JP2004286563A

JP2004286563A - フィルムロールの形状測定方法

Info

Publication number: JP2004286563A
Application number: JP2003078442A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nishishita; 順一西下; Masaharu Toyama; 正治遠山
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】フィルムロール最外周のフィルムしわの影響を受けることなく、高精度の形状測定を可能にするフィルムロールの形状測定方法を提供する。
【解決手段】フィルムロール１のロール軸方向に直交する平面内に、該フィルムロール表面の周方向の３箇所に接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃを接触させると共に、これらの接触状態を維持しながらロール軸方向に相対移動させて該接触位置の座標を求め、これら３点の座標から前記フィルムロール外径のロール軸方向の変化を計測することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフィルムロールの形状測定方法に関し、さらに詳しくは、フィルムロール最外周のフィルムしわの影響を受けることなく、フィルムロールの形状を高精度に測定可能にするフィルムロールの形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂からなるフィルムの製造工程において、一般にフィルム厚みは全幅均一に制御することが要求される。このフィルム厚み制御は、溶融したポリマーを押出成形する口金の全幅に渡って配置された厚み調整手段を、下流側の厚さ計で測定したフィルムの厚みに基づいて制御し、口金の全幅に渡ってポリマー吐出量を調整し、均一なフィルム厚みに制御する厚み制御手段によるのが一般的である。
【０００３】
その後、スリット工程において、所定のフィルム幅に応じてスリットし複数のフィルムロールに巻き上げる。このときのフィルムロールの表面にはフィルム厚みが積層されて幅方向の特定位置に巻きこぶや巻きしわが発生するという問題があった。この巻きこぶや巻きしわは、例えばフィルムに磁性材料を塗布，蒸着する際に、その磁性層の厚みむらの原因になることが知られており、改善が必要とされている。
【０００４】
この巻きこぶや巻きしわの原因はフィルムの厚みむらであるが、この厚みむらのあるフィルムが数千〜数万回積層されたとき初めてわかるようになり、フィルム１枚の厚みを測定しただけでは発見することができない。そこで、巻きこぶや巻きしわのない精度の高いフィルムロールを成形するためには、スリット工程で巻き取られたフィルムロールのロール軸方向（フィルム幅方向）の外径寸法変化を測定することにより、フィルム厚みむらを管理する方法が用いられている。さらに、そのデータを口金にフィードバックして厚みむらを制御する方法が行なわれている。
【０００５】
本件出願人は、このようなフィルムロールのロール軸方向の外径寸法変化を正確に測定する方法として、先に特許文献１により、３個の光学式変位センサーを用い、これら光学式変位センサーから放射した光がフィルム表面て交わる点の座標を求め、この３点の座標から外径を演算することにより、ロール軸方向の外径変化を測定する方法を提案した。
【０００６】
この測定方法によれば、フィルム外径を非接触で測定するようにしているため、正確なフィルムロール形状が測定可能になると期待した。しかしながら、実際には、フィルムロールの最外周のフィルムシワにより誤動作を起こすことがわかり、しかも、最外周のフィルムシワはフィルム厚みが薄いほど発生しやすく、排除しにくいことがわかった。また、一般にフィルムロールは透明な積層体で、表面で光が乱反射しやすいため、光学式変位センサーでは測定精度が悪くなり、数十μｍの精度で測定すべきフィルムロール用のセンサーとしては、使用できないことがわかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２３０８１０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来の方法の問題を解消し、フィルムロール最外周のフィルムしわの影響を受けることなく、高精度の形状測定を可能にするフィルムロールの形状測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のフィルムロールの形状測定方法は、フィルムロールのロール軸方向に直交する平面内に、該フィルムロール表面の周方向の３箇所に接触式変位センサーを接触させると共に、これらの接触状態を維持しながらロール軸方向に相対移動させて該接触位置の座標を求め、これら３点の座標から前記フィルムロール外径のロール軸方向の変化を計測することを特徴とするものである。
【００１０】
