KR20140029237A - 이동 재료 웹 캡쳐 센서 - Google Patents

Abstract

센서(1)는 이동 재료 웹(2)을 캡쳐하는 역할을 한다. 센서(1)는 광원들(4, 4') 및 적어도 하나의 광 검출기(10)를 갖는다. 광원들(4, 4')은 서로 다른 편광을 갖는 방출 광(5)을 방출시킨다. 방출된 광의 편광 상태는 광원들(4, 4')의 방출 광(5)을 선택하거나 혼합하는 것에 의해 영향을 받을 수 있다. 이에 따라, 예를 들면, 재료 웹(2) 내의 금속 스트립(13)과 같은 마킹이 문제 없이 광 검출기(10)로 캡쳐될 수 있다.

Description

이동 재료 웹 캡쳐 센서{SENSOR FOR CAPTURING A MOVING MATERIAL WEB}

본 발명은 이동 재료 웹 캡쳐 센서에 관한 것으로, 특히, 이동 재료 웹의 위치를 캡쳐하기 위한 센서에 관한 것이다.

US 2007/0153285 A1는 시료의 광학 반사 특성을 결정하는 타원해석기를 개시한다. 이 타원해석기는 파장 의존적 분석을 허용하기 위하여 서로 다른 레이저 광원들로 작동될 수 있다. 이 경우의 광 입사는 수평(grazing)입사이므로, 입사광이 시료면상의 법선에 대하여 거의 90°인 각도로 둘러싼다. 반사된 광은 내부 광속(luminous flux)을 검출하는 검출기상으로 렌즈 배열을 이용하여 초점이 맞춰진다. 여기에서, 분석될 시료는 분석된 면에 걸쳐 균질한 것으로 가정하므로 마킹(marking)이나 주변 에지(peripheral edge)가 검출될 수 없다.

US 4,210,401은 광의 입사각 및 반사각이 시료면상의 법선에 대하여 0° 및 거의 90° 사이의 범위 내에서 변화할 수 있는 다른 타원해석기를 개시한다. 이 타원해석기는 또한 균질한 분석 시료를 가정하므로, 마킹이나 주변 에지를 캡쳐하는 것이 가능하지 않다.

EP 2 157 401 A1은 거리를 측정하는 장치를 개시한다. 상기 장치는, 빔 스플리터를 통하여 분리된 광원 및 광 검출기로 구성된다. 여기에서, 광원은 광을 빔 스플리터를 통하여 조사될 시료상으로 전달한다. 이에 따라 반사된 광은 빔 스플리터에 의하여 반사되어 검출기로 안내된다. 상기 장치로부터의 시료의 거리는 검출기에 도달하는 신호들의 시간 지연을 캡쳐하는 것에 의하여 확인된다.

EP 1 154 225 B1는 이동 재료 웹의 주변 에지 또는 이동 재료 웹 상의 마킹을 캡쳐하는 일반적인 센서를 개시한다. 이 센서는 재료 웹을 조명하는 직사광원 및 확산광원을 갖는다. 재료 웹에 의하여 반사된 광은 광 검출기에 의하여 캡쳐되어 전기적 신호로 변환된다. 상기 센서는 그 자체가 실행상 여러 번 입증되었으며, 본 발명의 시작점을 구성한다.

본 발명은, 바람직하지 않은 조건하에서도 재료 웹의 웹 에지 또는 재료 웹상의 마킹의 신뢰할 수 있는 캡쳐를 가능하게 하는 도입부에 언급된 형태의 센서를 제공하는 목적을 기반으로 한다.

이러한 목적은 본 발명에 따른 아래의 특징들로 달성된다.

