JPWO2016208023A1 - ウェブ検出装置及び検出方法 - Google Patents

Abstract

［課題］１台の撮影手段で正反射画像と乱反射画像を撮影できるようにする。［解決手段］ライン（１Ｅ）が印刷されたウェブ（１）の該ライン（１Ｅ）に対して光源（６）によって光線を照射し、光線をウェブ（１）上で正反射及び乱反射させる第１の視野領域（５Ａ１）並びに光線を乱反射させる第２の視野領域（５Ａ２）を撮影視野（５Ａ）にして撮影装置（５）で撮影する。光源（６）と撮影装置（５）を第１の視野領域（５Ａ１）と第２の視野領域（５Ａ２）がウェブの走行方向に沿って並ぶように配置する。

Description

本発明は、ウェブに印刷されたラインや絵柄、ウェブの端部等を光学的に検出する検出装置及び検出方法に関する。

図８の（ａ），（ｂ）にウェブ加工装置に適用される従来のウェブ蛇行制御装置を示す。ウェブ１は、巻き戻しリール２から巻き戻され、デフレクタローラ３Ａ、ガイドローラ３Ｂ、３Ｃなどでガイドされて矢印Ｘ方向に走行され、加工装置４において所定の加工が施される。なお、ウェブ１を走行駆動するウェブ走行機構は図示していない。

図９にウェブ１の平面の一例を示す。ウェブ１には、例えばその上面に、同一の絵柄１Ａが複数列（図９の例では、矢印Ｘ方向と直交するＹ方向である幅方向に５列）だけ印刷されている。なお、隣り合う列どうしの間隔は互いに等しく、各列の絵柄１Ａは、ウェブ１の矢印Ｘで示す走行方向に沿って一定ピッチで繰り返し印刷されている。

加工装置４としては、様々なものがあるが、その一例としては、ウェブ１を矢印Ｘ方向に沿って複数に切り分けるように切断する縦切断装置が挙げられる。加工装置４に到達したウェブ１は、例えば、各列の絵柄１Ａの間隔において列ごとに切断されて、複数の切断片１Ｂになる。

加工装置４は、各切断片１Ｂの矢印Ｙ方向の幅が互いに等しくなり、且つ、切断片１Ｂの各々の幅方向における中央位置に絵柄１Ａが位置するように、ウェブ１を切断する。ウェブ１における左右の余白部分１Ｃ，１Ｄは、加工装置４による切断によって除去される。加工装置４の他の一例としては、ウェブ１から各絵柄１Ａのみを個々に打ち抜いて分離させる打ち抜き加工装置が挙げられる。勿論、加工装置４は、これら２つの例に限らず、様々なものがある。

ところで、加工装置４が縦切断装置の場合に、ウェブ１の走行位置について、矢印Ｙ方向である幅方向に偏差が発生すると、絵柄１Ａに切断片１Ｂの中心からの偏差が発生したり、絵柄１Ａが切断されるという問題が生じる。また、加工装置４が上記の打ち抜き加工装置の場合であっても、ウェブ１の走行位置について幅方向に偏差が発生すると、絵柄１Ａをその外周に沿って正確に打ち抜くことができず、絵柄１Ａが切断されるという問題が生じる。

そこで、図９に示すように、ウェブ１に絵柄１Ａを印刷する際に同時に、その絵柄１Ａに影響を与えない端部付近にライン１Ｅを印刷しておいて、そのウェブ１を加工装置４に送る際に、図８（ｂ）に示すように、デフレクタローラ３Ａの上方に配置した撮影装置５によって、光源６で照射されたライン１Ｅを検出する。なお、図８（ａ）、図９では光源６を図示していない。そして、撮影装置５で撮影した画像に基づいて生成したライン１Ｅの検出信号をアクチュエータ制御部７に取り込んで、そのライン１Ｅを予め設定したライン基準位置に合致させるような制御信号を生成し、この制御信号でアクチュエータ７を制御して、巻き戻しリール２を＋Ｙ方向あるいは−Ｙ方向に移動させる。これにより、ライン１Ｅがライン基準位置に沿うようにウェブ１の走行が制御され、加工装置４に送り込まれる絵柄１Ａの偏差が補正される。

