JPH11153409A

JPH11153409A - 長尺物の測長方法および装置

Info

Publication number: JPH11153409A
Application number: JP9319585A
Authority: JP
Inventors: Toru Furukawa; 徹古川; Takayuki Miyagawa; 卓之宮川
Original assignee: Reliance Electric Ltd; ACT Electronics Corp
Current assignee: Reliance Electric Ltd; ACT Electronics Corp
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】被測定物の表面の凹凸（穴，溝などを含む）
状態、あるいは段ボールおよび紙等による部分的なハン
プによる測長誤差の生じない測長方法および装置を提供
する。【解決手段】３個のドップラセンサＡ，Ｂ，Ｃを備
え、各ドップラセンサは、連続走行する長尺物の長手方
向にレーザ光を照射し、長尺物からの散乱光のドップラ
効果による変調光をドップラ信号として検出する。各ド
ップラセンサが検出した複数のドップラ信号を合成する
信号合成回路１２と、信号合成回路から出力される合成
ドップラ信号から、長尺物の移動速度と移動量を演算す
る回路１３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、円筒材（例え
ば、パイプ，電線，丸棒等）、トリプレックス形電線
（太物撚線）、ワイヤロープ（太物）、鋼材、および
紙，段ボール等の長尺物の移動量を測長する分野におい
て、これらの移動する長尺物の移動量を非接触により測
長する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、連続走行する長尺物の長さを測定
する方法として、パルスエンコーダを用いて単位回転量
毎にパルスを発生させ移動量を測定している。例えば、
図７に示す電力用太物撚線ケーブル搬送装置（キャタビ
ラ式）のように、連続走行する電力用太物撚線ケーブル
（以下トリプレックス形電線と言う）５１を、キャタビ
ラ５２で挟み込んで搬送し、キャタビラ５２に取り付け
られたパルスエンコーダ５４により単位回転量毎にパル
スを発生させ、連続走行する長尺物５１の移動量（速
度）を測定し、カッター５３で長尺物を切断している。
なお、５５はキャビラを駆動するモータ、５６はモータ
の駆動装置、５７は制御装置、５８は各種データの設定
器である。

【０００３】このトリプレックス形電線５１は、材料自
体がツイスト（撚り線）されているためキャタビラ方式
を用いているが、このキャタビラ方式は、機械の構造
上、高速で搬送ができず、このため生産性が低く、ま
た、測定誤差は数センチに及んでいる。

【０００４】また、図８に示す連続走行する円筒材等
（例えば、パイプ、丸棒等）の走間切断装置では、長尺
物６１をメジャリングロール６２でニップ（接触）し、
長尺物６１の走行に従ってメジャリングロール６２が回
転し、パルスエンコーダ６４により単位回転量毎にパル
スを発生させ、連続走行する長尺物６１の移動量（速
度）を測定しながら、カッタ６３で長尺物を切断する。
なお、６５はカッタを駆動するモータ、６６はモータの
駆動装置、６７は制御装置、６８は各種データの設定器
である。

【０００５】この円筒材の内、例えば、パイプ，丸棒等
の長尺物には、表面上に油，水等が付着することがある
ので、走行中にメジャリングロール６２がスリップした
りする。また、長尺物の表面にメジャリングロール６２
のニップ圧による擦り傷を生じたり、または経年による
メジャリングロール６２の摩耗の原因等により測定に誤
差が生じている。

【０００６】同じく、紙および段ボール等の長尺物を切
断するロータリーカッタ（図示しない）では、連続走行
する紙および段ボール等の長尺物をメジャリングロール
でニップ（接触）し、長尺物の走行に従ってメジャリン
グロールが回転し、パルスエンコーダにより単位回転量
毎にパルスを発生させ、連続走行する長尺物の移動量
（速度）を測定している。この走行中の紙および段ボー
ル等に部分的なハンプ（膨らみ）が生じる場合、メジャ
リングロールが浮き上がり測定に誤差が生じる。

