JP3723823B2 - 紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置 - Google Patents
紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、静止または抄紙工程中にある紙の繊維配向特性を測定するのに適した繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高品質な紙を製造するためには、製造された紙の紙質や繊維配向特性を測定する必要がある。従来のこの種の繊維配向測定装置として、特開平４−５７９８３号公報に記載された非接触式配向計や特開平４−１１３２０５号公報に記載された繊維配向測定装置などがあり、これらの装置は紙面における光の入反射を利用したものである。
【０００３】
しかしながらこれら従来の装置は、裁断された試料について繊維配向特性を測定するのに適しているが、抄紙工程における紙匹の繊維配向特性を測定するのには不都合がある。このため、本願出願人は抄紙工程中における紙匹についてオンラインで繊維配向特性を測定することができるようにした繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置を既に提案した（特願平５−６２５８１号）。
【０００４】
この紙の繊維配向測定方法は、静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光を照射し、該紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の８ヵ所以上において、ほぼ同時に該紙面によって反射した光を捕捉し、該反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの繊維配向特性を算出することを特徴としており、この方法を実現した繊維配向測定装置は、静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光を照射する投光手段と、該紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上に配設し、受光部が該紙面と入射光軸との交点を臨んで該紙面によって反射した光を捕捉する８個以上の受光手段と、前記それぞれの受光手段により測定された反射光強度が入力され、該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出力する光情報処理回路と、前記光情報処理回路の出力信号から繊維配向指数や繊維配向角などを算出する演算回路とを備えたことを特徴とするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、長網式などの抄紙機で製造される紙の繊維配向は、ワイヤーパートでほぼ決定される。また、ワイヤーパートへの原料供給状態やワイヤーパートの運転状況などの抄造条件が一定であれば、繊維配向は紙流れ方向（マシン方向）でほぼ一定値を示す。したがって、抄紙機上で紙の繊維配向を測定しようとする場合、紙流れ方向の繊維配向はほぼ一定であるため、走行する紙匹が移動してずれた紙面上の測定点から反射した光強度を測定しても、繊維配向を算出することが可能である。このような方式で測定を行う場合には、走行する紙匹の同一部分の反射光強度を同時に測定する必要がない。すなわち、本願出願人が既に出願した繊維配向測定装置のように複数個の受光手段を必要としない。
【０００６】
しかし、繊維配向特性を把握するためには 360°に対して繊維の配向を測定する必要がある。
【０００７】
そこで、この発明では、抄紙機上を走行する紙匹に対しても同一部分の繊維配向を厳密に同時に測定する必要がないことに鑑みて、単一の受光手段であっても紙匹の繊維配向特性を検出することができるようにした紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための技術的手段として、静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光からなる検出光を照射し、前記紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光を順次に捕捉し、前記反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの繊維配向特性を、下記の数１式に従って算出することを特徴としている。
Ｆ ( θ ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α）） （数１）
（数１において、Ｆは光強度、θは反射光を捕捉する測定位置角度、Ｃは反射光強度の平均値、ηは繊維配向指数、αは繊維配向角を、それぞれ表す。）
【０００９】
また、この発明に係る紙の繊維配向測定方法を実施するのに適した繊維配向測定装置として、静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光からなる検出光を照射する検出光照射手段と、前記紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光を順次に捕捉する反射光捕捉手段とを備え、前記反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの繊維配向特性を、下記の数１式に従って算出することを特徴としている。
Ｆ ( θ ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α）） （数１）
（数１において、Ｆは光強度、θは反射光捕捉手段の測定位置角度、Ｃは反射光強度の平均値、ηは繊維配向指数、αは繊維配向角を、それぞれ表す。）
【００１０】
前記投光手段により検出光を紙面に対して垂直方向から照射し、その反射光を紙面の検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする平行な面内の円周上で、少なくとも８ヵ所において捕捉するから、全ての測定位置に関して入射光軸と反射光軸のなす角度が等しくなる。
【００１１】
検出すべき紙が静止している場合には、紙面の同一部分について 360°の範囲で繊維配向を測定できるから、それぞれの位置において捕捉された反射光強度のバラツキは、紙面の配向特性に応じた傾向を示すことになる。このため、この反射光強度のバラツキから繊維配向指数や繊維配向角などの配向特性が求められる。
【００１２】
また、検出すべき紙が抄紙機上などを走行している場合には、紙匹の面の同一部分に関する反射光強度を測定することはできない。しかし、抄紙機上を走行する紙匹の繊維配向はほぼ一定であるから、受光手段の測定角度が等しい場合にはほぼ等しい反射光強度を示すことになる。したがって、反射光強度を常時測定することにより、紙匹の配向特性の傾向が得られ、この傾向から外れるような場合には、所定の紙質を維持していない状態になったことが判断できる。
【００１３】
【実施例】
以下、図示した実施例に基づいて、この発明に係る紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置を具体的に説明する。
【００１４】
図２はこの繊維配向測定装置の概略を示す正面図で、繊維配向特性を測定すべき紙１の紙面1aの上方に、検出光照射手段としての投光手段10が配設されている。この投光手段10は半導体レーザー11とレンズ12、偏光子13、１／４波長板14とによって構成されており、半導体レーザー11により発せられたレーザー光をレンズ12、偏光子13、１／４波長板14を透過させて、円偏光Ｌｉが得られるようにしてある。円偏光は、偏光方向が回転しながら進行する光であり、偏光特性をもたない無偏光とは異なるが、偏光方向の回転周期が10-15 秒程度と極度に短いため、無偏光とみなすことができる。もちろん、無偏光を発するハロゲンランプ等と無偏光を平行光にする光学系を備えた投光手段を用いてもよい。そして、投光手段10はこの円偏光Ｌｉを紙面1aに垂直方向から照射する位置に配設されている。