撮影装置５で撮影した画像中のウェブ１のライン１Ｅは、ウェブ１の地肌の色と区別できる色で印刷されるが、ウェブ１が透明フィルム製の場合は、そのウェブ１をガイドするデフレクタローラ３Ａも透明フィルム越しに撮影装置５で撮影される。

例えば、ウェブ１が透明フィルム製の場合において、デフレクタローラ３Ａに黒色のものが使用されるとき、そのウェブ１に印刷したライン１Ｅが黒色のライン１Ｅ１の場合は、光源６からの光線を乱反射させて得られる撮影装置５の撮影視野５Ａの画像は、図１０（ａ）に示すように、デフレクタローラ３Ａの黒い画像とライン１Ｅ１の黒い画像となるので、この場合の撮影視野５Ａのコントラストはかなり低くなり、撮影装置５で撮影した画像から黒色のライン１Ｅ１を識別することは非常に困難となる。

しかし、光源６からの光線を正反射させて得られる撮影装置５の撮影視野５Ａの画像は、図１０（ｂ）に示すように、その正反射によって透明フィルム製のウェブ１の表面が明るくなり、下面のデフレクタローラ３Ａの黒色が目立たなくなるので、この場合の撮影視野５Ａのコントラストは高くなり、画像黒色のライン１Ｅ１の識別が容易となる。

一方、ウェブ１が透明フィルム製の場合において、デフレクタローラ３Ａに黒色のものが使用されるとき、そのウェブ１に印刷したライン１Ｅが白色のライン１Ｅ２の場合は、光源６からの光線を乱反射させて得られる撮影装置５の撮影視野５Ａの画像は、図１１（ａ）に示すように、デフレクタローラ３Ａの黒い画像とライン１Ｅ２の白い画像となるので、この場合の撮影視野５Ａのコントラストは高くなり、白色のライン１Ｅ２を識別することは容易となる。

しかし、光源６からの光線を正反射させて得られる撮影装置５の撮影視野５Ａの画像は、図１１（ｂ）に示すように、その正反射によって透明フィルム製のウェブ１の表面が明るくなり、下面のデフレクタローラ３Ａの黒色が目立たなくなるので、この場合の撮影視野５Ａのコントラストはかなり低くなり、白色のライン１Ｅ２の識別は非常に困難になる。

上記のような場合、図１２に示すように、透明フィルム製のウェブ１のライン１Ｅを光源６で照射し、その光源６で照射されウェブ１の表面で正反射される光線で形成される正反射画像を撮影装置５ａで撮影し、ウェブ１の表面で乱反射される光線で形成される乱反射画像を撮影装置５ｂで撮影する。そして、ライン１Ｅの色が黒色のライン１Ｅ１の場合は撮影装置５ａで撮影される正反射画像に基づき黒色のライン１Ｅ１を検出し、ライン１Ｅの色が白色のライン１Ｅ２の場合は撮影装置５ｂで撮影される乱反射画像に基づきライン１Ｅ２を検出することで、高いコントラストの画像が得られ、ライン１Ｅが黒色でもまた白色でも高いＳ／Ｎで検出することができる。このように１個の光源と２個の撮影装置を使用する例として、特許文献１に記載がある。

特開平７−１２８２４０号公報

しかしながら、図１２で説明した手法を採用すると、２台の撮影装置５ａ，５ｂが必要になる問題があり、さらに、撮影装置５ａを正反射画像が撮影できる角度で配置し、撮影装置５ｂを乱反射画像を乱反射画像が撮影できる角度で配置する必要があるので、設置に手数がかかる問題がある。

