CN111886475A - 片材厚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够遍及作为测量对象的整个片材而提高测量密度及测量精度的片材厚度测量装置。基于支承辊的存在片材的位置处的片材厚度信号与支承辊的不存在片材的位置的片材厚度信号之间的差，将多个片材厚度传感器的各片材厚度信号与所述支承辊的表面位置相对应地进行调零校正。构成为基于在支承辊上不存在片材时的来自所述磁性传感器的输出信号，与所述支承辊的表面位置相对应地对在支承辊上存在片材时的来自所述多个片材厚度传感器的各所述片材厚度信号进行校正。由此，能够进行高密度且精度良好的片材的厚度测量。

Description

片材厚度测量装置

技术领域

本发明涉及片材的厚度测量，特别是，涉及一种能够遍及作为测量对象的整个片材而提高测量密度和测量精度的片材厚度测量装置。

背景技术

对在片材生产线上制造的高精度且高密度的片材要求厚度管理的情况越来越多。并且，在测量片材的厚度时，为了防止片材损伤等对片材的难以预料的不良影响，谋求不使厚度测量装置与片材直接接触，并且以在线即快速应对的方式进行片材厚度测量。

以往，已知同时使用磁场利用传感器和光学传感器而用于测量纸、塑料等片材厚度的片材厚度测量装置(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平3-123811号

发明内容

技术问题

但是，以往在测量作为对象的片材的厚度时，使用1个片材厚度传感器进行测量。在该情况下，一边使1个片材厚度传感器在支承作为厚度测量对象的片材的金属制支承面上沿规定方向扫描移动，一边进行片材的厚度测量。但是，在仅使用1个厚度传感器对在旋转的支承辊上移动的片材的表面进行测量时，因为仅1条传感器扫描线的轨迹来表示片材厚度的测量结果，所以要提高作为对象的片材的厚度测量密度是有限度的。

另外，从另一观点来看，以往，成为厚度测量对象的通常是如引用文献1所述的纸、塑料片材，但是，最近成为厚度测量对象的片材材料产生了多样化这样的新情况。

即，最近，除了纸、塑料片材以外，还逐渐要求测量例如用作锂电池等的电极材料或隔离材料的片状部件的厚度。

最近的锂离子电池是使用片状的电极部件的多层结构而制造的。并且，对这样的片材材料要求片材品质在整体上均匀性更高。在如此要求片材品质在整体上均匀性高的最近的现状下，为了提高品质，提高片材厚度的精度的同时提高测量密度也是重要的因素。

作为其理由之一，最近还发生了被认为是由锂电池等的结构性缺陷而引起的事故，从所使用的片材材料的安全性方面考虑的社会要求高涨。随着这样的要求厚度测量的片材材料的多样化，在片材的制造工序中，为了准确测量片材厚度，并适当地进行片材生产线的反馈，要求提高片材厚度传感器的移动速度，或者将片材的厚度测量点增多等，从而以更高密度来测量片材的厚度。

因此，本发明的目的在于，提供一种片材厚度测量装置，其能够在用于各种用途的片材的厚度测量中，遍及成为测量对象的整个片材在不降低测量精度的情况下，提高测量密度。

技术方案

为了达到上述目的，本发明的特征在于，是具备多个片材厚度传感器的片材厚度测量装置。

即，一种片材厚度测量装置，其具备片材厚度传感器，并且构成为多个所述片材厚度传感器分别独立地进行扫描，所述片材厚度传感器使用磁性传感器和光学传感器，并且基于来自该磁性传感器和光学传感器的输出信号来测量片材的厚度。

并且，本发明的片材厚度测量装置具备：支承辊，其支承所述片材；以及扫描单元，其使所述片材厚度传感器与所述支承辊的表面位置相对应地进行扫描。

作为测量的准备阶段，本发明具有用于“读零”这样的作业的结构。该作业是在片材不存在于支承辊上的状态下读取片材厚度传感器的输出。作为该结构，具备：无片材磁性数据存储单元，其将通过在片材不存在于支承辊上的状态下使所述片材厚度传感器遍及超出片材的宽度的范围的整个所述支承辊的表面区域进行扫描而从所述磁性传感器获得的与所述支承辊的表面和所述磁性传感器之间的距离有关的各测量位置处的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；无片材光学数据存储单元，其将通过在片材不存在于所述支承辊上的状态下使所述片材厚度传感器遍及超出所述片材的宽度的范围的整个所述支承辊的表面区域进行扫描而从所述光学传感器获得的与从所述支承辊的表面到光学传感器为止的距离有关的各测量位置处的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；以及无片材厚度数据形成单元，其基于存储于所述无片材磁性数据存储单元和无片材光学数据存储单元的数据，遍及超出所述片材的宽度的范围的整个所述支承辊的表面区域而制成与所述支承辊的表面位置相对应的、与所述支承辊表面和所述厚度传感器之间的距离有关的各测量位置处的数据，掌握并读取片材不存在于支承辊上的状态下的片材厚度传感器的输出。在该读零中，因为处于不存在片材的状态，所以以使片材厚度传感器的输出为零的方式进行校正处理。

对在本发明中进行读零的理由进行说明。如果将关于支承片材的金属制支承辊的同一面进行测量的磁性传感器和光学传感器的原始数据的输出差换算为片材的厚度，则最大可达数十μm左右。其理由是，磁性传感器的输出特性与光学传感器的输出特性的变化相比变化大且复杂。金属制支承板的局部磁化、材质不均匀等会成为磁性传感器的输出变动的原因。另外，在金属制支承板使用磁性体的情况下，如果在一部分带有磁铁等使其局部磁化(数高斯左右)后进行扫描，则可知磁性传感器的输出显示出数十μm的量的变动。另外，在支承板的表面，即使是利用高斯计没有输出变动的部位，有时磁性传感器的输出也有大的变动。这种情况在金属制支承板使用非磁性体，并使用涡流式磁性传感器时也同样发生。这样的基于磁场传感器的输出变动的误差会对这种片材厚度测量装置的测量精度产生不良影响。

