特開 2023-60983 非接触速度計の校正システム及び非接触速度計の校正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023060983

(43)【公開日】2023-05-01

(54)【発明の名称】非接触速度計の校正システム及び非接触速度計の校正方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 21/02 20060101AFI20230424BHJP

   G01P 3/36 20060101ALI20230424BHJP

【ＦＩ】

G01P21/02

G01P3/36 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021170698

(22)【出願日】2021-10-19

(71)【出願人】

【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】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】衣笠 静一郎

(57)【要約】

【課題】非接触速度計を校正可能な新たなシステムを提供する。
【解決手段】
校正対象の非接触速度計１０を配置し、移動可能な移動装置２０と、移動装置２０と共に移動する非接触速度計１０の速度を参照用速度として計測する参照用速度計３０と、移動装置２０と共に移動する非接触速度計１０が計測した計測速度と、参照用速度とに基づき、非接触速度計１０の計測速度を校正するための校正信号を生成するための校正信号生成部３０１と、を備える非接触速度計の校正システム。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

校正対象の非接触速度計を配置し、移動可能な移動装置と、
前記移動装置と共に移動する前記非接触速度計の速度を参照用速度として計測する参照用速度計と、
前記移動装置と共に移動する前記非接触速度計が計測した計測速度と、前記参照用速度とに基づき、前記非接触速度計の計測速度を校正するための校正信号を生成するための校正信号生成部と、
を備える、非接触速度計の校正システム。

【請求項2】

前記移動装置の移動方向と平行な、前記非接触速度計の計測対象物をさらに備え、
前記非接触速度計が、前記計測対象物に光を照射し、前記計測対象物からの反射光に基づき、前記計測速度を計測する、
請求項１に記載の非接触速度計の校正システム。

【請求項3】

前記参照用速度計が、前記非接触速度計に対向して配置され、
前記参照用速度計が、前記非接触速度計に光を照射し、前記非接触速度計からの反射光に基づき、前記参照用速度を計測する、
請求項１又は２に記載の非接触速度計の校正システム。

【請求項4】

前記参照用速度計が、前記非接触速度計に対向して配置され、
前記参照用速度計が、前記非接触速度計に光を照射し、前記非接触速度計からの反射光に基づき、前記参照用速度を計測し、
前記計測対象物から前記非接触速度計への反射光と、前記非接触速度計から前記参照用速度計への反射光が、直角になるよう、前記非接触速度計、前記参照用速度計、及び前記計測対象物が配置されるよう構成されている、
請求項２に記載の非接触速度計の校正システム。

【請求項5】

前記参照用速度計が、前記移動装置の移動方向又は前記移動方向の反対方向に配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の非接触速度計の校正システム。

【請求項6】

前記非接触速度計に前記校正信号を送信するための校正信号送信部をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の非接触速度計の校正システム。

【請求項7】

前記校正信号が、前記計測速度を、前記参照用速度に近づけるよう、構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の非接触速度計の校正システム。

【請求項8】

移動可能な移動装置に校正対象の非接触速度計を配置することと、
前記移動装置と共に移動する前記非接触速度計が計測速度を計測することと、
前記移動装置と共に移動する前記非接触速度計の速度を参照用速度計が参照用速度として計測することと、
前記計測速度と、前記参照用速度とに基づき、前記非接触速度計の計測速度を校正するための校正信号を生成することと、
を含む、非接触速度計の校正方法。

【請求項9】

前記非接触速度計に前記校正信号を送信することをさらに含む、請求項８に記載の非接触速度計の校正方法。

【請求項10】

前記校正信号が、前記計測速度を、前記参照用速度に近づけるよう、構成されている、請求項８又は９に記載の非接触速度計の校正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非接触速度計の校正システム及び非接触速度計の校正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

非接触速度計は測定対象の速度を非接触で測定可能であり、例えばロールに巻取られるフィルムの搬送速度の測定などに用いられている。非接触速度計の精度を維持するために、非接触速度計を校正する方法が提案されている（例えば、特許文献１から３参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭５９－１２６９７６号公報

