JPH02501407A - クレープ状シートの表面粗さ測定装置 - 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】 クレープ状シートの表面粗さ測定装置 技術分野 この発明は、移送されるクレープ状シートの表面粗さを連続的に測定する装置に 係わり、特に、クレープ紙の測定用として用いて好適な装置に関する。ここで、 表面粗さとは、シート状物品の表面における起伏の変化の大きさを示し、平坦な 表面を有する物品の表面粗さと同様にその物品の有する寸法の一つである。

前景技術 近年、製紙産業では、重ね合わせあるいはクレープ処理した紙が大量に製造され ている。このような紙は、その表面に肉眼で識別できないくらいの起伏を有して いる。この種の紙は、主としてその吸水性を利用する用途に用いられ、その吸水 性の良し悪しは紙に起伏を付けることにより増加する紙の密度に左右される。ま た、キッチンペーパーやテーブルナプキン用のクレープ紙には、用途に応じた厚 さが要求される。この紙の厚さを得るために、一般には、同種の紙を複数枚重ね 合わせる結合と呼ばれる処理が行われる。

一般に知られている結合処理では、ヤンキーという名称で市販されている外径４ 〜７ｍ、長さ数ｍというかなり大形の回転シリンダーを使用している。そして、 この回転シリンダーによって、クレープ紙は毎分１０〜３０ｍの速度でロール状 にして連続的に製造される。回転シリンダーに供給された紙は、極めて多量の水 分を含んでおり（繊維分の２〜３倍）、回転シリンダーは紙を乾燥させる一役を 担っている。また、回転シリンダーにはドクターと呼ばれる装置が併設される。

ドクターは、回転シリンダーとほぼ同じ寸法を有しており、回転シリンダーに外 接するように配置される。このドクターの機能は、紙に起伏を付ける（クレープ 処理）ことにある。たとえば、クレープ紙を製造する場合には、その厚さ方向へ 向けて仕様に応じに寸法で起伏を付けるようにしている。

また、一般に、ドクターは着脱自在な鋼製のブレードにより構成され、回転シリ ンダーは鋳鉄製である。しかも、回転シリンダーは高速で回転するため、これと 接触するドクターは常に大きな接触圧を受けて早期に摩耗する。したがって、ド クターが頻繁に交換されないような場合には、ドクターの歯が摩滅し、これによ ってクレープ紙に付ける起伏に異常が生じたり、場合によっては起伏が全く付い ていないという品質上重大なトラブルが生じる。

ところが、クレープ紙の品質を監視する方法は、目視による主観的な監視以外に 知られていないのが実情である。

ここで、クレープ紙に付ける起伏の品質上の一つの基準は、起伏の深さであり、 この深さは以下の３つの要素により決定される。

第１に、上記したような理由によって生じるドクターの摩耗である。第２に、原 材料である紙バルブの組成である。第３に、スキンと呼ばれるヘミセルロース層 の割合である。ヘミセルロース層は、紙に起伏を付ける工程において回転シリン ダーの表面を覆うとともに紙に粘着性を与えるもので、その割合は紙パルプの品 質によつて左右される。そして、このヘミセルロース層が欠乏するとドクターの 摩耗が速くなるとともに、紙の凹凸に異常が生じたり、場合によっては破れたり してしまうのである。

