JP4039391B2 - シート厚測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、製造あるいは加工工程で搬送あるいは巻取りされる布や紙、あるいはフィルムなどのウエブ、あるいはシート状のものの厚さを測定する装置に関する。

従来、このようなシートの厚さを測定する装置としては、搬送されるシートを挟むようにその上下に厚み検出ヘッドを、それぞれ上下方向に移動可能に設け、両検出ヘッドを互いに接近する方向に付勢して、その先端をシートに接触させることにより、その時の両者の位置を検出して、挟まれたシートの厚さを演算する接触式のもの（例えば、特許文献１参照）や、ロールに巻き掛けた状態で搬送されるシートの表面の位置を光センサで検出すると共に、その時のロールの表面位置を磁気センサで検出し、両者の差からシートの厚みを算出する非接触式のものがあった。（例えば、特許文献２参照）。

また、上記磁気センサと光センサを用いた非接触式のものにあっては、搬送時のシートの張力と搬送速度を検出し、予め設定された式によってロールとシートとの間に介在する空気層の厚さを求めて、計測時の誤差を補正するようにしたものもあった。（例えば特許文献３参照）。
特許第２６２８５１６号公報（第３−５頁、第２図） 特開平７−４９２４号公報（第３頁、第１図） 特開平６−２５８０６５号公報（第３−４頁、第１図）

上述した従来のもののうち、特許文献１に示されるように検出ヘッドの先端がシートなどの対象物の表面に接する接触式のものは、検出ヘッドの先端と対象物とが摺接するので、摩滅による誤差を生じるおそれがあると共に、対象物にも皺がよったりして傷むおそれがあった。また、この対象物の表面が平滑でなく、凹凸があったり、あるいはエンボスや梨地などの加工が施されていると、測定時に検出ヘッドの先端が振動し、正確な測定が行えず、この振動を抑えてある程度の精度を得るためには、対象物の搬送速度を相当程度落とさなくてはならず、作業能率の低下を招くという新たな問題を生じた。さらに、この接触式のものは、測定対象物の表面が弾性を有していると、検出ヘッドの接触圧により、その測定値が異なるおそれもあった。

また、特許文献２に示されるように磁気センサや光センサを用いた非接触式のものは、対象物が高速で移動していても、測定が可能であるが、対象物とロールとの間に空気を巻き込むことにより測定値に誤差が生じるおそれがあり、これを防止するためには、特許文献３に示されるように、搬送時のシートの張力と搬送速度を検出し、予め設定された式によってロールとシートとの間に介在する空気層の厚さを求めて、計測時の誤差を補正する必要があった。そのため多数のセンサを要し、装置自体の構成が複雑になると共に、それぞれのセンサも高い測定精度を要するので、所定の機能を発揮させるためには、頻繁にメンテナンスを行わなくてはならず、その調整に熟練を要し、かつこのことが装置稼働率の低下を招くという問題点があった。さらにこの補正は、予め設定された式に基づきなされるが、計測時のコンデイションは、必ずしも一定ではなく、温度や湿度あるいは静電気の発生などにより、巻き込む空気量が変化し、思わぬ誤差を生じるおそれもあった。

本発明は、これら従来のシート厚測定装置が有していた問題点の解決を課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明のうち、請求項１記載の発明は、シート厚測定装置を、搬送あるいは巻取りされるシートの側方に設置され、測定部がシートに同期して駆動されることにより、走行中のシートを挟み込み、その厚さを測定するようにした接触式のものとし、上記測定部を、渦電流センサを内装したケースと、該ケースに対向して設けられた鉄アンビルとで構成した。そして、前記ケースと鉄アンビルを、側面視略コ字形の測定アーム先端の対向面に互いに接離する方向に移動可能に設け、かつ、前記測定アームを、ガイドレールにスライド可能に支持された移動部材に回動可能に取り付けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成中、移動部材を、ガイドレールの長手方向の両側に設けられたプーリ間に掛架されたタイミングベルトの片側と連結され、プーリの回転により、タイミングベルトを介して駆動されるものと限定し、かつ、このガイドレールの両端寄りには、ガイドレールに沿って駆動される上記移動部材と当接し、この移動部材の加速時と減速時に、ばねの力を補助的に作用させる補助移動部材を設けた構成を加えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明のうち、請求項１記載の発明では、高速で送られるシートの厚さを、このシートと同期して送られる測定部で機械的に挟み込み、測定することとしているので、従来の光センサなどを用いた非接触式のものに比し、誤差を生じる要因が少なく、光を反射するものや、表面に凹凸を有するもの、あるいは表面が弾性材で被覆されたものなど、種々のシート材の厚さを正確に測定することができる。また、シートを挟み込む測定部を、渦電流センサが内装されたケースと、このケースに対向した鉄アンビルとで構成し、両者間の距離を電気的に測定することとしたので、接触式の測定装置でありながら測定部が設けられた測定アームを、撓まないように剛性体で構成する必要が無い。よって、可動部分を軽量化することができ、測定部をシートの速度に同期させる駆動制御が容易になると共に、その駆動モータも小型化できる。さらに、このように測定アームの撓みを考慮する必要がないので、アーム長を長くすることができ、このようにアームを長くすれば、搬送されるシートの中央部分の厚みを機械的に測定することも可能になるという効果がある。