【特許文献2】特開平９－１１３５２６号公報

【特許文献3】特開２０１７－１７３２１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、非接触速度計を校正可能な新たなシステム及び方法を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の態様に係る非接触速度計の校正システムは、校正対象の非接触速度計を配置し、移動可能な移動装置と、移動装置と共に移動する非接触速度計の速度を参照用速度として計測する参照用速度計と、移動装置と共に移動する非接触速度計が計測した計測速度と、参照用速度とに基づき、非接触速度計の計測速度を校正するための校正信号を生成するための校正信号生成部と、を備える。

【0006】

上記の非接触速度計の校正システムが、移動装置の移動方向と平行な、非接触速度計の計測対象物をさらに備え、非接触速度計が、計測対象物に光を照射し、計測対象物からの反射光に基づき、計測速度を計測してもよい。

【0007】

上記の非接触速度計の校正システムにおいて、参照用速度計が、非接触速度計に対向して配置され、参照用速度計が、非接触速度計に光を照射し、非接触速度計からの反射光に基づき、参照用速度を計測してもよい。

【0008】

上記の非接触速度計の校正システムにおいて、参照用速度計が、非接触速度計に対向して配置され、参照用速度計が、非接触速度計に光を照射し、非接触速度計からの反射光に基づき、参照用速度を計測し、計測対象物から非接触速度計への反射光と、非接触速度計から参照用速度計への反射光が、直角になるよう、非接触速度計、参照用速度計、及び計測対象物が配置されるよう構成されていてもよい。

【0009】

上記の非接触速度計の校正システムにおいて、参照用速度計が、移動装置の移動方向又は移動方向の反対方向に配置されていてもよい。

【0010】

上記の非接触速度計の校正システムが、非接触速度計に校正信号を送信するための校正信号送信部をさらに備えていてもよい。

【0011】

上記の非接触速度計の校正システムが、校正信号が、計測速度を、参照用速度に近づけるよう、構成されていてもよい。

【0012】

上記の非接触速度計の校正システムにおいて、計測速度にタイムスタンプが付与されていてもよい。また、参照用速度にタイムスタンプが付与されていてもよい。校正信号生成部が、タイムスタンプに基づき、同じ時刻に送信された計測速度と参照用速度を比較してもよい。

【0013】

また、本発明の態様に係る非接触速度計の校正方法は、移動可能な移動装置に校正対象の非接触速度計を配置することと、移動装置と共に移動する非接触速度計が計測速度を計測することと、移動装置と共に移動する非接触速度計の速度を参照用速度計が参照用速度として計測することと、計測速度と、参照用速度とに基づき、非接触速度計の計測速度を校正するための校正信号を生成することと、を含む。

【0014】

上記の非接触速度計の校正方法において、移動装置の移動方向と平行な、非接触速度計の計測対象物が配置されており、非接触速度計が、計測対象物に光を照射し、計測対象物からの反射光に基づき、計測速度を計測してもよい。

【0015】

上記の非接触速度計の校正方法において、参照用速度計が、非接触速度計に対向して配置され、参照用速度計が、非接触速度計に光を照射し、非接触速度計からの反射光に基づき、参照用速度を計測してもよい。

【0016】

上記の非接触速度計の校正方法において、参照用速度計が、非接触速度計に対向して配置され、参照用速度計が、非接触速度計に光を照射し、非接触速度計からの反射光に基づき、参照用速度を計測し、計測対象物から非接触速度計への反射光と、非接触速度計から参照用速度計への反射光が、直角になるよう、非接触速度計、参照用速度計、及び計測対象物が配置されていてもよい。

【0017】

上記の非接触速度計の校正方法において、参照用速度計が、移動装置の移動方向又は移動方向の反対方向に配置されていてもよい。

【0018】

上記の非接触速度計の校正方法が、非接触速度計に校正信号を送信することをさらに含んでいてもよい。

【0019】

上記の非接触速度計の校正方法において、校正信号が、計測速度を、参照用速度に近づけるよう、構成されていてもよい。

【0020】

上記の非接触速度計の校正方法において、計測速度にタイムスタンプを付与してもよい。また、参照用速度にタイムスタンプを付与してもよい。校正信号を生成することにおいて、タイムスタンプに基づき、同じ時刻に送信された計測速度と参照用速度を比較してもよい。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、非接触速度計を校正可能な新たなシステム及び方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、実施形態に係る非接触速度計の校正システムを示す模式図である。

