JPH03162645A - 非接触オンライン形紙強度測定装置 - Google Patents

非接触オンライン形紙強度測定装置

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JPH03162645A
JPH03162645A JP2140141A JP14014190A JPH03162645A JP H03162645 A JPH03162645 A JP H03162645A JP 2140141 A JP2140141 A JP 2140141A JP 14014190 A JP14014190 A JP 14014190A JP H03162645 A JPH03162645 A JP H03162645A
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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 本発明は、一般的にはウェブ材料の強度を測定するため
の装置に関するものであり特にウェブの紙の強度を、こ
れに接触することなく測定するオンライン装置に関する
６ 従来の技術 紙等のシート材料でできる製品に対する主たる品質の考
慮が強度についてなされる．以前、この種のシート材料
についての強度測定が全てオフライン試験測定によりな
されてきた．最近、オンライン測定がヤング率と以下の
式に従う音速との間の関係に頼る接触ゲージ測定技術を
使用して導入されている． Ｙ＝ｋｌ　　Ｓ” ここで、ｋ，は材料の密度の関数であり、Ｓは材料中の
音速である。
米国特許第４、２９１、５７７号等の明細書に記載され
たバウム（Ｂａｕｍ）およびハベーガー（Ｈａｂｅｇｅ
ｒ）の方法は、その強度が測定される紙やその他の材料
でできた運動するウェブに接触する回転ホイールに頼っ
ている。ホイールは、運動するウエプ材料に局所化され
た収縮および膨張を究生ずるために、ホイールの外側の
周辺部に複数Ｃ圧電トランスジューサないし磁歪トラン
スジューサを包含している。この収縮および膨張は発生
の地点から半径方向に伝搬する音波を発生する．柁料中
の音速（これは距離が知られる２つの点間Ｃ伝送時間と
相互関係がある）の測定が、材料の穐度の測定を提供す
るために、材料の密度と一緒に使用される。この方法は
種々の固有の不利益を有するが、これら不利益には、必
要とされる転換之よび機械的接触部が、重大な量の雑音
を包含する信号を発生し、回転するホイールが破損しが
ちであり、機械的構造物が電子装置よりもどうしてもコ
ストがかかりまた多くの部品を有し、ホイールと材料と
の直接的な接触が、強度の測定を（ウェブを横断する方
向またはウェブに沿う方向のいずれてあっても）単一方
向に制限し、滑りおよび転換を伴なう機械的方法がほん
らい非機械的方法よりも不正確であることが含まれる。
光音響相互作用が超音波を連続した速く移動する紙のウ
ェブに誘導するために使用されている。
ベイス（　Ｐａｃｅ）らによる米国特許第４、６７４、
３３２号明細書は、高パワーの紫外線パルスで紙を照射
するための窒素レーザーの使用を開示する。この光エネ
ルギーの一部が熱に変換され、結果的に生ずる熱膨張に
より音波を発生する。紙の対向側部に配置された超音波
センサまたはマイクロフォンが音波を受信しそしてその
伝搬方向における紙の強度を決定するために使用される
その紙を通る音の速度の指示を与える．紙に音波を発生
するためのレーザーの別の応用がロイガーズ（　Ｌｅｕ
ｇｅｒｓ）による米国特許第４、６２２、８５３号に示
されている。この刊行物に開示された装置は、運動する
紙製ウェブ上のある点を照射するために、周波数２倍器
を備えたネオジム／イットリウムーアルミニウムーガー
ネット（Ｎｄ／ＹＡＧ）レーザを利用する。紙における
超音波は紙と接触状態にある超音波トランスジューサに
より検出される。
発明が解決しようとする課題 その強度が測定される材料との接触を必要とする測定装
置に固有の不利益のゆえに、この種の接触を必要としな
いオンライン測定装置を開発することが望ましいものと
なっている。
［発明の構成］ 課題を解決するための手段 本発明は、従来技術に関連付けられた問題およびその他
の問題を、ウェブの材料の強度を、これと接触すること
なく測定するオンライン装置を提供することにより解決
する．これは、その強度が測定される材料でできたウェ
ブな捕捉するビームを有する２つの離間したレーザー源
を利用することにより実現される．レーザー源からのビ
ームの入射点間の距離は分かる。第１のレーザー源は、
ウェブ材料に熱膨張を発生させる局所的なスポット加熱
を発生させる．この熱膨張は半径方向にウェブを通じて
伝搬する超音波を発生する。超音波は、第２のレーザー
源からのビームが材料により反射されるようにしそして
反射ビームは光センサにより捕捉される。材料への第１
のビームの送信と光センサによる第２のビームの受信と
の間の経過時間を測定することにより、材料中の超音波
の速度が決定できる。超音波の速度は、材料の強度を決
定するために、材料の密度の測定値と組み合わされる。
実施例 図面を参照しつつ本発明の好ましい実施例を説明するが
、本発明はこれに限定されるものではない。第１図は、
本発明の測定装置の模式図である。測定装置は、その強
度が測定されるべきある材料でできたウェブ１２の方へ
向けられた第１のレーザー源１０と、ウェブ材料ｌ２の
方へ同様に向けられた第２のレーザー源１４と、第２の
レーザー源１４の近傍に配置されその焦点がウェブ材料
１２での第２のレーザー源１４からのビームの入躬地点
と一致するよう配置された光センサ１６とを備える。ウ
ェブ材料１２でのレーザ源１０およびｌ４からのビーム
の入射点間の距離ｒｄＪは分かる。
本発明は、局所化されたスポット加熱を発生する第１の
レーザー源１０が発生するパルスにより、運動するウェ
ブ材料１２に誘導される超音波パターンを利用する．こ
のような局所化されたスポット加熱は、その強度が測定
される材料に熱膨張を発生する．この膨張擾乱は、ウェ
ブ運動の方向に関する波動速度の異方性により、参照番
号１８により総括的に図示されただ円波面を与える．特
定の方向における波動速度の測定値が、その方向におけ