본 발명에 따른 센서는 이동 재료 웹을 캡쳐하는 데에 사용되며, 구체적으로, 특히, 재료 웹의 에지 또는 재료 웹 상에 구비된 마킹을 기준으로 재료 웹의 위치를 캡쳐하는 데에 사용된다. 센서는 방출 광을 재료 웹에 전달하는 광원들을 갖는다. 이 경우, 상기 광원들 그 자체가 재료 웹을 향하는지의 여부, 또는 방출 광이 예를 들어 거울, 프리즘, 렌즈 등과 같은 광학 수단을 이용하여 궁극적으로 재료 웹에 부딪히도록 편향되었는지의 여부는 중요하지 않다. 중요한 것은 단지 재료 웹의 적어도 일부 영역이 방출 광에 의하여 조명된다는 것이다. 상기 센서는 검출 광을 수신하는 적어도 하나의 광 검출기를 추가적으로 구비한다. 여기에서, 상기 검출 광은 적어도 하나의 광원에 의하여 방출되고 재료 웹에 의해 영향을 받는다. 가능한 영향은 특히 반사, 흡수, 및 투과이다. 이들은 입사 방출 광에 대한 재료 웹의 상대 위치 및 광학 특성에 의존한다. 이에 따라, 원칙적으로, 재료 웹에 의하여 반사되거나 투과된 검출 광으로부터 재료 웹의 위치를 캡쳐하는 것이 가능하다.

그러나, 바람직하지 않은 경우에는, 이동 재료 웹의 위치에 대한 검출 광의 의존성이 너무 작아 검출 광으로부터 재료 웹의 위치를 확인할 수 없을 수 있다. 예를 들어, 투명 바니시(varnish)가 전체 재료 웹에 스프레이로 분사되는 재료 웹상에 구비된 금속 스트립의 위치를 캡쳐하고자 하는 경우에는, 금속 스트립의 위치의 신뢰할 수 있는 캡쳐를 방해하는 상대적으로 작은 콘트라스트(contrast)만이 금속 스트립 및 잔류하는 재료 웹 사이에서 생성된다. 이러한 더욱 어려운 조건하에서도 재료 웹의 위치의 신뢰할 수 있는 캡쳐를 가능하게 하기 위해, 광원들이 서로 다른 편광(polarization)을 가지는 방출 광을 방출시킬 수 있다. 바람직하게는, 광원들 중 적어도 하나의 방출 광이, 적어도 하나의 다른 광원의 방출 광이 재료 웹의 평면에 수직으로 편광되는 동안, 재료 웹의 평면에 평행하게 편광된다. 그러나, 이러한 정렬은 필요하지 않다. 중요한 것은 단지 그러한 편광 특성들이 다르다는 것이다. 그 결과, 광원들을 구동하여, 방출 광의 편광이 전체적으로 변화될 수 있다. 상기한 예로부터 출발하여, 예를 들면 방출 광이 수직으로만 편광되도록 광원들이 구동될 수 있다. 광원들을 평행 편광으로 구동하는 것에 의해, 그에 대비하여 방출 광이 평행하게 편광된다. 다르게 편광된 광원들을 동시에 구동시키는 것에 의하여, 이들 편광 방향들을 혼합하는 것도 가능하다. 여기에서, 원칙적으로, 광원들 자체가 이미 편광된 광을 투과시켰는지의 여부 또는 광원들의 편광되지 않은 광이 광학 수단에 의하여 편광되는지의 여부는 중요하지 않다. 광원들의 제어를 통해 편광 상태를 적절하게 선택하는 것에 의하여, 바람직하지 않은 조건에서도, 이동 재료 웹 상의 마킹의 신뢰적인 스캔을 할 수 있다. 특히, 광원들의 방출 출력을 변화하도록 제공하여 이동 재료 웹의 선택된 안내 기준이 최적의 콘트라스트를 생성하도록 한다.

