特許 6126485 速度計測装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6126485

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】速度計測装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/58 20060101AFI20170424BHJP

   G01S 7/497 20060101ALI20170424BHJP

   G01P 3/36 20060101ALI20170424BHJP

【ＦＩ】

   G01S17/58

   G01S7/497

   G01P3/36 E

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-152272(P2013-152272)

(22)【出願日】2013年7月23日

(65)【公開番号】特開2015-21914(P2015-21914A)

(43)【公開日】2015年2月2日

【審査請求日】2016年3月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】上野 達也

【審査官】 ▲高▼場 正光

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００４−５１３３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３８９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０６９０３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 ALLGEIER,T. 外２名，“High precision length measurement by means of multi-sensory laser-feedback interferometry”，OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING，２０００年，Volume 32，Pages 507-514

【文献】 TRUAX,B.E. 外２名，“Laser Doppler velocimeter for velocity and length measurements of moving surfaces”，APPLIED OPTICS，１９８４年 １月 １日，Volume 23, Number 1，Pages 67-73

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／４８ − Ｇ０１Ｓ ７／５１

Ｇ０１Ｓ １７／００ − Ｇ０１Ｓ １７／９５

Ｇ０１Ｐ １／００ − Ｇ０１Ｐ ３／８０

Ｇ０１Ｐ ７／００ − Ｇ０１Ｐ １１／０２

Ｇ０１Ｐ ２１／００ − Ｇ０１Ｐ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体にレーザ光を放射する半導体レーザと、
前記レーザ光と前記物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む信号を検出する検出手段と、
前記検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記物体の表面速度を算出する速度算出手段と、
前記干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離を算出する距離算出手段と、
前記物体上に校正治具を搭載して前記表面速度の校正を行う速度校正時または前記校正治具をその一部として備えた前記物体を搬送して前記表面速度の校正を行う速度校正時に、前記距離算出手段が算出した距離の値に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別する判別手段と、
前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部である期間中の前記表面速度の積分値と前記校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、前記表面速度を校正する校正手段とを備えることを特徴とする速度計測装置。

【請求項2】

請求項１記載の速度計測装置において、
さらに、前記距離算出手段の代わりに、前記検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離に比例した干渉波形の情報を抽出する距離比例情報抽出手段を備え、
前記判別手段は、前記距離算出手段が算出した距離の値を用いる代わりに、速度校正時に前記距離比例情報抽出手段が抽出した干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別することを特徴とする速度計測装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の速度計測装置において、
前記校正治具は、板状の部材で、その上部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記上部の長さが前記既知の長さであることを特徴とする速度計測装置。

【請求項4】

請求項１または２記載の速度計測装置において、
前記校正治具は、開口部を備えた板状の部材で、その開口部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記開口部の長さが前記既知の長さであることを特徴とする速度計測装置。

【請求項5】

請求項３または４記載の速度計測装置において、
前記校正治具は、前記定尺部の始点と終点において前記半導体レーザの光軸上の前記距離の不連続点を作るための傾斜が前記定尺部の側面に与えられていることを特徴とする速度計測装置。

【請求項6】

搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体にレーザ光を放射する放射ステップと、
前記レーザ光と前記物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む信号を検出する検出ステップと、
前記検出ステップで得られた出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記物体の表面速度を算出する速度算出ステップと、
前記干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離を算出する距離算出ステップと、
前記物体上に校正治具を搭載して前記表面速度の校正を行う速度校正時または前記校正治具をその一部として備えた前記物体を搬送して前記表面速度の校正を行う速度校正時に、前記距離算出ステップで算出した距離の値に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別する判別ステップと、
前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部である期間中の前記表面速度の積分値と前記校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、前記表面速度を校正する校正ステップとを含むことを特徴とする速度計測方法。

【請求項7】

請求項６記載の速度計測方法において、
さらに、前記距離算出ステップの代わりに、前記検出ステップで得られた出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離に比例した干渉波形の情報を抽出する距離比例情報抽出ステップを備え、
前記判別ステップは、前記距離算出ステップで算出した距離の値を用いる代わりに、速度校正時に前記距離比例情報抽出ステップで抽出した干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別することを特徴とする速度計測方法。