【００１５】
他方、反射光捕捉手段としての受光手段20は、図１および図２に示すように偏光子21と光の強度を電気信号に変換する受光素子22とから構成されている。そして、この受光手段20は、その受光部が上記円偏光Ｌｉの入射光軸と紙面1aとの交点を臨んだ状態を維持しながら、入射光軸を中心として旋回するよう設けられている。したがって、前記投光手段10から発せられたレーザー光は紙面1aで反射し、その反射光Ｌｒは、受光手段20によって捕捉されることになる。
【００１６】
受光手段20によって捕捉された反射光Ｌｒは上記偏光子21を透過することによって所定の偏光に分離されたのち上記受光素子22に入射する。このとき、円偏光Ｌｉと反射光Ｌｒとのなす入反射光角度θｒは、０°＜θｒ＜９０°の範囲となるが、繊維配向を算出するためには繊維配向を反映した光の反射率が高い方が望ましく、そのためには入反射角度θｒを大きくすることが望ましい。
【００１７】
図７は前記受光手段20を入射光軸を中心として旋回させるための機構の一実施例を説明する概略の斜視図である。受光手段20は、回動自在なギヤ23の一部に形成された透孔部23a に収容され、その受光部が上記円偏光Ｌｉの入射光軸と紙面1aとの交点を臨んだ状態で固定されている。このギヤ23にはピニオン24が噛合しており、該ピニオン24に図示しない駆動装置から動力が伝達されて、ギヤ23を回動するようにしてある。このギヤ23の上方には投光手段10が配設され、この投光手段10の入射光軸とギヤ23の回動中心軸とが一致させてある。そして、ギヤ23のボス部23b は中空としてあり、投光手段10からは該中空部を透過させて紙面1aに対して前記円偏光Ｌｉを照射するようにしてある。
【００１８】
なお、受光手段20を、その受光部を入射光軸と紙面1aとの交点を臨んだ状態で旋回させる機構は、図７に示す機構以外に遊星歯車装置やリンク装置を利用した機構その他であっても構わない。
【００１９】
そして、上記ギヤ23の回転角度を検出するエンコーダ（図示せず）を設け、該ギヤ23が所定角度回転したことを検出するようにしてある。なお、このエンコーダは光学式などの非接触形のものが望ましい。このエンコーダの出力信号によって、例えばギヤ23が45°回転した状態を検出し、該検出信号が出力された時に受光手段20で順次に反射光Ｌｒを捕捉するようにしておけば、受光手段20が１旋回する間に旋回軌道を８等分に分割した位置で反射光Ｌｒの捕捉を行なうことができる。また、ギヤ23とピニオン24の速比を１／８とし、ピニオン24にエンコーダを配設しておけば、ピニオン24の１回転ごとに受光手段20の旋回軌道を８等分に分割した位置で反射光Ｌｒを捕捉することができる。
【００２０】
また、受光手段20での反射光Ｌｒの捕捉位置を上記旋回軌道上で局所的に密集させると、紙面1aの偏った方向に対するデータが採取されることになり、正確な繊維配向特性を取得することができなくなってしまう。したがって、受光手段20の旋回軌道上のほぼ等間隔の位置で捕捉することが望ましい。なお、抄紙機上の紙匹について配向特性を測定する場合のように、紙匹の繊維配向がほぼ抄紙機の流れ方向に沿っていると推測できるような場合には、反射光Ｌｒを捕捉しやすい位置で捕捉するようにしても差し支えない。
【００２１】
さらに、受光手段20の上記偏光子21は、反射光Ｌｒから、入射光Ｌｉと反射光Ｌｒを含む入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を分離するものとしてあるか、あるいは該入反射面に対して平行方向に振動する偏光を分離するものとしてある。したがって、配設された偏光子21に応じて前記受光素子22では、垂直方向に振動する偏光、あるいは平行方向に振動する偏光のいずれかのみが捕捉される。なお、これら偏光子21を用いずに上記偏光を分離することなく、反射光Ｌｒを受光素子22で捕捉するようにしたものであっても構わない。また、繊維配向を反映した光の反射率が最も高くなるのは、入反射面に対して垂直方向に振動する偏光であるから、該偏光を分離する偏光子21を用いて反射光Ｌｒの強度を測定することが望ましい。
【００２２】
図７に示した実施例では受光手段20を１個とした構造について説明したが、受光手段20は２個以上であっても構わない。そして、例えば２個の受光手段20を用いる場合には、これらを 180°の関係に位置させる。また、３個の場合にはそれぞれ 120°の間隔を設ける。なお、受光手段20の個数が多くなれば測定精度を向上させることができる。
【００２３】
そして、図５に示すように、受光素子22の出力端子は光情報処理回路31の入力端子31a に接続されており、該受光素子22で捕捉された反射光Ｌｒの強度が電気信号に変換されて該光情報処理回路31に入力される。この光情報処理回路31では入力された光強度信号を適宜に信号処理して、受光素子22で捕捉された反射光Ｌｒの強度Ｆと、当該受光素子22の受光手段20の旋回軌道上における測定位置角度θとを含む光情報信号として出力する。光情報処理回路31の出力側には演算回路32が接続されており、該演算回路32では、入力された光情報信号を、
【数１】
Ｆ(θ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α））
に適用して、紙面1aの繊維配向の強さを表わす配向指数ηと、紙面1aの繊維配向の方向を表わす配向角αを算出する。なお、数１において、Ｆは光強度、θは受光手段20の測定位置角度、Ｃは反射光強度の平均値をそれぞれ表わす。また、数１はフーリエ級数の一部であり、採取データから紙の繊維配向を曲線で近似して計算する周期関数として知られているものであるが、この演算式の他に、フォン・マイス（Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ）関数や楕円関数などを用いることもできる。
【００２４】
上記演算回路32で算出された配向指数ηと配向角αなどは、該演算回路32に接続されたＣＲＴ表示装置などの表示手段33で表示されたり、また該演算回路32に接続されたプリンタやプロッタなどによって印刷される。
【００２５】
図８は紙面の反射光強度を測定する場合に、１個の受光手段20により 360°の測定角度で測定を行なうようにした他の実施例に係る繊維配向測定装置の概略を説明する斜視図である。投光手段10の下方には内側面に反射鏡部25a が形成された環状反射鏡25が配設されており、投光手段10から照射された円偏光Ｌｉは紙面1aで反射し、反射光Ｌｒが該環状反射鏡25の反射鏡部25a で反射して投光手段10の上方であって入射光軸上の点を通過するようにしてある。そして、この光軸上の上記通過点に該光軸を中心として回動自在に測定光反射鏡26が設けられており、上記環状反射鏡25で反射し上記通過点に入射した光を、該光軸に沿って上方に反射するようにしてある。この測定光反射鏡26の上方に偏光子21と受光素子22とからなる受光手段20が配設され、測定光反射鏡26で反射した光を捕捉するようにしてある。そして、上記測定光反射鏡26が所定の角度回転するごとに受光手段20によって反射光を捕捉するようにしてある。例えば、測定光反射鏡26が45°回転するごとに反射光を捕捉するようにすれば、紙面1aの所定点について 360°を８等分に分割した角度位置で繊維配向を測定することができる。
【００２６】