【図2】図２は、実施形態に係る表面形状測定装置の光学式速度計を示す模式図である。

【図3】図３は、実施形態に係る表面形状測定装置の光学式速度計を示す模式図である。

【図4】図４は、実施形態に係る表面形状測定装置の光学式速度計を示す模式図である。

【図5】図５は、実施形態に係る参照用速度と計測速度との関係を示す模式的なグラフである。

【図6】図６は、実施形態に係る参照用速度と計測速度との関係を示す模式的なグラフである。

【図7】図７は、実施形態に係る非接触速度計の校正方法を示すフローチャートである。

【図8】図８は、実施形態に係る非接触速度計の校正システムを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

【0024】

実施形態に係る非接触速度計の校正システムは、図１に示すように、校正対象の非接触速度計１０を配置し、移動可能な移動装置２０と、移動装置２０と共に移動する非接触速度計１０の速度を参照用速度として計測する参照用速度計３０と、移動装置２０と共に移動する非接触速度計１０が計測した計測速度と、参照用速度とに基づき、非接触速度計１０の計測速度を校正するための校正信号を生成するための校正信号生成部３０１と、を備える。

【0025】

移動装置２０は、平面２１上を一方向に移動可能である。本開示において、移動装置２０の移動方向をｘ方向、ｘ方向に垂直な方向をｙ方向という場合がある。移動装置２０は、移動方向を反転させ、往復移動をしてもよい。移動装置２０は、非接触速度計１０を配置可能な任意の形状を有する。例えば、移動装置２０は、非接触速度計１０を配置可能なステージを有する。

【0026】

校正システムは、非接触速度計１０の計測対象物４０をさらに備えていてもよい。計測対象物４０は、移動装置２０の移動方向と平行に配置される。計測対象物４０は、例えば、移動装置２０が移動する平面２１と平行な平面を有する。平面２１は、非接触速度計１０が配置される基板２２の一部であってもよい。計測対象物４０の表面は、反射物４１で覆われていてもよい。反射物４１は、金属等、光の反射率の高い物質からなる。計測対象物４０は、例えば固定され、移動しない。

【0027】

非接触速度計１０は、光学式速度計であってもよい。非接触速度計１０が光学式速度計である場合、非接触速度計１０は、計測対象物４０に照射光を照射し、計測対象物４０からの反射光に基づき、計測対象物４０に対する非接触速度計１０の速度を算出する。

【0028】

光学式速度計は、レーザードップラー式速度計であってもよい。非接触速度計１０がレーザードップラー式速度計である場合、非接触速度計１０は、図２に示すように、レーザー光を発する光源２０１を備える。レーザー光は、コリメートレンズ２０２を経て、ハーフミラー２０３で二分割される。分割された一方のレーザー光は、ミラー２０４で反射され、二つのレーザー光は、それぞれ、入射角θで計測対象物４０に入射し、干渉する。計測対象物４０で反射された散乱光は、集光レンズ２０５で集光され、受光素子２０６で受光される。

【0029】

受光素子２０６から得られるドップラー信号の周波数Ｆと、計測対象物４０に対する非接触速度計１０の速度Ｖと、レーザー光の波長λと、レーザー光の入射角θと、の関係は、下記（１）式で与えられる。
F=(2V/λ)sinθ (1)
レーザー光の波長λと、レーザー光の入射角θと、は、予め取得可能である。ドップラー信号の周波数Ｆは、受光素子２０６で受光した光の時間変化をフーリエ変換することにより取得可能である。そのため、ドップラー信号の周波数Ｆを取得することにより、非接触速度計１０は、計測対象物４０に対する非接触速度計１０の速度Ｖを算出する。

【0030】

非接触速度計１０は、自己結合式速度計であってもよい。非接触速度計１０が自己結合式速度計である場合、非接触速度計１０は、図３に示すように、レーザー光を発する光源２１１を備える。レーザー光は計測対象物４０に入射する。計測対象物４０で反射された散乱光は、照射光と同じ光路を逆に進み、光源２１１内の光共振器に再侵入する戻り光は、光共振器において生成されたレーザー光と干渉する。この干渉は、光共振器の中で自己結合効果が起きることを意味する。自己結合により生じた干渉波形を受光素子２１２で検出する。干渉波形の周期に基づき、非接触速度計１０は、計測対象物４０に対する非接触速度計１０の速度を算出する。