在本发明中，为了去除上述那样的伴随着支承辊表面的磁特性因位置不同而不同所带来的对片材厚度测量的精度的不良影响，按照上述顺序进行读零。通过进行这样的处理，在本发明中能够将片材厚度的测量误差抑制在1μm以下的程度。

基于这样的读零，本发明具备用于片材厚度测量作业的结构。

该结构具有：有片材磁性数据存储单元，其将在片材存在于所述支承辊上的状态下从所述磁性传感器获得的与所述片材的表面和所述磁性传感器之间的距离有关的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；

有片材光学数据存储单元，其将在所述片材存在于所述支承辊上的状态下从所述光学传感器获得的与从所述片材的表面到光学传感器为止的距离有关的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；

有片材厚度数据形成单元，其基于存储于所述有片材磁性数据存储单元和有片材光学数据存储单元的数据，制成与所述支承辊的表面位置相对应的与所述片材表面和所述厚度传感器之间的距离有关的数据；

基准测量值设定单元，其将所述无片材厚度数据形成单元的数据与所述有片材厚度数据形成单元的数据之间的差与所述支承辊的表面位置相对应地作为所述片材厚度的基准测量值。

并且，作为本发明的特征之一，包含进行“调零”这样的作业的结构。本发明的“调零”是指，对于实际进行支承辊上的片材厚度测量时的磁特性而言，进行上述“读零”时的光学传感器及磁性传感器的输出产生因温度变化等而引起的输出变动，即，偏移误差的校正。

进行调零的结构具备：有片材磁性校正数据存储单元，其设置于所述多个厚度测量传感器中的至少一个厚度测量传感器，在所述片材存在于所述支承辊上的状态下，并且在超出所述片材存在于所述支承辊上的范围的区域，将从所述磁性传感器获得的与所述支承辊的表面和所述磁性传感器之间的距离有关的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；

有片材光学校正数据存储手段，其设置于所述多个厚度测量传感器中的所述至少一个厚度测量传感器，在所述片材存在于所述支承辊上的状态下，并且在超出所述片材存在于所述支承辊上的范围的区域，将从所述光学传感器获得的与从所述支承辊的表面到光学传感器为止的距离有关的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；以及

调零校正数据形成单元，其基于存储于所述有片材磁性校正数据存储单元和所述有片材光学校正数据存储单元的数据，制成与所述支承辊的表面位置相对应的与所述片材表面和所述厚度传感器之间的距离有关的调零校正数据。

总而言之，调零是指，在片材处于在支承辊上传送的状态时，将不存在片材的位置即超出片材宽度的支承辊表面上的位置处的厚度传感器的输出与在相同的支承辊表面位置处的读零时的厚度传感器的输出进行比较，并将两者的差值作为偏移误差而进行校正。因为在超出片材宽度的支承辊表面不存在片材，所以厚度传感器的输出应该为零，但是，如果支承辊表面的温度等环境发生变化，则其磁输出也发生变化。因此，即使是支承辊表面的相同位置，在读零时和实际进行片材测量时，厚度传感器的输出值也不同，因此需要进行偏移误差校正。

在本发明中，将存在片材的支承辊表面上的厚度传感器的输出值作为该偏移误差而进行校正的情况称为调零。

并且，本发明具备求出片材厚度的最终值的结构。

求出片材厚度的最终值的结构构成为，基于由所述调零校正数据形成单元制成的调零校正数据，与所述支承辊的表面位置相对应地对由所述基准测量值设定单元设定的所述多个片材厚度传感器的在各测量位置处的所述片材厚度的基准测量值进行调零校正，由此，求出所述多个片材厚度传感器的在各测量位置处的所述片材厚度的最终测量值。

在本发明的优选方式中，所述片材厚度测量装置具备支承机构，所述支承机构以使所述多个片材厚度传感器能够分别独立地扫描所述支承辊上的所述片材的方式，支承所述片材厚度传感器。

作为具体的方式，2个所述片材厚度传感器以能够分别独立地在所述支承辊上扫描的方式，分别安装于所述支承机构。

在其他方式中，3个所述片材厚度传感器以能够分别独立地在所述支承辊上扫描的方式，分别安装于所述支承机构。

另外，优选的是，所述片材厚度测量装置构成为所述片材厚度传感器在不与所述支承辊接触的状态下在所述支承辊表面上扫描。

由此，能够防止片材的意外损坏。

另外，能够构成为基于所述多个厚度传感器中的任一个厚度传感器的调零校正的测量结果，进行其余的厚度传感器的调零校正。由此，能够简化各厚度传感器的调零校正动作。

另外，在优选的方式中，各片材厚度传感器具备对位于所述支承辊上的所述片材的顶部区域进行照射的投光器、以及接受从该投光器照射的光的由多个像素构成的受光元件，各片材厚度传感器基于遍及该多个像素的受光元件的发光强度变化来确定所述片材的顶点的位置，基于确定的所述片材的顶点的位置而求出片材厚度。由此，能够有助于提高测量精度以及装置的小型化。

另外，优选的是，所述支承机构具有单一的线性导轨，所述线性导轨将多个所述厚度传感器支承为能够移动。由此能够简化装置的构造，并且也能够达到装置的小型化。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够在不降低测量速度的情况下遍及作为测量对象的整个片材而提高测量密度和测量精度的片材厚度测量装置。

