JP4076642B2

JP4076642B2 - シート厚み計測装置

Info

Publication number: JP4076642B2
Application number: JP32839598A
Authority: JP
Inventors: 俊三平川; 敏康豊田
Original assignee: YAMABUN ELECTRONICS CO., LTD.
Current assignee: YAMABUN ELECTRONICS CO., LTD.
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2018-11-18
Also published as: JP2000155022A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂シート、非導電性シート、導電性シート、フイルム等の製造工程でその厚みをリアルタイム方式で計測し、目標厚みとなるように製造工程を手動調節或いは自動制御する場合等に使用されるシート厚み計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、合成樹脂フィルムやシートの製造工程では、製造されるシートの厚みを計測して目標値から外れると補正させるようにしている。
【０００３】
一方、シートの製造工程では、シートから発散される輻射熱によって計測装置の本体フレームに温度差が発生し、本体フレームに不均一な歪を生じ、計測精度を低下させる問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために本発明者は、先に、特開平９−１５９４３８号を提案し、特許第２７５６５４４号として特許を受けている。
【０００５】
上記提案のものは、シートを通過させるべき開口部を有する枠状の本体フレームと、先端にシート厚み計測センサを有し、接近離隔手段により通過するシートの上下面にシート厚み計測センサを接近離隔可能に支持した上下一対の計測ヘッドと、上下一対の計測ヘッドをシートの通過方向に直交する幅方向に同調移動させる移動機構とを具備し、予め、ソフト処理により計測ヘッドを厚み較正用マスターゲージに当接させて計測基準ゲージ値を確認させ、かつ、計測ヘッドを空動作させ、０点の確認及び０点の確認姿勢でシート幅方向のうねりや平坦度等のデータを得てこれをシート幅方向の基準データとし、その後のシート厚みの計測において実測された計測データを上記基準データで修正してシート厚みの実測値とし、シート厚みの計測中、定期的ないし適宜時点で計測ヘッドを厚み較正用マスターゲージ及び０点に移動させて計測基準ゲージ値及び０点を較正させ、かつ、これらの較正値から上記シート幅方向の基準データを修正させ、これで以後の計測データを比較修正させるようになしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記提案のものは、シート厚み計測センサとして接触式のものを使用していたため、良好な結果が得られていた。
【０００７】
ところが、上記提案のものを、シート厚み計測センサとしてエア等の非接触式のものに適用した場合、当該装置固有の誤差マップの作成ができない。
【０００８】
また、シート計測動作中、厚み較正用マスターゲージを本体フレームの片側にだけしか設けていないため、他方では較正動作を行わせることができず、本体フレームの両側における熱膨張・収縮量に差があった場合、これを検出して補正させることができないという欠点があった。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するシート厚み計測装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、シートを通過させるべき開口部を有する枠状の本体フレームと、先端に非接触式のシート厚み計測センサを有し、上下に対向設置され、接近離隔手段により通過するシート面に前記シート厚み計測センサを上下から相互に接近離隔可能に支持した計測ヘッドと、計測ヘッドをシートの通過方向に直交する幅方向に移動させる移動機構と、計測ヘッドの移動範囲の