JP6809276B2

JP6809276B2 - ローラーの表面形状測定装置および測定方法

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Publication number: JP6809276B2
Application number: JP2017027516A
Authority: JP
Inventors: 松本　忠; 忠松本
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: JP2018132464A

Description

本発明は、ローラーの表面形状測定装置および測定方法に関する。

従来、ローラー表面の３次元形状を測定する装置としては、例えば、特許文献１に記載されているように、被測定ローラーを回転させながら、非接触式の距離計を回転軸方向に移動させつつ連続的にその距離を測定する技術が提案されている（特許文献１）。しかしながら、この技術で、例えば樹脂フィルムの製造装置や鋼板の製造装置などに用いられるような大型のローラーの表面にある微少な欠点を検知しようとすれば、被測定ローラーの周方向にも軸方向にも、検知しようとする欠点の大きさよりも小さなピッチで測定しなければならないため、ローラー表面全体を測定するのに膨大な時間を要するという問題があった。

この問題を解決する技術として、回転円筒体であるタイヤの３次元形状測定装置であり、回転するタイヤにスリット光を照射しその反射光を撮像することにより、連続的に２次元形状を測定することでタイヤ表面の３次元形状を得る技術が提案されている（特許文献２）。この技術によれば照射光をスリット光としたことで２次元の測定が出来るため、大幅に測定時間を短縮することが可能となる。

特開平４−３０３７０２号公報特開平１１−１３８６５４号公報

しかしながら、特許文献１、２には次のような問題がある。まず、表面の付着異物をローラー表面の欠点であると誤って検出してしまうという問題があり、これを避けるために、高度にクリーンな環境下で測定を行う必要がある。さらに、欠点のローラー周方向の大きさを測定するにあたっては、測定位置情報を被測定ローラーの回転量から得る構成となっているために、被測定ローラーの外径が変わると検出される欠点の大きさが変わるうえ、被測定ローラーの外径によって周方向の測定分解能が変わってしまうことになる。よって、正確な欠点の大きさを得るためには、測定前にローラーの外径を測定しておく必要がある。それに加えて、外径変化のあるローラー、例えば、クラウンローラーやコンケーブローラー、テーパーローラーといったローラーを被測定ローラーとしたときに正確な欠点の大きさを得るためには、複雑な処理を行う必要があるため、コストや手間がかかるうえ、外径情報の入力作業を要することによる人為的な測定ミスが引き起こされてしまうという問題がある。

本発明の目的は、高度にクリーンな環境下でなくても付着異物による誤測定がなく、被測定ローラーの外径によらず常に一定の分解能でローラーの表面形状を測定することで、一定の検出精度で欠点を検出することが出来るローラー表面形状の測定装置および測定方法を提供することにある。

上記課題を解決する本発明のローラー表面形状測定装置は、被測定ローラー表面の３次元形状を測定するローラー表面形状測定装置であって、
前記被測定ローラーを回転可能に支持するローラー支持機構と、
スリット光を前記被測定ローラー表面に照射しその反射光を受光して、外部からのトリガー信号に応じて間欠的に被測定ローラー表面の２次元形状を測定する２次元形状測定手段と、
表面に粘着性のゴムが被覆され回転可能に支持された粘着ローラーと、
前記２次元形状測定手段を支持し、かつ前記粘着ローラーを前記被測定ローラー表面に接触させつつ、前記粘着ローラーと前記被測定ローラーとの接触点の法線に平行な軸を中心として前記粘着ローラーの回転軸が回転可能であるように支持する支持手段と、
前記支持手段と連結され、前記被測定ローラーの回転軸方向と平行に移動する移動支持機構と、
前記２次元形状測定手段のスリット光が前記被測定ローラー表面を略円周方向に走査した長さを測定し、一定の走査長さ毎に前記トリガー信号を出す測長手段と、を備えている。

本発明のローラー表面形状測定装置は、以下の１つまたは複数の特徴を備えていることが好ましい。
・前記測長手段が、前記粘着ローラーに取り付けられて粘着ローラーの回転角を検出するロータリーエンコーダーである。
・前記粘着ローラーの外径が、粘着ローラーの軸方向端部から中央部に向かって漸減している。
・前記粘着ローラーをその回転軸方向に移動可能に支持する粘着ローラー可動手段を備えている。
・前記粘着ローラーを第１の粘着ローラーとし、
表面に粘着性のゴムが被覆され回転可能に支持された粘着ローラーであって、前記被測定ローラー表面に接触しつつ、被測定ローラーとの接触点の法線に平行な軸を中心として回転軸が回転可能であるように支持された１つまたは複数の第２の粘着ローラーをさらに備え、
前記第１の粘着ローラー、および前記１つまたは複数の第２の粘着ローラーは、それぞれが異なる回転軸をもっている。
・前記第２の粘着ローラーの外径が、粘着ローラーの軸方向端部から中央部に向かって漸減している。
・前記第２の粘着ローラーの少なくとも１本をその回転軸方向に移動可能に支持する第２の粘着ローラー可動手段を備えている。