本発明の目的は、１台の撮影手段で正反射画像と乱反射画像を撮影できるようにして、上記した問題を解決したウェブ検出装置及び検出方法を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のウェブ検出装置は、検出対象を備えるウェブの該検出対象を含む領域に対して光線を照射する光源と、該光源の光線を正反射及び乱反射させる前記ウェブの前記検出対象を含む領域の第１の視野領域並びに前記乱反射させる前記ウェブの前記検出対象を含む領域の第２の視野領域を撮影視野にして撮影する撮影手段とを備え、該撮影視野の画像に基づき前記検出対象を検出することを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のウェブ検出装置において、前記第１の視野領域と前記第２の視野領域が前記ウェブの走行方向に沿って並ぶように前記光源と前記撮影手段を配置したことを特徴とする。

請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のウェブ検出装置において、前記撮影手段が撮影した前記ウェブの前記第１の視野領域の画像と前記第２の視野領域の画像の内のコントラストが高い方の画像に基づき、前記検出対象を検出することを特徴とする。

請求項４にかかる発明は、請求項１、２又は３に記載のウェブ検出装置において、前記ウェブの前記検出対象は、前記ウェブに前記走行方向に沿って印刷されたライン、前記ウェブの前記走行方向に沿ったウェブ端部、あるいは前記ウェブに前記走行方向に繰り返し印刷された絵柄であることを特徴とする。

請求項５にかかる発明のウェブ検出方法は、検出対象を備えるウェブの該検出対象を含む領域に対して光線を照射し、該光線を前記ウェブ上で正反射及び乱反射させる前記ウェブの前記検出対象を含む領域の第１の視野領域並びに前記光線を前記乱反射させる前記ウェブの前記検出対象を含む領域の第２の視野領域を撮影視野にして撮影手段で撮影し、該撮影視野の画像に基づき前記検出対象を検出することを特徴とする。

請求項６にかかる発明は、請求項５に記載のウェブ検出方法において、前記第１の視野領域と前記第２の視野領域が前記ウェブの走行方向に沿って並ぶように前記光源と前記撮影手段を配置したことを特徴とする。

請求項７にかかる発明は、請求項５又は６に記載のウェブ検出方法において、前記撮影手段が撮影した前記ウェブの前記第１の視野領域の画像と前記第２の視野領域の画像の内のコントラストが高い方の画像に基づき、前記検出対象を検出することを特徴とする。

請求項８にかかる発明は、請求項５、６又は７に記載のウェブ検出方法において、前記ウェブの前記検出対象は、前記ウェブに前記走行方向に沿って印刷されたライン、前記ウェブの前記走行方向に沿ったウェブ端部、あるいは前記ウェブに前記走行方向に繰り返し印刷された絵柄であることを特徴とする。

本発明によれば、光源の光線を正反射及び乱反射させる第１の視野領域と乱反射させる第２の視野領域とを撮影視野にして撮影手段で撮影するので、光源及び撮影手段ともに１個で済む利点がある。

本発明の実施例のウェブ検出装置の概略構成を示す説明図である。 本発明の実施例のウェブ検出装置の撮影装置で撮影されるウェブ上の撮影視野の説明図である。 本発明の実施例のウェブ検出装置において黒色のガイドローラが下面に位置する透明フィルム製のウェブに黒色のラインを印刷した場合の撮影装置で撮影されるウェブ上の撮影視野の説明図である。 本発明の実施例のウェブ検出装置において黒色のガイドローラが下面に位置する透明フィルム製のウェブに白色のラインを印刷した場合の撮影装置で撮影されるウェブ上の撮影視野の説明図である。 ＺＮＣＣ手法を使用してウェブのラインの偏差を検出するセンサの説明図である。 ＺＮＣＣ手法を使用したテンプレートマッチングの説明図である。 テンプレートマッチングで得られた最高相関を持つ画像の説明図である。 （ａ）は従来のウェブ蛇行制御装置の平面図、（ｂ）は側面図である。 従来のウェブ蛇行制御装置を走行する絵柄とラインが印刷されたウェブの説明図である。 （ａ）は黒色のガイドローラが下面に位置する透明フィルム製のウェブに黒色のラインを印刷した場合に撮影装置で撮影されるウェブ上の乱反射の撮影視野の説明図、（ｂ）は正反射の撮影視野の説明図である。 （ａ）は黒色のガイドローラが下面に位置する透明フィルム製のウェブに白色のラインを印刷した場合に撮影装置で撮影されるウェブ上の乱反射の撮影視野の説明図、（ｂ）は正反射の撮影視野の説明図である。 従来の画像取得の説明図である。

