JP2017015548A - 測長装置および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動物体の測長を行うのに有利な測長装置を提供する。【解決手段】計測領域を移動する物体の測長を計測方向において行う測長装置は、物体によりドップラ効果で変調された光を検出する検出部１００と、検出部からの信号に基づいて物体の速度の計測値を得、当該計測値に基づいて物体の長さを得る処理部１０１と、を有する。処理部は、当該信号の振幅に基づいて物体の端に対応する時点を特定し、当該時点により定められる期間に関して、当該信号に基づいて計測値を得、当該計測値に基づいて当該長さを得る。【選択図】図４

Description

本発明は、移動する物体の測長を行う測長装置、および物品製造方法に関する。

従来、移動物体の速度を計測する装置としてドップラ速度計（以下単に「速度計」ともいう）が用いられている。レーザードップラ速度計（ＬＤＶ（Ｌａｓｅｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒ））は、レーザー光を物体に照射し、ドップラ効果を利用して物体の速度を計測する。ここで、ドップラ効果は、物体からの散乱光の周波数（波長）が物体の移動速度に比例して偏移（シフト）する効果である。

特許文献１に開示されているレーザードップラ速度計は、レーザー光から物体が外れていないかを検出する専用のセンサにより、レーザードップラ信号が途絶えた状態での当該信号の補間と正常な計測状態への復帰とを行っている。

また、特許文献２に開示されているレール長測定方法は、レーザードップラセンサとは別に、レールの遊間を識別するための遊間識別センサを有し、遊間およびレール長のいずれも、両センサの出力に基づいて得ている。

特開平７−１９８８４９号公報 特開平７−３３２９３８号公報

従来の速度計測または測長は、上記のように、物体からの計測光が検出できなくなって計測が継続できなくなることのないように、速度計測用のセンサとは別に第２のセンサが必要であった。

ドップラ速度計測により得られた移動物体の速度に基づいて移動物体の測長を行う場合、当該速度計測のための計測光へ移動物体が突入する時点と、当該計測光から移動物体が脱出する時点とを検出する必要がある。ところが、当該検出のために従来のように別のセンサを設けるのは、そのために追加されるスペースまたは部品の点で不利となりうる。

本発明は、移動物体の測長を行うのに有利な測長装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一つの側面は、計測領域を移動する物体の測長を計測方向において行う測長装置であって、
前記物体によりドップラ効果で変調された光を検出する検出部と、
前記検出部からの信号に基づいて前記物体の速度の計測値を得、該計測値に基づいて前記物体の長さを得る処理部と、を有し、
前記処理部は、前記信号の振幅に基づいて前記物体の端に対応する時点を特定し、前記時点により定められる期間に関して、前記信号に基づいて前記計測値を得、該計測値に基づいて前記長さを得ることを特徴とする測長装置である。

本発明は、例えば、移動物体の測長を行うのに有利な測長装置を提供することができる。

速度計のヘッド部の構成例を示す図 フリンジモデルを説明するための模式図 物体の速度とドップラ周波数との関係を例示する図 速度計の構成例を示す図 信号処理内容を例示する図 処理部に入力されるアナログ信号を例示する図 処理部における処理の流れを例示する図 ドロップアウトが発生した場合の信号を例示する図 ノイズが混入した場合の信号を例示する図 誤りとされる計測値を例示する図 補正前の計測値と補正後の計測値とを例示する図 検出部からの信号の振幅と計測値の信頼度とを例示する図 測長処理内容を例示する図 測長の処理の流れを例示する図 測長の処理の流れを例示する図 測長処理内容を例示する図 速度の外挿を例示する図 測長処理内容を例示する図

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、実施形態を説明するための全図を通して、原則として（断りのない限り）、同一の部材等には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