上記課題を解決する本発明のローラー表面形状測定方法は、被測定ローラーを回転させながら、スリット光を被測定ローラー表面に照射しその反射光を受光することで２次元形状を測定する２次元形状測定手段で２次元形状を測定しつつ、前記２次元形状測定手段を前記被測定ローラーの回転軸方向と平行に移動させることで前記被測定ローラー表面の３次元形状を測定するローラー表面形状の測定方法であって、
前記２次元形状測定手段のスリット光が前記被測定ローラー表面上を移動する経路を、スリット光が略円周方向に走査する前に表面に粘着性のゴムを被覆した粘着ローラーで接触させつつ、被測定ローラーを回転させ、
前記２次元形状測定手段のスリット光が前記被測定ローラー表面を略円周方向に一定の長さ走査する毎に、２次元形状測定手段で、前記粘着ローラーに接触された後の被測定ローラー表面の２次元形状を間欠測定する。

本発明のローラー表面形状測定方法は、前記粘着ローラーの外径が、前記粘着ローラーの軸方向端部から中央部に向かって漸減していることが好ましい。

本発明における各用語は以下のように定義する。

「粘着性のゴム」とは、表面に粘着力を有するゴムをいい、ゴムそのものに粘着性を有するもののほか、ゴムに粘着剤を含有させることで粘着力を発現させたものも含む。

「スリット光」とは、光の進行方向に垂直な平面上に投光される光の形状における長辺が、その長辺と垂直な方向の長さに対して１０倍以上の長さである光をいう。

「トリガー信号」とは電気的な信号であって、その信号の電圧または電流の値が、任意の閾値を超えるまたは下回ることを合図として、信号の受信対象に何らかの動作の開始、または終了を指令するものをいう。

「２次元形状測定手段」とは、任意の幅において複数の測定点を持ち、各測定点における被測定対象と当該２次元形状測定手段との距離または距離の変化を測定することで測定対象の任意幅内における表面形状を測定する手段をいう。

「粘着ローラーと被測定ローラーとの接触点の法線に平行な軸を中心として粘着ローラーの回転軸が回転可能である」とは、機構上の回転軸と当該法線が一致するものに限らず、機構上の回転軸から離れた位置に粘着ローラーの回転軸および前記法線があっても、粘着ローラーの回転軸が前記法線に平行な軸を中心に回転可能であればよい。例えば、図６には被測定ローラーと粘着ローラーの側面図およびこれらの接触点の法線方向の投影図を示すが、ここに示されるように粘着ローラーの回転軸Ｃは機構上の回転軸である粘着ローラー支持手段８の回転軸Ｓを中心に回転し、回転軸Ｓは法線Ｎと平行となっている。

「２次元形状測定手段のスリット光が被測定ローラー表面を略円周方向に走査した長さ」とは、実際にスリット光が被測定ローラー表面上を走査した方向の長さをいい、例えば、被測定ローラーの回転に連動して移動支持機構及び支持手段を介して２次元形状測定手段を被測定ローラーの回転軸と平行な方向に移動させる場合では、スリット光は被測定ローラー表面上を厳密な円周方向に対して斜めに走査することになるため、この斜めに走査した長さをいい、これは厳密な円周方向の長さよりも長くなる。

「粘着ローラーの外径が、粘着ローラーの軸方向端部から中央部に向かって漸減している」とは、粘着ローラーの外径が厳密な軸方向中央から端に向かって大きくなっているものに限らず、外径の小さい部分の両側に連続的に外径が大きくなる部分を持っている形状を含んでいればよい。例えば、一度端部に向かって外径を大きくした後、さらに端部に向かって小さくするような形状や外径の最も小さい部分が厳密な軸方向中央ではない形状であっても同一の効果を奏するためこれを含む。

「粘着ローラーを粘着ローラーの回転軸方向に移動可能に支持する」とは、図４に示すように粘着ローラー２の円筒状表面が粘着ローラー２の回転軸方向にスライド可能な機構によって支持されていることを指す。

「異なる回転軸を持つ」とは、各々の回転軸が同一直線上にないことをいう。

本発明のローラー表面形状の測定装置および測定方法によれば、高度にクリーンな環境下でなくても付着異物による誤測定がなく、被測定ローラーの外径によらず常に一定の分解能でローラーの表面形状を測定できるので、一定の検出精度で欠点を検出することが出来る。

本発明のローラー表面形状測定装置の一実施形態を示す概略上面図である。本発明のローラー表面形状測定装置の別の実施形態を示す概略上面図である。本発明のローラー表面形状測定装置の、さらに別の実施形態を示す概略上面図である。本発明のローラー表面形状測定装置の、さらに別の実施形態を示す概略上面図である。本発明のローラー表面形状測定装置の、さらに別の実施形態を示す概略上面図である。本発明における粘着ローラーの動きを示す概略側面図および投影図である。本発明における２次元形状測定手段の測定結果の一例を示すグラフ（ａ）と、２次元形状測定手段の測定結果から得られる３次元表面形状測定結果の一例を示すグラフ（ｂ）である。本発明における粘着ローラーの支持機構の一例を示す概略側面図および上面図である。

