JPH02124446A - シートの性質の判別方法及び判別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、紙のシートに品質を制御する装置及びその
方法に係わり、特に、光のビームをシートに通過させて
繊維の密度を測定することによって紙における繊維の分
布を測定する技術に関するものである。

［従来の技術］ 紙は繊維によって構成されている。紙を構成する繊維は
、通常、セルロースであって、このセルロースは主とし
て木材や古紙から供給される。このような繊維が紙にお
いて均一に配分されているか否かは、紙の外観や強度及
び印刷性を決定する重要な要素である。したがって、紙
の製造業者にとって繊維の配分は、紙の生産性を向上さ
せることと紙の単位重量を均一にすることと同じくらい
に重要な課題であった。

製紙技術１こおいて祇の単位重量を均一にし得るか否か
は、紙の単位面積あたりにどれだけの繊維が含まれてい
るかに１人存するところが大きい。もし、繊維が均一に
配分され単位重量が均一ならば、紙の強度は最高となる
とともに外観および手触りが滑らかになり、しかも、印
刷がくっきりと仕上がる。逆に、単位重量が不均一だと
密度の低い部分の強度が低下して紙全体の強度が低下す
る。これは、紙に荷重が作用すると繊維の密度の低い部
分に応力が集中し、その部分で破れてしまうためである
。さらに、紙の単位重量が不均一であると外観も手触り
も粗くなり印刷の仕上がりが悪くなる。

したがって、製造業者は、常に紙質に注意を払って紙の
品質を制御している。紙質についての規格はないが、紙
に含まれる繊維の配分や配列によって判断することがで
きる。どのような紙でも、紙を構成する繊維は少なくと
も一定の範囲においてフロックスと呼ばれる房状となっ
ているため、フロックスと他の部分と比較すると不均一
である。

しかしながら、平均すると繊維は均一に配分され、繊維
が互いに絡み合って好ましい組成を呈している。つまり
、フロックスどうしにおける繊維の密度が不均一である
と、均一な場合に比してより筋目の多い紙となり、紙質
が低いことになる。

ところで、紙の単位Ｍ量を測定する装置（マイクロ密度
計）として、移動するシートに直角に光束を透過させて
測定するものか知られている。この装置では、シートを
透過した光束の密度が検出器によって測定される。この
検出２ｇはシートを挟んで光源の反対側に配置される。

検出器は、光束の密度に比例した信号を発生する。シー
トの単位重量が増加するとその部分を透過した光束の密
度が減少する。このように、検出器からの電気信号によ
ってシートの単位重量を測定することができる。この種
類の測定装置では、光線として通常可視光線が用いられ
が、例外的に放射線やベータ線が用いられる。このよう
な装置では、シートを透過する放射線の債を測定するよ
うになっている。

前述のように、繊維はフロソクスの中に果合し、フロッ
クの大きさは互いに異なっている。ノートか光重に直交
するようにして移動することにより、検出器から発せら
れる信号は、フロックの大きさの変化とシートの移動速
度に応じた一ν数の周波に変調される。シートの移動速
度が増加すると、フロックによって形成される電気信号
の数も増加する。同様に、フロックの大きさが小さけれ
ば大きい場合よりも周波数が高くなる。また、このよう
な周波の振幅は、シート上の場所の移動による単位１ｆ
ｆｉの変化に伴って変化し、この変化によってフロック
を構成する繊維の配分の変化が判る。

ところで、紙質を表示する装置として、紙の単位重量を
測定するセンサから発せられる電気信号の平均ピークツ
ーピーク値の変化を表示する装置が知られている。そし
て、この装置では、平均ピークツーピーク値によってシ
ートの単位重量の変化の程度を測定することができる。

しかしながら、このような装置では、以下のような種々
の問題点が指摘されている。

すなわら、製紙業者はシートにおける繊維の分布を均一
にして紙質を向上させたいと思うのは勿論である。これ
を達成するために、製紙業者は１１位小川用変化の度合
のみならずフロックの大きさのばらつきにも注意を払っ
ている。また、製紙業者はシートの単位市電か最も少な
い部分における紙の強度にも注意を払っている。しかし
ながら、前記のような技術では、単位重量の値から求め
られる平均のピークツーピーク値しか知ることができず
、フロックの大きさまでも知ることはできない。したが
って、前記技術では有用な紙質のデータを得ることはで
きないのである。

また、紙質を知るための他の技術として、シートの試料
のベータ線写真を撮る技術が知られている。この技術で
は、シートを透過しあるいはシートの表面で反射した光
線によって写真撮影するようにしている。そして、放射
線写真の位置が移動するに伴って変化する幅の狭い光線
の密度が電気信号に変調される。また、この場合のシー
トの移動はベータ線に対して直交する方向へ向かいかつ
一定速度である。

放射線写真の画像は、電気信号を変調しかつ増幅するこ
とによって得られるもので、電気信号に、上って構成さ
れる波長の関数として表示されたものである。この画像
は、波長−スベクル線と呼ばれている。第１図はそのよ
うな線図の一例であって、紙質の低いものから高いもの
まで種々示しである。このような技術については、多数
の業界紙においてノーマンとワーレンとによって紹介さ
れ、「Ｍａｓｓ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　
５ｈｅｅｔ　ｏｆＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｒ　Ｐａｐ
ｅｒＪという学会誌においても紹介されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、ノーマンとワーレンの技術では、以下に述べ
る欠点により商業用紙の種類によっては有効ではないこ
とが判明した。

第１に、波長が約１ｍｍ〜３２ｍｍの範囲では、良い紙
質と悪い紙質で顕著な差異が見られるものの、約１ｍｍ
以下である場合には、良い紙質のものも営い紙質のもの
も殆ど差異が認められないという欠点があった。このよ
うに、ノーマンとワーレンの技術では、裂紙衷者にとっ
て必要な紙質を決定するための有益なデータを得るには
適していないのである。

