が格納庫Ｂに格納される。また、最大音検出部でカウントされたカウント値が閾値以上となる場合、搬送される紙葉類１０は、正常と判定される。搬送される紙葉類１０が正常と判定されると、搬送路切替機構５０により搬送路が切り替えられ、紙葉類１０が格納庫Ａに格納される。さらに、最大音圧検出部３４で最大音圧が検出されず、紙葉類判別部で判別不能と判定されると、搬送路切替機構５０により搬送路が切り替えられ、紙葉類１０が格納庫Ｃに格納される。

図１１は、剛性が劣化した紙葉類１０を判別する手順が示されている。図１１に示されるステップＳ２０１からステップＳ２０５及びステップＳ２１２からステップＳ２１５は、図７に示されるステップＳ１０１からステップＳ１０５及びステップＳ１１０からステップＳ１１３と同一であるため、その説明を省略する。但し、図１１のステップＳ２０３で出力される励振源駆動信号は、低周波数から高周波数にスイープして変化される。

紙葉類１０が１枚毎に搬送路に給紙され、位置検出センサ１０２で移動する紙葉類１０の先端位置が検出されて紙葉類１０から発生する振動音の音圧の計測が開始される。ステップＳ２０５で振動音の最大音圧が検出されると、ステップＳ２０６に示されるように、その最大音圧が検出されるまでにパルス信号をカウントしたカウント値が出力される。ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６で出力されたカウント値が予め設定される閾値と比較される。このカウント値が閾値以上である場合、ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８に示されるように、カウント値が閾値以上である場合、搬送される紙葉類１０が正常と判定され、判別信号Ａが出力される。判別信号Ａが出力されると、ステップＳ２０９に示されるように、搬送路が切り替えられて紙葉類１０が格納庫Ａに搬送される。

ステップＳ２０７において、ステップＳ２０６で出力されたカウント値が予め設定される閾値より小さい場合、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、搬送される紙葉類１０が剛性劣化されていると判定され、判別信号Ｂが出力される。判別信号Ｂが出力されると、搬送路が切り替えられて紙葉類１０が格納庫Ｂに搬送される。

また、ステップＳ２０５において振動音の最大音圧が検出されない場合には、ステップ２１２からステップ２１４に示されるように、振動音の音圧の計測を終了する。振動音の最大音圧が検出されずに振動音の音圧の計測が終了されると、ステップＳ２１５に示されるように、搬送される紙葉類１０の剛性の劣化度合が判別不能として判別不能信号が出力される。判別不能信号が出力されると、この判別不能信号に従って搬送路が切り替えられて紙葉類１０が格納庫Ｃに搬送される。

以上のように、第２の実施の形態に係る紙葉類処理装置においては、所定の周波数走査範囲で変化される励振周波数の振動が紙葉類１０に与えられ、紙葉類１０から発生する音圧の最大音圧が検出されるまでのパルス信号のカウント値と予め設定される閾値とが比較されて紙葉類１０の剛性の劣化度合が判断される。パルス信号のカウント値から共振周波数を定め、この共振周波数から弾性率を算出する工程が省略されることから、第１の実施の形態に係る紙葉類処理装置よりさらに演算処理が容易になり、高速で紙葉類１０が搬送される場合でも、剛性が劣化した紙葉類１０を分類することができる。

尚、第２の実施の形態においても、図８から図１０を参照して第１の実施の形態の変形例を説明したように、紙葉類１０の表面に複数の検出領域１２が設定されてもよい。この場合、各検出領域１２から得られた検出結果に応じて紙葉類１０の剛性の劣化を精度良く判別することができる。

４…搬送ベルト、６…搬送ローラ、８…ゲート、１０…紙葉類、１２…検出領域、１４…測定位置、１６…励振源、１８…振動音センサ、２０…信号発生部、２２…位置検出センサ、２４…制御信号発生部、２６…励振源駆動部、３０…演算処理部、３２…増幅器、３４…最大音検出部、３６…共振周波数決定部、３７…紙葉類判別部、３８…弾性率算出部、４０…紙葉類情報設定部、４２…参照テーブル、５０…搬送路切替機構、６０…搬送ベルト駆動機構

Claims (6)

1. 搬送される紙葉類を支持する支持部と、
   予め定められた時間間隔で制御パルスを出力し、所定の周波数範囲で変化する励振周波数を発生する周波数発生部と、
   前記励振周波数で前記紙葉類に振動を与える励振源と、
   前記紙葉類から発生する振動音の音圧を検出して検出信号を出力する検出部と、
   前記制御パルスをカウントするカウンタを有し、前記出力信号から最大音圧を検出し、前記最大音圧を検出するまで前記制御パルスをカウントしたカウント値と予め設定される閾値とを比較して前記紙葉類の剛性の変化を判別する演算処理部と、
   を具備することを特徴とする紙葉類処理装置。
2. 前記紙葉類の種類毎に前記周波数範囲及び前記閾値を記述した参照テーブルを保持し、前記紙葉類の種類を判別し、前記判別した紙葉類の種類で前記参照テーブルを参照して前記周波数範囲及び前記閾値を定める紙葉類情報設定部をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の紙葉類処理装置。
3. 前記支持部は、前記紙葉類を搬送する搬送ベルト又は搬送ローラであることを特徴とする請求項２に記載の紙葉類処理装置。
4. 前記周波数範囲は、前記紙葉類の基本振動よりも高次の共振モードの周波数帯域を含むことを特徴とする請求項２に記載の紙葉類処理装置。
5. 前記励振源は、前記支持部に当接して設けられ、当該支持部を介して前記紙葉類に振動を与えることを特徴とする請求項３に記載の紙葉類処理装置。
6. 前記支持部は、前記紙葉類に平坦性を維持するように張力を与えることを特徴とする請求項２に記載の紙葉類処理装置。

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