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技術 レーザドップラ法を利用した搬送中における直方体の物品の進入角度と側辺の実長の測定法とその装置

出願人 ミナトホールディングス株式会社
発明者 日向俊一郎
出願日 1995年4月14日 (25年7ヶ月経過) 出願番号 1995-112697
公開日 1996年11月1日 (24年0ヶ月経過) 公開番号 1996-285554
状態 特許登録済
技術分野 光レーダ方式及びその細部 光学的手段による測長装置
主要キーワード 移動物品 進入角度θ 交差角φ 物品位置検出 移動速度信号 前方エッジ 移動速度ベクトル 非接触測定
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年11月1日)のものです。
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図面 (6)

目的

物品ベルトコンベアの移動方向に対して、進入角度をもって搬送された時の進入角度と、物品の側辺の真の長さを測定できる測定法とその装置を提供する。

構成

直方体の物品2がベルトコンベア1によって搬送されてくる過程において、所定の高さにレーザドップラ速度センサ3を設置し、レーザ光線をベルトコンベアの表面に照射する手段を設けると共に、ベルトコンベアの移動方向の直角方向に2台の物体位置検出センサ5A、5Bを設置し、そのうちの1台により、物品の前方と後方エッジの通過するタイミングを検出し、同時に物体位置検出センサ2台により前方エッジ進入したときの進入角度による時間のずれを検出したものとをタイミング信号として信号処理器4に入力し、演算によって物品の進入角度と側辺の実長とを測定できる測定法とその装置を構成した。

概要

背景

移動する物体レーザ光照射すると、該物体により散乱された光は、ドップラ効果により速度に比例した周波数変化を受けるが、その散乱光照射光とを同時に受けてそれを合成すれば、速度に比例したうなり信号(周波数差)が得られるので、物体の速度を正確に知ることが出来ることはよく知られているところである。

即ち、図4に示す如く、移動速度ベクトルVで移動する移動物体(本発明では移動する直方体物品をいう)にレーザ光の照射光KO を矢印の如く照射すると、その散乱光KS の周波数はドップラ効果により入射した照射光KO の周波数よりシフトする。このシフトした周波数(以下ドップラ周波数という)fD は、移動物体の移動速度ベクトルVと照射光KO 及び散乱光KS の波数ベクトルKO ,KS を用いて次式で与えられる。

概要

物品がベルトコンベアの移動方向に対して、進入角度をもって搬送された時の進入角度と、物品の側辺の真の長さを測定できる測定法とその装置を提供する。

直方体の物品2がベルトコンベア1によって搬送されてくる過程において、所定の高さにレーザドップラ速度センサ3を設置し、レーザ光線をベルトコンベアの表面に照射する手段を設けると共に、ベルトコンベアの移動方向の直角方向に2台の物体位置検出センサ5A、5Bを設置し、そのうちの1台により、物品の前方と後方エッジの通過するタイミングを検出し、同時に物体位置検出センサ2台により前方エッジ進入したときの進入角度による時間のずれを検出したものとをタイミング信号として信号処理器4に入力し、演算によって物品の進入角度と側辺の実長とを測定できる測定法とその装置を構成した。

目的

直方体の物品がベルトコンベアに載置されて搬送されてくる場合、前記の通り図3(A)に示すように、ベルトコンベアの移動方向に対して、該物品が、まっすぐにベルトコンベアの移動方向と一致して搬送されてくる場合は、該物品の長さLは真の長さとして測定できるが、ベルトコンベア上の該物品の向きはベルトコンベアの移動方向に一致するとは限らず通常は、図3(B)に示すように該物品はある進入角度θをもって搬送されてくるので、該物品のLの真の長さを測定できないで、誤差を含んだL′を測定することになる。従って、本発明は前記欠点を解決することを目的として、レーザドップラ法を利用した搬送中の直方体の物品の進入角度と側辺の実長を測定できる測定法とその装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

