JPH05172533A - 寸法測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 糸、電線、ロープ、ワイヤ等の糸状体の外径
寸法をリアルタイムでかつ高精度に検出することがで
き、しかも安価な寸法測定器を提供する。 【構成】 ＬＥＤ等の光源１から発せられた光２は、レ
ンズ系３により平行光とされ、紙面に垂直な方向に延び
その方向に高速で搬送される糸１０に照射される。この
糸１０は上下方向に多少震えながら搬送されており、時
折毛羽１１のある部分がこの寸法測定器内を通過する。
この糸１０は、受光レンズ系４によりピンフォトダイオ
ードアレイ等の半導体光センサ２０の受光面上に結像さ
れる。半導体光センサの受光面は、光軸から、受光面上
に投影された糸状体の陰影の延びる縦方向に直角な左右
方向に離れるに従って縦方向に徐々に幅広に形成されて
いる。この半導体光センサ２０で得られた信号は回路部
３０に入力され、その信号に基づいて糸１０の外径寸法
が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、糸、電線、ロープ、ワ
イヤ等の糸状体の外径寸法を測定する寸法測定器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】糸や電線等の糸状体の製造工程やその後
の工程において、この糸状体の外径寸法が測定され製造
工程や製品の異常がないかどうかモニタされている。例
えば糸から布を織る工程では、糸が例えば６０００ｍ／
分もの速度で搬送され、この糸の径に異常があるとその
部分に応力が集中し、布を織っている途中で糸が切れて
しまいその製造中の布が製品とならずしかも布の製造の
中断を余儀なくされることとなり、糸の径を連続的にモ
ニタすることが望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような糸状体の
径を測定するために例えばＣＣＤカメラ等を用いること
が考えられる。しかし、例えば上記糸の場合、例えば６
０００ｍ／分もの高速で搬送されるため、ＣＣＤカメラ
では例えば１０ｃｍおきにしか測定されず、糸の径の異
常部分を見のがす率が大きすぎて使用できず、また糸の
径の異常を見のがさないようにこのＣＣＤカメラを複数
台配列すると非常に高価な測定器となってしまうという
問題がある。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑み、糸状体の外径
寸法をリアルタイムでかつ高精度に検出することがで
き、しかも安価な寸法測定器を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の寸法測定器は、光源と、該光源から発せられ
た光が糸状体の側方から該糸状体に照射されるように該
光を導く照射光学系と、半導体光センサと、上記糸状体
の陰影を半導体光センサの受光面上に投影する受光光学
系と、半導体光センサで得られた受光信号の大きさに基
づいて上記糸状体の外径寸法を求める寸法演算手段とを
備えた寸法測定器において、上記半導体光センサの受光
面が、光軸から、該受光面上に投影された上記糸状体の
陰影の延びる縦方向に直角な左右方向に離れるに従っ
て、縦方向に徐々に幅広に形成されてなることを特徴と
するものである。

【０００６】ここで、上記本発明の寸法測定器におい
て、上記受光面が、主受光面と、光軸から左右方向のう
ちの一方向に離れるに従って縦方向に徐々に幅広に形成
された第１の光量補正用受光面と、光軸から左右方向の
うちの他方向に離れるに従って縦方向に徐々に幅広に形
成された第２の光量補正用受光面とを有し、さらに、上
記本発明の寸法測定器が、上記第１の補正用受光面で得
られた第１の補正信号の大きさを、上記主受光面で受光
することにより得られた主信号に対し相対的に変化させ
る増幅率可変の第１の増幅器、上記第２の補正用受光面
で受光することにより得られた第２の補正信号の大きさ
を上記主信号に対し相対的に変化させる増幅率可変の第
２の増幅器、および上記主信号と、第１の増幅器を経由
した後の第１の補正信号と、第２の増幅器を経由した後
の第２の補正信号とを加算して受光信号を出力する加算
器を備えることが好ましい。

【０００７】また、上記本発明の寸法測定器において、
寸法演算手段が、半導体光センサで得られた受光信号を
フィルタリングする、互いに異なる周波数特性を有する
複数のフィルタを備えることも好ましい態様である。