両端付近に配置される厚み較正用マスターゲージと、シートの幅方向の誤差マップ作成時にシートの通過位置に配置され、それ以外のときには退避除去可能とされると共に前記上下の計測ヘッドのいずれか一方に設置された誤差マップ作成用マスターゲージと、計測ヘッド及び移動機構に所定の動作を行わせるための動作プログラムの設定制御部とを具備させ、予め、設定した動作プログラムにより前記シート厚み計測センサを誤差マップ作成用マスターゲージに上下から相互接近させた姿勢で前記計測ヘッドを移動させてシート幅方向のうねりや平坦度等の当該装置固有の誤差マップを作製させ、かつ、前記シート厚み計測センサを厚み較正用マスターゲージに上下から相互接近させて計測基準ゲージ値を確認させ、その後のシート厚みの計測において実測された計測データを上記誤差マップで修正してシート厚みの実測値とし、シート厚みの計測中、定期的ないし適宜時点で、計測ヘッドを移動範囲の両端付近の厚み較正用マスターゲージ位置に移動させて前記シート厚み計測センサを上下から相互接近させて前記厚み較正用マスターゲージを計測し、両側での計測値の差が許容値以上であれば計測基準ゲージ値を較正させ、かつ、この較正値から上記シート幅方向の誤差マップを修正させ、これで以後の計測データを比較修正させるようになし、前記厚み較正用マスターゲージを退避可能とし、前記誤差マップを作成する際に、前記シート厚み計測センサを誤差マップ作成用マスターゲージに上下から相互接近させた姿勢で前記計測ヘッドを前記移動範囲の一端から他端まで、誤差マップ作成用マスターゲージで厚み較正用マスターゲージを押圧退避させつつ移動させるものである。
【００１１】
本発明は上記構成としたから、接触計測を避ける必要があるシート等に対して、非接触式のシート厚み計測センサを適用して当該装置固有の誤差マップの作成ができ、かつ、シート計測動作中、定期的ないし適宜時点で、本体フレームの両側付近に設置した厚み較正用マスターゲージの位置に計測ヘッドを移動させて計測基準ゲージ値の確認を行わせ、必要であれば計測基準ゲージ値を較正させ、また、この計測基準ゲージ値の較正時には、本体フレームの両側における熱膨張・収縮量の差を演算させ、この差に基いて誤差マップを補正させる。即ち、本体フレームのシート幅方向両側での温度変化に伴う熱膨張・収縮の差から本体フレームの中間各位置での差を比例的に演算させ、これに基いて誤差マップを補正させるのである。このように、誤差マップ自体もシート計測動作中の温度変化を考慮した補正が行えるため、接触計測を避ける必要があるシート等に対しても高精度の厚み計測を行うことができる。なお、両側の厚み較正用マスターゲージは、必ずしも同じ厚みにしなくてもよく、このようにすることによって、厚み較正用マスターゲージの製作が容易となる。
【００１２】
特に、エア式のシート厚み計測センサを採用すると、センサから噴射されるエアによって、シートからの輻射熱によるセンサ部への影響を軽減することができ、しかも、計測位置において、センサから噴射されるエアによってシートを上下から非接触で保持させることができ、シートのバタツキを防止して正確なシート厚みの計測ができる。
【００１３】
また、本発明は、誤差マップ作成用マスターゲージを、上下の計測ヘッドの何れか一方に、スイングアーム機構を介して、誤差マップ作成時にはシートの通過位置に配置し、それ以外のときにはシートの通過位置から退避可能に設置したものである。これにより、誤差マップ作成時、作業者が手動で、或いは、適宜のアクチュエータにより、自動的に誤差マップ作成位置（シート通過位置）に取出して位置決めクランプさせることができ、作業能率を向上させることができる。特に、自動化すれば、誤差マップ作成用マスターゲージと厚み較正用マスターゲージとを兼用させることができ、これによって、厚み較正用マスターゲージの設置を省略することができる。
【００１４】