【請求項8】

請求項６または７記載の速度計測方法において、
前記校正治具は、板状の部材で、その上部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記上部の長さが前記既知の長さであることを特徴とする速度計測方法。

【請求項9】

請求項６または７記載の速度計測方法において、
前記校正治具は、開口部を備えた板状の部材で、その開口部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記開口部の長さが前記既知の長さであることを特徴とする速度計測方法。

【請求項10】

請求項８または９記載の速度計測方法において、
前記校正治具は、前記定尺部の始点と終点において前記半導体レーザの光軸上の前記距離の不連続点を作るための傾斜が前記定尺部の側面に与えられていることを特徴とする速度計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体の表面速度を計測する速度計測装置および方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、紙、フィルム、セロファン、金属箔、ゴムなどのロール状に巻き取った物体（以下、ウェブと呼ぶ）を送出部から繰り出して、ウェブに対して所定の処理を行い、処理後のウェブを受取部によって巻き取るウェブ搬送装置が知られている。このようなウェブ搬送装置では、ウェブの表面速度を一定に制御し、巻き出し・巻き取りしたウェブの長さを正確に計測する必要がある。

【0003】

ウェブの表面速度と絶対距離を同時に計測する手段としては、自己結合型のレーザ速度計が提案されている（特許文献１参照）。また、ウェブの表面速度を計測する別の手段として、非接触式のドップラーレーザ速度計がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２３０３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された自己結合型のレーザ速度計やドップラーレーザ速度計では、ウェブに対する取り付け角度が変わると、計測値の校正が必要になる。しかし、正確な取り付け角度が分からないと、校正を正しく行うことができず、校正誤差が生じるという問題点があった。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、表面速度の計測値の校正を正しく行うことができる速度計測装置および方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の速度計測装置は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体にレーザ光を放射する半導体レーザと、前記レーザ光と前記物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む信号を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記物体の表面速度を算出する速度算出手段と、前記干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離を算出する距離算出手段と、前記物体上に校正治具を搭載して前記表面速度の校正を行う速度校正時または前記校正治具をその一部として備えた前記物体を搬送して前記表面速度の校正を行う速度校正時に、前記距離算出手段が算出した距離の値に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別する判別手段と、前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部である期間中の前記表面速度の積分値と前記校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、前記表面速度を校正する校正手段とを備えることを特徴とするものである。

【0008】

また、本発明の速度計測装置の１構成例は、さらに、前記距離算出手段の代わりに、前記検出手段の出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離に比例した干渉波形の情報を抽出する距離比例情報抽出手段を備え、前記判別手段は、前記距離算出手段が算出した距離の値を用いる代わりに、速度校正時に前記距離比例情報抽出手段が抽出した干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別することを特徴とするものである。
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記校正治具は、板状の部材で、その上部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記上部の長さが前記既知の長さである。
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記校正治具は、開口部を備えた板状の部材で、その開口部が前記定尺部であり、前記物体の搬送方向に沿った前記開口部の長さが前記既知の長さである。
また、本発明の速度計測装置の１構成例において、前記校正治具は、前記定尺部の始点と終点において前記半導体レーザの光軸上の前記距離の不連続点を作るための傾斜が前記定尺部の側面に与えられているものである。

【0009】

また、本発明の速度計測方法は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体にレーザ光を放射する放射ステップと、前記レーザ光と前記物体からの戻り光との自己結合効果によって生じる干渉波形を含む信号を検出する検出ステップと、前記検出ステップで得られた出力信号に含まれる干渉波形の情報に基づいて前記物体の表面速度を算出する速度算出ステップと、前記干渉波形の情報に基づいて前記半導体レーザと物体との距離を算出する距離算出ステップと、前記物体上に校正治具を搭載して前記表面速度の校正を行う速度校正時または前記校正治具をその一部として備えた前記物体を搬送して前記表面速度の校正を行う速度校正時に、前記距離算出ステップで算出した距離の値に基づいて前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部かどうかを判別する判別ステップと、前記半導体レーザの前方に存在する物体が前記校正治具の定尺部である期間中の前記表面速度の積分値と前記校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、前記表面速度を校正する校正ステップとを含むことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、物体上に校正治具を搭載して表面速度の校正を行う速度校正時または校正治具をその一部として備えた物体を搬送して表面速度の校正を行う速度校正時に、距離算出手段が算出した距離の値に基づいて半導体レーザの前方に存在する物体が校正治具の定尺部かどうかを判別し、半導体レーザの前方に存在する物体が校正治具の定尺部である期間中の表面速度の積分値と校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、表面速度を校正することにより、表面速度の計測値の校正を正しく行うことができる。本発明の自己結合型の速度計測装置は、ドップラーレーザ速度計と異なり、表面速度と同時に絶対距離を計測することができるため、簡単な構成で表面速度の校正を行うことができる。