発　明　の　目　的 本発明の目的は、第１に、製紙工程においてドクターの摩耗の程度を監視する方 法を提供することによってクレープ紙の品質を向上させることにある。

本発明の他の目的は、クレープ処理あるいはこれに類する処理が施されたシート 状物品の表面の起伏の大きさを連続的に測定することである。

発明の構成 本発明は、これらの目的を達成するもので以下の特徴を有している。

移動するシートの表面に光線を直接照射する光源と、上記光線を集束し、上記シ ートの表面に輝点を生じさせる第１の光学機構と、上記第１の光学機構とシート の同じ側に配置され、上記シートの表面で乱反射した乱反射光を受光するセルと 、二の受光した光線を解析する処理機構とを具備し、上記光源はレーザー光源で あり、第１の光学機構は、レーザー光線がシートの表面に照射して生じる輝点が 上記起伏の方向および平均ピッチに応じてレーザー光線の断面形状を変形させる 乱視矯正機構であり、上記セルは、上記乱反射光の少なくとも一部を受光する感 光面を有し、セルに設けられた第２の光学機構から送られる上記乱反射光の受光 部の位置により少なくとも１つの電気信号を発する光電子セルであり、さらに、 上記処理機構は上記電気信号によりシートの表面粗さを検出する演算機構である 。

上記構成により、シート表面の光学的な検出に基づく電気信号を発生させること ができ、この電気信号を適当な手段によって演算処理することによりシートの表 面粗さに比例したデータを得ることができる。すなわち、シートの表面にレーザ ー光線による所定寸法の輝点が生じ、この輝点をシートの鉛直上方から見ると、 輝点はシートが移動したときにシートの表面形状に従って位置を変える。この場 合において、輝点の照度はその位置検出に影響を与え易いが、照度の変調に対す る感度をゼロとすることにより位置検出を確実に行うことができる。

そして、上記構成によりシートの表面形状をアナログ表示の時間的変化とした電 気的信号を得ることができる。このデータの信頼性を高めるためには、輝点の大 きさをシートの起伏の平均的ピッチよりも小さくする必要がある。また、上記電 気的信号には、シートの起伏の長さや形状等の種々のパラメータに比例した情報 が含まれている。これらパラメータは、電気的出力として表示することができ、 連続的かつリアルタイムな解析に利用することができる。

ここで、上記構成をさらに具体化すると以下の通りである。

まず、光源としては、ヘリウム−ネオンレーザ−装置ま１こはコリメータを備え たセミコンダクターレーザー装置が好適に用いられる。また、乱視矯正機構は、 レーザー光線がシートの表面に照射されて生じる輝点が長尺を起伏の延在する方 向へ向けた長円状となり、しかも、短尺の長さが起伏の平均ピッチよりも短くな るようにレーザー光線の断面形状を変形させるように構成することが望ましい。

また、上記演算機構に、その出力信号の波形から低い周波数のものを除去するバ イパスフィルターを設けても良く、バイパスフィルターで濾波された信号を処理 する少なくとも１つのモジュールを具備し、このモジュールＤに、ピークツーピ ーク回路とＲＳＭモジュールとを備えても良い。また、このモジュールに、ＨＭ Ａモジュールとピークツーピーク回路からの信号の波形比をめる除算器を設けて も良い。さらに、演算機構にクレープ処理の起伏の平均ピッチをめるモジュール を設けても良い。

さらに、上記構成に乱反射光の方向を修正する修正手段を設けても良い。すなわ ち、乱反射光がセルに照射してできる感光部の平均的位置（振幅の中心）をセル 上の一定位置（セルの中央部が望ましい）に固定するように構成しても良い。こ れによって、乱反射光の変化の影響を少なくすることができ、測定の信頼性をよ り高めることができる。また、この場合の修正手段として、姿勢が自動的に制御 される鏡を採用することが望ましい。

なお、測定するシートとしては、クレープ紙の外に織物やフィルムであっても良 い。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例の装置を構成する光学機構の概略を示す側面図、第２ 図は本発明の測定機構により測定する基本的な工程を示すブロック図、第３図は カソード光線オツシロスコープにより表された測定結果を示す線図、第４図は本 発明の他の実施例の光学機構を示す側面図である。

発明の実施例 本発明の好適な実施例について以下に図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の最初の実施例は、移動するクレープ紙の起伏の度合いを連続的に測定す るのに好適な一例であり、特に、クレープ紙を製造する製造ラインに設置するこ とにより、回転シリンダーから出てきたクレープ紙が巻取りシリンダーに巻き取 られる前に測定するようになされている。しかしながら、本発明はそのような例 に限られるものでなく、種々の表面形状を有するシート部材の測定に適用し得る ことは勿論である。