최소의 실질적인 광원(practical light source)들이 편광된 방출 광을 제공한다. 따라서, 적어도 하나의 편광 필터가 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 광 검출기 사이에 구비되는 것이 유리하다. 다시 한번, "사이"는 여기에서 "빔 경로 내에 위치된"을 의미하는 것으로 이해된다. 적어도 하나의 편광 필터는 적어도 하나의 광원 및 재료 웹 사이 또는 재료 웹 및 적어도 하나의 광 검출기 사이에 배치될 수 있다. 복수의 편광 필터들이 구비되는 경우, 편광 필터들은 재료 웹의 양측에 배치될 수도 있다. 적합한 편광 필터들은 예를 들면 특정 편광 방향의 광을 흡수하는 정렬된 폴리머 체인들을 구비한 플라스틱 층들이다. 또는, 유전체 및/또는 금속 경계면의 편광 특성이 편광 필터들로서 사용될 수도 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 상기 적어도 하나의 광원이 방출 광이 선형으로 편광되도록 구성되면 유리하다. 추가적인 편광 필터가 이에 따라 생략될 수 있다. 선형으로 편광된 광원의 일 예는 레이저 공진기 내부에서 경사진 창들을 구비하는 가스 큐벳(cuvette)을 갖는 가스 레이저이다. 이러한 형태의 가스 레이저는 선형으로 편광된 광만을 방출할 수 있다.

방출 광 또는 투과 광이 재료 웹 상의 법선에 대하여 예각으로 재료 웹에 부딪히면, 특히, 유전체 재료 웹 또는 예를 들면 투명 바니시 층과 같이 유전체 커버층을 구비한 재료 웹의 경우, 편광 방향에 대하여 광 반사의 의존성이 강해지는 결과가 초래된다. 이에 따라, 편광 방향 또는 서로 다른 편광 방향들의 대응하는 혼합을 적절하게 선택하는 것에 의하여, 어려운 재료 웹들을 효과적으로 스캔하는 것이 가능하다.

예각의 적합한 각도는 브루스터각(Brewster angle)으로 알려져 있다. 브루스터각은 유전 매체의 굴절률에만 의존한다. 광이 정확하게 브루스터각으로 재료 웹에 부딪히면, 재료 웹에 평행한 편광 방향을 갖는 광은 반사되지 않는다. 따라서, 전체의 반사된 광은 재료 웹에 수직인 편광으로부터 배타적으로 유래된다. 이러한 조건이 브루스터각 부근에서는 더 이상 100% 사실이 아니더라도, 그러나, 평행 편광의 반사는, 이 영역에서 극도로 낮다. 이에 따라, 정확한 브루스터각을 가질 필요가 없으며, 오히려 브루스터각 부근 영역 내에서 반사는 또한 매우 강하게 편광-의존적이다. 그 결과, 입사각이 브루스터각 부근 내인 검출 광은 매우 강한 편광 의존성을 가지며, 그에 따라, 편광 소자에 의하여 영향을 잘 받을 수 있다. 예를 들면, 이 방식으로, 투명 바니시의 반사를 완전히 제거하는 것이 가능하다.

본 발명은 바람직하지 않은 조건에서도, 광원들의 제어를 통해 편광 상태를 적절하게 선택함으로써, 이동 재료 웹 상의 마킹을 신뢰할 수 있게 스캔할 수 있다.

또한, 방출 광 또는 투과 광이 재료 웹 상의 법선에 대하여 예각으로 재료 웹에 부딪혀 편광 방향에 대하여 광 반사의 의존성이 강해지면, 편광 방향 또는 서로 다른 편광 방향들의 대응하는 혼합을 적절하게 선택하여, 어려운 재료 웹들을 효과적으로 스캔하는 것이 가능하다.

도 1은 센서(1)의 개략적인 원리도를 나타낸다.

본 발명의 요지가 보호 범위를 한정하지 않고 도면을 참고하여 예를 통하여 설명된다.

단일의 도면은 센서(1)의 개략적인 원리도를 나타낸다. 도 1에 따른 센서(1)는 관찰자를 향하여 지향되는 운동 방향(3)을 따라 이동하는 이동 재료 웹(2)을 캡쳐하는 역할을 한다. 센서(1)는 방출 광(5)을 방출시키는 두 개의 광원들(4, 4')을 갖는다. 광원들(4, 4')의 하류에는 편광된 방출 광(5)을 선형으로 방출시키는 각각의 편광 필터(6, 6')가 배치된다. 이와 같이 편광된 방출 광(5)은 법선(8)에 대하여 측정된 예각(7)으로 재료 웹(2)에 부딪힌다. 입사광의 일부는 재료 웹(2)에 의하여 반사되고, 반사율은 입사광의 편광 상태 및 재료 웹(2)의 재료 특성에 의존한다. 반사된 검출 광(9)은 최종적으로, 예를 들면 카메라로 구성되는 광 검출기(10)로 이동한다. 추가적인 편광 필터(15)가 광 검출기(10)의 상류에 선택적으로 배치될 수 있다. 이는 재료 웹의 세부(11)를 공간 분해 방식(spatially resolved manner)으로 캡쳐하는 데에 사용될 수 있다.