【0011】

また、本発明では、距離算出手段が算出した距離の値を用いる代わりに、速度校正時に距離比例情報抽出手段が抽出した干渉波形の情報に基づいて半導体レーザの前方に存在する物体が校正治具の定尺部かどうかを判別することができる。

【0012】

また、本発明では、定尺部の始点と終点において距離の不連続点を作るための傾斜を校正治具の定尺部の側面に与えることにより、定尺部の始点と終点を明確にすることができ、表面速度の校正誤差を更に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置を適用するウェブ搬送装置の構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の第１の実施の形態における半導体レーザの発振波長の時間変化の１例を示す図である。

【図4】本発明の第１の実施の形態における電流−電圧変換増幅部の出力電圧波形およびフィルタ部の出力電圧波形を模式的に示す波形図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態における演算部の構成の１例を示すブロック図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態における距離比例個数算出部の動作を説明するための図である。

【図7】本発明の第１の実施の形態における演算部の速度校正処理を示すフローチャートである。

【図8】速度校正処理を説明する図である。

【図9】本発明の第１の実施の形態において速度校正時に計測される距離の１例を示す図である。

【図10】本発明の第２の実施の形態において速度校正時に計測される距離比例個数の１例を示す図である。

【図11】本発明の第３の実施の形態における校正治具の断面形状を示す図である。

【図12】本発明の第４の実施の形態における校正治具の断面形状を示す図である。

【図13】本発明の第４の実施の形態において速度校正時に計測される距離の１例を示す図である。

【図14】本発明の第５の実施の形態における校正治具の断面形状を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る速度計測装置の構成を示すブロック図である。図１の速度計測装置は、測定対象のウェブ１１にレーザ光を放射する半導体レーザ１と、半導体レーザ１の光出力を電気信号に変換するフォトダイオード２と、半導体レーザ１からの光を集光して放射すると共に、ウェブ１１からの戻り光を集光して半導体レーザ１に入射させるレンズ３と、半導体レーザ１を駆動する発振波長変調手段となるレーザドライバ４と、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する電流−電圧変換増幅部５と、電流−電圧変換増幅部５の出力電圧から搬送波を除去するフィルタ部６と、フィルタ部６の出力電圧に含まれる自己結合信号であるモードホップパルス（以下、ＭＨＰとする）の数を数える信号抽出部７と、信号抽出部７の計数結果に基づいてウェブ１１の表面速度を算出する演算部８と、演算部８の計測結果を表示する表示部９とを有する。

【0015】

半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とは、センサモジュール１０を構成している。また、フォトダイオード２と電流−電圧変換増幅部５とは、検出手段を構成している。

【0016】

図２は本実施の形態の速度計測装置を適用するウェブ搬送装置の構成を示すブロック図である。ウェブ搬送装置は、送出側ガイド軸１００と、受取側ガイド軸１０１と、送出側ガイド軸１００に装着される送出側ロール１０２と、受取側ガイド軸１０１に装着される受取側ロール１０３と、送出側ガイド軸１００を駆動し、送出側ロール１０２を回転させる送出側モータ駆動部（不図示）と、受取側ガイド軸１０１を駆動し、受取側ロール１０３を回転させる受取側モータ駆動部（不図示）と、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する制御部１０４とを有する。

【0017】

送出側モータ駆動部が送出側ロール１０２を回転させると、送出側ロール１０２に巻かれたウェブ１１が繰り出される。受取側では、受取側モータ駆動部が受取側ロール１０３を回転させることにより、受取側ロール１０３がウェブ１１を巻き取る。
制御部１０４は、ウェブ１１の張力と速度とがそれぞれ所望の値になるように、送出側モータ駆動部と受取側モータ駆動部とを制御する。