このように接触式変位センサーを使用し、フィルムロール表面に接触状態を維持しながらロール軸方向に相対移動させて接触位置の座標を求めるようにしたことにより、フィルムロール最外周のフィルムしわの影響を受けることなく高精度の形状測定を可能にすることができる。また、接触式変位センサーを３点に配列してロール軸方向の外径変化を測定するので、フィルムロールの軸方向と測定器の移動方向との平行度が若干悪くても、精度の高い形状測定を可能にする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図に示す実施形態により具体的に説明する。
【００１２】
図１及び図２は、本発明のフィルムロールの形状測定方法を実施する装置を例示した概略図である。
【００１３】
外径測定の対象となるフィルムロール１は、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂製のフィルムがコア２に巻き上げられて形成されている。フィルムロール１は台車４の上のトレー５に載せられ、その台車４がロール軸と平行に敷設された軌道６に沿って走行する。この台車４の移動により、フィルムロール１もロール軸方向に移動するようになっている。トレー５は、特に材質は限定されないが、好ましくはフィルムロール１にキズをつけない発泡材等の柔らかい材質で構成されているのがよい。
【００１４】
上記のように台車４に設置されたフィルムロール１の周囲には、フィルムロール１のロール軸方向と直交する同一平面内に３個の接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃが配置され、かつこれら接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃの先端がそれぞれフィルムロール１に対して３箇所の位置で接触するようになっている。これら接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれ移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃに固定され、かつ移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃはフィルムロール形状測定装置のメインフレーム７に一体になって支持され、かつメインフレーム７に固定された走行レール９に沿ってロール軸方向と平行に往復移動するようになっている。
【００１５】
また、上記移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃには、それぞれ別々に駆動モータが設置され、このうち中央の移動アーム８ｂは、メインフレーム７に対して上下動することにより接触式変位センサー３ｂを上下動させ、また左右の移動アーム８ａ、８ｃは、移動アーム８ｂに対して左右動することにより、接触式変位センサー３ａ、３ｃを左右動させるようになっている。このような移動操作のため、移動アーム８ａと８ｃは、同じ駆動モータで互いに反対方向に移動させるようにしてもよい。また、左右の移動アーム８ａと８ｃは、中央の移動アーム８ｂと同調させて、３つの移動アームを同時に移動させるようにしてもよい。このように移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃを適切に同調させることにより、径が大幅に異なるフィルムロール１の外径を測定する場合でも、誤差の少ない高精度の外径測定を可能にすることができる。
【００１６】
接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃは、測定精度として高精度の測定を維持するために少なくとも５μｍ以下が必要であり、接触圧としては、フィルムロール表面へのダメージを考慮すると５Ｎ以下、好ましくは２Ｎ以下がよい。
【００１７】
上記のように構成された接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃを、フィルムロール１のロール軸に直交する同一の平面に配置すると共に、フィルムロール１の表面の周方向の３箇所に分散するように接触させることにより、それら３箇所の接触位置をフィルムロール外径の直交座標として検知することができる。また、その接触状態でロール軸方向にフィルムロールと相対移動させることにより、そのフィルムロール外径のロール軸方向の変化を検知することができる。そして、その検知信号をセンサーアンプ１０を介して演算装置１１に入力することで、フィルムロール１の直径又は半径を算出することができる。
【００１８】
フィルムロールの外径測定は、上述したフィルムロール形状測定装置を使用することにより、次の手順により実施することができる。
【００１９】
まず、前工程のスリット工程で所定幅にスリットされたフィルムロール１を、不図示の移載機により台車４の上にトレー５を介して載せ、軌道６に沿って、図２に示すようにメインフレーム７のほぼ中央まで移動させて停車する。この時の移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃは、図２にＡで示す位置に設定されている。台車４が停車すると、移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃが不図示の駆動モーターにより走行レール９に沿って移動し、図２にＢで示すフィルムロール１の端部位置に停止する。
