JP2008501116A

JP2008501116A - 移動するストリップの層厚を測定する装置及び方法

Info

Publication number: JP2008501116A
Application number: JP2007514978A
Authority: JP
Inventors: オーケルブロム、ベングト
Original assignee: ダプロックスアクチボラゲット
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2008-01-17
Also published as: SE0401372D0; SE527204C2; CA2567778A1; US20080060416A1; EP1749186A1; SE0401372L; WO2005116576A1

Abstract

本発明は、移動ストリップ２の少なくとも１層の厚さを測定する装置１と方法とに関するものである。該測定装置１はトランスミッタ本体４を含み、トランスミッタ本体は、トランスミッタ・ハウジング３内を軸方向に可動であり、ガス・クッション２を介してストリップ層に載置される、ハウジング３から突出したセンサヘッド５と、トランスミッタ・ハウジング３内に画成されたチャンバ７内へ延びる上部６とを有している。トランスミッタ・ハウジング３は、ガス供給用の少なくとも１つのポート９を備え、このガスの一部は前記ガス・クッションを形成し、また一部はチャンバ７内へ流入する。この測定装置の特徴は、トランスミッタ・ハウジング３が、チャンバ７からガスを排出するためのリストリクタ１０を備えていることである。また、この測定方法は、測定装置１によりストリップ層２を測定する段階を含み、該リストリクタ１０は、ストリップ層２に対するガス・クッションの圧力が０−６５ｇ／ｃｍ２重量等量となるように調節される。

Description

本発明は、請求項１及び請求項５にそれぞれ記載された、移動するストリップの層厚を測定する装置及び方法に関するものである。

ローラ上を走行するストリップ材料、例えば紙又はシートメタルの製造時に、ストリップの厚さ又はストリップの１層、例えば塗料もしくはフィルムの厚さを測定でき、それにより、種々の点で製造を制御できるのが望ましい。
この目的のために、トランスミッタ・ハウジング内に可動に取り付けられたトランスミッタが、ガスにより測定対象から一定距離に維持される種類の測定装置を使用することが知られている。この場合、ガスは、トランスミッタとストリップとの間に放出され、それらの間でガスのクッションを形成する。このガスのクッションによって、トランスミッタと測定対象との間のギャップが小さくかつ一定に維持でき、このことが測定精度を高めるのに役立ち、しかも、トランスミッタがストリップに衝突してストリップと測定装置双方を損傷することがない。通常、固定取り付けされているトランスミッタ・ハウジング内をトランスミッタが容易に可動なことも、測定精度にとって重要なことである。このことは、好ましくはトランスミッタ・ハウジング内にトランスミッタが、ガスを介して保持されることで達せられ、それにより、トランスミッタ位置が測定対象の特定厚に調節できる。

前記の構成の測定装置は、例えばスエーデン特許ＳＥ５１５６４４により公知である。
しかし、前記構成の測定装置によるストリップ厚又は層厚の測定は、かなり大きい欠点がある。ガスのクッションによりストリップに加わる圧力で、ストリップに望ましくない変形が生じがちだからである。そうした変形の生じたストリップを示したのが図１のストリップ２であり、この図では、ストリップの部分２ａが、略示した測定装置１１の下のローラ３に押し付けられている。この変形の結果、測定成績の精度が低下し、ストリップ厚又は層厚の誤った値が生じる。

本発明の目的は、厚さを測定される対象物の変形を最小化可能な測定装置を得ることである。

本発明の目的は、請求項１に記載された測定装置と請求項４に記載された測定方法とにより達成された。
請求項１には、トランスミッタ本体を含む、移動するストリップの少なくとも１層の厚さを測定する測定装置が示されている。トランスミッタ本体は、トランスミッタ・ハウジング内を軸線方向に可動であり、かつまたガス・クッションを介してストリップ層に載置されるように設計されたセンサヘッドと、トランスミッタ・ハウジング内に画成されたチャンバ内へ延びる上方部分とを有している。トランスミッタ・ハウジングは、ガス供給用の少なくとも１ポートを備えている。ガスは、一部が、前記ガス・クッションを形成するためにトランスミッタ本体内の長手方向導管を貫流し、一部はチャンバ内へ流入する。この測定装置は、トランスミッタ・ハウジングが、チャンバからのガスを排出するリストリクタを備えていることを特徴としている。

