JPH0933209A - 端部位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一方の対の投光器の光が他方の対の受光器に
入射することによる測定誤差を排除する。 【構成】 帯状物１を挟んで投光器２と受光器３が対と
なり、帯状物１の両端近傍にそれぞれ設けられており、
一方の投光器２の投光時間帯と他方の投光器２の投光時
間帯を互いにずらし、受光器３は対となる投光器２が投
光中のみ測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は帯状物の端部の位置
や中心位置を検出する端部位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板、紙、フィルム等の走行する帯状物
の蛇行を防止するため、帯状物の幅の両端の位置を検出
して帯状物の中心位置を算出し、この中心位置を一定位
置に保持するような制御が行われる。図４はこのような
端部位置検出装置の基本的構成を示す図である。帯状物
１の両端に帯状物１を挟んで投光器２と受光器３とが対
になって設けられ、投光器２より照射された光の内、帯
状物１によって遮光されずに受光器３に到達した光を受
光器３で電気信号に変換して帯状物１の端部を検出す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】帯状物の板幅は広いも
のから狭いものまであり、板幅が広い場合は、左右に設
けられた投光器、受光器どうしは離れて配置されるが、
狭くなるにつれて、互いに接近し、ある程度狭いものの
端部検出装置では左右の投光器が互いに隣接し１つのケ
ース内に納まり、同様に左右の受光器も１つのケース内
に納まるように構成されている。このように投光器どう
し、受光器どうしが接近すると、受光器には対となって
いる投光器以外の投光器からの光が入射するようにな
り、端部位置検出誤差が大きくなるという問題が生じて
いた。この現象は帯状物の板幅が狭く投光器と受光器の
間隔が大きい程顕著に表れるようになる。

【０００４】図５は狭い板幅の帯状物を検出する場合に
発生する誤差を説明する図で、（Ａ）は投受光の関係を
示し、（Ｂ）は受光器の受光素子の出力分布を示す。ま
た（Ｃ）は受光器の出力を示す。（Ａ）に示すように投
光器からの光は図４で記載したような平行光のみでなく
斜めの光が含まれている。（Ａ）において、実線で表さ
れた光は対となった投光器２ａと受光器３ａ（この場合
左側の投光器２と受光器３）間の光を示し、破線は右側
の投光器２ｂから左側の受光器３ａへの入射光を示す。
（Ｂ）において、実線で示す曲線Ｅは左側の受光器３ａ
の受光素子の出力分布を示す。受光器３では多数の受光
素子が受光器３の長さ方向（帯状物１の板幅方向）に１
列に並んでおり、受光器３の出力はこの受光素子の総和
のアナログ量として表される。受光器３には平行光と共
に斜めの光も入射されるので、曲線Ｅは帯状物１の端部
を挟んで入射光に応じたある値から入射光を受けない零
に近い値までなだらかに変化する。

【０００５】図６は受光器３の構成を示すブロック図で
ある。受光器３は受光素子としてフォトダイオードを用
いた複数の受光素子基板５からなり、各基板５では各受
光素子が並列に接続され、電流電圧変換アンプ２０によ
り加算される。また各受光素子基板５も並列に接続さ
れ、各出力は加算アンプ２１により加算され受光器３の
出力となる。図５（Ｃ）はこのようにして各受光素子の
出力を加算した出力を示す。

【０００６】図７は受光器３の出力から帯状物１の端部
または中心位置のずれを算出する方法を示す。図５
（Ｃ）、図７（Ａ）、（Ｂ）の出力線ｇ，ｈは幅の異な
る複数のテストピースを図５（Ａ）に示す帯状物１の位
置に設置し、受光器３の出力を求めたものであり、中心
から端部までの長さｘと出力Ｖとの関係は直線となるの
で左右の直線ｇ，ｈの勾配とバイアス値が同じくなるよ
う加算アンプ２０，２１で調整して得られたものであ
る。直線ｇ，ｈは次式で表される。 Ｖｇ＝Ｖｈ＝ａｘ＋ｂ ……（１） ここでａ，ｂは受光器２、受光器３、帯状物１の配置お
よびアンプ調整により決まる定数である。

【０００７】図７（Ａ）は帯状物１の端部を求める方法
を示す。任意の幅の帯状物１に対する受光器３の出力Ｖ
ｇ（又はＶｈ）に対する端部の位置ｘは次式から得られ
る。 ｘ＝（Ｖｇ−ｂ）／ａ ……（２）

