JP7249559B2 - エッジ検出センサ - Google Patents

Description

本発明は、エッジ検出センサに関するものである。

一方向に長い帯状ワークを長手方向に沿って移動させる際に、その帯状ワークのエッジ位置を検出するエッジ検出センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１のエッジ検出センサは、長手方向に沿って移動される帯状ワークのエッジを検出し、その検出結果を外部機器に出力する。これにより、外部機器においてエッジ検出センサの検出結果に基づく帯状ワークのずれ量に応じた蛇行修正制御が可能となる。

特開平１１－３３４９５３号公報

ところで、上記のようなエッジ検出センサで検出する帯状ワークとしてコンデンサや電池等に用いられる電極体のように、そのエッジ部分（辺部）に電極タブを突出形成したものもある。このような場合、エッジ検出センサでは電極タブを含んでエッジ位置検出を行うため、本来のエッジとは異なる部位である電極タブの先端を帯状ワークのエッジ位置として誤検出することになる。このため、例えばエッジ検出センサによって検出されたエッジ位置に基づいて帯状ワークの蛇行を修正制御する際に悪影響を与えることとなる。

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って、その目的は、検出対象のエッジ位置の誤検出を低減できるエッジ検出センサを提供することにある。

上記課題を解決するエッジ検出センサは、検出対象を挟んで対向配置される投光部及び受光部と、前記受光部の受光状態に基づいて前記検出対象のエッジ位置を検出する検出部と、前記検出部で検出された所定期間における複数の検出エッジ位置情報に基づき算出エッジ位置情報を算出する算出部と、前記算出部で算出した前記算出エッジ位置情報を出力する出力部と、前記検出部で検出された前記検出エッジ位置情報の内の最も新しい最新エッジ位置情報と前記算出部で算出した前記算出エッジ位置情報との差に基づいて前記検出対象の異常を判定する異常判定部と、前記異常判定部において判定対象となった前記算出エッジ位置情報の直前の算出エッジ位置情報を保持用エッジ位置情報として記憶する記憶部と、前記異常判定部で異常が判定された場合に、前記出力部による前記算出エッジ位置情報の出力を禁止するとともに、前記記憶部に記憶された前記保持用エッジ位置情報を前記出力部に出力させる出力制御部と、を備える。

上記態様によれば、所定期間の検出エッジ位置情報に基づいて算出した算出エッジ位置情報と現在の最新エッジ位置情報との差に基づいて異常を判定するため、タブ等によるエッジ位置の変化を直ちに判定することが可能となる。また、異常判定時には記憶される保持用エッジ位置情報を出力するため、出力されるエッジ位置の情報がタブ等による影響を抑えることができる。

本開示の一態様によれば、検出対象のエッジ位置の誤検出を低減できるエッジ検出センサを提供できる。

実施形態におけるエッジ検出センサのブロック図。 同実施形態におけるエッジ検出センサの読み飛ばし制御を説明するフローチャート。 同実施形態におけるエッジ検出センサの読み飛ばし制御を説明する説明図。

以下、エッジ検出センサの一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のエッジ検出センサ１０は、例えば帯状ワークＷのエッジの蛇行状態（ずれ）を検出するものである。なお、本実施形態の検出対象である帯状ワークＷは、図示しない搬送部により帯状ワークＷの長手方向に移動するものである。

エッジ検出センサ１０は、帯状ワークＷを挟んで対向配置される投光部１１及び受光部１２と、投光部１１及び受光部１２を制御するコントローラ１３と、を有する。また、エッジ検出センサ１０は、コントローラ１３における各種設定情報を入力可能な入力部１４を有する。

投光部１１は、対向する受光部１２に対して光を出力する。投光部１１の光源としては特に限定されないが、一例としてＬＥＤやレーザ光源などを採用することができる。
受光部１２は、投光部１１から出射された光に応じて帯状ワークＷのエッジを検出するエッジ検出部１２ａを有する。エッジ検出部１２ａは、長手方向に移動される帯状ワークＷのエッジを連続的に検出する。エッジ検出部１２ａで検出された検出エッジ位置情報ＳＫをコントローラ１３に出力する。

