JP2019124522A - 湿紙の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抄紙機の抄紙工程における水分を含んだ紙である湿紙において、含まれる異物等を確実に検知することができる湿紙の検査方法を提供する。【解決手段】抄紙機において、抄紙走行中の湿紙１へ指向し任意の照明光を照射する照射装置３を備える照射工程と、照射光が照射された湿紙から透過及び／又は反射された画像である明視野画像と照明光の近傍にあって照明光からの照度を一部遮る遮光プレート４を配置して得られる暗視野画像とを適宜撮像する撮像工程と、撮像工程の画像とあらかじめ異物の判定基準として記憶した基準画像とを比較し基準外となった場合に異物と判定する判定工程と、判定工程にて異物と判断した画像の位置情報を特定する制御工程を少なくとも備えた湿紙の検査方法であって、遮光プレートは透明又は半透明から混濁へその度合いが徐々に変化する透明／混濁グラデーションである。【選択図】図１

Description

本発明は、用紙を製造する抄紙工程において、水分を脱水するまでの湿紙状態における用紙を検査する湿紙の検査方法に関するものである。

抄紙機にて紙を抄くには、まず、紙料１〜２質量％の濃度としたパルプ懸濁液をヘッドボックスからほぼ水平に張られた状態にて周回する、メッシュ構成されるエンドレスベルト状のワイヤ上に流し込み、ワイヤ上を走行中に自重により大部分の水分をワイヤ編み目から流出させるとともに、その後に存するワイヤサクションボックス、クーチロール等の吸引、搾水により水分除去がなされる。搾水等されたパルプ懸濁液は、パルプ中の繊維同士が絡み合って、ある程度の形状保持力を有するシート状の湿紙となり、次工程のプレスパートに送り込まれる。プレスパートでは、エンドレス回転するフェルト上に載せられ、ロールにより加圧することで更なる水分の搾水等がなされる。その後、プレスパートを経た湿紙は次のドライヤパートに送られ、多数の加熱ロールに表裏を交互に押し付けられ、乾燥されて紙（用紙）が完成する。

これらの工程を経て製造される用紙は、用紙表面や紙層中に塵芥等といった異物混入による欠陥がしばしば発生する。それらは、用紙の原材料に由来する異物混入のほか、時に金属片や鉱物等の混入もある。これらの異物は用紙外観に悪影響を及ぼすだけでなく、外観に影響を与えない程度の微細な異物であっても、後の塗工工程や印刷工程において問題となる場合がある。特に近年、有価証券等に使用する用紙は流通過程において機械読取りされる場合が多く、これらの異物が悪影響を及ぼすことが懸念されており、製造工程において確実に検出するとともに適宜取り除く等の手立てを施すことが必要である。加えて、用紙に混入する異物は可能な限り抄紙工程の上流側にて検出し、早期に取り除くことがコスト面から優位である。

このような状況において、例えば、厚さ及び密度が部分的に変化した地合ムラを有する用紙やすき入れが付与された用紙の異物や欠陥を、地合ムラ等による濃淡に左右されずに高精度にて検出できる用紙検査装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。この装置は透過光にて観察し、欠陥として認識可能な紙料かす、紙料のもつれ、泡、結束繊維、樹脂状異物、紙層内又は裏面に存する異物欠点等を透過光照明によりその濃度変化を検出し、反射光照明を紙表面へ同時に適量照射することによって、画像処理装置にて異物及び欠陥を検出する時のノイズ成分となる地合ムラ等による濃淡変化を減少させて、異物及び欠陥を高精度に検出する用紙検査装置である。

また、抄紙ライン上において、製造中の用紙に含まれる異物を効率的に除去する異物除去工程を備えた用紙検査方法が既知である（例えば、特許文献２参照）。この方法は、抄紙中の用紙に付着又は混入した異物を抄紙機上で検知及び除去するための用紙検査方法であって、抄紙機上を走行している用紙を撮像する撮像工程と、撮像工程において撮像した画像に対して、用紙と明暗差のある部分をあらかじめ記憶されている判定基準と比較し、基準外の場合に異物として検知する判定工程と、所定の方法にて異物を除去する異物除去工程とを有する用紙検査方法である。