【０００８】図７（Ｂ）は帯状物１の中心位置のずれを
求める方法を示す。左右の受光器３ａ、３ｂの出力の差
をとり、この差が０のとき帯状物１の中心は端部検出装
置の中心と一致しているものとする。帯状物１の中心が
（Ｂ）に示すように右側にΔｘずれたとき、Δｘは次式
から求めることができる。 ΔＶ＝ａ（ｘ＋Δｘ）＋ｂ−ａ（ｘ−Δｘ）−ｂ ＝２ａ・Δｘ Δｘ＝ΔＶ／（２ａ） ……（３）

【０００９】以上の説明は対となる投受光器２ａと３ａ
又は２ｂと３ｂ間で投光および受光が行われた場合であ
るが、図５（Ａ）に破線で示すように他の投光器、例え
ば２ｂが受光器３ａに入射すると、各受光素子の出力は
図５（Ｂ）の曲線Ｅ１に示すように変化し、その結果受
光器３ａまたは３ｂの出力は図５（Ｃ）の破線で示すよ
うに直線ｇ，ｈから曲線ｇ１，ｈ１になり、直線性も崩
れてくる。さらに左右の各受光器３ａ，３ｂに他の投光
器（例えば３ａに対しては２ｂ）からの入射光は同量入
射するとは限らないので、曲線ｇ１とｈ１とは同じ曲線
ではなくなる。このため、（２）式による端部の位置
や、（３）式による中心位置のずれ検出に誤差が生じ
る。

【００１０】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、帯状物の両端に対となって設けられた投受光器
が互いに接近し、一方の対の受光器に他方の対の投光器
からの光が入射することによる帯状物の端部位置検出誤
差を排除するようにした端部位置検出装置を提供するこ
とを目的とする。また、寿命が長く外光の影響を少なく
した端部位置検出装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１の発明では、帯状物を挟んで投光器と受光器が
帯状物の両端近傍にそれぞれ設けられ、受光器は対とな
る投光器よりの光を受光して帯状物の端部位置を検出す
る端部位置検出装置において、一方の投光器の投光時間
帯と他方の投光器の投光時間帯が互いにずれるように
し、受光器は対となる投光器が投光中のみ測定する。

【００１２】このように、一方の投光器と受光器の対は
他方の投光器と受光器の対と、動作時間帯をずらして動
作するので、一方の投光器の光が他方の受光器に入射し
ても、対でない投光器よりの入射時は測定しないので、
両端の検出器の光干渉による端部検出誤差の発生を防止
することができる。

【００１３】請求項２の発明では、前記投光器は光源と
して赤外発光ダイオード素子を用いる。このように投光
器の光源に赤外の発光ダイオードを使用することによ
り、外乱光との区別ができ、外乱光の影響を少なくする
ことができる。また、光源の寿命が通常用いられる蛍光
灯などに比べ長くなり、さらに電源回路が小型化され
る。

【００１４】請求項３の発明では、前記投光器はパルス
点灯を行う。このようにパルス点灯することにより対と
なった投光器以外からの外光が受光器に入射する機会を
減少させ、また、連続点灯の場合と比較し、発光輝度を
高くすることによりＳ／Ｎを大きくすることができるの
で端部位置検出誤差の発生を少なくする。更に省エネル
ギー、発熱防止にもなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は実施の形態の投光器機能を
示すブロック図であり、図２は受光器の機能を示すブロ
ック図である。なお、投光器と受光器の構成は図５、図
６で説明したものと同一のものとする。すなわち投光器
２と受光器３は帯状物１の両端に対となって設けられて
いる。左側投光器２ａと左側受光器３ａが対をなし、右
側投光器２ｂと右側受光器３ｂが対をなす。各投光器２
ａ，２ｂはそれぞれ複数の発光ダイオード素子（ＬＥＤ
素子）基板４よりなり、各ＬＥＤ素子基板４にはＬＥＤ
素子が一列に並べられ、電気的には直列に接続されてい
る。ＬＥＤ素子基板４は帯状物１の検出板幅仕様により
その数量が選定され、図１に示すように並列に接続され
る。各受光器３ａ，３ｂもそれぞれ複数の受光素子基板
５からなり、受光素子として、赤外光に対する受光感度
特性および応答特性も優れているＳＰＤ（シリコン・フ
ォト・ダイオード）が用いられ、図６に示す如く各受光
素子基板５には素子ＳＰＤが一列にｎ個並べられ、電気
的には並列に接続されている。受光素子基板５の数量は
投光器２と同様検出板幅仕様により選定される。