エッジ検出部１２ａによるエッジの検出方法の一例として、光路中に物体が存在しない全光入力時における投光部１１の出力（全受光量）と、前記光路中に物体が存在する場合の投光部１１の出力との比から物体のエッジ位置を検出する光量方式や、物体のエッジにおける光のフレネル回折による光量分布パターンを解析して物体のエッジ位置を検出するフレネル回折方式を採用することができる。また、光量方式とフレネル回折方式とを併用してもよい。

コントローラ１３は、投光部１１並びに受光部１２と接続される。
本実施形態のコントローラ１３は、その処理機能の１つとして、エッジ検出部１２ａにて検出された検出エッジ位置情報ＳＫが予め設定された読み飛ばし条件を満たすとき、検出したエッジ位置を読み飛ばして、すなわちその出力を禁止するとともにその直前の出力値を保持して出力する読み飛ばし制御機能を有する。読み飛ばし条件は、例えば入力部１４によりユーザが適宜設定可能である。入力部１４では、読み飛ばし条件として「閾値」、「サンプル数」が設定可能で或る。閾値では、タブＴであると判定するべく帯状ワークＷのタブＴの高さ（延出方向長さ）に対する割合（パーセンテージ）を設定する。サンプル数では、後述するメディアンフィルタ２２における精度（サンプリング数）を設定する。すなわち、本実施形態の入力部１４は、サンプリング数設定部に相当する。

エッジ検出部１２ａから出力される検出エッジ位置情報ＳＫは、帯状ワークＷのエッジ位置情報を検出エッジ位置情報ＳＫとしてメディアンフィルタ２２並びに差分判定部２３に入力される。

メディアンフィルタ２２は、複数の検出エッジ位置情報ＳＫから中央値を算出し、その算出した値を算出エッジ位置情報ＳＣとして、記憶部２４、出力部２５及び差分判定部２３に出力する。具体的には、メディアンフィルタ２２はエッジ検出部１２ａから逐次入力される検出エッジ位置情報ＳＫの内、所定のサンプリング数（所定期間）で中央値を算出する。また、新しい検出エッジ位置情報ＳＫが入力された場合に中央値を算出する対象の検出エッジ位置情報ＳＫをずらして新たな中央値（算出エッジ位置情報ＳＣ）を算出する。より詳しくは、新しい検出エッジ位置情報ＳＫがメディアンフィルタ２２に入力された場合、メディアンフィルタ２２は最も古い検出エッジ位置情報ＳＫを除外した上で新しい検出エッジ位置情報ＳＫを含む複数の検出エッジ位置情報ＳＫから新たな中央値である算出エッジ位置情報ＳＣを算出する。なお、メディアンフィルタ２２は算出部に相当する。算出部としてのメディアンフィルタ２２により中央値（算出エッジ位置情報ＳＣ）を算出することで、帯状ワークＷのエッジの蛇行で想定される値とは異なる値（ノイズ）が除去されることとなる。その結果、帯状ワークのばたつき等のノイズによる影響を抑えて算出エッジ位置情報ＳＣを算出することができる。

記憶部２４は、メディアンフィルタ２２から出力された算出エッジ位置情報ＳＣを記憶する。記憶部２４は複数の算出エッジ位置情報ＳＣを記憶するようにしてもよい。このとき、記憶部２４は、現在（最新）の算出エッジ位置情報ＳＣの１つ前の算出エッジ位置情報ＳＣを記憶する。この１つ前の算出エッジ位置情報ＳＣを以下では保持用エッジ位置情報ＳＨという。

差分判定部２３は、検出エッジ位置情報ＳＫの内の最も新しい（現在の）最新エッジ位置情報ＳＮと算出エッジ位置情報ＳＣとの差分値Ｓａを算出し、その差分値Ｓａを比較判定部２６に出力する。

比較判定部２６は、差分値Ｓａと閾値Ｔ１とを比較する。ここで、閾値Ｔ１は、閾値設定部２７において、入力部１４により設定した「閾値」に基づいて設定される。ここで、閾値Ｔ１は、入力部１４により設定した「閾値」そのものであってもよいし、入力部１４により設定した「閾値」を予め決められた調整方法により調整した値であってもよい。