さらに、図３に示す実施例は、受光手段20が想像線で示すａ0 の位置とｄ0 の位置との間を、入射光軸を中心とした円弧に沿って往復運動する場合について説明したもので、図１に相当する図である。なお、図１に示す実施例と同一の部位は同一の符号を付してその説明を省略する。一般に、長網式などの抄紙機で製造された紙について反射光の光強度を測定すると図４に示すように、紙面1aからの反射光強度は周期πの周期関数として表わされるから、 180°の範囲で測定すれば紙の繊維配向特性を確定することができる。すなわち、紙匹の繊維配向特性は光強度に関連しているから、周期πにおいて測定して得られた結果から紙匹の繊維配向特性をほぼ確定することができる。このため、この実施例では受光手段20を往復運動させて、その運動中に４ヵ所で紙面1aからの反射光を測定するものを示している。測定位置ａ0 の測定位置角度θを０°とした場合、測定位置角度θが 180°の測定位置における光強度は測定位置ａ0 のデータから推定できるから、θが 180°の測定位置におけるデータを採取することは不要である。したがって、 180°の範囲で４ヵ所で反射光を捕捉する場合には 180°を４等分した45°の間隔で反射光を捕捉する。すなわち、受光手段20を 135°の範囲で往復運動させ、その運動中に45°ごとに反射光を捕捉する。そして、採取された反射光強度は、図４においてａ0、ｂ0、ｃ0、ｄ0の測定位置角度θにおけるデータであるから、このデータを 180°ずらすことによって同図上ａ1、ｂ1、ｃ1、ｄ1のデータを推測することができる。
【００２７】
なお、受光手段20を円弧上で往復運動させるには、例えば図７に示す機構において、ピニオン24を駆動する駆動装置のモータに可逆回転モータを用いて、 135°の回転角度で反転させるようにすればよい。
【００２８】
前述した実施例では、投光手段10から照射する検出光を無偏光（円偏光）として説明したが、偏光のうちには、反射光強度が大きく従って反射光強度に関するデータの捕捉と処理を行ない易い直線偏光があり、さらに紙の繊維配向を最もよく反映する直線偏光が入反射面に対して垂直方向に振動する偏光である。したがって、投光手段10から入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を紙面1aに向けて垂直方向から照射し、その反射光から入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を分離して捕捉するようにすれば、繊維配向を最もよく反映した反射光を捕捉でき、繊維配向に寄与する反射光を確実に捕捉することができる。
【００２９】
検出光に直線偏光を用いる場合には、図６に示すように、図２に示す投光手段10の１／４波長板14の次に偏光子15を配設し、１／４波長板を透過した光を、さらにこの偏光子15を透過させるようにする。そして、受光手段20の偏光子21に、投光手段10から照射される直線偏光の振動方向と等しい方向に振動する直線偏光を透過するものを用いる。
【００３０】
また、１個の受光手段20で円周上の複数箇所における反射光を捕捉するためにには、該受光手段20を入射光軸を中心として旋回させることになる。ところで、投光手段10からは直線偏光が照射されるから、該直線偏光が入反射面に対して所定の方向に振動しなければならない。このため、投光手段10を光軸を中心として回転させるとともに、受光手段20の旋回を投光手段10の回転に同期させることが必要となる。
【００３１】
そして、図７に示す機構を用いる場合には、投光手段10をギヤ23のボス部23b に固定した構造とすれば、投光手段10と受光手段20とを同期させることができる。また、図８に示す機構では、投光手段10の回転と測定反射鏡26の回転とを同期させ、さらに偏光子21をこれらに同期させて回転させる。
【００３２】
また、直線偏光を照射する場合にも、受光手段20の旋回軌道上において少なくとも８ヵ所で反射光を捕捉するようにする。
【００３３】
また、投光手段10から直線偏光を照射する場合に、受光手段20を入射光軸を中心とした円弧に沿って往復運動させながら反射光を捕捉することもできる。この場合には投光手段10を所定角度で回動させ、この回動に同期させて受光手段20を往復運動させる。
【００３４】
以上により構成したこの発明に係る紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置の作用を以下に説明する。
【００３５】
図７に示す実施例では、図示しない駆動装置からピニオン24に動力が伝達されると、該ピニオン24とこれに噛合しているギヤ23とが回転する。このギヤ23には受光手段20が固定されているから、ギヤ23の回転によって受光手段20が旋回することになる。また、ギヤ23は入射光軸を中心として回転するから、受光手段20は同じく入射光軸を中心として旋回する。しかも、受光手段20の受光部は繊維配向を測定すべき紙１の紙面1aと入射光軸との交点を臨んだ状態で旋回するから、紙面1aで反射した反射光Ｌｒは受光手段20によって捕捉される。そして、受光手段20の旋回中に適宜位置にて反射光Ｌｒの捕捉を行なう。
【００３６】
反射光Ｌｒの捕捉は、例えばギヤ23の回転角度を検出する図示しないエンコーダの出力信号を受けて行なうようにしてある。また、反射光Ｌｒの捕捉は、受光手段20の旋回軌道の少なくとも８ヵ所において行なうようにし、旋回軌道を８等分する位置で捕捉することが好ましい。旋回軌道を８等分する位置で反射光Ｌｒを捕捉した場合には、図４に示すａ0、ｂ0、ｃ0、ｄ0、ａ1、ｂ1、ｃ1、ｄ1の反射光データが採取されることになる。反射光Ｌｒが受光素子22で捕捉されると光電変換されて光情報処理回路31に入力され、この光強度信号を適宜に信号処理して演算回路32に送出する。演算回路32では前記数１による演算が実行されて、繊維配向指数ηと、配向角αとが算出される。
【００３７】
測定位置は８ヵ所に限らずそれ以上であってもよく、反射光Ｌｒを捕捉した角度位置と反射光強度とが検出されるものであれば、旋回中に連続して捕捉を行なうようにしたものであっても構わない。すなわち、捕捉位置が多くなれば測定された繊維配向特性の精度が向上する。
【００３８】
１枚の小判に裁断された試料（紙）の配向特性を測定する場合には、試料を試料台に固定し受光手段20を１回転旋回させて該試料の所定点について 360°の範囲で反射光強度に関するデータを採取し、該試料台または繊維配向測定装置を移動させて順次試料上の所定点についてデータを採取すれば、試料の２次元的な繊維配向分布を測定できる。また、試料の表裏について測定を行なえば、試料のワイヤー面とフェルト面についての繊維配向分布を測定でき、試料の表裏差に関する繊維配向分布を測定できる。
【００３９】
また、抄紙工程中の紙匹の繊維配向特性を測定する場合には、抄紙機の幅方向の両側に支柱を設け、この支柱にガイドレールを掛け渡し、この繊維配向測定装置を該ガイドレールに案内させて移動自在となるよう支持させて、抄紙機上に設置すればよい。そして、この繊維配向測定装置をガイドレールに沿ってクロスマシン方向に走査させれば、マシン方向及びクロスマシン方向に対する紙匹の繊維配向特性を測定することができる。この場合、紙匹が移動しているため、紙面の１点について 360°での測定を行なえない。しかし、抄紙機上の繊維配向は一定の方向にあるべきであるから、抄紙機の幅方向の等しい位置では等しい繊維配向が得られるはずであり、紙の幅方向に対して所定の繊維配向データが得られる。すなわち、この繊維配向データから外れるようなデータ得られた場合には、製造されている紙の品質が所定のものと異なってしまうことになる。さらに、抄紙工程中の紙匹のワイヤー面側とフェルト面側とにこの装置を設置して、クロスマシン方向に走査させれば、マシン方向及びクロスマシン方向における繊維配向特性の表裏差を測定できる。なお、走査させない場合には、紙匹のマシン方向に対する繊維配向特性を測定することができる。
【００４０】
