JP2004257805A - シート厚さ測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサが対象物に接する接触式により、走行中のシートの厚さを、シートの材質や表面処理のいかんに係わらず、正確に測定できるようにする。
【解決手段】シートの側方にその走行方向に沿ってガイド部材２を配置し、このガイド部材２に移動部材３を介してクランプ接触式変移センサ４を、その先端のクランプ部４ａがシートの走行領域Ｗａの内外に移動するように取り付けた。また、検出手段１８でシートＷの走行速度を検出し、この検出手段１８からの信号を受ける制御機構で、上記クランプ接触式変移センサ４をシートＷと同期させて移動させるようにした。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製造あるいは加工工程で搬送あるいは巻取りされる布や紙、あるいは金属薄板などのウエブ材、あるいはシート材の厚さを測定する方法と、この方法を用いた測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このようなシートの厚さを測定する方法や装置としては、搬送されるシートを挟むようにその上下に厚み検出ヘッドを、それぞれ上下方向に移動可能に設け、両検出ヘッドを互いに接近する方向に付勢して、その先端をシートに接触させることにより、その時の両者の位置を検出して、挟まれたシートの厚さを演算する接触式のもの（例えば、特許文献１参照）と、ロールに巻き掛けた状態で搬送されるシートの表面の位置を光センサで検出すると共に、その時のロールの表面位置を磁気センサで検出し、両者の差からシートの厚みを算出する非接触式のものとがあった。（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
また、上記磁気センサと光センサを用いた非接触式のものにあっては、搬送時のシートの張力と搬送速度を検出し、予め設定された式によってロールとシートとの間に介在する空気層の厚さを求めて、計測時の誤差を補正するようにしたものもあった。（例えば特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６２８５１６号公報（第３−５頁、第２図）
【特許文献２】
特開平７−４９２４号公報（第３頁、第１図）
【特許文献３】
特開平６−２５８０６５号公報（第３−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のもののうち、特許文献１に示されるように検出ヘッドの先端がシートなどの対象物の表面に接する接触式のものは、検出ヘッドの先端と対象物とが摺接するので、摩滅による誤差が生じたり、対象物に皺がよるなど傷むおそれがあると共に、この対象物の表面が平滑でなく、凹凸があったり、あるいはエンボスや梨地などの加工が施されていると、測定時に検出ヘッドの先端が振動し、正確な測定が行えないという問題点もあった。また、この振動を抑えてある程度の精度を得るためには、対象物の搬送速度を相当程度落とさなくてはならず、そのために作業能率の低下を招くという新たな問題が生じた。さらにまた、この接触式のものは、測定対象物の表面が弾性を有していると、検出ヘッドの接触圧により、その測定値が異なるおそれもあった。
【０００６】
特許文献２に示されるように磁気センサや光センサを用いた非接触式のものは、対象物が非磁性材のものに限られ、金属薄板や磁性材が混入したシート状のものの厚さが測定できないという問題点があった。また、この種の非接触式のものは、対象物が高速で移動していても測定は可能であるが、対象物とロールとの間に空気を巻き込むことにより測定値に誤差が生じるおそれがあり、これを防止するためには、特許文献３に示されるように、搬送時のシートの張力と搬送速度を検出し、予め設定された式によってロールとシートとの間に介在する空気層の厚さを求めて、この空気層に起因する計測時の誤差を補正する必要があった。そのため多数のセンサを要し、装置自体の構成が複雑になると共に、それぞれのセンサも高い測定精度を要するので、メンテナンスにも手間を要し、煩わしく、装置稼働率の低下を招くおそれもあった。さらにこの補正は、予め設定された式に基づきなされるが、計測時のコンデイションは、必ずしも一定ではなく、温度や湿度あるいは静電気の発生などにより、巻き込む空気量が変化し、思わぬ誤差を生じるおそれもあった。