リストリクタを操作することにより、チャンバ内のガス圧調整が可能である。チャンバ内のガス圧は、直接にトランスミッタ本体の上方部分に作用するので、前記調整により、ストリップの方向でトランスミッタ・ヘッドに作用する力の調整も達せられるが、ガス圧は、センサヘッドとストリップとを離間させるためのガス・クッションに必要な圧力が最小化されるように調節するのが好ましい。ガス・クッションによってストリップに加えられる圧力を最小化することにより、測定中にこの圧力で生じるストリップの変形の問題が解決され、それによって、より精確な測定成績が得られる。

リストリクタは手動制御可能であるのが好ましい。なぜなら、それによって、前記リストリクタを制御する高価で複雑な装置なしで済ますことができるからである。その場合には、特に、厚さ測定の前に１回だけリストリクタを調節すれば十分と思われる。
測定装置は、ガス・クッションの圧力を検出する圧力センサを含むのが好ましい。この圧力センサは、好ましくは、チャンバ内に配置され、チャンバの内圧を測定し、その測定値が、既知の関係によって、ガス・クッションの圧力を決定するのに使用される。
ある場合には、測定装置が、ガス・クッションを介してストリップ層に作用する圧力を、圧力センサによって検出されたチャンバ内圧に基づいて計算するための、かつまたガス・クッションに対する計算圧力に応じてリストリクタを自動制御するための、少なくとも１コンピュータを含むのが好ましい。なぜなら、連続的な制御によって、時間の経過につれてストリップに対する圧力が変化することのないようにされるからである。

請求項５には、移動するストリップの少なくとも１層の厚さを測定する方法が記載されている。この方法は、トランスミッタ本体を含む測定装置によってストリップ層の厚さを測定する段階を含み、トランスミッタ本体は、トランスミッタ・ハウジング内を軸方向に可動であり、かつガス・クッションを介してストリップ層に載置されるように設計されたセンサヘッドと、トランスミッタ・ハウジング内に画成されるチャンバ内へ延びる上方部分とを有している。トランスミッタ・ハウジングは、供給ガスの少なくとも一部を含み、このガスは、一部が前記ガスクッションを形成するためにトランスミッタ本体内の長手方向導管を流過し、一部がチャンバ内へ流入する。この方法は、チャンバからガスを排出するための、チャンバへ通じるリストリクタが、ストリップ層の厚さ測定前に、ストリップ層に対するガス・クッションの圧力が０−６５ｇ／ｃｍ^２重量等量となるように調節される段階を特徴としている。これによって、既述のストリップの変形は除去され、したがって、より正確な測定成績が得られる。

前述のように、コンピュータは、ガス・クッションを介してストリップ層に加わる圧力を、圧力センサにより検出されたチャンバ内圧に基づいて自動的かつ連続的に計算し、かつストリップ層に対する計算圧力に応じてリストリクタを制御することで、ストリップ層に対し約０−６５ｇ／ｃｍ^２重量等量のガス・クッション圧力が連続的に作用するようにするのが好ましい。
以下で、本発明を添付図面につき説明する。

図２は、適当な材料のストリップ２、例えば紙又はシートメタルの厚さ（あるいはまたストリップ上の層、例えばシートメタル母材上の塗料の被覆の厚さ）を測定するための、ストリップ２の上方に位置する本発明による測定装置１を示している。ストリップ２は、支持部材１３、例えば前記ストリップ２用の製造プラント内のローラによって支持されている。
測定装置１はトランスミッタ本体４を含み、トランスミッタ本体４は、トランスミッタ・ハウジング３内にガスを介して保持され、軸方向に可動であり、トランスミッタ・ハウジング３から突出するセンサヘッド５を有しており、該センサヘッドが、またセンサ・ハウジング１５内にガスを介して保持されている。センサ８は、導線構成物１７によって、前記センサ８からの測定信号を処理するための測定システム１８へ周知の形式でトランスミッタ本体４をへて接続され、磁気抵抗原理又は他の形式により動作する（磁気抵抗原理についての詳しい説明は米国特許ＵＳ４，３８７，３３９参照のこと）。