直方体物品ベルトコンベア等により搬送されてくる過程において、ベルトコンベア等の側端部上方の任意の位置の所定の高さに設置されたレーザドップラ速度センサにより検出された移動速度信号信号処理器に入力することによって移動速度を求め、それを時間積分の演算を行うことによりベルトコンベア等の移動距離リアルタイムに測定すると共に、直方体の物品が通過するベルトコンベア等の上方の任意の位置の所定の高さに、ベルトコンベア等の移動方向に対して直角方向に所定の間隔をもって並置された2台の物体位置検出センサのうちの1台より、ある進入角度をもって搬送されてくる前記物品の前方と後方エッジの通過するタイミングを検出したものと、同時に前記物体位置検出センサ2台により前方のエッジが前記物体位置検出センサ2台に進入したときの進入角度による時間ずれを検出したものとをタイミング信号として、該タイミング信号を信号処理器に入力し、前記測定されたベルトコンベアの移動距離の信号とゲートをかけ、それを前記信号処理器内で演算することによって、前記物品の真の実長を測定できることを特徴とするレーザドップラ法を利用した搬送中における直方体の物品の進入角度と側辺の実長の測定法

請求項2

直方体の物品がベルトコンベア等により搬送されてくる過程において、ベルトコンベア等の側端部上方の任意の位置の所定の高さに、レーザドップラ速度センサを設置する手段と、前記ベルトコンベア等の表面にレーザ光照射する手段と、前記直方体の物品が通過するベルトコンベア等の上方の任意の位置の所定の高さに、該ベルトコンベア等の移動方向に対して直角方向に所定の間隔をもって2台の物体位置検出センサを並置する手段と、前記レーザドップラ速度センサによる移動速度信号を入力することにより得られた前記ベルトコンベア等の移動距離と、前記並置された2台の物体位置検出センサのうちの1台よりある進入角度をもって搬送されてくる前記物品の前方と後方のエッジの通過するタイミングを検出したものと、同時に前記物体位置検出センサ2台により前方のエッジが物体位置検出センサ2台に進入したときの進入角度による時間ずれを検出したものとをタイミング信号とし、該タイミング信号を信号処理器に入力し、前記測定されたベルトコンベア等の移動距離の信号とゲートをかけ、それを前記信号処理器内で演算することにより、直方体の物品の真の実長を測定できることを特徴とする信号処理器と、からなることを特徴とするレーザドップラ法を利用した搬送中における直方体の物品の進入角度と側辺の実長の測定装置

技術分野

0001

本発明は、ベルトコンベア等により搬送されてくる直方体物品進入角度側辺実長測定法とその装置に関するもので、ベルトコンベア等の上方の任意の位置の所定の高さよりレーザ光照射して移動速度を測定し、また前記物品が通過するベルトコンベア等の上方の任意の位置の所定の高さに所定の間隔で並置された2台の物体位置検出センサアナログ出力とを信号処理器に入力することにより、ベルトコンベア等により搬送されてくる直方体の物品の進入角度と側辺の実長とを測定する方法とその装置に関する。

背景技術

0002

移動する物体にレーザ光を照射すると、該物体により散乱された光は、ドップラ効果により速度に比例した周波数変化を受けるが、その散乱光照射光とを同時に受けてそれを合成すれば、速度に比例したうなり信号(周波数差)が得られるので、物体の速度を正確に知ることが出来ることはよく知られているところである。

0003

即ち、図4に示す如く、移動速度ベクトルVで移動する移動物体(本発明では移動する直方体の物品をいう)にレーザ光の照射光KO を矢印の如く照射すると、その散乱光KS の周波数はドップラ効果により入射した照射光KO の周波数よりシフトする。このシフトした周波数(以下ドップラ周波数という)fD は、移動物体の移動速度ベクトルVと照射光KO 及び散乱光KS の波数ベクトルKO ,KS を用いて次式で与えられる。