【0018】

半導体レーザ１とフォトダイオード２とレンズ３とからなるセンサモジュール１０は、図２に示すように送出側ガイド軸１００と受取側ガイド軸１０１間のウェブ１１上に配置され、ウェブ１１に対してレーザ光を斜方照射する。レーザ光を斜方照射するのは、ウェブ１１の表面速度をレーザ光軸方向の速度ベクトルとして計測するためである。
図１のレーザドライバ４と電流−電圧変換増幅部５とフィルタ部６と信号抽出部７と演算部８と表示部９とは、制御部１０４の内部に設けられる。

【0019】

次に、本実施の形態の速度計測装置の動作を詳細に説明する。以下、説明容易にするために、半導体レーザ１には、モードホッピング現象を持たない型（ＶＣＳＥＬ型、ＤＦＢレーザ型）のものが用いられているものと想定する。

【0020】

レーザドライバ４は、時間に関して一定の変化率で増減を繰り返す三角波駆動電流を注入電流として半導体レーザ１に供給する。これにより、半導体レーザ１は、注入電流の大きさに比例して発振波長が一定の変化率で連続的に増加する第１の発振期間と発振波長が一定の変化率で連続的に減少する第２の発振期間とを交互に繰り返すように駆動される。図３は、半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図である。図３において、Ｐ１は第１の発振期間、Ｐ２は第２の発振期間、λａは各期間における発振波長の最小値、λｂは各期間における発振波長の最大値、Ｔｔは三角波の周期である。本実施の形態では、発振波長の最大値λｂおよび発振波長の最小値λａはそれぞれ常に一定になされており、それらの差λｂ−λａも常に一定になされている。

【0021】

半導体レーザ１から出射したレーザ光は、レンズ３によって集光され、ウェブ１１に入射する。ウェブ１１で反射された光の一部は、レンズ３によって集光され、半導体レーザ１に入射する。ただし、レンズ３による集光は必須ではない。フォトダイオード２は、半導体レーザ１の内部又はその近傍に配置され、半導体レーザ１の光出力を電流に変換する。電流−電圧変換増幅部５は、フォトダイオード２の出力電流を電圧に変換して増幅する。

【0022】

フィルタ部６は、変調波から重畳信号（ＭＨＰ）を抽出する機能を有するものである。図４（Ａ）は電流−電圧変換増幅部５の出力電圧波形を模式的に示す図、図４（Ｂ）はフィルタ部６の出力電圧波形を模式的に示す図である。これらの図は、フォトダイオード２の出力に相当する図４（Ａ）の波形（変調波）から、図３の半導体レーザ１の発振波形（搬送波）を除去して、図４（Ｂ）のＭＨＰ波形（干渉波形）を抽出する過程を表している。

【0023】

次に、信号抽出部７は、フィルタ部６の出力電圧に含まれるＭＨＰの数を第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２の各々について数える。特許文献１で説明しているとおり、ＭＨＰは半導体レーザ１から放射されたレーザ光とウェブ１１からの戻り光との自己結合効果によって生じる信号である。信号抽出部７は、論理ゲートからなるカウンタを利用するものでもよいし、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を利用してＭＨＰの周波数（すなわち単位時間あたりのＭＨＰの数）を計測するものでもよい。

【0024】

次に、演算部８は、信号抽出部７が数えたＭＨＰの数に基づいてウェブ１１の表面速度を算出する。図５は演算部８の構成の１例を示すブロック図である。演算部８は、信号抽出部７の計数結果等を記憶する記憶部８０と、半導体レーザ１とウェブ１１との平均距離に比例したＭＨＰの数（以下、距離比例個数とする）ＮＬを求める距離比例個数算出部８１（距離比例情報抽出手段）と、ウェブ１１の表面速度を算出する速度算出部８２と、信号抽出部７によってＭＨＰの数を数える期間における最小発振波長と最大発振波長と信号抽出部７の計数結果とから半導体レーザ１とウェブ１１との距離を算出する距離算出部８３と、ウェブ１１上に後述する校正治具を搭載して表面速度の校正を行う速度校正時に、距離算出部８３が算出した距離の値に基づいて半導体レーザ１の前方に存在する物体が校正治具の定尺部かどうかを判別する判別部８４と、半導体レーザ１の前方に存在する物体が校正治具の定尺部である期間中の表面速度の積分値と校正治具の定尺部の既知の長さとが等しくなるように、表面速度を校正する校正部８５とから構成される。