トランスミッタ・ハウジング３は、気密に結合された２ハウジング部分、すなわちハウジング上部３ａとハウジング下部３ｂとから成り、これらの部分が一緒にチャンバ７を画成している。ハウジング下部３ｂは、またチャンバ前室１４を画成し、この前室には、制御部１９が気密に収容され、この制御部１９を貫通してトランスミッタ本体４の上方部分６が、センサヘッド５からチャンバ７内へ管状の軸形状で延びている。チャンバ７内には固定体１６が軸６に取り付けられている。この固定体１６は、とりわけ、周知の形式で複数のロッド状制御部材（図示せず）によってトランスミッタ・ハウジング３に対するトランスミッタ本体６の回転を防止するのに役立っている（これらの制御部材及びその働きについての詳しい説明はスエーデン特許ＳＥ５１５６４４参照のこと）。

図２から分かるように、制御部１９は、軸６を受容し、かつガスを介して保持するための中央通気孔２３を備えている。この通気孔２３から複数の半径方向ダクト２７が、制御部１９の外殻面とハウジング下部３ｂとの間の空隙２６へ開口している。ダクト２７は、ハウジング下部３ａのポート９を介して供給されたガス、例えば空気を２６空隙から通気孔２３へ案内するのに役立っている。通気孔内で、ガスは軸６に設けられた開口２５を通って、軸を貫通しているダクト２１内へ流入できる。
図２及び図３から分かるように、軸６は、開口２５が通気孔２３の直径拡大部に位置するように、通気孔２３内に配置されており、該直径拡大部は、制御部１９で内部空所を形成している。この構成の利点は、内部空所３０の拡大容積によって、測定装置の傾斜時にも内部圧力の良好な均等化が保証され、それにより、軸６内への予測可能な一様のガス流が形成される。同じ目的で、更に好ましいのは、軸６の開口２５を半径方向ダクト２５の直接前方に設けるのではなく、図３に示すように、ダクトに対して例えば角度を有するように配置することである。これにより、軸６に流入する前にガス圧が確実に均等化される。

軸６内のダクト２１内には、ダクト２１を介してチャンバ７内へガスが流入するのを防止するため、プラグ３２が気密に受容されており、このプラグが、プラグを貫通して延在する銅線構成物１７を気密に取り囲んでいる。図２では、プラグ３２は固定体１６内に配置されているが、開口２５上方のダクト２１内の別の位置に固定してもよい。
チャンバ７内には、またハウジング上部３ａ内に取り付けられ、下部接触部材３６と互いに連結可能な上部接触部材３５が配置され、下部接触部材３６は、ハウジング下部３ｂ内に取り付けられ、導線構成物１７を介してセンサ８に接続されている。ハウジング上部３ａは、これにより、必要があれば、導線構成物１７を損傷すること無しにハウジング下部３ｂから除去できる。図２から分かるように、上下の両接触部材は、ガス流過用の通気孔を備えている。

最後に、トランスミッタ・ハウジング３は、リストリクタ１０、例えば絞り弁を含んでいる。この絞り弁は、チャンバ７から測定装置１を取り巻く大気へガスを導く目的を有している。図２のリストリクタ１０は、測定システム１８に所属するコンピュータ１２によって、更に後述する形式で自動制御可能であるが、別の実施例では手動制御式にすることもできる。チャンバ７には、また圧力センサ３８が配置され、該圧力センサは、チャンバ７内の圧力を記録するためにコンピュータ１２に接続されている。