【0031】

非接触速度計１０は、空間フィルタ式速度計であってもよい。非接触速度計１０が空間フィルタ式速度計である場合、非接触速度計１０は、図４に示すように、光を発する光源２２１を備える。計測対象物４０は、集光された光で、非接触速度計１０の受光光学系に対して暗視野照明となるよう、斜め方向から照射される。計測対象物４０で散乱された光は、集光レンズ２２２で集光され、周期的な透過率分布を有する格子２２３上に、計測対象物４０の像を形成する。

【0032】

受光光学系の倍率をＭ、計測対象物４０に対する非接触速度計１０の速度をＶとすると、格子２２３上の像は速度ＭＶで移動する。格子２２３からの透過光を、受光素子２２４で受光する。受光素子２２４が受光する透過光の信号の周期Ｆは、格子２２３の間隔をｐとすると、下記（２）式で与えられる。
F=MV/p (2)
受光光学系の倍率Ｍ、格子２２３の間隔ｐと、は予め取得可能であるため、周波数Ｆを測定することにより、非接触速度計１０は、計測対象物４０に対する非接触速度計１０の速度Ｖを算出する。

【0033】

図１に示す参照用速度計３０が非接触速度計１０の参照用速度を計測する方法は、特に限定されない。例えば、参照用速度計３０は、光学的に、参照用速度を計測する。例えば、参照用速度計３０は、非接触速度計１０に対向して配置される。参照用速度計３０は、移動装置２０の移動方向又は移動方向の反対方向に配置されていてもよい。参照用速度計３０は、例えば固定され、移動しない。参照用速度計３０は、移動している非接触速度計１０に照射光を照射し、非接触速度計１０からの反射光に基づき、非接触速度計１０の移動速度を参照用速度として計測する。例えば、参照用速度計３０は、照射光の周波数と、反射光の周波数に基づき、非接触速度計１０の移動速度を計測する。非接触速度計１０には、参照用速度計３０が発する照射光を反射するための反射物１１を付けてもよい。

【0034】

例えば、計測対象物４０から非接触速度計１０への反射光と、非接触速度計１０から参照用速度計３０への反射光が、直角になるよう、非接触速度計１０、計測対象物４０、及び参照用速度計３０が配置される。例えば、計測対象物４０から非接触速度計１０への反射光の方向はｙ方向と平行であり、非接触速度計１０から参照用速度計３０への反射光はｘ方向と平行である。これにより、仮に計測対象物４０にローリングやヨーイングが生じても、それらの影響を抑制することが可能である。

【0035】

実施形態に係る非接触速度計の校正システムは、移動装置２０、非接触速度計１０、及び参照用速度計３０の少なくともいずれかを有線又は無線を介して制御するための制御部３０３をさらに備えていてもよい。制御部３０３は、移動装置２０の移動を制御する。制御部３０３は、非接触速度計１０の速度計測の開始と停止を制御する。制御部３０３は、参照用速度計３０の速度計測の開始と停止を制御する。

【0036】

校正信号生成部３０１は、計測速度を、参照用速度に近づけるための校正信号を生成する。非接触速度計１０は、有線又は無線で、校正信号生成部３０１に、計測速度を送信する。参照用速度計３０は、有線又は無線で、校正信号生成部３０１に、参照用速度を送信する。校正信号生成部３０１は、非接触速度計１０から計測速度を受信し、参照用速度計３０から参照用速度を受信する。

【0037】

校正信号生成部３０１は、計測速度と、参照用速度と、を比較する。例えば、図５に示すように、計測速度と、参照用速度が、同じである場合は、校正信号生成部３０１は、校正信号を生成しない。図６（ａ）に示すように、計測速度が、参照用速度より速い場合、校正信号生成部３０１は、計測速度が参照用速度と等しくなるよう、計測速度を校正する校正信号を生成する。図６（ｂ）に示すように、計測速度が、参照用速度より遅い場合、校正信号生成部３０１は、計測速度が参照用速度と等しくなるよう、計測速度を校正する校正信号を生成する。