この実施例の測定装置は、ヘリウム−ネオンのレーザー光源１を具備している。

このレーザー源１は、断面が円形でかつコヒーレント（光線の方向が平行）なレ ーザー光線を照射し得るもので、その出力は１０ｍＷとされている。このレーザ ー光源ｌには、ケーブル等の図示しない周知の手段によって電源が接続されてい る。この実施例による起伏の測定が乱されないようにするために、レーザー光線 ２は、移動するクレープ紙と直交する方向に対して傾斜させられている。レーザ ー光線２は、第１の光学機構４を透過するようになっている。第１の光学機構４ は、円柱状の乱視矯正レンズを有しており、このレンズは１００ｍｍの焦点距離 を持つ。これによって、レーザー光線２からシート３に投影される輝点は、シー ト３の起伏が延在する方向へ向けて引き伸ばされる。言い換えると、乱視矯正レ ンズの役割は、断面がほぼ円形のレーザー光線２を、短尺の長さがシート３の起 伏の平均ピッチよりも短い長円形となってシート３上に輝点として投影されるよ うにすることにある。ここで、起伏の平均ピッチとは、第１図に示すように、起 伏の隣接する凸部Ａ、Ｈの距離の平均値をいう。このように輝点を長円形（例え ば平均ピッチが２００μｍのときに１００Ｘ８００μｍ）とするのは、円形の場 合よりもシート３に生じている小孔の影響を受けにくいからである。すなわち、 シート３に小孔が生じているとその部分で乱反射が生じるが、もし小孔を通過す る輝点が円形であるならば、乱反射光が強くなり測定が乱され易くなってしまう のである。

二こで、横断面形状が長円状とされたレーザー光線５は移動するシート３の表面 で乱反射し、この乱反射光６は２つのレンズを有する第２の光学機構７を通過す る。２つのレンズの機能は、位置センサ８の感光面２０に平坦な光の像を形成す ることにある。上記位置センサ８は第２の光学機構７の後ろ側に配置されている 。なお、第２の光学機構７は、光りの収差を矯正し得るものが選定されている。

位置センサ８は、シリコンセル（ＬＳＤ３Ｄ、ユナイテッドデテクター　コーポ レーション）を有している。このセルは、前述の感光面２０を有しており、この 感光面２０には２つの出力線２１．２２が接続されている。これら出力線２１． ２２はそれぞれ電流電圧変換器２３．２４に接続されている（第２図参照）。

各電流電圧変換器２３．２４は、上記感光面２ｏが光線を受けたときに電気信号 を発生し、この電気信号には、受光した光の量の因子と、感光面（以下、セルと 称する）２００両端部２６．２７から感光部２５までの距離の因子が加えられる 。ここで、各出力線２１．２２からの電流の大きさはそれぞれＹとＸとして表わ すことができる。また、セル２０の全長はセル２０における単位長さとされてい る。すなわち、もし、セル２ｏ上において感光部２５からセル２０の一方の端部 ２６までの距離が（ａ）であるとすると、感光部２５と他方の端部２７との距離 は（１−ａ）となり、セル２０の長さはｌとして把握されている。また、セル２ ０上での受光した光の照度がＥであるならば、上記Ｘ、Ｙは次のように表すこと ができる。

そして、出力線２１．２２から出力されて電流電圧変換器２３．２４を通った信 号は、符号Ｃで示されるアナログ調整器に入力され、以下の手順により変換され る。

Ｓ＝　（Ｘ−Ｙ）／（Ｘ＋Ｙ） −Ｅ（２ａ−１）／Ｅ ２ａ−１ このように、アナログ調整器Ｃから出力される信号Ｓは、照度Ｅの大きさとは無 関係であるため、感光部２５の位置により、シート３の測定値を得ることができ る。もし、シート３に対する位置センサー８の相対位置が変化した場合には感光 部２５の位置も変わり、したがって（λ）の値も変動する。

