JP7007850B2

JP7007850B2 - ロール巻長測定装置

Info

Publication number: JP7007850B2
Application number: JP2017192357A
Authority: JP
Inventors: 勉田中; 武司小林; 猛晴三好
Original assignee: フルノライフベスト株式会社
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2037-10-02
Also published as: JP2019066335A

Description

本発明は、シートが巻かれたシートロールの巻長を計測する装置に関する。

従来から、シートロールにおいて、巻かれたシートの長さを計測する技術が知られている。例えば、特許文献１は、ロール紙の初期全長から使用済みの紙の長さを減算してロール紙の残量を求めるロール紙残量検出方法を開示する。また、特許文献２は、使用したロール紙の長さの測長を用いてロール紙の残量を演算するロール用紙の残量表示装置を開示する。

特許文献３は、特許文献１及び２はプリンタ上で用紙の残量を計測する発明であり、使用済みの紙の長さを測定又は演算する必要があって、用紙保管倉庫で用紙の残量を測定するのには適していないという課題を指摘する。この課題を解決するために特許文献３が提案する用紙残量測定装置は、用紙が巻かれている紙管の内側と、用紙の外周面と、のそれぞれにＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ）タグを貼って、２つのＲＦＩＤタグの間の距離を算出することにより、巻かれた用紙の肉厚を求めて用紙の残量を算出する構成となっている。

一方で、特許文献４は、ロール状に巻かれたシートの長さを計測するものではないが、積み上げられた紙の高さ方向に沿ってラインＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）センサをスキャンして得られた画像において、画像の濃淡で表れた紙境界部を抽出し、抽出した紙境界部を計数した結果に基づいて紙枚数を計測する枚数計測装置を提案している。

特開平６－１５０８号公報特開２００２－３４７３１５号公報特開２０１６－１２１９３２号公報特開２００４－９４４４２号公報

しかし、特許文献３の構成は、用紙厚みが既知でないと、巻かれた用紙の肉厚から長さを求めることができないため、汎用性が高いといえない。また、電波を用いて用紙の肉厚を測定する構成のため、電波を遮断するフィルム、金属繊維強化織物、金属箔等を巻いたシートロールについては、計測が不可能である。

特許文献４の構成においては、紙境界部を計数処理するために、紙１枚当たり画像を１０～２０回取得している。従って、大量に重なった紙を計数する場合、走査に相当な時間を要する上、大量のデータを処理する必要があった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、シートの素材を問わずシートロールの巻長を素早く正確に計測でき、安価なロール巻長測定装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成のロール巻長測定装置が提供される。即ち、このロール巻長測定装置は、３つ以上のセンサと、外径取得部と、内径取得部と、層厚み取得部と、巻長取得部と、を備える。３つ以上の前記センサのそれぞれは、シートロールのシートが巻かれた部分であるロール部の軸方向端部を互いに異なる方向で直線状に走査する。前記外径取得部は、それぞれの前記センサが前記ロール部の径方向外側の端部の位置を検出して出力する信号に基づいて前記ロール部の外径を計算により取得する。前記内径取得部は、それぞれの前記センサが前記ロール部の径方向内側の端部の位置を検出して出力する信号に基づいて前記ロール部の内径を計算により取得する。前記層厚み取得部は、前記センサが出力する信号の周期的な変化に基づいて、前記ロール部の１層当たりの厚みを取得する。前記巻長取得部は、前記内径取得部で得られた前記内径と、前記外径取得部で得られた前記外径と、前記層厚み取得部で得られた前記１層当たりの厚みと、から前記ロール部の巻長を取得する。

これにより、ロール部における１層当たりの厚みを求めて、巻長を取得することができる。また、ロール部の軸方向端部を走査することで巻長を取得するため、様々な素材のシートを巻いたシートロールに対応することができる。ロール部の外径と内径を、３点を通る円の半径を求める計算により精度良く求めることができる。

前記のロール巻長測定装置において、前記層厚み取得部は、前記センサが出力する信号に基づいて前記ロール部の軸方向端部の形状の空間周波数を求め、この空間周波数に基づいて前記ロール部の１層当たりの厚みを求めることが好ましい。

これにより、ロール部の１層当たりの厚みを正確に求めることができる。

前記のロール巻長測定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記センサは、互いに異なる複数の空間サンプリング周波数でサンプリングしながら走査を行う。前記層厚み取得部は、複数のサンプリング結果から得られた空間周波数同士を比較することで当該空間周波数が真の信号によるものか折返し信号によるものかを判定し、真の信号に対応する空間周波数に基づいて、前記ロール部の１層当たりの厚みを求める。