【０００７】以上述べた問題の一部を解決するために、
連続走行する紙，段ボール等の長尺物の移動量を非接触
により測定する方法として、光学検出手段によるレーザ
測定が試みられている。この光学検出手段によるレーザ
測定装置では、連続走行する長尺物にドップラセンサの
レーザ光を照射して、その散乱光のドップラ効果による
変調光を光学手段により検出し、変調光によるドップラ
信号から移動物体の速度を測定する方法がとられてい
る。

【０００８】このようなレーザ測長装置の一例が、特公
平３−５５７９７号公報に開示されている。このレーザ
測長装置によれば、連続走行する鋼材等にドップラセン
サのレーザ光を照射して、その散乱光のドップラ効果に
よる変調光を光学手段により検出し、変調光によるドッ
プラ信号から移動物体の速度を測定し、移動物体と光学
検出手段との間の照射距離が変動した場合に、速度測定
誤差を低減させる補正回路が設けられている。

【０００９】また、特開平２−１４５２９０号公報に
は、連続走行する段ボールの速度を光学検出手段により
光接触で測定する装置の応用例が開示されている。この
測定装置では、段ボールの長尺物の長手方向にレーザを
照射して、その散乱光のドップラ効果による変調光を光
学手段により検出し、変調光によるドップラ信号から段
ボールシートの単位移動毎にパルスを発生させ、そのパ
ルス数からシートの所定の移動量を検知し、移動物体の
速度を測定する方法がとられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、連続走
行する鉄鋼または段ボールの速度を光学検出手段により
非接触で測定することが行われているが、いずれにして
も、加工された鋼材の表面上にある凹凸（穴，溝など）
による測長誤差が生じる問題、また、段ボールおよび紙
等による部分的なハンプ（膨らみ）による測長誤差が生
じる問題等があり、実際にはあまり普及されていない。

【００１１】また、連続走行する円筒材等の速度を光学
検出手段により非接触で測定する場合、円筒材等はドッ
プラセンサのレーザ光を照射できる面積が狭く、機械振
動等の影響を受け円筒材等自体が上下左右に揺れるため
に、レーザ光の照射位置がずれドップラ信号が欠落する
ことがある。このため正確に測定することができない。
この原因は、円筒材等の面がドップラセンサの焦点範囲
にあっても、円筒材等の曲率条件によって測定範囲が限
定されるためである。

【００１２】同様に、トリプレックス形電線，ワイヤロ
ープ等の長尺物は、材料自体がツイスト（撚り）されて
いるため、さらには前述したようにドップラセンサの焦
点範囲（距離）の条件および被測定物の曲率条件によっ
て測定範囲が限定されるため、ドップラセンサのレーザ
光の照射位置にずれが生じドップラ信号が欠落し、正確
に測長することができない。

【００１３】また、加工された鋼材には、穴，溝および
凹凸等があり、ドップラセンサのレーザ光の照射位置ず
れが生じ、ドップラ信号が欠落するために正確に測定す
ることができない。

【００１４】以上述べたように、これらの問題は、ドッ
プラセンサのレーザ光の照射距離（焦点範囲）の条件，
被測定物の表面状態，および被測定物の曲率条件によっ
て測定範囲が限定されるため、移動物体を非接触で測長
するという顕著な利点が失われている。

【００１５】この発明の目的は、上述のような問題を解
決した長尺物の測長方法および装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の長尺物の測長方
法は、連続走行する長尺物の動きに対応した位置に複数
個のドップラセンサを設定し、各ドップラセンサは、連
続走行する長尺物の長手方向にレーザ光を照射し、長尺
物からの散乱光のドップラ効果による変調光をドップラ
信号として検出し、各ドップラセンサが検出した複数の
ドップラ信号を合成し、合成により得られた合成ドップ
ラ信号から、長尺物の移動速度と移動量を演算する。