〔実施形態１〕
図１は、速度計のヘッド部の構成例を示す図である。ここで、検出部としてのヘッド部１００は、物体（計測対象物）１０に光を照射し、物体１０からの光を受光するための光学系を含み、レーザードップラ速度計のヘッド部を構成している。レーザーダイオードを含みうる光源１から出射した光束９は、コリメータレンズ２によりコリメートされ、回折格子（回折素子）３に入射する。回折格子３に入射した光束９は、±１次回折光（回折角はθ）に分岐され、それぞれがレンズ４により集光光束となり、ＥＯ素子５ａ、５ｂを透過する。透過した２つの光束は、レンズ６ａ、６ｂによりコリメートされ、上記回折角θと略等しい角度で互いに異なる照射方向から物体１０を照射する。照射された光束は、物体１０の表面（一般に粗面）で拡散反射される。拡散反射された光束は、レンズ６ａ、６ｂ、集光レンズ７を介して集光され、フォトダイオードを含みうる受光素子８に入射する。受光素子８での光電変換により得られた信号は、物体１０の速度Ｖに応じた周波数Ｆを有し強度変調されたアナログ信号として、後述の処理部に入力される。ここで、当該周波数Ｆは、ドップラ周波数と呼ばれ、次式（１）で表される。
Ｆ＝２Ｖ／Ｐ＋Ｆ＿ＥＯ ・・・（１）

ここで、Ｐは、回折格子３の格子ピッチ、Ｆ＿ＥＯは、ＥＯ素子５ａ、５ｂの駆動周波数を示す。ドップラ効果を利用したレーザードップラ速度計の動作原理を説明するモデルとして、フリンジ（干渉縞）モデルが知られている。図２は、フリンジモデルを説明するための模式図である。物体１０を照射する２つの光束が物体１０の表面上で交差することで、当該交差領域（計測領域）には、図２の（ａ）に示すようなフリンジ１１が形成される。このフリンジ１１のフリンジピッチ以下のサイズの粒子１２が速度Ｖでフリンジ１１（の明部および暗部）を通過することで、図２の（ｂ）に示すような周波数Ｆを有し強度変調された拡散光が発生する。この場合の周波数Ｆは、次式（２）のように表わされる。
Ｆ＝Ｖ／Ｐ＿ｉ ・・・（２）

ここで、Ｐ＿ｉは、フリンジピッチを示す。回折角θは、光源１から出射される光束９の波長をλとして、関係式ｓｉｎθ＝λ／Ｐから導かれる。また、物体１０上での光束の入射角を回折角θと等しくなるように構成した場合、フリンジピッチＰ＿ｉは、Ｐ＿ｉ＝λ／２ｓｉｎ（θ）＝Ｐ／２と表せる。この関係式と式（２）とより、式（１）の右辺第１項が導出される。また、図２の（ｂ）の低周波成分（包絡線の成分）は、光源１から出射する光束９の強度分布を反映しており、典型的には、ガウシアン分布を反映したものとなりうる。物体１０の表面は、ランダムな表面粗さを持っており、複数のランダムな特性をもった粒子１２の集合とみなしうる。そこで、複数のランダムな位相、振幅を持もった図２の（ｂ）のような信号の総和をとると、図２の（ｃ）のような信号が得られる。ここで、図６は、後述の処理部１０１に入力されるアナログ信号を例示する図である。フリンジモデルにしたがって得られた図２の（ｃ）の信号が図６の実際の信号に類似していることから、レーザードップラ速度計の動作原理をフリンジモデルが説明できることが分かる。

