JP7199945B2 - optical measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、例えば生産ライン上を搬送される紙、シート、フィルムなどを測定対象として、水分、厚さ、塗工量などの成分を測定する光学的測定装置に関するものである。 The present invention relates to an optical measuring device for measuring components such as moisture content, thickness, coating amount, etc. of paper, sheets, films, etc., which are conveyed on a production line.

例えば工場などの生産ラインでは、ライン上を搬送される測定対象の成分(例えば紙、シート、フィルムなどの水分、厚さ、塗工量など)の測定を広範囲で行う手法の一つとしてトラバースシステムが従来より利用されている。 For example, in a production line such as a factory, the traverse system is one of the methods for extensively measuring the components to be measured (e.g., moisture content, thickness, coating amount, etc. of paper, sheets, films, etc.) transported on the line. has traditionally been used.

トラバースシステムでは、ライン上を搬送される測定対象に対し、測定機を測定対象の上で測定対象の搬送方向と直交する方向に所定速度で移動させることにより広範囲の成分測定を可能にしている。 In the traverse system, a wide range of components can be measured by moving the measuring device over the object to be measured at a predetermined speed in a direction orthogonal to the direction in which the object is conveyed.

従来、この種のトラバースシステムを採用した測定装置としては、例えば下記特許文献1に開示される測定装置が知られている。この特許文献1に開示される測定装置では、ラミネートフィルムを測定対象とし、搬送されるラミネートフィルムの幅方向に対し、ラミネートフィルムより広幅に非接触式厚み検知センサーを定速で往復運動させる。これにより、ラミネートフィルムの斜め方向に対し、非接触式厚みセンサーをジグザグにトラバースして走査を行い、ラミネートフィルムの幅方向の厚みを測定している。 Conventionally, as a measuring device employing this type of traverse system, for example, a measuring device disclosed in Patent Document 1 below is known. In the measuring apparatus disclosed in Patent Document 1, a laminate film is the object to be measured, and a non-contact thickness detection sensor is reciprocated at a constant speed over a width wider than the laminate film in the width direction of the conveyed laminate film. Thereby, the thickness of the laminate film in the width direction is measured by scanning the non-contact thickness sensor by zigzag traversing in the oblique direction of the laminate film.

特開2003-181905号公報JP 2003-181905 A

トラバースシステムは、図6に示すように、測定機21を測定対象Wの幅方向に走査することで測定を行う。測定対象Wの幅方向の成分分布を測定することが目的のため、測定範囲は測定対象Wの幅方向の端から端までである。測定対象Wのフィルムが送られると、走査中に測定対象Wが動くことになり、測定領域(図6中の丸で囲む領域)が点線で示すように幅方向から斜め方向になる。測定領域が斜め方向になると測定不可領域(図6中の斜線で囲む領域)が発生し、トラバース速度とフィルム送り速度の間に大きな差があると、測定不可領域は大きくなる。また、フィルム送り速度が速くなっても、トラバースシステムはフィルムの幅方向の端から端まで走査し続けるため、測定範囲は変わらず、測定不可領域だけが大きくなっていく。 The traverse system, as shown in FIG. 6, performs measurement by scanning the measuring object W in the width direction with the measuring machine 21 . Since the purpose is to measure the component distribution in the width direction of the object W to be measured, the measurement range is from end to end in the width direction of the object W to be measured. When the film of the object W to be measured is fed, the object W to be measured moves during scanning, and the measurement area (the area surrounded by a circle in FIG. 6) changes from the width direction to the oblique direction as indicated by the dotted line. If the measurement area is slanted, a non-measurable area (a hatched area in FIG. 6) occurs, and if there is a large difference between the traverse speed and the film feeding speed, the non-measurable area increases. Also, even if the film feeding speed increases, the traverse system continues to scan the film from end to end in the width direction, so the measurement range does not change and only the non-measurable region increases.

このように、上述した特許文献1に開示されるトラバースシステムを採用した従来の測定装置では、測定対象の斜め方向に対し、測定機(非接触式厚みセンサー)をジグザグにトラバースして走査を行うので、測定対象の搬送方向と直交する方向の複数箇所の測定を同時に行うことができなかった。しかも、測定対象を搬送する送り速度とトラバースシステムの測定機の移動速度との間に大きな差があると、測定できない測定不可領域が大きくなってしまうという問題があった。 As described above, in the conventional measuring device that employs the traverse system disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, the measuring device (non-contact thickness sensor) traverses in a zigzag direction and scans the oblique direction of the object to be measured. Therefore, it was not possible to simultaneously measure a plurality of points in the direction perpendicular to the conveying direction of the object to be measured. Moreover, if there is a large difference between the feed speed for conveying the object to be measured and the moving speed of the measuring machine of the traverse system, there is a problem that the non-measurable area becomes large.