これにより、サンプリング定理に従って空間サンプリング周波数を設定しなくても、折返し信号ではなく真の信号に相当する空間周波数を求めて、ロール部の１層当たりの厚みを正しく求めることができる。従って、空間サンプリング周波数を大きくする必要がないので、コストを低減でき、また、迅速な測定が可能になる。

前記のロール巻長測定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記センサは、前記層厚み取得部が求めた空間周波数の２倍未満の空間サンプリング周波数で第２走査を行う。前記層厚み取得部は、前記第２走査のサンプリング結果から検出された唸り信号の空間周波数を、唸り空間周波数として求める。前記層厚み取得部は、元の空間周波数に対して前記唸り空間周波数を加算又は減算した補正空間周波数に基づいて、前記ロール部の１層当たりの厚みを求める。

これにより、第２走査を行って、アンダーサンプリング効果に基づく唸り信号の空間周波数を求めて補正することで、より正確な空間周波数を求めることができる。

前記のロール巻長測定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記センサは、元の空間周波数に対して前記唸り空間周波数を加算した第１空間周波数と、減算した第２空間周波数と、のうち少なくとも何れかについて、当該空間周波数の２倍未満の空間サンプリング周波数で第３走査を行う。前記層厚み取得部は、前記第１空間周波数及び前記第２空間周波数のうち、前記第３走査のサンプリング結果から唸り信号が検出されなかった空間周波数を前記補正空間周波数とする。

これにより、唸り空間周波数を加算するか減算するかを、第３走査に基づいて正しく選択して、適切な補正空間周波数を求めることができる。

前記のロール巻長測定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このロール巻長測定装置は、前記シートロールに着脱可能な取付治具を備える。前記取付治具は、装着部と、センサ支持部と、を備える。前記装着部は、前記シートロールの内部に着脱可能である。前記センサ支持部は、前記装着部に取り付けられる。前記センサは前記センサ支持部に配置されている。

これにより、取付治具を用いて、センサを、ロール部における軸方向端部を走査し易い位置に配置することができる。また、取付治具はシートロールの内部に装着されるので、センサによる走査の際に取付治具が邪魔になりにくく、円滑な走査を実現できる。

前記のロール巻長測定装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記装着部は、挿入部と、弾性部材と、を備える。前記挿入部は、前記シートロールの内部に挿入される。前記弾性部材は、前記シートロールの内部に差し込まれた状態の前記挿入部を径方向外側に向かって押し付ける。前記センサ支持部は、前記装着部に着脱可能に取り付けられる。

これにより、様々な内径のシートロールに対しても、取付治具を容易に取り付けることができる。また、センサ支持部を装着部から取り外した状態で、装着部をシートロールに装着できるので、作業性が良好である。

本発明の第２の観点によれば、以下のロール巻長測定方法が提供される。即ち、シートロールのシートが巻かれた部分であるロール部の軸方向端部を、３つ以上のセンサのそれぞれにより互いに異なる方向で直線状に走査する。それぞれの前記センサが前記ロール部の径方向外側の端部の位置を検出して出力する信号に基づいて前記ロール部の外径を計算により取得する。それぞれの前記センサが前記ロール部の径方向内側の端部の位置を検出して出力する信号に基づいて前記ロール部の内径を計算により取得する。前記センサが出力する信号の周期的な変化に基づいて、前記ロール部の１層当たりの厚みを取得する。前記ロール部の外径及び内径と、前記ロール部の１層当たりの厚みと、により前記ロール部の巻長を取得する。

本発明の一実施形態に係るロール巻長測定装置の構成を示すブロック図。取付治具の構成を示す斜視図。シートロールに取付治具を装着する様子を示す斜視図。センサを用いてロール部の軸方向端部の面を走査して得られた信号を説明する概念図。折返し周波数が真の信号の空間周波数よりも低い側に現れる場合を説明するグラフ。折返し周波数が真の信号の空間周波数よりも高い側に現れる場合を説明するグラフ。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るロール巻長測定装置１の構成を示すブロック図である。図２は、取付治具９の構成を示す斜視図である。図３は、シートロール１０に取付治具９を装着する様子を示す斜視図である。

図１に示すロール巻長測定装置１は、センサ２と、ロール巻長測定部３と、を備える。ロール巻長測定装置１は、センサ２が配置された図２に示す取付治具９を用いて、図３に示すシートロール１０の巻芯１１に巻かれたシート１２の巻長Ｌを測定できるように構成されている。

図２に示す取付治具９は、測定対象のシートロール１０に対して着脱可能に構成されている。また、取付治具９は、シートロール１０のロール部１３の軸方向端部の面をセンサ２により走査するセンサユニットとして構成されている。以下の説明では、ロール部１３の軸方向端部の面を軸端面と呼ぶことがある。