請求項２記載の発明では、移動部材をプーリ間に掛架されたタイミングベルトで駆動すると共に、この移動部材を案内するガイドレールの両端寄りに、この移動部材と当接し、加速時と減速時に、ばねの力を補助的に作用させる補助移動部材を設けたので、小さい出力のモータで作動させることができると共に、移動部材を短い距離で加速し、シートの走行速度に同期させ、かつ、同様に短い距離で減速停止させることができるので、ガイドレールを短くでき、装置の一層の小型化が図られるという効果がある。

以下、本発明を図示した実施の最良の形態に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明に係るシート厚測定装置を示した透視正面図、図２と図３は、それぞれその透視平面図と、要部の縦断面図である。図示したように、このシート厚測定装置１は、高速で搬送あるいは巻き取られるシートＷの側方に、このシートＷに沿って設置されるものであり、少なくとも片側の側面の下方が開放された縦長形状の筐体２と、この筐体２の内部の長手方向（図２において上下方向）に配置された一対の平行なガイドレール３，３と、このガイドレール３，３にスライド可能に取り付けられたブロック状の移動部材４と、この移動部材４の片側（図３において左側）に回動可能に取り付けられた測定アーム５とを具備している。

上記測定アーム５は、金属や合成樹脂で側面視略コ字形の中空状に形成されたものであり、コ字形に開放された先端側（図３において右側）には、本発明が要部とする測定部６が設けられている。

この測定部６は、図５並びに図６に示したように渦電流センサ６ｃを内装したケース６ａと、このケース６ａに対向した測定基準面となる鉄アンビル６ｂとで構成され、それぞれは、測定アーム５先端の対向面に、互いにその先端が接離する方向に移動可能に設けられている。また、この測定アーム５は、図２に示したように枢支点５ａを中心に回動することにより、測定対象物であるシートＷの搬送領域Ｗａの内外に移動するようになっている。

なお、上記のケース６ａと鉄アンビル６ｂの出没方向への駆動及び測定アーム５の回動は、いずれも各部に設けられたエアーホース接続口１０，１０…に接続されたエアーホー
ス（図示せず）を介して供給される空気圧で駆動制御されるようになっている。

移動部材４は、その上側に突出した２箇所の突出部４ａが、筐体２の端面を構成する左右の固定ブロック１１，１２間に設けられた一対のガイドレール３，３を貫通することにより、このガイドレール３，３に移動可能に取り付けられており、このガイドレール３，３間の長手方向の両側に配置されたプーリ８，８に掛架されたタイミングベルト７とその所定箇所が連結されることにより、プーリ８を回転駆動するステッピングモータ９により、ガイドレール３に沿って駆動されるようになっている。

なお、図示していないが、高速で搬送あるいは巻き取られるシートの搬送装置（図示せず）側には、送りロールの回転速度などからこのシートＷの移動速度を検出する検出装置が設けられており、シート厚測定装置１の適所あるいはその近傍には、この検出装置からの信号に基づき、上記ステッピングモータ８や、駆動用の圧縮空気の供給を制御する制御装置が設けられている。

上記構成を有する本発明のシート厚測定装置１は、まず、シート厚の測定に先立って図３に鎖線で示したように、測定部６がシートＷの走行領域Ｗａ外にある状態で、測定アーム５先端の上下に設けられたエアーシリンダ（図３の符号６ｄ参照）に空気を送り込み、渦電流センサ６ｃが内装されたケース６ａと、鉄アンビル６ｂを互いに接近する方向に押し出し、両者の先端を図５に示したように接触させる。この状態で渦電流センサ６ｃを作動させると、センサ６ｃの発振により生じた高周波磁界は、ケース６ａ先端の厚みＺだけ離れた状態で鉄アンビル６ｂと反応し、その厚みＺに応じた所定のインピーダンス値が検出されることとなる。この時、本発明の測定装置１では、図示しない演算装置により、このインピーダンス値を厚みゼロとして認識するキャリブレーションが行なわれるようにしている。