比較判定部２６は、差分値Ｓａが閾値Ｔ１以下である場合、正常であると判定する。同様に、比較判定部２６は、閾値Ｔ１よりも差分値Ｓａの方が大きい場合、異常であると判定する。比較判定部２６は、その判定結果を出力部２５に出力する。

出力部２５は、出力制御部としての解除判定部２８と接続される。解除判定部２８は、比較判定部２６における判定結果が正常である場合には、出力部２５による算出エッジ位置情報ＳＣを外部への出力を許可した状態となっている。解除判定部２８は、比較判定部２６の判定結果が異常である場合には、出力部２５による算出エッジ位置情報ＳＣの出力が禁止する。そして、解除判定部２８は、記憶部２４に記憶された保持用エッジ位置情報ＳＨを出力部２５から出力させる。保持用エッジ位置情報ＳＨの出力部２５から出力される期間は、異常状態であると判定されてから所定のホールド解除条件を満たして異常の状態でなくなった上で、ホールド時間経過する間の期間である。ホールド解除条件の一例として、最新エッジ位置情報ＳＮ及び保持用エッジ位置情報ＳＨの差分値が、閾値Ｔ１以下、且つ、算出エッジ位置情報ＳＣと保持用エッジ位置情報ＳＨとの差分値が、閾値Ｔ１以下である場合とする。

次に、差分値比較から正常状態及び異常状態における出力を判定する処理フローについて図２を用いて説明する。
図２に示すように、比較判定部２６は、差分値Ｓａと閾値Ｔ１とを比較する（ステップＳ１０）。

比較判定部２６は、閾値Ｔ１が差分値Ｓａ以下である場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、正常であると判定してその旨の信号を出力部２５に出力する（ステップＳ１１）。正常である旨の信号が出力部２５に入力されると、解除判定部２８の出力部２５による算出エッジ位置情報ＳＣを外部への出力が許可されているため、出力部２５は算出エッジ位置情報ＳＣを外部に出力する（ステップＳ１２）。次いで、記憶部２４は、出力部２５から出力された算出エッジ位置情報ＳＣを保持用エッジ位置情報ＳＨとして記憶する（ステップＳ１３）。

比較判定部２６は、閾値Ｔ１よりも差分値Ｓａの方が大きい場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、異常である（タブＴを検出した）と判定してその旨の信号を出力部２５に出力する（ステップＳ１４）。異常である旨の信号が出力部２５に入力されると、解除判定部２８は、出力部２５による算出エッジ位置情報ＳＣを外部への出力が禁止し、解除判定部２８は出力部２５から記憶部２４に記憶された保持用エッジ位置情報ＳＨを外部に出力する（ステップＳ１５）。

次いで、解除判定部２８は、最新エッジ位置情報ＳＮ及び保持用エッジ位置情報ＳＨの差分値Ｓａ１が閾値Ｔ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。解除判定部２８は、最新エッジ位置情報ＳＮ及び保持用エッジ位置情報ＳＨの差分値Ｓａ１が閾値Ｔ１を超えている場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、ステップＳ１５から処理を繰り返す。解除判定部２８は、最新エッジ位置情報ＳＮ及び保持用エッジ位置情報ＳＨの差分値Ｓａ１が閾値Ｔ１未満である場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、保持用エッジ位置情報ＳＨを出力部２５から出力する（ステップＳ１７）。

次いで、解除判定部２８は、ホールド時間経過したか否かを判定する（ステップＳ１８）。解除判定部２８は、ホールド時間を経過するまで（ステップＳ１８：ＮＯ）、ステップＳ１７から繰り返す。解除判定部２８は、ホールド時間を経過した場合に、出力部２５による算出エッジ位置情報ＳＣの出力の禁止を解除して算出エッジ位置情報ＳＣを出力部２５から出力させる（ステップＳ１９）。次いで、記憶部２４は、出力部２５から出力された算出エッジ位置情報ＳＣを保持用エッジ位置情報ＳＨとして記憶する（ステップＳ２０）。

