JP2714989B2 - 紙の表面形状の測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加工過程における加熱や湿度変化に伴い、
紙中の繊維配向ムラや水分ムラや地合ムラに起因して連
続的に走行する紙の紙面に発生する凹凸形状の大きさを
加工ライン上で測定する紙の表面形状の測定方法及びこ
の方法を実施するのに好適な装置に関するものである。

〔従来の技術〕

紙に光沢や着色を付与するための加工は、顔料及び接
着剤を主成分とするカラー液や、アクリル系又はゴム系
等の粘着剤や、シリコーン等の剥離剤等の処理剤を紙表
面に塗工し加熱してこの処理剤を乾燥させて後、更に必
要に応じてその表面に樹脂を塗工する加工である。ここ
で、塗工した前記処理剤を乾燥させるときに、紙表面に
紡錘状の凹凸（以下、単に加熱フクレと言う）が発生す
る。この加熱フクレが発生すると、折れシワが生じて紙
切れし易くなり、また折れシワが生じたままその表面に
更に樹脂を塗工すると、樹脂を均一な厚さで塗工するこ
とが困難で紙の品質が低下する。従って前記加熱フクレ
が生じた場合には、紙の送り速度や処理剤の塗工量を作
業者が経験的な感に基づいて調整していたが、この調整
は一時的に改善を図る応急措置であって加熱フクレを防
止するための根本的な解決策ではないので、紙表面形状
と紙の繊維配向，水分，坪量等の不均一性との相関関係
から定量的に紙の送り速度や処理剤の塗工量や加熱温度
等を調整するために連続的に走行する紙の表面形状を測
定する方法の開発が要望されていた。

従来より物体の表面形状を測定するための方法として
は種々知られていて、特に非接触式の光学的な測定方法
が広く利用されており、例えばこの非接触式の光学的な
測定方法としては、反射強度分布検出法，光干渉法，角
度分布検出法，スペックル法，偏光解析法等が公知であ
り、例えば特開昭63−200007号公報「表面状態の測定法
及び測定装置」や実開昭62−173009号公報「表面粗さ検
査装置」等を挙げることができる。

前記した特開昭63−200007号公報に開示されている表
面状態の測定法は、前記した反射強度分布検出法に属す
る方法であって、液体内でPS板用の薄いウェブ状アルミ
ニウム板等の被測定物の表面に測定光を照射すると共に
その反射光を受光し、その反射光を電気信号に変換し、
得られた出力強度に基づいて求めた表面粗さから被測定
面の表面状態を測定する方法である。しかしながら、こ
の方法を紙の加工過程における紙の表面形状の測定に適
用しようとしても、紙表面の光沢性や染色した紙の色の
影響を強く受けるので、光沢性や色が異なる紙や表面内
に光沢性や色の不均一性がある紙の場合に安定して紙表
面形状の測定を行うことができないという欠点があっ
た。

また、前記した実開昭62−173009号公報に開示されて
いる表面粗さは検査装置は、前記した光干渉法を実施す
るための装置であって、この装置を利用した光干渉法
は、工作機械等での研削工程などにおいて検査物の表面
に間隔の異なる縞パターンを投影し、そのパターンを時
間的に移動させ、その投影像を空間フィルタ上に結像さ
せた後、投影縞パターンのぼけ具合に応じた信号を実時
間で検出することにより、表面粗さを測定する方法に関
するものである。しかしながら、この方法は用いる光学
系の配置が複雑で精度が要求され、振動等の影響を強く
受けるため、本発明の対象としている加工過程における
連続的に走行する紙の表面形状を測定する場合に適用し
ようとしても、走行紙のバタツキによる紙表面の振動の
影響を受け、安定して紙表面形状の測定を行うことがで
きないという欠点があった。

これらの方法の他に、He−Neレーザを光源とした共焦
点光学系による、或いは半導体レーザを光源とした臨界
角法による焦点エラー方式による光学式表面粗さ計を利
用する方法もあるが、この光学式表面粗さ計は表面形状
の測定範囲が垂直方向で10μｍ以下，水平方向で数mm以
下であるので、紙表面のパルプ繊維形状を測定すること
はできるが、前記した如く測定範囲が非常に微小である
から、加熱及び吸湿により紙表面に発生する凹凸形状の
大きさを測定することはできないという欠点があった。

また、光源のレーザと高感度位置検出素子とを組合わ
せた光学的三角測量方式により物体までの距離を非接触
で測定する方法もある。この方法は被測定面までの距離
を被測定面の光沢性や色の差に影響されず非接触で高速
に測定できるので、プリント基板の反り検出，ゴム板の
厚み測定，パッキングの有無，タイヤ振れの検知，紙の
枚数検査等に応用されている。しかしながら、これらの
応用例はいずれも光源のレーザと高感度位置検出素子と
を組合わせた計測機器を固定した状態で被測定物を測定
するものであって、ライン上で連続的に走行する紙の走
行方向について更には走行する紙の全面について紙の表
面形状を測定することは困難であった。