0004

0005

前記移動物体の移動測定に用いられる速度測定レーザドップラ速度センサ3は、図5に模式的に示すように、台31上に半導体レーザ35とコリメートレンズブロック36とビームスプリッタ37とミラー38と集光レンズ39と光検出器APD40とドップラ増幅器41とが形成されており、半導体レーザ35からのレーザ光はコリメートレンズブロック36をへて、ビームスプリッタ37で2分される。2分された光は一方はミラー38で反射され照射光K01、他方は照射光K02となり交差角φで移動速度ベクトルVで移動する移動物体に照射され、それぞれのビームからの散乱光は、受光Kとなり集光レンズ39を通り、光検出器APD40でヘテロダイン検波される。このとき、2本の照射光K01及びK02に対する散乱光のドップラ周波数fD1,fD2は次のようになる。

0006

0007

ここで交差角φは前記の通り2本の照射光のなす角度、Δθは光学系と速度方向の相対的設定誤差角を表わしている。2種類の散乱光はヘテロダイン検波して得られるビート周波数fD は次の通りとなる。

0008

0009

速度Vを測定するためには、ドップラ周波数fD を測定すればよいことになる。ただし、速度測定の正確さは交差角φと設定誤差角Δθに関係しており、交差角φの変動は光学系の精度で決まり、設定誤差角Δθは移動物体とレーザドップラセンサ体の取付け方法などにより決定される。また、ドップラ周波数fD と速度Vとの関係式は、比例定数Kを用いて次のようになる。

0010

0011

この比例定数Kは、個々のレーザドップラセンサ体によって異なり、スケールファクタとして各レーザユニットにあらかじめ刻印されており、したがって速度を測定するときは、レーザドップラセンサ体から得られるドップラ周波数fD と、キー入力されているスケールファクタKにより演算で速度Vを求めている。逆に、測定された速度からドップラ周波数を計算で求める場合は次式で求めることができる。

0012

0013

前記のレーザドップラ法を利用した移動物体の測定方法非接触測定測定対象乱れを生じないこと、レーザ光を測定点に集中するので測定の空間的分解能が高いこと、低速度から高速度まで直線性がよく広範囲の測定に使えるなどの長所があり応用面も広いものである。

0014

図3(A)のようにベルトコンベアの側端部上方の任意の位置の所定の高さにレーザドップラ速度センサを設置し、また直方体の物品が通過するベルトコンベアの上方の任意の位置の所定の高さに物体位置検出センサを設置して、前記物品がベルトコンベアによって搬送されてくる過程において、前記レーザドップラ速度センサにより前記ベルトコンベアの移動速度信号を検出し、これを信号処理器に入力することにより、前記ベルトコンベアの移動速度を求め、さらに時間積分することにより該ベルトコンベアの移動距離リアルタイムに測定すると共に、同時にベルトコンベアによって搬送されてくる前記物品の移動方向に対して前方と後方エッジの通過するタイミングを検出して、この物体位置検出センサのアナログ信号を前記信号処理器に入力する。

0015

上記により信号処理器内では、前記ベルトコンベアの移動距離出力に物体位置検出センサのアナログ信号をゲート信号としてゲートをかけることにより、前記物品の側辺の長さを検出する。しかしながら、図3(B)に示すように、前記物品が移動方向に対して、ある角度θ(進入角度)をもって移動している場合、物体位置検出センサのアナログ出力であるゲート信号が1/cosθ倍長くなるので、測定された前記物品のエッジの側辺の長さは実長Lに対し、L×(1/cosθ)と誤差を含んだ実長より長いL′として測定されてしまうという欠点があった。

発明が解決しようとする課題

0016

直方体の物品がベルトコンベアに載置されて搬送されてくる場合、前記の通り図3(A)に示すように、ベルトコンベアの移動方向に対して、該物品が、まっすぐにベルトコンベアの移動方向と一致して搬送されてくる場合は、該物品の長さLは真の長さとして測定できるが、ベルトコンベア上の該物品の向きはベルトコンベアの移動方向に一致するとは限らず通常は、図3(B)に示すように該物品はある進入角度θをもって搬送されてくるので、該物品のLの真の長さを測定できないで、誤差を含んだL′を測定することになる。従って、本発明は前記欠点を解決することを目的として、レーザドップラ法を利用した搬送中の直方体の物品の進入角度と側辺の実長を測定できる測定法とその装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0017