次に、帯状ワークＷのエッジ検出における一連の制御フローについて図３を用いて説明する。図３では、受光部１２から４０回分の出力信号がコントローラ１３に対して出力された場合におけるシミュレーション結果を示している。より詳しくは図３の上段に４０回分の各値の表を示し、下段に前記表に対応するグラフを示している。なお、本例では、サンプリング数（フィルタ強度）並びにホールド時間が「８」に設定されており、タブ閾値及びタブ高さに基づき閾値Ｔ１が３０に設定される。また、図３中、検出値が検出エッジ位置情報ＳＫの値を示し、中央値が算出エッジ位置情報ＳＣの値を示し、出力値が出力部２５から出力される値を示している。なお、本例では全４０回分の出力信号の内、回数「１１」～「１４」の範囲においてタブＴが存在する。

図３からわかるように始動時においては、検出エッジ位置情報ＳＫ（ＨＶ）のみが得られる。検出エッジ位置情報ＳＫがサンプリング数と同じ分だけ得られると、メディアンフィルタ２１により算出エッジ位置情報ＳＣが得られる。換言すると、メディアンフィルタ２１は、検出エッジ位置情報ＳＫがサンプリング数だけ揃うと算出エッジ位置情報ＳＣを算出することができる。また、メディアンフィルタ２１は、前述したように、新しい検出エッジ位置情報ＳＫがメディアンフィルタ２２に入力された場合、最も古い検出エッジ位置情報ＳＫを除外した上で新しい検出エッジ位置情報ＳＫを含む複数の検出エッジ位置情報ＳＫから新たな中央値である算出エッジ位置情報ＳＣを算出するようになっている。この算出タイミングについて図３を用いて具体的に説明する。先ず、回数「１」～「８」における期間で得られた８つの検出エッジ位置情報ＳＫ（出力値）から算出エッジ位置情報ＳＣを算出する。次いで、回数「９」においてメディアンフィルタ２１に対して検出エッジ位置情報ＳＫ（検出値）が入力されると、最も古い回数「１」の検出エッジ位置情報ＳＫを算出対象から除外し、回数「２」～「９」における期間で得られた８つの検出エッジ位置情報ＳＫ（出力値）から新たな算出エッジ位置情報ＳＣを算出する。すなわち、或るタイミングＴＧで得られた算出エッジ位置情報ＳＣの算出対象である複数の検出エッジ位置情報ＳＫと、タイミングＴＧの１つ後で得られた算出エッジ位置情報ＳＣの算出対象である複数の検出エッジ位置情報ＳＫとはその一部が重複する。

図３に示すように、タブＴの存在する回数「１１」において、最新エッジ位置情報ＳＮ及び算出エッジ位置情報ＳＣの差分値Ｓａ（＝５９）が閾値Ｔ１（＝３０）を超える。このとき、出力部２５による算出エッジ位置情報ＳＣ（中央値）の出力が禁止され、出力部２５から保持用エッジ位置情報ＳＨ（出力値＝１）が出力される。また、タブＴの存在する回数「１２」～「１４」においても同様に最新エッジ位置情報ＳＮ及び算出エッジ位置情報ＳＣの差分値Ｓａが閾値Ｔ１を超えるため、出力部２５による算出エッジ位置情報ＳＣ（中央値）の出力が禁止され、出力部２５から保持用エッジ位置情報ＳＨ（出力値＝１）が出力される。

図３において回数「１９」において、最新エッジ位置情報ＳＮ及び算出エッジ位置情報ＳＣの差分値Ｓａ（＝５９）が閾値Ｔ１（＝３０）以下となる。このとき、最新エッジ位置情報ＳＮ及び保持用エッジ位置情報ＳＨの差分値Ｓａ１が、閾値Ｔ１以下であるため、ホールド解除条件を満たす。その後、ホールド時間の間、保持用エッジ位置情報ＳＨが出力される。そして、ホールド時間経過後の回数「２８」において正常の状態であるとして算出エッジ位置情報ＳＣ（現在の中央値）が出力される。