次に、式（１）の右辺第２項について説明する。図２の（ｃ）の信号は、物体の速度を反映した高周波成分と、物体１０の表面の特性を反映した低周波成分とを有するため、速度Ｖが０に近づくと、信号から速度を得ることが困難になる。また、速度Ｖの方向を検出することができない。そこで、図１においてＥＯ素子が構成されている。ここで、ＥＯ素子５ａ、５ｂは、例えば、電気光学結晶（例えばＬｉＮｂＯ_３結晶を含む）を含んで構成され電気光学的位相変調素子としうる。このような素子を含むことにより、物体の停止状態でもその速度が得られ、また、速度の方向が得られる。ＥＯ素子５ａ、５ｂは、印加電圧により、それを透過する光束の位相を変化させることができる。ＥＯ素子５ａ、５ｂで、それらをそれぞれ透過する２つの光束を、一定の周波数Ｆ＿ＥＯで互いに逆方向に位相が変化するように変調すると、フリンジ１１がその１ピッチずつ周波数Ｆ＿ＥＯで移動することになる。例えば、ＥＯ素子５ａ、５ｂへの印加電圧を鋸歯状に変化させることにより、見かけ上の位相変化を一定にしうる。このように、フリンジ１１が周波数Ｆ＿ＥＯで移動している中に静止した粒子１２が置かれたとすると、周波数Ｆ＿ＥＯで強度変調される拡散反射光が発生する。つまり、ある方向に速度がオフセットされた場合と等価となる。したがって、このようにＥＯ素子５ａ、５ｂを含んでレーザードップラ速度計を構成することにより、静止状態（速度ゼロ）および速度の方向の検出が可能となる。例えば、回折格子３の格子ピッチＰ＝５［μｍ］、Ｆ＿ＥＯ＝２００［ｋＨｚ］とした場合の速度Ｖとドップラ周波数Ｆとの関係を図３に示した。ここで、図３は、物体の速度とドップラ周波数との関係を例示する図である。後述の処理部で信号処理できる信号の周波数の下限を１００［ｋＨｚ］、上限を４．２［ＭＨｚ］とすると、測定可能な速度範囲は、−２５０［ｍｍ／ｓ］ないし１０［ｍ／ｓ］の範囲となる。なお、格子ピッチＰ、位相変調周波数Ｆ＿ＥＯの値は、レーザードップラ速度計の仕様に応じて、適宜選択することができる。また、ここでは、ＥＯ素子で位相変調を行う例を示したが、音響光学素子のような他の素子で位相変調を行うようにしてもよい。

図４は、速度計の構成例を示す図である。上記のようにヘッド部１００で得られた周波数Ｆを有する強度変調信号は、処理部１０１に入力される。入力端子４０１を介して処理部に入力されたアナログ信号は、ゲインアンプ４０２で増幅された後、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４０３でフィルタリング（濾波）され、コンパレータ４０４で２値化される。２値化により得られた信号に基づいて、演算部４０５で速度（の情報）が得られ、得られた速度（の情報）が出力端子４０６から出力される。

図５は、信号処理内容を例示する図である。図５は、物体１０の速度Ｖ＝９５００［ｍｍ／ｓ］、ドップラ周波数Ｆ＝４［ＭＨｚ］の場合において、（ａ）は、入力信号を示し、（ｂ）は、コンパレータでの２値化により得られる信号を示している。図５の（ｃ）は、処理部１０１における（基準）クロック信号を示した図である。当該クロック信号を与える不図示の基準クロックは、処理部の内外のいずれにあってもよい。ここでは、基準クロック周波数を４０［ＭＨｚ］としている。本実施形態は、二値化により得られた信号における連続したＮ個分の立ち上がり間隔を基準クロックで計時（計数）する。ここで、１個分の立ち上がり間隔は、互いに隣接する２つのパルスにおける２つの立ち上がり時刻の間の時間間隔である。そして、計時により得られた時間（期間Ｄ）に基づいて、ドップラ周波数Ｆを得、式（１）に基づいて物体１０の速度Ｖ（の情報）を取得する。ここでは、Ｎ＝４としている。図５の（ｂ）および（ｃ）の場合、２値化により得られた信号における４個分の立ち上がり間隔の計数値は４０（カウント）である。なお、基準クロックの周波数は既知であるため、計数値（計時値）からドップラ周波数Ｆを得ることができる。また、速度Ｖは、式（１）に基づく計算によって得てもよいし、計数値（計時値）と速度との関係を示す予め準備したテーブルの参照によって得てもよい。基準クロックの周波数は、ここでは４０ＭＨｚとしたが、必要なドップラ周波数に応じて適宜選択しうる。

図６は、上述したように、処理部１０１に入力されるアナログ信号を例示する図である。図６の（ｂ）は、図６の（ａ）の一部を拡大して表示している。上述したように、ヘッド部１００から出力される信号は、ドップラ信号に原理的に生じる振幅の変化が大きい信号である。また、電気回路に生ずるノイズ（例えば、電源のスイッチングノイズ、ＥＯ素子の駆動に伴うノイズ）が光源１を駆動する電流に重畳することから、ヘッド部１００から出力される信号には、ドップラ信号以外に、低周波、高周波のノイズが混入している。図６の（ｂ）において矢印で指し示される信号の状態は、低周波成分の振幅が小さい状態である。ここで、コンパレータによる２値化の閾値を下回る状態（部分）では、当該２値化により得られる信号はゼロとなる（欠落する）。このような状態は、ドロップアウトとも呼ばれている。また、高周波ノイズ成分により当該閾値を上回るような状態（部分）では、２値化により得られる信号にドップラ信号とは異なる信号が含まれうる。