さらに、欠陥によって生じる光線経路の変化が異なる様々な種類の欠陥を一度に十分な精度で検出できる欠陥検査システム、並びに、それに用いる、欠陥検査用撮影装置、欠陥検査用画像処理装置、欠陥検査用画像処理プログラム、欠陥検査用画像処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、および欠陥検査用画像処理方法が既知である（例えば、特許文献３参照）。この方法は、被検査物に光を照射する光源と、光源から被検査物を透過又は反射して撮影部に入射する光を一部遮る遮光体とを含み、暗視野法を用いて被検査物の欠陥を検査するものであり、特に明視野の状態から暗視野の状態に移行する過程の様々な光学条件が観測領域内に含まれるので、暗視野法又は明視野法を単独で用いた場合と比べて、感度良く欠陥を検出でき、また、微小な欠陥を検出することができる。

特開２００５−２７４５２２号公報 特願２０１７−０５５５７９号公報 特許第４７２６９８３号公報

特許文献１記載の技術は、検査対象となる用紙の一方側に反射光を照射し、該用紙の他方側から透過光を照射し、受光器にて反射光及び透過光を同時に受光することで、用紙が有する地合ムラ等による濃淡に左右されずに高精度にて異物が検出できるものである。しかしながら、この技術は主に用紙としてほぼ完成している乾紙に対して用いる技術であるため、水分を多く含有する湿紙を対象とした場合、含水割合の違いにより箇所ごとに透過光量のムラが生じることになり、必ずしも満足する検出結果を得ることができない。

また、特許文献２記載の技術は、抄紙機上において、湿紙の状態にて透過光検査を行うため、紙層中や用紙表面における光の乱反射が減り、光が透けやすくなることから用紙表裏面及び紙層中に含まれる異物を効果的に検出することができる。また、明暗差のある部分をあらかじめ記憶し、それを判定基準として用いることから基準外の異物をおおよそ検知することができる。しかしながら、適宜搬送される用紙を対象とした場合、精度良く検知するために事前に準備する明暗差のある画像は膨大な量となることから、現実的にはある程度の検査精度にとどまっている。加えて、この技術にて使用される照射手段には照度ムラを抑制する対策が施されておらず、時に検出精度に悪影響を及ぼすことが懸念される。

また、特許文献３記載の技術は、被検査物と撮影部とが相対的に移動させている状態にて、明視野の状態から暗視野の状態に移行する過程の様々な光学条件による観測が可能であり、得られた観測データを画像処理することで細かな欠陥検出が可能である。しかしながら、本技術はセンサ、光源及び遮光体から成る光学系仕組を適宜移動させる必要があり、検査装置としては複雑であり、かつ、狭隘箇所への取付けが困難であることから、ある程度の設置スペースを有する生産機械にのみ活用できる技術である。

さらに、用紙表裏面及び紙層中に含まれる異物等を検出する公知な検査方法の一つとして、赤外線を用いる検査手法もある。赤外線を用いた検査手法は光源からの照度ムラが生じることがなく有用である。しかし、赤外線を用いた異物検出は、対象物の正常箇所と異常箇所に生じる温度差を赤外線サーモグラフィにて適宜検知するものである。そのため、正常箇所と異常箇所に適切な温度差が生じる条件を整えることが重要であり、湿紙のように対象物が濡れていると、その現象が内部で起きているものなのか、表面上の水分の影響なのか判断がつきにくく、効果的に検出することが困難である。

本発明は、前述した様々な課題の解決を目的とするものであり、抄紙機の抄紙工程における水分を含んだ紙である湿紙において、含まれる異物等を確実に検知することができる湿紙の検査方法を提供するものである。

本発明の湿紙の検査方法は、抄紙機において、抄紙走行中の湿紙へ指向し任意の照明光を照射する照射装置を備える照射工程と、照射光が照射された湿紙から透過及び／又は反射された画像である明視野画像と照明光の近傍にあって照明光からの照度を一部遮る遮光プレートを配置して得られる暗視野画像とを適宜撮像する撮像工程と、撮像工程の画像とあらかじめ異物の判定基準として記憶した基準画像とを比較し基準外となった場合に異物と判定する判定工程と、判定工程にて異物と判断した画像の位置情報を特定する制御工程を少なくとも備えた湿紙の検査方法であって、遮光プレートは、透明又は半透明から混濁へその度合いが徐々に変化する透明／混濁グラデーションとした遮蔽プレートであることを特徴としている。

