JP6614827B2 - 測長装置および物品製造方法 - Google Patents
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Description
計測領域を移動する物体の測長を行う測長装置であって、光源と、前記光源からの光を回折させて回折光による干渉縞を前記計測領域に形成するための回折格子を有し、前記物体によりドップラ効果で変調された光を検出する検出部と、前記検出部からの検出信号に基づいて前記物体の速度の計測値を得、該計測値に基づいて前記物体の長さを得る処理部と、を有し、前記処理部は、前記物体が前記計測領域の干渉縞全体にわたって存在しているときに前記検出部により検出された検出信号の振幅に基づいて、前記検出部からの検出信号に対する振幅閾値を設定し、前記振幅閾値と前記検出部からの検出信号との比較を行い、前記比較の結果に基づいて、前記物体の第1の位置に対応する第1時点を特定し、前記物体の第2の位置に対応する第2時点を特定し、前記第1時点と前記第2時点との間における前記検出部からの検出信号に基づいて前記物体の速度の計測値を得、該計測値に基づいて前記長さを得ることを特徴とする。
図1は、速度計のヘッド部の構成例を示す図である。ここで、検出部としてのヘッド部100は、物体(計測対象物)10に光を照射し、物体10からの光を受光するための光学系を含み、レーザードップラ速度計のヘッド部を構成している。レーザーダイオードを含みうる光源1から出射した光束9は、コリメータレンズ2によりコリメートされ、回折格子(回折素子)3に入射する。回折格子3に入射した光束9は、±1次回折光(回折角はθ)に分岐され、それぞれがレンズ4により集光光束となり、EO素子5a、5bを透過する。透過した2つの光束は、レンズ6a、6bによりコリメートされ、上記回折角θと略等しい角度で互いに異なる照射方向から物体10を照射する。照射された光束は、物体10の表面(一般に粗面)で拡散反射される。拡散反射された光束は、レンズ6a、6b、集光レンズ7を介して集光され、フォトダイオードを含みうる受光素子8に入射する。受光素子8での光電変換により得られた信号は、物体10の速度Vに応じた周波数Fを有し強度変調されたアナログ信号として、後述の処理部に入力される。ここで、当該周波数Fは、ドップラ周波数と呼ばれ、次式(1)で表される。
F=2V/P+F_EO ・・・(1)
F=V/P_i ・・・(2)
L=((N+1)/N−1)×100 ・・・(3)
閾値=(振幅A+振幅B)/2 ・・・(4)
遅延期間における長さ=平均速度×遅延時間 ・・・(5)
物体10の長さ=遅延期間における長さ+遅延期間経過後の累積により得られた長さ ・・・(6)
本発明の実施形態2を説明する。実施形態1においては、閾値を予め設定しておくものとしたが、計測開始後に閾値を設定してもよい。すなわち、計測により既知となった振幅Aおよび振幅Bに基づいて、式(4)から閾値を得てもよい。そして、当該閾値に基づいて、第1時点、第2時点および遅延期間を特定することにより、物体10の長さを式(6)から得ることができる。
本発明の実施形態3を説明する。実施形態1においては、遅延時間を予め設定しておくものとしたが、計測中に遅延時間(遅延期間)経過の判定をしてもよい。すなわち、計測により、計測値の信頼度が十分となる(許容条件を満たすようになる)時間Cが既知となるため、物体10の長さを式(6)から得ることができる。
本発明の実施形態4を説明する。以上の各実施形態においては、振幅Bは振幅Aより大きいものとした。しかし、物体10が光束9に突入する前に光束9が物体10の反射率より高い反射率の物体(例えば鏡面)を照射する場合、振幅Aと振幅Bとの大小関係は逆転する。図16は、振幅Aと振幅Bとの大小関係が逆転した場合の測長処理内容を例示する図である。以上の各実施形態との相違点は、振幅が閾値未満となった時点を第1時点とし、その後振幅が閾値以上となった時点を第2時点とする点である。この相違点を除けば、本実施形態は、以上の各実施形態と同様としうる。
本発明の実施形態5を説明する。実施形態1においては、式(5)に示されるように遅延期間中の速度は、遅延期間後の速度の平均値(平均速度)として外挿されている。図17は、速度の外挿を例示する図である。同図の(a)は、物体10の速度Vが一定とみなせる場合の計測値(速度)の変化を示している。速度Vは一定とみなせるため、時間Cから第2時点までの間における平均速度での外挿で十分である。しかし、同図の(b)のように物体10の速度Vが所定の加速度をもって変化している場合、時間Cから第2時点までの間での平均速度での外挿で遅延期間中の速度を得るのは不適当である(誤差が大きい)。この場合、例えば、時間Cから第2時点までの期間の速度から、次式(7)により速度Vを外挿するのがよい(図17の(b)参照)。
速度V=加速度A×時間+V0 ・・・(7)
遅延期間における長さ=(加速度A×第1時点+加速度A×時間C+V0×2)×遅延時間/2 ・・・式(8)