【００１７】また、本発明の長尺物の測長装置は、複数
個のドップラセンサを備え、各ドップラセンサは、連続
走行する長尺物の長手方向にレーザ光を照射し、長尺物
からの散乱光のドップラ効果による変調光をドップラ信
号として検出し、各ドップラセンサが検出した複数のド
ップラ信号を合成する信号合成器と、信号合成器から出
力される合成ドップラ信号から、長尺物の移動速度と移
動量を演算する手段とを備える。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施例につい
て図面を参照し説明する。図１は、本発明の長尺物の測
長装置の構成を示すブロック図である。この測長装置
は、３個のドップラセンサＡ，Ｂ，Ｃと、信号合成処理
部２と、演算制御部３とを備えている。

【００１９】ドップラセンサＡ，Ｂ，Ｃは、被測定物で
ある長尺物にそれぞれレーザ光を照射する。すなわち、
ドップラセンサＡは長尺物のＡ面に、ドップラセンサＢ
は長尺物のＢ面に、ドップラセンサＣは長尺物のＣ面に
レーザ光を照射する。

【００２０】信号合成処理部２は、複数のドップラ信号
を合成する信号合成回路１１と、信号処理回路１２とに
より構成され、演算制御部３は、演算回路１３と、制御
回路１４と、出力回路１５と、Ｆ／Ｖ変換器１６と、表
示器１７と、設定器１８と、補間回路１９とにより構成
されている。演算回路１３および制御回路１４は、実際
にはマイクロコンピュータにより構成できる。

【００２１】図２にドップラセンサの原理図を示す。図
２に示すように、レーザ光源３１から出射されたレーザ
光をコリメートレンズ３２を介して平行光線に変換した
後に、ビームスプリッタ３３で２分し、一方は直進さ
せ、他方はミラー３４で反射させて、走行する移動物体
３５に交差角で照射する。移動物体３５からの散乱光
は、受光レンズ３６を介して光検出器（ＡＰＤ）３７で
検出される。このとき光検出器（ＡＰＤ）３７から得ら
れるドップラ信号ｆ_D は、次式で表される。

【００２２】

【数１】

【００２３】このようにドップラ信号ｆ_D の周波数は、
移動物体３５の表面速度Ｖに比例した周波数となる。物
体が速度Ｖで移動した距離をＳとすれば、Ｓは次式で表
される。

【００２４】

【数２】

【００２５】前記ｆ_D の式より速度Ｖは、

【００２６】

【数３】

【００２７】となる。したがって移動距離Ｓは、

【００２８】

【数４】

【００２９】となる。上記の原理により、移動物体の速
度Ｖと移動距離Ｓが求められる。

【００３０】図１に戻り、各ドップラセンサＡ，Ｂ，Ｃ
から出力されるドップラ信号ｆ_D １，ｆ_D ２，ｆ_D ３は
信号合成処理部２の信号合成回路１１に送られる。

【００３１】図３に、信号合成回路の一例を示す。この
信号合成回路は、ドップラセンサＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ
接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、グランドに接続さ
れたＲ４とからなる抵抗合成回路である。この抵抗合成
回路によれば、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の接続点Ｄにおい
て、３つのドップラ信号ｆ_D １，ｆ_D ２，ｆ_D ３が重畳
される。重畳された信号ｆ_D は、信号処理回路１２に送
られる。

【００３２】信号合成回路１１では、３個のドップラセ
ンサＡ，Ｂ，Ｃからのドップラ信号ｆ_D １，ｆ_D ２，ｆ
_D ３のうち、いずれか２つのドップラ信号が欠落して
も、少なくとも１つのドップラ信号が検出されていれ
ば、ドップラ信号ｆ_D を出力する。

【００３３】図４は、信号処理回路１２の構成を示すブ
ロック図である。この信号処理回路は、ドップラ信号ｆ
_D に重畳している雑音を取り除く回路である。

【００３４】周波数変換器２１ａは、ドップラ信号ｆ_D
を、帯域フィルタ２２ａを通過できる周波数に変換す
る。周波数変換器２１ｂは、帯域フィルタ２２ａの出力
を、帯域フィルタ２２ｂを通過できる周波数にさらに変
換する。変換された周波数の信号は、ＰＬＬ制御発振器
２３ａで、定振幅で同一周波数の信号として再生され
る。再生された信号は、Ｆ／Ｖ変換器２６で電圧に変換
される。周波数変換器２１ａでの周波数のずれ分を電圧
の形でとり出し、ＰＬＬ制御発振器２３ｂに負帰還して
修正する。周波数変換器２１ｃで、周波数変換器２１ｂ
の逆変換を行う。さらに周波数変換器２１ｄで、周波数
変換器２１ａの逆変換を行い、ドップラ信号ｆ_D の周波
数に戻す。以上の過程の中で、帯域フィルタ２２ａ，２
２ｂ，２２ｃにより雑音が除去される。なお、２５はレ
ベル検出器である。