【０００７】
本発明は、これら従来のシート厚さの測定方法や測定装置が有していた問題点の解決を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のうち、請求項１記載のシート厚さ測定方法についての発明は、クランプ接触式変移センサを、搬送あるいは巻取りされるシートの走行方向に沿って、このシートの走行速度に同期させて駆動すると共に、その先端のクランプ部を、シートの走行領域内と走行領域外とに駆動し、走行領域外でクランプ部のキャリブレーションを行った上で、走行領域内でシートを挟み込み、その厚さを測定するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、シート厚さの測定装置を、搬送あるいは巻取りされるシートの側方に該シートの走行方向に沿って配置されたガイド部材と、ガイド部材にスライド可能に支持され先端のクランプ部がシートの走行領域内と走行領域外に移動するように設けられたクランプ接触式変移センサと、クランプ接触式変移センサをガイド部材に沿って移動させる駆動装置と、シートの走行速度を検出する検出手段と、検出手段からの信号に基づき上記駆動装置をシートの走行速度に応じて駆動制御する制御機構とを具備したものとしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の構成中、駆動装置を、ガイド部材の長手方向の両側に設けられたプーリ間に掛架されその所定個所がクランプ接触式変移センサを支持した移動部材に連結されたタイミングベルトと、上記一方のプーリを回転駆動するステッピングモータとからなるものと、限定すると共に、ガイド部材の両端寄りに移動部材と当接し、その加速時と減速時にばねの力を補助的に作用させる補助移動部材を設けた構成を付加したことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示した実施の形態に基づき詳細に説明する。
【００１２】
図２は、本発明のシート厚さ測定装置の実施形態を示した平面図である。図示したように、このシート厚さ測定装置１は、縦長のガイド部材２と、このガイド部材２にスライド可能に取り付けられたブロック状の移動部材３、およびこの移動部材３の一側に回動可能に取り付けられたクランプ接触式変移センサ４とでその主要部が構成されている。
【００１３】
上記ガイド部材２は、上面の長手方向にガイド板２ａが取り付けられた中空状のものであり、その内部には移動部材３を、このガイド部材２に沿って移動させるためのボールねじ機構からなる駆動装置（図示せず）が設けられている。図２において符号６は、この駆動装置の駆動源となるモータを示す。
【００１４】
移動部材３は、図５に示すように、下側に門形の取付部３ａが一体的に設けられ、この取付部３ａがガイド部材２のガイド板２ａの下方に挿入されることにより、ガイド部材２にスライド可能に取り付けられたものである。なお、図示していないが、取付部３ａの下側には、上述したボールねじ機構のねじ受け部が設けられている。
【００１５】
クランプ接触式センサ４は、図５に示すように先端（図５において左側）にコ字形のクランプ部４ａが設けられ、このクランプ部４ａの上下に、対向するように接触式変移センサ１０，１１を出没可能に設けたものである。このクランプ接触式センサ１０，１１は、枢軸７を介して移動部材３に回動可能に取り付けられ、その後方（図２において右方）には、図３に示すようにＬ字形のアーム４ｂが突設されている。なお、このアーム４ｂは、クランプ接触式センサ４をその先端に設けられたクランプ部４ａがシートＷの走行領域Ｗａの内外に移動し得るように駆動するシリンダ装置５に連結されている。
【００１６】
図４は、このシリンダ装置５を示した側面図である。図示したように、このシリンダ装置５は、後端（図４において右端）が回動し得るように、移動部材３に取り付けられた軸９に連結され、ロッド５ａの先端が軸８を介してアーム４ａに連結されることにより、このロッド５ａの出没動作により、図３に鎖線で示したようにアーム４ａが９０度の範囲で回動されるようになっている。
【００１７】