また、新たに、制御工程から得られた異物の位置情報をモニタ表示する表示工程を付加していることを特徴としている。

また、遮光プレートは、単独にて任意に可動することができる可動装置を付加していることを特徴としている。

また、照射装置は、照射光の光路にスリット又は格子状の隙間を有し、かつ、照射光を集光投射する集光部材を配置していることを特徴としている。

さらに、判定工程にて異物と判断した場合、その対象箇所にマーキングを施すことができるマーキング工程及び／又は打ち抜きを施すことができる打ち抜き工程を新たに付加していることを特徴としている。

本発明の湿紙の検査方法は、照明光の光路に透明度が徐々に変化する透明／混濁遮蔽プレートを可動できる状態にて配置した態様であり、従前技術のように大掛かりな光学系仕組を配置することなく、明視野画像、暗視野画像に加え、弱明視野画像や弱暗視野画像等、明暗段階的な画像を一度に撮像取得できることから、従前技術に比較して、コンパクトな装置にて精緻な検査精度を実現することができるという効果を奏する。

また、本発明の湿紙の検査方法は、抄紙機の上流側の湿紙状態における紙の表面や紙層中に存する塵芥等といった異物欠陥の検出が可能であり、オペレータが適宜調整等実施できることから、用紙製造における損率が著しく低減でき、掛かるコストの低廉化が図られるという効果を奏する。

さらに、本発明の湿紙の検査方法は、抄紙機下流側に設置され、乾紙の品質状態を検査している公知の検査装置と組み合わせて使用することで、損紙発生原因究明を狭さく化する一助にできるという効果を奏する。

本発明の湿紙の検査方法の概略図である。 本発明の遮光プレート態様の一例を示す図である。 本発明の集光部材態様の一例を示す図である。 本発明の集光部材態様の一例を示す図である。 本発明の検査方法のブロック図である。 一般的な検査装置の光学系仕組の模式図である。 一般的な抄紙機に配置される検査装置の概略図である。 一般的な抄紙機の概略図である。

本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に述べる実施するための形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載される技術的思想の範囲内であれば、その他の様々な実施の形態が含まれる。

まず、一般的な用紙の検査方法、とりわけ、抄紙機における用紙の検査方法について簡単に説明する。図８に示すとおり、抄紙機は、紙料の濃度調整等を行うヘッドボックス（６）、ある程度の水分の吸引、搾水等を行うワイヤパート（７）、加圧することで更なる搾水等を行うプレスパート（８）、加熱ロールを用いて用紙を乾燥させるドライヤパート（９）、薬品等の塗布を行うカレンダパート（１０）、そして、製造された用紙の巻取り等を行うリールパート（１１）から構成される。ここで、検査装置（Ｂ）は、およそ抄紙機下流のリールパート（１１）にあって、水分含有が極めて低い状態の用紙である乾紙（１２）を検査している。

図７には、抄紙機に配置される検査装置の一例を示している。搾水等され、およそ用紙状態となった乾紙（１２）は、コンベア等の搬送手段によって速度約２，０００ｍ／時間にて一定方向に搬送され、下方から照明光を照射する光源（３）とその透過画像を撮像するカメラ（２）から構成される用紙検査仕組によって用紙の品質検査を行っており、ここでの検査結果を受けて、時に制御ＰＣ（Ａ）を介して、異物除去手段（１４）及び異物回収手段（１３）を作動させ、用紙に存する異物を除去している。その後、リールパート（１１）のリール（１６）へ正紙が巻き取られることで一連の用紙製造がなされる。ここで、搬送速度は速度調整機構（図示せず）によって任意に設定される。

また、図６には、一般的な検査装置の光学系仕組の模式図を示している。用紙状態を撮像するカメラ（２）、カメラ（２）に対向する位置にあってカメラ（２）に指向し照明光を照射する光源（３）、光源（３）の近傍にあって光源の一部の光を遮る遮光プレート（４）から構成される透過型の光学系仕組は明視野の状態から暗視野の状態に移行する過程の様々な光学条件による画像を得るため、光学系仕組自体が搬送される用紙に対して相対的に適宜移動する。ここで、図示していないが、反射型の光学系仕組とした場合についても前述と同様に搬送される用紙に対して相対的に移動させることになる。なお、図６に示す図面は、実線にて記載したカメラ（２）、光源（３）及び遮光プレート（４）から構成される光学系仕組が、破線にて記載したカメラ（２”）、光源（３”）及び遮光プレート（４”）から構成される光学系仕組位置に移動していることの一例を記載しているものである。