図２及び図３に示すように、取付治具９は、巻芯装着部（装着部）８０と、センサ支持部９０と、を備える。

巻芯装着部８０は、図３に示すシートロール１０が有する管状（円筒状）の巻芯１１に対して着脱可能に設けられている。巻芯装着部８０は、３つの分割部材８３と、ゼンマイバネ（弾性部材）８２と、を備える。

３つの分割部材８３は、互いに同一の構成とされ、周方向で等間隔に並べて配置されている。それぞれの分割部材８３は、押圧部８５と、止め部８４と、を備える。

押圧部８５は、巻芯１１の内部に実際に差し込まれる部分である。３つの分割部材８３が備える押圧部８５により、巻芯１１の軸方向一端から軸孔の内部に挿入可能な挿入部８１が構成されている。

それぞれの押圧部８５は、細長い円弧板状に形成されている。押圧部８５の円弧角は、例えば６０°とすることが考えられる。押圧部８５の内側には、複数のゼンマイバネ８２が軸方向に並べて配置される。押圧部８５の内壁には図示しない凹凸が形成されており、ゼンマイバネ８２を軸方向で動かないように保持することができる。

押圧部８５の先端部には、先端に近づくに従って径を減少させる円錐状のテーパ面８５ａが形成されている。これにより、挿入部８１を巻芯１１の内部に円滑に差し込むことができる。

止め部８４は、扇形の板状に形成され、その径方向内側の端部が押圧部８５の長手方向一端部と接続されている。これにより、押圧部８５を巻芯１１の内部に入れ過ぎるのを防止できる。止め部８４の厚み方向における一側の面（具体的に言えば、押圧部８５が突出する方向と反対側を向く面）には、後述のセンサ支持部９０を取り付けるための磁石８６が設けられている。止め部８４が押圧部８５と接続する部分は正確に９０°をなすように形成されており、これにより、後述のセンサ支持部９０がシートロール１０に対して傾くのを防止することができる。

止め部８４の扇形の円弧角は、周方向で隣接する分割部材８３の止め部８４との間に十分な隙間を形成することができる大きさとされている。この円弧角は、例えば６０°とすることが考えられる。ロール部１３の軸端面のうち、この隙間から露出する部分が、センサ２によって走査される。

ゼンマイバネ８２は、分割部材８３が備える３つの押圧部８５の径方向内側に、軸方向に３つ並べて配置されている。それぞれのゼンマイバネ８２は、３つのうち１つの押圧部８５にだけ固定されている。押圧部８５（言い換えれば、挿入部８１）は、ゼンマイバネ８２が有する拡径方向のバネ力により、巻芯１１の内壁を径方向外側に向かって押圧する。これにより、取付治具９を巻芯１１に対して安定して保持することができる。

センサ支持部９０は、例えば合成樹脂によって円板状に形成されている。センサ支持部９０の外径は、測定対象として想定されるロール部１３の外径より十分に大きく形成されている。

センサ支持部９０の厚み方向一側の面には、磁石８６の位置に対応して、鉄等の金属で形成された３つの吸着板９５が固定されている。吸着板９５が磁石８６の磁力で吸着されることにより、センサ支持部９０を巻芯装着部８０に取り付けて固定することができる。取付位置の目印となるように、センサ支持部９０の中心には円形の小さな開口部９１が形成されている。

当該センサ支持部９０の厚み方向における一側の面（具体的に言えば、巻芯装着部８０に取り付けられる側を向く面）には、３つの直線状のセンサガイド部９２が、当該センサ支持部９０の中心から放射状に設けられている。センサガイド部９２は、周方向で互いに等しい間隔で配置される。当該センサガイド部９２は、センサ支持部９０の中心近傍から外縁近傍まで延びる凹溝状に形成されている。

センサガイド部９２の長手方向は、巻芯装着部８０に取り付けたときに、当該巻芯装着部８０の軸線に対して垂直となっている。なお、センサガイド部９２は、凹溝を形成することに代えて、センサ支持部９０にレール部材を取り付けることにより構成されても良い。

それぞれのセンサガイド部９２には、センサ２が固定されたキャリッジ９３が、当該センサガイド部９２に沿ってスライドできるように取り付けられている。キャリッジ９３は、図示しない移動機構（例えばベルト機構又はネジ送り機構等）により移動することができる。

以上のように構成された取付治具９を用いることで、ロール部１３における軸端面を走査できる位置にセンサ２を配置することができる。また、取付治具９は巻芯１１に装着されるので、センサ２による走査の際に取付治具９が邪魔になりにくく、円滑な走査を実現できる。

取付治具９をシートロール１０に装着するには、最初に、図３に示すように、巻芯装着部８０の挿入部８１を巻芯１１に差し込む。挿入部８１は径方向の拡大／縮小が可能であり、ゼンマイバネ８２による拡径方向のバネ力によって巻芯１１の内壁に押し付けられるので、様々な径の巻芯１１に対して取付治具９を容易に取り付けることができる。また、センサ支持部９０を巻芯装着部８０から取り外した状態で、巻芯装着部８０を巻芯１１に装着できるので、取付作業を効率良く行うことができる。