〔発明が解決しようする課題〕

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、紙表面の光
沢性や色の影響を受けることなく、加工過程で連続的に
走行する紙の走行方向について表面形状を測定すること
のできる紙の表面形状の測定方法及びこの方法を実施す
るために好適な装置を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、かかる課題を解決すべく鋭意研究した
結果、加工過程の連続的に走行する紙の表面の１点に向
けて発光素子より測定光を照射するか又は発信器より超
音波を発信すると共に該紙の表面で反射した測定光又は
超音波を位置検出素子で受けて紙の表面までの距離の基
準距離に対する変動量を検出する表面形状検出装置を該
紙の表面から基準距離だけ隔てた位置で走行する紙の幅
方向に全幅に亘って所定の速度で連続的に往復移動させ
て前記変動量を連続的に検出し、連続的に走行する紙の
走行速度を検出して表面形状検出装置による紙の走行方
向における前記変動量の検出位置を該走行速度から特定
し、前記変動量と紙の幅方向における前記変動量の検出
位置とを対応させて、得られる波形信号を50μｍ以下の
変動量信号を消去して平滑化波形信号を得、更に該平滑
化波形信号から100μｍ以上の変動量信号のみを抽出す
ることによって紙の走行方向における表面形状を測定す
ることができるので、このような測定結果に基づいて紙
の送り速度や処理剤の塗工量を適切に調整することがで
きて良好な表面形状に紙を加工することができることを
究明して本発明を完成したのである。

以下、図面により本発明に係る紙の表面形状の測定装
置を説明しながら本発明に係る紙の表面形状の測定方法
について詳細に説明する。

第１図は本発明装置の要部構成の概略を示す概略構成
説明図、第２図は本発明方法を実施している状態を示す
説明用斜視図、第３図は本発明方法に使用する表面形状
検出装置の構成を説明する図、第４図は第３図における
Ａ部分の各態様における説明図、第５図は第４図におけ
るＢ部分説明図、第６図は本発明における架台の移動用
ステッピングモータの駆動用パルス信号と紙表面形状検
出位置との関係図、第７図は本発明方法を実施して検出
された検出結果を数値化し更に処理して紙の幅方向に二
次元で表示した例を示す図、第８図は本発明方法を実施
して紙の幅方向及び走行方法についての測定結果を三次
元で表示した１例を示す図、第９図は本発明方法を実施
して得られた紙の走行方向における紙表面形状を二次元
で表示した例を示す図、第10図は本発明方法を実施して
（イ）原料流がうねって不安定な状態で抄紙して得られ
た紙と（ロ）原料流が良好で安定な状態で抄紙して得ら
れた紙とについての測定結果を三次元で表示した例を示
す図、第11図はそれぞれ紙の走行方向について本発明方
法を実施して二次元で表示した紙の表面形状とこの紙の
加熱前の紙の含水量割合とを示す図、第12図はそれぞれ
紙の走行方向について本発明方法を実施して二次元で表
示した紙の表面形状とこの紙の繊維配向とを示す図であ
る。

本発明方法を実施するためには、先ず加工過程の連続
的に走行する紙の表面13から所定の高さ位置に、紙の表
面13までの距離の基準距離L₀に対する変動量を検出する
ことによって紙の表面形状を測定するための表面形状検
出装置１を、紙の走行方向と直交する方向である紙の幅
方向に全幅に亘って前記高さ位置を維持しながら連続的
に往復移動自在に設置する。

この表面形状検出装置１としては、紙の表面13の光沢
性や色の影響を受けることなくこの表面形状検出装置１
から紙の表面13までの距離の基準距離L₀に対する変動量
（以下、検出距離と言うことがある）を精度良く検出す
ることができるものであれば種々の構造のものを利用す
ることができ、例えば第３図に示した実施例の如く発光
素子14が走行する紙の表面13の１点に向けて測定光を照
射し得る状態に設置されていると共にこの紙の表面13で
反射した測定光を受光して紙の表面13の反射した位置を
特定する第５図に示す如き構造の位置検出素子（Positi
on Sensitive Device,以下、PSDと言うことがある）17
が設置されている構成の検出部10や、図示しないが超音
波を発信する発信器が走行する紙の表面13の１点に向け
て設置されていると共にこの紙の表面13で反射した超音
波を受信する受信器が設置されている検出部を備えたも
のを挙げることができる。後者の場合には超音波が発信
器から発信されてから受信器で受信するまでの時間を計
測することにより表面形状検出装置から走行する紙の表
面13までの距離の基準距離に対する変動量が検出される
のであるが、前記した前者の発光素子14とPSD17とを有
する検出部10を備えた表面形状検出装置１の方が検出距
離を精度良く検出することができるので、以下発光素子
14とPSD17とを有する検出部10を備えた表面形状検出装
置１を利用した場合について説明する。