第２に、この技術では大変多（のデータが表示されるた
めに、熟練者でない者にとってデータをｆ１１断するこ
とが困難であるという欠点があった。

すなわち、製紙業者は、全てのスペクトル線を表示する
技術よりも、作業者に紙質を判断するために必要最小限
のデータを表示する技術を要望しているのである。

第３に、単位ｆｆ１ｆｆｉの測定値を平均ピークツーピ
ーク値に変調する前述したような技術では、シートの最
も弱い部分のスペクトルの強さを見逃し易いという欠点
があった。最後に、この技術では、シートの試料を解析
するために相当の時間を要するという欠点があった。す
なわち、製紙業者は製紙装置におけるシートのオンライ
ンでの迅速な紙質の解析を望むにもかかわらず、この技
術では製紙装置から取り出してオフラインで解析しなけ
ればならないのである。

［発明の目的］ この発明は、上記のような従来技術が有する種々の欠点
を解決し得る紙質の制御方法および制御装置を提供する
ことを目的とするものである。

［発明の構成］ この発明は、シートの性質を決定するための次のような
出力信号を得るものである。すなわち、第１に、大きさ
の最小値あるいは大きさの幅が予め設定されたフロック
によって生じる単位重量の変化の振幅、第２にシートの
最も弱い部分における強度、第３にシートを構成するフ
ロックの大きさである。これらの出力信号は、数値に変
換されて表示され、製紙工場の作業者によって確認され
る。そして、作業者はそれらの数値から製紙工程の諸条
件を修正することができ、これによって、所望の性質を
有する紙を製造することができる。

あるいは、上記出力信号はコンピュータ等の制御装置に
直接入力され、制御装置の出力信号によって製紙条件が
自動的に修正される。

この発明のシートの性質の判別装置は、シートの一部分
の単位重量の変化を検知してその変化を電気信号として
出力するセンサを備え、さらに、単位重量の変化を示す
信号が人力され、設定された範囲の周波数の信号のみを
出力するバンドパスフィルターを有する少なくとも１つ
のバンドパスフィルター回路と、このバンドパスフィル
ター回路の出力信号が人力され、その実効値をＤＣ信号
として出力するＡＣ／ＤＣコンバータとを具備した第１
の回路と、単位重量の信号の平均値の信号を出力するＶ
Ｆコンパ７タを有する第２の回路と、第１の回路のＤＣ
出力信号および第２の回路の出力信号の比を求め、実際
の単位重量の値の変化と一致した信号を出力する単位重
量出力手段とを備えたものである。

上記センサは、たとえば以下のように具体的に構成され
る。すなわち、センサには、シートを挟むようにして配
置された光源および受光部が設けられるとともに、受光
部には例えばサファイア等かならる小径の柱状体が設け
られる。柱状体の一端部はシートの表面に接触させられ
、これによって、受光部に光源からの光のみが入射する
ように構成される。柱状体を通過した光は、その少なく
とも一部がフォトダイオードに入射し。フォトダイオー
ドは光の強度に比例した大きさの電気信号を発生する。

センサは、単位重量のわずかな変化も検知するように構
成される。あるいは、大きな変化を検知するためにベー
タ線発生源とベータ線感知部を備えて構成される。

シートがセンサの光線に直交する方向へ移動すると、シ
ートを透過した光線の強さに変化が生じ、受光部は光の
強さに比例した大きさの電気信号を発生する。シートは
さまざまな大きさのフロックによって構成されているた
め、上記電気信号は周波となり、その周波数はシートの
移動速度とフロックの大きさによって決定される。すな
わち、シートの移動速度が一定であればフロックが大き
いほど振動数は減少する。したがって、上記電気信号の
処理回路は、シートの移動速度によって処理を変更する
ように構成される。

電気信号の処理回路は、電気信号を複数の分析チャンネ
ルによって処理する。上記第１の回路は、１９数のチャ
ンネルを有している。各チャンネルは、互いに異なる大
きさの範囲のフロックに対する電気信号を処理するよう
に構成される。すなわち、各チャンネルは、対応するフ
ロックの大きさが順番に大きくなるようにその処理範囲
が設定される。

各チャンネルには、バンドパスフィルターが設けられ、
各バンドパスフィルターの通過を許容する周波数の範囲
は互いに重複せず、かつ、空いた部分がないように設定
される。つまり、バンドパスフィルターの通過周波数域
（周波数バンド）は、それに隣接するバンドパスフィル
ターの低周波値がそのバンドパスフィルターの高周波値
とされる。

さらに、各バンドパスフィルターの周波数バンドは、シ
ートの移動速度に比例させて変更される。

このように、各バンドパスフィルターの周波数ハンドは
、特定の大きさの範囲のフロックと、シートの移動速度
とに対応させるのである。

各バンドパスフィルターの出力信号はそれぞれＡＣ／Ｄ
Ｃコンバータに入力され、ＡＣ／ＤＣコンバータハ、バ
ンドパスフィルターからの出力信号の実効値（ＲＭＳ値
）に比例したＤＣ信号を出力する。こうして、各ＡＣ／
ＤＣコンバータの出力信号は、シートの単位重量の変化
を示す電気信号の振幅の大きさを示す信号となる。すな
わち、ノートのフロックにより生じた電気信号は、フロ
ックの大きさに応して所定の周波数バンドを通って処理
されることになる。

センサからの電気信号は、第２の回路によっても処理さ
れる。第２の回路では、単位重量の平均値またはＤＣ成
分を示す信号を発生する。ＤＣ成分の信号は、信号の標
準化すなわち、後述するようにセンサ出力の校正のため
に使用される。この標準化は、ＡＣ成分のＲＭＳ値を各
バンドパスフィルターからの出力のＤＣ成分値で除算す
ることによって行うことができる。なお、この除算は、
デバイダ回路によって行われる。

さらに、単位重量の変化を示す電気信号は、ピーク検出
回路に人力される。この回路は、シートの所定長さにお
ける上記電気信号の振幅の最大値を示す信号、あるいは
、複数のピーク値の平均値を示す信号を発生する。なお
、単位重量の変化を示す電気信号の振幅か大きければ大
きいほど、シートの単位重量は小さい。したがって、ピ
ーク検出回路の出力信号は、シートの最も弱い部分の強
度を表すことになる。あるいは、ピーク検出回路が複数
のピーク値の平均値を示す出力信号を発生する場合には
、その出力信号は１夏数の弱い部分の平均強さを表すこ
とになる。