図７は、処理部における演算部での処理の流れを例示する図である。図４の処理部１０１において、コンパレータでの２値化により得られた信号は、演算部４０５に入力される。まず、ステップＳ７０１において、演算部４０５は、２値化により得られた信号における連続した（一連の）Ｎ個の立ち上がり間隔（パルス間隔）の時間（所定数のパルスにわたる期間）を図５に示したように基準クロックにより計時（計数）する。つづくステップＳ７０２において、当該期間（計時値）に関する指標の変化が閾値を超えるかを判定する。ここで、当該指標は、上記の期間Ｄでもよく、該期間Ｄに対応するドップラ周波数Ｆでもよく、該ドップラ周波数Ｆに対応する物体１０の速度Ｖでもよく、またはそれらに相関のある他の値でもよい。ここで、図８は、ドロップアウトが発生した場合の信号を例示する図である。図８の（ａ）のように、時刻１００μｓｅｃのあたりでドップラ信号を含むアナログ信号にドロップアウトが発生した場合、図８の（ｂ）のように、２値化により得られた信号においてパルスが抜ける。また、図９は、ノイズが混入した場合の信号を例示する図である。図９の（ａ）のように、時刻３μｓｅｃのあたりでドップラ信号を含むアナログ信号にノイズが混入した場合、図９の（ｂ）のように、２値化により得られた信号においてパルスが割れる。

図１０は、誤りとされる計測値を例示する図である。同図の（ａ）は、図８に示したようなドロップアウトがある場合に得られる速度（計測値）を例示している。Ｎ＝４個毎の立ち上がり間隔を計時していくと、ドロップアウトに起因するパルス抜けが生じた結果、基準クロックの計数値が５０カウントとなる場合が生じている。これらの計時値に基づいて速度を得ると、同図（ａ）右側のグラフのようになる。なお、ドロップアウトによるパルス抜けの数が増大すると計測値の誤差も増大する。次に、図１０の（ｂ）は、図９に示したようなノイズが混入した場合に得られる速度（計測値）を例示している。この場合も、Ｎ＝４個毎の立ち上がり間隔を計時していくと、ノイズ混入に起因するパルス割れが生じた結果、基準クロックの計数値が３０カウントとなる場合が生じている。これらの計時値に基づいて速度を得ると、同図（ｂ）右図のグラフのようになる。なお、ノイズ混入によるパルス割れの数が増大すると計測値の誤差も増大する。

時系列に連続して取得される計数値の変化は、所定時間内での物体１０の速度変化を考慮すれば、所定の範囲内にあると考えうる。例えば、物体１０の速度Ｖが、現在９．５［ｍ／ｓ］であって、１０［ｍ／ｓ＾２］の加速度で変化する場合、Ｎ＝４個毎の期間Ｄにおける速度変化は、１０［μｍ／ｓ］に過ぎない。この速度変化の速度に対する割合は、速度に反比例するが、Ｖ＝０．１［ｍ／ｓ］の場合であっても、速度変化は０．１７［ｍｍ／ｓ］程度で十分小さいといえる（割合は０．１７％程度）。以上のことから、上記指標の変化が、（前もって得られている）指標のＬ［％］を超える場合、ドロップアウトまたはノイズ混入が生じたと判定しうる。Ｌは、次式（３）で表される。
Ｌ＝（（Ｎ＋１）／Ｎ−１）×１００ ・・・（３）