表面形状検出装置１の検出部10の主要部は、走行する
紙の表面13の１点に測定光を発光する発光ダイオードや
半導体レーザの如き発光素子14と、紙の表面13で反射し
た測定光を受光して紙の表面13における測定光の反射し
た位置を検出部10からの基準距離L₀に対する変動量とし
て検出するためのPSD17とから構成されている。

発光素子14は走行する紙の表面13に向けて垂直に測定
光を照射し得る状態に設置されており、またこの発光素
子14よりの測定光が検出部10から基準距離L₀だけ離れた
紙の表面13上の１点Ａに集光するように投光レンズ15が
設けられている。

PSD17はその受光面を発光素子14より所定距離ａだけ
離れた位置に前記測定光が集光する紙の表面13上の１点
Ａに向けて設けられており、紙の表面13で反射した測定
光を前記PSD17の受光面に集光せしめるように集光レン
ズ16がPSD17の受光面から走行する紙側に焦点距離ｆだ
け離れた位置に設けられている。前記PSD17の受光面が
発光素子14より所定距離ａだけ離れた位置とは、発光素
子14よりの測定光の光軸の位置と測定光が１点Ａで反射
してPSD17の受光面において結像する位置との間の距離
であり、その結果投光レンズ15の光軸と集光レンズ16の
光軸との成す角度が所定の角度αに設定されている。

また発光素子14よりの測定光を反射した紙の表面13上
の位置を特定するために、PSD17の受光面で受光した光
から得られる光信号を処理するための信号処理回路２が
前記検出部10のPSD17に連絡されている信号増幅回路18
と連絡されて設けられていると共に、紙の表面13の光沢
性や染色した紙の色の影響を強く受けないようにするた
めにPSD17の受光面で一定の強さの光信号を受光できる
ように信号処理回路２よりの信号を受けて発光素子14か
ら発光される測定光の照射光量liを制御する照射光量制
御回路19が検出部10に設けられている。

このような表面形状検出装置１は、紙の走行方向（以
下、MD方向と言うことがある）に対し直交する方向（以
下、CD方向と言うことがある）であって走行する紙の上
方に配設されている駆動部９によって往復移動される架
台８に、走行する紙の表面13から基準距離L₀だけ隔てた
位置に設置されているのであるが、この基準距離L₀は走
行する紙の表面13から前記点Ａが表面形状を検出すべき
紙の表面13の凹凸部分ｄのほぼ中央高さと合致する位置
となる距離とすれば表面形状検出装置１による検出距離
範囲を最大とすることができて好ましい。

検出距離を検出する表面形状検出装置１は紙の全幅に
亘って移動されなければならないから、前記駆動部９は
走行する紙のCD方向全幅に亘って配設されている。この
駆動部９は、例えばマイクロプロセッサ５よりの指令が
駆動制御部６を介して伝達されてステッピングモータの
駆動回路７を経て回転せしめられるボールネジより成
り、この駆動部９の駆動により架台８が紙の表面13に対
して平行にCD方向に連続的に所定の速度で往復移動せし
められ、その架台８の位置信号と移動方向信号とが前記
駆動制御部６から入出力インターフェイス４を介して前
記マイクロプロセッサ５に送られて移動量と移動方向と
が制御される。このような架台８の移動制御において、
駆動部９としては前記したステッピングモータにより駆
動回転せしめられるボールネジの他に、架台８にピスト
ンロッドを取り付けられているエアシリンダや、リニア
モータを使用することもできる。架台８の往復移動は、
検出部10にこの検出部10とは別に走行紙側縁表面部分検
出器11を取り付けておいてこの走行紙側縁表面部分検出
器11が走行する紙の側縁表面部分を検出するとその信号
がA/D変換器3,マイクロプロセッサ5,入出力インターフ
ェイス4,駆動制御部６より駆動部９に伝達されて表面形
状検出装置１の移動方向を逆転せしめるようにその作動
を制御するのであり、この走行紙側縁表面部分検出器11
としては透過型又は反射型の光電スイッチを使用するこ
とが好ましい。

更に、表面形状検出装置１が紙の両側縁に接近したこ
とを検知する架台位置検出器20が駆動部９に設けられて
いて、この架台位置検出器20よりの信号が駆動制御部６
より駆動部９に伝達されて表面形状検出装置１の移動速
度を定速度から減速制御せしめる構成であることが好ま
しく、この架台位置検出器20としては透過型又は反射型
の光電スイッチを使用することが好ましい。