【００３５】雑音が除去されたドップラ信号ｆ_D は演算
制御部３の演算回路１３へ送られる。演算回路１３で
は、数３および数４の式により、速度Ｖおよび移動距離
Ｓを演算で求める。この演算に必要なレーザ波長λ，ビ
ーム交差角φ，ビーム法線と移動物体の直角からのずれ
角Δθは、設定器１８により予め設定される。これら設
定値は、制御回路１４から演算回路１３へ送られる。

【００３６】演算回路１３で計算された速度Ｖは、Ｆ／
Ｖ変換器１６で電圧に変換され、速度信号として出力さ
れる。また計算された移動距離は、出力回路１５から測
長信号として出力される。

【００３７】以下に、具体的な被測定物（長尺物）につ
いて、本発明をさらに説明する。まず、長尺物がトリプ
レックス形電線（太物撚線）の場合の測長装置の実施例
を説明する。図５に示すようにトリプレックス形電線
は、３本の太い電線４−１，４−２，４−３を撚りあわ
せた（以下ツイストという）電線である。このトリプレ
ックス形電線を側部から見ると、例えば数１０センチ以
上の間隔で線が緩やかにツイストしている。このため、
トリプレックス形電線が走行しているとき、測定位置で
の断面ではトリプレックス形電線が緩やかに回転してい
るように見える。

【００３８】この３本の電線に対応するように、ドップ
ラセンサＡは、トリプレックス形電線の上部から最長に
測定できる位置に垂直に設定する。ドップラセンサＢ
は、トリプレックス形電線の側部から最長に測長できる
位置に水平に設定する。また、ドップラセンサＣは、ト
リプレックス形電線の斜め上方から最長に測長できる位
置に斜めに設定する。

【００３９】前述したように、ドップラセンサの測長位
置からトリプレックス形電線を見ると、電線４−１，４
−２，４−３は、回転しながら走行するように見える。
従って、各ドップラセンサのレーザ光は、電線４−１，
４−２，４−３の表面と、これら電線間の溝とを順次移
り変わりながら照射する。

【００４０】ドップラセンサＡ，Ｂ，Ｃからの各ドップ
ラ信号ｆ_D １，ｆ_D ２，ｆ_D ３は、信号合成回路１１で
重畳される。トリプレックス形電線は、撚り線のため表
面が凹凸となっているが、上記のように３個のドップラ
センサを設けることによって、少なくとも１個のドップ
ラセンサからはドップラ信号が発生するので、信号合成
回路１１からは継続的にドップラ信号ｆ_D が出力され
る。したがって、ドップラセンサＡ，Ｂ，Ｃのうち多く
とも２つからのドップラ信号が欠落することはあって
も、信号合成回路１１からのドップラ信号が欠落するこ
とはない。

【００４１】このようにトリプレックス形電線のような
表面に凹凸のある長尺物であっても、複数個のドップラ
センサを用いることによって、正確な速度および移動距
離を測定することができる。

【００４２】次に、被測定物がパイプの場合について説
明する。パイプのように円筒の場合には、円筒の表面に
ドップラセンサのレーザ光を照射できる位置（面積）が
限られるため、機械振動等の影響を受けて微動に上下左
右に揺れが生じた時にドップラ信号が欠落する。この欠
落の原因は、ドップラセンサの焦点範囲であっても、円
筒の曲率条件によって測定範囲が限定されるためであ
る。