以下、本発明の最良の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のローラー表面形状測定装置の概略正面図である。本発明が対象とする被測定ローラー１としては、およそあらゆるローラーに適用可能であるが、外径１００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、面長１ｍ以上１０ｍ以下の比較的大型のローラーに好適に用いられる。例えば、製紙装置やプラスチックフィルムの製膜装置、金属帯の圧延装置、およびウェブ帯のコーティングや蒸着と言った後次加工設備などに用いられるローラーや、印刷装置や複写装置などに用いられるローラーが挙げられる。特に本発明を用いれば大型のローラーであっても微細な表面欠点を検出可能であるためローラー表面の微細な凹凸が製品の欠陥に直結する用途、例えば、熱可塑性樹脂を２本のローラーで挟圧冷却しプラスチックフィルムを得るプラスチックフィルムの製膜装置に用いられるニップローラーなどの微小な表面欠陥を好適に検出することが可能である。

本発明において、被測定ローラー１はローラーの回転軸を中心として回転可能に支持するローラー支持機構４によって少なくとも２カ所を支持されている。ローラー支持機構４は、例えば、ベアリングの内輪に軸を嵌合して支持したものを２個並べて軸を支持し、それらベアリングの外輪上に被測定ローラー１を乗せて支持するものや、単に被測定ローラー１の軸にベアリングを嵌合してそのベアリングを支持するものを使用してもよいし、旋盤や研削盤といった既存の装置のチャック機構やセンター支持機構を使用してもよい。

回転可能に支持された被測定ローラー１は図示しない回転駆動手段に連結され、回転駆動されていることが好ましい。回転駆動手段は、例えば、ＡＣモーターやＤＣモーターといった一般的なモーターを用いることができ、必要に応じて変速機構を設けてもよい。回転駆動手段によって一定の速度で被測定ローラー１を回転させることによって、回転速度が速すぎることで、２次元形状測定手段３の測定可能速度を超えてしまい測定漏れが起きることを防ぐことが出来たり、回転に要する労力を削減出来る。ただし、例えば、被測定ローラー１を使用する装置上やその付近など、スペースが狭く大がかりな装置構成が適さない場所などでは、手動で被測定ローラー１を回転させて測定することも可能である。

本発明における２次元形状測定手段３は、スリット光３１を被測定ローラー１の回転軸に略平行になるように被測定ローラー１の表面に照射し、その反射光を観測し、被測定ローラー１の表面のスリット光照射域における２次元形状を測定するものである。スリット光３１は各種光源を光学的にスリット形状としたものを適宜利用することが出来るが、半導体レーザー光であることが好ましく、その波長は４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましい。上記波長の半導体レーザー光であれば、例えば、各種ローラーの被覆材として多く用いられるシリコーンゴムのような、透過性または半透過性の表面材を被覆した被測定ローラー１であっても安定した反射光を得ることが出来るため、精度良くその形状を測定することが出来る。

観測する反射光は被測定ローラー１の表面材質およびプロファイルによる反射率によって、正反射光または散乱反射光を適宜選択する。例えば、鏡面のような反射率の高い表面に対しては正反射光を観測し、ゴム表面のようなマット面に対しては散乱反射光を観測することが好ましい。

反射光を観測する手段としてはＣＭＯＳやＣＣＤといった撮像素子を好ましく使用することが出来る。なお、観測する反射光は照射したスリット光３１の全ての反射光でなくともよい。例えば、スリット光３１の長辺方向端部では光学的に十分な反射光が得られない場合はスリット光３１の端部を除く部分のみを観測してもよい。

上記のような２次元形状測定手段は市販されており、それらはスリット光３１の照射装置と観測装置が一体となっている場合が多いので調整、保守が容易なうえ、軽量でコンパクトであるため、本発明のローラー表面形状測定装置を可搬式として運用することが可能となり、製作コストも抑えることが出来るため好ましい。

スリット光３１の被測定ローラー１の表面上での照射サイズは検出しようとする欠点の大きさや被測定ローラーの大きさ、および反射光の観測手段の大きさなどによって適宜決定されるが、長手方向の長さが３ｍｍ以上３００ｍｍ以下、短手方向の幅が１０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。長手方向の長さが３ｍｍ以上であると、大型のローラーを測定する場合でも、測定時間が短く済むので好ましい。長手方向の長さが３００ｍｍ以下であると、精度良く測定することができるので好ましい。例えば、観測手段としてＣＣＤやＣＭＯＳといった撮像素子を用いる場合、２次元測定手段３のスリット光３１の長辺方向の測定分解能は、およそ、観測する反射光の幅を撮像素子の同方向における画素数で除した値となるので、観測する反射光の幅が３００ｍｍ以下であれば、微小な欠点を観測するのに十分な分解能にすることができる。

本発明のローラー表面形状測定装置は表面に粘着性のゴムを被覆し回転可能に支持された粘着ローラー２を備える。これにより粘着ローラー２によって被測定ローラー１の表面上の付着異物を２次元形状測定手段３のスリット光３１が走査される前に、すなわち２次元形状の測定が行われる前に連続的に除去することが可能となり、測定前および測定中の落下塵や浮遊塵が付着することよる表面形状の誤測定、ひいては欠点の誤検知を防止することが出来る。