その後、センサ支持部９０を、センサガイド部９２が２つの止め部８４の間に位置するように、巻芯装着部８０に取り付ける。この結果、センサガイド部９２と止め部８４とが周方向で交互に並ぶように配置されるので、止め部８４がセンサ２の走査の邪魔になることを防止できる。

センサ２は、ロール部１３の軸端面を走査して、その形状を電気信号として出力する。センサ２としては、例えば、発光部と受光部とを備え、発光部からの光が反射した反射光を受光部で検出するフォトセンサを用いることができる。

センサ２は、モータ２０が上記の移動機構を駆動することにより、センサガイド部９２に沿ってキャリッジ９３とともにスライドし、ロール部１３の軸端面を、ほぼ径方向に沿って直線状に走査する。この走査により、当該ロール部１３の径方向両端部（径方向外側の端部及び内側の端部）の位置に関する情報と、ロール部１３の軸端面の凹凸に関する情報と、を検出することができる。

センサ２が走査する方向は、巻芯１１に装着された取付治具９によって、巻芯１１の軸に対して垂直となるように向けられる。これにより、巻長Ｌの計測を正確に行うことができる。

センサガイド部９２に取り付けられた３つのセンサ２のそれぞれは、各センサガイド部９２に沿って、互いに異なる方向でロール部１３を走査する。これにより、局所的な巻ムラによる影響を低減することができ、ロール部１３の巻き情報をより正確に検出することができる。

ロール巻長測定部３は、図１に示すように、外径取得部４と、内径取得部５と、層厚み取得部６と、巻長取得部７と、を備える。

具体的には、ロール巻長測定部３は公知のコンピュータとして構成されており、図略のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える。また、前記ＲＯＭには、本発明のロール巻長測定方法を実現するためのプログラムが予め記憶されている。上記のハードウェアとソフトウェアの協働により、ロール巻長測定部３を、外径取得部４、内径取得部５、層厚み取得部６及び巻長取得部７として動作させることができる。

外径取得部４は、センサ２が検出したロール部１３の径方向外側の端部の位置に基づいて、ロール部１３の外径ｂを計算により取得する。具体的に説明すると、この外径ｂは、３つのセンサ２のそれぞれがロール部１３の径方向外側の端部を検出したタイミングでの位置を用いて、当該３つの位置を通る円の半径を求めることで得ることができる。

内径取得部５は、センサ２が検出したロール部１３の径方向内側の端部の位置に基づいて、ロール部１３の内径ａを計算により取得する。この内径ａは、上記の外径ｂと全く同様に求めることができる。

このように、外径取得部４及び内径取得部５は、ロール部１３の径方向外側及び内側の端部の位置に基づいて、ロール部１３の外径ｂ及び内径ａを、簡単な計算処理により得ることができる。また、３つのセンサ２が互いに異なる方向で直線状に走査して、ロール部１３の径方向外側及び内側の端部の位置を取得するので、ロール部１３の外径ｂ及び内径ａを、３点を通る円の半径を求める計算により精度良く求めることができる。

層厚み取得部６は、センサ２がロール部１３の軸端面の凹凸を検出して出力する信号の周期的な変化に基づいて、ロール部１３の１層当たりの厚みｄを取得する。具体的には、層厚み取得部６は、モータ２０で駆動されるキャリッジの速度に基づいて、センサ２の出力信号を位置に対する関係で表し、更にＦＦＴ等による公知の周波数解析を行うことで、ロール部１３の軸端面の形状の空間周波数Ｆｄを求める。

ロール部１３の軸端面には、シート１２が１層ずつ巻かれて形成された巻層の端部の凹凸が現れている。従って、この凹凸をセンサ２により検出して得られた信号を位置に対する関係で表すと、図４に概念的に示すように、周期的な変化が現れる。層厚み取得部６は、この周期的な変化に関する空間周波数Ｆｄを用いることで、１層当たりの厚みｄを正確に求めることができる。

巻長取得部７は、外径取得部４で取得された外径ｂと、内径取得部５で取得された内径ａと、層厚み取得部で取得された厚みｄと、に基づいて、下記の式（１）及び（２）を用いた計算によりロール部１３の巻長Ｌを取得する。

