JP3421646B2 - 平板用非接触式厚さ計 - Google Patents
平板用非接触式厚さ計Info
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Description
チックフィル等のシート材の厚さを非接触にて測定する
ための非接触式厚さ計に関するものであり、特に、帯状
のシート材の厚みを平板状態において非接触にて連続的
に測定できるような平板用非接触式厚み計に関するもの
である。
の厚みを連続的に非接触で測定したいという要求が広く
存在している。このような要求に応えて、これまで、種
々な非接触式厚み計が開発され、使用されてきている。
これら従来の非接触式厚み計として、厚みを測定すべき
シート材をバックアップロールに対してある抱き角度を
もって押し付けるようにして走行させていくような型の
ものがある。しかし、シート材によっては固いあるいは
割れ易い等の理由でバックアップロールに抱かせること
が不可能なものがある。
るシート材をバックアップロール等に抱かせる必要な
く、平板状態のままで測定できるようにするためのもの
として、反射型測距センサー2台を使用する測定方法や
接触式コロを使用する測定方法等が考えられてる。しか
しながら、これらの測定方法では、以下に述べるよう
に、測定精度の点で問題があり、特に、シート材の厚さ
を高精度に測定できるものではない。
サーを使用する測定方法の原理を説明するための図であ
る。この測定方法では、図8に示すように、厚みを測定
すべきシート材1を間に挟むようにして2台の反射型測
距センサー2および3を対峙させて厚さ測定を行う。す
なわち、2台の反射型測距センサー2および3の間の距
離をL1とし、反射型測距センサー2で測定したシート
材1の上面までの距離をLTとし、反射型測距センサー
3で測定したシート材1の下面までの距離をLBとする
と、シート材1の厚さtは、t=L1−LT−LBの計算
式から求められる。この測定方法でも、測定精度をそれ
程要求されない場合、例えば、測定精度が10μm以上
であっても良いような場合には、ある程度有効に使用可
能と言えるのであるが、高精度の測定を要求されるよう
な場合、例えば、10μm以内の精度が要求されるよう
な場合には、有効に使用可能とは言えない。何故なら
ば、反射型測距センサー2および3のそれぞれを支持し
ている部材等が周囲温度の変化等により熱膨張、収縮す
る等のため距離L1が変化することにより、大きな誤差
が生じてしまうからである。
測定方法の原理を説明するための図であり、図9の
(a)は、概略部分側面図であり、図9の(b)は、概
略部分正面図である。この測定方法では、図9に示すよ
うに、バックアップロール4上に測定用コロ5で支持さ
れた磁気センサー6でバックアップロール4までの距離
を測定する。すなわち、シート材1の厚さが変化すれ
ば、磁気センサー6とバックアップロール4との間も変
化し、磁気センサー6の測定出力もシート材1の厚さに
比例して変化することにより、シート材1の厚さを測定
できる。しかしながら、このような測定方法では、
(1)バックアップロール4にゴミが付着した場合、
(2)バックアップロール4の振動等で測定用コロ5が
振動した場合、(3)磁気センサー6が温度変動の影響
を受けた時、および(4)バックアップロールの磁気特
性が不良の時、等において大きな誤差が生じてしまう。
術の問題点を解消しうるような非接触式厚さ計を提供す
ることである。
材の厚さを非接触にて測定するための非接触式厚さ計に
おいて、互いに平行に張り渡された上ビームおよび下ビ
ームと、前記上ビームにそって移動させられうる上部セ
ンサーと、前記下ビームにそって移動させられうる下部
センサーと、前記上部センサーと前記下部センサーとの
間に被測定シート材が存在していない状態において該上
部センサーおよび該下部センサーのうちのいずれか一方
の側に着脱自在に支持されうる既知の厚さを有した第1
の校正板とを備えており、前記上部センサーには、被測
定シート材の上面までの距離を測定するための反射型測