附图说明

图1是表示在线也能够进行片材厚度的测量的本发明的一实施例的具有2个厚度传感器的片材厚度测量装置的机械构成部分的示意立面图。

图2是表示图1所示的本发明的实施例的厚度测量装置的片材厚度传感器的截面的说明图。

图3是表示图1所示的本发明的实施例的厚度测量装置的控制机构的框图。

图4是图1所示的本发明的一实施例的厚度测量装置的在支承辊上的扫描区域的说明图。

图5是表示图1所示的本发明的一实施例的厚度测量装置在片材的一侧具有一个调零区域的情况下的片材厚度传感器的扫描轨迹的说明图。

图6是表示与图4所示的扫描区域不同的在支承辊上的扫描区域的说明图。

图7是表示图1所示的本发明的一实施例的厚度测量装置在片材的两侧分别具有调零区域的情况下的片材厚度传感器的扫描轨迹的说明图。

图8是表示本发明的另一实施例的具有三个厚度传感器的片材厚度测量装置的机械构成部件的示意立面图。

图9是表示图8所示的本发明的实施例的厚度传感器的扫描轨迹的例子的说明图。

符号说明

S 片材

1 片材厚度测量装置

10 支承架

12 金属制支承辊

14 线性导轨

16、18 片材厚度传感器

20、21 扫描用步进马达

22、23 正时带轮(链轮)

24、25 链(正时带)

28 旋转编码器

32 磁性传感器

34 投光器

36 受光透镜

38 受光元件(线性图像传感器)

40 控制计算机

42 存储器

44、46 运算放大器

48、50 A/D转换器

101、102、103 片材厚度传感器

121、122、123 扫描用步进马达

131、132、133 正时带轮(链轮)

141、142、143 链(正时带)

具体实施方式

接着，基于附图的图1至图4，针对本发明的一实施例对本发明进行更详细的说明。

图1是表示本发明的一实施例的片材厚度测量装置1的示意结构的主视图，图2是其侧面部分放大图。

首先，对作为厚度测量的对象的片材的厚度传感器的支承结构及扫描机理进行说明。

如图1所示，水平延伸的金属制支承辊12被支承在隔开间隔而垂直延伸的一对支承架10之间。另外，在支承架10之间，在金属制支承辊12的上方隔开间隔地支承有平行延伸的线性导轨14。在本实施例中，在该线性导轨14，以能够在旋转的线性导轨14上进行扫描的方式，可滑动地承载有2个片材厚度传感器16、18。

在本实施例中，由于使用2个厚度传感器16、18进行片材S的厚度测量，所以能够提高测量密度，并且能够进行根据片材的用途、性质等的多种厚度测量。

该片材厚度传感器16、18与链(正时带)24、25连接，该链(正时带)24、25挂设在由扫描用步进马达20、21驱动的正时带轮(链轮)22、23之间。

并且，通过扫描用步进马达20、21的工作，使片材厚度传感器16、18分别沿线性导轨14独立地移动。而且，在图1中，在右侧的链轮22的附近配置有原点传感器26，该原点传感器26检测并存储片材厚度传感器16、18的移动的原点，即移动的起始位置。此外，在支承架10设置有用于检测支承辊12的旋转位置的辊旋转检测换能器(旋转编码器)28、和支承辊驱动马达30。即，对于支承辊12的表面位置而言，在用于处理来自旋转编码器28的信号的后述的计算机中准确地描绘该表面位置和片材厚度传感器16、18的位置。

如图2所示，片材厚度传感器16(由于片材厚度传感器18在结构上与片材厚度传感器16相同，所以由片材厚度传感器16的说明来替代，并省略重复的说明)具备配置于支承辊12的上方的磁性传感器32、以及由具有LED等的投光器34、受光透镜36和受光元件(例如线性图像传感器)38构成的光学传感器33。这些磁性传感器32和光学传感器33具有关于基准面41一体的位置关系并被保持，从而构成片材厚度传感器16(18)。

受光元件38构成光学传感器33的重要的构成元件，受光元件38产生的信号是表示支承辊12的顶面的位置的信号、或者是表示处于载置于支承辊12的表面上的状态的片材S的顶面的位置的信号，并且意味着通过分析这些信号而构成表示支承辊12的表面的位置以及片材S的表面的位置的来自光学传感器33的信号。

在本实施例中，将金属制支承辊12用作测量基准面，但在该情况下，重要的是，光学传感器33的投光器34和受光元件38被配置为横跨金属制支承辊12的宽度方向，并以使从投光器朝向受光元件38的束状的光因金属制支承辊12上的片材S的厚度而被遮挡的方式，设定光的入射角。

片材厚度传感器16(18)的基本动作如下所述。

磁性传感器32配置在支承辊12的顶点的垂直方向的上方。通过分析来自磁性传感器32的磁力，能够测量从磁性传感器32到支承辊12的表面8为止的距离。

接着，对光学传感器33进行说明。光学传感器33如上所述地由具有LED等的投光器34、受光透镜36和受光元件38构成。

投射来自LED等的光的投光器34照射支承辊12的顶点附近的区域。并且，该光的一部分照射支承辊，而经由受光透镜36到达受光元件38。但是，来自投光器34的光的一部分因为被支承辊或位于该支承辊上的片材S的顶面遮挡而无法到达受光元件。换句话说，从投光器34照射到支承辊或其上的片材S的光分为到达受光元件38的光以及未到达受光元件38的光这两种。因此，通过从投光器34向支承辊12的顶点附近的照射，能够将支承辊12的顶点部分投影到受光元件38上。

即，受光元件38上来自投光器34的光所到达的部分、即受光元件38被照射而变亮的部分与来自投光器34的光未到达的暗部分之间的边界的线由支承辊12的顶点划分，表示支承辊12的顶点的轨迹、线。