なお、上記の式は、厚みがｄで長さがＬの長方形の面積と、ロール部１３の軸端面の面積と、が等しいと考えることで導くことができる。

続いて、層厚み取得部６による空間周波数Ｆｄの取得について詳細に説明する。

先ず、層厚み取得部６は、センサ２を用いて、互いに異なる３つの空間サンプリング周波数Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃで、ロール部１３の軸端面をサンプリングする（第１走査）。具体的な空間サンプリング周波数としては、例えば、Ｆａ＝９（回／ｍｍ）、Ｆｂ＝１０（回／ｍｍ）、Ｆｃ＝１１（回／ｍｍ）とすることができるが、これに限られない。なお、空間サンプリング周波数の変更は、サンプリングの時間間隔を一定とした上で、モータ２０によるキャリッジ９３の移動速度を変更することで実現することができる。

３つのデータの取得は、１つのセンサ２によって走査速度を異ならせながら３回サンプリングすることで得ることができる。ただし、３つのセンサ２がそれぞれ走査速度を互いに異ならせながら同時にサンプリングしても良い。層厚み取得部６は、上記の３種類のデータについてそれぞれ周波数解析を行うことにより、ロール部１３の軸端面の凹凸を表す空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂ，Ｆｄｃを求める。以下の説明では、ロール部１３の軸端面の凹凸を表す空間周波数を凹凸空間周波数と呼ぶことがある。

ロール部１３の１層当たりの厚みｄ（言い換えれば、シート１２の厚み）は未知であるので、空間サンプリング周波数Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃがサンプリング定理を満たしている場合と、そうでない場合と、の両方が考えられる。サンプリング定理を満たさない場合は、いわゆる折返し周波数が前記の凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂ，Ｆｄｃとして検出されてしまう場合がある。そこで、層厚み取得部６は、以下のようにして、折返し周波数を除外し、正しい凹凸空間周波数を取得している。

先ず、層厚み取得部６は、２つの空間サンプリング周波数Ｆａ，Ｆｂでサンプリングしてそれぞれ得られた凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂを比較する。凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂの値がほぼ同じであれば、この凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂを、１層当たりの厚みｄを表す空間周波数Ｆｄとして採用して良いと考えられる。

一方、２つの凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂの差が大きいときは、２つの凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂの一方だけが折返し周波数である場合、又は、両方が折返し周波数である場合が考えられる。そこで、凹凸空間周波数ＦｄａとＦｄｂとの差が大きい場合は、層厚み取得部６は、観測された凹凸空間周波数Ｆｄａが折返し周波数であったと仮定して、凹凸空間周波数Ｆｄａ及び空間サンプリング周波数Ｆａに基づき、対応する（真の）凹凸空間周波数Ｆｄａ１を計算する。

真の信号の周波数と、折返し信号の周波数とは、サンプリング周波数の１／２の周波数を中心として対称に現れる性質がある。観測された凹凸空間周波数Ｆｄａが折返し周波数であった場合の真の凹凸空間周波数Ｆｄａ１は、上記の性質を用いて容易に計算することができる。得られた凹凸空間周波数Ｆｄａ１が前述の凹凸空間周波数Ｆｄｂと一致していれば、この凹凸空間周波数Ｆｄａ１，Ｆｄｂを、１層当たりの厚みｄを表す空間周波数Ｆｄとして採用して良いと考えられる。

上記でも一致していない場合、層厚み取得部６は、観測された凹凸空間周波数Ｆｄｂが折返し周波数であったと仮定して、凹凸空間周波数Ｆｄｂ及び空間サンプリング周波数Ｆｂに基づき、対応する（真の）凹凸空間周波数Ｆｄｂ１を計算する。

得られた凹凸空間周波数Ｆｄｂ１が凹凸空間周波数Ｆｄａと一致していれば、層厚み取得部６は、当該凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂ１を、１層当たりの厚みｄを表す空間周波数Ｆｄとして採用する。また、凹凸空間周波数Ｆｄｂ１が上記の凹凸空間周波数Ｆｄａ１と一致していれば、層厚み取得部６は、当該凹凸空間周波数Ｆｄａ１，Ｆｄｂ１を、１層当たりの厚みｄを表す空間周波数Ｆｄとして採用する。

層厚み取得部６は、上記の比較による空間周波数Ｆｄの取得を、凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂの間だけでなく、凹凸空間周波数Ｆｄｂ，Ｆｄｃの間、凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｃの間についても同様に行う。空間周波数Ｆｄとして得られた幾つかの値を平均することで、１層当たりの空間周波数Ｆｄを精度良く求めることができる。

真の凹凸空間周波数と折返し周波数との関係について、グラフを用いて説明する。図５は、折返し周波数が真の信号の空間周波数よりも低い側に現れる場合を説明するグラフである。図６は、折返し周波数が真の信号の空間周波数よりも高い側に現れる場合を説明するグラフである。