図１に本発明の１つの実施例のウェブ検出装置を示す。ウェブ１の上方にそのウェブ１と平行に面形状の光源６を配置して、その光源６で発生した光線をウェブ１に対して斜め方向から照射すると、撮影装置５のレンズ５２を介して受光素子５１で撮影されるウェブ１の撮影視野５Ａは、入射光線の入射角度と同じ角度で反射される正反射光線及び入射角度とは異なったまちまちの角度で反射される乱反射光線が入り混じって発生する第１の視野領域５Ａ１と、乱反射光線のみが生じる第２の視野領域５Ａ２に分けることができる。

図２に示すように、撮影視野５Ａの内の第１の視野領域５Ａ１はウェブ１の矢印Ｘで示す走行方向の上流側に位置し、第２の視野領域は下流側に位置する。このように、ウェブ１に対して、図１に示すように、１個の光源６と１個の撮影装置５を配置することで、撮影装置５で撮影される１つの撮影視野５Ａの中に、ウェブ１の走行方向に並んだ第１の視野領域５Ａ１と第２の視野領域５Ａ２を生成することができる。

このため、ウェブ１が透明フィルム製の場合には、ウェブ１の撮影視野５Ａで捉えられる部分に印刷されるライン１Ｅの色と、その下部においてウェブ１をガイドするデフレクタローラ３Ａの色に応じて、第１の視野領域５Ａ１と第２の視野領域５Ａ２に現れるライン１Ｅについて、コントラストがより高い側の領域の画像を取り込むことで、Ｓ／Ｎの高い画像を取得することができ、ライン１Ｅの位置を正確に検出することができる。

図３はウェブ１として透明フィルムを使用し、デフレクタローラ３Ａが黒色の場合において、ウェブ１に印刷したライン１Ｅが黒色のライン１Ｅ１の場合の撮影視野５Ａを示す図である。ここでは、撮影視野５Ａの第１の視野領域５Ａ１は、正反射によって透明フィルム製のウェブ１が明るくなるため、ウェブ１の下面のデフレクタローラ３Ａの黒色が目立たず、黒色のライン１Ｅ１が目立っている。つまり、第１の視野領域５Ａ１の画像は高いコントラストを呈する。

しかし、第２の視野領域５Ａ２は、乱反射によって、透明フィルム製のウェブ１を透過した下面のデフレクタローラ３Ａの黒色が目立っているので、黒色のライン１Ｅ１が目立たなくなっている。つまり、第２の視野領域５Ａ２の画像は低いコントラストを呈する。

したがって、下面のデフレクタローラ３Ａが黒色の場合において、黒色のライン１Ｅ１を印刷した透明フィルム製のウェブ１を使用した場合には、撮影視野５Ａの内の第１の視野領域５Ａ１の画像を用いて黒色のライン１Ｅ１を検出することにより、安定した蛇行制御を行うことができる。

図４はウェブ１として透明フィルムを使用し、デフレクタローラ３Ａが黒色の場合において、ウェブ１に印刷したライン１Ｅが白色のライン１Ｅ２の場合の撮影視野５Ａを示す図である。ここでは、撮影視野５Ａの第１の視野領域５Ａ１は、正反射によって透明フィルム製のウェブ１が明るくなるため、ウェブ１の下面のデフレクタローラ３Ａの黒色が目立たず、白色のライン１Ｅ２も目立たない。つまり、第１の視野領域５Ａ１の画像は低いコントラストを呈する。