【0038】

校正信号は、図１に示す非接触速度計１０の計測速度を校正できれば、特に限定されない。例えば、校正信号は、非接触速度計１０が算出した計測速度に乗じる係数や式を含んでいてもよい。あるいは、校正信号は、非接触速度計１０が計測速度の算出に用いる光学系の感度や電気回路の電気信号の強度及び周波数を校正する信号であってもよい。

【0039】

実施形態に係る非接触速度計の校正システムは、校正信号生成部３０１が生成した校正信号を非接触速度計１０に送信するための校正信号送信部３０２をさらに備える。非接触速度計１０は、校正信号を受信し、校正信号に基づき、校正された計測速度を算出するよう構成される。

【0040】

校正信号生成部３０１、校正信号送信部３０２、及び制御部３０３は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれる。

【0041】

次に、図７を参照して、実施形態に係る非接触速度計の校正方法を説明する。

【0042】

ステップＳ１０１で、非接触速度計１０を移動装置２０に配置する。制御部３０３の指示により、移動装置２０が止まっている状態で、参照用速度計３０が計測する参照用速度をゼロにリセットする。その後、ステップＳ１０２で、制御部３０３の指示により、参照用速度計３０は、参照用速度の計測を開始し、ステップＳ１０３で、制御部３０３の指示により、非接触速度計１０は、計測速度の計測を開始する。

【0043】

ステップＳ１０４で、制御部３０３の指示により、移動装置２０は、移動を開始し、移動装置２０が移動している間、参照用速度計３０は参照用速度の計測を継続し、非接触速度計１０は計測速度の計測を継続する。参照用速度計３０は、計測した参照用速度を校正信号生成部３０１に送信し、非接触速度計１０は、計測した計測速度を校正信号生成部３０１に送信する。その後、ステップＳ１０５で、制御部３０３の指示により、移動装置２０は移動を停止し、参照用速度計３０は参照用速度の計測を停止し、非接触速度計１０は計測速度の計測を停止する。

【0044】

ステップＳ１０６で、校正信号生成部３０１は、受信した参照用速度と計測速度に基づき、校正信号を生成する。ステップＳ１０７で、校正信号送信部３０２は、校正信号生成部３０１が生成した校正信号を非接触速度計１０に送信する。非接触速度計１０は、校正信号を受信し、以後、校正された計測速度を算出するよう構成される。

【0045】

上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

【0046】

例えば、図８に示すように、実施形態に係る非接触速度計の校正システムは、計測速度と参照用速度にタイプスタンプを付与する時刻情報提供装置４００をさらに備えていてもよい。時刻情報提供装置４００は、非接触速度計１０及び参照用速度計３０と有線又は無線を介して通信し、非接触速度計１０及び参照用速度計３０に時刻情報を送信する。時刻情報提供装置４００は、非接触速度計１０及び参照用速度計３０と無線接続するためのＣＰＵ３００のアクセスポイントに接続されていてもよい。

【0047】

非接触速度計１０は、計測速度を送信する際に、時刻情報に基づき、計測速度にタイムスタンプを付与する。参照用速度計３０は、参照用速度を送信する際に、時刻情報に基づき、参照用速度にタイムスタンプを付与する。校正信号生成部３０１は、タイムスタンプに基づき、同じ時刻に送信された計測速度と参照用速度を比較する。これにより、精度の高い校正信号を生成可能である。

【0048】

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。

【符号の説明】

【0049】

１０・・・非接触速度計、１１・・・反射物、２０・・・移動装置、２１・・・平面、２２・・・基板、３０・・・参照用速度計、４０・・・計測対象物、４１・・・反射物、２０１・・・光源、２０２・・・コリメートレンズ、２０３・・・ハーフミラー、２０４・・・ミラー、２０５・・・集光レンズ、２０６・・・受光素子、２１１・・・光源、２１２・・・受光素子、２２１・・・光源、２２２・・・集光レンズ、２２３・・・格子、２２４・・・受光素子、３０１・・・校正信号生成部、３０２・・・校正信号送信部、３０３・・・制御部、４００・・・時刻情報提供装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】