よって、図７のステップＳ７０２における閾値は、（前もって得られている）指標のＬ［％］として得ることができる。そして、指標の変化が閾値（指標のＬ［％］）以下である場合は、ステップＳ７０３で、計時値に基づいて速度（計測値）を得る。一方、指標の変化が閾値（指標のＬ［％］）を超える場合は、ステップＳ７０４で、それに対応する速度は誤りであるとして前もって得られた速度を計測値とする。つづくステップＳ７０５において、処理部１０１は、速度の情報を必要とする他の装置に速度（計測値）を出力する。なお、閾値は、指標のａ×Ｌ［％］（係数ａは０＜ａ＜１を満たす実数）としてもよい。

図１１は、補正前の計測値と補正後の計測値とを例示する図である。図１１において、物体１０が速度Ｖ≒９．５［ｍ／ｓ］で移動した場合の速度の計測結果を示している。図１１の（ａ）は、本実施形態に係る補正（ステップＳ７０２ないしＳ７０４）を行わなかった場合の計測結果、同図の（ｂ）は、当該補正を行った場合の計測結果を示している。図１１を参照するに、本実施形態によれば、同図の（ｂ）におけるように高精度（高再現性）の計測結果を得られることが分かる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ドロップアウトのみならずノイズの混入に対してロバストな計測を行うことができ、もって、例えば、計測精度の点で有利な速度計を提供することができる。

なお、以上の説明では、演算部４０５（ステップＳ７０２）において、指標の変化が閾値を超えるかの判定は、直前に（前もって）得られた指標に基づく閾値に基づいて実施した。しかしながら、当該閾値は、直前に（前もって）得られたＭ個の指標（例えば、それらの平均値）に基づく閾値としてもよい。また、当該平均値は、単純な平均値ではなく、加重平均値、相乗平均値またはその他の平均値としうる。また、以上の説明では、ステップＳ７０４で、得られた速度が誤りであるとして前もって得られた速度を計測値とするものとしたが、これに替えて、前もって得られた複数の計測値（例えば、それらの平均値）に基づく速度を計測値としてもよい。また、当該平均値は、単純な平均値ではなく、加重平均値、相乗平均値またはその他の平均値としうる。例えば、物体１０の速度変動が小さいことが予め分かっていれば、Ｍの値を大きくすることにより安定した計測が可能となる。また、速度変動の大きさが概ね予め分かっている場合、当該大きさに基づいてＭの値を可能な限り小さくすることにより、エラー判定に係る閾値の追従性（妥当性）を改善することができる。発明者らの検討によれば、物体１０の加速度が１［Ｇ］程度の場合、Ｍ＝１６以下にすることにより追従性が改善することが分かっている。

ここで、図１２は、検出部からの信号の振幅と計測値の信頼度とを例示する図である。図１２の（ａ）は、速度Ｖで移動する物体１０が光束９に突入して脱出するまでに検出部から得られる信号の振幅を模式的に示している。ここで、当該振幅は、局所的（短時間）には変動して上述したようにドロップアウトも起こりうるが、ある程度の領域（時間）にわたって平均（移動平均）をとれば図１２のように滑らかに変化する安定した値を取りうる。また、同図の（ｃ）は、物体１０が光束９へ突入する前の状態（（ｃ）−１）から物体１０が光束９を脱出した状態（（ｃ）−５）までの各状態を示している。

図１２の（ｃ）−１の状態では、物体１０が光束９に突入する前であるため、ドップラ信号を検出することはできない（振幅は閾値以下）。すなわち、コンパレータからパルスの列は得られず、よって速度を得ることができない。物体１０が光束９に突入する時間（時刻ともいう）Ａでは、振幅は増加を開始する（（ｃ）−２の状態）。物体１０が光束９を通過している時間Ｂでは信号は安定する（（ｃ）−３の状態）。物体１０が光束９を脱出し始める時間では、信号は減少を開始する（（ｃ）−４の状態）。物体１０が光束９を脱出し終わった時間では、ドップラ信号を検出できない状態に戻る（（ｃ）−５の状態）。ここで、時間Ａでは、上述した補正を行うのに必要な前もって得られた計測値（速度）がないため、計測がエラーになっても正しい補正を行うことができず、誤差を含んだ計測値を出力することになる。また、誤差を含んだ計測値を採用するため、時間Ａでは計測値の信頼度は低く、時間Ｂに近づくにつれて計測値の信頼度は高くなる。時間Ｃでは、信号が安定し、計測値の信頼度も飽和する。図１２の（ｂ）は、この信頼度を示している。ここで、信頼度は、例えば、時間Ａやその直後の時点では、信号の振幅が小さいためドロップアウトが発生しやすく、よって、補正に頼ることになるため、信頼度は極めて低い。その後時間が経過して振幅が大きくなるにつれてドロップアウトが発生しにくくなり、よって、信頼度は高くなっていく。時間Ｃでは、信号が安定して振幅が飽和するため、計測値の信頼度も飽和する。ここで、脱出の時点（（ｃ）−４の時点）では、振幅が極度には低下しておらず事前に信頼度の高い計測値（速度）が得られているため、正しい補正を行うことができ、よって、信頼度は低下していない。その後、脱出完了後に振幅が急激に低下するため、信頼度は急激に低下して時間Ａの直前のそれと同程度となる。