【０００８】

【作用】糸状体の陰影を、例えばピンフォトダイオード
等の半導体光センサの受光面上に投影した場合、糸状体
の径が大きいとそれだけ受光面上の陰影も大きくなり、
したがって糸状体の径に応じて半導体光センサから出力
される受光信号の大きさが変化する。本発明はこの原理
を利用したものであるが、この原理を用いて糸状体の径
を正しく測定するには糸状体が存在しない場合に受光面
上が空間的に均一に照射されていることが前提であり、
光量分布が均一でないとその分が寸法測定の誤差とな
る。ところが、通常は光軸上は光量が大きく光軸から離
れるに従って光量が低下する。そこで通常は光学フィル
タ等により光量分布の均一化を図るが、それでもなお光
量分布の存在を避けることはできない。

【０００９】そこで、本発明では、発想を転換し、この
光量分布が存在することを是認し、光量分布をなくす対
策を採る代わりに半導体光センサの受光面を、光軸から
上記左右方向に離れるに従って縦方向に徐々に幅広に形
成したものであり、これにより受光面上に照射される光
の光量分布に起因する誤差が補正され高精度に寸法を測
定することができることとなる。しかもアナログ的にリ
アルタイムで寸法が測定されるため、高速度な測定が可
能であり、かつ単純な構成で済むため安価に構成するこ
とができる。

【００１０】ここで、本発明の寸法測定器は、光量分布
を許容したものではあるが、光学系を組み立てたときに
特に調整を行なわないと、光軸から左右方向に離れるに
従って左右対称に光量が減衰するような光量分布が得ら
れるとは限らず、その光量分布は一般的には左右非対称
となる。そこで、上記受光面を上記主受光面、上記第１
の補正用受光面、上記第２の補正用受光面の３つに分離
し、上記第１の補正用受光面、上記第２の補正用受光面
のそれぞれで得られた第１の補正信号、第２の補正信号
の増幅率を互いに独立に調整して上記３つの信号を加算
するように構成すると、受光面上を照射する光の光量分
布が左右非対称であることが許容され、これにより光学
系の調整が容易な、したがって一層安価な寸法測定器が
構成される。

【００１１】また、上記のようにして得られた受光信号
をフィルタリングする、互いに異なる周波数特性を備え
た複数のフィルタを備えると、これら各フィルタから出
力された信号に基づいて、例えば糸状体の外径のゆっく
りとした変化と、傷や毛羽等による瞬間的な外径の変化
等を互いに区別して測定することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は、本発明の一実施例に係る寸法測定
器の概略構成図である。ＬＥＤ等の光源１から発せられ
た光２は、レンズ系３により平行光とされ、この図１の
紙面に垂直な方向に延びその方向に高速で搬送される糸
１０に照射される。この糸１０は図１の上下方向（矢印
Ａ，Ｂ方向）に多少震えながら搬送されており、時折毛
羽１１のある部分がこの寸法測定器内を通過する。この
糸１０は、受光レンズ系４によりピンフォトダイオード
アレイ等の半導体光センサ２０の受光面上に結像され
る。この半導体光センサ２０で得られた信号は回路部３
０に入力され、その信号に基づいて糸１０の外径寸法が
求められる。またこの回路部３０からは光源１から発せ
られる光２の光量を常に一定に保つための制御信号が出
力される。

【００１３】図２は、半導体光センサ２０の受光面のパ
ターンの一例を表わした図（図２（Ａ））、及びこの受
光面を照射する光の光量分布の例を表わした図（図２
（Ｂ），（Ｃ））である。図２（Ａ）に示す半導体光セ
ンサ２０は、その受光面が、図２（Ａ）に示すように、
糸１０が図２（Ａ）の縦方向に延びるように結像される
ように配置されるものであり、したがって糸１０の搬送
に伴って糸１０が震えると糸１０の陰影は図２（Ａ）の
左右方向（矢印Ａ，Ｂ方向）に震えることになる。