粘着ローラー２は鋼やアルミニウム、プラスチックや繊維強化樹脂といった一般的な機械構造材料を芯金として用いることが出来る。芯金の周りには粘着ゴムを被覆し、必要に応じて研磨や各種表面処理を行う。粘着ゴムとしては、例えば、ニトリルゴムやブチルゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴムといったゴムおよびこれらのゴムに粘着剤や帯電防止剤といった添加剤を添加したものを適宜用いることが出来る。粘着ゴムのゴム硬度はＨｓ１０ＪＩＳＡからＨｓ６５ＪＩＳＡ（ＪＩＳＫ６３０１：１９９５）のものを好ましく用いることができる。ゴム硬度がＨｓ１０ＪＩＳＡ以上であると、容易にローラー状に精度良く成型することができる。Ｈｓ６５ＪＩＳＡ以下であると、十分にゴムが変形することができるので、被測定ローラー１との接触が点接触に近くなることを避け、十分な接触面積を得られる。粘着ゴムの粘着力は特に制限されず、被測定ローラー１の表面上の付着異物を捕捉、保持可能な粘着力であればよい。

上記２次元形状測定手段３と粘着ローラー２は支持手段５によって支持される。２次元形状測定手段３は被測定ローラー１の表面との距離および角度が簡易に調整出来るよう、調整手段を介して支持手段５に支持されていることが好ましい。調整手段は、例えば、市販の一軸ステージや多軸ステージを好ましく用いることができる。特に、スリット光と被測定ローラーの回転軸は平行に近いほど、高精度に測定が可能となるため、ゴニオステージなどの角度調整機構が設けられていることが好ましい。また、例えば、旋盤や研削機といった加工機を利用する場合、刃物台の調整機構を利用してもよい。

粘着ローラー２は、粘着ローラー２と被測定ローラー１との接触点の法線Ｎに平行な軸Ｓを中心に粘着ローラー２の回転軸Ｃが回転可能であるように支持手段５の粘着ローラー支持手段８によって支持されている。このように粘着ローラー２を支持することにより、被測定ローラー１を回転させつつ、２次元形状測定手段３を被測定ローラー１の回転軸方向Ｄｐに移動させたときに、粘着ローラーは自然に２次元形状測定手段３のスリット光３１の走査方向にならって被測定ローラー１の表面上を被測定ローラー１の回転軸に対して斜めに転がって付着異物を捕捉しながら移動することが出来、かつ粘着ローラー１の粘着性によって高い摩擦力が得られるため、互いのローラーは滑りを生じることがない。互いのローラーが滑らないため、例えば、被測定ローラー１がシリコーンゴムローラーのような非常に傷つきやすいローラーであっても、表面に傷を付けることがない。また、後述するように粘着ローラー１にロータリーエンコーダー７を接続して走査長さを検出する場合においても、滑りがないことで正確に検出することが出来る。粘着ローラー２と被測定ローラー１との接触点の法線Ｎに平行な軸Ｓを中心に粘着ローラー１の回転軸Ｃが回転可能であるように支持する機構としては、例えば、図１に示すように粘着ローラー２を粘着ローラー２支持する支持アーム５１の支点軸５２を球面軸受で支持したり、図８に示すように、支持アーム５１の支点部に被測定ローラー１の回転軸に直交する方向に空けた未貫通穴８１に、回転可能となるよう軸８２を挿入し、軸８２に直交するように挿通された支点軸５２を支持することで可能となる。

２次元形状測定手段３と粘着ローラー２を支持する支持手段５は移動支持機構６によって、被測定ローラー１の回転軸と平行に移動することが出来る。被測定ローラー１を回転させながら、移動支持機構によって二次元形状測定手段３を被測定ローラー１の回転軸と平行に移動させることによって、二次元形状測定手段３は被測定ローラー１の表面を被測定ローラー１の回転方向Ｄｒに対して斜めに走査することが可能となる。また、移動支持機構６が被測定ローラー１の回転角に連動して移動する機構を備え、被測定ローラー１が１回転する間に２次元形状測定手段３が被測定ローラー１の回転軸と平行な方向に２次元形状測定手段３の被測定ローラー回転軸方向Ｄｐの測定範囲以下の距離だけ進むようにすることで、被測定ローラー１の表面の全面をくまなく測定することが出来るため好ましい。移動支持機構６としては市販のリニアガイドや、リニアベアリングとシャフトの組み合わせ、およびラックピニオンやボールネジなどを好適に用いることが出来る。

本発明のローラー表面形状測定装置には２次元形状測定手段３のスリット光３１が被測定ローラー１の表面を略円周方向に走査した長さを測定し、一定の走査長さ毎に２次元形状測定手段３が間欠的に測定を行うためのトリガー信号を出す測長手段を備えている。被測定ローラー１の表面上におけるスリット光３１の一定の走査長さ毎に信号を出し、それをトリガーとして間欠的に２次元形状を測定することで、測定された欠点の周方向の大きさを被測定ローラー１の外径によらず、一定の分解能で測定することが出来る。例えば、テーパーローラーやクラウンローラーのように被測定ローラー１の外径が被測定ローラー１の軸方向で異なる場合であっても、２次元形状測定手段３が間欠測定するためのトリガーは被測定ローラー１の表面上の走査長さを基に発信されるため、例えば、欠点検出に用いる場合であれば、一定の分解能で欠点の周方向の大きさを測定でき、被測定ローラー１の軸方向測定位置における外径を測定して計算しなくてもよい。また、多様な外径を持つローラー群を被測定ローラー１として測定する場合にも、欠点の被測定ローラー周方向の大きさを特定するために被測定ローラーの外径を用いる必要が無いため、そのための手間や人為的なミスを無くすことが出来る。