本実施形態の測長装置は、計測領域を移動する物体の測長を計測方向（物体の移動方向）において行う測長装置である。当該測長装置は、図１２の（ａ）における振幅Ａおよび振幅Ｂの間の閾値に基づいて、測長の開始時点（第１時点または第１トリガ）と終了時点（第２時点または第２トリガ）とを特定する。そして、第１時点から第２時点までの計測値（速度）に基づいて物体１０の測長を行う。ここで、図１３は、測長処理内容を例示する図である。信号の振幅が閾値を超えた時点を第１時点（物体１０の一端に対応）とし、その後信号が閾値以下となった時点を第２時点（物体１０の他端に対応）とすると、第１時点と第２時点との間の期間が測長の対象となる。ここで、閾値は、例えば、次式（４）により適切に設定しうる。
閾値＝（振幅Ａ＋振幅Ｂ）／２ ・・・（４）

ここで、図１４は、測長の処理の流れを例示する図である。当該処理は、処理部１０１により行われる。まず、ステップＳ１４０１において、検出部１００から得られた信号の振幅が閾値を超えるかを判断する。判断結果がＮｏの場合、この判断を繰り返し、判断結果がＹｅｓの場合、第１時点を特定する（ステップＳ１４０２）。つづいて、速度（計測値）の取得（ステップＳ１４０３）、長さの取得（ステップＳ１４０４）を行う。長さは、取得された速度と当該速度に対応する時間との積を累積（直前の累積値に加算）することにより得られる。つづくステップＳ１４０５において、検出部１００から新たに得られた信号の振幅が閾値を超えるかを判断する。判断結果がＹｅｓの場合、ステップＳ１４０２ないしステップ１４０５の処理を繰り返す。判断結果がＮｏの場合、第２時点を特定する（ステップＳ１４０６）。そして、つづくステップＳ１４０７で、上記のようにして累積されて得られた測長値（長さ）を物体１０の長さとして取得する。当該長さは、処理部１０１の（不図示の）メモリに記憶され、または別の装置に出力され、その後、処理を終了する。

なお、前述したように、時間Ａから時間Ｃまでは計測値（速度）の信頼度が十分ではないため、第１時点から時間Ｃまでの間（遅延時間または遅延期間ともいう）は、誤差を含んだ計測値に基づいて長さを算出（累積）していることになりうる。この測長誤差は、それが無視できるような用途の場合ならよい。しかしながら、そうでない場合は、そのような測長誤差を低減するために、遅延期間における誤差を含んだ速度の実測値を使用するのでなく、遅延期間における速度を外挿により得るのがよい。ここでの外挿は、遅延期間以降の期間における信頼度の高い計測値（速度）に基づくものである。図１５は、外挿を場合の測長の処理の流れを例示する図である。図１４におけるものと同一の処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。外挿を行う場合、第２時点を特定する前に、ステップＳ１５０１において、遅延時間（遅延期間）が経過したかを判断する。ここで、遅延期間が経過する時点として計測値の信頼度が十分に高くなる時点を設定することにより、十分に正確な測長を行うことができる。判断結果がＮｏの場合、ステップＳ１４０３ないしステップＳ１５０１の処理を繰り返す。判断結果がＹｅｓの場合、ステップＳ１４０３およびＳ１４０４の処理をここでも行う。ステップＳ１４０６での第２時点特定の後は、ステップＳ１５０２において、遅延期間における長さの取得を行う。遅延期間中の計測値（速度）は、上述のように誤差を含むため、時間Ｃから第２時点までの期間における平均速度を得、遅延期間における（物体の部分の）長さを次式（５）により得る。
遅延期間における長さ＝平均速度×遅延時間 ・・・（５）