またさらに、単位重量の変化を示す電気信号は、フロッ
クサイズ測定回路にも入力される。フロックサイズ測定
回路はコンパレータを有している。

コンパレータは上記電気信号の大きさと単位重量の平均
値を示す値とを比較するものである。コンパレータから
の出力信号は、シートの単位重量の平均に対する単位重
量の割合を示す。もし、電気信号が比較的まれに単位重
量の平均値を示す直線と交叉するならば、そのシートは
比較的大きなフロックによって構成されていることにな
る。逆に、らし頻繁に交叉するならば、シートは比較的
小さなフロックによって構成されていることになる。

また、シートの移動速度は知ることかできるので、この
移動速度とコンパレータからの出力信号によって、フロ
ックサイズ測定回路はシートを構成するフロックに実際
の大きさを計算することができる。

上述したパラメータ、すなわち、単位重量の変化の振幅
、シートの最も弱い部分の強度およびフロックの大きさ
は、シートを構成する繊維の配分の状態を示すものであ
る。そして、繊維の配分は、シートの性質（紙質）すな
わち、外観、機械的強度、印刷性に大きな影響を与え、
したがって、製紙業者が上記３つのパラメータを示す出
力信号を知ることにより、繊維の配分をコントロールす
ることができ、良質の紙を製造することができる。

［実施例］ （単位重量測定装置） 第２図は実施例の単位重量測定装置１０を示す。

単位重量測定装置（センサと称する）ｌＯは、紙質を決
定する要素の−っであるノートの単位重量の微小な変化
を測定するためのものであり、紙質センサとしての役割
を有する。センサ１０は、投光部１２と受光部１４の２
つの部分からなっている。光源部１２は、紙のシート１
６の片面側に配置され、光束を紙質を判定すべきシート
１６に透過させるようになっている。一方、受光部１４
は、シー）１６の反対側に配置されている。受光部１４
は、シート１６を透過した光束を受光して、その強さに
比例した振幅の電気信号を発するように構成されている
。また、投光部１２には、光源１８が取り付けられてい
る。光源１８には、高電力の白熱電球２０と、この白熱
電球２０を取り囲む反射板２２が取り付けられており、
光をシート１６側へ発するようになっている。そして、
シート１６側へ向かう光は、散光板２４を通過するとき
に拡散させられ、その光子が任意の方向へ進んで拡散光
となる。拡散光を使用することはこの技術において重要
である。なぜなら、もし非拡散光を使用すれば、受光部
１４は、シート１６の位置によって異なる単位重量の変
化を拾わずに、特定の方向から来る光がシート１８の表
面で反射することによって引き起こされる光の強さの変
化を拾ってしまうからである。

また、受光部１４には、サファイアによって構成された
直径１ｍｍの柱状体２６が取り付けられている。柱状体
２６は、シート１６を透・過した拡散光の小さなスポッ
トをレンズ機構２８に送るためのものである。また、レ
ンズ機構２８は、柱状体２６を通過した光を感光性のフ
ォトダイオード３０の表面に集光させるものである。フ
ォトダイオード３０はシリコンからなるもので、受けた
光の強さに比例した電気的出力を発するように構成され
ている。

ところで、センサ１０内にシート１６を通過させる場合
において、シート１６は、上記柱状体２６の端面にしっ
かりと押圧されていなければならない。これは、シート
１６と柱状体２６の端面との完に隙間があると、拡散光
以外の外部の光が柱状体２６に入射してしまうからであ
る。そして、これを防止するために、投光部１２の受光
部１４側の表面には、凸部（滑板）３２が形成され、柱
状体２６の端部の回りにも、滑板３４がシート１６の広
さ方向へ延出するように形成されている。

そして、シート１６は、投光部１２と受光部１４との中
間位置を滑板３２．３４によって保持されて柱状体２６
の端面と接触しながら矢印３８の方向へ移送されるよう
になっている。

なお、滑板３２．３４および柱状体２６の端部３６はシ
ー）１６によって擦過されるため摩耗し易い。したがっ
て、滑板３２．３４は鋼やサファイアのような耐摩耗性
のある材料で構成することが望ましい。また、柱状体２
６は、サファイアあるいはこれと似た透明でかつ耐摩耗
性のある材料で構成することが望ましい。

（信号発生回路） 次に、センサ１０によっ°て発せられる電気信号を処理
分析する回路について説明する。

電気信号の振幅は、シート１６の各部の単位重量の大き
さに反比例する。シート１６は、多数のフロックによっ
て構成され、シート１６がセンサ１０を通過するにした
がってシート１６を透過する光の強さが変化し、発せら
れる電気信号も変化する。電気信号はその後増幅され、
増幅された電気信号は処理回路に送られる。この処理回
路は、以下のような電気出力を生じさせるように構成さ
れている。すなわち、（１）設定された大きさのフロッ
クによって生じるシートの単位重量の変化の振幅、（２
）シートの部分または最も弱い部分における強さ、（３
）シートを構成するフロックの大きさ、（４）センサが
発する電気信号の平均値である。

第４図は、電気信号を処理するための好ましい回路５０
を示すブロック図である。この処理回路５０は、２つの
異なる分析チャンネル５２．．５４を有している。第１
のチャンネル５２によって、電気信号の平均値またはＤ
Ｃ成分を得ることができる。また、第２のチャンネル５
４によって、ＤＣ成分が除去された電気信号（輝度信号
）により構成されるＡＣ成分を得ることができる。

ＤＣ成分を得るために、センサから発せられる輝度信号
は直接Ｖ／Ｆコンバータ５６に送られる。

Ｖ／Ｆコンバータ５６は、デジタルパルス波を出力し、
このデジタルパルスの周波数は、入力される電圧信号に
比例する。ＶＦコンバータ５６からのパルスを一定時間
計数することにより、その時間内に入力される平均電圧
に比例したカウントバリュ（計数値）を得ることができ
る。