在从原理上说明片材厚度的测量方法时，若从输出透过片材S而到达支承辊表面的距离的磁性传感器的输出值中减去输出直到片材S的表面的距离的来自光学传感器的输出值，则能够测量支承辊表面上的片材的厚度。

如果用式子来表示，则能够表示为以下式1)。

Lm-Lo＝t---1)

t＝片材厚度，

Lm：磁性传感器输出(测量值)，

Lo：光学传感器输出(测量值)。

根据本发明的该方法，来自磁性传感器(静磁场型)32的磁力线捕获支承辊12的顶点。另一方面，在片材S存在于支承辊12上的情况下，也与片材S不存在于支承辊12上的情况相同，磁性传感器32的磁力线会透过片材S并捕获支承辊12的顶点。

因此，如果减去来自从投光器34接受光的受光元件38的输出，则能够测量片材S的厚度。由于光学传感器、磁性传感器的输出根据厚度传感器周边的温度变化而发生温度漂移，所以以不给片材厚度的测量精度带来不良影响的方式进行对应，对于这一点(调零校正)在后面进行说明。

在本发明中，如果利用信号处理电路来处理受光元件的各像素上的影的位置，则能够测量支承辊的位置。在受光元件38具有例如1000个像素的情况下，如果设1个像素1[μm]，则能够测量1[mm]的范围。在该方法中知晓，即使在片材S是透明的情况下，由于来自投光器34的光沿片材的大致表面上通过，所以也不能到达受光元件。即，即使是透明的片材，只要存在片材S，则来自投光器34的光就不到达受光元件38。因此，能够通过分析受光元件38的发光强度分布来测量该片材S的厚度。

基于这样的见解，本发明人注意到：存在于来自投光器34的光照射到的部分与未照射到的部分之间的像素，即，在光与影的边界区域存在发光强度水平不同的多个像素。在本例中，分别对像素的发光强度水平进行A/D转换，并将其作为数字数据存储于存储器。并且，通过使用A/D转换后的数字值进行各像素间的插值计算，从而能够进一步提高厚度测量的精度。

具体而言，通过跟踪存在于上述边界区域的多个像素的每个像素的受光波形的发光强度水平的变化来进行厚度测量。例如，将特定像素的受光波形的最大值的一半的发光强度水平作为阈值，求出发光强度水平最接近该值的像素的位置。各像素的位置在支承辊表面与光学传感器33的基准面41之间的关系中被预先掌握。并且，在接受从投光器34照射的光的受光元件39中，跟踪每个像素的光的强度即发光强度水平的变化。通过重复该动作，能够求出基于各像素的位置的发光强度变化即发光强度水平的倾斜线。例如，将该倾斜线与发光强度的最大值的1/2作为阈值，如果求出该交点距基准面41的位置，则能够计算出片材S的厚度。通过如此确定片材S的厚度，能够以比像素的大小更小的水平求出片材S的厚度。即，能够相应地提高片材厚度的测量精度。另外，其结果是，也能够使用像素数量少的线性图像传感器。例如，即使使用256像素程度的小型的线性图像传感器，也能够进行高精度的厚度测量。另外，光学系统的透镜也能够使用直径小的透镜，还能够使厚度传感器小型化。如果厚度传感器变得小型，则能够使厚度测量装置小型化。另外，如果厚度传感器变得小型，则还有容易确保片材端部的调零区域的优点。

图3是大致表示图1及图2所示的片材厚度测量装置的控制部的结构的框图，如图3所示，该控制部主要具备：控制计算机40，其包含由微计算机等构成的中央处理装置CPU；存储器42，其用于存储各种测量数据；运算放大器44，其对片材厚度传感器16(18)的磁性传感器32所获得的距离测量信号进行放大；运算放大器46，其对片材厚度传感器16(18)的受光元件38所获得的遮光宽度测量信号进行处理；A/D转换器48、50，其用于将由各运算放大器44、46运算放大而得的作为模拟值的各测量信号分别转换为数字数据；步进马达控制电路52，其用于控制扫描用步进马达20、旋转编码器28等的工作；用于原点传感器26的输入输出电路54；以及输出电路56，其用于将测量结果向LCD、记录器、打印机等输出。

接着，说明厚度测量装置的动作。

如图1所示，支承辊12被支承辊驱动马达30驱动旋转。在该支承辊12的轴端安装有旋转编码器28，构成为能够掌握安装辊的旋转原点即支承辊12的旋转原点(起始点)以及旋转量。另一方面，对于厚度传感器16、18各自的位置而言，利用旋转编码器28所发出的脉冲信号来驱动传感器移动装置用的扫描用步进马达20，由此成为能够跟踪、监视上述支承辊12的旋转位置的电路结构。并且，扫描用步进马达20的旋转构成为通过正时带轮22和链(正时带)24而使安装于线性导轨14的厚度传感器16、18能够分别独立地移动，并且能够跟踪、监视各厚度传感器16、18在线性导轨14上的位置。

在该情况下，虽然厚度传感器18与厚度传感器16共用线性导轨14，但是因为分别设置有扫描用步进马达21、正时带轮23和链(正时带)25，所以厚度传感器18能够相对于厚度传感器16独立地扫描支承辊12的表面。

以下，因为能够与厚度传感器16相同地进行扫描控制，所以省略厚度传感器18的动作说明，对厚度传感器16进行说明。

首先，为了厚度测量装置的运转，进行各设备的准备。在该准备动作中，图3所示的控制计算机40驱动扫描用步进马达20，使原点传感器26移动到原点位置并在该位置待机。

(测量准备)

作为测量准备，在进入实际的片材厚度测量动作前，为了测量记录支承辊12表面的磁特性，扫描支承辊12的表面上。在本发明中，将该作业称为用于读取基准值的基准值存储扫描或读零。