測長手段としては、例えば、図２に示すようにローラーエンコーダー７１を被測定ローラー１の表面に接触させて用いたり、非接触式のレーザードップラー測長器を用いたりすることが出来るが、図１に示すようにロータリーエンコーダー７を用いて粘着ローラー２の回転角を検出することが特に好ましい。通常のローラーエンコーダー７１を用いる場合、被測定ローラー１とローラーエンコーダー７１の間に滑りが発生することがあり、測定誤差や傷の原因となることがある。また、滑りを防止するためにローラーエンコーダー７の被測定ローラー１に対する接触圧を強くすると、被測定ローラー１がゴムローラーである場合に、被接触ローラー１の表面のゴムにローラーエンコーダー７１の接触痕が残ってしまう場合がある。測長手段が粘着ローラー２に取り付けたロータリーエンコーダー７であれば、小さな接触圧力でも滑りを生じることがないため、被測定ローラー１がゴムローラーであっても接触痕を残すことなく、かつ滑りによる誤差無く測定することができる。また、レーザードップラー測長器は非接触で長さを測定できるためこれらの問題が生じることがないが、コストが高くなるし、正確な測定のためには走査方向と設置角度を厳密に合わせなければならないため調整が難しく装置が大がかりになる場合が多い。粘着ローラー２に取り付けたロータリーエンコーダー７であれば、前述の通り粘着ローラー２は粘着ローラー支持手段８によって、２次元形状測定手段３のスリット光３１の走査方向に自然にならうため、調整が不要であるし、レーザードップラー測長器に比べて数十分の一以下のコストで設置出来る。なお、測長手段が粘着ローラー２に取り付けたロータリーエンコーダー７である場合、被測定ローラー１の表面上のローラー周方向の長さの測定分解能は粘着ローラー２の周長をロータリーエンコーダー７が１回転で発生するパルス数で除した値となる。例えば、１０μｍの分解能で測定したい場合、ローラーエンコーダーの１回転あたりの発生パルスが２００００回であれば、粘着ローラー２の周長を２００ｍｍに、すなわち外径を６３．７ｍｍとすればよい。

また、本発明における粘着ローラー２の外径は、図３に示すように粘着ローラー２の軸方向端部から中央部に向かって漸減していることが好ましい。前述の通り粘着ローラー２は被測定ローラーの表面上を被測定ローラー１の周方向に対して斜めに転がり移動するために、両ローラーは幾何学的には点接触となる。実際には粘着ローラー２の粘着ゴムおよび被測定ローラー１がゴムローラーの場合、非測定ローラー１のゴムも弾性変形するため、一定の接触幅を形成するから、２次元形状測定手段３の測定幅が接触幅以下であればよい。しかしながら、測定時間を短縮するために、２次元形状測定手段３の測定幅を大きくし、回転軸方向Ｄｐの送り量を大きくしたい場合はより大きな接触幅が必要となるし、被測定ローラー１の外径が小さい場合は被測定ローラー１の周方向に対する粘着ローラー２の進行方向の角度が大きくなるために、より点接触に近づいてしまうため接触幅は狭くなり、不足してしまうことがある。粘着ローラー２の外径が粘着ローラー２の軸方向端部から中央部に向かって漸減している形状であれば、接触幅を広げることが出来るため、上記の場合でも付着異物による誤検出を防止することが可能となる。

また、本発明のローラー表面形状測定装置には、粘着ローラー２をその回転軸方向に移動可能に支持する粘着ローラー可動手段９を備えていることが好ましい。前述のように、被測定ローラー１と粘着ローラー２はその接触幅においてのみ接触するため、粘着ローラー２の軸方向の長さに関わらず、実質的に被測定ローラー１の表面上の付着異物を除去できる面積は、接触幅×粘着ローラー２の周長となる。したがって、例えば、大型のローラーを測定する場合や非常に付着異物の多い環境で測定する場合には、測定の途中で粘着ローラー２の異物捕捉能力が不足し、付着異物による誤検出が増加するおそれがある。粘着ローラー２をその軸方向に移動可能となるように支持し、測定中に粘着ローラー２の軸方向における被測定ローラーとの接触位置をずらしていけば、粘着ローラー２の接触範囲を広げることができるため、これらの場合でも、付着異物による誤検出を防止することが可能である。粘着ローラー可動手段９としては、例えば、粘着ローラ２の中心軸をスクリューおよびモーターで移動させる機構などが挙げられる。

また、同様の理由から、前述の粘着ローラー２の他に被測定ローラー１の表面に接触しつつ、被測定ローラーとの接触点の法線に平行な軸を中心として回転軸が回転可能であるように支持された１つ以上の粘着ローラー（第２の粘着ローラー１０）をさらに備え、それぞれの粘着ローラーが、各々異なる回転軸をもっていることが好ましい。このように回転軸の異なる複数の粘着ローラーを用いることでも粘着ローラーの接触範囲を広げることができる。さらに、接触幅も第２の粘着ローラーの数の分だけ増加するから、接触幅が不足してしまうことを防止することもできる。