また、光の輝度信号のＡＣ成分を得るために、輝度信号
からＤＣ成分が除去される。ＤＣ成分は、輝度信号をコ
ンデンサ１２２に通すことによって、輝度信号をＡＣ結
合して適宜除去される。なお、ＡＣ成分は結果的に増幅
されることになる。

さらに、この処理回路は、ＡＣ成分分析チャンネルにお
いて、？Ｖ数のバンドパスフィルタ５８〜６８を備えて
いる。各バンドパスフィルタ５８・・・は、特定のチャ
ンネルと関連し、各チャンネルがバンドパスフィルタ５
８・・・及びＲＭＳ−ＡＣ／ＤＣコンバータ７０〜８０
の各１つを含んでいる。

この処理回路では、第４図に示すように６個（図では４
，５番目を省略している）のチャンネルが設けられてい
る。各バンドパスフィルタ５８・・・には、２つの信号
が入力される。第１の入力信号は、前述したセンサ１０
からの信号である。この信号は、６バンドパスフイルタ
５８・・・に入る最初の信号である。また、第２の信号
は、クロック信号である。

各バンドパスフィルタ５８〜６８は、所定のＸ〜Ｘ／２
の周波数範囲の単位重量信号成分を減衰せずに通し、か
つ、その範囲外の周波数信号成分を濾波即ち遮断するオ
クターブ（２の倍数の）バンドパスフィルタであり、各
高域及び低域遮断周波数が各クロック入力信号の周波数
に比例する。

実際にシートを処理する場合においては、クロック信号
の周波数は、各バンドパスフィルタ５８〜６８毎に異な
り、しかも、あるフィルタの高域遮断周波数か次のフィ
ルタの低域遮断周波数とほぼ同じになるように設定され
ている。これによって、６つのバンドパスフィルタ５８
・・・は、それぞれが互いに重複せず、かつ隙間のない
周波数域の信号を供給することができる。そして、この
ことは、６段階の隣接しながら未重；夏のフロック寸法
の範囲に対応した、６段階の未重ｔＶ周波数範囲の信号
強度の情報を６個のバンドパスフィルタ５８・・・が提
供することとなる。

実際のシート処理において各バンドパスフィルタ５日・
・・の濾波（即ち遮断）周波数を適性に設定するために
、マスタークロツタ信号が第１のバンドパスフィルタ５
８へ第２の入力、即ちそのフィルタのクロック入力信号
として送られる。このマスタークロツタ信号は、順次２
で割り算されて、各バンドパスフィルタ６０・・・に順
番に送られる。

従って、各バンドパスフィルタ５８・・・の帯域幅ハ、
順番の若い方よりも古い方が２の比例級数的に段階的に
小さくなる。

たとえば、仮にマスタークロック信号の周波数がＭに設
定されて、最初のバンドパスフィルタ５８の高域遮断周
波数がＸに設定されているとすると、通過する信号の周
波数幅はＸ−Ｘ／２となる。

次に、第２のバンドパスフィルタ６０に送られるクロッ
ク信号はＸ／２となり、濾波されずに通過する信号の周
波数はＸ／２〜Ｘ／４となる。同様に、第３のバンドパ
スフィルタ６２では、クロック信号がＸ／４でＸ／４〜
Ｘ／８、第４ではＸ／８〜Ｘ／１６、第５ではＸ／１６
〜Ｘ／３２）第６ではＸ／３２〜Ｘ／６４となる。各バ
ンドパスフィルタ５８・・・による帯域幅は、このよう
に段階的に２で除算されるクロック信号を使用すること
によって、正確に設定される。

ところで、前述したセンサｌＯの柱状体２６の直径か１
ｍｍであるため、センサ１０は１ｍｍの範囲内でのシー
トの単位重量の変化を検出することができない。このた
め、バンドパスフィルタ５８・・・に送られる単位重量
の信号の周波数は、フロックの大きさが１ｍｍに対応す
る場合の周波数と同等以下となる。したがって、この実
施例では、２次人力として第１のバンドパスフィルタ５
８に送られるマスタークロツタの信号の周波数は、バン
ドパスフィルタ５８が１ｍｍ〜２ｍｍの大きさのフロッ
クによって生じる単位重量の変化範囲に対応した周波数
域を有するように設定されている。

また、他のバンドパスフィルタ６０〜６８に送られるク
ロック信号の周波数は、それぞれ２ｍｍ〜４ｍｍ、４ｍ
ｍ　〜８ｍｍ、８ｍｍ　〜１６ｍｍ、１６ｍｍ〜３２ｍ
ｍ、３２ｍｍ〜６５ｍｍの大きさのフロックに対応して
いる。また、各バンドパスフィルタ５８〜６８に送られ
るクロック信号の周波数は、センサｌＯを通過するシー
ト１６の速度とも比例制御される。このように、各バン
ドパスフィルタ５８〜６８に送られるクロック信号の周
波数は、上記したようなフロックの大きさの区分とシー
トＩ６の移送速度とによって変化させられるのである。

ここで、各バンドパスフィルタ５８・・・に送るりロッ
ク信号（第２人力）は、まず、センサｌＯを通過するシ
ート１６の速度を測定することから導き出される。シー
）１６の速度を測定する装置は、任意の周知技術が適用
される。多くの製紙工場では高度な自動化と、製造工程
の種々の条件を監視し制御するためのコンピユータ化が
進んでいる。

したがって、そのような工場にこの発明を適用するなら
ば、工場のコンピュータから出力されるシート１６の速
度のデジタル信号を、各チャンネルのクロック信号（第
２人力）を制御するために連続的に利用することができ
る。すなわち、速度のデジタル信号は、Ｄ／Ａコンバー
ター６４に人力され、Ｄ／Ａコンバーター６４は、シー
ト１６の速度に比例した電圧の出力を行う。この電圧は
、Ｖ／Ｆコンバーター（以下、ＶＦＣと略称する）６６
に入力される。次に、Ｖ　Ｆ　Ｃ６６ｉｔ、Ｄ／Ａコン
バーター６４の出力、すなわち、シート１６の速度に比
例した出力を行う。

