速度变化测量装置及方法
【技术领域】
本发明涉及一种对移动中的物体的表面速度的变化进行测量的速度变化测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]已提出有，在将卷绕成纸、薄膜、赛璐玢、金属箔、橡胶等卷状物体(以下，称为卷料)由送出部依次拉出，对卷料进行规定的处理，将处理后的卷料通过收取部进行卷绕的卷料搬运装置中，对卷料的表面速度进行测量的速度测量装置(参见专利文献I)。
[0003]在利用专利文献I所公开的技术对表面速度的变化进行测量的情况下，将根据表面速度的差分来求变化。但是，存在当相对于表面速度的绝对值想要测量的差分较小时，由于表面速度的测量值所包含的误差相对于表面速度的差分相对地变大，因而将产生变化的测量精度下降这样的问题。
[0004]作为与专利文献I不同的速度测量装置有多普勒测速仪。多普勒测速仪在产生与速度成比例关系的被称为多普勒频移的频率偏移方面，与专利文献I所公开的自混合型激光传感器本质上是相同的，假如要根据速度的差分来求变化的话，将产生与上述相同的问题。
[0005]另外，作为信号处理，一般采用FFT(Fast Fourier Transform)等频率分析的多普勒测速仪存在如下问题。FFT的频率分解能(速度分解能)取决于取样期间的长度，高分解能需要较长的取样期间的同时，取样期间中的信号频率也必须是一定的。取样期间的速度变化作为频率强度的峰值的扩大而出现，能谱平均与取样期间中的平均频率(速度)不一致而产生误差。其理由是FFT并不表示时间轴上的主信号的频率的时间分布，而是表示平均的信号强度的缘故，是由于变成被乘以窗口函数后的信号强度较强时的频率拉拽的状态的原因。因此，利用FFT的速度变化测量存在技术性的大问题。
[0006]而且，由于FFT利用分析对象的最高频率和分解能所必要的取样数为固定，所以计算的物理量不论是绝对速度还是速度变化都需要相同的取样数据。也就是说，为了要计算出微小的速度的变化，与速度分解能对应的较长的时间窗口长度中需要高取样频率的数据。FFT需要的计算量变得非常庞大而不现实。
[0007]另外，作为与专利文献I关联的技术，有采用周期性的信号的2值化信号的信号计数修正技术(参见专利文献2)。该专利文献2所公开的技术具有较高的信号/噪声分离能力，是高精度和快速信号处理并存的技术，但在信号质量显著降低且信号与噪声的分离不完全、速度的测量值的精度下降的情况下，由于根据包含测量误差的速度的差分，计算出的变化测量结果所包含的误差比起变化量相对地变得较大，因而变化的测量精度显著下降。
现有技术文献专利文献专利文献I日本特开2011-141128号公报专利文献2日本特开2011-033525号公报
【发明内容】
发明要解决的课题
[0009]如上所述，在现有技术中，假如想要根据物体的表面速度的差分来求出表面速度的变化的话，则存在变化的测量精度难以提高这样的问题。
[0010]本发明正是为了解决上述问题而做出的，是以提供能够使得表面速度的变化的测量精度提高的速度变化测量装置及方法为目的的。
用于解决课题的手段
[0011]本发明的速度变化测量装置，其特征在于，包括:半导体激光器，其向测量对象的物体放射激光；振荡波长调制单元，其让所述半导体激光器动作，以使振荡波长连续地单调增加的第I振荡期间和振荡波长连续地单调减少的第2振荡期间交替地存在；检测单元，其对电信号进行检测，该电信号包含利用所述半导体激光器所放射的激光和来自所述物体的返回光的自混合效果而产生的干扰波形；2值化单元，其将该检测单元的输出信号中所包含的所述干扰波形与取样时钟同步进行2值化；游程测量单元，其在各个基准期间和比较期间，每次由所述2值化单元输出的2值化信号发生变化，都对该2值化信号的游程进行测量；频数分布制作单元，其根据该游程测量单元的测量结果，对各个所述基准期间和所述比较期间制作所述游程的频数分布；计数单元，其根据该频数分布制作单元制作的频数分布，对各个所述基准期间和所述比较期间，求出阈值Th以上的游程的数的总和；运算单元，其根据各个所述基准期间和所述比较期间中的所述计数单元的计数结果，求出所述比较期间中的所述物体的表面速度相对于所述基准期间中的所述物体的表面速度的变化。
[0012]另外，在本发明的速度变化测量装置的一个构成例中，所述阈值Th为预先设定的值。