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、測定不可領域を小さくして広範囲で測定対象の測定を行うことができる光学的測定装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical measuring apparatus capable of measuring an object over a wide range by reducing the non-measurable area.

上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載された光学的測定装置は、所定速度または所定間隔で搬送される測定対象の成分を測定する光学的測定装置であって、
前記測定対象に該測定対象の吸収ピークの波長を含む異なる複数の波長を有する光を照射する光源部と、
前記測定対象側に配置される複数のレンズで構成され、前記光源部から照射された光のうち前記測定対象の搬送方向と直交する当該測定対象の幅方向表面の複数の位置からの光を前記複数のレンズで集光する第1レンズと、
前記第1レンズにて集光された光を、前記測定対象の吸収ピークの波長を含む異なる複数の波長の光に分光する複数のバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタにて分光された前記異なる複数の波長の光を同時に検出する1本のラインセンサと、
前記第1レンズと前記バンドパスフィルタとの間に複数配置され、前記ラインセンサの検出面上で複数の像が互いに重ならないように、前記第1レンズにて集光した光を、前記バンドパスフィルタを介して前記ラインセンサの検出面に同時に結像させる第2レンズと、
前記測定対象ごとの標準物質の成分と測定値との関係を示す検量線を記憶する記憶部と、
前記ラインセンサにて前記異なる複数の波長の光に分光して検出された光の測定値と前記記憶部に記憶された検量線に基づき、前記複数の位置の波長ごとの成分を測定する測定部とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an optical measuring device according to claim 1 of the present invention is an optical measuring device for measuring a component of a measurement object transported at a predetermined speed or at a predetermined interval,
a light source unit that irradiates the object to be measured with light having a plurality of different wavelengths including the wavelength of the absorption peak of the object to be measured;
It is composed of a plurality of lenses arranged on the side of the object to be measured . a first lens that collects light with a plurality of lenses;
A plurality of bandpass filters that disperse the light condensed by the first lens into light of a plurality of different wavelengths including the wavelength of the absorption peak of the measurement target;
one line sensor that simultaneously detects the lights of the different wavelengths separated by the band-pass filter;
A plurality of filters are arranged between the first lens and the band-pass filter, and the light collected by the first lens is transferred to the band-pass filter so that a plurality of images do not overlap each other on the detection surface of the line sensor. a second lens that simultaneously forms an image on the detection surface of the line sensor via a filter;
a storage unit that stores a calibration curve showing the relationship between the component of the standard substance for each measurement object and the measured value;
A measurement unit that measures the components of each wavelength at the plurality of positions based on the measurement values of the light detected by the line sensor by splitting the light into the plurality of different wavelengths and the calibration curve stored in the storage unit. and

請求項に記載された光学的測定装置は、前記第1レンズに代えて鏡を用いることを特徴とする。 The optical measuring device according to claim 2 is characterized by using a mirror instead of the first lens.

請求項に記載された光学的測定装置は、請求項1または2の光学的測定装置において、
前記光源部は、棒状の光源、ランプ、LEDの何れかを複数並べた光源であることを特徴とする。
The optical measuring device according to claim 3 is the optical measuring device according to claim 1 or 2 ,
The light source unit is a light source in which a plurality of rod-shaped light sources, lamps, or LEDs are arranged.

請求項に記載された光学的測定装置は、請求項の光学的測定装置において、
前記光源部は、照射面を均一にするための拡散板を備えたことを特徴とする。
The optical measuring device according to claim 4 is the optical measuring device according to claim 3 ,
The light source unit is characterized by comprising a diffusion plate for uniformizing the irradiation surface.

請求項に記載された光学的測定装置は、請求項の光学的測定装置において、
前記光源部は、前記照射面に光を効率よく与えるための高反射率の反射体を備えたことを特徴とする。
The optical measuring device according to claim 5 is the optical measuring device according to claim 4 ,
The light source unit is characterized by comprising a reflector with a high reflectance for efficiently applying light to the irradiation surface.

本発明によれば、測定対象の搬送方向と直交する方向の複数箇所における成分の測定を同時に行うことができる。これにより、従来のトラバースシステムと比較して、測定不可領域を小さくでき、より広範囲の測定を行うことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to simultaneously measure the components at a plurality of locations in the direction perpendicular to the conveying direction of the object to be measured. As a result, the non-measurable area can be reduced compared to the conventional traverse system, and a wider range of measurement can be performed.