第２出力を得るための次のステップは、濾波の高周波値
を得ることである。第１チヤンネルを除く各チャンネル
には、除算器（デバイダ）８２〜９０が接続されている
。そして、ＶＦＣ６６からの出力信号は、第２人力とし
てバンドパスフィルタ５８と第２チヤンネルの除算器８
２とに直接人力される。次に、除算器８２は、ＶＦＣ６
６からの出力信号の周波数を１／２にしてこれを第３チ
ヤンネルの除算器８４に入力する。こうして、第１チヤ
ンネルのバンドパスフィルタ５８における第２出力の値
がＭであれば、第２チヤンネルのバンドパスフィルタ６
０における第２人力はＭ／２となる。また、図示しない
６第４、第５チヤンネルにも除算器が接続されており、
上記と同様に先行するチャンネルの除算器で周波数を１
／２にした出力信号を次のチャンネルに入力するように
なっている。このようにして、第３チヤンネルにはＭ／
４、第４チヤンネルにはＭ／８の第２人力が入力され、
以下、同様にして、第６チヤンネルの第２人力（Ｍ／３
２）までが入力される。　次に、各チャンネルのバンド
パスフィルタ５８・・・からの出力信号には、シートの
紙質を表示するために一定の処理がなされる。シートの
紙質は、フロックの大きさによって定まり、フロックの
大きさによってそれを処理するチャンネルが定まる。

シートの単位重量の変化の振幅を示す出力信号を得るた
めに、各バンドパスフィルタ５８〜６８の出力は、それ
ぞれＡ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ７０〜８０に送られる。

各ＡＣ／ＤＣコンバータ７０〜８０は、バンドパスフィ
ルタ５８〜６８から出力されるＡＣ信号のＲＭＳ値に等
しいＤＣ電圧を出力する。このＤＣ電圧は、フロックに
よって生じる中位重量信号の変化の振幅に比例した大き
さを有し、フロックの大きさに応じた特定のチャンネル
のものから出力される。各連続チャンネルにおけるバン
ドパスフィルタ５８〜６８の周波数帯域が低域周波数か
ら順次設定されているので、各連続チャンネルのＲＭＳ
／ＤＣコンバータからのＤＣ電圧の大きさは、より大き
なフロックによって生じるシートの単位重量の変化の振
幅に対応する。

すなわち、この発明は、特定のサイズ幅のフロックによ
って生じるシートの単位重量の変化の振幅を出力するも
のである。

典型的なＲＭＳ／ＤＣコンバータは、入力信号の実際の
ピークツーピーク電圧を測定するとともに、人力信号の
正確なＲＭＳ値と一致したＤＣ信号を出力するが、その
入力信号は正弦波である場合に限られる。しかしながら
、単位重量の変化信号の波形は正弦波ではない。したが
って、ＡＣ／ＤＣコンバータ７０〜８０により、単位重
量のＲＭＳ値に一致するＤＣ電圧を出力するように構成
した点は、本発明の重要な特徴であり、この構成がなけ
れば、ＡＣ／ＤＣコンバータ７０〜８０によって単位重
量を測定しても不正確な結果しか得られないのである。

ところで、シート１６を透過した光によって得られる上
記のような光信号は、所定の測定手順により単位重量の
変化の振幅の値に変換される。この測定手順は、以下の
ような、単位重量と光信号との経験的に得られた関係を
基本としている。

ＢＷ＝Ａ＋Ｂｘ　Ｑｎ（Ｖ） ここで、ＢＷは単位重量、■は光信号、ＡとＢは、 製造すべき紙の種類（例えば、紙の色や含有灰分など）
によって定まる定数である。前述のように、シートの紙
質の差は、実際にはその単位重量の僅かな差異である。

もし、単位重量の大きさの変化か激しく、光信号の変化
が大きいときは以下の式を使用する。

ＲＭＳ（ＢＷ）−ＢｘＲＭＳ（Ｖ）／Ｖココテ、ＲＭＳ
（ＢＷ）ｌ；１位重量　ニオＩｔ　ルＲＭ　Ｓの変動、
Ｂはρｎ（Ｖ）対ＢＷ曲線の勾配、■は光信号のＤＣ成
分の平均値、ＲＭＳ　（Ｖ）は光信号のｌ＼Ｃ成分のＲ
ＭＳ値である。さらに、複数のバンドパスフィルタから
来た信号値は、総ＲＭＳ値を得るために加算される。こ
の総ＲＭＳ値は、個々のバンドパスフィルタからの信号
値の２剰和のｉｔ”刀根に等しい。

」１記式から、ＤＣ成分で光信号のＡＣ成分を割算する
ことが必要であることが判る。この処理は、デバイダ回
路１４０によっても、あるいは、ＡＣまたはＤＣ信号を
コンピュータでデジタル表示することによっても行うこ
とができる。また、上記定数Ｂは、以下に述べるように
、実験データから容易に導き出すことができる。すなわ
ち、ＤＣ信号によるＡＣ信号の割算あるいは正規化し、
さらに、単位重量の微小な変化に比例した出力を得るこ
とによって他の利点が得られる。ＡＣ成分とＤＣ成分と
は、同じ情報から抽出された全く異なる成分であるため
、外因が信号全体の強さに影響を及ぼすことはあっても
ＡＣ値とＩ）　Ｃ値との比には影響を与えない。たとえ
ば、光源と光を受ける柱状体との相対移動や光源の光の
揺らぎ、または、光源や柱状体表面の汚れ、あるいは全
体的な利得設定値の変化などの外因は、ＡＣ値とＤＣ値
との比になんら影響を与えない。また、このような外因
は容易に動的に取り除（ことができ、かつ、シートの測
定を中断することなく行うことができる。

加えて、実際の単位重量の変化はシートを通過する光の
強度の相対的な変化に比例するから、ＤＣ成分に対する
ＲＭＳ信号の変化の比を測定することは、実際の単位ｉ
ｔユニットではなくて、任意の尺度でセンサを校正でき
る。

次に、紙質を表す第２の要素としてシートの最も薄い部
分における強度がある。この要素は、センサからの出力
をピーク値検出回路９２に入力することによって求める
ことができる。ピーク検出回路９２は、予め設定された
時間またはシートの通過長さにおけるセンサ１０からの
最小出力に比例したＤＣ出力を供給するように構成され
ている。