另外，本发明的速度变化测量装置的一个构成例，其特征在于，还包括:概率计算单元，其对在所述基准期间，所述2值化单元的输出因所述游程测量单元的测量结果而产生的变化的概率P进行计算；噪声频数分布计算单元，其在所述基准期间，根据所述游程测量单元的测量结果和所述概率P对噪声的频数分布进行计算；阈值设定单元，其在所述基准期间，根据所述噪声频数分布计算单元的计算结果，设定等级值m以上的噪声的频数的总和成为规定值的所述等级值m作为所述阈值Th。
另外，本发明的速度变化测量装置的一个构成例，其特征在于，还包括:代表值计算单元，其根据在所述基准期间，所述频数分布制作单元制作的频数分布，来计算所述游程的分布的代表值TO ;阈值设定单元，其根据所述基准期间中的所述游程测量单元的测量结果来求出将所述代表值TO附近的游程的分布视为正规分布情况下的标准偏差σ，且基于该标准偏差σ和所述代表值TO来设定所述阈值Th。
[0013]另外，本发明的速度变化测量方法，其特征在于，包括:振荡步骤，其让向测量对象的物体放射激光的半导体激光器动作，以使振荡波长连续地单调增加的第I振荡期间和振荡波长连续地单调减少的第2振荡期间交替地存在；检测步骤，检测电信号，该电信号包含利用由所述半导体激光器放射的激光和来自所述物体的返回光的自混合效果而产生的干扰波形；2值化步骤，其将由该检测步骤得到的输出信号所包含的所述干扰波形与取样时钟同步进行2值化；游程测量步骤，其对在各个基准期间和比较期间，由所述2值化步骤输出的2值化信号的每次变化，都测量该2值化信号的游程；频数分布制作步骤，其根据该游程测量步骤的测量结果，对于各个所述基准期间和所述比较期间，来制作所述游程的频数分布；计数步骤，其根据由该频数分布制作步骤制作的频数分布，对各个所述基准期间和所述比较期间，求出阈值TH以上的游程的数的总和；表面速度变化计算步骤，其根据各个所述基准期间和所述比较期间中的所述计数步骤的计数结果，来求出所述比较期间中的所述物体的表面速度相对于所述基准期间中的所述物体的表面速度的变化。
发明的效果
[0014]根据本发明，能够通过从游程的计数结果中除去噪声成分，根据去除了噪声成分的计数结果，计算出比较期间中的物体的表面速度相对于基准期间中的物体的表面速度的变化，使表面速度的变化的测量精度和再现性提高。
【附图说明】
[0015]图1是示出涉及本发明的第I实施方式的速度变化测量装置的构成的框图。
图2是示出适用涉及本发明的第I实施方式的速度变化测量装置的卷料搬运装置的构成的框图。
图3是本发明的第I实施方式中的半导体激光器的振荡波长的时间变化的一示例图。图4是对本发明的第I实施方式中的电流-电压转换放大部的输出电压波形及滤波部的输出电压波形进行示意性地表示的波形图。
图5是示出本发明的第I实施方式中的计数部和运算部的动作的流程图。
图6是本发明的第I实施方式中的计数部的构成的一示例框图。
图7是示出本发明的第I实施方式中的计数部的动作的流程图。
图8是本发明的第I实施方式中的计数部的计数处理部的构成的一示例框图。
图9是用来对本发明的第I实施方式中的计数部的2值化部的动作进行说明的图。
图10是用来对本发明的第I实施方式中的计数部的游程测量部的动作进行说明的图。 图11是游程的频数分布的一示例图。
图12是本发明的第I实施方式中的运算部的构成的一示例框图。
图13是示出本发明的第2实施方式中的计数部的动作的流程图。
图14是本发明的第2实施方式中的计数部的计数处理部的构成的一示例框图。
图15是无信号状态的游程频数分布的示例图。
图16是对2值化后的符号变化的概率及符号无变化的概率进行说明的图。
图17是示出本发明的第3实施方式中的计数部的动作的流程图。
图18是本发明的第3实施方式中的计数部的计数处理部的构成的一示例框图。
【具体实施方式】
[0016][发明的原理]
专利文献2所公开的信号计数方法虽然具有较高的将信号和噪声分离的能力，但由于频数分布上的噪声形成的分布与信号形成的分布重叠，因而其分离不完全。虽然无法将信号和噪声完全地分离是与其他的测量原理相同，但专利文献2所公开的信号计数方法具有以下特征。
[0017](A)利用统计性作用的去噪声整形效果。专利文献2所公开的信号计数方法的“2值化处理和游程的频数分布制作处理”具有使较宽频率下的噪声过渡到较高的频率区域的去噪声整形功能。
(B)过渡到较高的频率区域的噪声分布形状，因频数(计数值)