本発明は、前記課題を解決するために請求項1において、直方体の物品がベルトコンベア等により搬送されてくる過程において、ベルトコンベア等の側端部上方の任意の位置の所定の高さに設置されたレーザドップラ速度センサにより検出された移動速度信号を信号処理器に入力することによって移動速度を求め、それを時間積分の演算を行うことによりベルトコンベア等の移動距離をリアルタイムに測定すると共に、直方体の物品が通過するベルトコンベア等の上方の任意の位置の所定の高さに、ベルトコンベア等の移動方向に対して直角方向に所定の間隔をもって並置された2台の物体位置検出センサのうちの1台より、ある進入角度をもって搬送されてくる前記物品の前方と後方のエッジの通過するタイミングを検出したものと、同時に前記物体位置検出センサ2台により前方のエッジが前記物体位置検出センサ2台に進入したときの進入角度による時間ずれを検出したものとをタイミング信号として、該タイミングを信号処理器に入力し、前記測定されたベルトコンベアの移動距離の信号とゲートをかけ、それを前記信号処理器内で演算することによって、前記物品の真の実長を測定できるレーザドップラ法を利用した搬送中の直方体の物品の進入角度と側辺の実長の測定法を構成した。

0018

請求項2において、直方体の物品がベルトコンベア等により搬送されてくる過程において、ベルトコンベア等の側端部上方の任意の位置の所定の高さに、レーザドップラ速度センサを設置する手段と、前記ベルトコンベア等の表面にレーザ光を照射する手段と、前記直方体の物品が通過するベルトコンベア等の上方の任意の位置の所定の高さに、該ベルトコンベア等の移動方向に対し直角方向に所定の間隔をもって2台の物体位置検出センサを並置する手段と、前記レーザドップラ速度センサによる移動速度信号を入力することにより得られた前記ベルトコンベア等の移動距離と、前記並置された2台の物体位置検出センサのうち1台よりある進入角度をもって搬送されてくる前記物品の前方と後方のエッジの通過するタイミングを検出したものと、同時に前記物体位置検出センサ2台に進入したときの進入角度による時間ずれを検出したものをタイミング信号とし、該タイミング信号を信号処理器に入力し、前記測定されたベルトコンベア等の移動距離の信号とゲートをかけ、それを前記信号処理器内で演算することにより、直方体の物品の真の実長を測定できることを特徴とする信号処理器と、からなることを特徴とするレーザドップラ法を利用した搬送中における直方体の物品の進入角度と側辺の実長を測定できる装置を構成した。

0019

上述した従来の技術で構成された物体位置検出センサに所定の間隔をもった物体位置検出センサを追加並置して2台とし、その両出力を信号処理器に入力することによって該信号処理器内で直方体の物品の進入角度θが求められ、さらに測定されたエッジの側辺の長さL′にcosθを乗算演算されて、真の長さLが得られる。従って、直方体の物品の進入角度による測定誤差を受けることがない。このため、本発明では、直方体の物品の進入角度の測定と、進入角度に関係なく非接触で直方体の物品の側辺の真の長さが測定可能である。

0020

本発明の一実施例を図面と共に説明する。図1は、本発明の一実施例の説明斜視図である。図1において、1はベルトコンベア、2は直方体の物品、3はレーザドップラ速度センサ、4は信号処理器、5A、Bは物体位置検出センサ、6は接続ケーブルである。直方体の物品がベルトコンベア等で搬送されてくる過程において、レーザドップラ速度センサ3は、前記ベルトコンベアの側端部上方の任意の位置の所定の高さに設置され、レーザドップラ速度センサ3から所定の照射手段によってレーザ光がベルトコンベアの表面を照射するようになっている。また、直方体の物品が通過するベルトコンベアの上方の任意の位置の所定の高さに、ベルトコンベアの移動方向に対し直角方向に2台の物品位置検出センサ5A、5Bが所定の間隔Wをもって並置されている。