また、これら第２の粘着ローラー１０の少なくとも１本の外径が第２の粘着ローラー１０の軸方向端部から中央部に向かって漸減している形状であれば、接触面積が拡大し、より多くの面積を使用して付着異物を取り除くことができるため、好ましい。

さらに、これら第２の粘着ローラー１０の少なくとも１本をその回転軸方向に移動可能に支持する第２の粘着ローラー可動支持手段を備えていると、粘着ローラーの接触範囲を広げることができるため、好ましい。

本発明のローラー表面形状の測定方法では、上述のローラー表面形状の測定装置を用い、被測定ローラー１を回転させながら、２次元形状測定手段３で２次元形状を測定しつつ、２次元形状測定手段３を被測定ローラー１の回転軸方向と平行に移動させることで被測定ローラー１の表面の３次元形状を測定する。同時に、２次元形状測定手段３のスリット光３１が被測定ローラー１の表面上を移動する経路を、スリット光３１が略円周方向に走査する前に粘着ローラー２で接触させ、２次元形状測定手段３は粘着ローラー２に接触された後の被測定ローラー１の表面の２次元形状を２次元形状測定手段３のスリット光３１が被測定ローラー１の表面を略円周方向に一定の長さ走査する毎に間欠測定する。

被測定ローラー１の回転速度は、被測定ローラー１の周方向における所望の測定分解能や２次元形状測定手段３が２次元形状を間欠的に測定することが出来る測定周期、測定した２次元形状を基に３次元形状としてリアルタイムに画像化する場合には、その処理速度などによって適宜決定される。例えば、被測定ローラー１の周方向の必要測定分解能が１０μｍであって、２次元形状の測定可能最短周期が１マイクロ秒の場合、被測定ローラーの周速度は１０ｍｍ／秒以下の範囲で決定される。

本発明のローラー表面形状の測定方法では被測定ローラー１を回転させながら２次元形状測定手段３を被測定ローラー１の回転軸方向と平行に移動させることで、被測定ローラー１の外周面の３次元形状を測定する。被測定ローラー１の回転および２次元形状測定手段３の移動は連続的に行われることが好ましく、また、被測定ローラー１回転毎の２次元形状測定手段３の移動量を２次元形状測定手段３の測定幅以下とすることで、被測定ローラー表面を隙間無く測定することが出来るため、好ましい。

また、本発明のローラー表面形状の測定方法では、２次元形状測定手段３のスリット光が被測定ローラー１の表面上を移動する経路を、スリット光３１が略円周方向に走査する前に表面に粘着性のゴムを被覆した粘着ローラー２で接触させる。これにより２次元形状手段３が被測定ローラー１の表面形状を測定する前に、付着異物が除去されるため、付着異物を表面形状として測定し、表面欠陥として誤検知してしまうことがない。粘着ローラー２を被測定ローラー１に接触させる際の荷重は１Ｎ〜５０Ｎが好ましい。荷重が１Ｎ以上であると、被測定ローラー表面を粘着ローラー２が転がる際に、粘着ローラー２がバウンドしてしまうようなことが起こらない。また、特に被測定ローラー１がゴムローラーである場合、被測定ローラー１と粘着ローラー２の接触圧が過大であると、被測定ローラー１に粘着ローラー２との接触痕が残ってしまう可能性があるが、荷重が５０Ｎ以下であればこのような不具合も生じない。

また、本発明のローラー表面形状の測定方法では、２次元形状測定手段３のスリット光３１が被測定ローラー１の表面を略円周方向に一定の長さ走査する毎に、２次元形状測定手段３で粘着ローラー２に接触された後の被測定ローラー１の表面の２次元形状を間欠測定する。ここで、一定の長さとは測定したい表面形状や検出したい表面欠点の大きさおよび分解能によって適宜決定される。例えば、一定の長さが、検出したい表面欠点の被測定ローラー１の周方向の最小長さの１／３以下であると、欠点内で少なくとも２回以上、２次元形状の間欠測定が行われるため、電気的なノイズなどと区別ができるため好ましい。また、例えば、表面形状を１０μｍの分解能で測定したいのであれば、１０μｍ以下の長さ毎に間欠測定することで可能となる。

図７（ａ）には２次元形状の測定結果の一例のグラフを示す。ここで横軸はスリット光３１の長手方向、縦軸は被測定ローラー１の表面の高さである。このように間欠測定して得られた２次元形状データは、図７（ｂ）に示すように取得順に並べることで容易に３次元形状を視覚的に把握することができる。また、コンピュータープログラムによって、予め設定しておいた閾値以上の大きさや高さ、深さを持つ欠点部分のみを抽出して表示したり、予め設定しておいた形状データとことなる形状であった場合のみを抽出して表示したりすることも可能である。