【００１４】この半導体光センサ２０の受光面は、左右
方向に長い矩形の主受光面２１、および図２（Ａ）に示
す糸１０の陰影の中央から左右方向に離れるに従って図
２（Ａ）の縦方向に徐々に幅広に形成された第１および
第２の補正用受光面２２，２３が形成されている。また
本実施例では、受光面２１，２２の左に隣接した位置に
光量制御用受光面２４が備えられている。これらの各受
光面２１，２２，２３，２４からは互いに独立に信号線
（図示せず）が引き出されている。

【００１５】ここで、これらの受光面２１，２２，２
３，２４上には、図２（Ｂ）に示すような光量分布をも
つ光が照射され、したがってこの図２（Ｂ）に示すよう
に糸１０の陰影の位置によって受光面全体の受光光量は
異なることとなる。しかもこの光量分布は、図２（Ｂ）
の破線や一点鎖線に示すように、多数組み立てた各寸法
測定器により異なる場合もある。また、光学系の調整を
厳密に行なわなくてもよいことを許容すると、図２
（Ｃ）に示すように各寸法測定器により左右の光量分布
が対称とならない場合も生じることとなる。

【００１６】そこで、ここでは、図２（Ａ）に示すよう
なパターンの半導体光センサ２０を用い、以下のように
信号処理を行なうことにより、光量分布の存在およびそ
の光量分布が左右非対称であることに起因する測定誤差
を吸収している。図３は、図２に示す回路部３０内の回
路構成を表わしたブロック図である。図２に示す主受光
面２１で得られた主信号は、端子３１から回路部３０に
入力され増幅器４１で適切に増幅された後加算器４５に
入力される。また、図２に示す第１および第２の補正用
受光面２２，２３で得られた第１および第２の補正用信
号はそれぞれ端子３２，３３から入力されそれぞれ増幅
率可変型の増幅器４２，４３でそれぞれ調整された増幅
率で増幅され、加算器４５に入力される。ここで、第１
の補正用信号と第２の補正用信号はその増幅率が別々に
調整されるが、これにより、図２（Ｃ）に示すように光
量分布が左右非対称であってもこれに起因する測定誤差
が吸収される。また、主信号に対する第１および第２の
補正信号の大きさを調整することにより、図２（Ｂ）に
示すようにその光量分布の形状が異なっても、これに起
因する測定誤差を吸収することができる。

【００１７】加算器４５ではそれぞれ適切に増幅された
主信号、第１の補正信号および第２の補正信号が加算さ
れ、ローパスフィルタ５１およびバンドパスフィルタ５
２に入力される。ここでローパスフィルタ５１は、搬送
速度を考慮して、糸１０の細かな毛羽１１等に影響され
ない程度にゆるやかな径の変化がモニタされるようにそ
の周波数特性が定められており、バンドパスフィルタ５
２は、糸１０の搬送速度及び毛羽１１の大きさを考慮し
て毛羽１１が通過した時点でこの毛羽１１の存在が検出
されるようにその周波数特性が定められている。このよ
うに互いに周波数特性の異なるフィルタを備え、種々の
目的に適合した寸法測定を行なうことができる。

【００１８】また、図２に示す光量補正用受光面２４で
得られた信号は端子３４から入力され、増幅器４４で適
切に増幅された後、図１に示すように光源１に入力され
る。光源１は、この入力された信号に基づいて、この光
源１から常に一定光量の光２が発せられるように制御さ
れる。尚、本実施例では、図２（Ａ）に示すように、半
導体光センサ２０に光量制御用受光面２４を有している
が、一定光量を発するためのフィードバックに用いるセ
ンサがこの半導体光センサ２０に備えられている必要は
なく、何らかの手段により光源１０から常に一定光量の
光が発せられればよく、もしくは光量変動をモニタして
糸１０の寸法を補正するように構成してもよい。