本実施形態の効果を説明する。
（１）所定期間の検出エッジ位置情報ＳＫに基づいて算出した算出エッジ位置情報ＳＣと現在の最新エッジ位置情報ＳＮとの差に基づいて異常を判定するため、タブＴによるエッジ位置の変化を直ちに判定することが可能となる。また、異常判定時には記憶される保持用エッジ位置情報ＳＨを出力するため、出力されるエッジ位置の情報がタブＴによる影響を抑えることができる。

（２）最新エッジ位置情報ＳＮ及び算出エッジ位置情報ＳＣの差分値Ｓａと予め設定される異常検出閾値としての閾値Ｔ１とを比較して、差分値Ｓａが閾値Ｔ１を超えた場合に検出対象である帯状ワークＷの異常と判定する。このように差分値Ｓａと閾値Ｔ１との比較により異常を判定することができる。

（３）エッジ位置情報の変化幅を設定可能な異常値設定部としての入力部１４により、予めタブＴの大きさが既知である場合にはその大きさを設定することで最適な閾値Ｔ１が設定されるので、確実なタブＴの異常判定が行われ、タブＴによるエッジ位置検出の誤検出を低減できる。

（４）最新エッジ位置情報ＳＮ及び保持用エッジ位置情報ＳＨの差分値Ｓａが、閾値Ｔ１以下である場合、異常の状態から正常の状態に復帰させることができる。
（５）ホールド時間を入力部１４により設定可能とすることで、ユーザの帯状ワークＷやその他巻取機等の設備に合わせた設定が可能となる。

（６）複数の検出エッジ位置情報ＳＫの中央値を算出するため、タブＴによるエッジ位置の変化開始点による影響を抑えることができ、算出エッジ位置情報ＳＣとして出力される情報においてタブＴによる影響を低減できる。

（７）タブＴの大きさや帯状ワークＷの移動速度に応じたサンプリング数を設定可能とすることで、タブＴによるエッジ位置の変化の影響がより少ない中央値（算出エッジ位置情報ＳＣ）の算出が可能となり、算出エッジ位置情報ＳＣとして出力される情報においてタブＴによる影響をより低減可能となる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記実施形態では、算出エッジ位置情報ＳＣとして所定期間における複数の検出エッジ位置情報ＳＫからメディアンフィルタ２２を用いて算出した中央値を用いた方法を採用したが、これに限らない。例えば、所定期間における複数の検出エッジ位置情報ＳＫの平均値を算出エッジ位置情報ＳＣとして用いてもよい。また、所定期間における複数の検出エッジ位置情報ＳＫの最頻値を算出エッジ位置情報ＳＣとして用いてもよい。

・上記実施形態では、算出エッジ位置情報ＳＣに用いる所定期間における検出エッジ位置情報ＳＫのサンプリング数（フィルタ強度）を「８」としたがこれに限らない。サンプリング数を９以上又は７以下としてもよい。これらのサンプリング数はユーザが任意に選択できるものである。また、ホールド時間を「８」としたが同様に、ユーザによって任意に選択し、適宜変更されるものである。

・上記実施形態では特に言及していないが、投光部１１と受光部１２とコントローラ１３とをそれぞれ別の筐体に収容した別体構成や、投光部１１と受光部１２とコントローラ１３の内の少なくとも２つ以上を同一の筐体に収容した一体構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、異常判定閾値と第１正常判定閾値とを同一の閾値Ｔ１としたが、異常判定閾値と第１正常判定閾値とを別の値としてもよい。この場合、異常状態から正常状態に復帰する条件である第１正常判定閾値はいずれも異常判定閾値以下であることが好ましい。このとき、異常判定閾値に対して第１正常判定閾値を異常判定閾値よりも小さくした場合に、異常状態から正常状態への判定を厳しくすることができる。

・上記実施形態では、受光部１２にエッジ検出部１２ａを備えた構成を採用したが、エッジ検出部１２ａをコントローラ１３に備えた構成を採用してもよい。
・上記実施形態では、帯状ワークＷのエッジに設けられるタブＴを読み飛ばすこととしたが、例えば帯状ワークＷのエッジから幅方向に窪んだ凹部を読み飛ばす場合であってもよい。