【００４３】図６に、パイプの揺れの方向に対応して、
パイプの曲率条件による測定範囲の限定を補うため複数
個のドップラセンサを用いた例を示す。図６（ａ），
（ｂ）では２個のドップラセンサＡ，Ｂを、図６（ｃ）
では３個のドップラセンサＡ，Ｂ，Ｃを用いている。

【００４４】ドップラセンサＡは、パイプ５の上部位置
にパイプ５の中心に対して垂直に取り付け、ドップラセ
ンサＢは、パイプ５の側部位置にパイプ５の中心に対し
て水平に取り付け、ドップラセンサＣは、パイプ５の斜
め上方位置にパイプ５の中心に対して斜めに取り付け
る。

【００４５】図５（ａ），（ｂ）の場合について説明す
る。走行中のパイプ５が機械振動等の影響を受け図５
（ａ）のように上下に揺れた場合は、側部に設けられた
ドップラセンサＢの照射位置がパイプの面に対してずれ
るためにドップラ信号ｆ_D ２は欠落する。しかし、上部
に設けられたドップラセンサＡは、ドップラ信号ｆ_D １
を正常に出力しているので、信号合成回路１１からはド
ップラ信号ｆ_Dが出力されている。あるいは、走行中の
パイプ５が機械振動等の影響を受け左右に揺れた場合
は、上部に設けられたドップラセンサＡの照射位置がパ
イプの面に対してずれるためにドップラ信号ｆ_D １は欠
落する。しかし、側部に設けられたドップラセンサＢ
は、ドップラ信号ｆ_D ２を正常に出力しているので、信
号合成回路１１からはドップラ信号ｆ_D が出力される。
このようにパイプが走行中に上下左右に揺れても、上部
または側部のドップラセンサがドップラ信号を出力する
ことができるため、正確な速度および移動距離を測定す
ることができる。

【００４６】上下左右のみでなくパイプの揺れ方向を見
定めて揺れ方向を測定し、効果的な位置にドップラセン
サーを追加設定することが望ましい。図６（ｃ）の例で
は、パイプが斜め方向に揺れた場合には、ドップラセン
サＣからは必ずドップラ信号が出力される。このよう
に、３個のドップラセンサを用いる場合には、パイプ５
が上下左右あるいは斜め方向に揺れても、少なくとも１
個のドップラセンサがドップラ信号を出力することがで
きるため、正確な速度および移動距離を測定することが
できる。

【００４７】以上の各実施例では、少なくとも１個のド
ップラセンサがドップラ信号を発生し、信号合成回路１
１の出力が存在するものとしている。しかし長尺物の表
面の凹凸の状態、あるいは予期しない長尺物の揺れによ
って短時間の間すべてのドップラセンサがドップラ信号
を発生しない場合には、測定が中断することになる。ま
た、被測定物が加工材の場合、穴，溝などによっても、
複数個のドップラセンサのすべてがドップラ信号を発生
せず、ドップラ信号が欠落することがあり、測定が中断
することがある。このような状態を避けるために、図１
に示すように、演算回路３は補間回路１９を備えてい
る。

【００４８】この補間回路１９は、信号合成回路１１か
ら出力されるドップラ信号ｆ_D を常時監視しており、ド
ップラ信号が途切れるとただちにホールド動作に入り、
それ以前のドップラ信号をホールドする。補間回路１９
は、ホールドしたｆ_D を信号処理回路１２に供給する。
これにより測定は中断されることなく続けられる。信号
合成回路１１からドップラ信号ｆ_D の出力が再開される
と、補間回路１９はホールド値の供給を停止する。

【００４９】このように、信号合成回路からのドップラ
信号が途切れる間は、ホールドされたドップラ信号が補
間回路１９より供給されるので、測定が中断されること
はない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ド
ップラセンサを用いた長尺物の測長方法および装置によ
れば、複数個のドップラセンサを用い、これらドップラ
センサからのドップラ信号を合成し、少なくとも１個の
ドップラセンサが正常にドップラ信号を発生していれ
ば、合成されたドップラ信号が必ず出力されるようにし
ているので、被測定物の表面の凹凸（穴，溝などを含
む）状態、あるいは段ボールおよび紙等による部分的な
ハンプによる測長誤差が生じる問題を解決することがで
きた。また、被測定物が円筒の場合に、円筒の曲率条件
による測定範囲の限定を解決した。