前述したような表面形状検出装置１により距離検出を
行うときの走行する紙のバタツキの影響を防止すべく、
走行する紙の裏面に押圧されて紙にテンションを付与せ
しめる少なくとも２本のロール21が間隔を隔ててそれぞ
れ回転自在に設けられており、架台８に設置されている
表面形状検出装置１はこれらのロール21間のテンション
を付与された紙の上方でCD方向に移動されることが好ま
しい。更に前記ロール21の回転速度を検出して走行する
紙の走行速度を検出する走行速度検出器22が設けられて
おり、紙の走行する方向（MD方向）についての表面形状
検出装置１により検出距離を検出する検出位置を特定で
きる。この走行速度検出器22は入出力インターフェイス
４を介してマイクロプロセッサ５に接続されている。

ここで、表面形状検出装置１は、架台８を駆動部９に
よって往復移動せしめられるのであり、表面形状検出装
置１が紙の側縁に接近したことを架台位置検出器20が検
知すると、架台位置検出器20からの信号を受けた駆動制
御部６が表面形状検出装置１が設置されている架台８の
移動速度を定速度から減速するように駆動部９を制御
し、走行紙両側縁表面部分検出器11が走行紙の側縁表面
部分を検出するとその信号がA/D変換器3,マイクロプロ
セッサ5,入出力インターフェイス4,駆動制御部６を経て
駆動部９が表面形状検出装置１の移動方向を逆転せしめ
る。

そして、紙の全幅に亘って表面形状検出装置１が往復
移動して測定された検出距離と駆動制御部６による制御
で駆動部９によって移動する表面形状検出装置１が設置
されている架台８の位置信号により表面形状検出装置１
の紙の幅方向における前記検出距離の検出位置を演算し
てこの表面形状検出装置１により測定された変動量と対
応させると共に得られる原波形信号を50μｍ以下の変動
量信号を消去して平滑化波形信号を得て更に該平滑化波
形信号から100μｍ以上の変動量信号のみを抽出するマ
イクロプロセッサ５が設けられており、更にこのマイク
ロプロセッサ５で演算された情報を表示する表示手段が
マイクロプロセッサ５に連結されて設けられている。

表面形状検出装置１の紙の幅方向における前記検出距
離の検出位置は、例えば該表面形状検出装置１が設置さ
れている架台８を往復移動させる駆動部９の駆動源とし
てステッピングモータを使用し、このステッピングモー
タの駆動回路７から発せられるパルス信号と表面形状検
出装置１による検出距離を検出した時間とを対応させる
ことにより正確に特定することができる。

このマイクロプロセッサ５に入力される検出距離の信
号は、表面形状検出装置１に接続されている信号処理回
路２で表面形状検出装置１よりの検出距離に対応する電
気信号に変換されてこの電気信号に比例したアナログ出
力電圧がA/D変換器３を介して変換されたデジタル信号
として送られる。

またマイクロプロセッサ５で処理された紙の表面13上
の特定位置における検出距離を記憶させておく記憶装置
12がマイクロプロセッサ５に連結されて設けられてお
り、この記憶装置12に記憶された情報がマイクロプロセ
ッサ５により処理されて表示手段により表示される。一
方、表面形状検出装置１の移動速度，すなわち架台８の
移動速度は駆動制御部６より入出力インターフェイス４
を介してマイクロプロセッサ５に入力される。

表示手段としては、図示しないがCRT画面表示や紙面
への印刷表示をすることができ、表面形状検出装置１を
走行する紙の幅方向に往復移動させると共にこの紙の走
行速度を検出して走行する紙の幅方向の或る特定位置に
ついて検出距離を紙の走行方向で整理して第９図に示す
如く縦軸を検出距離としまた横軸を紙の走行方向におけ
る位置として二次元で波形状に表示するものであること
が必要であるが、更に第７図に示す如く縦軸を検出距離
としまた横軸を表面形状検出装置１の紙の幅方向におけ
る検出距離の検出位置として表面形状検出装置１を走行
する紙の幅方向に１回移動せしめたときの表面の状態を
恰も紙の横断面形状の如き二次元で波形状に表示した
り、第８図に示す如く走行する紙の幅方向について検出
距離を紙の走行速度に対応させて紙の走行方向に略並列
させた状態に三次元で立体的に表示したりすることもで
きる表示手段であることが好ましい。

〔作 用〕

本発明方法を実施して加工過程で連続的に走行する紙
の表面形状を検出するには、先ず駆動制御部６により走
行する紙の幅方向に駆動部９によって移動せしめられる
架台８に取り付けられている表面形状検出装置１を紙の
全幅に亘って検出距離を検出させながら往復移動させ
る。

ここで、図示した実施例の如き発光素子14と光位置検
出素子17とを有する検出部10を備えている表面形状検出
装置１を使用した場合の検出距離を検出する原理につい
て簡単に説明する。