0021

信号処理器4はレーザドップラ速度センサ3と、また物体位置検出センサ5A、5Bとそれぞれ図1に示すようにケーブル6で電気的にそれぞれ接続されている。

0022

本発明は、上記のように構成されているので、レーザドップラ速度センサ3によりベルトコンベアの移動速度信号を検出し、それを信号処理器4に入力することによってベルトコンベアの移動速度を求め、それを時間積分することにより演算の結果、ベルトコンベアの移動距離をリアルタイムに測定できる。また、同時に前記物体位置検出センサ5A、5Bによって搬送されてくる直方体の物品の移動方向に対して前方、後方のエッジを通過するタイミングを検出しこの物体位置検出センサ5Aによるアナログ出力を信号処理器4に入力する。信号処理器内では、ベルトコンベアの移動距離出力に物体位置検出センサをゲート信号としてゲートをかけることによって移動物品の側辺の長さを検出する。

0023

直方体の物品がベルトコンベアの移動方向に対してある角度θをもった状態で移動している場合は、物体位置検出センサ5Aのアナログ出力であるゲート信号が1/cosθ倍長くなるので、実際の側辺の長さをLとすると測定されたL′は図2で分かるように次式で示される。
L′=L×1/cosθ (1)

0024

直方体の物品がベルトコンベアの移動方向に対して真直に移動している場合は、物体位置検出センサ5A、5Bの移動方向に対して前方エッジの検出は同時である。しかし、直方体の物品がベルトコンベアの移動方向に対してある角度θをもった状態で移動している場合では、物体位置検出センサの直方体の物品の移動方向に対して前方のエッジの検出は、同時ではなく時間遅れが生ずる。この時間遅れをゲート信号として、ベルトコンベアの移動距離出力とゲートをとることにより、前方のエッジの検出の時間遅れに生じた変位d(図2参照)が検出できる。この変位dと両物体位置検出センサ5A、5B間の距離Wを信号処理器4内で次式(2)の演算を行うことによりベルトコンベアの移動方向に対しての進入角度θが算出される。
θ°=tan-1(d/W) (2)
ここで得られたθ°により(1)式で測定されたL′を(3)式にて補正する。
L′×cos(tan-1(d/W))
={L×(1/cosθ)}×cosθ (3)
=L

0025

また、ここでは物品の直方体に限って述べたが、物品の前方のエッジと後方のエッジが平行であれば直方体に限らず物品の進入角度の測定と進入角度に関係なく真の実長が測定可能である。また、紙などのように厚さの薄いほとんど平面なものであっても測定可能である。

発明の効果

0026

直方体の物品の進入角度の測定と、進入角度に関係なく非接触で直方体の物品の真の長さが測定可能であり、さらに本発明では、ある角度をもった状態で搬送されてくる過程での物品の寸法検査、進入角度の測定等に応用できる。

図面の簡単な説明

0027

図1本発明の一実施例の説明斜視図である。
図2本発明の一実施例の図1を真上から見た説明図である。
図3従来の直方体の物品の搬送時の直方体の長さ測定ステムの説明図であって、(A)はベルトコンベアの移動方向に対して直方体の物品がまっすぐに搬送されてくる場合を示し、(B)は直方体の物品がベルトコンベアの移動方向に対して、ある進入角度θをもって搬送されてくる場合を示している説明図である。
図4レーザ光を移動物体に照射したときの散乱光の関係を示す説明図である。
図5レーザドップラ速度センサの説明斜視図である。

--

0028

1ベルトコンベア
2直方体の物品
3レーザドップラ速度センサ
4信号処理器
5物体位置検出センサ
6ケーブル
31 台
35半導体レーザ
36コリメートレンズブロック
37ビームスプリッタ
38ミラー
39集光レンズ
40光検出器APD
41ドップラ増幅器
W並置された物体位置検出センサAとB間の間隔
θ ベルトコンベアの移動方向に対し搬送されてくる直方体の進入角度
d 直方体の前方と後方のエッジの検出の時間遅れにより生ずる変位量
L 直方体のエッジの側辺の実長
L′進入角度θをもって搬送されてくる場合に測定した直方体の物品の誤差を含む側辺の長さ

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