さらに本発明は、シート厚み計測センサが接触式である場合にも適用でき、取り扱うシートの特性や条件等に応じてセンサを取替えることにより、あらゆるシートへの適用が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明装置の全体の概略正面図、図２は概略側面図、図３は本発明で使用する非接触式のシート厚み計測センサの一例を示す要部概略縦断側面図、図４は厚み較正用マスターゲージ及び誤差マップ作成用マスターゲージの構成例を示す要部概略正面図、図５の（Ａ）は誤差マップ作成時の計測ヘッド及び計測センサの動作プログラム線図、（Ｂ）（Ｃ）はシート厚み計測動作中における計測ヘッド及び計測センサの連続及びピッチ送り時の動作プログラム線図である。
【００１６】
図１及び図２において、１は本体フレーム、２はシート厚み計測センサ、３は計測ヘッド、４は移動機構、５は厚み較正用マスターゲージ、６は誤差マップ作成用マスターゲージ、７は動作プログラムの設定制御部、８は本体フレーム１を支持する基台である。
【００１７】
本体フレーム１は、シートａを通過させるべき開口部１ａを有する枠状をなし、この枠状をなす本体フレーム１を中空パイプ部材、例えば、丸形、楕円形、角形パイプ部材等（図面は角形パイプ部材の場合を例示）により中空部内が相互に連通して枠状の通風循環路１ｂを形成するように構成し、この通風循環路１ｂ内にファン１ｃを適宜数設置する（図１は左右対称位置に２個設置した場合を示す）。このファン１ｃは、モータを一体に有するものを使用し、このモータを含めて全体を上記通風循環路１ｂ内に設置し、外部に設けたスイッチ（図示省略）でＯＮ、ＯＦＦ操作可能とする。
【００１８】
シート厚み計測センサ２は、エアー式、レーザー反射型、超音波反射型、静電容量型、磁気感応型等の非接触式のものを使用するものであって、その一例として、エアー式を図３に示しており、同図においてその構成を説明すると、圧力エア供給源２ａから圧力調整器２ｂ’を介して供給されたエアをシートａの上方から計測点に向けて噴出するエアノズル２ｃをシリンダ２ｄ内に挿入されたピストン２ｅのロッド２ｆに連結し、エアノズル２ｃの背圧Ｐ１をシリンダ２ｄ内のピストン２ｅの下部室に作用させ、ピストン２ｅの上部室には圧力エア供給源２ａから圧力調整器２ｂを介して供給されたエア圧Ｐ２を作用させ、Ｐ１とＰ２とがバランスするところでロッド２ｆの位置が決まり、このロッド２ｆの変位をリニアゲージ２ｇで計測することにより、シートａの厚みを計測するものである。なお、２つの圧力調整器２ｂ、２ｂ’の設定圧力は、２ｂ＜２ｂ’とされる。この場合、シートａの厚みが増加すると、エアノズル２ｃとシートａとの隙間が減少して背圧Ｐ１が上昇し、ピストン２ｅを押し上げ、また、シートａの厚みが減少すると、エアノズル２ｃとシートａとの隙間が増大して背圧Ｐ１が低下し、ピストン２ｅを下げるため、リニアゲージ２ｇでロッド２ｆの変位を検出してシートａの厚みの変化を計測するのである。なお、上記リニアゲージ２ｇに代えて他の変位計測手段を採用してもよい。このシート厚み計測センサ２は、シートａの上下に対向して設置されるものである。
【００１９】
即ち、シート厚み計測センサ２は、計測ヘッド３の先端にシートａに向けてエアシリンダ等の接近離隔手段３ａを介して接近離隔可能に支持されている。
【００２０】
移動機構４は、計測ヘッド３をシートａの通過方向に直交する幅方向に移動させるためのもので、計測ヘッド３を移動可能に支持するために本体フレーム１に幅方向に沿って設置されたスライドガイド４ａと、計測ヘッド３に幅方向の移動を付与するためスライドガイド４ａに平行にして本体フレーム１に回転可能に支持されたボールねじ４ｂと、このボールねじ４ｂを正逆制御回転させるために本体フレーム１の一端に設置されたパルスモータ又はサーボモータ４ｃと、ボールねじ４ｂの回転量を検出して動作プログラムの設定制御部７へフィードバックし、計測ヘッド３の移動量及び位置を演算させるために本体フレーム１の他端に設置されたロータリーエンコーダ４ｄとで構成されている。この移動機構４は、シートａの通過位置に対して、本体フレーム１の上下に対向して設置してあり、上下のボールねじ４ｂは、同調して正逆回転するように、適宜の同調回転機構（図示省略）例えば、タイミングベルト・プーリーにより連結されるものである。
【００２１】