つづくステップＳ１５０３において、遅延期間における長さと、遅延期間経過後の累積により得られた長さとの和により物体１０の長さを取得する。すなわち、物体１０の長さは、次式（６）により得ることができる。
物体１０の長さ＝遅延期間における長さ＋遅延期間経過後の累積により得られた長さ ・・・（６）

当該長さは、処理部１０１の（不図示の）メモリに記憶され、または別の装置に出力され、その後、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、従来のような別の（専用の）センサを要せず、もって、例えば、移動物体の測長を行うのに有利な測長装置を提供することができる。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２を説明する。実施形態１においては、閾値を予め設定しておくものとしたが、計測開始後に閾値を設定してもよい。すなわち、計測により既知となった振幅Ａおよび振幅Ｂに基づいて、式（４）から閾値を得てもよい。そして、当該閾値に基づいて、第１時点、第２時点および遅延期間を特定することにより、物体１０の長さを式（６）から得ることができる。

〔実施形態３〕
本発明の実施形態３を説明する。実施形態１においては、遅延時間を予め設定しておくものとしたが、計測中に遅延時間（遅延期間）経過の判定をしてもよい。すなわち、計測により、計測値の信頼度が十分となる（許容条件を満たすようになる）時間Ｃが既知となるため、物体１０の長さを式（６）から得ることができる。

〔実施形態４〕
本発明の実施形態４を説明する。以上の各実施形態においては、振幅Ｂは振幅Ａより大きいものとした。しかし、物体１０が光束９に突入する前に光束９が物体１０の反射率より高い反射率の物体（例えば鏡面）を照射する場合、振幅Ａと振幅Ｂとの大小関係は逆転する。図１６は、振幅Ａと振幅Ｂとの大小関係が逆転した場合の測長処理内容を例示する図である。以上の各実施形態との相違点は、振幅が閾値未満となった時点を第１時点とし、その後振幅が閾値以上となった時点を第２時点とする点である。この相違点を除けば、本実施形態は、以上の各実施形態と同様としうる。

〔実施形態５〕
本発明の実施形態５を説明する。実施形態１においては、式（５）に示されるように遅延期間中の速度は、遅延期間後の速度の平均値（平均速度）として外挿されている。図１７は、速度の外挿を例示する図である。同図の（ａ）は、物体１０の速度Ｖが一定とみなせる場合の計測値（速度）の変化を示している。速度Ｖは一定とみなせるため、時間Ｃから第２時点までの間における平均速度での外挿で十分である。しかし、同図の（ｂ）のように物体１０の速度Ｖが所定の加速度をもって変化している場合、時間Ｃから第２時点までの間での平均速度での外挿で遅延期間中の速度を得るのは不適当である（誤差が大きい）。この場合、例えば、時間Ｃから第２時点までの期間の速度から、次式（７）により速度Ｖを外挿するのがよい（図１７の（ｂ）参照）。
速度Ｖ＝加速度Ａ×時間＋Ｖ_０ ・・・（７）

すると、遅延期間における長さは、次式（８）により得ることができる。
遅延期間における長さ＝（加速度Ａ×第１時点＋加速度Ａ×時間Ｃ＋Ｖ_０×２）×遅延時間／２ ・・・式（８）

〔実施形態６〕
本発明の実施形態６を説明する。本実施形態は、信号の振幅が安定しないために、計測領域に対する物体１０の計測方向における位置とは無関係に振幅が閾値を超えるまたは閾値以下となる場合があっても、それをもって第１時点または第２時点を誤認識しないようにしている。ここで、図１８は、測長処理内容を例示する図である。図１８において、振幅が閾値を超える時点を第１時点として計測値（速度）の取得を開始するが、物体が通過中にもかかわらず時間Ｄにて振幅が閾値以下となる。この場合、少なくとも第２時点が誤認識されうる。そこで、時間Ａから時間Ｃまでの振幅に基づいて第１時点を特定する。この場合、時間Ｄの後に再び振幅が増加するため、時間Ｄを第２時点として誤認識することがない。第２時点も、振幅Ｂから振幅Ａへ移行する間の振幅に基づいて特定することができる。