【００１９】また、上記実施例では互いに独立した第１
および第２の補正用受光面２２，２３が備えられている
が、これらの受光面２２，２３を一体化し、その代わり
に光量分布が左右対称となるように光学系を調整するこ
ととしてもよい。さらに、組み立てた多数の寸法測定器
において光量分布のパターンが常に同一となるように調
整することとした場合は、第１および第２の補正用受光
面２２，２３が主受光面２１と一体化されていてもよ
い。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の寸法測定
器は、半導体光センサの受光面が、光軸から、該受光面
上に投影された糸状体の陰影の延びる縦方向に直角な左
右方向に離れるに従って縦方向に徐々に幅広に形成され
ているため、受光面上に照射される光の光量が均一でな
く光量分布が存在していてもこの光量分布に起因する誤
差が補正され、したがって糸状体の寸法を高精度に測定
することができる。またアナログ的にリアルタイムで測
定することができ、したがって高速度な測定が可能とな
りかつ構成が簡単であるため安価となる。

【００２１】また、上記受光面を主受光面、第１の補正
用受光面、第２の補正用受光面の３つに分離し、第１の
補正用受光面、第２の補正用受光面でそれぞれ得られた
第１の補正信号、第２の補正信号の増幅率を互いに独立
に調整してこれら３つの信号を加算するように構成した
場合は、受光面上を照射する光の光量分布が左右非対称
であることが許容され、これにより光学系の調整が容易
な、したがって一層安価な寸法測定器が構成される。

【００２２】さらに、互いに異なる周波数特性を備えた
複数のフィルタを備えると、これら各フィルタから出力
される信号に基づいて、例えば糸状体の外径のゆっくり
とした変化や傷や毛羽等による瞬間的な外径の変化等を
互いに区別して測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る寸法測定器の概略構成
図である。

【図２】半導体光センサの受光面のパターンの一例を表
わした図（Ａ）、及びこの受光面を照射する光の光量分
布の例を表わした図（Ｂ，Ｃ）である。

【図３】図２に示す回路部内の回路構成を表わしたブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 光源 １０ 糸 １１ 毛羽 ２０ 半導体光センサ ２１ 主受光面 ２２ 第１の補正用受光面 ２３ 第２の補正用受光面 ２４ 光量制御用受光面 ３０ 回路部 ４１，４２，４３，４４ 増幅器 ５１ ローパスフィルタ ５２ バンドパスフィルタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源から発せられた光が糸
   状体の側方から該糸状体に照射されるように該光を導く
   照射光学系と、半導体光センサと、前記糸状体の陰影を
   前記半導体光センサの受光面上に投影する受光光学系
   と、前記半導体光センサで得られた受光信号の大きさに
   基づいて前記糸状体の外径寸法を求める寸法演算手段と
   を備えた寸法測定器において、 前記半導体光センサの受光面が、光軸から、該受光面上
   に投影された前記糸状体の陰影の延びる縦方向に直角な
   左右方向に離れるに従って、前記縦方向に徐々に幅広に
   形成されてなることを特徴とする寸法測定器。
2. 【請求項２】 前記受光面が、主受光面と、光軸から前
   記左右方向のうちの一方向に離れるに従って前記縦方向
   に徐々に幅広に形成された第１の光量補正用受光面と、
   光軸から前記左右方向のうちの他方向に離れるに従って
   前記縦方向に徐々に幅広に形成された第２の光量補正用
   受光面とを有し、 さらに、前記第１の補正用受光面で受光することにより
   得られた第１の補正信号の大きさを、前記主受光面で受
   光することにより得られた主信号に対し相対的に変化さ
   せる増幅率可変の第１の増幅器、前記第２の補正用受光
   面で受光することにより得られた第２の補正信号の大き
   さを前記主信号に対し相対的に変化させる増幅率可変の
   第２の増幅器、および前記主信号と、前記第１の増幅器
   を経由した後の第１の補正信号と、前記第２の増幅器を
   経由した後の第２の補正信号とを加算して受光信号を出
   力する加算器を備えたことを特徴とする請求項１記載の
   寸法測定器。
3. 【請求項３】 前記寸法演算手段が、前記半導体光セン
   サで得られた受光信号をフィルタリングする、互いに異
   なる周波数特性を有する複数のフィルタを備えたことを
   特徴とする請求項１又は２記載の寸法測定器。