(a)本発明に係る光学的測定装置の概略構成を示す図、(b)光源部の概略断面図である。(a) A diagram showing a schematic configuration of an optical measuring device according to the present invention, (b) a schematic cross-sectional view of a light source section. 本発明に係る光学的測定装置で反射光を測定する場合の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of measuring reflected light with the optical measuring device according to the present invention; 本発明に係る光学的測定装置の検出部の他の構成を示す概略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view showing another configuration of the detection section of the optical measuring device according to the present invention; 本発明に係る光学的測定装置に用いられる検量線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the calibration curve used for the optical measuring apparatus which concerns on this invention. ポリエチレンフィルムの分光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the optical spectrum of a polyethylene film. トラバースシステムの測定概要の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a measurement outline of the traverse system;

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated in detail, referring attached drawings.

[本発明の概要について]
物体は特定の波長において固有の吸収ピークをもつことが知られている。図5はポリエチレンフィルムが厚み50μmの時と厚み100μmの時でそれぞれ測定した分光スペクトルを示す。図5において、横軸は波長、縦軸は吸光度である。
[Overview of the present invention]
Objects are known to have characteristic absorption peaks at specific wavelengths. FIG. 5 shows the spectra measured when the polyethylene film had a thickness of 50 μm and when it had a thickness of 100 μm. In FIG. 5, the horizontal axis is wavelength and the vertical axis is absorbance.

ここで、吸光度とは、分光法において、ある物体に光を通した際、光の強度がどの程度弱まるかを示す無次元量である。例えばポリエチレンフィルムは2300nmに一つのピークがある。これは、ポリエチレンフィルムが2300nmの波長の光を吸収し、弱めていることを示す。また、図5に示すように、ポリエチレンフィルムが厚み100μmの時の吸光度は厚み50μmの時の2倍の値となっている。これにより、吸光度は濃度と光路長に比例して大きくなることが分かる。 Here, the absorbance is a dimensionless quantity that indicates how much the intensity of light is weakened when light passes through a certain object in spectroscopy. For example, polyethylene film has one peak at 2300 nm. This indicates that the polyethylene film absorbs and attenuates light with a wavelength of 2300 nm. Further, as shown in FIG. 5, the absorbance when the polyethylene film has a thickness of 100 μm is double the value when the polyethylene film has a thickness of 50 μm. It can be seen from this that the absorbance increases in proportion to the concentration and the optical path length.

ここで、測定対象の基準となる物質の成分(例えば厚み、濃度など)と吸光度との関係を示す検量線を用いれば、吸光度を測定することで測定対象の成分(例えば厚み、濃度など)を測定することができる。 Here, if a calibration curve showing the relationship between the component (e.g., thickness, concentration, etc.) of the reference substance to be measured and the absorbance is used, the component (e.g., thickness, concentration, etc.) can be determined by measuring the absorbance. can be measured.

また、参照波長として、測定対象の吸収ピークに近く、かつ対象の成分の吸収がない波長(例えば2100nm)を同時に測定し、演算することにより、測定対象の吸収ピーク以外の要因による強度変化を補正することができ、測定精度が向上する。 In addition, as a reference wavelength, a wavelength (e.g., 2100 nm) that is close to the absorption peak of the measurement target and has no absorption of the target component is simultaneously measured and calculated, thereby correcting intensity changes due to factors other than the absorption peak of the measurement target. can be used, and the measurement accuracy is improved.

そこで、本発明では、例えば900~2550nmの波長に対応した1本のラインセンサに対し、レンズとバンドパスフィルタを複数取り付けた複眼型の光学系を備えた構成により、測定対象の広範囲の成分分布を同時に測定することを可能にした。 Therefore, in the present invention, for example, a single line sensor corresponding to a wavelength of 900 to 2550 nm is provided with a compound-eye optical system in which a plurality of lenses and band-pass filters are attached. can be measured simultaneously.

[光学的測定装置の構成について]
本発明に係る光学的測定装置は、例えば工場などの生産ラインに好適に採用され、ライン上を所定速度/所定間隔で搬送される紙、シート、フィルムなどを測定対象とし、水分、厚さ、塗工量などの成分の測定を広範囲で行う機能を有する。
[Regarding the configuration of the optical measuring device]
The optical measuring device according to the present invention is preferably employed in a production line such as a factory, for example, and measures paper, sheets, films, etc. transported on the line at a predetermined speed / predetermined interval, and measures moisture, thickness, It has a function to measure components such as coating amount over a wide range.