【0025】

まず、演算部８の速度算出処理について説明する。信号抽出部７の計数結果は、演算部８の記憶部８０に格納される。距離比例個数算出部８１は、記憶部８０に格納された、信号抽出部７の計数結果から距離比例個数ＮＬを求める。図６（Ａ）、図６（Ｂ）は距離比例個数算出部８１の動作を説明するための図であり、図６（Ａ）は半導体レーザ１の発振波長の時間変化を示す図、図６（Ｂ）は信号抽出部７の計数結果の時間変化を示す図である。図６（Ｂ）において、Ｎｕは第１の発振期間Ｐ１の計数結果、Ｎｄは第２の発振期間Ｐ２の計数結果である。

【0026】

図６（Ａ）から明らかなように、第１の発振期間Ｐ１と第２の発振期間Ｐ２は交互に訪れるので、計数結果Ｎｕと計数結果Ｎｄも交互に現れる。計数結果Ｎｕ，Ｎｄは、距離比例個数ＮＬとウェブ１１のレーザ光軸方向の速度ベクトルに比例したＭＨＰの数（以下、変位比例個数とする）ＮＶとの和もしくは差である。距離比例個数ＮＬは、計数結果ＮｕとＮｄの平均値に相当する。また、計数結果ＮｕまたはＮｄと距離比例個数ＮＬとの差が、変位比例個数ＮＶに相当する。

【0027】

距離比例個数算出部８１は、次式に示すように現時刻ｔ以前の計数結果ＮｕとＮｄとを用いて、距離比例個数ＮＬを算出する。
ＮＬ＝（Ｎｕ＋Ｎｄ）／２ ・・・（１）

【0028】

距離比例個数ＮＬは、記憶部８０に格納される。距離比例個数算出部８１は、以上のような距離比例個数ＮＬの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。

【0029】

次に、速度算出部８２は、距離比例個数ＮＬからウェブ１１の表面速度を算出する。信号抽出部７の計数結果Ｎ（すなわち、ＮｕまたはＮｄ）と距離比例個数ＮＬとの差がウェブ１１の表面速度に比例するため、半導体レーザ１の発振波長変調の搬送波（三角波）の半周期あたりのウェブ１１の進行方向の変位Ｄは次式で算出できる。
Ｄ＝λ／２×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ ・・・（２）

【0030】

式（２）において、λは半導体レーザ１の発振平均波長、θは図２に示すように半導体レーザ１からのレーザ光の光軸がウェブ１１に対してなす角度である。搬送波の周波数をｆとすると、式（２）よりウェブ１１の表面速度Ｖは次式で算出できる。
Ｖ＝α×λ×ｆ×｜Ｎ−ＮＬ｜×ｃｏｓθ ・・・（３）

【0031】

式（３）におけるαは校正係数であり、校正係数αの初期値は１である。速度算出部８２は、式（３）による表面速度Ｖの算出処理を、信号抽出部７によってＭＨＰの数が測定される時刻毎（発振期間毎）に行う。表示部９は、演算部８が算出したウェブ１１の表面速度Ｖを表示する。

【0032】

次に、演算部８の速度校正処理について説明する。図７は演算部８の速度校正処理を示すフローチャートである。
まず、速度校正時には、図８に示すように既知の長さＪＬの定尺部を備えた校正治具１２をウェブ１１上に載せてウェブ１１の搬送を上記と同様に行う（図７ステップＳ１００）。本実施の形態では、半導体レーザ１からのレーザ光が当たる校正治具１２の上部が既知の長さＪＬの定尺部となっている。なお、ウェブ１１の搬送方向と校正治具１２の長さ方向とが平行である必要があるので、校正誤差を防ぐため、校正治具１２は真上から見たときの直径がＪＬの平面視円形であることが好ましい。また、校正治具１２は、ウェブ１１の搬送方向と垂直な１対の辺のうち一方が上底で他方が下底の平面視台形であってもよい。この台形の高さがＪＬとなる。