る材料の強度を決定するために利用できる． 光センサｌ６は、超音波がその下方を通過するに応じた
超音波の山と谷の検査ないし観察により上述の波面を測
定する。観察を行う個別のレーザー一光検出装置が移動
方向および幅方向について使用してもよいしまたは単一
の装置を両方向を読み取るよう走査してもよい。検出パ
ルスの到着時点は、ウェブ材料１２への第１のレーザー
源１０からのビームの入射時点と比較され、時間差が、
その材料中の音の速度を計算するのに使用される。上述
の音の速度は順次、検査される材料の強度を決定するた
めに材料の密度と一緒に使用される。上述の装置は光の
速度で動作するのでいずれの時間遅れも取るに足らない
ものである。
第１のレーザー源１０は、約５．５ワットの出力パワー
を有する炭酸ガスレーザーでありそして標準的には一秒
あたり１０個のパルスの割合でパルス作動し、約１００
μｓｅｃまたはそれ以下の幅を有するパルスを発生する
。第２のレーザー源１４は、連続して動作する約２ミリ
ワットの出力パワーを有するヘリウムーネオンレーザー
である。
光センサ１６がミリボルトの範囲の出力を発生するシリ
コン形ホト検出器とすることができる。
第２図を参照すると、本発明に関連付けられた制御回路
３０の模式図が図示されている。この制御回路３０は第
１のレーザー源１０の動作を調整するレーザーパルス発
生制御部３２を備える。第１のレーザー源１０がパルス
作動される各時間ごとに、第１のタイミングパルスがレ
ーザーパルス発生制御部３２によりタイミング分析器３
４へ送信される．第１のレーザー源１０が発生するパル
スにより生ずる結果的に得られる超音波が、その強度が
測定される材料を通じて伝搬した後、光センサ１６は第
２のレーザー源１４から投射されそしてその材料により
反射された光を捕捉しそしてパルスをブリアンプのレベ
ル検出器３６へ送信し、レベル検出器３６は順次第２の
タイミングパルスをタイミング分析器３４へ送信する。
ブリアンプレベル検出器３６の出力がレーザーパルス発
生制御部３２の入力へ接続されそしてパルス発生制御部
３２が第１のレーザー源１０が発生するパルスの強さを
高めたり低くしたりするようにして、光センサｌ６によ
り検出される超音波パルスが検出の目的にとって十分な
強さであるようにする。タイミング分析器３４は、レー
ザーパルス発生制御部３２による第１のタイミングパル
スの送信とブリアンプレベル検出器３６からの第２のタ
イミングパルスの受信との間の経過時間Δｔを決定する
。上述の経過時間△ｔおよびレーザー源１０および１４
から投射されたビームのウェブｌ２上の入射点間の知ら
れる距離ｄが、その強度が測定される材料中の超音波の
速度Ｖを決定するために強度計算装置４０で密度測定装
置３８が提供する材料密度測定値と組み合わされる．適
当な密度測定装置３８がｒ　Ｂａｓｉｃ　Ｗｅｉｇｈｔ
　ＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ａ　Ｐａｐｅ
ｒ　Ｍａｋｉｎｇ　ＭａｃｈｉｎｅＪと標題の付された
米国特許第３、５８６、６０１号明細書に開示されてい
る。材料強度はＫＩＶ”（ここで、■は材料中の音速で
ある）に比例するので、強度計算装置４０（これはマイ
クロプロセッサとすることができる）は材料の強さを決
定する．最大レーザーレベル制御部４２およびウェブ速
度制御部４４が、レーザーパルス発生制御部３２への入
力部として提供されている．最大レーザーレベル制御４
２は、第１のレーザー源１０がその強度測定が行われる
材料に何らの損傷をも生じないようにすることを保証し
そしてウェブ速度信号４４は、レーザーレベルがウェブ
速度の増大に応じて増大するのを許容する． 本発明の代替え実施例が第３図に図示されている。この
図で、２つの検出構成体が使用されている。第１図に図
示されるのと同様の部材には同様の参照番号が付されて
おり同様の説明は省略する。この実施例の主たる利益は
、２つの検出構成体の使用によってディジタル相関また
はディジタル信号処理技術を使用した受信波形の相関が
許容され、結果的に得られる強度測定値の正確さが改善
されそして発生される超音波波形の形状の正確さおよび
再現性の低さが許容されることである。
第４図は、第３図に図示した本発明の実施例が利用する
制御回路を図示する。ここでもまた、第２図に図示され
る部材と同様の部材には同様の参照番号が付されており
、説明は省略する。第４図に図示された模式図と第２図
に図示された模式図との主たる違いは、超音波波形がウ
ェブ材料を横断するのに必要とされる時間を決定するた
めに、上述のように、光センサ１６が受信した波形の相
関を行いそしてディジタル相関またはディジタル信号処
理動作技術を使用するディジタル相関器４６の使用にあ
る。２つの光センサが第３図および第４図に図示される
実施例で使用されるので、運動するウェブ材料に波動を
誘導するのに、精密さが低くそして安価なパルス源を使
用することが可能である。
発明の作用効果 利用される本発明の実施例のいかんに拘らず、本発明は
以下の利益を提供する。
ｌ）測定装置はオンラインでありモしてウェブ材料と接
触しない。
２）測定装置は全方向測定能力を有する．３）材料強度
は全ウェブ材料を横断して決定できる。
４）測定装置は粗くそして熱い材料面に対して適合可能
である。
５）測定装置はディジタル信号処理技術を利用できる。
６）パワーレベルはウェブ材料に損傷を引き起こすこと
なく装置の動作を最適化するために変化できる。
４　　　の簡　な言ロ 第１図は、本発明の測定装置の模式図である。
第２図は、第１図の測定装置が使用する制御回路の模式
図である。
第３図は、２つの光センサを使用する本発明の測定装置
の代替え実施例の模式図である。
第４図は、第３図に図示される本発明の実施例により利
用される制御回路の模式図である。
図中の各参照番号が示す主な名称を以下に挙げる。
１０　　　第１のレーザー源 １２　　ウェブ（材料） ｌ４　　第２のレーザー源 ｌ６　　光センサ １８　　だ円波面 ３０　　制御回路 ３２　　レーザーパルス発生制御部 ３４　　タイミング分析器 ３６　　レベル検出器 ３８　　密度測定装置 ４　０ ４２ ４　４ ４　６ 強度計算装置 最大レーザーレベル制御部 ウェブ速度制御部 ディジタル相関器 ＦＩＧ ３