【００１６】図６において並列に接続されたｎ個のＳＰ
Ｄの電流出力は電流／電圧変換アンプ２０により加算さ
れ受光素子基板５の１台当たりの出力となる。さらに各
受光素子基板５の出力は加算回路１７内の加算アンプ２
１により各出力電圧が加算される。この総合加算された
出力の特性が図５（Ｃ）に示したｇまたはｈで直線の検
出特性となる。すなわち、曲線Ｅの積分値と等価な電圧
出力となる。発光ダイオードＬＥＤは可視光域の赤、
黄、緑等でもよいが、屋内における外乱光の影響の小さ
い赤外ＬＥＤを使用するとよい。外乱光となる屋内照明
は蛍光灯、水銀灯、ナトリウムランプ等が使用されるこ
とが多く、赤外光成分が少ないためである。また受光器
入光窓部に可視光カット・赤外透過フィルタを設けると
外乱光の影響をさらに少なくすることができる。

【００１７】図１において、左側投光器２ａは点灯周期
を示す第１パルス信号ａを発生する第１パルス発振器１
１と、点灯期間中の受光器３ａの出力をサンプルホール
ドするため第１パルス信号ａに基づきサンプルホールド
信号ｂを発生するサンプルホールドタイミング回路１２
と、第１パルス信号ａに基づきＬＥＤ素子基板４の点灯
を制御し、直流電源を供給するＬＥＤ点灯制御回路１３
と、複数のＬＥＤ基板４よりなる。また、第１パルス信
号ａは受光器３ａのリセット信号ｅとして出力される。
なお、複数のＬＥＤ基板４は直流電源に並列に接続され
ている。右側投光器２ｂは第１パルス信号ａの位相をず
らした第２パルス信号ｃを発生する位相遅延回路１４
と、第２パルス信号ｃに基づき受光器３ｂの出力をサン
プルホールドするためのサンプルホールド信号ｄを発生
するサンプルホールドタイミング回路１５と、第２パル
ス信号ｃに基づきＬＥＤ素子基板４の点灯を制御し、直
流電源を供給するＬＥＤ点灯制御回路１６と、複数のＬ
ＥＤ素子基板４よりなる。また、第２パルス信号ｃは受
光器３ｂのリセット信号ｆとして出力される。このよう
に左側投光器２ａと右側投光器２ｂはパルス発振器１１
と位相シフト回路１４が相違する以外は同じ構成となっ
ている。

【００１８】図２は受光器３の構成を示す。左側受光器
３ａと右側受光器３ｂとは同一の構成となっているので
一方を示す。複数の受光素子基板５は加算回路１７に接
続され、各受光素子の出力の総和が出力される。リセッ
ト回路１８は加算回路１７の出力をリセットするもの
で、図１のリセット信号ｅ，ｆによって動作する。サン
プルホールド回路１９は加算回路１７の出力をサンプル
ホールド信号ｂ，ｄに基づき、サンプルホールドし、端
部位置検出信号ｇ，ｈとして、左側受光器３ａから信号
ｇが，右側受光器３ｂから信号ｈが出力される。この端
部位置検出信号ｇ，ｈは図５（Ｃ）に示す直線ｇ，ｈを
示し、このｇ，ｈに基づき受光器３ａ，３ｂに接続され
た図示しない演算器により図７で説明した方法で帯状物
１の端部位置や中心位置が算出される。

【００１９】図３は投光器と受光器の動作を示すタイミ
ングチャートである。ａは左側投光器２ａの第１パルス
信号を示し、１周期は点灯時間ｔ１と消灯時間Ｔよりな
る。点灯時間ｔ１としては例えば、１０μsec 、消灯時
間Ｔとしては例えば、１ｍsec 程度を用いる。点灯時間
ｔ１の間図１に示すＬＥＤ基板４はＬＥＤ点灯制御回路
１３により点灯される。ｂは左側投光器２ａのサンプル
ホールドタイミング回路１２より発生したサンプルホー
ルド信号を示し、このサンプルホールド信号ｂにより図
２に示す左側受光器３ａのサンプルホールド回路１９
で、加算回路１７の出力をサンプリングし、端部位置検
出信号ｇとして出力する。サンプルホールド信号ｂは、
第１パルス信号ａの点灯時間ｔ１の立ち上がりよりΔｔ
遅れて立ち上がり測定時間ｔ２後立ち下がる。測定時間
ｔ２は点灯時間ｔ１内に納まるようになっている。ま
た、消灯時間Ｔの間で加算回路１７の出力がリセットさ
れる。