【0033】

また、校正治具１２の厚みは、距離算出部８３が算出する距離の分解能以上の厚みであることが必要である。ウェブ１１上に校正治具１２を安定的に搭載しておくことが難しい場合には、校正治具１２をウェブ１１に固定するようにすればよい。このときの固定方法としては、例えば粘着テープ等による方法がある。

【0034】

次に、演算部８の距離算出部８３は、信号抽出部７によってＭＨＰの数を数える期間における最小発振波長λａと最大発振波長λｂと信号抽出部７の計数結果とから、レーザ光の光軸方向にある物体と半導体レーザ１との距離Ｌを算出する（図７ステップＳ１０１）。この距離算出方法は、例えば特開２０１０−２１０３８２号公報に開示されており、周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。

【0035】

続いて、演算部８の判別部８４は、距離算出部８３が算出した距離Ｌの値から半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部かどうかを判別する（図７ステップＳ１０２）。図９に示すように縦軸に距離Ｌ、横軸に時間ｔをとった場合、距離算出部８３が算出する距離Ｌの値は、半導体レーザ１からのレーザ光が校正治具１２に当たっているときに小さくなり、レーザ光がウェブ１１に当たっているときに大きくなる。

【0036】

したがって、判別部８４は、例えば距離Ｌが減少し且つこの減少時の距離Ｌが微分不可能であるときを校正治具１２へのレーザ光の照射が始まったときと判断することができ、この減少の後に距離Ｌが増加し且つこの増加時の距離Ｌの単位時間当たりの変化量の絶対値が所定値以上であるときを校正治具１２へのレーザ光の照射が終わったときと判断することができ、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部である期間（図９のＪｔ）を検出することができる。

【0037】

演算部８の校正部８５は、判別部８４の判別結果から、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部である期間中の表面速度Ｖの積分値Ｉを算出し、この積分値Ｉと校正治具１２の定尺部の既知の長さＪＬとから校正係数αを以下のように算出する（図７ステップＳ１０３）。
α＝ＪＬ／Ｉ ・・・（４）

【0038】

そして、校正部８５は、算出した校正係数αを速度算出部８２に設定して、校正係数αの値を更新する（図７ステップＳ１０４）。以上で、速度校正処理が終了する。こうして、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部である期間中の表面速度Ｖの積分値Ｉと校正治具１２の定尺部の既知の長さＪＬとが等しくなるように、表面速度Ｖを校正することができる。以降の速度算出処理では、速度校正処理で更新した校正係数αの値が使用される。

【0039】

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、距離算出部８３が算出した距離Ｌの値から半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部かどうかを判別しているが、距離比例個数ＮＬの値から半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部かどうかを判別するようにしてもよい。図１０に示すように縦軸に距離比例個数ＮＬ、横軸に時間ｔをとった場合、距離比例個数算出部８１が算出する距離比例個数ＮＬの値は、半導体レーザ１からのレーザ光が校正治具１２に当たっているときに小さくなり、レーザ光がウェブ１１に当たっているときに大きくなる。

【0040】

したがって、判別部８４は、例えば距離比例個数ＮＬが減少し且つこの減少時の距離比例個数ＮＬが微分不可能であるときを校正治具１２へのレーザ光の照射が始まったときと判断することができ、この減少の後に距離比例個数ＮＬが増加し且つこの増加時の距離比例個数ＮＬの単位時間当たりの変化量の絶対値が所定値以上であるときを校正治具１２へのレーザ光の照射が終わったときと判断することができ、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部である期間（図１０のＪｔ）を検出することができる。

【0041】

校正部８５の動作は第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、第１の実施の形態において距離Ｌの代わりに距離比例個数ＮＬを用いて、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２の定尺部かどうかを判別することができる。

【0042】

［第３の実施の形態］
第１〜第２の実施の形態では、速度校正処理時に断面が長方形の校正治具１２を使用しているが、このような形状の校正治具１２の場合、半導体レーザ１からのレーザ光が校正治具１２の側面に当たることにより、校正治具１２の定尺部の始点、終点の判断がし辛くなる。