第３図に示す如く、発光ダイオードや半導体レーザを
利用する発光素子14により走行する紙の表面13に投光レ
ンズ15を介して垂直に測定光が集光して照射されると、
紙の表面13で反射した測定光が集光レンズ16を介して第
５図に示す如き光位置検出素子17の受光面に結像され
る。このとき、受光面には反射した測定光が、第４図に
示す如く紙の表面13上の基準距離L₀上の点で反射した測
定光が結像する位置P₀を基準にして、この基準距離L₀よ
りずれた高さ位置dx,dyで反射した測定光は前記各位置d
x,dyに対応した分だけずれた位置Px,Pyに結像される。
また、位置検出素子17は電極に接続されていて、位置検
出素子17の受光面に結像された位置が位置検出素子17に
組み込まれている抵抗によって受光面上の結像された位
置から電極までの各抵抗値R₁とR₂とに対応する電気信号
I₁とI₂とに変換された位置信号として出力される。この
電気信号I₁及びI₂はその値が非常に小さいので通常信号
増幅回路18を介して信号処理回路２に送られて所定の処
理が行われ、表面形状検出装置１までの距離が検出され
る。このような表面形状検出装置１では、基準距離L₀を
基準にした紙の表面13の高さの変動量が検出される。

信号処理回路２では、得られた電気信号I₁及びI₂より
原位置信号（I₁−I₂）及び受光量信号（I₁＋I₂）が計算
されると共に、反射光量に依存しない位置信号（I₁−
I₂）／（I₁＋I₂）の計算及びリニアリティ補正が行われ
る。そして、この計算結果である基準位置L₀を基準にし
た紙の表面13の高さの変位を示している前記反射光量に
依存しない位置信号（I₁−I₂）／（I₁＋I₂）に比例した
アナログ出力電圧が、A/D変換器３を介してマイクロプ
ロセッサ５へ送られる。

なお、信号処理回路２より照射光量制御回路19に受光
量信号（I₁＋I₂）がフィードバックされ、走行する紙の
表面13の反射率が変動しても一定の受光量信号（I₁＋
I₂）が得られるように表面形状検出装置１の発光素子14
よりの測定光の照射光量liが制御され、走行する紙の表
面13の光沢性及び色の差による反射率の影響を除去した
位置信号（I₁−I₂）／（I₁＋I₂）を得ることができる。

このような表面形状検出装置１による検出距離の検出
を、表面形状検出装置１を駆動制御部６により架台８を
駆動部９によって一定の速度で移動させながら行う。こ
のとき、走行する紙の裏面に押圧して紙にテンションを
付与せしめるロール21が紙の走行方向に間隔を隔てて少
なくとも２本設けられてて、駆動部９によって移動せし
められる架台８に設置されている表面形状検出装置１に
よる検出がこのロール21間を走行する紙の表面13につい
て行なわれると、紙のバタツキの影響を受けることがな
い。

駆動部９の駆動源としてステッピングモータを使用す
ると、このステッピングモータの駆動回路７から発せら
れるパルス信号によって走行する紙の幅方向における表
面形状検出装置１による検出位置を正確に特定すること
ができて好ましく、この場合ステッピングモータの駆動
回路７よりの信号を受けてステッピングモータが駆動さ
れて表面形状検出装置１が設置されている架台８が一定
の速度で移動せしめられる。このとき、表面形状検出装
置１に隣接して走行紙側縁表面部分検出器11が取り付け
られていて、この走行紙側縁表面部分検出器11が走行す
る紙の側縁表面部分を検出すると架台８の移動方向を逆
転するように構成されているので表面形状検出装置１の
移動方向を自動的に変更させて表面形状検出装置１を駆
動部９によって往復移動せしめることができる。更に、
表面形状検出装置１が走行する紙の側縁に対応する位置
に接近したことを検出する架台位置検出器20が駆動部９
に設けられていると、この架台位置検出器20よりの信号
を受けて架台８の移動速度を減速させることにより表面
形状検出装置１の過移動が防止される。

表面形状検出装置１の移動速度は、マイクロプロセッ
サ５に入力されるのであり、駆動部９の駆動源が前記し
たステッピングモータの場合には、ステッピングモータ
のパルス信号で逐次入力される。