距センサーが設けられており、前記下部センサーには、
前記被測定シート材の下面までの距離を測定するための
反射型測距センサーが設けられており、前記上部センサ
ーと前記下部センサーとには、該上部センサーと該下部
センサーとの間の距離を測定できる磁気センサー手段が
設けられており、前記上部センサーおよび下部センサー
は、該上部センサーと該下部センサーとの間に前記被測
定シート材が存在していない状態における校正モード走
行において、該上部センサーおよび該下部センサーのう
ちのいずれか一方の側に支持された前記第1の校正板を
挟んで対向した状態で前記上ビームおよび下ビームにそ
って同期して移動させられ、該上部センサーと該下部セ
ンサーとの間に前記被測定シート材が存在している状態
における測定モード動作において、前記被測定シート材
を挟んで対向した状態で該被測定シート材にそって同期
して移動させられるように構成されており、前記校正モ
ード走行時に得られた、前記上部センサーの反射型測距
センサーによる測定値、前記下部センサーの反射型測距
センサーによる測定値および前記磁気センサー手段によ
る測定値並びに前記第1の校正板の既知の厚さに基づい
て補正データを作成し、前記測定モード動作時において
得られた、前記上部センサーの反射型測距センサーによ
る測定値、前記下部センサーの反射型測距センサーによ
る測定値および前記磁気センサー手段による測定値並び
に前記補正データに基づいて前記被測定シート材の厚さ
を算出することを特徴とする。
上部センサーおよび下部センサーの移動の開始原点に
は、既知の厚さを有する第2の校正板が配置されてい
て、前記上部センサーおよび下部センサーが前記校正板
の厚さを測定することにより厚さ計の零点チェックを行
えるようにする。
2の校正板は、前記上部センサーおよび前記下部センサ
ーのうちのいずれか一方の側から取り外された前記第1
の校正板である。
前記磁気センサー手段は、静磁界型磁気センサーを含
む。
基づいて、本発明の実施の形態および実施例について、
本発明をより詳細に説明する。
非接触式厚さ計の全体構成を示す概略正面図であり、図
2は、図1のA−A線概略断面図である。これら図1お
よび図2に略示されるように、この実施例の平板用非接
触式厚さ計は、左右の固定枠体10および11を備えて
おり、これら固定枠体10および12の間に、上ビーム
12および下ビーム13が互いに平行に張り渡されてい
る。固定枠体10には、第1プーリー14と、第4プー
リー17とが取り付けられており、固定枠体11には、
第2プーリー15と、第3プーリー16と、第5プーリ
ー18と、第6プーリー19とが取り付けられている。
そして、これら第1プーリー14から第6プーリー19
には、上ビーム12および下ビーム13の延長方向に沿
うようにしてチェーンまたはエンドレスベルト20が掛
けられている。また、固定枠体10には、移動用モータ
21が配設されていて、第1プーリー14を回転駆動さ
せうる構成とされている。
間のチェーンまたはエンドレスベルト20のパス部分に
は、取付けアーム22を介して上部センサー30が取り
付けられている。また、第1プーリー14と第2プーリ
ー15との間のパス部分には、取付けアーム23を介し
て下部センサー40が取り付けられている。上部センサ
ー30と下部センサー40とは、厚さを測定すべきシー
ト材1を挟んで互いに対向する位置に配置されている。
被測定物であるシート材1は、適当な送り手段(図1お
よび図2は示されていない)により、図1および図2に
示したようなレベル位置を図1においては紙面の裏側か
ら表側へと向かう方向、図2においては矢印Yで示す方
向へと連続して送られる機構としている。すなわち、シ
ート材1は、上部センサー30と下部センサー40との
間を、それらに接触しない状態にて連続的に送られてい
く間に、厚さ測定が行われる。
ては、図1によく示されるように、固定枠体10に、シ
ート材1の走行レベルと一致したレベルに校正板50を
着脱自在に支持することができるようにする支持金具2
4が設けられている。また、上ビーム12には、シート