（実施例１）
図２に示す本発明のローラー表面形状測定装置を用いて、外径２５０ｍｍ、面長３ｍ、表面材質がクロムめっきであるプラスチックフィルム製膜用ローラーの表面形状を測定し、欠点検査を行った。測定環境は清浄度クラス７（ＪＩＳＢ９９２０）であった。２次元測定手段３として、幅４８ｍｍ、波長４０５ｎｍのレーザー光をスリット光としその反射光を測定幅３２ｍｍで測定するキーエンス製２次元レーザー変位計（ＬＪ−Ｖ７０８０）を用い、移動支持手段６は被測定ローラーが１回転する間に被測定ローラー１の軸方向と平行に２次元レーザー変位計を３０ｍｍ移動させる機構とした。使用した粘着ローラー２の外径は６２．７ｍｍ、粘着ゴムとしてブチルゴムを厚さ５ｍｍで被覆し、ゴム硬度はＨｓ４０ＪＩＳＡとした。測長手段として外径６２．７ｍｍ、１回転あたり２０００パルスを発信するローラーエンコーダーを用い、被測定ローラー１の周方向の測定分解能は１００μｍであった。

２次元レーザー変位計の測定結果をコンピュータープログラムにて配列し３次元形状データとし、高さ及び深さが５０μｍ以上で長辺が５００μｍ以上のものを仮欠点と判定した。その後、判定された欠点を目視にて観察し、表面欠点であるか、付着異物による誤検知であるかを判定し、誤検知数を計数した。

（実施例２）
実施例１と同じローラー表面形状測定装置を用い、同じ測定環境下で外径５００ｍｍ、面長５ｍ、表面材質がゴム硬度Ｈｓ６０ＪＩＳＡのシリコーンゴムであるプラスチックフィルム製膜用ローラーの欠点検査を行った。

（実施例３）
測長手段として粘着ローラー２の軸に取り付けた１回転あたり２０００パルスを発信するロータリーエンコーダーを用いたこと以外は実施例１と同じローラー表面形状測定装置を用い、同じ測定環境下で、実施例２と同じ被測定ローラーの欠点検査を行った。

（実施例４）
２次元形状測定手段として、幅９０ｍｍ、波長４０５ｎｍのレーザー光をスリット光としその反射光を測定幅６２ｍｍで測定するキーエンス製２次元レーザー変位計（ＬＪ−Ｖ７２００）を用い、移動支持手段は被測定ローラー１が１回転する間に被測定ローラー１の軸方向と平行に２次元レーザー変位計を６０ｍｍ移動させる機構としたこと以外は実施例１と同じローラー表面形状測定装置を用い、同じ測定環境下で、実施例１と同じ被測定ローラーの欠点検査を行った。

（実施例５）
粘着ローラー２外径を端部から中央部に向かって０．２ｍｍ漸減させた以外は実施例４と同じローラー表面形状測定装置を用い、同じ測定環境下で、実施例１と同じ被測定ローラーの欠点検査を行った。

（実施例６）
粘着ローラー可動手段として図４に示す粘着ローラー可動機構を備えたこと以外は実施例１と同じローラー表面形状測定装置を、同じ測定環境下で、実施例２と同じ被測定ローラーの欠点検査を行った。ローラーの表面形状を測定している間、粘着ローラー可動手段によって粘着ローラーを軸方向に少しずつ動かした。

（実施例７）
図５に示す第２の粘着ローラー１０を２本備えたこと以外は実施例１と同じローラー表面形状測定装置を、同じ測定環境下で、実施例２と同じ被測定ローラーの欠点検査を行った。第２の粘着ローラー１０は、外径が６２．７ｍｍ、粘着ゴムとしてブチルゴムを厚さ５ｍｍで被覆し、ゴム硬度がＨｓ４０ＪＩＳＡの粘着ローラーであった。

（比較例１）
粘着ローラーを備えず、測長手段として被測定ローラーの回転角を検出する、１回転あたり５０００パルスを発信するロータリーエンコーダーを用いたこと以外は実施例１と同じローラー表面形状測定装置を用い、同じ測定環境下で、実施例１と同じ被測定ローラーの欠点検査を行った。

（比較例２）
比較例１と同じローラー表面形状測定装置を用い、実施例１と同じ測定環境下で、実施例２と同じ被測定ローラーの欠点検査を行った。

上記実施例および比較例による被測定ローラー周方向の測定分解能および異物による欠点の誤検知数を表１、２に示す。

実施例１から６では、粘着ローラーが設けられていることによって異物付着による誤検知が著しく減少した。また、被測定ローラーの一定回転角毎に発信するロータリーエンコーダーのパルスを２次元レーザー変位計のトリガー信号としている比較例１および２が被測定ローラーの外径によって分解能が変化してしまっているのに対し、被測定ローラーの表面を走査した一定長さ毎にトリガー信号を出すローラーエンコーダーおよび粘着ローラーに取り付けたロータリーエンコーダーのパルスをトリガー信号としている実施例１から６では、被測定ローラーの回転角によらず一定の分解能で測定出来ている。さらに、１回転あたりのパルス数が比較例で使用したロータリーエンコーダーよりも少ないにもかかわらず、より小さな分解能で測定することができた。

また、被測定ローラーがシリコーンゴムローラーである実施例２と３において、測長手段としてローラーエンコーダーを用いた実施例２では、ローラーエンコーダーの滑りによって発生したキズが３カ所検出されたのが、粘着ローラーに取り付けたロータリーエンコーダーである実施例３ではキズは検出されなかった。