そして、図1(a)に示すように、本実施の形態の光学的測定装置1は、上記機能を実現するため、光源部2、検出部3、記憶部4、測定部5、表示部6を備えて概略構成される。 As shown in FIG. 1(a), the optical measuring apparatus 1 of this embodiment includes a light source unit 2, a detection unit 3, a storage unit 4, a measurement unit 5, and a display unit 6 in order to realize the functions described above. It is roughly configured with

光源部2は、図1(a),(b)に示すように、測定対象Wに対して、吸収ピークの波長を含む異なる複数の波長を有する光を直線状に照射する光源2aを備えた線状光源ユニットで構成される。光源部2は、例えば棒状のハロゲンヒーターが用いられる。測定対象Wと対面する光源部2の照射面には、光量ムラを抑制するための光拡散板2bを含む拡散部材などが配置される。また、光源部2には、光を照射面に効率よく与えるための反射板2cが光源を挟んで光拡散板2bの反対側に配置される。なお、光源部2としては、棒状の光源、ランプ、LED(発光ダイオード)の何れかを複数並べた光源を用いることができる。 As shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the light source unit 2 includes a light source 2a that linearly irradiates light having a plurality of different wavelengths including the absorption peak wavelength to the measurement object W. It consists of a linear light source unit. A bar-shaped halogen heater, for example, is used for the light source unit 2 . A diffusion member including a light diffusion plate 2b for suppressing unevenness in the amount of light is arranged on the irradiation surface of the light source unit 2 facing the object W to be measured. Further, in the light source section 2, a reflector 2c for efficiently applying light to the irradiation surface is arranged on the opposite side of the light diffusion plate 2b with the light source interposed therebetween. As the light source unit 2, a light source in which a plurality of rod-shaped light sources, lamps, or LEDs (light emitting diodes) are arranged can be used.

光源部2は、光学的測定装置1で反射光を測定する場合、図2に示すように、測定エリアを照らすように、片側または両側に設置される。図2では、光源部2を測定エリアの両側に設置した場合を図示している。 The light source unit 2 is installed on one side or both sides so as to illuminate the measurement area as shown in FIG. 2 when measuring reflected light with the optical measurement device 1 . FIG. 2 illustrates the case where the light source units 2 are installed on both sides of the measurement area.

検出部3は、測定対象Wの搬送方向と直交する測定対象Wの幅方向X表面の複数の位置P1,P2,…,Pnからの光を、測定対象Wの吸収ピークの波長を含む異なる複数の波長に分光して検出するもので、光学レンズ11、バンドパスフィルタ12、ラインセンサ13を備える。以下では、異なる複数の波長として、測定対象Wの吸収ピークの測定波長λ1と測定対象Wの吸収ピークに近い参照波長λ2の2つ波長を例にとって説明する。 The detection unit 3 detects light from a plurality of positions P1, P2, . , and includes an optical lens 11 , a bandpass filter 12 and a line sensor 13 . In the following, two wavelengths, ie, the measurement wavelength λ1 at the absorption peak of the object W to be measured and the reference wavelength λ2 close to the absorption peak of the object W to be measured, will be described as an example of a plurality of different wavelengths.

光学レンズ11は、測定対象Wからの光をラインセンサ13の検出面に結像させるもので、第1レンズ11Aと第2レンズ11Bから構成される。なお、図1では、第1レンズ11Aと第2レンズ11Bを簡易的に1枚のレンズで表現している。 The optical lens 11 forms an image of the light from the object W to be measured on the detection surface of the line sensor 13, and is composed of a first lens 11A and a second lens 11B. In addition, in FIG. 1, the first lens 11A and the second lens 11B are simply represented by one lens.

第1レンズ11Aは、測定対象W側に配置され、1枚もしくは複数枚のレンズで構成される。なお、測定視野を広くし、収差を無い結像を可能とするためには、例えば1枚の凸レンズと1枚の凹レンズを組み合わせたダブレットレンズを複数群用いて第1レンズ11Aを構成するのが好ましい。第1レンズ11Aは、図1に示すように、測定対象Wの搬送方向(図1の紙面の奥行き方向)と直交する測定対象Wの幅方向X表面の複数の位置P1,P2,…,Pnからの光を集光する。 The first lens 11A is arranged on the measurement object W side and is composed of one or more lenses. In order to widen the field of view for measurement and to form an image without aberration, the first lens 11A is constructed by using a plurality of groups of doublet lenses, for example, a combination of one convex lens and one concave lens. preferable. As shown in FIG. 1, the first lens 11A has a plurality of positions P1, P2, . collects light from