厚み較正用マスターゲージ５は、計測ヘッド３の移動範囲の両端付近の本体フレーム１に配置されるもので、計測基準ゲージ値を与えるために厚みを精密に製作され、両側のものは、同一の厚みとされるのが好ましいが、異なる厚みに製作されてもよい。その場合、それぞれのゲージ厚さをパラメータとして動作プログラムの設定制御部７に設定登録しておく（このようにすれば、左右で同一厚みのゲージを作製する場合よりも、ゲージの製作が容易になる。）。この厚み較正用マスターゲージ５は、計測基準ゲージ値の確認時及び較正時に利用するものである。
【００２２】
誤差マップ作成用マスターゲージ６は、所定の厚みに均一に製作され、その厚みを動作プログラムの設定制御部７に設定登録しておくもので、シートａの幅方向の誤差マップ作成時にシートａの通過位置に取出して配置され、シート厚みの計測動作中はシートａとの干渉をさけるために退避除去可能とされるものである。図４はその設置例である。
【００２３】
図４は厚み較正用マスターゲージ５を本体フレーム１の両側の支持部材１ｅ、１ｅに突出退入可能に支持させ、常時、内蔵スプリング（図示省略）により、突出させておき、誤差マップ作成時に誤差マップ作成用マスターゲージ６の接近によって退入させるようにしたものである。そして、誤差マップ作成用マスターゲージ６は、上側の計測ヘッド３にスイングアーム機構６ａによって枢軸６ｂを中心として回動可能に吊下げ支持させ、誤差マップ作成時には、シートａの通過位置（誤差マップ作成位置）にクランプ保持させ、計測ヘッド３と一体的にシートａの幅方向に移動させるようにし、それ以外の時（シートａの厚み計測時等）には上方に回動退避させてクランプさせ、シートａの厚みの計測に支障が生じないように構成している。なお、下側の計測ヘッド３にスイングアーム機構６ａを介して誤差マップ作成用マスターゲージ６を支持させてもよい。
【００２４】
動作プログラムの設定制御部７は、計測ヘッド３及び移動機構４に設定された動作プログラム通りに所定の動作を行わせるためのもので、その動作プログラムは、予め、設定可能に構成される。この動作プログラムは、誤差マップ作成プログラムやシート厚みの計測動作プログラム、計測基準ゲージ値確認動作プログラム等である。
【００２５】
本体フレーム１は基台８の上に取付けられ、この基台８はキャスタ８ａにより移動可能とされ、適宜の位置で下方に出し入れ可能とされるねじ式の固定脚（図示省略) 等により位置決め固定される。
【００２６】
本発明の実施例装置は以上の構成からなり、次に、動作を説明する。先ず、動作プログラムの設定制御部７に予め設定登録された誤差マップの作成用動作プログラムを選択指定することにより、上下の計測ヘッド３、３及びシート厚み計測センサ２、２を図５の（Ａ）に示す動作線(1)のように動作させて誤差マップを作成させる。即ち、先ず、計測ヘッド３、３を原点位置側の厚み較正用マスターゲージ５の位置まで移動させ、その位置でシート厚みセンサ２、２を上下から誤差マップ作成用マスターゲージ６に相互接近させて原点側での計測基準ゲージ値を計測させて位置データ（原点位置座標値）と共に設定制御部７に記憶させ、続いてその姿勢のままで移動機構４、４により計測ヘッド３、３を移動範囲の他端まで移動させ、その間、適当間隔、例えば、等ピッチ毎にシート厚み計測センサ２、２の計測値を位置データ（ロータリーエンコーダ４ｄより得られる原点からの位置座標値）と共にサンプリング記憶させて誤差マップを作成させる。これにより、シート幅方向のうねりや平坦度等の当該装置固有の誤差マップが作製できたことになる。また、誤差マップ作成用マスターゲージ６をシートの通過位置から退避除去させた後、計測ヘッド３、３を両側の厚み較正用マスターゲージ５の位置まで移動させ、その位置でシート厚みセンサ２、２を上下から厚み較正用マスターゲージ５に相互接近させて両側での計測基準ゲージ値を計測させて位置データと共に設定制御部７に記憶させる。
【００２７】
次に、シートａを図２に例示するようにガイドローラ９及び送りローラ１０を介して本体フレーム１の開口部１ａを通過する状態に設定し、シートａの厚みの測定準備を行う。そして、動作プログラムの設定制御部７のシート厚み計測動作プログラムを選択指定し、シートａの厚みの計測動作を図５の（Ｂ）の動作線(1)’(2)’(3)’のように連続的に計測動作させ、又は、図５の（Ｃ）の動作線(1)”(2)”(3)”のように断続的に計測動作させる。