そして、この出力信号の振幅によってシートの最も弱い
部分を検出することができる。あるいは、ピーク値検出
回路９２は、設定された時間またはシートの移動長さに
おける複数のピークの平均値に比例した出力を供給する
ようにも構成される。

後行の構成においては、ピーク値検出回路の出力はシー
トの、弱い部分の平均値として把握することかできる。

さらに、このような処理回路５０では、紙質を表示する
第３の要素、すなわち、フロックの大きさの平均値を求
めることができる。この要素を得るために、センサの出
力はフロックサイズ回路９４に人力される。このフロッ
クサイズ回路９４は、予め設定された時間内において、
シートの単位重量の平均値よりも大きな値を示す頻度を
計数することによってフロックの平均の大きさを求める
ことができる。すなわち、単位重量の値にクロスする周
波の数によってシートの移動速度を除算することにより
求めることができる。フロックサイズ計測回路９４は、
この除算を行うとともに、フロックの平均サイズに対応
した信号を出力することができ、或は除算が、信号のゼ
ロレベル交差率を監視したコンピュータによってデジタ
ル的に実施できる。たとえば、仮に、シートがｌｏｏＯ
ｍ／分で移動し、出力信号が１秒間に１６６７回であっ
たとすると、フロックサイズの平均値はｌｏｍｍという
ことになる（　ｔｏｏｏｍ　／分区１分７６０秒Ｘ１ 面の表面曲線或は直線（以下、表面線とする）に沿って
単位重量を見地することによってフロックの平均サイズ
を求めることができるのである。

（装置の校正及び使用例） 製紙装置では、紙は約２５フイート幅で製造される。シ
ート全体の紙質を把握するために、センサはシートに移
動方向と直交する方向（シートの幅方向）へ向かって往
復移動しながらシートを走査する。あるいは、シートの
幅方向を複数の区画に区分し、複数のセンサによってそ
れぞれの区画内で往復移動するように構成される。たと
えば、５０個のセンサを２５フイ一ト幅のシートに連設
したとすると、各センサは６インチ幅の範囲で往復移動
してシートを走査することになる。典型的な製紙装置で
は、このようなシートを毎分１ＯＯＯフイート製造する
ため、走査するセンサの移動速度は毎分６０フイートと
される。このように、バンドパスフィルタの高低域遮断
周波数は、シートの移動速度にのみ比例するので、測定
結果に本質的な誤差が生じるようなことがない。また、
センサの移動速度はシートの移動速度に比して非常に小
さいので、センサの移動が与える影響はほとんで無視す
ることができる。

ところで、センサ１０の受光部１４（第２図参照）は、
適性に作動させるために光源２０に対して一直線上に配
置させなければならない。しかしながら、投光部１２と
受光部１４＆の間をシート１６が通過するため、両者を
接続することはできない。これについては、以下のよう
な機構によって、投光部１２と受光部１４との位置を正
確に割り出すことができる。

たとえば、シート１６の両面側にトラックを配置し、各
トラックに投光部１２と受光部１４とをそれぞれ支持さ
せる。そして、ギヤまたはプーリ駆動によって両者をシ
ート１６の幅方向へ同期的に移動させるように構成する
。この方法では、投光部１２と受光部１４とをシート１
６を挟んだ対向位置に保持することができ、両者を接続
する部材を必要としない。

また、この発明の測定装置の標準化は、「オフシート」
状態、即ち投光部１２と受光部１４との間にシートが介
在していない状態で実施されてもよい。もし必要ならば
、第２図に示すように、無着色の濃度フィルタ１３０を
軸１３２に回転自在に支持し、オフシートの際に入光す
る過大な光を減少させるようにしても良い。また、バン
ドパスフィルタによる出力を校正するために、チョッパ
ーホイール１００が光＃１８とフォトダイオード３０の
中間に取り付けられる（第２図および第３図参照）。こ
の実施例では、チョッパーホイール１００は柱状体２６
のベースに取り付けられている。このチョッパーホイー
ル１００は、拡散板２４よりも手前に配置される。チョ
ッパーホイールｌＯＯは、不透明な円板状のディスク１
０２で構成され、半径方向に延びる複数の溝１０４をを
している。そして、チョッパーホイール１００は、所定
の速度で回転させられ、これによってフォトダイオード
３０に光のパルスが入射するようになっている。パルス
の速度はチョッパーホイールの回転速度によって定まる
。

また、第４図に示すＡＣ信号分析回路のクロック回路は
、前述したクロック信号に代えて、デジタルチョッパー
信号１２４をすべてのバンドパスフィルタに送られるよ
うに切り替えることができる。スイッチ１２６は、デジ
タルチョッパー信号１２４と紙速度デジタル信号とのい
ずれかに切り替えるものである。ここで、デジタルチョ
ッパー信号１２４が選択され、かつ、クロック入力選択
スイッチ１２５が切り替えられると（第４図に示ス状態
と反対の状態）、総てのバンドパスフィルタには、同じ
周波数のクロック信号が入力され、従って、チョッパー
パルス周波数を中心とする信号が設定される。これによ
って、６個のバンドパスチャンネルの出力は、チョップ
された光信号のＲＭ　Ｓ　値に比例する。これは、ＤＣ
チャンネルに対する（および、各々の）ＡＣチャンネル
の利得を決定させることができる。

チョッパーホイール１００は、その回転によって光の完
全な遮蔽と開放とを行うようになっている。光が開放さ
れた時のフォトダイオード３０に達する光の強さは、チ
ョッパーホイール１００の回転が止められて光の通路が
開放されているときの強さと同じである。したがって、
バンドパスフィルタで測定されるチョップ信号のＲＭＳ
値は、光の通路が完全に開放されている場合と同じであ
る。このように、ＡＣチャンネルにおいてチョップ信号
のＲＭＳ値を測定し、ＤＣチャンネルでチョップされな
い信号を測定することにより、各ＡＣチャンネルとＤＣ
チャンネルとの相対的ゲインの差異を決定することがで
きる。各ＡＣチャンネルのゲインはＤＣチャンネルのゲ
インと同じ値になるように調整することができ、また、
ＡＣおよびＩ）　Ｃ信号をコンピュータでモニ、りする
ことにより修正することができる。この方法では、チョ
ッパーホイール１００を使用することにより、ＡＣおよ
びＤＣチャンネルのゲインを等しくすることかでき、Ａ
ＣおよびＤＣ信号の値の比を正確に決定することができ
る。