一方、図１に示すように本発明の湿紙の検査方法は、ある程度の水分を含む用紙である湿紙（１）に指向し照明光を照射する光源（３）と、光源（３）からの照射光により輝度向上している湿紙（１）を撮像する単数又は複数のカメラ（２、２’）と、光源（３）の近傍にあって一部の照射光を段階的に遮蔽する遮光プレート（４）から成る検査仕組であり、とりわけ、遮光プレート（４）は透明又は半透明から混濁へその度合いが徐々に変化する透明／混濁グラデーションとしている。ここで、グラデーションとは「階調」と同意語であり、透明／混濁階調とした遮光プレート（４）と称する場合もある。

また、遮光プレート（４）は光源（３）からの光路の一部又は全部を遮る位置に任意に配置されており、好適は光路方向へ約１４ｍｍの隙間を有して配置されることが望ましい。さらに、遮光プレート（４）は可動装置（図示せず）を付加しており、単独にて往復動又は回転等が自在にできる。

また、照明光を照射する光源（３）は、最適照度に自動調光する機能を有しており、撮像は湿紙（１）の全体領域又は一部の有効領域に対して行われる。また、光源（３）からの光照射角度については、湿紙（１）に対して鉛直方向とする場合であってもよいし、湿紙（１）に対して任意の傾斜方向から光照射する場合としてもよく、特に限定されるものではない。

次に、遮光プレート（４）の態様としては、図２（ａ）に示すように長方形の形状とする場合、又は図２（ｂ）に示すように円形とする場合がある。その他、楕円形、多角形、雲形など、任意の形状とする場合もある。また、その材質は例えば樹脂やガラスにて作製しており、透明又は半透明の箇所から徐々に灰色、そして黒色へとグラデーション塗工等することで混濁化させている。ここで、遮光プレート（４）のグラデーションは一方の端部から他方の端部へ階調変化させる場合もあれば、中心部から端部、あるいは端部から中心部へ階調変化させる場合もあり、階調変化が伴えば特に限定されるものではない。また、遮光プレート（４）の大きさについても欠陥のサイズや製造用紙の種類によって異なることから、ここでは特に限定されるものではなく、任意の大きさとしている。

また、図３又は図４に示すとおり、同軸照明を実現するため、照射光を集光投射させるための集光部材（５）を光源（３）からの光路へ配置させた態様とする場合がある。ここで、集光部材（５）は、図３に示すとおりスリット形状の隙間を有する態様とする場合であってもよいし、図４に示すとおり格子状の隙間を有する態様とする場合であってもよい。いずれ規則性を有する隙間が適宜配置され、隙間の内面に光輝性材料が塗工又は貼付されていれば集光できることから、その形状は特に限定されるものではない。

また、本発明の検査方法について、図５に示す検査方法のブロック図を用いて説明する。まず、照射工程として、被検査物である湿紙（１）へ光源（３）から照明光を投射する。次に、光照射により輝度向上している湿紙（１）を撮像工程のカメラ（２）にて撮像する。この光源（３）及びカメラ（２）はヘッド（１８）にて固定されており、ヘッド（１８）は連接された制御工程（１９）からの指令により、支持機構（１７）を介してその位置を自在に変化させることができる。また、撮像した明視野画像、暗視野画像、弱明視野画像及び弱暗視野画像等の画像データはカメラ（２）に連接した判定工程（２４）に存する画像処理部（２１）へ送信される。これらの画像は、入力部（２２）からあらかじめ判定基準として記憶部（２０）に入力し記憶させていた基準画像と比較判定される。そして、比較判定された結果、一定の処理が必要となったものは、制御工程（１９）を経て、それぞれ湿紙（１）へマーキング処理を施すマーキング工程及び／又は打ち抜き処理を施す打ち抜き工程へ指令が伝達される。

