JP3421646B2 - 平板用非接触式厚さ計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミ箔、プラス
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。

【０００２】

【従来の技術】産業界においては、傷の付き易いシート
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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、被測定物であ
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。

【０００４】添付図面の図８は、２台の反射型測距セン
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Ｌ_T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Ｌ_Bとする
と、シート材１の厚さｔは、ｔ＝Ｌ₁−Ｌ_T−Ｌ_B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。

【０００５】添付図面の図９は、接触式コロを使用する
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。

【０００６】本発明の目的は、前述したような従来の技
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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、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。

【０００８】本発明の一つの実施の形態によれば、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
えるようにする。

【０００９】本発明の別の実施の形態によれば、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。

【００１０】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記磁気センサー手段は、静磁界型磁気センサーを含
む。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、添付図面の図１から図７に
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。

【００１２】図１は、本発明の一実施例としての平板用
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。

【００１３】第４プーリー１４と第５プーリー１５との
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。

【００１４】この実施例の平板用非接触式厚さ計におい
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。

【００１５】この実施例の平板用非接触式厚さ計では、
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。

【００１６】この実施例では、上部センサー３０と下部
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。

【００１７】次に、上部センサー３０および下部センサ
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Ｌ_T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Ｌ_Mに応
じた信号を出力するものである。

【００１８】下部センサー４０は、ケース４１内に測距
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Ｌ_B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。

【００１９】したがって、上部センサー３０と下部セン
サー４０とにより、シート材１の厚さをｔとすると、ｔ
＝Ｌ_M−Ｌ_T−Ｌ_B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。

【００２０】この実施例では、図５に示すように、後述
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。

【００２１】図６は、前述したような構造を有した平板
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。

【００２２】次に、前述したような全体構成を有する平
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。

【００２３】先ず、シート材の厚さを測定するための運
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。

【００２４】このような校正モード走行におけるデータ
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＝Ｌ_M−Ｌ_T−Ｌ_B 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。

【００２５】次に、シート材の厚さを測定するための測
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Ｌ_T、磁気センサー３３による測定値Ｌ_M、下部
センサー４０の測距センサー４２による測定値Ｌ_M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＝Ｌ_M−Ｌ_T−Ｌ_B 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＝
Ｌ_M−Ｌ_T−Ｌ_B−Δｔ で求められる。

【００２６】

【発明の効果】厚さ測定に際して、被測定シート材をバ
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての平板用非接触式厚さ
計の全体構成を示す概略正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線概略断面図である。

【図３】図１の厚さ計における上部センサーと下部セン
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。

【図４】図３の状態の部分拡大側面断面図である。

【図５】図１の厚さ計における下部センサーに校正板を
支持させた状態を示す概略図である。

【図６】図１の平板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。

【図７】図１の厚さ計における機械系の歪みにより上部
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。

【図８】２台の反射型測距セン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。

【図９】接触式コロを使用する測定方法の原理を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１ シート材 １０ 固定枠体 １１ 固定枠体 １２ 上ビーム １３ 下ビーム １４ 第１プーリー １５ 第２プーリー １６ 第３プーリー １７ 第４プーリー １８ 第５プーリー １９ 第６プーリー ２０ チェーンまたはエンドレスベルト ２１ 移動用モータ ２２ 取付けアーム ２３ 取付けアーム ２４ 支持金具 ３０ 上部センサー ３１ ケース ３２ 測距センサー ３３ 磁気センサー ４０ 下部センサー ４１ ケース ４２ 測距センサー ４３ 金属プレート ４４ 支持金具 ５０ 校正板 ６０ 原点センサー ７０ 制御装置 ７１ ＣＰＵ ７２ メモリー ７５ モータードライバー

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。