上記の標準化手順は、周期的かつ自動的に行うことがで
き、ＡＣおよびＤＣゲインの正確な比を求めることがで
きる。

この装置では、上記チョッパーホイール１００の代わり
に、他の手段を用いることができる。たとえば、アーム
が振動して、光線を公知の周波数で断続できる音叉がチ
ョッパーホイール１００の場所に使用できる。

ところで、種々の紙は、特定の波長の光線を優先的に吸
収或は反射したりする。したがって、このような場合に
は、単位！ｆｆｉ変化に対するセンサの感度を最適化す
るために、光の通路に光学的帯域透過（バンドパス）フ
ィルタ１１０が配置される。このバンドパスフィルタ１
１０は、ある周波数の光を優先的にフォトタイオード３
０に通過させる。

また、前述したように、この発明のセンサは、シートの
単位重量のわずかな変化でも、この変化に応じた出力を
提供して校正することができる。

この校正値は、単位重量の変化と、相対光信号の変化と
の比例定数の決定が要求される。定数（前述のＢ）は、
単位重量とＤＣ光信号の対数値との関係（プロット）を
結んだ勾配に等しい。この関係は第５図に示してあり、
勾配は、種々の公知の単位重量を持つ種々の紙サンプル
毎に、平均透過率を計測することによって、未稼働中の
（オフライン）直線前進法で決定でき、横軸方向にある
範囲を取り、その範囲における縦方向の単位型ｆｆ１（
ＢＷ）の差を読み取れば求られる。もし勾配が重量或は
、色或は灰含量のような特性によって僅かに変化しても
、単位重量の勾配及び紙質に最適な透過光信号の対数値
の線図を得ることは可能である。

また、単位重量及び透過光信号間の関係を決定するオフ
ライン校正方法の代りとして、校正は、分離した追加の
単位重量センサがあり、本発明の情報センサで考慮され
ると共に同一の紙で単位市川を測定する場所において、
稼働中に（オンラインで）実施できる。この場合、観察
すべき紙ノートの真の単位重量値か第２の単位重量セン
サで測定でき、一方ＤＣ透過光信号が本発明の単位重量
情報センサから得られる。オフラインのセンサで測定さ
れた単位重量とオンラインのセンサで測定された透過光
のＤＣ信号とを結合することにより、単位型１と透過光
信号の対数値のオンライン校正が直線前進法で実施でき
る。

しかしながら、オンライン或はオフライン校正方法のい
ずれも、単位重量の勾配（微分値）及びＤＣ光信号の対
数値の曲線の決定が伴い、ＤＣ信号成分チャンネルの全
利得を調整或は知る必要はない。このようなりＣ利得の
独立性は、ＤＣ利得が測定手順に用いられるＤＣ成分の
対数値であり、対数の計算時に追加の因子となるＤＣ信
号毎の全乗算因子が曲線の勾配の計算において抹消され
る事実によるからである。

次に、本発明によって校正された装置においては、透過
光の信号の相対信号変化（ＡＣ成分／ＤＣ成分の）が校
正の形成の主要なパラメータであり、（１１に絶対信号
変化でない。これは、測定結果に悪影響を及ぼす外因を
無視することができる。

これら外因は、光源と受光部の位置ずれや、光線の揺ら
ぎあるいは光源のｔｑれなどである。相対信号の変化は
、上記のような方法で決定することができる。

さらに、この発明では、製紙工程において紙質を知る上
で重要なパラメータを得ることができる。

すなわら、（１）フロックによって生じる単位重量の変
化の振幅（２）シートの最も弱い部分における強度（３
）フロックの大きさである。これらパラメータを監視す
ることによって、製紙業者は、製紙工程の種々の条件を
調整して繊維を均一に配分させることができる。そして
、均一な紙とすることにより、紙の強度を高めることが
でき、外観や手触りも良好にさせるとともに、印刷の乗
りを良くすることができる。

以上は、本発明の紙質測定装置および校正方法の具体的
な例であるが、本発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、種々の変更を加えることができる。

例えば、センサの光の通路となる柱状体２６の直径は、
製紙業者が検査に要望した最小のフロック寸法に対応す
る限り、センサからの信号の最高周波数成分が光性状体
２６の直径に等しい最小寸法を持つフロックに対応して
いる。従って、第１チヤンネルにおけるバンドパスフィ
ルタは、光性状体の直径に等しい最小寸法を持つフロッ
クに対応する第１チヤンネルからの信号を検査するのみ
ならば、不必要である。これの代わりに、増幅された単
位重量情報センサ信号が第１チヤンネルのＲＭＳ−ＡＣ
／ＤＣ変換器（コンバータ）に直接供給できる。

好ましい実施例に対する１つの変形例は、センサの校正
を連続的に更新して、色或は灰含量のような低特性が変
化する状態下で、その精度を維持させる技術である。こ
の技術において、低特性における僅かな変化で誘導され
る情報センサの校正における小変化がゼロ単位型ｆＪ　
Ｖ　Ｏで評価されるセンサ信号の値に影響しないと仮定
している。但し、ｖＯは、第５図に示すように、ゼロ単
位重量に対する目的の校正曲線の部分の直線外部捕間に
よって定義される。校正曲線に対する直線近似線の一点
が固定されているので、直線の勾配が単一の追加点から
容易に決定できる。数学的には、小校正変化が次の校正
式における■０の値に影響しないと仮定している。