マイクロプロセッサ５では、前記した如く表面形状検
出装置１で検出された紙の表面13の基準距離L₀に対する
変動量を入力されると共に駆動制御部６からの表面形状
検出装置１の位置信号をインターフェイス４を介して入
力されて、第６図に示す如く駆動制御部６よりのパルス
信号をA/D変換器３を介して得られたデジタル信号に対
応させて走行する紙の幅方向における表面形状検出装置
１による検出距離の検出位置と表面形状検出装置１の検
出結果とを対応させている。このマイクロプロセッサ５
では、第７図に示す如く走行する紙の幅方向に１回移動
せしめたときの表面形状検出装置１の検出距離の検出位
置と表面形状検出装置１による検出距離とを対応させて
得られる波形信号を、検出距離を前記した如く更に平滑
化（紙の加工に際し折れシワ等の原因とは成りにくい50
μｍ以下の微小な変動量を示す信号については消去）し
て平滑化波形信号を得て、この信号を記憶装置12に記憶
させる。更に、この平滑化波形信号から基準距離L₀を基
準にした紙の表面13の高さの変動量が100μｍ以上の信
号部分のみを抽出し、マイクロプロセッサ５により走行
する紙の表面13における凸部の高さ，幅，個数を算出し
て数値化し、紙の表面13の形状として表示手段に表示さ
せることもできる。

ここで、架台位置検出器20よりの信号を受けて駆動制
御部６の作動を逆転せしめる機構が構成されていて、走
行する紙の幅方向に連続的に往復移動させながら上記し
た走行する紙の表面13の基準距離L₀を基準にした紙の表
面13の高さの変動量を検出することによって、より的確
に紙の表面形状を把握することができる。すなわち、上
記した如く走行する紙の幅方向に１回移動せしめたとき
の表面形状検出装置１による検出装置の検出位置と表面
形状検出装置１の検出距離とを演算処理して得られた原
波形信号や平滑化波形信号を記憶装置12に記憶蓄積して
必要なときに表示手段に二次元で表示するばかりでな
く、表面形状検出装置１の移動を自動的に逆転させて往
復移動させ、更にはマイクロプロセッサ５に走行する紙
の走行速度を入力して紙の走行方向における表面形状検
出装置１による検出距離の検出位置を特定し第８図に示
す如く表面形状検出装置１の一方向に１回だけ移動して
得られた検出結果を略並列して三次元で表示することも
できる。

紙の走行速度の検出は、走行する紙にテンションを付
与するロール21の回転速度を検知して紙の走行速度を検
出する走行速度検出器22により行う。そして、この走行
速度検出器22よりの信号がインターフェイス４を介して
マイクロプロセッサ５に入力される。

駆動制御部６で設定された表面形状検出装置１の移動
速度から走行する紙の幅方向における特定位置の表面形
状検出装置１による検出結果を、走行速度検出器22で検
出された走行する紙の走行速度に対応させてこの紙の走
行方向についてプロットすることによって、又は数値化
された紙の幅方向における表面形状を走行速度検出器22
で検出された走行する紙の走行速度に対応させてこの紙
の走行方向についてプロットすると共に近似処理するこ
とによって第９図に示す如く紙の走行方向における紙の
表面形状を近似して表示することができる。

〔実施例〕 実施例１ 表面形状検出装置１として、PSD（浜松ホトニクス社
製，一次元位置検出素子,D1352）を使用してこの表面形
状検出装置１の測定開始位置から基準位置L₀までの距離
を50mmに設定し、テストコーター（武蔵野機械社製）の
熱風ドライヤーで走行する紙を加熱した後、この熱風ド
ライヤー出口に紙の走行方向に対して直角な方向に駆動
部９によって架台８を往復移動自在に設置した。

そして、種々の抄紙機で抄紙した紙試料を抄紙方向を
走行方向として供給して、加熱後の走行する紙の幅方向
について表面形状検出装置１を１回往復移動させたとき
の基準位置L₀に対する変動量の原波形信号を50μｍ以下
の変動量信号を消去して平滑化波形信号を得て更に該平
滑化波形信号から100μｍ以上の変動量信号のみを抽出
すると共に更に変動量の平均値をマイクロプロセッサ５
により算出させた結果と、目視評価とを第１表に示し
た。

その結果、計測値と目視評価とが良く対応しているこ
とが判った。

実施例２ 抄紙工程においてワイヤー上の紙原料流が良好で安定
な状態で抄紙した試料と原料流がうねり不安定な状態で
抄紙した試料とを、それぞれ加熱後の走行する紙の表面
13の幅方向について上記した実施例１と同様に表面形状
検出装置１を設置して、加熱後の走行する紙の幅方向に
ついて表面形状検出装置１を１回移動させたときの検出
距離である基準位置L₀に対する変動量を走行する紙の幅
方向に表面形状検出装置１を移動させた毎にそれぞれ得
られた原波形信号を50μｍ以下の変動量信号を消去して
平滑化波形信号を得て更に該平滑化波形信号から100μ
ｍ以上の変動量信号のみを抽出する処理をして、各平滑
化波形信号を紙の走行方向に略並列して三次元で表示し
た。その結果、第10図に示す如く抄紙工程においてワイ
ヤー上の紙原料流が不安定な状態で抄紙した試料の加熱
後の紙表面形状が劣り、また紙原料流が安定な状態で抄
紙した試料については加熱後の紙表面形状が良好である
ことを紙を走行させながら表示することができた。