【００５１】さらに、補間回路を備える場合には、信号
合成回路の出力に途切れた生じても、測定の中断を防止
することができる。

【００５２】以上のように本発明によれば、移動物体を
非接触で測長するという顕著な利点が失われることのな
い長尺物の測長方法および装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の長尺物の測長装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】ドップラセンサの原理を説明するための図であ
る。

【図３】信号合成回路の一例を示す図である。

【図４】信号処理回路の構成を示すブロック図である。

【図５】長尺物がトリプレックス形電線（太物撚線）の
場合の測長装置の実施例を示す図である。

【図６】長尺物がパイプの場合の測長装置の実施例を示
す図である。

【図７】キャタビラ式の電力用太物撚線ケーブル搬送装
置を示す図である。

【図８】連続走行する円筒材等の走間切断装置を示す図
である。

【符号の説明】

２信号合成処理部３演算制御部１１信号合成回路１２信号処理回路１３演算回路１４制御回路１５出力回路１６Ｆ／Ｖ変換器１７表示器１８設定器１９補間回路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ周波数変換器２２ａ，２２ｂ，２２ｃ帯域フィルタ２３ａ，２３ｂＰＬＬ制御発振器２４発振器２５レベル検出器２６Ｆ／Ｖ変換器３１レーザ光源３２コリメートレンズ３３ビームスプリッタ３４ミラー３５移動物体３６受光レンズ３７光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続走行する長尺物の動きに対応した位置
に複数個のドップラセンサを設定し、前記各ドップラセンサは、前記連続走行する長尺物の長
手方向にレーザ光を照射し、前記長尺物からの散乱光の
ドップラ効果による変調光をドップラ信号として検出
し、前記各ドップラセンサが検出した複数のドップラ信号を
合成し、合成により得られた合成ドップラ信号から、前記長尺物
の移動速度と移動量を演算する、ことを特徴とする長尺
物の測長方法。
【請求項２】前記複数のドップラ信号の合成は、前記複
数のドップラ信号を重畳することにより行うことを特徴
とする請求項１記載の長尺物の測長方法。
【請求項３】前記複数個のドップラセンサのすべてがド
ップラ信号を検出せず、前記合成ドップラ信号が欠落し
たときに、欠落する直前の前記合成ドップラ信号をホー
ルドし、ホールドした値で、欠落した合成ドップラ信号
を補間することを特徴とする請求項１または２記載の長
尺物の測長方法。
【請求項４】前記長尺物は、電線またはワイヤーの撚り
線，円筒材，加工材のいずれかであることを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の長尺物の測長方法。
【請求項５】複数個のドップラセンサを備え、各ドップ
ラセンサは、前記連続走行する長尺物の長手方向にレー
ザ光を照射し、前記長尺物からの散乱光のドップラ効果
による変調光をドップラ信号として検出し、前記各ドップラセンサが検出した複数のドップラ信号を
合成する信号合成器と、前記信号合成器から出力される合成ドップラ信号から、
前記長尺物の移動速度と移動量を演算する手段と、を備えることを特徴とする長尺物の測長装置。
【請求項６】前記複数のドップラ信号の合成は、前記複
数のドップラ信号を重畳することにより行うことを特徴
とする請求項５記載の長尺物の測長装置。
【請求項７】前記複数個のドップラセンサのすべてがド
ップラ信号を検出せず、前記合成ドップラ信号が欠落し
たときに、欠落する直前の前記合成ドップラ信号をホー
ルドし、ホールドした値で、欠落した合成ドップラ信号
を補間する補間回路をさらに備えることを特徴とする請
求項５または６記載の長尺物の測長装置。
【請求項８】前記長尺物は、電線またはワイヤーの撚り
線，円筒材，加工材のいずれかであることを特徴とする
請求項５〜７のいずれかに記載の長尺物の測長装置。