第2レンズ11Bは、第1レンズ11Aと同様に、1枚もしくは複数枚のレンズで構成される。なお、収差を無い結像を可能とするためには、例えば1枚の凸レンズと1枚の凹レンズを組み合わせた第1レンズ11Aと同様のダブレットレンズを複数群用いて第2レンズ11Bを構成するのが好ましい。第2レンズ11Bは、第1レンズ11Aとバンドパスフィルタ12との間に複数(図1の例では2つ)配置され、ラインセンサ13上で複数の像が互いに重ならないように、第1レンズ11Aにて集光された複数の位置P1,P2,…,Pnからの光を、バンドパスフィルタ12を介してラインセンサ2Cの検出面に同時に結像させる。 Like the first lens 11A, the second lens 11B is composed of one or more lenses. In order to form an image without aberration, the second lens 11B is constructed by using a plurality of groups of doublet lenses similar to the first lens 11A, which is a combination of one convex lens and one concave lens. is preferred. A plurality of second lenses 11B (two in the example of FIG. 1) are arranged between the first lens 11A and the bandpass filter 12. Light from a plurality of positions P1, P2, .

なお、第2レンズ11Bは、1枚の凸レンズを2枚の凹レンズで挟み込んだトリプレットレンズを用いることもできる。また、図1では、第2レンズ11Bが2つの場合を図示したが、第2レンズ11Bとバンドパスフィルタ12の数を増やせば、第2レンズ11Bとバンドパスフィルタ12の数だけ波長を分けて測定することができる。さらに、測定視野が十分な場合には、第1レンズ11Aを省く構成としてもよい。 A triplet lens in which one convex lens is sandwiched between two concave lenses can also be used as the second lens 11B. Although FIG. 1 illustrates a case where there are two second lenses 11B, if the number of the second lenses 11B and the bandpass filters 12 is increased, the wavelengths can be divided by the number of the second lenses 11B and the bandpass filters 12. can be measured. Furthermore, if the field of view for measurement is sufficient, the first lens 11A may be omitted.

また、図3に示すように、検出部3において視野角を広くするために用いられた第1レンズ11Aを二枚のミラー11C,11Dに置き換えた光学系で構成することもできる。図3において、第1ミラー11Cは、例えば凸面ミラーからなり、光源部2から照射され測定対象Wを透過、もしくは反射してきた光を集め平行光に変換した上で、第2ミラー11Dへ導く。第2ミラー11Dは、例えば平面ミラーからなり、第2レンズ11Bへと平行光を導く。 Further, as shown in FIG. 3, the first lens 11A used to widen the viewing angle in the detection section 3 can be replaced with two mirrors 11C and 11D. In FIG. 3, the first mirror 11C is, for example, a convex mirror, collects the light emitted from the light source unit 2 and transmitted or reflected by the object W to be measured, converts it into parallel light, and guides it to the second mirror 11D. The second mirror 11D is, for example, a plane mirror, and guides parallel light to the second lens 11B.

なお、図3では、第1ミラー11Cとして凸面ミラー、第2ミラー11Dとして平面ミラーを用いた例を示すが、球面ミラーや放物線ミラーを用いてもよい。また、図3では、第1レンズ11Aの代わりにミラーを二枚用いた例を示したが、ミラーは一枚でも三枚以上でもよく、第1レンズ11Aとミラーを組み合わせた系としてもよい。 Although FIG. 3 shows an example in which a convex mirror is used as the first mirror 11C and a plane mirror is used as the second mirror 11D, a spherical mirror or a parabolic mirror may be used. In addition, although FIG. 3 shows an example in which two mirrors are used instead of the first lens 11A, the number of mirrors may be one or three or more, and a system combining the first lens 11A and mirrors may also be used.

バンドパスフィルタ12は、光学レンズ11とラインセンサ13との間に配置され、光学レンズ11にてラインセンサ13の検出面に同時に結像される複数の位置P1,P2,…,Pnからの光を測定波長λ1と参照波長λ2に分けて通過させる。 The bandpass filter 12 is arranged between the optical lens 11 and the line sensor 13, and the light from a plurality of positions P1, P2, . is divided into a measurement wavelength λ1 and a reference wavelength λ2 and passed.