センサ２が出力する信号を周波数領域で表現すると、図５及び図６に示すように、真の信号を観測できた場合、観測により得られた凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂ，Ｆｄｃは互いに一致する。一方、折返し信号を観測してしまった場合は、観測により得られた凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂ，Ｆｄｃは互いに異なる。従って、異なる複数の空間周波数でサンプリングして得られた凹凸空間周波数Ｆｄａ，Ｆｄｂ，Ｆｄｃを互いに比較することで、センサ２の出力信号を解析して得られた凹凸空間周波数が、真の信号による空間周波数であるか、折返し信号による周波数であるかを容易に判断することができる。

続いて、上記のようにサンプリングを行って空間周波数Ｆｄを求めることによる効果について説明する。

上述したとおりシートの厚みは未知であるが、例えば、薄い紙は０．０１ｍｍ程度の厚さである。この薄い紙を巻いたロール部１３をサンプリングする場合、サンプリング定理に従えば、サンプリング周波数は２００（回／ｍｍ）以上とする必要がある。

しかし、そのような大きなサンプリング周波数でサンプリングしようとすると、走査に要する時間の増大、及び、センサ２の高価格化等の原因となってしまう。また、サンプリングしたデータが多いために、データ処理に時間を要してしまう。

この点、本実施形態においては、層厚み取得部６は、サンプリング定理を満たさないアンダーサンプリングが生じることを想定して、折返し信号ではなく真の信号に相当する空間周波数Ｆｄを求めている。このため、センサ２として安価なフォトセンサを用いた構成でも、十分な精度で、かつ高速に、ロール部１３の１層当たりの厚みｄを求めることができる。

次に、１層当たりの空間周波数をより精密に測定する方法について説明する。

上述の第１走査により得られた空間周波数は、真の空間周波数に対して多少の誤差を生じていると考えられる。そこで、層厚み取得部６は、第１走査により得られた空間周波数を仮空間周波数Ｆｄｐとおき、この仮空間周波数Ｆｄｐに対してサンプリング定理を満たさない空間サンプリング周波数で、ロール部１３の軸端面を再びサンプリングする（第２走査）。このときの空間サンプリング周波数は、仮空間周波数Ｆｄｐに対してサンプリング定理を満たさなければ良く、原理的には仮空間周波数Ｆｄｐの２倍未満であれば良い。空間サンプリング周波数は、仮空間周波数Ｆｄｐの１／ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）、例えば１／５とすることが考えられる。

真の空間周波数Ｆｄと、仮空間周波数Ｆｄｐと、の間に誤差がある場合、上記の第２走査では、アンダーサンプリング効果により、当該誤差（Ｆｄ－Ｆｄｐの絶対値）に相当する低い周波数の唸りのような信号が現れる。以下の説明では、この信号を唸り信号と呼ぶことがある。層厚み取得部６は、唸り信号の空間周波数である唸り空間周波数Ｆｅｒｒを求める。

唸り空間周波数Ｆｅｒｒを求めるだけでは、仮空間周波数Ｆｄｐが真の空間周波数Ｆｄに対して大きいのか小さいのかはわからない。そこで、層厚み取得部６は、元の空間周波数である仮空間周波数Ｆｄｐに対して唸り空間周波数Ｆｅｒｒを加算した第１空間周波数Ｆｄ１と、仮空間周波数Ｆｄｐから唸り空間周波数Ｆｅｒｒを減算した第２空間周波数Ｆｄ２と、を求める。即ち、Ｆｄ１＝Ｆｄｐ＋Ｆｅｒｒ、Ｆｄ２＝Ｆｄｐ－Ｆｅｒｒとなる。

層厚み取得部６は、上記のようにして求めた第１空間周波数Ｆｄ１について、当該第１空間周波数Ｆｄ１に対してサンプリング定理を満たさない空間サンプリング周波数で、再び走査を行う（第３走査）。具体的な空間サンプリング周波数としては、上述と同様の考え方で、第１空間周波数Ｆｄ１の１／ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）、例えば１／５とすることが考えられる。

第１空間周波数Ｆｄ１が真の空間周波数Ｆｄと一致していれば、アンダーサンプリング効果による唸り信号は現れないはずである。従って、層厚み取得部６は、上記の唸り信号を検出できない場合は、第１空間周波数Ｆｄ１を、補正空間周波数Ｆｄｍとする。

層厚み取得部６が唸り信号を検出した場合は、第２空間周波数Ｆｄ２が空間周波数Ｆｄと一致することを意味するので、層厚み取得部６は、第２空間周波数Ｆｄ２を、補正空間周波数Ｆｄｍとする。なお、第２空間周波数Ｆｄ２に対してサンプリング定理を満たさない空間サンプリング周波数で、再度第３走査を行って、唸り信号が検出されないことを確認しても良い。

上記した第２走査及び第３走査は、唸り信号の周波数又は唸り信号の有無を検出できれば良いので、ロール部１３の軸端面をセンサ２により全部走査する必要はない。一部のみの走査とすることで、精度の良い空間周波数Ｆｄを素早く求めることができる。