〔物品製造方法に係る実施形態〕
以上に説明した実施形態に係る測長装置は、物品製造方法に使用しうる。当該物品製造方法は、当該測長装置を用いて物体の測長を行う工程と、当該工程で測長を行われた物体を処理する工程と、を含みうる。当該処理は、例えば、加工、切断、検査、組付、および選別のうちの少なくともいずれか一つを含みうる。より具体的には、例えば、押出成形機による成形物の測長を行って当該成形物の加工、切断、検査、組付、および選別のうちの少なくともいずれか一つを行いうる。また、搬送系により搬送される（長尺）物体の測長を行い、当該測長に基づいて、目標とする長さを有するように物体を切断し（切り出し）うる。この場合、当該測長装置を用い、物体の端（先端または後端）に対応する時点を特定して当該時点により定められる期間の速度から測長を行い、測長値が目標値となる時点を特定し、当該時点に対応する部位（位置）で物体を切断すればよい。よって、当該測長装置においては、物体の両端に対応する時点の特定は必ずしも必要ない（一端だけでもよい）。本実施形態の物品製造方法は、上述したように移動物体の測長を行うのに有利な測長装置を用いるため、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストのうちの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１００ 検出部（ヘッド部）
１０１ 処理部

Claims (11)

1. 計測領域を移動する物体の測長を行う測長装置であって、
   前記物体によりドップラ効果で変調された光を検出する検出部と、
   前記検出部からの信号に基づいて前記物体の速度の計測値を得、該計測値に基づいて前記物体の長さを得る処理部と、を有し、
   前記処理部は、前記信号の振幅に基づいて前記物体の端に対応する時点を特定し、前記時点により定められる期間に関して、前記信号に基づいて前記計測値を得、該計測値に基づいて前記長さを得ることを特徴とする測長装置。
2. 前記処理部は、前記振幅に基づいて前記物体の一端と他端とにそれぞれ対応する第１時点と第２時点とを特定し、前記第１時点と前記第２時点との間に関して、前記信号に基づいて前記計測値を得、該計測値に基づいて前記長さを得ることを特徴とする請求項１に記載の測長装置。
3. 前記処理部は、前記振幅に対する閾値に基づいて前記時点を特定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測長装置。
4. 前記処理部は、前記時点から遅延時間を設定し、前記時点から前記遅延時間が経過した後の前記速度に基づいて、前記時点から前記遅延時間が経過するまでの前記速度を得ることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の測長装置。
5. 前記処理部は、前記時点から遅延時間を設定し、前記時点から前記遅延時間が経過した後の前記速度に基づいて、前記第１時点から前記遅延時間が経過するまでの前記速度を外挿することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項に記載の測長装置。
6. 前記処理部は、前記遅延時間として、前記時点から前記振幅が安定するまでの時間を設定することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の測長装置。
7. 前記処理部は、前記計測領域に前記物体がない場合の前記振幅としての第１振幅と、計測方向において前記計測領域にわたって前記物体がある場合の前記振幅としての第２振幅とに基づいて、前記閾値を設定することを特徴とする請求項３に記載の測長装置。
8. 前記処理部は、前記第１振幅と前記第２振幅との間の平均値として前記閾値を設定することを特徴とする請求項７に記載の測長装置。
9. 前記処理部は、前記振幅が安定した場合の当該振幅に基づいて前記第１時点と前記第２時点とを特定することを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載の測長装置。
10. 前記処理部は、前記振幅が安定したことを前記計測値の信頼度に基づいて判断することを特徴とする請求項９に記載の測長装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のうちいずれか１項に記載の測長装置を用いて物体の測長を行う工程と、
    前記工程で前記測長を行われた前記物体の処理を行う工程と、
    を含むことを特徴とする物品製造方法。

Images