また、図３に示すように、受光手段20を入射光軸を中心として所定角度の範囲で往復運動するようにした場合には、その往復運動中の適宜位置にて反射光Ｌｒを捕捉する。そして、前述したように 180°の範囲で反射光Ｌｒを捕捉すれば、そのデータから 360°にわたった繊維配向特性を推定することができる。また、測定箇所は、前述した実施例において受光手段20が１旋回する間に等間隔で８ヵ所のデータを採取することに対応させれば、 180°の間で等間隔で４ヵ所の測定位置でデータを採取することになる。すなわち、受光手段20を 135°の範囲で往復運動させ、45°ごとにデータを採取すればよい。なお、測定位置の数が多くなれば測定精度を向上させることができるが、受光手段20を往復運動させる角度範囲が大きくなる。
【００４１】
さらに、投光手段10から直線偏光を紙面1aに照射する場合であっても、該投光手段10を回転または所定角度の範囲で回動させるとともに、受光手段20の旋回または円弧に沿った往復運動を該投光手段10の回転または回動に同期させることにより、受光手段20で常に所定の直線偏光を捕捉することができる。また、この直線偏光に入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を用いることによって、繊維配向を最も反映した反射光で測定処理を行なうことができる。
【００４２】
また、直線偏光を照射する装置であっても、紙１のフェルト面とワイヤー面のそれぞれについて繊維配向特性を測定することができる。さらに、抄紙機上を走行中の紙匹についても十分な精度で繊維配向を測定することができる。
【００４３】
次に、図９に示した実施例を説明する。図９は図２に相当する概略正面図であり、前述した実施例と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
。前記受光手段20が配設されている位置には、受光部として偏光子21と反射光入力部41が配設されている。この反射光入力部41には光ファイバ42が接続されており、この光ファイバ42の出力側には受光素子（図示せず）が接続され、光ファイバ42を透過した光が該受光素子に入射するようにしてある。
【００４４】
そして、紙面1aで反射した反射光は偏光子21を透過し、入射光軸Ｌｉと反射光軸Ｌｒとを含む面に対して垂直方向に振動する偏光または平行方向に振動する偏光に分離されて反射光入射部41に入射される。そして、光ファイバ42を透過して図示しない受光素子に入射され光電変換され、前述のものと同様に光情報処理回路31に入力され、演算回路32により配向指数ηと配向角αとが算出される。
【００４５】
また、図10に示す実施例では、反射光入力部41に光ファイバ42を接続し、該光ファイバ42の出力部43を偏光子21に臨ませ、該偏光子21を透過した直線偏光が受光素子22に入射するようにしてある。なお、図10も図２に相当する概略正面図であり、前述した実施例と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。この構造によるものでは、紙面1aで反射した光の偏光特性が出力部43まで保存される必要があるから、光ファイバ42には単一偏波面保存モードのものが用いられている。
【００４６】
したがって、紙面1aで反射した反射光は反射光入力部41から入射し、光ファイバ42内を、偏光特性が保持された状態で透過する。そして、出力部43から射出した反射光は偏光子21を透過することによって入射光軸Ｌｉと反射光軸Ｌｒとを含む面に対して垂直方向に振動する偏光または平行方向に振動する偏光に分離され、該分離された偏光が受光素子22で捕捉される。次いで、受光素子22で光電変換されて、前述と同様に光情報処理回路31に入力され、演算回路32により配向指数ηと配向角αとが算出される。
【００４７】
この光ファイバ42を用いた構成とするものでは、当該繊維配向測定装置の紙１の近傍に設置される部分には該光ファイバ42の入力端が配されるだけであるから、当該部分の小型化、軽量化が図られる。このため、クロスマシン方向に走査してオンライン測定を行なう場合に、当該部分を設置するスペースを小さくしたり、装置をクロスマシン方向に駆動する動力を小さくすることができる。
【００４８】
なお、図９に示す実施例には受光手段20に光ファイバを用いた構成について説明したが、投光手段10に光ファイバを用いる構成、あるいは投光手段10と受光手段20のいずれにも光ファイバを用いる構成とすることもでき、上記部分の小型化、軽量化をさらに図ることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置によれば、少なくとも１個の受光手段で紙の繊維配向特性を測定することができるから、繊維配向測定装置の小型化や軽量化を図ることができる。
【００５０】
また、繊維配向特性を測定すべき紙の紙面に対して直線偏光を照射し、紙面からの反射光のうちの該直線偏光に対応する直線偏光を捕捉するようにしたから、繊維配向の測定に寄与する偏光によってデータを採取することができる。しかも、この直線偏光を入反射面に対して垂直方向に振動する偏光とすることにより、繊維配向を最もよく反映した反射光によってデータを採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る繊維配向測定装置の一の実施例について測定部の概略の構造を示す平面図である。
【図２】この発明に係る紙の繊維配向測定装置の測定部の概略の構造を示す図であり、図１の概略正面図である。
【図３】この発明に係る繊維配向測定装置の他の実施例について測定部の概略の構造を示す平面図である。
【図４】一般的な紙の表面における光強度の特性を説明するためのグラフである。
【図５】この発明に係る繊維配向測定装置の光情報信号を演算処理する構成を示す概略の回路ブロック図である。
【図６】この発明に係る紙の繊維配向測定装置の他の実施例に係る測定部の概略の構造を示す図であり、図２に相当する概略正面図である。
【図７】この発明に係る繊維配向装置の機構の一の実施例を説明するための概略斜視図である。
【図８】この発明に係る繊維配向装置の機構の他の実施例を説明するための概略斜視図である。
【図９】この発明に係る繊維配向測定装置の別の実施例を説明するための図で、図２に相当する概略正面図である。
【図１０】この発明に係る繊維配向測定装置のさらに別の実施例を説明するための図で、図２に相当する概略正面図である。
【符号の説明】
１ 紙
1a 紙面
10 投光手段
11 半導体レーザー
12 レンズ
13 偏光子
14 １／４波長板
15 偏光子
20 受光手段
21 偏光子
22 受光素子
23 ギヤ
24 ピニオン
25 環状反射鏡
26 測定光反射鏡
31 光情報処理回路
32 演算回路
33 表示手段
41 反射光入力部
42 光ファイバ
Ｌｉ 入射光
Ｌｒ 反射光
θｒ 入反射光角度
【産業上の利用分野】
この発明は、静止または抄紙工程中にある紙の繊維配向特性を測定するのに適した繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高品質な紙を製造するためには、製造された紙の紙質や繊維配向特性を測定する必要がある。従来のこの種の繊維配向測定装置として、特開平４−５７９８３号公報に記載された非接触式配向計や特開平４−１１３２０５号公報に記載された繊維配向測定装置などがあり、これらの装置は紙面における光の入反射を利用したものである。
【０００３】
しかしながらこれら従来の装置は、裁断された試料について繊維配向特性を測定するのに適しているが、抄紙工程における紙匹の繊維配向特性を測定するのには不都合がある。このため、本願出願人は抄紙工程中における紙匹についてオンラインで繊維配向特性を測定することができるようにした繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置を既に提案した（特願平５−６２５８１号）。