しかし、第２の視野領域５Ａ２は、乱反射によって、透明フィルム製のウェブ１を透過した下面のデフレクタローラ３Ａの黒色が目立っているので、白色のライン１Ｅ２が目立っている。つまり、第２の視野領域５Ａ２の画像は高いコントラストを呈する。

したがって、下面のデフレクタローラ３Ａが黒色の場合において、白色でライン１Ｅ２を印刷した透明フィルム製のウェブ１を使用した場合には、撮影視野５Ａの内の第２の視野領域５Ａ２の画像を用いて白色のライン１Ｅ２を検出することにより、安定した蛇行制御を行うことができる。

ここで、撮影装置５の撮影視野５Ａで得られた画像から、ライン１Ｅ（１Ｅ１，１Ｅ２）の基準位置からの偏差を検出するためにＺＮＣＣ（Zero-mean Normalaized Cross Correlation：ゼロ平均正規化相互相関）の手法を使用したセンサ１０を図５に示す。

このセンサ１０は、ライン１Ｅが基準位置にある画像を予め取得してテンプレート画像１１として確保しておいて、このテンプレート画像１１を使用して、撮影装置５で撮影した撮影視野５Ａの取得画像１２に対して、ＺＮＣＣ処理部１３でテンプレートマッチングのＺＮＣＣ処理を施す。

このＺＮＣＣ処理は、図６に示すように、テンプレート画像１１を、取得画像１２（撮影視野５Ａの画像）の左上から右方向に、また上から下方向に重ならないようにずらしながら走査し、テンプレート画像１１と同じ大きさの単位画像ごとにマッチング処理を行って、ライン１Ｅが含まれる最も相関の高い単位画像を抽出するものである。

ＺＮＣＣ処理で得られた最も相関の高い単位画像が、図７に示す単位画像１２Ａであるとすると、偏差検出部１４において、その単位画像１２Ａに含まれるライン１Ｅのウェブ１の走行方向である矢印Ｘ方向と直交する幅方向の一方の端のＹ座標Ｙ１と、テンプレート画像１１のライン１Ｅの基準座標Ｙ０との差分から、ライン１Ｅのズレ量である偏差成分ＥＲＲを検出する。

この偏差成分ＥＲＲは、センサ１０からアクチュエータ制御部７に入力し、アクチュエータ制御部７がその偏差成分ＥＲＲに相当する量だけ、図８で説明した巻戻しリール２を矢印＋Ｙ方向又は−Ｙ方向に移動させる。

以上のようにして行われるフィードバック制御の動作が繰り返されることにより、矢印Ｘ方向に走行するウェブ１のライン１ＥのＹ座標Ｙ１が、基準座標Ｙ０に一致するようになり、絵柄１Ａが正規の位置に整えられて加工装置４に送り込まれ、正常な加工が行われる。

本実施例によれば、図３及び図４で説明したように、撮影装置５の撮影視野５Ａに必ず第１の視野領域５Ａ１と第２の視野領域５Ａ２が含まれるので、透明フィルム製のウェブ１を使用した場合で、下面のデフレクタローラ３Ａが黒色の場合は、ウェブ１に印刷したライン１Ｅが黒色のライン１Ｅ１の場合でも、また白色のライン１Ｅ２の場合でも、第１の視野領域５Ａ１と第２の視野領域５Ａ２の一方から、ライン１Ｅ１又はライン１Ｅ２を含むコントラストの高い画像領域が得られる。下面のデフレクタローラ３Ａの色やライン１Ｅの色が黒以外でも同様である。

このため、前記したセンサ１０を使用することにより、自動的に最もコントラストの高い画像領域を使用して、前記したＹ座標Ｙ１が基準座標Ｙ０からずれている偏差成分ＥＲＲを正確に得ることができ、ウェブ１の蛇行制御を正確に行うことができる。