【0043】

そこで、校正治具１２の代わりに、図１１に示すように半導体レーザ１からのレーザ光が当たる上面が既知の長さＪＬの定尺部となる、断面が台形の校正治具１２ａを使用してもよい。この台形の上底の長さがＪＬであり、下底の長さＤＬは上底よりも短い（ＪＬ＞ＤＬ）。ウェブ１１の垂線１３に対する校正治具１２ａの側面の傾きφは、半導体レーザ１からのレーザ光の光軸がウェブ１１に対してなす角度θ以上であることが好ましい。

【0044】

こうして、本実施の形態では、校正治具１２の代わりに校正治具１２ａを用いることにより、第１〜第２の実施の形態と比較して、表面速度Ｖの校正誤差を更に改善することができる。
なお、ウェブ１１の搬送方向に対して校正治具１２ａが傾くことによる校正誤差を防ぐため、第１の実施の形態と同様に校正治具１２ａは真上から見たときの直径がＪＬの平面視円形であることが好ましい。また、校正治具１２ａは、ウェブ１１の搬送方向と垂直な１対の辺のうち一方が上底で他方が下底の平面視台形であってもよい。この台形の高さがＪＬとなる。

【0045】

［第４の実施の形態］
第１〜第３の実施の形態では、距離算出部８３が算出する距離の分解能以上の厚みを有する校正治具１２，１２ａの上面が既知の長さＪＬの定尺部となっているが、距離算出部８３が算出する距離の分解能以上の深さを有する開口部を既知の長さＪＬの定尺部としてもよい。つまり、校正治具１２，１２ａの代わりに、図１２に示すように長さＪＬの開口部１４を備えた校正治具１２ｂを使用してもよい。開口部１４は、上記のとおり距離の分解能以上の深さを有するものであればよく、校正治具１２ｂを貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。

【0046】

図１３に示すように縦軸に距離Ｌ、横軸に時間ｔをとった場合、距離算出部８３が算出する距離Ｌの値は、半導体レーザ１からのレーザ光が校正治具１２ｂの外枠部１５に照射されているときに小さくなり、レーザ光がウェブ１１または校正治具１２ｂの開口部１４に照射されているときに大きくなる。距離比例個数算出部８１が算出する距離比例個数ＮＬについても図１３と同様の変化を示す。

【0047】

したがって、判別部８４は、例えば距離Ｌがいったん減少した後に増加し且つこの増加時の距離Ｌが微分不可能であるときを校正治具１２ｂの定尺部へのレーザ光の照射が始まったときと判断することができ、この増加の後に距離Ｌが減少し且つこの減少時の距離Ｌの単時間当たりの変化量の絶対値が所定値以上であるときを校正治具１２ｂの定尺部へのレーザ光の照射が終わったときと判断することができ、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２ｂの定尺部である期間（図１３のＪｔ）を検出することができる。

【0048】

また、判別部８４は、例えば距離比例個数ＮＬがいったん減少した後に増加し且つこの増加時の距離比例個数ＮＬが微分不可能であるときを校正治具１２ｂの定尺部へのレーザ光の照射が始まったときと判断することができ、この増加の後に距離比例個数ＮＬが減少し且つこの減少時の距離比例個数ＮＬの単時間当たりの変化量の絶対値が所定値以上であるときを校正治具１２ｂの定尺部へのレーザ光の照射が終わったときと判断することができ、半導体レーザ１の光軸方向に存在する物体が校正治具１２ｂの定尺部である期間を検出することができる。

【0049】

校正部８５の動作は第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、第１〜第２の実施の形態において校正治具１２の代わりに校正治具１２ｂを用いても、第１〜第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、ウェブ１１の搬送方向に対して校正治具１２ｂが傾くことによる校正誤差を防ぐため、校正治具１２ｂの開口部１４は真上から見たときの直径がＪＬの平面視円形であることが好ましい。また、校正治具１２ｂは、ウェブ１１の搬送方向と垂直な１対の辺のうち一方が上底で他方が下底の平面視台形であってもよい。この台形の高さがＪＬとなる。

【0050】

［第５の実施の形態］
第４の実施の形態では、開口部１４の断面形状が長方形の校正治具１２ｂを使用しているが、このような形状の校正治具１２ｂの場合、半導体レーザ１からのレーザ光が開口部１４の側面に当たることにより、校正治具１２ｂの定尺部の始点、終点の判断がし辛くなる。