【０００４】
この紙の繊維配向測定方法は、静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光を照射し、該紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の８ヵ所以上において、ほぼ同時に該紙面によって反射した光を捕捉し、該反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの繊維配向特性を算出することを特徴としており、この方法を実現した繊維配向測定装置は、静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光を照射する投光手段と、該紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上に配設し、受光部が該紙面と入射光軸との交点を臨んで該紙面によって反射した光を捕捉する８個以上の受光手段と、前記それぞれの受光手段により測定された反射光強度が入力され、該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出力する光情報処理回路と、前記光情報処理回路の出力信号から繊維配向指数や繊維配向角などを算出する演算回路とを備えたことを特徴とするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、長網式などの抄紙機で製造される紙の繊維配向は、ワイヤーパートでほぼ決定される。また、ワイヤーパートへの原料供給状態やワイヤーパートの運転状況などの抄造条件が一定であれば、繊維配向は紙流れ方向（マシン方向）でほぼ一定値を示す。したがって、抄紙機上で紙の繊維配向を測定しようとする場合、紙流れ方向の繊維配向はほぼ一定であるため、走行する紙匹が移動してずれた紙面上の測定点から反射した光強度を測定しても、繊維配向を算出することが可能である。このような方式で測定を行う場合には、走行する紙匹の同一部分の反射光強度を同時に測定する必要がない。すなわち、本願出願人が既に出願した繊維配向測定装置のように複数個の受光手段を必要としない。
【０００６】
しかし、繊維配向特性を把握するためには 360°に対して繊維の配向を測定する必要がある。
【０００７】
そこで、この発明では、抄紙機上を走行する紙匹に対しても同一部分の繊維配向を厳密に同時に測定する必要がないことに鑑みて、単一の受光手段であっても紙匹の繊維配向特性を検出することができるようにした紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための技術的手段として、静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光からなる検出光を照射し、前記紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光を順次に捕捉し、前記反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの繊維配向特性を、下記の数１式に従って算出することを特徴としている。
Ｆ ( θ ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α）） （数１）
（数１において、Ｆは光強度、θは反射光を捕捉する測定位置角度、Ｃは反射光強度の平均値、ηは繊維配向指数、αは繊維配向角を、それぞれ表す。）
【０００９】
また、この発明に係る紙の繊維配向測定方法を実施するのに適した繊維配向測定装置として、静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光からなる検出光を照射する検出光照射手段と、前記紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光を順次に捕捉する反射光捕捉手段とを備え、前記反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの繊維配向特性を、下記の数１式に従って算出することを特徴としている。
Ｆ ( θ ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α）） （数１）
（数１において、Ｆは光強度、θは反射光捕捉手段の測定位置角度、Ｃは反射光強度の平均値、ηは繊維配向指数、αは繊維配向角を、それぞれ表す。）
【００１０】
前記投光手段により検出光を紙面に対して垂直方向から照射し、その反射光を紙面の検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする平行な面内の円周上で、少なくとも８ヵ所において捕捉するから、全ての測定位置に関して入射光軸と反射光軸のなす角度が等しくなる。
【００１１】
検出すべき紙が静止している場合には、紙面の同一部分について 360°の範囲で繊維配向を測定できるから、それぞれの位置において捕捉された反射光強度のバラツキは、紙面の配向特性に応じた傾向を示すことになる。このため、この反射光強度のバラツキから繊維配向指数や繊維配向角などの配向特性が求められる。
【００１２】
また、検出すべき紙が抄紙機上などを走行している場合には、紙匹の面の同一部分に関する反射光強度を測定することはできない。しかし、抄紙機上を走行する紙匹の繊維配向はほぼ一定であるから、受光手段の測定角度が等しい場合にはほぼ等しい反射光強度を示すことになる。したがって、反射光強度を常時測定することにより、紙匹の配向特性の傾向が得られ、この傾向から外れるような場合には、所定の紙質を維持していない状態になったことが判断できる。
【００１３】
【実施例】
以下、図示した実施例に基づいて、この発明に係る紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置を具体的に説明する。
【００１４】
図２はこの繊維配向測定装置の概略を示す正面図で、繊維配向特性を測定すべき紙１の紙面1aの上方に、検出光照射手段としての投光手段10が配設されている。この投光手段10は半導体レーザー11とレンズ12、偏光子13、１／４波長板14とによって構成されており、半導体レーザー11により発せられたレーザー光をレンズ12、偏光子13、１／４波長板14を透過させて、円偏光Ｌｉが得られるようにしてある。円偏光は、偏光方向が回転しながら進行する光であり、偏光特性をもたない無偏光とは異なるが、偏光方向の回転周期が10-15 秒程度と極度に短いため、無偏光とみなすことができる。もちろん、無偏光を発するハロゲンランプ等と無偏光を平行光にする光学系を備えた投光手段を用いてもよい。そして、投光手段10はこの円偏光Ｌｉを紙面1aに垂直方向から照射する位置に配設されている。
【００１５】
他方、反射光捕捉手段としての受光手段20は、図１および図２に示すように偏光子21と光の強度を電気信号に変換する受光素子22とから構成されている。そして、この受光手段20は、その受光部が上記円偏光Ｌｉの入射光軸と紙面1aとの交点を臨んだ状態を維持しながら、入射光軸を中心として旋回するよう設けられている。したがって、前記投光手段10から発せられたレーザー光は紙面1aで反射し、その反射光Ｌｒは、受光手段20によって捕捉されることになる。
【００１６】
受光手段20によって捕捉された反射光Ｌｒは上記偏光子21を透過することによって所定の偏光に分離されたのち上記受光素子22に入射する。このとき、円偏光Ｌｉと反射光Ｌｒとのなす入反射光角度θｒは、０°＜θｒ＜９０°の範囲となるが、繊維配向を算出するためには繊維配向を反映した光の反射率が高い方が望ましく、そのためには入反射角度θｒを大きくすることが望ましい。