本発明の実施形態6を説明する。本実施形態は、信号の振幅が安定しないために、計測領域に対する物体10の計測方向における位置とは無関係に振幅が閾値を超えるまたは閾値以下となる場合があっても、それをもって第1時点または第2時点を誤認識しないようにしている。ここで、図18は、測長処理内容を例示する図である。図18において、振幅が閾値を超える時点を第1時点として計測値(速度)の取得を開始するが、物体が通過中にもかかわらず時間Dにて振幅が閾値以下となる。この場合、少なくとも第2時点が誤認識されうる。そこで、時間Aから時間Cまでの振幅に基づいて第1時点を特定する。この場合、時間Dの後に再び振幅が増加するため、時間Dを第2時点として誤認識することがない。第2時点も、振幅Bから振幅Aへ移行する間の振幅に基づいて特定することができる。
以上に説明した実施形態に係る測長装置は、物品製造方法に使用しうる。当該物品製造方法は、当該測長装置を用いて物体の測長を行う工程と、当該工程で測長を行われた物体を処理する工程と、を含みうる。当該処理は、例えば、加工、切断、検査、組付、および選別のうちの少なくともいずれか一つを含みうる。より具体的には、例えば、押出成形機による成形物の測長を行って当該成形物の加工、切断、検査、組付、および選別のうちの少なくともいずれか一つを行いうる。また、搬送系により搬送される(長尺)物体の測長を行い、当該測長に基づいて、目標とする長さを有するように物体を切断し(切り出し)うる。この場合、当該測長装置を用い、物体の端(先端または後端)に対応する時点を特定して当該時点により定められる期間の速度から測長を行い、測長値が目標値となる時点を特定し、当該時点に対応する部位(位置)で物体を切断すればよい。よって、当該測長装置においては、物体の両端に対応する時点の特定は必ずしも必要ない(一端だけでもよい)。本実施形態の物品製造方法は、上述したように移動物体の測長を行うのに有利な測長装置を用いるため、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストのうちの少なくとも1つにおいて有利である。
101 処理部
Claims (10)
- 計測領域を移動する物体の測長を行う測長装置であって、
光源と、前記光源からの光を回折させて回折光による干渉縞を前記計測領域に形成するための回折格子を有し、前記物体によりドップラ効果で変調された光を検出する検出部と、
前記検出部からの検出信号に基づいて前記物体の速度の計測値を得、該計測値に基づいて前記物体の長さを得る処理部と、を有し、
前記処理部は、
前記物体が前記計測領域の干渉縞全体にわたって存在しているときに前記検出部により検出された検出信号の振幅に基づいて、前記検出部からの検出信号に対する振幅閾値を設定し、
前記振幅閾値と前記検出部からの検出信号との比較を行い、
前記比較の結果に基づいて、前記物体の第1の位置に対応する第1時点を特定し、前記物体の第2の位置に対応する第2時点を特定し、
前記第1時点と前記第2時点との間における前記検出部からの検出信号に基づいて前記物体の速度の計測値を得、該計測値に基づいて前記長さを得ることを特徴とする測長装置。 - 前記処理部は、前記第1時点と前記第2時点との間の期間と、前記検出部からの検出信号に基づいて前記計測値を得、該計測値に基づいて前記長さを得ることを特徴とする請求項1に記載の測長装置。
- 前記処理部は、前記第1時点から遅延時間を設定し、前記第1時点から前記遅延時間が経過した後の前記速度に基づいて、前記第1時点から前記遅延時間が経過するまでの前記速度を得ることを特徴とする請求項1又は2に記載の測長装置。
- 前記処理部は、前記第1時点から遅延時間を設定し、前記第1時点から前記遅延時間が経過した後の前記速度に基づいて、前記第1時点から前記遅延時間が経過するまでの前記速度を外挿することを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちいずれか1項に記載の測長装置。
- 前記処理部は、前記遅延時間として、前記第1時点から前記検出部からの検出信号の振幅が安定するまでの時間を設定することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の測長装置。
- 前記処理部は、前記計測領域に前記物体がない場合の前記検出部からの検出信号の振幅としての第1振幅と、前記物体の長さを測る計測方向において前記物体が前記計測領域の干渉縞全体にわたって存在している場合の前記検出部からの検出信号の振幅としての第2振幅とに基づいて、前記振幅閾値を設定することを特徴とする請求項1に記載の測長装置。
- 前記処理部は、前記第1振幅と前記第2振幅との間の平均値として前記振幅閾値を設定することを特徴とする請求項6に記載の測長装置。
- 前記処理部は、前記検出部からの検出信号の振幅が安定した場合の当該振幅に基づいて前記第1時点と前記第2時点とを特定することを特徴とする請求項1ないし請求項7のうちいずれか1項に記載の測長装置。
- 前記処理部は、前記検出部からの検出信号に振幅が安定したことを前記計測値の信頼度に基づいて判断することを特徴とする請求項8に記載の測長装置。
- 請求項1ないし請求項9のうちいずれか1項に記載の測長装置を用いて物体の測長を行う工程と、
前記工程で前記測長を行われた前記物体の処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする物品製造方法。
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