材1に対する上部センサー30および下部センサー40
の厚さ測定の走査開始点を検出するための原点センサー
60が配設されている。この原点センサー60は、後述
するように支持金具24に校正板50が取り付けられた
とき、上部センサー30および下部センサー40による
厚み測定位置が校正板50を離れてシート材1へと移る
直前の時点を検出しうるものであれば任意のものであっ
てよい。
前述したような構成であるので、移動用モータ21を付
勢して第1プーリー14を回転駆動させるとき、この第
1プーリー14から第6プーリー19に掛けられたチェ
ーンまたはエンドレスベルト20も駆動され、これらに
取付けアーム22および23を介して取り付けられてい
る上部センサー30および40が、シート材1を挟んで
互いに対向した状態で同期して矢印Xの方向に移動させ
られる。移動用モータ21による第1プーリー14の回
転駆動方向を反転させることにより、上部センサー30
および下部センサー40は、同様に同期した状態で逆方
向へ移動させられるようになる。
センサー40とを同期させて移動させる手段として、プ
ーリーとチェーンまたはエンドレスベルトとを組み合わ
せたものとしたのであるが、本発明は、これに限らず、
例えば、ボールスクリューを上ビームおよび下ビームに
そって設けて各ボールスクリューに嵌合した雌ねじを含
む移動体にそれぞれ上部センサーおよび下部センサーを
取り付けて、両ボールスクリューを移動用モータにて同
期させて回転駆動させるような構成をとることも考えら
れる。
ー40の構成について、特に、図3および図4を参照し
て説明する。図3は、上部センサー30と下部センサー
40とがシート材1を挟んで対峙した状態を示す部分拡
大正面断面図であり、図4は、図3の状態の部分拡大側
面断面図である。これら図3および図4に示されるよう
に、上部センサー30は、ケース31内に測距センサー
32と磁気センサー33とを備えている。図3によく示
されるように、測距センサー32は、投光器32Aおよ
び受光器32Bを備えており、投光器32Aからレンズ
系を通して、さらにケース31の下面に形成された投光
孔31Aを通してシート材1の上面に向けて投光し、そ
こで反射された光をケース31の下面に形成された受光
孔31Bを通して、さらにレンズ系を通して受光器32
Bにて受けることにより、ケース31の下面からシート
材1の上面までの距離LTに応じた信号を出力するもの
である。また、図4によく示されているように、磁気セ
ンサー33は、ケース31内の底部に配設されていて、
後述するように、下部センサー40のケース41内の天
井部に配設された金属プレート43までの距離LMに応
じた信号を出力するものである。
センサー42と金属プレート43とを備えている。図3
によく示されるように、測距センサー42は、投光器4
2Aおよび受光器42Bを備えており、投光器42Aか
らレンズ系を通して、さらにケース41の上面に形成さ
れた投光孔41Aを通してシート材1の下面に向けて投
光し、そこで反射された光をケース41の上面に形成さ
れた受光孔41Bを通して、さらにレンズ系を通して受
光器42Bにて受けることにより、ケース41の上面か
らシート材1の下面までの距離LBに応じた信号を出力
するものである。また、図4によく示されているよう
に、金属プレート43は、ケース41内の天井部に配設
されていて、上部センサー30の磁気センサー33に応
答するものである。
サー40とにより、シート材1の厚さをtとすると、t
=LM−LT−LBの式にてシート材1の厚さを求めるこ
とができることがわかる。この場合において、磁気セン
サー33として、静磁界型を使用し、金属プレート43
を磁性体プレートとすれば、磁性体以外の金属も測定可
能となる。
するような作用を果たす校正板50が、下部センサー4
0の側に着脱自在に支持されうるものとされている。下
部センサー40のケース41の側面に、支持金具44が
取り付けられており、校正板50は、ビス45にて固定
されうるものとされている。この校正板50は、上部セ
ンサー30の側に着脱自在に支持されるようにしてもよ