【００１７】
図７は前記受光手段20を入射光軸を中心として旋回させるための機構の一実施例を説明する概略の斜視図である。受光手段20は、回動自在なギヤ23の一部に形成された透孔部23a に収容され、その受光部が上記円偏光Ｌｉの入射光軸と紙面1aとの交点を臨んだ状態で固定されている。このギヤ23にはピニオン24が噛合しており、該ピニオン24に図示しない駆動装置から動力が伝達されて、ギヤ23を回動するようにしてある。このギヤ23の上方には投光手段10が配設され、この投光手段10の入射光軸とギヤ23の回動中心軸とが一致させてある。そして、ギヤ23のボス部23b は中空としてあり、投光手段10からは該中空部を透過させて紙面1aに対して前記円偏光Ｌｉを照射するようにしてある。
【００１８】
なお、受光手段20を、その受光部を入射光軸と紙面1aとの交点を臨んだ状態で旋回させる機構は、図７に示す機構以外に遊星歯車装置やリンク装置を利用した機構その他であっても構わない。
【００１９】
そして、上記ギヤ23の回転角度を検出するエンコーダ（図示せず）を設け、該ギヤ23が所定角度回転したことを検出するようにしてある。なお、このエンコーダは光学式などの非接触形のものが望ましい。このエンコーダの出力信号によって、例えばギヤ23が45°回転した状態を検出し、該検出信号が出力された時に受光手段20で順次に反射光Ｌｒを捕捉するようにしておけば、受光手段20が１旋回する間に旋回軌道を８等分に分割した位置で反射光Ｌｒの捕捉を行なうことができる。また、ギヤ23とピニオン24の速比を１／８とし、ピニオン24にエンコーダを配設しておけば、ピニオン24の１回転ごとに受光手段20の旋回軌道を８等分に分割した位置で反射光Ｌｒを捕捉することができる。
【００２０】
また、受光手段20での反射光Ｌｒの捕捉位置を上記旋回軌道上で局所的に密集させると、紙面1aの偏った方向に対するデータが採取されることになり、正確な繊維配向特性を取得することができなくなってしまう。したがって、受光手段20の旋回軌道上のほぼ等間隔の位置で捕捉することが望ましい。なお、抄紙機上の紙匹について配向特性を測定する場合のように、紙匹の繊維配向がほぼ抄紙機の流れ方向に沿っていると推測できるような場合には、反射光Ｌｒを捕捉しやすい位置で捕捉するようにしても差し支えない。
【００２１】
さらに、受光手段20の上記偏光子21は、反射光Ｌｒから、入射光Ｌｉと反射光Ｌｒを含む入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を分離するものとしてあるか、あるいは該入反射面に対して平行方向に振動する偏光を分離するものとしてある。したがって、配設された偏光子21に応じて前記受光素子22では、垂直方向に振動する偏光、あるいは平行方向に振動する偏光のいずれかのみが捕捉される。なお、これら偏光子21を用いずに上記偏光を分離することなく、反射光Ｌｒを受光素子22で捕捉するようにしたものであっても構わない。また、繊維配向を反映した光の反射率が最も高くなるのは、入反射面に対して垂直方向に振動する偏光であるから、該偏光を分離する偏光子21を用いて反射光Ｌｒの強度を測定することが望ましい。
【００２２】
図７に示した実施例では受光手段20を１個とした構造について説明したが、受光手段20は２個以上であっても構わない。そして、例えば２個の受光手段20を用いる場合には、これらを 180°の関係に位置させる。また、３個の場合にはそれぞれ 120°の間隔を設ける。なお、受光手段20の個数が多くなれば測定精度を向上させることができる。
【００２３】
そして、図５に示すように、受光素子22の出力端子は光情報処理回路31の入力端子31a に接続されており、該受光素子22で捕捉された反射光Ｌｒの強度が電気信号に変換されて該光情報処理回路31に入力される。この光情報処理回路31では入力された光強度信号を適宜に信号処理して、受光素子22で捕捉された反射光Ｌｒの強度Ｆと、当該受光素子22の受光手段20の旋回軌道上における測定位置角度θとを含む光情報信号として出力する。光情報処理回路31の出力側には演算回路32が接続されており、該演算回路32では、入力された光情報信号を、
【数１】
Ｆ(θ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α））
に適用して、紙面1aの繊維配向の強さを表わす配向指数ηと、紙面1aの繊維配向の方向を表わす配向角αを算出する。なお、数１において、Ｆは光強度、θは受光手段20の測定位置角度、Ｃは反射光強度の平均値をそれぞれ表わす。また、数１はフーリエ級数の一部であり、採取データから紙の繊維配向を曲線で近似して計算する周期関数として知られているものであるが、この演算式の他に、フォン・マイス（Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ）関数や楕円関数などを用いることもできる。
【００２４】
上記演算回路32で算出された配向指数ηと配向角αなどは、該演算回路32に接続されたＣＲＴ表示装置などの表示手段33で表示されたり、また該演算回路32に接続されたプリンタやプロッタなどによって印刷される。
【００２５】
図８は紙面の反射光強度を測定する場合に、１個の受光手段20により 360°の測定角度で測定を行なうようにした他の実施例に係る繊維配向測定装置の概略を説明する斜視図である。投光手段10の下方には内側面に反射鏡部25a が形成された環状反射鏡25が配設されており、投光手段10から照射された円偏光Ｌｉは紙面1aで反射し、反射光Ｌｒが該環状反射鏡25の反射鏡部25a で反射して投光手段10の上方であって入射光軸上の点を通過するようにしてある。そして、この光軸上の上記通過点に該光軸を中心として回動自在に測定光反射鏡26が設けられており、上記環状反射鏡25で反射し上記通過点に入射した光を、該光軸に沿って上方に反射するようにしてある。この測定光反射鏡26の上方に偏光子21と受光素子22とからなる受光手段20が配設され、測定光反射鏡26で反射した光を捕捉するようにしてある。そして、上記測定光反射鏡26が所定の角度回転するごとに受光手段20によって反射光を捕捉するようにしてある。例えば、測定光反射鏡26が45°回転するごとに反射光を捕捉するようにすれば、紙面1aの所定点について 360°を８等分に分割した角度位置で繊維配向を測定することができる。
【００２６】
さらに、図３に示す実施例は、受光手段20が想像線で示すａ0 の位置とｄ0 の位置との間を、入射光軸を中心とした円弧に沿って往復運動する場合について説明したもので、図１に相当する図である。なお、図１に示す実施例と同一の部位は同一の符号を付してその説明を省略する。一般に、長網式などの抄紙機で製造された紙について反射光の光強度を測定すると図４に示すように、紙面1aからの反射光強度は周期πの周期関数として表わされるから、 180°の範囲で測定すれば紙の繊維配向特性を確定することができる。すなわち、紙匹の繊維配向特性は光強度に関連しているから、周期πにおいて測定して得られた結果から紙匹の繊維配向特性をほぼ確定することができる。このため、この実施例では受光手段20を往復運動させて、その運動中に４ヵ所で紙面1aからの反射光を測定するものを示している。測定位置ａ0 の測定位置角度θを０°とした場合、測定位置角度θが 180°の測定位置における光強度は測定位置ａ0 のデータから推定できるから、θが 180°の測定位置におけるデータを採取することは不要である。したがって、 180°の範囲で４ヵ所で反射光を捕捉する場合には 180°を４等分した45°の間隔で反射光を捕捉する。すなわち、受光手段20を 135°の範囲で往復運動させ、その運動中に45°ごとに反射光を捕捉する。そして、採取された反射光強度は、図４においてａ0、ｂ0、ｃ0、ｄ0の測定位置角度θにおけるデータであるから、このデータを 180°ずらすことによって同図上ａ1、ｂ1、ｃ1、ｄ1のデータを推測することができる。