本発明における実施の例示について図面を参酌しながら詳細に説明する。当然、これらの実施例によって本発明の実施形態が制限されるものではない。

本発明の湿紙の検査装置を長網式抄紙機のドライヤパートに取り付け、抄紙速度２，０００ｍ／時間に設定し、抄紙及び抄紙に伴う用紙の検査を実施した。ここで、湿紙の検査に用いる光源（３）（オフテックスエフエー社製ＯＰＢ−Ｓシリーズ）は搬送される湿紙（１）の上方約１２ｃｍ、かつ、傾斜約４５度の位置に１か所取設し、湿紙（１）に指向し照射させることにした。また、撮像に使用するカメラ（２）（浜松ホトニクス社製Ｃ１１４４０−３６Ｕ）は、上方約１２ｃｍにあって、光源（３）からの照射光が照射された湿紙（１）に指向し傾斜約４５度の位置に２か所、それぞれを隣接させ取設した。また、遮蔽プレートは樹脂にて作製した円形状の遮光プレート（４’）とし、一方の端部から他方の端部まで透明／混濁グラデーション変化させたものを使用した。また、光源（３）と遮光プレート（４’）に間にあって、光源（３）からの光照射を同軸照明とするために格子状の集光部材（５’）を配置した。そして、可動装置（図示しない）を連接させ、１０回転／分程度にて低速回転させた。

前述した条件において連続４８時間の抄紙を行った。適宜回転させた遮蔽プレートを使用したことによって、明視野画像、暗視野画像、弱明視野画像及び弱暗視野画像等といった多様な明度の画像が撮像できていたことを確認した。そして、撮像画像は判定工程において基準画像と比較判定され、その結果が表示工程に表示されており、用紙に存する塵芥、用紙品質を阻害する孔、繊維の固まりやもつれ等といった不具合の検出が確実に行われていたことを確認した。そして、それらに対して、マーキング工程において適宜マーキング処理が行われていたことを確認した。

また、別の実施例として、用紙の下方に光源を配置し、光源に対向する位置であり、用紙の上方にカメラを配置した、いわゆる透過型の検査方法とした場合、また、光源を複数設置した場合、また、スリット形状の隙間を有する態様とした集光部材を使用した場合についてもそれぞれ確認した。さらに抄紙速度を約２，５００ｍ／時間へと向上させた場合についても確認したが、いずれも用紙に存する不具合の検出が可能であることを確認しており、本発明の湿紙の検査装置は一様の効果があるといえる。これらの例示については前述した例示とおよそ同様であるので、その説明については省略する。

１ 湿紙
２、２’、２” カメラ
３、３” 光源
４、４’、４” 遮光プレート
５、５’ 集光部材
６ ヘッドボックス
７ ワイヤパート
８ プレスパート
９ ドライヤパート
１０ カレンダパート
１１ リールパート
１２ 乾紙
１３ 異物回収手段
１４ 異物除去手段
１５ プレスシリンダ
１６ リール
１７ 支持機構
１８ ヘッド
１９ 制御工程
２０ 記憶部
２１ 画像処理部
２２ 入力部
２３ 表示工程
２４ 判定工程
２５ マーキング工程
２６ 打ち抜き工程
Ａ 制御ＰＣ
Ｂ 検査装置

Claims (5)

1. 抄紙機において、抄紙走行中の湿紙へ指向し任意の照明光を照射する照射装置を備える照射工程と、照射光が照射された湿紙から透過及び／又は反射された画像である明視野画像と照明光の近傍にあって照明光からの照度を一部遮る遮光プレートを配置して得られる暗視野画像とを適宜撮像する撮像工程と、前記撮像工程の画像とあらかじめ異物の判定基準として記憶した基準画像とを比較し基準外となった場合に異物と判定する判定工程と、前記判定工程にて異物と判断した画像の位置情報を特定する制御工程と、を少なくとも備えた湿紙の検査方法であって、前記遮光プレートは、透明又は半透明から混濁へその度合いが徐々に変化する透明／混濁グラデーションとした遮光プレートであることを特徴とする湿紙の検査方法。
2. 新たに、前記制御工程から得られた異物の位置情報をモニタ表示する表示工程を付加していることを特徴とする請求項１に記載の湿紙の検査方法。
3. 前記遮光プレートは、単独にて任意に可動することができる可動装置を付加していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の湿紙の検査方法。
4. 前記照射装置は、前記照射光の光路にスリット又は格子状の隙間を有し、かつ、照射光を集光投射する集光部材を配置していることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の湿紙の検査方法。
5. 前記判定工程にて異物と判断した場合、その対象箇所にマーキングを施すことができるマーキング工程及び／又は打ち抜きを施すことができる打ち抜き工程を新たに付加していることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の湿紙の検査方法。

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