【００２０】
次に移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃがフィルムロール１の半径方向に移動して、接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃをそれぞれフィルムロール１の表面に接触させる。このときの接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃの接触圧としては、前述したように５Ｎ以下にすることが好ましい。また、接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃの停止位置は、フィルムロール１の真横と真上にすることが、センサーの走行と直径の演算をしやすくする上で最も好ましい。この位置に近づくように、予めフィルムロール１の外径を入力（または測定）して、移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃの移動量を制御するようにするとよい。
【００２１】
次に、フィルムロール１を停止状態にして、上記のように接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃをフィルムロール１の表面に接触させながら、移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃを走行レール９に沿ってフィルムロール１の軸方向に平行に移動させ、図２にＣで示すフィルムロールの端部まで移動させて停止させる。このようにロール軸方向に移動する間に、接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃは、フィルムロール１の表面上の３点を、例えば、図３に示す座標Ｐ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）として検知し、それらの信号をセンサーアンプ１０を介して演算装置１１へ送る。
【００２２】
信号を入力した演算装置１１は、座標Ｐ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）を、それぞれ円の方程式ｘ^２＋ｙ^２＋ａｘ＋ｂｙ＋ｃ＝０に代入して係数ａ，ｂ，ｃを変数とする連立方程式にし、この連立方程式から変数ａ，ｂ，ｃを求めて前記３点の座標Ｐ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）を含むフィルムロールの直径を演算する。
【００２３】
図３は、ロール軸方向に直交する横断面に任意の直交座標を設定し、この直交座標に上記３点の座標Ｐ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）を得るようにしたものであるが、このようにして得た３点から、これら３点の座標Ｐ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）が含まれる円の直径または半径を、例えば次のようにして演算する。
【００２４】
上記３点の座標Ｐ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）を、次の円の一般式
ｘ^２＋ｙ^２＋ａｘ＋ｂｙ＋ｃ＝０
に代入し、この一般式中の係数ａ、ｂ、ｃを変数とする連立方程式を得る。
ａｘ_１＋ｂｙ_１＋ｃ＝−（ｘ_１ ^２＋ｙ_１ ^２）
ａｘ_２＋ｂｙ_２＋ｃ＝−（ｘ_２ ^２＋ｙ_２ ^２）
ａｘ_３＋ｂｙ_３＋ｃ＝−（ｘ_３ ^２＋ｙ_３ ^２）
【００２５】
次に、上記連立方程式を解くことにより、ａ、ｂ、ｃが求まるので、このａ、ｂ、ｃを元の一般式に代入すると、
（ｘ＋ａ／２）^２＋（ｙ＋ｂ／２）^２＝ａ^２／４＋ｂ^２／４−ｃ
になるので、円の半径は
（ａ^２／４＋ｂ^２／４−ｃ）^１／２
で示されるようになる。
【００２６】
すなわち、上記演算で求められた半径は、ロール軸方向に直交する任意の横断面でのフィルムロール１の半径に相当する。また、移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃを一定速度で走行させることで、フィルムロール１の半径をロール軸方向に連続して測定することができるので、フィルムロール１のロール軸方向の外径変化、すなわち形状変化を測定することができる。
【００２７】
上述した１サイクルの測定工程を終了すると、移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃがそれぞれフィルムロール１の半径方向外側へ向けて移動し、接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃをフィルムロール１の表面から離す。次いで、フィルムロール１を台車４とともに次の梱包工程へと移動させる。これと同時に移動アーム８ａ、８ｂ、８ｃが、次のフィルムロール１の外径測定のため、図２の元のＡの位置に戻る。