【００２０】ｃは右側投光器２ｂの第２パルス信号を示
し、位相遅延回路１４により第１パルス信号ａを遅延さ
せ位相差ΔＴを設けたもので、ΔＴは点灯時間差を示
す。ΔＴは消灯時間Ｔのほぼ半分ぐらいとし、左右の投
光器２ａ，２ｂが交互に点灯するようにするとよい。第
２パルス信号ｃにより図１に示す右側ＬＥＤ基板４は、
点灯時間ｔ１の間ＬＥＤ点灯制御回路１６により点灯す
る。ｄは右側投光器３ｂのサンプルホールド信号を示
し、サンプルホールドタイミング回路１５により第２パ
ルス信号ｃの点灯時間ｔ１の立ち上がりよりΔｔ遅れて
立ち上がり、測定時間ｔ２後立ち下がるもので点灯時間
ｔ１内に測定時間ｔ２が納まるようになっている。この
サンプルホールド信号ｄにより、図２に示す右側受光器
３ｂのサンプルホールド回路１９で加算回路１７の出力
をサンプリングし、端部位置検出信号ｈとして出力され
る。

【００２１】以上のように左側投光器２ａと右側投光器
２ｂは交互に点灯され、左側受光器３ａは左側投光器２
ａの点灯時間内のみ受光データをサンプリングし、右側
受光器３ｂは右側投光器２ｂの点灯時間内のみ受光デー
タをサンプリングするので、それぞれの受光器３ａ，３
ｂは対となる投光器２ａ，２ｂの入射光による測定値の
み得ることができる。これにより左右の投受光器が互い
に接近しても干渉による端部位置測定誤差は発生しな
い。また受光器３の測定は対となる投光器２の投光時間
内でのみ行われるので、外部からの光による端部位置測
定誤差の発生も防止することができる。なお、上述の説
明は左側投光器２ａ，受光器３ａを基準にして行った
が、右側投光器２ｂ，受光器３ｂを基準としても同様に
測定することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、一方の投光器と受光器の対と他方の投光器と受光器
の対との動作時間をずらすことにより一方の対の投光器
の光が他方の対の受光器に入射することによる端部位置
や中心位置の検出誤差の発生を防止することができる。
また光源として赤外発光ダイオード素子を用いることに
より外光の影響を少なくし、従来の蛍光灯などに比べ寿
命を伸ばすことができる。さらに光源をパルス点灯する
ことにより、外光の影響を大幅に少なくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の投光器機能を示すブロッ
ク図である。

【図２】本発明の実施の形態の受光器機能を示すブロッ
ク図である。

【図３】本発明の実施の形態のタイミングチャートであ
る。

【図４】端部位置検出装置の基本的構成を示す図であ
る。

【図５】狭い板幅の帯状物を検出する場合に発生する誤
差を説明する図である。

【図６】受光器の構成を示すブロック図である。

【図７】受光器の出力から帯状物の端部位置または中心
位置のずれを算出する方法を示す図である。

【符号の説明】

１ 帯状物 ２ 投光器 ２ａ 左側投光器 ２ｂ 右側投光器 ３ 受光器 ３ａ 左側受光器 ３ｂ 右側受光器 ４ 発光ダイオード基板 ５ 受光素子基板 １１ 第１パルス発振器 １２，１５ サンプルホールドタイミング回路 １３，１６ ＬＥＤ点灯制御回路 １４ 位相遅延回路 １７ 加算回路 １８ リセット回路 １９ サンプルホールド回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状物を挟んで投光器と受光器が帯状物
   の両端近傍にそれぞれ設けられ、受光器は対となる投光
   器よりの光を受光して帯状物の端部位置を検出する端部
   位置検出装置において、 一方の投光器の投光時間帯と他方の投光器の投光時間帯
   が互いにずれるようにし、受光器は対となる投光器が投
   光中のみ測定することを特徴とする端部位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記投光器は光源として赤外発光ダイオ
   ード素子を用いることを特徴とする請求項１記載の端部
   位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記投光器はパルス点灯を行うことを特
   徴とする請求項１または２記載の端部位置検出装置。