なお、図１において符号１８は、シートＷ搬送用のロール１５に接したバックアップロール１６と、その回転数を検出するエンコーダ１７などで構成されたシート走行速度検出用の検出機構を示し、Ｆは、シート厚さ測定装置１やロール１３，１４などが取り付けられたフレームを示す。また、図５において符号１２は、接触式変移センサ１１を出没駆動するためのシリンダ装置を示す。
【００１８】
なお、図示していないが、上記のシート厚さ測定装置１は、ロール１３，１４間に掛け渡されたシートＷを挟むように、その両側にそれぞれ設けられている。また、この測定装置の近傍には、各部を電気的に制御する制御機構が内装されたコントロールパネルが設けられている。
【００１９】
本発明のシート厚さの測定装置１は、上記の構成を有している。
【００２０】
次に上記シート厚さ測定装置１を用いた本発明のシート厚さ測定方法について説明する。
【００２１】
まず、シート厚の測定に先立ってクランプ接触式変移センサ４が、図２に二点鎖線で示すようにシート走行領域Ｗａ外にある状態で、クランプ部４ａの上下に設けられた接触式変移センサ１０，１１をシリンダ装置１２にエアーを送り込むことにより、互いに接近する方向に押し出し、その先端を接触させた状態でセンサの電気的な変移量をゼロ点にリセットするキャリブレーションを行う。そして、ゼロ設定が完了すると、接触式変移センサ１０，１１を引き込み、クランプ部４ａを開放した状態で、シリンダ装置５にエアーを供給し、ロッド５ａを引き込む。このことでロッド５ａの先端に連結されたアーム４ａが引っ張られ、クランプ接触式変移センサ４は、図２に実線で示したように、シートの走行領域Ｗａ内に先端が位置するように回動される。この時、クランプ部４ａの開放部分には、走行中のシートＷの端部が位置している。
【００２２】
次に移動部材３を移動させ、クランプ接触式変移センサ４をシートＷの走行に同期させるのであるが、この時本発明の測定装置１では、シートＷを搬送駆動しているローラ１５の回転が検出部１８のバックアップローラ１６に取り付けられたエンコーダ１７などで検出され、シートＷの走行速度が算出される。そして、この検出部からのデータは、制御部（図示せず）に送られ、ここで移動部材３の移動速度がシートＷの走行速度と等しくなるように、予め設定された式に基づき、駆動装置のモータ６に、必要な電流と電圧が印加される。このことでボールねじ機構を介して連結された移動部材３が、ガイド部材２に沿って移動を開始する。
【００２３】
やがて、移動部材３の速度が上昇し、シートＷの搬送速度と等しくなると、シリンダ装置１２にエアーが供給され、上下の接触式変移センサ１０，１１が互いに接近する方向に押し出され、シートＷを挟み込んでその厚さを変移量として電気的に検出する。なお、この挟み込み時のクランプ力は、３００ｇ程度で、クランプ時間は、０．１２５秒程度である。そして、このようにして測定が完了すると、シリンダ装置１２の他方側にエアーが供給され、センサ１０，１１が引き込まれる。
【００２４】
やがて、制御部からの信号により、モータ６の出力が落とされ、移動部材３は減速し、やがてガイド部材２の他方側で停止する。
【００２５】
以上のようにして本発明のシート厚さの測定方法では、走行中のシートを機械的に挟み込み、その厚さが測定されるものである。なお、このようにシートを機械的にクランプすることにより本発明の測定装置では、２μｍ程度までの分解測定能力を得ている。
【００２６】
そして、測定完了後は、駆動装置でクランプ接触式センサ４を、シートの走行領域Ｗａ外に位置した元の状態に復帰させると共に、モータ６を逆回転させ、移動部材３をガイド部材２の下側の待機位置に復帰させる。
【００２７】
図６は、本発明の他の実施形態を示した斜視図である。図示したように、この場合は、クランプ接触式センサ４０を保持した移動部材３０は、固定ブロック３９，４０間に設けられた一対のスライドレール２１，２２に移動可能に取り付けられ、このスライドレール２１，２２に沿って設けられたタイミングベルト３７とその所定位置が連結されることにより、ステッピングモータ２９で駆動されるようになっている。また、移動部材３０を案内するスライドレール２１，２２の上側にも、このスライドレール２１，２２と平行に一対のスライドレール２３，２４が設けられ、これらでガイド部材を構成し、その始端側（図６において左奥側）と終端側（図６において右手前側）には、補助移動部材として加速補助ブロック２７と減速補助ブロック２８が、それぞれスライド可能に取り付けられている。