い。
用非接触式厚さ計の制御装置の概略構成を示す図であ
る。この図6に示されるように、制御装置70は、主と
して、CPU71と、メモリー72と、A/Dコンバー
ター73と、I/Oポート74と、モータードライバー
75と、キーボード76と、ディスプレイ77と、プリ
ンター78とを備えている。上部センサー30の測距セ
ンサー32および磁気センサー33、並びに下部センサ
ー40の測距センサー42からの出力は、A/Dコンバ
ーター73においてデジタル信号に変換されて、CPU
71を介してメモリー72に取り込まれる。原点センサ
ー60からの原点検出信号、各種スイッチからの信号等
は、I/Oポート74からCPU71へ入れられる。上
部センサー30および下部センサー40の同期移動は、
CPU71からの指令をモータードライバー75を介し
て移動用モータ21に出すことによって行われる。
板用非接触式厚さ計にて、シート材の厚さを測定するた
めの動作について説明する。
転前準備として、次の操作を行う。 (1)測定すべきシート材の存在しない状態において、
下部センサー40の支持金具44にビス45にて校正板
50を取り付ける(図5参照)。 (2)このように下部センサー40の上方に校正板50
を支持したままで、移動用モータ21を駆動させて、上
部センサー30および下部センサー40を同期させた状
態で、上ビーム12および下ビーム13の間にそって走
行させる。これを校正モード走行という。このような校
正モード走行中において上部センサー30の測距センサ
ー32および磁気センサー33並びに下部センサー40
の測距センサー42から得られる出力信号を、A/Dコ
ンバーター73にてデジタル信号に変換し、センサーの
幅方向位置、すなわち、X方向位置に対応したデータと
してメモリー72に格納する。上部センサー30および
下部センサー40の位置は、原点センサー60によって
検出される原点を基準とし、移動用モータ21の回転量
から計算によって求める。
取得の目的は、厚さ計の機械系の歪み等を補正すること
ができるようにすることにある。シート材の厚さtは、
前述した式、t=LM−LT−LB から原理的には求め
られる。しかしながら、上部センサー30および下部セ
ンサー40をそれぞれ乗せている上ビーム12および下
ビーム13を完全に平行とするのは、熱変形等があるた
めに難しい。上ビーム12と下ビーム13とが完全に平
行となっていない場合においても、測距センサー32お
よび42と磁気センサー33とが全く同一の場所を見て
いれば問題無いのであるが、若干位置がずれた場所を見
ているので誤差を生じてしまう。例えば、図7に略示す
るように、上部センサー30と下部センサー40とが点
線で示すような向きとなってしまうような方向に歪みが
生じた場合には、誤差を生じてしまう。この誤差分を、
予め校正板を乗せた状態での校正モード走行における各
センサー出力値を記憶しメモリー72に取り込んでお
き、これを、後述する測定モード動作時に補正データと
して使用する。
定モード動作を行わせるため、次の操作を行う。 (1)校正板50を下部センサー40の支持金具44か
ら取り外して、固定枠体10に取り付けられた支持金具
24に取り付ける。 (2)厚さを測定すべきシート材1を上部センサー30
と下部センサー40との間に通して移動用モータ21の
駆動を開始させる。こうして測定モード動作に入ると、
上部センサー30および下部センサー40は、原点から
スタートし、初めに校正板50の厚さを測定する。した
がって、この校正板50の厚さを既知の値としておけ
ば、CPU71によりこの厚さ計の零点チェックが行わ
れる。 (3)次に、上部センサー30および下部センサー40
は、校正板50を離脱し、シート材1の何も無い空間を
経てシート材1の厚さ測定に入る。このシート材の厚さ
測定時においてシート材の幅方向における各位置(X方
向位置)での上部センサー30の測距センサー32によ
る測定値LT、磁気センサー33による測定値LM、下部
センサー40の測距センサー42による測定値LMか