【００２７】
なお、受光手段20を円弧上で往復運動させるには、例えば図７に示す機構において、ピニオン24を駆動する駆動装置のモータに可逆回転モータを用いて、 135°の回転角度で反転させるようにすればよい。
【００２８】
前述した実施例では、投光手段10から照射する検出光を無偏光（円偏光）として説明したが、偏光のうちには、反射光強度が大きく従って反射光強度に関するデータの捕捉と処理を行ない易い直線偏光があり、さらに紙の繊維配向を最もよく反映する直線偏光が入反射面に対して垂直方向に振動する偏光である。したがって、投光手段10から入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を紙面1aに向けて垂直方向から照射し、その反射光から入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を分離して捕捉するようにすれば、繊維配向を最もよく反映した反射光を捕捉でき、繊維配向に寄与する反射光を確実に捕捉することができる。
【００２９】
検出光に直線偏光を用いる場合には、図６に示すように、図２に示す投光手段10の１／４波長板14の次に偏光子15を配設し、１／４波長板を透過した光を、さらにこの偏光子15を透過させるようにする。そして、受光手段20の偏光子21に、投光手段10から照射される直線偏光の振動方向と等しい方向に振動する直線偏光を透過するものを用いる。
【００３０】
また、１個の受光手段20で円周上の複数箇所における反射光を捕捉するためにには、該受光手段20を入射光軸を中心として旋回させることになる。ところで、投光手段10からは直線偏光が照射されるから、該直線偏光が入反射面に対して所定の方向に振動しなければならない。このため、投光手段10を光軸を中心として回転させるとともに、受光手段20の旋回を投光手段10の回転に同期させることが必要となる。
【００３１】
そして、図７に示す機構を用いる場合には、投光手段10をギヤ23のボス部23b に固定した構造とすれば、投光手段10と受光手段20とを同期させることができる。また、図８に示す機構では、投光手段10の回転と測定反射鏡26の回転とを同期させ、さらに偏光子21をこれらに同期させて回転させる。
【００３２】
また、直線偏光を照射する場合にも、受光手段20の旋回軌道上において少なくとも８ヵ所で反射光を捕捉するようにする。
【００３３】
また、投光手段10から直線偏光を照射する場合に、受光手段20を入射光軸を中心とした円弧に沿って往復運動させながら反射光を捕捉することもできる。この場合には投光手段10を所定角度で回動させ、この回動に同期させて受光手段20を往復運動させる。
【００３４】
以上により構成したこの発明に係る紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置の作用を以下に説明する。
【００３５】
図７に示す実施例では、図示しない駆動装置からピニオン24に動力が伝達されると、該ピニオン24とこれに噛合しているギヤ23とが回転する。このギヤ23には受光手段20が固定されているから、ギヤ23の回転によって受光手段20が旋回することになる。また、ギヤ23は入射光軸を中心として回転するから、受光手段20は同じく入射光軸を中心として旋回する。しかも、受光手段20の受光部は繊維配向を測定すべき紙１の紙面1aと入射光軸との交点を臨んだ状態で旋回するから、紙面1aで反射した反射光Ｌｒは受光手段20によって捕捉される。そして、受光手段20の旋回中に適宜位置にて反射光Ｌｒの捕捉を行なう。
【００３６】
反射光Ｌｒの捕捉は、例えばギヤ23の回転角度を検出する図示しないエンコーダの出力信号を受けて行なうようにしてある。また、反射光Ｌｒの捕捉は、受光手段20の旋回軌道の少なくとも８ヵ所において行なうようにし、旋回軌道を８等分する位置で捕捉することが好ましい。旋回軌道を８等分する位置で反射光Ｌｒを捕捉した場合には、図４に示すａ0、ｂ0、ｃ0、ｄ0、ａ1、ｂ1、ｃ1、ｄ1の反射光データが採取されることになる。反射光Ｌｒが受光素子22で捕捉されると光電変換されて光情報処理回路31に入力され、この光強度信号を適宜に信号処理して演算回路32に送出する。演算回路32では前記数１による演算が実行されて、繊維配向指数ηと、配向角αとが算出される。
【００３７】
測定位置は８ヵ所に限らずそれ以上であってもよく、反射光Ｌｒを捕捉した角度位置と反射光強度とが検出されるものであれば、旋回中に連続して捕捉を行なうようにしたものであっても構わない。すなわち、捕捉位置が多くなれば測定された繊維配向特性の精度が向上する。
【００３８】
１枚の小判に裁断された試料（紙）の配向特性を測定する場合には、試料を試料台に固定し受光手段20を１回転旋回させて該試料の所定点について 360°の範囲で反射光強度に関するデータを採取し、該試料台または繊維配向測定装置を移動させて順次試料上の所定点についてデータを採取すれば、試料の２次元的な繊維配向分布を測定できる。また、試料の表裏について測定を行なえば、試料のワイヤー面とフェルト面についての繊維配向分布を測定でき、試料の表裏差に関する繊維配向分布を測定できる。
【００３９】
また、抄紙工程中の紙匹の繊維配向特性を測定する場合には、抄紙機の幅方向の両側に支柱を設け、この支柱にガイドレールを掛け渡し、この繊維配向測定装置を該ガイドレールに案内させて移動自在となるよう支持させて、抄紙機上に設置すればよい。そして、この繊維配向測定装置をガイドレールに沿ってクロスマシン方向に走査させれば、マシン方向及びクロスマシン方向に対する紙匹の繊維配向特性を測定することができる。この場合、紙匹が移動しているため、紙面の１点について 360°での測定を行なえない。しかし、抄紙機上の繊維配向は一定の方向にあるべきであるから、抄紙機の幅方向の等しい位置では等しい繊維配向が得られるはずであり、紙の幅方向に対して所定の繊維配向データが得られる。すなわち、この繊維配向データから外れるようなデータ得られた場合には、製造されている紙の品質が所定のものと異なってしまうことになる。さらに、抄紙工程中の紙匹のワイヤー面側とフェルト面側とにこの装置を設置して、クロスマシン方向に走査させれば、マシン方向及びクロスマシン方向における繊維配向特性の表裏差を測定できる。なお、走査させない場合には、紙匹のマシン方向に対する繊維配向特性を測定することができる。
【００４０】
また、図３に示すように、受光手段20を入射光軸を中心として所定角度の範囲で往復運動するようにした場合には、その往復運動中の適宜位置にて反射光Ｌｒを捕捉する。そして、前述したように 180°の範囲で反射光Ｌｒを捕捉すれば、そのデータから 360°にわたった繊維配向特性を推定することができる。また、測定箇所は、前述した実施例において受光手段20が１旋回する間に等間隔で８ヵ所のデータを採取することに対応させれば、 180°の間で等間隔で４ヵ所の測定位置でデータを採取することになる。すなわち、受光手段20を 135°の範囲で往復運動させ、45°ごとにデータを採取すればよい。なお、測定位置の数が多くなれば測定精度を向上させることができるが、受光手段20を往復運動させる角度範囲が大きくなる。
【００４１】
さらに、投光手段10から直線偏光を紙面1aに照射する場合であっても、該投光手段10を回転または所定角度の範囲で回動させるとともに、受光手段20の旋回または円弧に沿った往復運動を該投光手段10の回転または回動に同期させることにより、受光手段20で常に所定の直線偏光を捕捉することができる。また、この直線偏光に入反射面に対して垂直方向に振動する偏光を用いることによって、繊維配向を最も反映した反射光で測定処理を行なうことができる。