１０…エッジ検出センサ、１１…投光部、１２…受光部、１２ａ…エッジ検出部（検出部）、１４…入力部（サンプリング数設定部、異常値設定部及びホールド時間設定部）、２２…メディアンフィルタ（算出部）、２４…記憶部、２５…出力部、２６…比較判定部（異常判定部）、２７…閾値設定部、２８…解除判定部（出力制御部）、Ｓａ，Ｓａ１…差分値、ＳＣ…算出エッジ位置情報、ＳＨ…保持用エッジ位置情報、ＳＫ…検出エッジ位置情報、ＳＮ…最新エッジ位置情報、Ｔ１…閾値（異常検出閾値、第１正常検出閾値、第２正常検出閾値）、Ｗ…帯状ワーク（検出対象）。

Claims (10)

1. 検出対象を挟んで対向配置される投光部及び受光部と、
   前記受光部の受光状態に基づいて前記検出対象のエッジ位置を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された所定期間における複数回のサンプリングで得られた複数の検出エッジ位置情報に基づき算出エッジ位置情報を算出する算出部と、
   前記算出部で算出した前記算出エッジ位置情報を出力する出力部と、
   前記検出部で検出された前記検出エッジ位置情報の内の最も新しい最新エッジ位置情報と前記算出部で算出した前記算出エッジ位置情報との差に基づいて前記検出対象の異常を判定する異常判定部と、
   前記異常判定部において判定対象となった前記算出エッジ位置情報の直前の算出エッジ位置情報を保持用エッジ位置情報として記憶する記憶部と、
   前記異常判定部で異常が判定された場合に、前記出力部による前記算出エッジ位置情報の出力を禁止するとともに、前記記憶部に記憶された前記保持用エッジ位置情報を前記出力部に出力させる出力制御部と、を備えるエッジ検出センサ。
2. 前記異常判定部は、前記最新エッジ位置情報及び前記算出エッジ位置情報の差分値と、予め設定される異常検出閾値とを比較して前記差分値が前記異常検出閾値を超えた場合に前記検出対象の異常と判定する、請求項１に記載のエッジ検出センサ。
3. 前記複数の検出エッジ位置情報の変化幅を設定可能な異常値設定部と、
   前記異常値設定部で設定された変化幅に基づいて前記異常検出閾値を設定する閾値設定部とをさらに備える、請求項２に記載のエッジ検出センサ。
4. 前記異常判定部は、前記最新エッジ位置情報及び前記保持用エッジ位置情報の差分値が、予め前記異常検出閾値以下に設定された第１正常検出閾値以下である場合に異常の状態でなくなったと判定し、
   前記出力制御部は、異常の状態でなくなったと判定された場合、前記出力部による前記算出エッジ位置情報の出力の禁止を解除して前記算出エッジ位置情報を前記出力部に出力させる、請求項２又は請求項３に記載のエッジ検出センサ。
5. 前記異常判定部は、前記最新エッジ位置情報及び前記保持用エッジ位置情報の差分値が、予め前記異常検出閾値以下に設定された第１正常検出閾値以下である場合に異常の状態でなくなったと判定し、
   前記出力制御部は、異常の状態でなくなったと判定された場合に、予め設定されたホールド時間の間前記保持用エッジ位置情報を出力させた後、前記出力部による前記算出エッジ位置情報の出力の禁止を解除して前記算出エッジ位置情報を前記出力部に出力させる、請求項２又は請求項３に記載のエッジ検出センサ。
6. 前記ホールド時間を設定するホールド時間設定部を備える、請求項５に記載のエッジ検出センサ。
7. 前記第１正常検出閾値は前記異常検出閾値より小さい、請求項４～６の何れか１項に記載のエッジ検出センサ。
8. 前記算出部は、前記複数の検出エッジ位置情報からその中央値を算出し、その算出した中央値を前記算出エッジ位置情報とする、請求項１～７の何れか１項に記載のエッジ検出センサ。
9. 前記算出部で中央値を算出する際の検出エッジ位置情報の情報数を設定するサンプリング数設定部を備える、請求項８に記載のエッジ検出センサ。
10. 前記検出対象は、一方向に長い帯状ワークであり、
    前記検出部は、前記帯状ワークのエッジ位置を連続的に検出する、請求項１～９の何れか１項に記載のエッジ検出センサ。

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