在该作业中，首先，在支承辊12上没有片材的状态下将辊表面清洁干净。

接着，首先，在未将片材载置于支承辊12上的状态下，控制计算机40向扫描用步进马达20发送指令，以使片材厚度传感器16回到原点位置。即，使扫描用步进马达20动作，而使片材厚度传感器16移动到原点传感器26起作用的位置。

接着，从由原点传感器26掌握的原点位置起使片材厚度传感器16开始扫描。

在该作业中，在上述支承辊12上以各种方式使厚度传感器16进行扫描，与支承辊12的表面位置相对应地测量支承辊12的磁特性，并存储与该测量有关的磁特性测量结果。该动作利用扫描用步进马达20来进行，并且与支承辊12的旋转检测用换能器(旋转编码器)28的脉冲同步地被驱动。即，例如，在支承辊12的表面上，片材厚度传感器16以轮廓模式(螺旋状)进行扫描，片材厚度传感器18以趋势模式(横切状)进行扫描。在该情况下，重要的是始终扫描支承辊12上的恒定的路径，并且将该支承辊12的表面位置与磁性传感器32的测量值相对应地进行存储。

每当片材厚度传感器16扫描一定距离，就将磁性传感器32与辊表面之间的距离测量信号经由运算放大器44和A/D转换器50作为数字数据而存储于存储器42，并且将光学传感器33的受光元件38的遮光宽度测量信号经由运算放大器46和A/D转换器48作为数字数据而存储于存储器42。这里，受光元件38的遮光宽度测量信号是基于来自投光器34的束状光的仅被各测量点处的支承辊12遮挡的遮光量的变化或遮光位置的偏移量等的信号，换句话说，能够看作是片材厚度传感器16与各测量点处的支承辊12的辊表面之间的距离的变动。由此，通过与对应的磁性传感器32的输出进行对比，能够作为初始条件而将扫描线上的各测量点处的磁特性全部知晓。

由此，在本发明中，在测量准备动作中，以支承辊12的表面上的磁特性不会作为误差因素而带来影响的方式进行应对。

此外，与此并行地，通过在片材S不存在于支承辊12上的状态下遍及超出片材S的宽度的范围的支承辊12的整个表面区域使片材厚度传感器16进行扫描，从而将从光学传感器33获得的与从支承辊12的表面到光学传感器33为止的距离有关的各测量位置处的测量结果与所述支承辊12的表面位置相对应地存储于存储器42。

并且，将存储于存储器42的磁性传感器32的数据和光学传感器33的数据与支承辊12的表面位置相对应地存储于存储器。

如此在测量准备动作中准确地跟踪、监视厚度传感器16在支承辊12上的移动。

该存储的数据对应于上述的式1)(Lm-Lo＝t)的片材S的厚度t。

并且，因为片材S不在支承辊12上的状态下的片材厚度的数据被视为零，所以能够认为，与存在片材S的情况下测量的片材厚度传感器16的测量数据之间的差基本上表示片材厚度。因此，在本发明中，将两者之间的差对应于支承辊12的表面位置而设为片材厚度的基准测量值。

即，在上述情况下，因为片材S不存在于支承辊12上，所以存储于存储器的测量值需要全部为零。因此，以使上述式1)中的t的值在对应于支承辊12上的表面位置的各测量位置处被视为零的方式对各磁性传感器32的输出和光学传感器33的测量值进行处理并存储。

(片材厚度测量动作)

接着，在本发明中，在实际将片材S载置于支承辊12上的状态下使片材厚度传感器进行扫描而进行测量动作。

在实际在支承辊12上测量片材的厚度时，进行如下动作。

将在片材S存在于支承辊12上的状态下从磁性传感器32获得的与片材S的表面和磁性传感器32之间的距离有关的测量结果与支承辊12的表面位置相对应地存储于存储器42。

另外，将在片材S存在于支承辊12上的状态下从光学传感器33获得的与从片材S的表面到光学传感器33为止的距离有关的测量结果与支承辊12的表面位置相对应地存储于存储器42。

基于来自所述磁性传感器32的数据和来自光学传感器33的数据，制作与支承辊12的表面位置相对应的与片材S的表面和厚度传感器16之间的距离有关的数据。

接着，对用于实际测量片材厚度的厚度传感器16、18的扫描(测量扫描)动作进行说明。

在用于实际测量片材厚度的扫描(测量扫描)中，在金属制支承辊12之上载置有应测量厚度的对象片材的状态下进行该扫描。与基准值存储扫描(测量准备动作)的情况同样地，每当使片材厚度传感器16再次从原点开始移动而片材厚度传感器16到达各测量点时，控制计算机40都将该各时间点的由磁性传感器32获得的距离测量值(到金属制支承辊12的上表面为止的距离)以及由光学传感器的受光元件38获得的遮光宽度测量值(基于金属制支承辊12和片材S1的厚度的遮光宽度)存储于存储器42。

接着，控制计算机40基于存储于存储器42的这些距离测量值和遮光宽度测量值来运算片材S的厚度，并通过输出电路56进行输出。

在如上所述地使厚度传感器16、18在线性导轨14上进行扫描并使支承辊12旋转时，厚度传感器16、18扫描支承辊12的周面，并且能够控制为必定通过相同部位。将此时的磁性传感器32的输出存储于存储器42，并作为支承辊12的磁特性而进行保存。如此螺旋地扫描支承辊的周面是通过在轮廓模式下进行片材厚度测量而进行的，所述轮廓模式是测量片材的宽度方向上的厚度变化、即厚度轮廓的模式。