【0051】

そこで、校正治具１２ｂの代わりに、図１４に示すように断面が台形の開口部１４ｃを備えた校正治具１２ｃを使用してもよい。この台形の上底の長さがＪＬであり、下底の長さＢＬは上底よりも長い（ＪＬ＜ＢＬ）。第４の実施の形態と同様に、開口部１４ｃは、距離算出部８３が算出する距離の分解能以上の深さを有するものであればよく、校正治具１２ｃを貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。ウェブ１１の垂線１３に対する開口部１４ｃの側面の傾きφは、半導体レーザ１からのレーザ光の光軸がウェブ１１に対してなす角度θ以上であることが好ましい。

【0052】

こうして、本実施の形態では、校正治具１２ｂの代わりに校正治具１２ｃを用いることにより、第４の実施の形態と比較して、表面速度Ｖの校正誤差を更に改善することができる。
なお、ウェブ１１の搬送方向に対して校正治具１２ｃが傾くことによる校正誤差を防ぐため、第４の実施の形態と同様に校正治具１２ｃの開口部１４ｃは真上から見たときの直径がＪＬの平面視円形であることが好ましい。また、校正治具１２ｃは、ウェブ１１の搬送方向と垂直な１対の辺のうち一方が上底で他方が下底の平面視台形であってもよい。この台形の高さがＪＬとなる。

【0053】

なお、第１〜第５の実施の形態では、校正治具１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃの材質について説明していないが、校正治具１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃはウェブ１１に搭載可能なものであれば特に材質は問わない。

【0054】

また、第１〜第３の実施の形態では、ウェブ１１の搬送方向に沿った断面が四角形の校正治具１２，１２ａを用いたが、これに限るものではなく、校正治具１２，１２ａは以下のような３つの条件を満たすものであればよい。
（Ａ）定尺部の始点と終点において半導体レーザ１からの絶対距離は微分不可能。
（Ｂ）定尺部の始点と終点の半導体レーザ１からの絶対距離が等しい。
（Ｃ）始点と終点を結ぶ辺は直線か絶対距離がなだらかに変化する曲線。

【0055】

上記の（Ａ）〜（Ｃ）の条件を満たす最良の形状の校正治具１２，１２ａは、断面が四角形の板状の部材であるが、上面がなだらかな曲面の板状の部材であってもよい。
また、第４、第５の実施の形態では、ウェブ１１の搬送方向に沿った断面が四角形の開口部を備えた校正治具１２ｂ，１２ｃを用いたが、校正治具１２ｂ，１２ｃの開口部は上記の（Ａ）〜（Ｃ）の条件を満たすものであればよい。上記の（Ａ）〜（Ｃ）の条件を満たす最良の形状の校正治具１２ｂ，１２ｃは、断面が四角形の開口部を備えた部材であるが、開口部の底面がなだらかな曲面の板状の部材であってもよい。

【0056】

第１〜第５の実施の形態において少なくとも信号抽出部７，７ａと演算部８，８ａとは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第５の実施の形態で説明した処理を実行する。

【0057】

なお、第１〜第５の実施の形態では、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送する物体の例としてウェブを例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、他の物体に本発明を適用することも可能である。
また、第１〜第５の実施の形態では、ウェブ上に校正治具を搭載して表面速度の校正を行う例について説明したが、これに限るものではなく、搬送する物体の一部が第１〜第５の実施の形態の校正治具１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃを構成していてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明は、搬送装置によって送出側から受取側まで搬送中の物体であるウェブの表面速度を測定する技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0059】

１…半導体レーザ、２…フォトダイオード、３…レンズ、４…レーザドライバ、５…電流−電圧変換増幅部、６…フィルタ部、７，７ａ…信号抽出部、８，８ａ…演算部、９…表示部、１０…センサモジュール、１１…ウェブ、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…校正治具、１４，１４ｃ…開口部、１５…外枠部、７０…２値化部、７１…周期測定部、８０…記憶部、８１…距離比例個数算出部、８２，８２ａ…速度算出部、８３…距離算出部、８４…判別部、８５…校正部、８６…基準周期算出部、１００…送出側ガイド軸、１０１…受取側ガイド軸、１０２…送出側ロール、１０３…受取側ロール、１０４…制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】