ら、それら各位置でのシート材の厚さtを、前述した
式、t=LM−LT−LB にて求めるのであるが、この
際に、前述した校正モード走行時に得られて記憶されて
いたそれら各位置での補正データにて、それぞれ求めら
れた厚さtの補正を行うことにより、正確な厚さ測定値
を得ることができる。すなわち、各位置での補正データ
をΔtとすれば、各位置でのシート材の厚さtは、t=
LM−LT−LB−Δt で求められる。
ックアップロール等に抱かせる必要がないので、傷のつ
き易いシート材や割れ易いシート材でも心配なく測定で
きる。磁気センサーの温度変動の影響を受けず、また、
機械系の熱膨張や熱収縮の影響を受けず、非常に高い精
度で厚さ測定を行うことができる。
計の全体構成を示す概略正面図である。
サーとがシート材を挟んで対峙した状態を示す部分拡大
正面断面図である。
支持させた状態を示す概略図である。
構成を示す図である。
センサーおよび下部センサーの向きの変化を説明するた
めの図である。
の原理を説明するための図である。
るための図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 シート材の厚さを非接触にて測定するた
めの非接触式厚さ計において、互いに平行に張り渡され
た上ビームおよび下ビームと、前記上ビームにそって移
動させられうる上部センサーと、前記下ビームにそって
移動させられうる下部センサーと、前記上部センサーと
前記下部センサーとの間に被測定シート材が存在してい
ない状態において該上部センサーおよび該下部センサー
のうちのいずれか一方の側に着脱自在に支持されうる既
知の厚さを有した第1の校正板とを備えており、前記上
部センサーには、被測定シート材の上面までの距離を測
定するための反射型測距センサーが設けられており、前
記下部センサーには、前記被測定シート材の下面までの
距離を測定するための反射型測距センサーが設けられて
おり、前記上部センサーと前記下部センサーとには、該
上部センサーと該下部センサーとの間の距離を測定でき
る磁気センサー手段が設けられており、前記上部センサ
ーおよび下部センサーは、該上部センサーと該下部セン
サーとの間に前記被測定シート材が存在していない状態
における校正モード走行において、該上部センサーおよ
び該下部センサーのうちのいずれか一方の側に支持され
た前記第1の校正板を挟んで対向した状態で前記上ビー
ムおよび下ビームにそって同期して移動させられ、該上
部センサーと該下部センサーとの間に前記被測定シート
材が存在している状態における測定モード動作におい
て、前記被測定シート材を挟んで対向した状態で該被測
定シート材にそって同期して移動させられるように構成
されており、前記校正モード走行時に得られた、前記上
部センサーの反射型測距センサーによる測定値、前記下
部センサーの反射型測距センサーによる測定値および前
記磁気センサー手段による測定値並びに前記第1の校正
板の既知の厚さに基づいて補正データを作成し、前記測
定モード動作時において得られた、前記上部センサーの
反射型測距センサーによる測定値、前記下部センサーの
反射型測距センサーによる測定値および前記磁気センサ
ー手段による測定値並びに前記補正データに基づいて前
記被測定シート材の厚さを算出することを特徴とする非
接触式厚さ計。 - 【請求項2】 前記上部センサーおよび下部センサーの
移動の開始原点には、既知の厚さを有する第2の校正板
が配置されていて、前記上部センサーおよび下部センサ
ーが前記校正板の厚さを測定することにより厚さ計の零
点チェックを行えるようにした請求項1に記載の非接触
式厚さ計。 - 【請求項3】 前記第2の校正板は、前記上部センサー
および前記下部センサーのうちのいずれか一方の側から
取り外された前記第1の校正板である請求項2に記載の
非接触式厚さ計。 - 【請求項4】 前記磁気センサー手段は、静磁界型磁気
センサーを含む請求項1または2または3に記載の非接
触式厚さ計。
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