図４には、符号なしの矢印によって、どのようにガス流が測定装置１を通過するかが示されている。この図から、ガスは、ポート９から流入し、半径方向ダクト２７をへて、制御部１９の中心通気孔２３へ流入することが分かる。軸６が、一定の間隙を維持して通気孔２３内に延在しているため、通気孔へ流入するガスにより、前記軸６は空気を介して保持され、このことは、軸が事実上摩擦なしに変位可能であることを意味する。ガスは、次いで軸６の外殻表面に沿って平行に流れてチャンバ７へ流入するか、又は測定装置１から流出するか、又は開口２５をへて軸６内のダクト２１へ流入する。ダクト２１にガスが充満すると、そのガスは、結果として、センサ８とストリップ２との間にガス・クッションが形成されるのを許容し、ストリップ２から離れる方向にダクト２１内のプラグ３２に対する圧力が発生する。

それと同時に、チャンバ７内へ流入するガスは、トランスミッタ本体４の上方部分６とプラグ３２とに対し加圧する。リストリクタ１０がない場合、又はそれが完全に閉じられている場合、チャンバ７内の圧力は、軸６内のダクト２１の内圧より幾分高くなる。ダクト内の圧力は、幾分大きい加圧面積と組み合わされて、ストリップ２の方向に作用する圧力と、ストリップ２／トランスミッタ本体４間に形成されるガス・クッションによる逆圧との合力を結果として生じる。その結果、ガス・クッションもストリップ２に対して圧力を加えるが、その圧力は、通常、約３２０ｇ／ｃｍ^２重量等量であり、ストリップの既述の変形を生じさせる。

他方、リストリクタ１０がコンピュータ１２により一定ガス流を流過させるように設定されると、チャンバ７内の局所的な圧力が低くなり、トランスミッタ本体に作用する合力を減少させる（この合力は、極端な場合にはマイナスの値となる）。その結果、合力に抗するガス・クッション圧は減圧できるが、これは、前にガス・クッションを形成するのを助けたガス部分が、今やリストリクタ１０から流出するからである。その結果、ストリップ２に対するガス・クッションの圧力が、約０−３２０ｇ／ｃｍ^２重量等量のレベルまで、最も好ましくは約０−６５ｇ／ｃｍ^２のレベルまで降下する。このレベルでは、ストリップ２の、それと分かる変形は生じない。

リストリクタ１０は、測定装置使用前に、例えばガス・クッションがストリップ２に加える圧力を測定することにより、適当な流過流量に設定するのが好ましい。しかし、ある状況では、得られた測定成績を連続的に高品質に保証するために、ガス・クッションの圧力を規則的にチェックするのが望ましい。この目的のため、チャンバ７内には、圧力センサ３８がチャンバ７の内圧を連続的に測定するように配置されている。圧力センサ３８により得られた測定成績に基づいて、コンピュータ１２が、チャンバ７内のガス圧力とガス・クッションとの予め決められた関係を利用することで、ガス・クッションがストリップ２に加える圧力を計算でき、それに基づいてリストリクタ１０を制御し、圧力変化に対処できる。

本発明は、言うまでもなく、以上に説明した実施例に限定されるものではなく、後述する独立請求項により定義された保護範囲を逸脱することなく、巧みな変更態様が可能である。例えば、リストリクタは、チャンバから流出するガスを案内する限り、測定装置内のどこか他の箇所に設けてもよく、またセンサは、測定装置内のチャンバ内か又は別のところに２つ以上でも２つ以下でも配置できる。リストリクタが手動制御式の場合は、コンピュータ及び圧力センサをまったく用いずに済ますこともでき、その場合には、ガス・クッションがリストリクタに加える圧力を測定前に１回だけ、例えば波動によって測定することでリストリクタを設定するだけでよい（あるいはまた、圧力センサを手動式に読み取ることもできる）。最後に、既述の説明では、測定装置がストリップ上方に配置されているのに対し、別の実施例では他の配置であってもよい。ストリップに対し事実上直角であれば、例えばストリップの下方又は横に配置されてもよい。

先行技術による測定装置を使用することで変形したストリップの状態を示す図。本発明の一好適実施例による測定装置の略示断面図。（実施例１）図２のＡ−Ａ線に沿って截断した略示断面図。図２の測定装置を通過する空気の流れを示す図。