このように、第２走査及び第３走査を行うことにより、第１走査で得られた仮空間周波数Ｆｄｐを、求められた唸り空間周波数Ｆｅｒｒにより補正して、適切な補正空間周波数Ｆｄｍを空間周波数Ｆｄとして求めることができる。これにより、ロール部１３の１層当たりの厚みｄを正確に得ることができる。また、唸り空間周波数Ｆｅｒｒを仮空間周波数Ｆｄｐに対して加算するか減算するかを、第３走査に基づいて正しく選択して、適切な補正空間周波数Ｆｄｍを求めることができる。

以上に説明したように、本実施形態のロール巻長測定装置１は、センサ２と、外径取得部４と、内径取得部５と、層厚み取得部６と、巻長取得部７と、を備える。センサ２は、シートロール１０のシート１２が巻かれた部分であるロール部１３の軸方向端部を走査する。外径取得部４は、センサ２が出力する信号に基づいてロール部１３の外径ｂを取得する。内径取得部５は、センサ２が出力する信号に基づいてロール部１３の内径ａを取得する。層厚み取得部６は、センサ２が出力する信号の周期的な変化に基づいて、ロール部１３の１層当たりの厚みｄを取得する。巻長取得部７は、内径取得部５で得られた内径ａと、外径取得部４で得られた外径ｂと、層厚み取得部６で得られた１層当たりの厚みｄと、からロール部１３の巻長Ｌを取得する。

また、本実施形態では、シートロール１０のシート１２が巻かれた部分であるロール部１３の巻長Ｌを、以下のような方法で測定している。即ち、ロール部１３の軸方向端部をセンサ２により走査する。センサ２が出力する信号に基づいてロール部１３の外径ｂを取得する。センサ２が出力する信号に基づいてロール部１３の内径ａを取得する。センサ２が出力する信号の周期的な変化に基づいて、ロール部１３の１層当たりの厚みｄを取得する。ロール部１３の外径ｂ及び内径ａと、ロール部１３の１層当たりの厚みｄと、によりロール部１３の巻長Ｌを取得する。

これにより、ロール部１３における１層当たりの厚みｄを求めて、巻長Ｌを取得することができる。また、ロール部１３の軸方向端部を走査することで巻長Ｌを取得するため、様々な素材のシート１２を巻いたシートロール１０に対応することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

第１走査において、３つの空間サンプリング周波数Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃで走査することに代えて、２つの空間サンプリング周波数Ｆａ，Ｆｂでサンプリングを行っても良い。また、２つの空間サンプリング周波数Ｆａ，Ｆｂで求めたＦｄａ，Ｆｄｂによっても、確からしい凹凸空間周波数Ｆｄが得られなかった場合に、もう１つの空間サンプリング周波数Ｆｃで第１走査を行っても良い。

上記の第２走査及び第３走査を省略して、第１走査により得られた凹凸空間周波数Ｆｄを用いて、ロール部１３の１層当たりの厚みｄを求めても良い。

円筒状に形成された巻芯１１の厚みが予め分かっている場合、内径取得部５は、ゼンマイバネ８２による押圧部８５の径方向への変位量を適宜のセンサで測定することで巻芯１１の内径を求め、この内径に上記の厚みを加算することで、ロール部１３の内径ａを取得することもできる。

ロール巻長測定装置１は、巻芯１１なしで単にシートを巻いただけのシートロールについても、巻長を測定するために用いることができる。この場合、巻芯装着部８０を、巻芯の内部でなく、シートが巻かれた部分（ロール部）の内部に直接挿入することになる。

巻芯装着部８０とセンサ支持部９０との着脱は、磁石８６によるものに代えて、凹凸構造やピン結合等による機械的な着脱によって実現されても良い。また、巻芯装着部８０とセンサ支持部９０とが一体的に形成されても良い。

分割部材８３は、周方向に３つでなく、２つ又は４つ以上に分割された形状となっていても良い。

押圧部８５の構成としては、円弧板状とすることに代えて、例えば丸棒状とすることもできる。

センサ支持部９０の形状は、上記の構成に限定されない。例えば、センサ支持部９０を円板状とする代わりに、放射状に配置された３本の直線状のアームによってセンサガイド部９２を支持する構成とすることが考えられる。

センサ２としては、フォトセンサの代わりに、例えばラインセンサ等を用いることができる。

センサ２の数は、１つ又は２つでも良いし、４つ以上でも良い。また、センサ２が１つの場合、センサ支持部９０をアーム状に形成し、このアームを巻芯装着部８０に対して回転可能に構成することで、３方向以上の走査を実現しても良い。