【００４２】
また、直線偏光を照射する装置であっても、紙１のフェルト面とワイヤー面のそれぞれについて繊維配向特性を測定することができる。さらに、抄紙機上を走行中の紙匹についても十分な精度で繊維配向を測定することができる。
【００４３】
次に、図９に示した実施例を説明する。図９は図２に相当する概略正面図であり、前述した実施例と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
。前記受光手段20が配設されている位置には、受光部として偏光子21と反射光入力部41が配設されている。この反射光入力部41には光ファイバ42が接続されており、この光ファイバ42の出力側には受光素子（図示せず）が接続され、光ファイバ42を透過した光が該受光素子に入射するようにしてある。
【００４４】
そして、紙面1aで反射した反射光は偏光子21を透過し、入射光軸Ｌｉと反射光軸Ｌｒとを含む面に対して垂直方向に振動する偏光または平行方向に振動する偏光に分離されて反射光入射部41に入射される。そして、光ファイバ42を透過して図示しない受光素子に入射され光電変換され、前述のものと同様に光情報処理回路31に入力され、演算回路32により配向指数ηと配向角αとが算出される。
【００４５】
また、図10に示す実施例では、反射光入力部41に光ファイバ42を接続し、該光ファイバ42の出力部43を偏光子21に臨ませ、該偏光子21を透過した直線偏光が受光素子22に入射するようにしてある。なお、図10も図２に相当する概略正面図であり、前述した実施例と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。この構造によるものでは、紙面1aで反射した光の偏光特性が出力部43まで保存される必要があるから、光ファイバ42には単一偏波面保存モードのものが用いられている。
【００４６】
したがって、紙面1aで反射した反射光は反射光入力部41から入射し、光ファイバ42内を、偏光特性が保持された状態で透過する。そして、出力部43から射出した反射光は偏光子21を透過することによって入射光軸Ｌｉと反射光軸Ｌｒとを含む面に対して垂直方向に振動する偏光または平行方向に振動する偏光に分離され、該分離された偏光が受光素子22で捕捉される。次いで、受光素子22で光電変換されて、前述と同様に光情報処理回路31に入力され、演算回路32により配向指数ηと配向角αとが算出される。
【００４７】
この光ファイバ42を用いた構成とするものでは、当該繊維配向測定装置の紙１の近傍に設置される部分には該光ファイバ42の入力端が配されるだけであるから、当該部分の小型化、軽量化が図られる。このため、クロスマシン方向に走査してオンライン測定を行なう場合に、当該部分を設置するスペースを小さくしたり、装置をクロスマシン方向に駆動する動力を小さくすることができる。
【００４８】
なお、図９に示す実施例には受光手段20に光ファイバを用いた構成について説明したが、投光手段10に光ファイバを用いる構成、あるいは投光手段10と受光手段20のいずれにも光ファイバを用いる構成とすることもでき、上記部分の小型化、軽量化をさらに図ることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置によれば、少なくとも１個の受光手段で紙の繊維配向特性を測定することができるから、繊維配向測定装置の小型化や軽量化を図ることができる。
【００５０】
また、繊維配向特性を測定すべき紙の紙面に対して直線偏光を照射し、紙面からの反射光のうちの該直線偏光に対応する直線偏光を捕捉するようにしたから、繊維配向の測定に寄与する偏光によってデータを採取することができる。しかも、この直線偏光を入反射面に対して垂直方向に振動する偏光とすることにより、繊維配向を最もよく反映した反射光によってデータを採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る繊維配向測定装置の一の実施例について測定部の概略の構造を示す平面図である。
【図２】この発明に係る紙の繊維配向測定装置の測定部の概略の構造を示す図であり、図１の概略正面図である。
【図３】この発明に係る繊維配向測定装置の他の実施例について測定部の概略の構造を示す平面図である。
【図４】一般的な紙の表面における光強度の特性を説明するためのグラフである。
【図５】この発明に係る繊維配向測定装置の光情報信号を演算処理する構成を示す概略の回路ブロック図である。
【図６】この発明に係る紙の繊維配向測定装置の他の実施例に係る測定部の概略の構造を示す図であり、図２に相当する概略正面図である。
【図７】この発明に係る繊維配向装置の機構の一の実施例を説明するための概略斜視図である。
【図８】この発明に係る繊維配向装置の機構の他の実施例を説明するための概略斜視図である。
【図９】この発明に係る繊維配向測定装置の別の実施例を説明するための図で、図２に相当する概略正面図である。
【図１０】この発明に係る繊維配向測定装置のさらに別の実施例を説明するための図で、図２に相当する概略正面図である。
【符号の説明】
１ 紙
1a 紙面
10 投光手段
11 半導体レーザー
12 レンズ
13 偏光子
14 １／４波長板
15 偏光子
20 受光手段
21 偏光子
22 受光素子
23 ギヤ
24 ピニオン
25 環状反射鏡
26 測定光反射鏡
31 光情報処理回路
32 演算回路
33 表示手段
41 反射光入力部
42 光ファイバ
Ｌｉ 入射光
Ｌｒ 反射光
θｒ 入反射光角度
Claims (2)
- 静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光からなる検出光を照射し、
前記紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光を順次に捕捉し、
前記反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの繊維配向特性を、下記の数１式に従って算出することを特徴とする紙の繊維配向測定方法。
Ｆ ( θ ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α）） （数１）
（数１において、Ｆは光強度、θは反射光を捕捉する測定位置角度、Ｃは反射光強度の平均値、ηは繊維配向指数、αは繊維配向角を、それぞれ表す。） - 静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光からなる検出光を照射する検出光照射手段と、
前記紙面の前記検出光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の少なくとも８ヵ所において該紙面によって反射した光を順次に捕捉する反射光捕捉手段とを備え、
前記反射光の強度から繊維配向指数や繊維配向角などの繊維配向特性を、下記の数１式に従って算出することを特徴とする紙の繊維配向測定装置。
Ｆ ( θ ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α）） （数１）
（数１において、Ｆは光強度、θは反射光捕捉手段の測定位置角度、Ｃは反射光強度の平均値、ηは繊維配向指数、αは繊維配向角を、それぞれ表す。）
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| JP2001352875A JP3723823B2 (ja) | 2001-11-19 | 2001-11-19 | 紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置 |
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