符号の説明

１測定装置
２ストリップ
３トランスミッタ・ハウジング
３ａハウジング上部
３ｂハウジング下部
４トランスミッタ本体
５センサヘッド
６軸
７チャンバ
８センサ
９ポート
１０リストリクタ、絞り弁
１２コンピュータ
１３支持部材
１４チャンバ前室
１５センサ・ハウジング
１６固定体
１７導線構成物
１８測定システム
１９制御部
２１ダクト
２３通気孔
２５開口
２６空隙
２７半径方向ダクト
３０内部空所
３２プラグ
３５上部接触部材
３６下部接触部材
３８圧力センサ

Claims

移動するストリップ（２）少なくとも１層の厚さを測定する装置（１）であって、トランスミッタ本体（４）を含み、該トランスミッタ本体が、トランスミッタ・ハウジング（３）内を軸方向に可動であり、ガス・クッションを介して前記ストリップ層（２）に載置されるように設計されたセンサ・ヘッド（５）と、トランスミッタ・ハウジング（３）内に画成されたチャンバ（７）内へ延びる上方部分（６）とを有しており、該トランスミッタ・ハウジング（３）が、ガス供給用の少なくとも１つのポート（９）を備え、このガスの一部が、トランスミッタ本体（４）内の長手方向ダクト（２１）を貫流して、前記ガス・クッションを形成し、また一部が、チャンバ（７）へ流入する形式のものにおいて、
前記トランスミッタ・ハウジング（３）が、チャンバ（７）からガスを排出するためのリストリクタ（１０）を備え、少なくとも１つの圧力センサ（３８）が、チャンバ（７）内のガス圧検出用に備えられていることを特徴とする、移動するストリップの少なくとも１層の厚さを測定する装置。
前記リストリクタ（１０）が手動式に制御可能であることを特徴とする、請求項１に記載された測定装置。
ガス・クッションを介してストリップ層（２）に加わる圧力を、圧力センサ（３８）によって検出されるチャンバ（７）の内圧に基づいて計算し、かつストリップ層（２）に対する計算圧力に応じてリストリクタ（１０）を制御するための、少なくとも１台のコンピュータ（１２）を含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載された測定装置。
ストリップ（２）の少なくとも１層（２）の厚さを測定する方法であって、トランスミッタ本体（４）を含む測定装置により層厚を測定する段階を含み、該トランスミッタ本体（４）がトランスミッタ・ハウジング（３）内を軸方向に可動であり、かつまたガス・クッションを介して前記ストリップ層（２）に載置されるように設計されたセンサ・ヘッド（５）と、トランスミッタ・ハウジング（３）内に画成されたチャンバ（７）内へ延びる上方部分（６）とを有しており、該トランスミッタ・ハウジング（３）が、ガス供給用の少なくとも１つのポート（９）を備え、このガスの一部が、トランスミッタ本体（４）内の長手方向ダクト（２１）を貫流して、前記ガス・クッションを形成し、また一部が、チャンバ（７）へ流入する形式のものにおいて、
前記方法が、更に、チャンバ（７）内のガス圧を検出するように設計された少なくとも１圧力センサ（３８）の助けによって、チャンバ（７）からガスを排出するための、チャンバ（７）に連通するリストリクタ（１０）が、ガス・クッションによりストリップ層（２）に加えられる圧力が０−６５ｇ／ｃｍ^２重量等量となるように、ストリップ層（２）の厚さ測定前に、調節される段階を含むことを特徴とする、ストリップの少なくとも１層の厚さを測定する方法。
コンピュータ（１２）が、ガス・クッションによりストリップ層（２）に作用する圧力を、圧力センサ（３８）によって検出されるチャンバ（７）の内圧に基づいて自動的かつ連続的に計算し、ストリップ層（２）に作用するその計算圧力に応じて、ストリップ層（２）に対するガス・クッション圧力が約０−６５ｇ／ｃｍ^２重量等量となるように、リストリクタ（１０）を制御することを特徴とする、請求項４に記載された方法。