【００２８】
上記シート厚みの計測において実測された計測データを前記誤差マップで修正してシート厚みの実測値として記録し、ＣＲＴディスプレイ装置にグラフ表示及びデジタル表示させる。この実測値データは適宜プリントアウト可能とされる。そして、このシート厚みの実測値が、目標値を超えるとシートの成形スリット等の間隔を調整させる信号を出させたり、ブザー等で作業者に報知させることになる。
【００２９】
そして、上記シート厚みの計測中、定期的（例えば、一定時間毎に、或いは、毎回とか複数回に１回など）ないし適宜時点で、計測ヘッド３を移動範囲の両端付近の厚み較正用マスターゲージ５、５位置に移動させて上下から相互接近させて本体フレーム１の両側での計測基準ゲージ値を計測させ、両側の計測値から本体フレーム１の左右両側での熱膨張差等に伴う傾きを演算させ、その演算値が許容値以上となれば、計測基準ゲージ値の較正を行わせ、かつ、誤差マップを比例的に修正させ、これで以後のシートａの厚み計測データを比較修正させるようになすものである。なお、上記計測基準ゲージ値の較正は、必要とする計測精度以上の差が両側で生じた場合に行わせるものである。
【００３０】
上記実施例は、本体フレーム１を中空パイプ部材で構成し、ファンにより内部の循環通風路の空気を循環させて各部均一な温度分布にした場合を例示しているが、本発明の装置は、このような構成を持たないものにも適用できる。さらに、本発明の装置は、シート厚み計測センサ２を、接触式のものに置換して適用してもよい。また、誤差マップ作成用マスターゲージ６のスイングアーム機構６ａをエアシリンダやロータリーソレノイド等のアクチュエータで自動的に、誤差マップ作成位置（シート通過位置）と退避位置とに位置決め移動可能に構成することによって、誤差マップ作成用マスターゲージ６を厚み較正用マスターゲージ５に兼用させることが可能となり、これによって、厚み較正用マスターゲージ５の設置を省略することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、接触計測を避ける必要があるシート等に対して、非接触式のシート厚み計測センサを適用して当該装置固有の誤差マップの作成ができ、かつ、シート計測動作中、定期的ないし適宜時点で、本体フレームの両側付近に設置した厚み較正用マスターゲージの位置に計測ヘッドを移動させて計測基準ゲージ値の確認を行わせ、必要であれば計測基準ゲージ値を較正させ、また、この計測基準ゲージ値の較正時には、本体フレームの両側における熱膨張・収縮量の差を演算させ、この差に基いて誤差マップを補正させる。即ち、本体フレームのシート幅方向両側での温度変化に伴う熱膨張・収縮の差から本体フレームの中間各位置での差を比例的に演算させ、これに基いて誤差マップを補正させるのである。このように、誤差マップ自体もシート計測動作中の温度変化を考慮した補正が行えるため、接触計測を避ける必要があるシート等に対しても高精度の厚み計測を行うことができる。勿論、上記以外のシートの厚み計測にも適用することができる。なお、両側の厚み較正用マスターゲージは、必ずしも同じ厚みにしなくてもよく、該ゲージの製作が容易となる。
【００３２】
特に、エア式のシート厚み計測センサを採用すると、センサから噴射されるエアによって、シートからの輻射熱によるセンサ部への影響を軽減することができ、しかも、計測位置において、センサから噴射されるエアによってシートを上下から非接触で保持させることができ、シートのバタツキを防止して正確なシート厚みの計測ができる。
【００３３】
また、本発明は、誤差マップ作成用マスターゲージを、上下の計測ヘッドの何れか一方に、スイングアーム機構を介して、誤差マップ作成時にはシートの通過位置に配置し、それ以外のときにはシートの通過位置から退避可能に設置したものである。これにより、誤差マップ作成時、作業者が手動で、或いは、適宜のアクチュエータにより、自動的に誤差マップ作成位置（シート通過位置）に取出して位置決めクランプさせることができ、作業能率を向上させることができる。特に、自動化すれば、誤差マップ作成用マスターゲージと厚み較正用マスターゲージとを兼用させることができ、これによって、厚み較正用マスターゲージの設置を省略することができる。