ラインセンサ13は、バンドパスフィルタ12の後段に配置され、バンドパスフィルタ12を通過して測定波長λ1と参照波長λ2に分光された複数の位置P1,P2,…,Pnからの光を同時に受光検出する。ラインセンサ13は、例えば900~2550nmの近赤外光の波長に対応しており、受光領域を測定する波長の数で分割して用いる。ここでは、測定する波長の数が2つ(測定波長λ1,参照波長λ2)なので、受光領域を2分割して用い、複数の位置P1,P2,…,Pnから光学レンズ11(第1レンズ11A,第2レンズ11B)を介してバンドパスフィルタ12を通過した測定波長λ1の光と参照波長λ2の光を同時に検出する。 The line sensor 13 is arranged after the bandpass filter 12, and simultaneously receives light from a plurality of positions P1, P2, . To detect. The line sensor 13 corresponds to near-infrared light wavelengths of, for example, 900 to 2550 nm, and is used by dividing the light receiving region by the number of wavelengths to be measured. Here, since the number of wavelengths to be measured is two (measurement wavelength λ1, reference wavelength λ2), the light receiving area is divided into two, and the optical lens 11 (first lens 11A , second lens 11B) and the light of the measurement wavelength .lambda.1 and the light of the reference wavelength .lambda.2 that have passed through the band-pass filter 12 are simultaneously detected.

記憶部4は、測定対象Wごとの検量線を記憶する。検量線は、予め測定により成分(例えば水分、厚さ、塗工量など)に対する測定値(例えば図4の黒丸で示す濃度に対する吸光度比)が判っている測定対象Wごとの標準物質の成分と測定値との関係を直線近似したものである。なお、測定値は、上述した吸光度比の他、光の強度、透過率、反射率などを含む。 The storage unit 4 stores a calibration curve for each object W to be measured. The calibration curve is based on the components of the standard substance for each measurement target W, for which the measured values (for example, the absorbance ratio to the concentration indicated by the black circles in FIG. 4) are known in advance for the components (for example, moisture, thickness, coating amount, etc.). It is a linear approximation of the relationship with the measured value. In addition to the absorbance ratio described above, the measured values include light intensity, transmittance, reflectance, and the like.

測定部5は、検出部3にて分光検出した複数の位置P1,P2,…,Pnからの測定波長λ1,参照波長λ2の光の強度I1,I2の比R(=I1/I2)に対して記憶部4に記憶された検量線に基づき、複数の位置P1,P2,…,Pnの成分(例えば水分、厚さ、塗工量など)を測定する。すなわち、測定部5は、複数の位置P1,P2,…,Pnからの測定波長λ1,参照波長λ2の光の強度I1,I2の比Rに対応する成分(例えば厚さ、濃度など)を記憶部4に記憶された検量線から算出する。 The measurement unit 5 calculates the ratio R (=I1/I2) of the intensities I1 and I2 of the light having the measurement wavelength λ1 and the reference wavelength λ2 from the plurality of positions P1, P2, . Based on the calibration curve stored in the storage unit 4, the components (for example, water content, thickness, coating amount, etc.) at a plurality of positions P1, P2, . . . , Pn are measured. That is, the measurement unit 5 stores components (for example, thickness, concentration, etc.) corresponding to the ratio R of the light intensities I1 and I2 of the measurement wavelength λ1 and the reference wavelength λ2 from the plurality of positions P1, P2, . . . , Pn. It is calculated from the calibration curve stored in the unit 4.

なお、本例では光の強度I1,I2の比Rを計算したが、透過率や吸光度の比を計算してもよい。また、測定対象Wの複数の位置P1,P2,…,Pnの位置情報をラインセンサ13の画素に対応させて成分量と位置情報を結びつければ、測定部5にて測定波長λ1と参照波長λ2の光の強度、または透過率、吸光度、反射率などを同時に測定することができる。 Although the ratio R of the light intensities I1 and I2 is calculated in this example, the ratio of transmittance or absorbance may be calculated. , Pn of the object W to be measured are associated with the pixels of the line sensor 13, and the amount of components and the position information are linked, the measurement unit 5 can obtain the measurement wavelength λ1 and the reference wavelength The intensity of light at λ2, or transmittance, absorbance, reflectance, etc., can be measured simultaneously.

表示部6は、液晶やELなどの表示器で構成され、測定部5にて測定した測定対象Wの成分分布を測定結果として表示画面に表示する。 The display unit 6 is composed of a display device such as liquid crystal or EL, and displays the component distribution of the measurement object W measured by the measurement unit 5 as a measurement result on a display screen.

次に、上記のように構成される光学的測定装置1を用いた測定対象Wの成分(例えば厚さ、濃度)の測定方法について説明する。 Next, a method of measuring components (for example, thickness and concentration) of the object W to be measured using the optical measuring apparatus 1 configured as described above will be described.