ここで、アナログ調整器Ｃは３つのアンプを有している。すなわち、（Ｘ＋Ｙ） という処理を行って出力する符号１０で示すものと、（Ｘ−Ｙ）という処理を行 って出力する符号１１で示すものと、除算処理を行ってその商である値Ｓを出力 する除算器１２である。

アナログ調整器Ｃから出力された出力信号Ｓはその後−次バイパスフィルター１ ３によって濾波される。これによって、シート３の起伏のうち波長の振動数の小 さいものが除去され、測定誤差が生じないようになっている。このバイパスフィ ルター１３は、シート３の移動速度と、測定すべき起伏の凸部Ａ、Ｈの平均ピッ チに応じて調整することができるようになっている。

バイパスフィルター１３からの信号は、オッシロスコープにでは第３図に示すよ うな形状となる。そして、この信号は、符、号りで示す回路により演算処理され 、並列に接続された２つの回路１４．１５により、ＲＭＳ（実効）値と変調の振 幅のピークツーピーク値が演算されるようになっている。

ＲＭＳモジュール１４は、一般的な集積ローパスフィルターを有するアナログ演 算回路である。一方、ピークツーピーク回路１５は並列な２つのモジュールを有 している。一方のモジュールは、変調の最小値を演算し、他方は変調の最大値を 演算する。また、これら２つの値の差を演算するモジュールも有している。

解析された変調の波形比（ホームファクター）を得るために、除算器１６はＲＭ Ｓ値とピークツーピーク値との商をめる。

最終的には、別の電気的モジニール（図示せず）が起伏の周期を測定するととも に、分析すべきシート３の移動速度を知るこれによってクレープ処理の平均的な ピッチを推測することが可能となる。

グラフィックレコーダーに表示された信号により、機械によるクレープ処理のリ アルタイムな変化を把握することができる。

特に、ドクターにおける摩耗の進行度を知ることができる。つまり、クレープ処 理における起伏の深さを観察することにより、ドクターにおける摩耗の進行度を 把握することができるのである。

次に、第４図を参照しながら本発明の他の実施例について説明する。この図に示 す装置は、前記実施例のものを更に改良したもので、軸３１を中心として回転自 在な鏡３０が設けられ、乱反射光６を鏡３０の平坦な面に入射させるように構成 されたものである。ここで、鏡３０の姿勢はモータ（図示せず）によって自動的 に制御されるようになっている。このような改良により、乱反射光６が照射して できる感光部２５の平均位置をセル２０上の一定位置に固定する修正を加えるこ とができる。また、この修正は、除算器１２からの出力信号を濾波したものを上 記モータに出力して行う。

この実施例の適用に際しては、全ての構成を同じベースプレートに設置する。こ のベースプレートの端部には、湾曲したフランジを送られてくるシートに対して 合対峙するように固定する。フランジの中央には窓を配設し、レーザー光５が通 過しかつシート３の表面で乱反射してｍ３０に入射するようにする。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、シートの表面状態の連続的かつ不変的な観察 が可能である。したがって、ドクターの摩耗の度合いを把握することができ、そ の有効な作動を確実にすることができる。また、クレープ処理の深さを測定する ことができるから、シートの厚さの変化を把握することができる。

さらに、所定の品質を有する製品を得るための製造装置の調整に要する時間を大 幅に短縮することができる等、従来の装置では得られなかった種々の効果を得る ことができる。