以往，通常以遍及片材的整个宽度进行扫描的方式进行轮廓测量。但是，根据情况，有时也会希望使传感器在宽度方向上停止在固定点，并在流动方向连续测量。在该情况下，厚度传感器16、18在片材厚度测量动作中不仅能够在上述轮廓模式下进行工作，还能够在测量片材S的长度方向上的厚度变化的趋势模式下进行工作。

为了在该趋势模式下进行工作，可以在使厚度传感器16、18在片材S的宽度方向上的所希望的位置处静止的状态下进行厚度测量，由此，能够获得片材S的在该宽度方向上的位置处的片材长度方向的一行的厚度趋势。在获得该一行的厚度趋势后，通过在使厚度传感器16向片材S的宽度方向上的另一位置移动并使其静止的状态下同样地进行厚度测量，从而能够获得另一行的厚度趋势。在这种趋势模式下进行测量时，需要在横切支承辊12的状态下将磁性传感器32的输出存储于存储器42，并且作为支承辊12的磁特性而进行保存。根据情况，因为支承辊12的转速的磁性传感器输出也会不同，所以还需要改变转速而将磁性传感器输出存储于存储器42。

为了使用趋势模式，不需要根据辊旋转量而使厚度传感器移动。只要使传感器停止在扫描区域的必要位置即可。只要从位置原点移动一定量并保持该位置即可。

在本例中，由于具备两个厚度传感器16、18，所以也能够使厚度传感器16以趋势模式进行动作，使厚度传感器18以轮廓模式进行动作。另外，也能够进行与其相反的动作。

(调零校正)

接着，进一步参考图4和图5，对厚度传感器16(18)的调零校正进行说明。

构成为，在如上所述片材S位于支承辊12上的情况下，如果位于移动原点的厚度传感器16进入测量动作，则接收支承辊12的原点信号而进入测量动作。

在此重要的是，因为在进入测量动作时测量到的原始测量结果包含因磁性传感器32和光学传感器33的温度特性等引起的偏移误差，所以不仅需要基于在上述测量准备动作中测量并存储的数据的校正，还需要考虑了在实际测量的状况下支承辊12上的磁性传感器和光学传感器的输出变化的校正。即，在支承辊上扫描的厚度传感器所内置的光学传感器、磁性传感器都受到片材温度等的影响，2个传感器的内部电路都伴随温度变化而产生输出变动。本发明的发明人认识到，该变化在磁性传感器中尤为显著，如果将基于温度变化等因素的厚度传感器输出的变化换算成片材厚度，则有时达数十[μm]左右。

在本发明中，将该校正称为调零校正。

即，调零校正是指，在片材S存在于支承辊12上的情况下，以使不存在片材的区域中的厚度传感器16(18)的输出为零的方式进行校正(偏移误差校正)。

在本实施例中，进行调零校正的片材厚度传感器16将厚度传感器16的扫描宽度W2设定得比支承辊12的面上的片材S的宽度W1宽。并且，在测量片材厚度时，使用在片材厚度传感器16扫描偏离片材S的支承辊12的面上的期间获得的厚度测量值来校正片材厚度测量值。即，进行将片材厚度传感器16在不存在片材的位置测量到的值设为零的校正。

通过根据片材S的宽度W1和大于该宽度的扫描宽度W2来处理厚度传感器16的位置信息，从而控制计算机40预先掌握片材厚度传感器16是否正在片材上扫描。

在片材厚度传感器16位于片材外的情况下，控制计算机40基于从片材厚度传感器16接收到的信号来计算调零校正值。

在该情况下，因为片材厚度传感器16直接在超出片材S的宽度的支承辊上的位置，即，未载置片材S的支承辊12的面上扫描，所以片材厚度测量值必须为零。但是，实际的片材厚度测量值并不为零。对于其理由而言，可以考虑由于被测量片材S和周围温度等的从读零状态的变化而引起的片材厚度传感器16的特性变化、或者由于支承辊12、线性导轨14等的温度失真等造成的影响。通过基于来自片材厚度传感器16的信号来校正现有的被存储的读零校正值，从而能够在实际的厚度传感器16的工作时进行调零校正。

可以每隔预定时间就进行厚度传感器16的片材外扫描，并在每隔该预定时间时进行该调零校正。

在本实施例中，如图5所示，将用于调零校正的调零区域设为一个。即，在本实施例中，仅片材厚度传感器16进行调零动作，片材厚度传感器18不进行调零动作，而在片材范围内进行扫描移动。并且，片材厚度传感器18的调零校正使用片材厚度传感器16与厚度传感器18的重叠部分的测量结果，计算出厚度传感器18的调零校正值。即，因为重叠部分是在测量相同的片材，所以必须为相同的值。在测量结果存在差异的情况下，在本例中，将厚度传感器16的值设为正，来校正厚度传感器18的调零校正值。

通过如此，能够在不缩小片材宽度的情况下将支承辊宽度抑制得短。相反，也能够在不延长支承辊宽度的情况下增大作为厚度测量对象的片材宽度。另外，由此，因为使用片材厚度传感器16的调零校正值，所以能够减轻用于片材厚度传感器18的调零校正的控制动作以及基于此的计算等的负担。并且，通过如本实施例那样使用两个厚度传感器，与使用一个厚度传感器的情况相比，能够以至少两倍的密度进行片材的厚度测量。

接着，参照图6、图7，对本发明的另一实施例进行说明。对于读零动作和测量动作，与上述实施例相同。

本实施例中与上述实施例的不同点在于，分别进行2个厚度传感器16、18的调零校正。

其顺序如下。

因为在片材外区域中的调零值是在支承辊12的表面上测量(不存在片材的状态下测量)的，所以厚度传感器16、18所获得的厚度应该为零。但是，如果不为零，则存储该值，并作为对片材测量区域中的测量结果进行调零校正(偏移误差的校正)的数据。