ＢＷ＝ＢＸＮｎ（ＶＯ）−ＢＷ＝Ｂｘｘｎ（Ｖ）ここで
は、校正定数ＢＸＩ２ｎ（ＶＯ）が経験校正式の初期の
議論に使用された定数へと置換している。

従って、小校正変化は、曲線Ｂの勾配において反射され
、ｖＯで決定される遮断で反射されないと仮定される。

オンライン情況においては、第２の単位重量センサが使
用されて、単位重量値ＢＷを供給し、一方情報センサが
平均情報センサ信号値Ｖを供給する。ここで、■は、定
期的オフシート標準化の手段によって、光源の揺らぎ、
埃の付着等による全体の信号レベル変動が修正されても
よい。情報センサ及び第２の単位重量センサからの読み
は、上記等式を経由して合同されて、次の校正Ｂの一定
に更新された値を発生できる。

Ｂ　＝　Ｂ　Ｗ／　［１２ｎ（Ｖ　Ｏ）−１！ｎ（Ｖ　
）］　−Ｂ　Ｗ／　［ｌ２ｎ（Ｖ　Ｏ／　Ｖ　）］実際
、単位重量ＢＷ及び情報センサ信号Ｖは、好適な時間間
隔に亙って平均化されて、Ｂの更新値の精度を保証し、
−力定数ｖＯが初期のセンサの校正で決定できる。勿論
、上記仮定の適確性がこの単純な校正更新技術の使用に
十分に有効でない場合には、種々の単位重量：　＆ｎ（
信号）点を各々固定して、既に記載のオンライン情報セ
ンサ校正を実施して、曲線Ｂの勾配を直接決定してもよ
い。

更に、信号処理回路は、もし要望されたならば、ピーク
検知器及びフロック寸法測定回路への入力が所望のチャ
ンネルのバンドパスフィルタから選択できる。更に、紙
以外のシート材料もセンサを貫通でき、本発明の装置に
よって特徴付けられる。

従って、本発明は、ここに記載された実施例にのみに限
定されず、紙のみの使用に限定されない。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、単位重量の変化
の振幅、シートの最も弱い部分の強度およびフロックの
大きさを示す出力信号を発生させることができるので、
シートを構成する繊維の配分をコントａ−ルすることが
でき、外観、機械的強度、印刷性などの紙質を大幅に向
上させることができ、良質の紙を製造することができる
という優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は種々の等級の紙の波長型カスベクトル図であり
、第２図は本発明の単位重量センサの−実施例を示す図
であり、第３図は本発明の装置を校正するチョッパーウ
ィールを示す図であり、第４図は第２図の単位重量セン
サからの信号を処理するために使用される本発明の回路
の一実施例のブロック図であり、第５図は単位重信及び
透過光信号の対数値の関係を示す図である。 ０・・・・・・センサ、１４・・・・受光部、６・・・
・・・シーと、５２・・・・・・第２の回路１、・１・
・・・・・第１の回路、５６・・・ＶＦコンノ＼−タ、
８〜６８・・・・・・バンドパスフィルターＯ〜８０・
・・・・・ＲＭＳ／ＤＣコンバータ、４０・・・・・・
デバイダ回路（単位型ｌ出力手段）。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）シートの一部分の単位重量の変化を検知してその
   変化を電気信号として出力するセンサを備え、さらに、
   上記単位重量の変化を示す信号が入力され、設定された
   範囲の周波数の信号のみを出力するバンドパスフィルタ
   ーを有する少なくとも１つのバンドパスフィルター回路
   と、このバンドパスフィルター回路の出力信号が入力さ
   れ、その実効値をＤＣ信号として出力するＡＣ／ＤＣコ
   ンバータとを具備した第１の回路と、上記単位重量の信
   号の平均値の信号を出力するＶＦコンバータを有する第
   ２の回路と、上記第１の回路のＤＣ出力信号および第２
   の回路の出力信号の比を求め、実際の単位重量の値の変
   化と一致した信号を出力する単位重量出力手段とを備え
   たことを特徴とするシートの性質の判別装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載のシートの性質の判
   別装置に、前記センサを通過するシートの速度に応して
   バンドパスフィルターが除去すべき信号の周波数を変更
   するクロック信号発生手段を具備したことを特徴とする
   シートの性質の判別装置。
3. （３）前記バンドパスフィルター回路を複数とし、各バ
   ンドパスフィルターが除去する信号の周波数の範囲を、
   各々の範囲が異なるように設定したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項に記載のシートの性質
   の判別装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項に記載のシートの性質の判
   別装置に、前記センサに接続され、設定された時間内に
   おける単位重量の変化の信号のピーク値を検出するとと
   もに、少なくとも１つのピーク値を示す信号を出力する
   ピーク値検出手段を具備したことを特徴とするシートの
   性質判別装置。
5. （５）特許請求の範囲１のシートの性質の判別装置に、
   前記センサに接続され、設定された時間内における前記
   単位重量の変化を示す信号の波数を計数することにより
   、シートを構成するフロックの大きさを示す信号を出力
   するフロックサイズ検出手段を具備したことを特徴とす
   るシートの性質判別装置。
6. （６）前記センサを光学的センサとし、該センサに光の
   通路を断続的に遮蔽することにより前記第１、第２の回
   路の正確な相対感度を決定する校正手段を具備したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のシートの性
   質の判別装置。
7. （７）シートの部分の単位重量を検知して、該シートの
   その部分の単位重量を示す単位重量信号を発生し、単位
   重量信号の変化の実効値を示す第１の出力信号を発生し
   、前記単位重量信号の平均値を示す第２の出力信号を発
   生し、前記第２の出力信号に対する第１の出力信号の比
   率を決定することによって、シートにおける単位重量変
   化に比例する値を発生する段階を備えたことを特徴とす
   るシートの性質の判別方法。
8. （８）シートの平均単位重量及び平均単位重量信号の対
   数値間の関係をオンライン或はオフラインで測定して、
   単位重量曲線の勾配対平均単位重量信号の対数値をオン
   ライン或はオフラインで決定し、シートの部分の単位重
   量を検知して、該シートのその部分の単位重量を示す単
   位重量信号を発生し、単位重量信号の変化の実効値を示
   す第１の出力信号を発生し、前記単位重量信号の平均値
   を示す第２の出力信号を発生し、前記第２の出力信号に
   対する第１の出力信号の比率を前記勾配と乗算する段階
   を備えたことを特徴とするシートの性質の判別方法。