また、このスライドレール２３，２４の中央寄りには、固定ブロック２５，２６が移動不可に取り付けられている。従って、加速補助ブロック２７は、固定ブロック３９と２５の間を移動でき、減速補助ブロック２８は、固定ブロック４０と２６の間を移動できるようになっている。そして、上記加速補助ブロック２７は、引っ張りばね３１で減速補助ブロック２８側の固定ブロック２６に連結され、減速補助ブロック２８は、引っ張りばね３２で、加速補助ブロック２７側の固定ブロック２５に連結されている。従って、加速補助ブロック２７と減速補助ブロック２８は、共に中央に移動する方向にばねの付勢力が作用するようになっている。さらにこの加速補助ブロック２７と減速補助ブロック２８は、その下方に移動部材３０の側面に当接する突出部分が設けられている。
【００２８】
また、この実施形態のものでは、クランプ接触式変移センサ４０の回動支点と同軸上にピニオンギア３５が前記センサ４０と一体に取り付けられ、このピニオンギア３５は、その側方に配置されたモータ３４で駆動されるラック３４と噛み合っている。
【００２９】
次にこの実施形態のものの測定時の動きを説明する。
【００３０】
まず、この実施形態のものでは、接触式変移センサ１０，１１のキャリブレーションを行った後、ステッピングモータ２９を逆回転させ、移動部材３０を固定ブロック３９寄りの始動開始位置まで移動させる。この時、移動部材３０の側面が加速補助ブロック２７に当接し、この加速補助ブロック２７をばね３１の引っ張り力に抗して移動させることとなる。したがって、始動開始位置において、移動部材３０には、常にばね３１の引っ張り力が作用しているが、移動部材３０はステッピングモータ２９の保持トルクにより、その状態が維持されている。
【００３１】
この状態で、モータ３４に通電され、クランプ接触式変移センサ４０の支点に設けられたピニオン３５に噛み合ったラック３３が駆動されることにより、クランプ接触式変移センサ４０は、その先端がシートの走行領域に入るように回動される。
【００３２】
次に、ステッピングモータ２９に通電され、移動部材３０がクランプ接触式変移センサ４０と共に移動を開始する。なお、この通電は前記実施例のものと同様に検出機構で検出されたシートの走行速度に応じて、予め設定された式に基づき行われる。
【００３３】
そして、移動を開始すると、ばね３１で引っ張られた加速補助ブロック２７と接した移動部材３０は、このばね３１の引っ張り力を受け、ステッピングモータ２９の起動トルクとあいまって速やかに加速される。そして、このようにして移動部材３０を押し出した加速補助ブロック２７は、やがて固定ブロック２５が設けられた位置で、それ以上の移動が規制され、停止する。よって、ここから先は、ステッピングモータ２９の駆動力のみで移動部材が、シートの走行速度に同期した等速度で移動する。そしてこの等速度で移動している間にクランプ部４０ａに設けられた接触式変移センサ１０，１１が押し出され、シートを挟持してその厚さが測定される。測定後、接触式変移センサ１０，１１は速やかにシートの表面から離れて原状に復帰する。そして、クランプ接触式変移センサ４０が取り付けられた移動部材３０は、やがて減速補助ブロック２８に接して、この減速補助ブロック２８と共に移動することにより、引っ張りばね３２の引っ張り力を受け、減速される。この時、ステッピングモータ２９にも停止信号が与えられ、前記ばね３２の張力とあいまって速やかに移動部材３０は減速し、停止する。
【００３４】
以上のようにして、シート厚さの測定がなされる。
【００３５】
なお、測定完了後、移動部材３０の駆動用のステッピングモータ２９と、クランプ接触式変移センサ４０の回動用のモータ３４を逆回転させ、これらを元の待機位置に復帰させる点は、前記のものと同様である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち、請求項１記載のシート厚さ測定方法では、高速で送られるシートの厚さを、このシートと同期して送られるクランプ接触式変移センサを用いて行い、かつ、このクランプ接触式変移センサは、測定の都度、キャリブレーションを行って０点設定を行うこととしたので、対象物であるシートや、繊細なセンサの先端部分に一切無駄なストレスをかけることなく、ミクロン単位で正確にその厚さの測定が行えるという効果がある。また、機械的に接触して厚さが測定されるので、光センサや磁気センサを用いたもののように対象物を選ばず、磁性材で形成されたものや光を反射するもの、あるいは表面に凹凸があったり、表面が弾性材で被覆されたものなど、種々のシート材の厚さの測定が行えるという効果もある。