【００２８】
本発明の測定方法では、フィルムロール１と接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃとはいずれか一方をロール軸方向に移動させればよいが、好ましくは、図示の実施形態のように、接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃの方をフィルムロール１の軸方向に移動させた方が精度の良い測定をすることができる。これは、フィルムロール１の重量が数百ｋｇであり、これを台車４によって一定速度で振動なく走行させることは難しいからである。スタート時とストップ時が特に問題であり、フィルムロール１の重量が大きいため測定限界を超えた振動が発生し、一定速度にしにくいからである。
【００２９】
例えば、台車４は常に同じものを使用し、その上に載せるフィルムロール１の径が大幅に変化することを考える。フィルムロールの接点Ｓは常に一定でフィルムロール１の径が変わると、図４に示すように、測定精度が高くなる真横と真上の位置Ｐ、Ｑ、Ｒの位置が変化する。この変化はＰ、Ｒが１変化するとＱは２変化する。このため、接触式変位センサー３ａ、３ｂ、３ｃの移動量としては、３ａと３ｃが１動くとき、３ｂは２動くことが好ましい。
【００３０】
また、図３に示した例では、直交座標系について説明したが、本発明の測定方法においては、円筒座標系やその他の座標系を用いてもよい。
【００３１】
上述した測定方法によるとフィルムロール１の最外周のフィルムにしわが入っても、接触式変位センサーによってそのしわの影響が無くなるように測定することができるため、測定誤差をきわめて少なくすることができる。さらに、接触式変位センサーを３点に配列してロール軸方向の外径変化を測定するので、フィルムロールの軸方向と測定器の移動方向との平行度が若干悪くても、移動機構の精度に左右されない正確な測定をすることが可能になる。
【００３２】
また、接触式変位センサーを移動アームにより移動可能にした場合には、ロール径が大幅に異なったフィルムロールをセットした場合でも、移動アームの停止位置を制御することにより、接触式変位センサーをフィルムロールのほぼ真横と真上にあわせることにより誤差の少ない測定をすることが可能になる。
【００３３】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、フィルムロール最外周のフィルムしわの影響を受けることなく、精度の高い形状測定を可能にするフィルムロールの形状を測定することができる。また、接触式変位センサーを３点に配列してロール軸方向の外径変化を測定するので、フィルムロールの軸方向と測定器の移動方向との平行度が若干悪くても、精度の高い形状測定を可能にする。
【００３４】
また、接触式変位センサーを移動アームにより移動可能にした場合には、ロール径が大幅に異なったフィルムロールをセットした場合でも、移動アームの停止位置を制御することにより、接触式変位センサーをフィルムロールのほぼ真横と真上にあわせることにより、誤差の少ない測定をすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定方法に使用される測定装置を例示する概略正面図である。
【図２】図１の測定装置の概略側面図である
【図３】本発明においてフィルムロールの横断面に設定したときの座標図である。
【図４】本発明においてロール径が大幅に異なるフィルムロールを測定する場合を説明する座標図である。
【符号の説明】
１フィルムロール
２コア
３ａ、３ｂ、３ｃ接触式変位センサー
４台車
５トレー
６軌道
７メインフレーム
８ａ、８ｂ、８ｃ移動アーム
９走行レール
１０センサーアンプ
１１演算装置

Claims

フィルムロールのロール軸方向に直交する平面内に、該フィルムロール表面の周方向の３箇所に接触式変位センサーを接触させると共に、これらの接触状態を維持しながらロール軸方向に相対移動させて該接触位置の座標を求め、これら３点の座標から前記フィルムロール外径のロール軸方向の変化を計測するフィルムロールの形状測定方法。
前記３点の座標をＰ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）とし、これら座標をそれぞれ円の方程式ｘ^２＋ｙ^２＋ａｘ＋ｂｙ＋ｃ＝０に代入して係数ａ，ｂ，ｃを変数とする連立方程式をたて、この連立方程式から変数ａ，ｂ，ｃを求めて前記３点の座標Ｐ（ｘ_１，ｙ_１）、Ｑ（ｘ_２，ｙ_２）、Ｒ（ｘ_３，ｙ_３）を含む前記フィルムロール外径を演算する請求項１に記載のフィルムロールの形状測定方法。
前記フィルムロールを固定した状態で、前記接触式変位センサーをロール軸方向に移動させる請求項１または２に記載のフィルムロールの形状測定方法。
前記接触式変位センサーを前記フィルムロールの表面に対して接触する位置と離れた位置とに移動可能にした請求項１、２または３に記載のフィルムロールの形状測定方法。
請求項１、２、３または４に記載の方法を実施するフィルムロールの形状測定装置。