【００３４】
さらに本発明は、シート厚み計測センサが接触式である場合にも適用でき、取り扱うシートの特性や条件等に応じてセンサを取替えることにより、あらゆるシートへの適用が可能となる。
【００３５】
特に、エア式のシート厚み計測センサを採用すると、センサから噴射されるエアによって、シートからの輻射熱によるセンサ部への影響を軽減することができ、しかも、計測位置において、センサから噴射されるエアによってシートを上下から非接触で保持させることができ、シートのバタツキを防止して正確なシート厚みの計測ができる。
【００３６】
また、本発明は、シート厚み計測センサが接触式である場合にも適用でき、取り扱うシートの特性や条件等に応じてセンサを取替えることにより、あらゆるシートへの適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の全体の概略正面図。
【図２】本発明装置の全体の概略側面図。
【図３】本発明で使用する非接触式のシート厚み計測センサの一例を示す要部概略縦断側面図。
【図４】厚み較正用マスターゲージ及び誤差マップ作成用マスターゲージの構成例を示す要部概略正面図。
【図５】（Ａ）は誤差マップ作成時の計測ヘッド及び計測センサの動作プログラム線図、（Ｂ）（Ｃ）はシート厚み計測動作中における計測ヘッド及び計測センサの連続及びピッチ送り時の動作プログラム線図。
【符号の説明】
ａシート
１本体フレーム
２シート厚み計測センサ
３計測ヘッド
４移動機構
５厚み較正用マスターゲージ
６誤差マップ作成用マスターゲージ
７動作プログラムの設定制御部
８基台

Claims

シートを通過させるべき開口部を有する枠状の本体フレームと、
先端に非接触式のシート厚み計測センサを有し、上下に対向設置され、接近離隔手段により通過するシート面に前記シート厚み計測センサを上下から相互に接近離隔可能に支持した計測ヘッドと、
計測ヘッドをシートの通過方向に直交する幅方向に移動させる移動機構と、
計測ヘッドの移動範囲の両端付近に配置される厚み較正用マスターゲージと、
シートの幅方向の誤差マップ作成時にシートの通過位置に配置され、それ以外のときには退避除去可能とされると共に前記上下の計測ヘッドのいずれか一方に設置された誤差マップ作成用マスターゲージと、
計測ヘッド及び移動機構に所定の動作を行わせるための動作プログラムの設定制御部とを具備させ、
予め、設定した動作プログラムにより前記シート厚み計測センサを誤差マップ作成用マスターゲージに上下から相互接近させた姿勢で前記計測ヘッドを移動させてシート幅方向のうねりや平坦度等の当該装置固有の誤差マップを作製させ、かつ、前記シート厚み計測センサを厚み較正用マスターゲージに上下から相互接近させて計測基準ゲージ値を確認させ、その後のシート厚みの計測において実測された計測データを上記誤差マップで修正してシート厚みの実測値とし、
シート厚みの計測中、定期的ないし適宜時点で、計測ヘッドを移動範囲の両端付近の厚み較正用マスターゲージ位置に移動させて前記シート厚み計測センサを上下から相互接近させて前記厚み較正用マスターゲージを計測し、両側での計測値の差が許容値以上であれば計測基準ゲージ値を較正させ、かつ、この較正値から上記シート幅方向の誤差マップを修正させ、これで以後の計測データを比較修正させるようになし、
前記厚み較正用マスターゲージを退避可能とし、
前記誤差マップを作成する際に、前記シート厚み計測センサを誤差マップ作成用マスターゲージに上下から相互接近させた姿勢で前記計測ヘッドを前記移動範囲の一端から他端まで、誤差マップ作成用マスターゲージで厚み較正用マスターゲージを押圧退避させつつ移動させることを特徴とするシート厚み計測装置。
誤差マップ作成用マスターゲージを、上下の計測ヘッドの何れか一方に、スイングアーム機構を介して、誤差マップ作成時にはシートの通過位置に配置し、それ以外のときにはシートの通過位置から退避可能に設置したことを特徴とする請求項１記載のシート厚み計測装置。
シート厚み計測センサが接触式であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシート厚み計測装置。