また、実施例４および５では実施例１〜３よりも測定幅の広い２次元レーザー変位計を用い、かつ、移動支持手段が被測定ローラーが１回転する間に被測定ローラーの軸方向と平行に２次元レーザー変位計を移動させる長さを長くしたことで測定時間が約１／２に短縮されたが、粘着ローラーの接触幅が測定幅よりも小さくなった実施例４では、付着異物による誤検出が８カ所あったのに対し、粘着ローラーの外径を端部から中央部に向かって漸減させた実施例５では誤検出は発生しなかった。

また、大型のローラーを測定した実施例２、３、６および７において、実施例２と３では被測定ローラーの軸方向における測定位置が４０００ｍｍを超えたあたりから付着異物による誤検出がわずかに発生したのに対し、粘着ローラー可動機構を設けた実施例６および第２の粘着ローラーを設けた実施例７では最後まで誤検出を防止することが出来た。

本発明は、フィルム製膜用ローラーなどの産業用ローラーを測定対象とするローラー表面形状測定装置に限らず、プリンターなどの民生用装置に用いられるローラーを測定対象とする測定装置などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。

１被測定ローラー
２粘着ローラー（第１の粘着ローラー）
２’ 粘着ローラー（第１の粘着ローラー）
３２次元形状測定手段
４ローラー支持機構
５支持手段
６移動支持機構
７ロータリーエンコーダー（測長手段）
８粘着ローラー支持手段
９粘着ローラー可動手段
１０第２の粘着ローラー
３１スリット光
５１粘着ローラー支持アーム
５２支点軸
Ｄｒ被測定ローラー回転方向
Ｄｐ被測定ローラー回転軸方向（移動支持機構の移動方向）
Ｐｘ測定幅
Ｐｙ間欠測定間隔（被測定ローラー周方向の分解能）

Claims

被測定ローラー表面の３次元形状を測定するローラー表面形状測定装置であって、
前記被測定ローラーを回転可能に支持するローラー支持機構と、
スリット光を前記被測定ローラー表面に照射しその反射光を受光して、外部からのトリガー信号に応じて間欠的に被測定ローラー表面の２次元形状を測定する２次元形状測定手段と、
表面に粘着性のゴムが被覆され回転可能に支持された粘着ローラーと、
前記２次元形状測定手段を支持し、かつ前記粘着ローラーを前記被測定ローラー表面に接触させつつ、前記粘着ローラーと前記被測定ローラーとの接触点の法線に平行な軸を中心として前記粘着ローラーの回転軸が回転可能であるように支持する支持手段と、
前記支持手段と連結され、前記被測定ローラーの回転軸方向と平行に移動する移動支持機構と、
前記２次元形状測定手段のスリット光が前記被測定ローラー表面を略円周方向に走査した長さを測定し、一定の走査長さ毎に前記トリガー信号を出す測長手段と、を備えたローラー表面形状装置。
前記測長手段が、前記粘着ローラーに取り付けられて粘着ローラーの回転角を検出するロータリーエンコーダーである、請求項１のローラー表面形状測定装置。
前記粘着ローラーの外径が、粘着ローラーの軸方向端部から中央部に向かって漸減している、請求項１または２のローラー表面形状測定装置。
前記粘着ローラーをその回転軸方向に移動可能に支持する粘着ローラー可動手段を備えた、請求項１〜３のいずれかのローラー表面形状測定装置。
前記粘着ローラーを第１の粘着ローラーとし、
表面に粘着性のゴムが被覆され回転可能に支持された粘着ローラーであって、前記被測定ローラー表面に接触しつつ、被測定ローラーとの接触点の法線に平行な軸を中心として回転軸が回転可能であるように支持された１つまたは複数の第２の粘着ローラーをさらに備え、
前記第１の粘着ローラー、および前記１つまたは複数の第２の粘着ローラーは、それぞれが異なる回転軸をもつ、請求項１〜４のいずれかのローラー表面形状測定装置。
前記第２の粘着ローラーの外径が、粘着ローラーの軸方向端部から中央部に向かって漸減している、請求項５のローラー表面形状測定装置。
前記第２の粘着ローラーの少なくとも１本をその回転軸方向に移動可能に支持する第２の粘着ローラー可動手段を備えた、請求項５または６のローラー表面形状測定装置。
被測定ローラーを回転させながら、スリット光を被測定ローラー表面に照射しその反射光を受光することで２次元形状を測定する２次元形状測定手段で２次元形状を測定しつつ、前記２次元形状測定手段を前記被測定ローラーの回転軸方向と平行に移動させることで前記被測定ローラー表面の３次元形状を測定するローラー表面形状の測定方法であって、
前記２次元形状測定手段のスリット光が前記被測定ローラー表面上を移動する経路を、スリット光が略円周方向に走査する前に表面に粘着性のゴムを被覆した粘着ローラーで接触させつつ、被測定ローラーを回転させ、
前記２次元形状測定手段のスリット光が前記被測定ローラー表面を略円周方向に一定の長さ走査する毎に、２次元形状測定手段で、前記粘着ローラーに接触された後の被測定ローラー表面の２次元形状を間欠測定する、ローラー表面形状の測定方法。
前記粘着ローラーの外径が、前記粘着ローラーの軸方向端部から中央部に向かって漸減している、請求項８のローラー表面形状の測定方法。