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ウェブの材料の強度をこれに接触することなく測
    定する装置において、 光ビームが材料と連絡しここに超音波が誘導されるよう
    配置された第１の光ビーム源と、該超音波を材料中の超
    音波の誘導地点から所定の距離の場所で検出するための
    手段と、 該材料中の該超音波の速度を決定するための手段と、 材料の密度を決定するための手段と、 材料中の該超音波の速度および材料の密度に基いて材料
    の強度を決定するための手段と を具備する装置。
  2. （２）前記検出手段は、前記超音波が材料を通じて伝わ
    るに応じて材料から反射される光を検出する光検出手段
    から構成される請求項第１項に記載の装置。
  3. （３）前記検出手段の近傍には少くとも一つの第２の光
    ビーム源が配置され、該少くとも一つの第２の光ビーム
    源からの光ビームは、超音波が前記検出手段を通過する
    に応じて該超音波を照射するよう差向けられる請求項第
    １項記載の装置。
  4. （４）前記第１の光ビーム源はパルス化出力を有するレ
    ーザーである請求項第１項記載の装置。
  5. （５）前記の少くとも一つの第２の光ビーム源は連続出
    力を有するレーザーである請求項第３項記載の装置。
  6. （６）前記第１の光ビーム源の出力を変化させるための
    手段を備えた請求項第１項記載の装置。
  7. （７）ウェブの材料の強度を測定する方法において、 材料に向かって光ビーム源を差向けて超音波がそこに誘
    導されるようにし、 該超音波が誘導された地点から所定の距離の場所におけ
    る材料中の超音波の存在を認定し、材料中の該超音波の
    速度を認定し、 該超音波の速度と材料の密度を組み合わせて材料の強度
    を認定する諸段階から構成される方法。
JP2140141A 1989-06-01 1990-05-31 非接触オンライン形紙強度測定装置 Expired - Lifetime JPH0643945B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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US07/359,536 US5025665A (en) 1989-06-01 1989-06-01 Non-contacting on-line paper strength measuring system

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Publication Number Publication Date
JPH03162645A true JPH03162645A (ja) 1991-07-12
JPH0643945B2 JPH0643945B2 (ja) 1994-06-08

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JP2140141A Expired - Lifetime JPH0643945B2 (ja) 1989-06-01 1990-05-31 非接触オンライン形紙強度測定装置

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EP (1) EP0400770B1 (ja)
JP (1) JPH0643945B2 (ja)
AU (1) AU628574B2 (ja)
CA (1) CA2011912A1 (ja)
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