도 1에 따른 실시예에서, 재료 웹(2)은 예를 들면 금속 스트립(13)이 내장되는 폴리머 담체(12)로 구성된다. 이 금속 스트립(13)은 예를 들면 알루미늄으로 구성되지만, 대안적으로 기타 다른 금속으로도 이루어질 수 있다. 이 금속 스트립(13)은 센서(1)에 의하여 캡쳐되도록 제공되어, 재료 웹(2)이 금속 스트립(13)의 위치에 따라 안내된다. 이는 원칙적으로 명시야 조명 또는 암시야 조명에 따른 적합한 선택에 의하여 달성될 수 있다. 본 실시예에서, 재료 웹(2)은, 그러나, 그 상측에 투명 바니시(14)를 추가적으로 구비한다. 이 투명 바니시(14)는 재료 웹(2)의 표면상에 유전층을 형성하여, 이러한 재료 웹 형태의 경우에서, 명시야 조명 및 암시야 조명이 이루어 지지 않는다.

광 검출기(10)로 금속 스트립(13)의 위치를 계속해서 캡쳐하기 위해, 광원들(4, 4')이 다양한 방식으로 제어된다. 이는 방출 광의 서로 다른 편광 상태들을 야기한다. 이 방식으로, 금속 스트립(13)이 높은 콘트라스트로 광 검출기(10)에서 캡쳐될 수 있도록, 방출 광(5)의 편광이 변경될 수 있다.

1: 센서
2: 재료 웹
3: 운동 방향
4, 4': 광원
5: 방출 광
6, 6': 편광 필터
7: 예각
8: 법선
9: 검출 광
10: 광 검출기
11: 세부
12: 폴리머 담체
13: 금속 스트립
14: 투명 바니시
15: 편광 필터

Claims (5)

1. 이동 재료 웹(2)에 구비된 마킹을 기준으로 상기 이동 재료 웹(2)의 위치를 캡쳐하는 센서에 있어서, 상기 센서(1)는 상기 재료 웹(2)에 방출 광(5)을 전달하는 광원(4, 4')들 및 상기 적어도 하나의 광원(4)에 의하여 방출되고 상기 재료 웹(2)에 의하여 영향을 받는 검출 광(9)을 수신하는 적어도 하나의 광 검출기(10)를 구비하고,
   상기 광원(4, 4')들은 서로 다른 편광을 가지는 방출 광(5)을 방출시킬 수 있어, 상기 광원(4, 4')들을 제어하는 것에 의해 전체 방출 광(5)의 편광이 변화될 수 있고,
   상기 적어도 하나의 광 검출기(10)는 카메라로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 재료 웹 위치 캡쳐 센서.
2. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 편광 필터(6, 15)가 상기 광원(4, 4')들 및 상기 적어도 하나의 광 검출기(10) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 이동 재료 웹 위치 캡쳐 센서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 광원(4, 4')들 중 적어도 하나는 선형으로 편광된 방출 광(5)을 방출시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 재료 웹 위치 캡쳐 센서.
4. 제1항 내지 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
   상기 방출 광(5)은 상기 재료 웹 상의 법선(8)에 대하여 예각(7)으로 상기 재료 웹(2)에 부딪히는 것을 특징으로 하는 이동 재료 웹 위치 캡쳐 센서.
5. 제4항에 있어서,
   상기 예각(7)은 대략적으로 브루스터각(Brewster angle)에 대응하는 것을 특징으로 하는 이동 재료 웹 위치 캡쳐 센서.
   

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