〔発明の効果〕

以上に詳細に説明した如く本発明方法は、表面形状検
出装置として走行する紙の表面の光沢性や色の差の影響
を受けることなく紙の表面の凹凸を基準位置に対する変
動量として検出することのできる発光素子と光位置検出
素子とから成るものや超音波を発信する発信器とその受
信器とから成るものを利用しており且つ表面形状検出装
置を紙の幅方向に往復移動させながら検出距離を検出で
きるので、加工過程で連続的に走行する紙を停止させる
ことなくオンラインで紙の表面形状を測定することがで
き、紙の加工における種々の調整や紙の品質確認を瞬時
に且つ的確に行うことができる。

また、表面形状検出装置によって検出した紙の表面の
凹凸を、紙の幅方向についての検出距離の検出位置を紙
の走行方向について特定するので、紙の走行方向におけ
る表面形状も検出することができる。

また、加熱後の紙の走行方向における表面形状の測定
結果と、測定を行った紙についての加熱前の紙の水分量
を検出した結果とを対応させることによって加熱前の紙
の水分量と表面形状との間に相関関係が在ることを数値
的に確認することもできる。

更に、紙表面形状を数値化し、紙走行方向での該紙表
面形状プロファイルを得ることにより該紙表面形状の周
期性をも知ることができる。

そして従来は作業者によって紙表面形状を目視評価し
ていたためにこの評価が適切でなく結果的にその作業者
が経験に基づいて一時的に紙表面形状の改善を図ること
しかできなかったのであるが、上述した如く紙表面形状
の発生の根本的原因を紙の加工過程において解明するこ
とのできる本発明方法を実施することによって安定した
品質の製品を供給することができ、その工業的価値の非
常に大きなものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の要部構成の概略を示す概略構成説
明図、第２図は本発明方法を実施している状態を示す説
明用斜視図、第３図は本発明方法に使用する表面形状検
出装置の構成を説明する図、第４図は第３図におけるＡ
部分の各態様における説明図、第５図は第４図における
Ｂ部分説明図、第６図は本発明における架台の移動用ス
テッピングモータの駆動用パルス信号と紙表面形状検出
位置との関係図、第７図は本発明方法を実施して検出さ
れた検出結果を数値化し更に処理して紙の幅方向に二次
元で表示した例を示す図、第８図は本発明方法を実施し
て紙の幅方向及び走行方向についての測定結果を三次元
で表示した１例を示す図、第９図は本発明方法を実施し
て得られた紙の走行方向における紙表面形状を二次元で
表示した例を示す図、第10図は本発明方法を実施して
（イ）原料流がうねって不安定な状態で抄紙して得られ
た紙と（ロ）原料流が良好で安定な状態で抄紙して得ら
れた紙とについての測定結果を三次元で表示した例を示
す図、第11図はそれぞれ紙の走行方向について本発明方
法を実施して二次元で表示した紙の表面形状とこの紙の
加熱前の紙の含水量割合とを示す図、第12図はそれぞれ
紙の走行方向について本発明方法を実施して二次元で表
示した紙の表面形状とこの紙の繊維配向とを示す図であ
る。 図面中 １……表面形状検出装置 ２……信号処理回路 ３……A/D変換器 ４……入出力用インターフェイス ５……マイクロプロセッサ ６……駆動制御部 ７……ステッピングモータの駆動回路 ８……架台 ９……駆動部 10……検出部 11……走行紙側縁表面部分検出器 12……記憶装置 13……走行する紙の表面 14……発光素子 15……投光レンズ 16……集光レンズ 17……位置検出素子（PSD） 18……信号増幅回路 19……照射光量制御回路 20……架台位置検出器 21……ロール 22……走行速度検出器 ａ……PSDの受光面と発光素子との間の距離 ｄ……凹凸部分 dx,dy……紙の表面の基準位置よりずれた高さ位置 ｆ……集光レンズの焦点距離 li……測定光の照射光量 α……投光レンズの光軸と集光レンズの光軸との成す角
度 Ａ……紙の表面上の測定点 I₁,I₂……電気信号 L₀……基準距離 P₀……紙の表面上の基準位置で反射した測定光が結像す
る位置 Px……紙の表面上の基準位置より高さ位置dxだけずれた
位置で反射した測定光が結像する位置 Py……紙の表面上の基準位置より高さ位置dyだけずれた
位置で反射した測定光が結像する位置 R₁,R₂……光位置検出素子に組み込まれた抵抗