なお、この発明は、クレープ紙に限るものではなく、織物やフィルムなど種々の シートの移送途中における表面状態の解析に適用することができるのは勿論であ る。

暴　Ｌ１ 手続補正書坊創 平成２年２月１９日唾ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．起伏（Ａ，Ｂ）を有するクレープ状シート（３）の表面粗さを連続的に測定 する装置であって、 上記シート（３）の表面に光線（５）を直接照射する光源（１）と、上記光線（ ５）を集束し、上記シート（３）の表面に輝点を生じさせる第１の光学機構（４ ）と、上記第１の光学機構（４）とシート（３）の同じ側に配置され、上記シー ト、（３）の表面で乱反射した乱反射光（６）を受光するセル（８）と、この受 光した光線（６）を解析する処理機構とを具備してなり、 上記光源（１）はレーザー光源であり、第１の光学機構（４）は、レーザー光線 （５）がシートの表面に照射して生じる旗輝点が上記起伏（Ａ，Ｂ）の方向およ び平均ピッチに応じてレーザー光線（５）の断面形状を変形させる乱視矯正機構 であり、上記セル（８）は、上記乱反射光（６）の少なくとも一部を受光する感 光面（２０）を有し、セル（８）に設けられた第２の光学機構（７）から送られ る上記乱反射光（６）の受光部（２５）の位置により少なくとも１つの電気信号 を発する光電子セルであり、さらに、上記処理機構は上記電気信号によりシート の表面粗さを検出する演算機構であることを特徴とするクレープ状シートの表面 粗さ測定装置。 ２．前記第１の光学機構（４）は、レーザー光線（５）がシート（３）の表面に 照射されて生じる輝点が長尺を起伏（Ａ，Ｂ）の延在する方向へ向けた長円状と なり、しかも、短尺の長さが起伏（Ａ，Ｂ）の平均ピッチよりも短くなるように レーザー光線（２）の断面形状を変形させる乱視矯正機構であることを特徴とす る特許請求の範囲第１項に記載の、クレープ状シートの表面粗さ測定装置。 ３．特許請求の範囲第１項または第２項に記載のクレープ状シートの表面粗さ測 定装置に、前記乱反射光（６）が前記セル（８）に照射してできる感光部（２５ ）の平均的位置がセル（８）上の一定位置に固定する乱反射光の方向を修正する 修正手段（３０，３１）を具備したことを特徴とするクレープ状シートの表面粗 さ測定装置。 ４．前記修正手段（３０，３１）は、軸（３１）を中心として回転自在になされ るとともにその姿勢が自動的に制御される鏡（３０）を有し、しかも、この鏡（ ３０）は前記第２の光学機構（７）と前記シート（３）との間の前記乱反射光（ ６）の進行経路の途中に配設されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項 に記載のクレープ状シートの表面粗さ測定装置。 ５．前記演算機構は、その出力信号の波形から低い周波数のものを除去するハイ パスフィルター（１３）を具備していることを特徴とする特許請求の範囲第１項 ないし第４項のいずれかに記載のクレープ状シートの表面粗さ測定装置。 ６．前記演算機構は、前記ハイパスフィルター（１３）で濾波された信号を処理 する少なくとも１つのモジュール（Ｄ）を具備し、このモジュールＤは、ピーク ツーピーク回路（１５）とＲＳＭモジュール（１４）とを備えていることを特徴 とする特許請求の範囲第５項に記載のクレープ状シートの表面粗さ測定装置。 ７．前記モジュール（Ｄ）は、前記ＲＭＡモジュール（１４）と前記ピークツー ピーク回路（１５）からの信号の波形比を求める除算器（１６）を具備している ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のクレープ状シートの表面粗さ測 定装置。 ８．前記演算機構は、シート（３）の起伏の平均ピッチを求めるモジュールを具 備していることを特徴とする特許請求の範囲第６項または第７項に記載のクレー プ状シートの表面粗さ測定装置。 ９．前記シート（３）はクレープ紙であることを特徴とする特許請求の範囲第１ 項ないし第８項のいずれかに記載のクレープ状シートの表面粗さ測定装置。