【００３７】
また、請求項２記載の発明は、シート厚さの測定装置を、ガイド部材と、ガイド部材にスライド可能に支持され先端のクランプ部がシートの走行領域内と走行領域外に移動するように設けられたクランプ接触式変移センサと、クランプ接触式変移センサをガイド部材に沿って移動させる駆動装置と、シートの走行速度を検出する検出手段と、検出手段からの信号に基づき上記駆動装置をシートの走行速度に応じて駆動制御する制御機構とで構成したので、シートとセンサを摺接させることなく、センサでシートをクランプして正確にその厚さを測定できる。よって、対象物であるシートを傷つけるおそれがない。また、センサの先端が摩滅して誤差を生じたり、センサが故障したりするおそれも少なく、耐久性と動作信頼性に優れる。さらに、シートの材質の違いや表面処理のいかんに係わらず、正確にその厚みを測定できるという効果がある。
【００３８】
請求項３記載の発明は、クランプ接触式変移センサが取り付けられた移動部材をステッピングモータで駆動すると共に、ガイド部材の両端寄りに移動部材と当接し、その加速時と減速時にばねの力を補助的に作用させる補助移動部材を設けたので、ステッピングモータの特性である振動のない正確な駆動制御が行えると共に、比較的出力の低いステッピングモータであっても長い加減速距離を要さず、装置をコンパクトにできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシート厚さ測定装置の設置状態の側面図である。
【図２】図１に示したシート厚さ測定装置の平面図である。
【図３】要部の拡大説明図である。
【図４】シリンダ装置の側面図である。
【図５】シート厚さ測定装置の上面図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示した斜視図である。
【符号の説明】
１，２０ シート厚さ測定装置
２ ガイド部材
２ａ 上面板
３，３０ 移動部材
４，４０ クランプ接触式変移センサ
４ａ，４０ａ クランプ部
４ｂ アーム
５，１２ シリンダ装置
６，２４ モータ
７ 枢軸
８，９ 軸
１０，１１ 接触式変移センサ
１３，１４，１５ ロール
１６ バックアップロール
１７ エンコーダ
１８ 検出機構
２１，２２，２３，２４ ガイドレール
２５，２６，３９，４０ 固定ブロック
２７ 加速補助ブロック
２８ 減速補助ブロック
２９ ステッピングモータ
３１，３２ 引っ張りばね
３３ ラック
３５ ピニオンギア
３７ タイミングベルト
３８ プーリ
Ｗ シート
Ｗａ 走行領域

Claims (3)

1. クランプ接触式変移センサを、搬送あるいは巻取りされるシートの走行方向に沿って、このシートの走行速度に同期させて駆動すると共に、その先端のクランプ部を、シートの走行領域内と走行領域外とに駆動し、走行領域外でクランプ部のキャリブレーションを行った上で、走行領域内でシートを挟み込み、その厚さを測定するようにしたことを特徴とするシート厚さ測定方法。
2. 搬送あるいは巻取りされるシートの側方に、該シートの走行方向に沿って配置されたガイド部材と、
   ガイド部材にスライド可能に支持され、先端のクランプ部がシートの走行領域内と走行領域外に移動するように設けられたクランプ接触式変移センサと、
   クランプ接触式変移センサをガイド部材に沿って移動させる駆動装置と、
   シートの走行速度を検出する検出手段と、
   検出手段からの信号に基づき、上記駆動装置をシートの走行速度に応じて駆動制御する制御機構と、
   を具備したシート厚さ測定装置。
3. 上記駆動装置は、
   ガイド部材の長手方向の両側に設けられたプーリ間に掛架され、その所定個所がクランプ接触式変移センサを支持した移動部材に連結されたタイミングベルトと、
   上記一方のプーリを回転駆動するステッピングモータとからなり、
   かつ、ガイド部材の両端寄りには、移動部材と当接し、その加速時と減速時にばねの力を補助的に作用させる補助移動部材が設けられたことを特徴とする請求項２記載のシート厚さ測定装置。

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