通过根据片材S的宽度W1和大于该宽度的扫描宽度W2来处理厚度传感器16的位置信息，从而控制计算机40预先掌握片材厚度传感器16是否正在片材上扫描。同样地，通过根据片材S的宽度W1和大于该宽度的扫描宽度W2来处理厚度传感器18的位置信息，从而控制计算机40预先掌握片材厚度传感器18是否正在片材上扫描。

因为在测量区域中的测量结果包含因支承辊的磁特性等引起的误差，所以在各测量位置，将考虑到该误差的校正值和上述调零校正(偏移误差的校正)都考虑在内而作为进行校正的厚度测量结果。

厚度传感器16位于支承辊12的左侧，厚度传感器18位于右侧。因此，厚度传感器16扫描支承辊12的左侧，厚度传感器18扫描右侧。即使在存在片材S的情况下也同样。在该情况下，在本实施例中，以使厚度传感器16的扫描区域与厚度传感器18的扫描区域重叠的方式进行动作。并且，基于重叠部分的测量结果来调整校正值。

在本实施例中，对基于厚度传感器16的测量值的校正值和基于厚度传感器18的测量值的校正值进行平均，从而给双方施加共同的校正值。

在本实施例中，通过使2个片材厚度传感器以分别分担并负责一半的方式在片材宽度的左右两端侧扫描，并且通过在各侧设定比片材宽度宽的扫描宽度，从而能够快速地应对片材厚度测量装置的零点的时时刻刻的变化，而简单且容易地进行调零校正。另外，与上述实施例同样地，在本实施例中，与使用1个厚度传感器的情况相比，也能够以至少2倍的密度进行片材的厚度测量。

在本实施例中，对基于厚度传感器16的测量值的校正值和基于厚度传感器18的测量值的校正值进行平均，而给双方施加共同的校正值，但也能够利用其他方法进行调零校正。

接着，参照图8、图9，对本发明的另一实施例进行说明。本实施例涉及在线性导轨14上具备三个厚度传感器101、102、103的厚度测量装置100。

对与上述本发明的实施例中使用的符号相同的构成要素标注相同的符号。在图8中示出用于使三个厚度传感器101、102、103分别在线性导轨14上进行扫描的结构。

如图8所示，在隔开间隔而垂直延伸的一对支承架10之间水平地支承金属制支承辊12。另外，在支承架10之间，在金属制支承辊12的上方隔开间隔地支承有平行延伸的线性导轨14。在本实施例中，在该线性导轨14，两个片材厚度传感器101、102、103这三个厚度传感器以能够在线性导轨14上滑动的方式被承载。

因为在各片材厚度传感器101、102、103设置有扫描移动装置，所以能够单独地控制位置。即，各片材厚度传感器101、102、103连接到链(正时带)141、142、143，链(正时带)141、142、143挂设在被扫描用步进马达121、122、123驱动的正时带轮(链轮)131、132、133之间。

并且，通过扫描用步进马达121、122、123的工作，使片材厚度传感器101、102、103分别独立地沿线性导轨14移动。

与图2所述的结构的相同点在于，各厚度传感器101、102、103构成为基于磁力传感器和光学传感器的测量动作而输出测量信号。

如果说明图8的厚度测量装置的动作，则各厚度传感器101、102、103位于支承辊12的左侧、中央和右侧，厚度传感器101、102以及厚度传感器102、103能够在支承辊12上彼此以轮廓模式在重叠的区域扫描移动。

在基准值存储扫描(测量准备动作)中，在没有片材S时，各厚度传感器101、102、103在支承辊12上执行所负责的扫描区域的读零并记录读零数据。

接着，在测量动作中，在用于实际测量片材厚度的扫描(测量扫描)中，在金属制支承辊12上载置有应测量厚度的对象片材的状态下进行该扫描。与基准值存储扫描(测量准备动作)的情况同样地，每当使片材厚度传感器16再次从原点开始移动而片材厚度传感器16到达各测量点时，控制计算机40就将该各时间点的由磁性传感器32获得的距离测量值(到金属制支承辊12的上表面为止的距离)和由光学传感器的受光元件38获得的遮光宽度测量值(基于金属制支承辊12和片材S的厚度的遮光宽度)存储于存储器42。

接着，控制计算机40基于存储于存储器42的这些距离测量值和遮光宽度测量值来计算片材S的厚度，并通过输出电路56进行输出。

在测量动作中，左侧厚度传感器101、中央厚度传感器102和右侧厚度传感器103在各自的扫描区域独立地进行扫描移动并进行厚度测量。因此，与一个厚度传感器的情况相比，能够以至少三倍的密度进行片材厚度测量。如图9的(a)、图9的(b)、图9的(c)及图9的(d)所示，因为能够根据需要使3个厚度传感器101、102、103组合使用轮廓和趋势的扫描图案，所以扫描图案的厚度测量的多样性增加。

在趋势模式下的测量动作中，不仅能够采用不在线性导轨14上进行扫描移动的固定趋势的方法，还能够采用一边使测量位置稍微移动一边进行测量的方法。通过如此灵活地混合且选择性地使用趋势模式和轮廓模式，能够提供灵活的片材厚度测量装置。

如果对本实施例的厚度测量装置100的调零校正动作进行说明，则在图9的(a)中示出各厚度传感器101、102、103都构成为以轮廓模式进行扫描的例子。在该情况下，两侧的厚度传感器101、103一边进行轮廓移动一边分别在偏离片材的位置进行调零校正。因为中央的厚度传感器102仅扫描有片材的部分，所以不能校正磁性传感器和光学传感器的温度偏移误差值，但两侧的厚度传感器101或103在与中央的厚度传感器102的测量位置重叠的位置比较厚度测量结果，并以使测量结果成为与两侧的厚度传感器101或103相同的值的方式进行校正而将其调零。