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工過程の連続的に走行する紙の表面（1
   3）の１点に向けて発光素子（14）より測定光を照射す
   るか又は発信器より超音波を発信すると共にこの紙の表
   面（13）で反射した測定光又は超音波を位置検出素子
   （17）で受けて紙の表面（13）までの距離の基準距離
   （L₀）に対する変動量を検出する表面形状検出装置
   （１）を該紙の表面（13）から基準距離（L₀）だけ隔て
   た位置で走行する紙の幅方向に全幅に亘って所定の速度
   で連続的に往復移動させて前記変動量を連続的に検出
   し、連続的に走行する紙の走行速度を検出して表面形状
   検出装置（１）による紙の走行方向における前記変動量
   の検出位置を該走行速度から特定し、前記変動量と紙の
   幅方向における前記変動量の検出位置とを対応させて、
   得られる波形信号を50μｍ以下の変動量信号を消去して
   平滑化波形信号を得、更に該平滑化波形信号から100μ
   ｍ以上の変動量信号のみを抽出することによって紙の走
   行方向における表面形状を測定する紙の表面形状の測定
   方法。
2. 【請求項２】加工過程の連続的に走行する紙の走行方向
   と直交する方向であって該紙の上方に配設されている駆
   動部（９）によってマイクロプロセッサ（５）よりの信
   号で駆動制御部（６）を介して所定の速度で往復移動さ
   れる架台（８）に、該紙の表面（13）の１点に向けて発
   光素子（14）より測定光を照射するか又は発信器より超
   音波を発信すると共に該紙の表面（13）で反射した測定
   光又は超音波を位置検出素子（17）で受ける検出部（1
   0）を備えた紙の表面（13）までの距離の基準距離
   （L₀）に対する変動量を検出する表面形状検出装置
   （１）と該表面形状検出装置（１）の検出部（10）に隣
   接して走行紙の側縁表面部分を検出して架台（８）の移
   動方向を逆転させる信号をマイクロプロセッサ（５）を
   経て駆動制御部（６）に伝達する走行紙側縁表面部分検
   出器（11）とが該紙の表面（13）から基準距離（L₀）だ
   け隔てた位置で走行する紙の幅方向に全幅に亘って往復
   移動自在に設置されていると共に走行する紙の走行速度
   を検出する走行速度検出器（22）が設置されており、該
   表面形状検出装置（１）の紙の幅方向における前記変動
   量の検出位置を演算して該表面形状検出装置（１）によ
   り測定された変動量と対応させると共に得られる波形信
   号を50μｍ以下の変動量信号を消去して平滑化波形信号
   を得、更に該平滑化波形信号から100μｍ以上の変動量
   信号のみを抽出するマイクロプロセッサ（５）に前記走
   行速度検出器（22）が接続されており、且つ該マイクロ
   プロセッサ（５）の検出された紙の走行速度より求めた
   走行する紙の走行方向について表面形状検出装置（１）
   によって検出された距離の基準距離（L₀）に対する変動
   量情報を二次元で表示する表示手段が設けられているこ
   とを特徴とする紙の表面形状の測定装置。
3. 【請求項３】マイクロプロセッサ（５）の情報を記憶蓄
   積する記憶装置（12）が該マイクロプロセッサ（５）に
   接続されている請求項２に記載の紙の表面形状の測定装
   置。
4. 【請求項４】架台（８）に設置されている表面形状検出
   装置（１）が紙の側縁に接近したことを検出して架台
   （８）の移動速度を減速せしめる信号を駆動制御部
   （６）に発する架台位置検出器（20）が駆動部（９）に
   設けられている請求項２又は３に記載の紙の表面形状の
   測定装置。
5. 【請求項５】表示手段が、走行する紙の幅方向について
   表面形状検出装置（１）によって検出された距離の基準
   距離（L₀）に対する変動量を二次元で表示することもで
   きる表示手段である請求項２から４までのいずれか１項
   に記載の紙の表面形状の測定装置。
6. 【請求項６】走行する紙の走行速度を検出する走行速度
   検出器（22）がマイクロプロセッサ（５）に接続されて
   おり、表示手段がこの検出された紙の走行速度より求め
   た走行する紙の走行方向についての位置と走行する紙の
   幅方向について表面形状検出装置（１）によって検出さ
   れた距離の基準距離（L₀）に対する変動量とを三次元で
   表示することもできる表示手段である請求項２から５ま
   でのいずれか１項に記載の紙の表面形状の測定装置。
7. 【請求項７】走行する紙の裏面に当接して該紙にテンシ
   ョンを付与せしめる少なくとも２本のロール（21）が間
   隔を隔てて設けられており、表面形状検出装置（１）を
   設置されている架台（８）が該ロール（21）間のテンシ
   ョンを付与された紙の上方で移動自在である請求項２か
   ら７までのいずれか１項に記載の紙の表面形状の測定装
   置。