そして、このゼロ設定が完了すると、上記と逆の動きにより、ケース６ａと鉄アンビル６ｂを離れるように測定アーム５側に引き込み、測定アーム５の先端（図３において右側）が開放された元の状態に復帰させると共に、測定アーム５を駆動するエアーシリンダ（図示せず）に空気を送り込み、測定アーム５を図２に実線で示したように、シートの搬送領域Ｗａ内に先端が位置するように回動させる。このことで、測定部６を構成した渦電流センサ６ｃが内装されたケース６ａと鉄アンビル６ｂは、走行中のシートＷを挟み込むように、その上下に配置されることとなる。

次に、移動部材４を移動させ、測定部６をシートＷの走行速度に同期させるのであるが、この時、本発明の測定装置１では、このシートＷの走行速度が図示しない検出装置で検出されるようになっているので、この検出されたデータに基づき、駆動用のステッピングモータ９に必要な電流と電圧が印加される。このことで、ステッピングモータ９で駆動されるタイミングベルト７に連結された移動部材４は移動を開始し、やがてシートＷの搬送速度と等しくなると、この等速度で移動している間に測定アーム５の先端に設けられたケース６ａと鉄アンビル６ｂを、上記の場合と同様に空気圧を用いて押し出し、図６に示すようにシートＷを挟持し、その時のインピーダンス値を測定する。このインピーダンス値は、鉄アンビル６ｂまでの距離、即ち、シートの厚さＸに、ケース先端の厚みＺを加えた寸法Ｙに基づき測定されるが、上述したように本発明の装置では、予めこのケース先端の厚みＺをゼロと認識する設定を行っているので、シートの厚さＸのみが正確に割り出される。

そして、このようにしてシートの厚さＸを測定すると、ケース６ａと鉄アンビル６ｂは、速やかにシートＷの表面から離れるように、測定アーム５側に引き込まれて元の状態に復帰し、同時に移動部材４を駆動しているステッピングモータ９にも停止信号が与えられ、ガイドレール３に沿って移動している移動部材４は減速を開始し、やがてこのガイドレール３の他方側で停止する。

以上のようにして、本発明のシート厚測定装置１では、高速で搬送されているシートＷを機械的に挟み込むことにより、その厚さが測定されるようになっている。従って、対象物であるシートＷが光を反射するものや、表面に凹凸が形成されたものあるいは弾性を有するものであっても正確にその厚さが測定されるものである。

そして、このようにして測定が完了した後は、移動部材４を駆動するステッピングモータ９を逆回転させると共に、測定アーム５駆動用のエアシリンダ（図示せず）に空気を送り込み、これらを元の待機位置に復帰させ、次の測定に備える。

上述したように本発明のシート厚測定装置１では、測定の直前にキャリブレーションを行いゼロ点補正を行うようになっているので、測定時の温度や湿度などの条件の変化による誤差も生じず、シート厚Ｘが正確に測定されるものである。

図４は、本発明の他の実施形態を示した斜視図である。図示したように、この場合は、移動部材４を案内するガイドレール３，３の上側に、このガイドレール３，３と平行に同様の一対のガイドレール１３，１３を設け、移動部材４の始端側（図４において左奥側）と終端側（図４において右手前側）に、補助移動部材として加速補助ブロック１４と減速補助ブロック１５を、それぞれスライド可能に取り付けている。また、このガイドレール１３の中央寄りには、固定ブロック１６，１７を移動不可に取り付けている。従って、加速補助ブロック１４は、固定ブロック１１，１６の間を移動でき、減速補助ブロック１５は、固定ブロック１７，１２の間を移動できるようになっている。また、上記加速補助ブロック１４は、引っ張りばね１８で減速補助ブロック１５側の固定ブロック１７に連結され、減速補助ブロック１５は、引っ張りばね１９で、加速補助ブロック１４側の固定ブロック１５に連結されている。従って、加速補助ブロック１４と減速補助ブロック１５は、共に中央に移動する方向にばねの付勢力が作用するようになっている。さらにこの加速補助ブロック１４と減速補助ブロック１５の下側には、移動部材４の側面に当接する突出部１４ａ，１５ａが設けられている。

次にこの実施形態のものの測定時の動きを順を追って説明すると、まず、この実施形態のものでは、測定部のキャリブレーションを行った後、タイミングベルト７が掛けられたプーリ８をステッピングモータ９で所定の方向（逆回転方向）に、所定の範囲で回動させることにより、移動部材４を固定ブロック１１寄りの始動開始位置まで移動させる。この時、移動部材４は、その側面が加速補助ブロック１４の下側に突設された突出部１４ａに当接し、この加速補助ブロック１４ａをばね１８の引っ張り力に抗して移動させることとなる。したがって、始動開始位置において、移動部材４には、常にばね１８の引っ張り力が作用しているが、移動部材４はステッピングモータ９の保持トルクにより、その状態が維持されている。