なお、以上では、ウェブ１にライン１Ｅを印刷して、このライン１Ｅ基準で蛇行制御を行う場合のウェブ検出について説明したが、図９で示したようなウェブ端部Ｆの画像を撮影して、そのウェブ端部Ｆが基準位置となるように蛇行制御する場合の検出にも同様に適用するこができる。また、絵柄１Ａの画像を撮影してその絵柄１Ａが基準位置となるように制御する場合の検出にも同様に適用することができる。

１：ウェブ、１Ａ：絵柄、１Ｂ：切断片、１Ｃ，１Ｄ：余白部分、１Ｅ，１Ｅ１，１Ｅ２：ライン、１Ｆ：ウェブ端部
２：巻き戻しリール
３Ａ：デフレクタローラ、３Ｂ，３Ｃ：ガイドローラ
４：加工装置
５：撮影装置、５Ａ：撮影視野、５Ａ１：第１の視野領域、５Ａ２：第２の視野領域
６：光源
７：アクチュエータ制御部
８：アクチュエータ
１０：センサ
１１：テンプレート画像
１２：取得画像、１２Ａ：単位画像
１３：ＺＮＣＣ処理部
１４：偏差検出部

Claims (8)

1. 検出対象を備えるウェブの該検出対象を含む領域に対して光線を照射する光源と、該光源の光線を正反射及び乱反射させる前記ウェブの前記検出対象を含む領域の第１の視野領域並びに前記乱反射させる前記ウェブの前記検出対象を含む領域の第２の視野領域を撮影視野にして撮影する撮影手段とを備え、該撮影視野の画像に基づき前記検出対象を検出することを特徴とするウェブ検出装置。
2. 請求項１に記載のウェブ検出装置において、
   前記第１の視野領域と前記第２の視野領域が前記ウェブの走行方向に沿って並ぶように前記光源と前記撮影手段を配置したことを特徴とするウェブ検出装置。
3. 請求項１又は２に記載のウェブ検出装置において、
   前記撮影手段が撮影した前記ウェブの前記第１の視野領域の画像と前記第２の視野領域の画像の内のコントラストが高い方の画像に基づき、前記検出対象を検出することを特徴とするウェブ検出装置。
4. 請求項１、２又は３に記載のウェブ検出装置において、
   前記ウェブの前記検出対象は、前記ウェブに前記走行方向に沿って印刷されたライン、前記ウェブの前記走行方向に沿ったウェブ端部、あるいは前記ウェブに前記走行方向に繰り返し印刷された絵柄であることを特徴とするウェブ検出装置。
5. 検出対象を備えるウェブの該検出対象を含む領域に対して光線を照射し、該光線を前記ウェブ上で正反射及び乱反射させる前記ウェブの前記検出対象を含む領域の第１の視野領域並びに前記光線を前記乱反射させる前記ウェブの前記検出対象を含む領域の第２の視野領域を撮影視野にして撮影手段で撮影し、該撮影視野の画像に基づき前記検出対象を検出することを特徴とするウェブ検出方法。
6. 請求項５に記載のウェブ検出方法において、
   前記第１の視野領域と前記第２の視野領域が前記ウェブの走行方向に沿って並ぶように前記光源と前記撮影手段を配置したことを特徴とするウェブ検出方法。
7. 請求項５又は６に記載のウェブ検出方法において、
   前記撮影手段が撮影した前記ウェブの前記第１の視野領域の画像と前記第２の視野領域の画像の内のコントラストが高い方の画像に基づき、前記検出対象を検出することを特徴とするウェブ検出方法。
8. 請求項５、６又は７に記載のウェブ検出方法において、
   前記ウェブの前記検出対象は、前記ウェブに前記走行方向に沿って印刷されたライン、前記ウェブの前記走行方向に沿ったウェブ端部、あるいは前記ウェブに前記走行方向に繰り返し印刷された絵柄であることを特徴とするウェブ検出方法。
   

Images