ライン上を所定速度/所定間隔で搬送される測定対象Wの搬送方向(図1の紙面の奥行き方向)と直交する測定対象Wの幅方向X表面の複数の位置P1,P2,…,Pnからの光を検出部3にて検出する。 From a plurality of positions P1, P2, . is detected by the detector 3 .

すなわち、検出部3は、光学レンズ11の第1レンズ11Aが測定対象Wの複数の位置P1,P2,…,Pnからの光を集光し、この集光した光をバンドパスフィルタ12にて測定波長λ1と参照波長λ2に分け、2つの第2レンズ11Bによりラインセンサ13の検出面に同時に結像させる。 That is, in the detection unit 3, the first lens 11A of the optical lens 11 collects light from a plurality of positions P1, P2, . The light is divided into the measurement wavelength λ1 and the reference wavelength λ2, and images are simultaneously formed on the detection surface of the line sensor 13 by the two second lenses 11B.

例えば図1の測定対象Wの位置P1からの光に着目して説明すると、光学レンズ11の第1レンズ11Aが位置P1からの光を集光し、この集光した位置P1からの光をバンドパスフィルタ12にて測定波長λ1と参照波長λ2に分け、2つの第2レンズ11Bによりラインセンサ13の検出面に同時に結像させる。他の位置P2,…,Pnからの光についても同様であり、測定対象Wの複数の位置P1,P2,…,Pnからの測定波長λ1と参照波長λ2の光がラインセンサ13にて同時に検出される。 For example, focusing on the light from the position P1 of the object W to be measured in FIG. The pass filter 12 separates the light into the measurement wavelength λ1 and the reference wavelength λ2, which are simultaneously imaged on the detection surface of the line sensor 13 by the two second lenses 11B. The same applies to light from other positions P2, . . . , Pn. be done.

そして、測定部5は、ラインセンサ13にて検出した測定対象Wの複数の位置P1,P2,…,Pnの成分を、記憶部4に記憶された検量線を用いて、測定波長λ1と参照波長λ2の光の強度I1とI2の比R(=I1/I2)について測定する。このとき、測定対象Wの複数の位置P1,P2,…,Pnの位置情報をラインセンサ13の画素に対応させて成分量と位置情報を結びつけ、測定波長λ1と参照波長λ2の光の強度の比Rにより求められた成分分布を同時に測定する。測定波長λ1と参照波長λ2の光の強度の比Rをとることによって、測定対象Wの吸収以外の要因による強度変化を補正して測定精度を向上させることができる。なお、ここでは、光の強度の比Rを計算したが、透過率や吸光度の比を計算してもよい。 Then, the measurement unit 5 uses the calibration curve stored in the storage unit 4 to reference the components of the plurality of positions P1, P2, . A ratio R (=I1/I2) between the intensities I1 and I2 of the light of wavelength λ2 is measured. At this time, positional information of a plurality of positions P1, P2, . At the same time, the component distribution determined by the ratio R is measured. By taking the ratio R between the light intensities of the measurement wavelength λ1 and the reference wavelength λ2, it is possible to correct the intensity change due to factors other than the absorption of the object W to be measured and improve the measurement accuracy. Although the light intensity ratio R is calculated here, the transmittance or absorbance ratio may be calculated.

ところで、上述した実施の形態では、測定波長λ1と参照波長λ2による2波長のみに対応した構成を例にとって説明したが、複数の波長に対応して第2レンズ11Bとバンドパスフィルタ12を複数並設して構成することができる。また、ラインセンサ13は、近赤外光に対応したものに限定されず、他の波長領域(例えば、紫外線や可視光線など)に対応したものであってもよい。 By the way, in the above-described embodiment, the configuration corresponding to only two wavelengths, ie, the measurement wavelength λ1 and the reference wavelength λ2 has been described as an example. can be set up and configured. Further, the line sensor 13 is not limited to one that corresponds to near-infrared light, and may be one that corresponds to other wavelength regions (for example, ultraviolet light, visible light, etc.).

このように、本実施の形態によれば、測定対象の成分を測定するにあたって、測定対象の搬送方向と直交する測定対象の幅方向表面の複数箇所における成分の測定を同時に行うことができる。これにより、従来のトラバースシステムよりも高速な測定が可能となり、測定不可領域を極めて小さくでき、より広範囲の測定を行うことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, when measuring the components of the measurement target, it is possible to simultaneously measure the components at a plurality of locations on the surface of the measurement target in the width direction perpendicular to the transport direction of the measurement target. As a result, it is possible to perform measurements at a higher speed than the conventional traverse system, to make the unmeasurable area extremely small, and to perform measurements over a wider range.