图9的(b)、图9的(c)和图9的(d)示出以不同的方法进行调零校正的情况。

由此，根据本发明，能够提供一种能够在不降低测量精度的情况下遍及作为测量对象的整个片材而提高测量密度的片材厚度测量装置。

Claims (8)

1.一种片材厚度测量装置，其特征在于，具备片材厚度传感器，并且构成为多个所述片材厚度传感器分别独立地进行扫描，所述片材厚度传感器使用磁性传感器和光学传感器，并且基于来自该磁性传感器和光学传感器的输出信号来测量片材的厚度，

所述片材厚度测量装置具备：

支承辊，其支承所述片材；

扫描单元，其使所述片材厚度传感器与所述支承辊的表面位置相对应地进行扫描；

无片材磁性数据存储单元，其将通过在所述片材不存在于所述支承辊上的状态下使所述片材厚度传感器遍及超出所述片材的宽度的范围的整个所述支承辊的表面区域进行扫描而从所述磁性传感器获得的与所述支承辊的表面和所述磁性传感器之间的距离有关的各测量位置处的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；

无片材光学数据存储单元，其将通过在所述片材不存在于所述支承辊上的状态下使所述片材厚度传感器遍及超出所述片材的宽度的范围的整个所述支承辊的表面区域进行扫描而从所述光学传感器获得的与从所述支承辊的表面到光学传感器为止的距离有关的各测量位置处的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；

无片材厚度数据形成单元，其基于存储于所述无片材磁性数据存储单元和无片材光学数据存储单元的数据，遍及超出所述片材的宽度的范围的整个所述支承辊的表面区域而作成与所述支承辊的表面位置相对应的、与所述支承辊表面和所述厚度传感器之间的距离有关的各测量位置处的数据；

有片材磁性数据存储单元，其将在所述片材存在于所述支承辊上的状态下从所述磁性传感器获得的与所述片材的表面和所述磁性传感器之间的距离有关的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；

有片材光学数据存储单元，其将在所述片材存在于所述支承辊上的状态下从所述光学传感器获得的与从所述片材的表面到光学传感器为止的距离有关的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；

有片材厚度数据形成单元，其基于存储于所述有片材磁性数据存储单元和有片材光学数据存储单元的数据，作成与所述支承辊的表面位置相对应的与所述片材表面和所述厚度传感器之间的距离有关的数据；

基准测量值设定单元，其将所述无片材厚度数据形成单元的数据与所述有片材厚度数据形成单元的数据之间的差与所述支承辊的表面位置相对应地作为所述片材厚度的基准测量值；

有片材磁性校正数据存储单元，其设置于所述多个厚度测量传感器中的至少一个厚度测量传感器，在所述片材存在于所述支承辊上的状态下，并且在超出所述片材存在于所述支承辊上的范围的区域，将从所述磁性传感器获得的与所述支承辊的表面和所述磁性传感器之间的距离有关的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；

有片材光学校正数据存储手段，其设置于所述多个厚度测量传感器中的至少一个厚度测量传感器，在所述片材存在于所述支承辊上的状态下，并且在超出所述片材存在于所述支承辊上的范围的区域，将从所述光学传感器获得的与从所述支承辊的表面到光学传感器为止的距离有关的测量结果与所述支承辊的表面位置相对应地进行存储；以及

调零校正数据形成单元，其基于存储于所述有片材磁性校正数据存储单元和所述有片材光学校正数据存储单元的数据，作成与所述支承辊的表面位置相对应的与所述片材表面和所述厚度传感器之间的距离有关的调零校正数据，

所述片材厚度测量装置构成为，基于由所述调零校正数据形成单元作成的调零校正数据，与所述支承辊的表面位置相对应地对由所述基准测量值设定单元设定的所述多个片材厚度传感器的在各测量位置处的所述片材厚度的基准测量值进行调零校正，由此，求出所述多个片材厚度传感器的在各测量位置处的所述片材厚度的最终测量值。

2.如权利要求1所述的片材厚度测量装置，其特征在于，

所述片材厚度测量装置具备支承机构，所述支承机构以使所述多个片材厚度传感器能够分别独立地扫描所述支承辊上的所述片材的方式，支承所述片材厚度传感器。

3.如权利要求2所述的片材厚度测量装置，其特征在于，

2个所述片材厚度传感器以能够分别独立地在所述支承辊上扫描的方式，分别安装于所述支承机构。

4.如权利要求2所述的片材厚度测量装置，其特征在于，

3个所述片材厚度传感器以能够分别独立地在所述支承辊上扫描的方式，分别安装于所述支承机构。

5.如权利要求2至4中任一项所述的片材厚度测量装置，其特征在于，

所述支承机构具有单一的线性导轨，所述线性导轨将多个所述厚度传感器支承为能够移动。

6.如权利要求1至4中任一项所述的片材厚度测量装置，其特征在于，

所述片材厚度测量装置构成为所述片材厚度传感器在不与所述支承辊接触的状态下在所述支承辊表面上扫描。

7.如权利要求1至5中任一项所述的片材厚度测量装置，其特征在于，

基于所述多个厚度传感器中的任一个厚度传感器的调零校正的测量结果，进行其余的厚度传感器的调零校正。

8.如权利要求1至7中任一项所述的片材厚度测量装置，其特征在于，

各片材厚度传感器具备对位于所述支承辊上的所述片材的顶部区域进行照射的投光器、以及接受从该投光器照射的光的由多个像素构成的受光元件，各片材厚度传感器基于遍及该多个像素的受光元件的发光强度变化来确定所述片材的顶点的位置，

并且基于所确定的所述片材的顶点的位置而求出片材厚度。

Images