この状態で測定アーム５を駆動するエアーシリンダ（図示せず）に空気を送り込み、測定アーム５を図３に実線で示したように、シートの搬送領域Ｗａ内に先端が位置するように回動させる。このことで、測定部６を構成するケース６ａと鉄アンビル６ｂは、走行中のシートＷを挟み込むように、その上下に配置されることとなる。

次に、ステッピングモータ９が正回転するように通電すると、移動部材４が測定アーム５と共に移動を開始する。なお、この通電は、前記実施形態のものと同様に検出装置で検出されたシートＷの走行速度に応じて、予め設定された式に基づき行われる。

そして、移動を開始すると、ばね１８で引っ張られた加速補助ブロック１４と接した移動部材４は、このばね１８の引っ張り力を受け、ステッピングモータ９の起動トルクとあいまって速やかに加速される。そして、このようにして移動部材４を押し出した加速補助ブロック１４は、やがて固定ブロック１６が設けられた位置で、それ以上の移動が規制され、停止する。よって、ここから先は、ステッピングモータ９の駆動力のみで移動部材４が、シートＷの走行速度に同期した等速度で移動することとなる。

そして、この等速度で移動している間に測定アーム５の先端に設けられたケース６ａと鉄アンビル６ｂを、上記の場合と同様に空気圧を用いて押し出し、図６に示したようにシートＷを挟持し、その時のインピーダンス値を測定する。このインピーダンス値は、鉄アンビル６ｂまでの距離、即ち、シートＷの厚さＸに、ケース６ａ先端の厚みＺを加えた寸法Ｙに基づき検出されるが、上述したように本発明の装置１では、予めこのケース６ａ先端の厚みＺをゼロと認識する設定を行っているので、シートＷの厚さＸのみが正確に割り出される。

このようにしてシートＷの厚さＸを測定すると、ケース６ａと鉄アンビル６ｂは、速やかにシートＷの表面から離れるように、測定アーム５内に引き込まれて元の状態に復帰し、移動部材４は、やがて減速補助ブロック１５の突出部１５ａに接して、この減速補助ブロック１５と共に移動することにより、引っ張りばね１９の引っ張り力を受け、減速される。この時、ステッピングモータ９にも停止信号が与えられ、前記ばね１９の張力とあいまって速やかに移動部材４は減速し、停止する。

このように補助移動部材を設ければ、測定部６が設けられた移動部材４を、小さい駆動力で、かつ、短い移動距離でシートＷの走行速度に同期させることができるものである。

なお、測定完了後、移動部材４の駆動用のステッピングモータ９を逆回転させると共に、測定アーム５駆動用のエアシリンダ（図示せず）に空気を送り込み、これらを元の待機位置に復帰させる点は、前記のものと同様である。

本発明に係るシート厚測定装置の透視正面図である。 図１に示したシート厚測定装置の透視平面図である。 図１に示したシート厚測定装置の要部縦断面図である。 シート厚測定装置の他の実施形態の要部斜視図である。 ゼロ点設定時の測定部の簡略断面図である。 シート厚測定時の測定部の簡略断面図である。

符号の説明

１ シート厚測定装置
２ 筐体
３，１３ ガイドレール
４ 移動部材
５ 測定アーム
６ 測定部
６ａ ケース
６ｂ 鉄アンビル
６ｃ 渦電流センサ
６ｄ エアーシリンダ
７ タイミングベルト
８ プーリ
９ ステッピングモータ
１０ エアーホース接続口
１１，１２，１６，１７ 固定ブロック
１４ 加速補助ブロック（補助移動部材）
１５ 減速補助ブロック（補助移動部材）
１４ａ，１５ａ 突出部
Ｘ シートの厚さ
Ｙ 渦電流センサと鉄アンビルとの間の寸法
Ｚ ケース先端の厚み

Claims (2)

1. 搬送あるいは巻取りされるシートの側方に設置され、測定部がシートに同期して駆動されることにより、走行中のシートを挟み込み、その厚さを測定するようにした接触式のシート厚測定装置であって、
   上記測定部は、渦電流センサを内装したケースと、該ケースに対向して設けられた鉄アンビルとで構成され、このケースと鉄アンビルは、側面視略コ字形の測定アーム先端の対向面に互いに接離する方向に移動可能に設けられ、該測定アームは、ガイドレールにスライド可能に支持された移動部材に回動可能に取り付けられたことを特徴とするシート厚測定装置。
2. 上記移動部材は、ガイドレールの長手方向の両側に設けられたプーリ間に掛架されたタイミングベルトの片側と連結され、プーリの回転により、タイミングベルトを介して駆動されるようになされ、かつ、上記ガイドレールの両端寄りには、ガイドレールに沿って駆動される移動部材と当接し、該移動部材の加速時と減速時に、ばねの力を補助的に作用させる補助移動部材が設けられたことを特徴とする請求項１記載のシート厚測定装置。
   

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