以上、本発明に係る光学的測定装置の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。 Although the best mode of the optical measuring device according to the present invention has been described above, the present invention is not limited by the description and drawings according to this mode. In other words, other forms, embodiments, operation techniques, etc. made by those skilled in the art based on this form are all included in the scope of the present invention.

1 光学的測定装置
2 光源部
2a 光拡散板
2b 反射板
3 検出部
4 記憶部
5 測定部
6 表示部
11 光学レンズ
11A 第1レンズ
11B 第2レンズ
11C 第1ミラー
11D 第2ミラー
12 バンドパスフィルタ
13 ラインセンサ
21 測定機
W 測定対象
REFERENCE SIGNS LIST 1 optical measuring device 2 light source unit 2a light diffusion plate 2b reflector 3 detection unit 4 storage unit 5 measurement unit 6 display unit 11 optical lens 11A first lens 11B second lens 11C first mirror 11D second mirror 12 bandpass filter 13 line sensor 21 measuring machine W measurement object

Claims (5)

定速度または所定間隔で搬送される測定対象の成分を測定する光学的測定装置であって、
前記測定対象に該測定対象の吸収ピークの波長を含む異なる複数の波長を有する光を照射する光源部と、
前記測定対象側に配置される複数のレンズで構成され、前記光源部から照射された光のうち前記測定対象の搬送方向と直交する当該測定対象の幅方向表面の複数の位置からの光を前記複数のレンズで集光する第1レンズと、
前記第1レンズにて集光された光を、前記測定対象の吸収ピークの波長を含む異なる複数の波長の光に分光する複数のバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタにて分光された前記異なる複数の波長の光を同時に検出する1本のラインセンサと、
前記第1レンズと前記バンドパスフィルタとの間に複数配置され、前記ラインセンサの検出面上で複数の像が互いに重ならないように、前記第1レンズにて集光した光を、前記バンドパスフィルタを介して前記ラインセンサの検出面に同時に結像させる第2レンズと、
前記測定対象ごとの標準物質の成分と測定値との関係を示す検量線を記憶する記憶部と、
前記ラインセンサにて前記異なる複数の波長の光に分光して検出された光の測定値と前記記憶部に記憶された検量線に基づき、前記複数の位置の波長ごとの成分を測定する測定部とを備えたことを特徴とする光学的測定装置。
An optical measuring device for measuring a component to be measured that is conveyed at a predetermined speed or at a predetermined interval,
a light source unit that irradiates the object to be measured with light having a plurality of different wavelengths including the wavelength of the absorption peak of the object to be measured;
It is composed of a plurality of lenses arranged on the side of the object to be measured . a first lens that collects light with a plurality of lenses;
A plurality of bandpass filters that disperse the light condensed by the first lens into light of a plurality of different wavelengths including the wavelength of the absorption peak of the measurement target;
one line sensor that simultaneously detects the lights of the different wavelengths separated by the band-pass filter;
A plurality of filters are arranged between the first lens and the band-pass filter, and the light collected by the first lens is transferred to the band-pass filter so that a plurality of images do not overlap each other on the detection surface of the line sensor. a second lens that simultaneously forms an image on the detection surface of the line sensor via a filter;
a storage unit that stores a calibration curve showing the relationship between the component of the standard substance for each measurement object and the measured value;
A measurement unit that measures the components of each wavelength at the plurality of positions based on the measurement values of the light detected by the line sensor by splitting the light into the plurality of different wavelengths and the calibration curve stored in the storage unit. An optical measuring device comprising:
前記第1レンズに代えて鏡を用いることを特徴とする請求項に記載の光学的測定装置。 2. An optical measuring device according to claim 1 , wherein a mirror is used in place of said first lens. 前記光源部は、棒状の光源、ランプ、LEDの何れかを複数並べた光源であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学的測定装置。 3. The optical measuring apparatus according to claim 1, wherein the light source unit is a light source in which a plurality of rod-shaped light sources, lamps, or LEDs are arranged. 前記光源部は、照射面を均一にするための拡散板を備えたことを特徴とする請求項に記載の光学的測定装置。 4. The optical measuring device according to claim 3 , wherein the light source unit has a diffuser plate for making the irradiation surface uniform. 前記光源部は、前記照射面に光を効率よく与えるための高反射率の反射体を備えたことを特徴とする請求項に記載の光学的測定装置。 5. The optical measuring apparatus according to claim 4 , wherein said light source unit has a reflector with a high reflectance for efficiently applying light to said irradiation surface.
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