ゼンマイバネ８２の代わりに、例えばゴム等を用いても良い。

本発明のロール巻長測定装置１は、どのようなシート１２を巻いたシートロール１０であっても、原則として巻長Ｌを計測することができる。例えば、紙のほか、ビニールシート等のプラスチックフィルム、金属繊維強化織物、金属箔、鋼鉄シート等を巻いたシートロールに適用することができる。

１ロール巻長測定装置
２センサ
４外径取得部
５内径取得部
６層厚み取得部
７巻長取得部
１０シートロール
１１巻芯
１２シート
１３ロール部

Claims

シートロールのシートが巻かれた部分であるロール部の軸方向端部をそれぞれが互いに異なる方向で直線状に走査する、３つ以上のセンサと、
それぞれの前記センサが前記ロール部の径方向外側の端部の位置を検出して出力する信号に基づいて前記ロール部の外径を計算により取得する外径取得部と、
それぞれの前記センサが前記ロール部の径方向内側の端部の位置を検出して出力する信号に基づいて前記ロール部の内径を計算により取得する内径取得部と、
前記センサが出力する信号の周期的な変化に基づいて、前記ロール部の１層当たりの厚みを取得する層厚み取得部と、
前記内径取得部で得られた前記内径と、前記外径取得部で得られた前記外径と、前記層厚み取得部で得られた前記１層当たりの厚みと、から前記ロール部の巻長を取得する巻長取得部と、
を備えることを特徴とするロール巻長測定装置。
請求項１に記載のロール巻長測定装置であって、
前記層厚み取得部は、前記センサが出力する信号に基づいて前記ロール部の軸方向端部の形状の空間周波数を求め、この空間周波数に基づいて前記ロール部の１層当たりの厚みを求めることを特徴とするロール巻長測定装置。
請求項２に記載のロール巻長測定装置であって、
前記センサは、互いに異なる複数の空間サンプリング周波数でサンプリングしながら走査を行い、
前記層厚み取得部は、複数のサンプリング結果から得られた空間周波数同士を比較することで当該空間周波数が真の信号によるものか折返し信号によるものかを判定し、真の信号に対応する空間周波数に基づいて、前記ロール部の１層当たりの厚みを求めることを特徴とするロール巻長測定装置。
請求項２又は３に記載のロール巻長測定装置であって、
前記センサは、前記層厚み取得部が求めた空間周波数の２倍未満の空間サンプリング周波数で第２走査を行い、
前記層厚み取得部は、前記第２走査のサンプリング結果から検出された唸り信号の空間周波数を、唸り空間周波数として求め、
前記層厚み取得部は、元の空間周波数に対して前記唸り空間周波数を加算又は減算した補正空間周波数に基づいて、前記ロール部の１層当たりの厚みを求めることを特徴とするロール巻長測定装置。
請求項４に記載のロール巻長測定装置であって、
前記センサは、元の空間周波数に対して前記唸り空間周波数を加算した第１空間周波数と、減算した第２空間周波数と、のうち少なくとも何れかについて、当該空間周波数の２倍未満の空間サンプリング周波数で第３走査を行い、
前記層厚み取得部は、前記第１空間周波数及び前記第２空間周波数のうち、前記第３走査のサンプリング結果から唸り信号が検出されなかった空間周波数を前記補正空間周波数とすることを特徴とするロール巻長測定装置。
請求項１から５までの何れか一項に記載のロール巻長測定装置であって、
前記シートロールに着脱可能な取付治具を備え、
前記取付治具は、
前記シートロールの内部に着脱可能な装着部と、
前記装着部に取り付けられるセンサ支持部と、
を備え、
前記センサは前記センサ支持部に配置されていることを特徴とするロール巻長測定装置。
請求項６に記載のロール巻長測定装置であって、
前記装着部は、
前記シートロールの内部に挿入される挿入部と、
前記シートロールの内部に差し込まれた状態の前記挿入部を径方向外側に向かって押し付ける弾性部材と、
を備え、
前記センサ支持部は、前記装着部に着脱可能に取り付けられることを特徴とするロール巻長測定装置。
シートロールのシートが巻かれた部分であるロール部の軸方向端部を、３つ以上のセンサのそれぞれにより互いに異なる方向で直線状に走査し、
それぞれの前記センサが前記ロール部の径方向外側の端部の位置を検出して出力する信号に基づいて前記ロール部の外径を計算により取得し、
それぞれの前記センサが前記ロール部の径方向内側の端部の位置を検出して出力する信号に基づいて前記ロール部の内径を計算により取得し、
前記センサが出力する信号の周期的な変化に基づいて、前記ロール部の１層当たりの厚みを取得し、
前記ロール部の外径及び内径と、前記ロール部の１層当たりの厚みと、により前記ロール部の巻長を取得することを特徴とするロール巻長測定方法。