JPH06186020A

JPH06186020A - 走行ウェブの厚さ測定装置及びウェブ厚ゲージ

Info

Publication number: JPH06186020A
Application number: JP3216707A
Authority: JP
Inventors: Eric J Reber; ジェイ．レバーエリック
Original assignee: Barber Colman Co
Current assignee: Barber Colman Co
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1994-07-08
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: US5113358A; DE69105791D1; EP0449642A1; KR910017163A; JP2766744B2; EP0449642B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】走行するウェブの厚さ測定に特に適した非接触
キャリパー型ゲージ。【構成】本装置は走行ウェブが通過するギャップを画定
する一対の対向走査ヘッドを含み、ヘッドは走行ウェブ
の幅にわたって横切するようにされている。各ヘッドは
ウェブにエネルギを指向させ、各トランスジューサに最
も近いウェブの表面から反射されるエネルギを検出しヘ
ッド内の基準とウェブの対向面間距離を決定する超音波
トランスジューサを含んでいる。一方のヘッドはまた、
好ましくは渦電流トランスジューサである、トランスジ
ューサを含み、それはウェブを透過するエネルギに対し
て作用する。第２のトランスジューサはヘッド間距離を
感知して、横切中のヘッド間距離の任意の変動を決定す
る。各超音波トランスジューサが決定するウェブの各表
面までの距離は総ギャップ距離から減じられて、ヘッド
間ギャップの機械的変動とは実質的に無関係な修正され
たウェブ厚測定値が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は厚さ測定装置に関し、よ
り詳細には走行するウェブの厚さを正確に決定すること
ができる非核キャリパー型装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェブ厚の測定は多くの産業プロセス応
用において、例えばプロセス制御や品質保証等のさまざ
まな目的に対して重要である。走行する材料ウェブの厚
さを測定するさまざまな装置が考案されており、このよ
うなゲージは移動するウェブの幅を横切してウェブ厚の
プロファイルを与えることができるように載置されるこ
とが多い。

【０００３】従来ウェブ厚の測定に使用された一つの技
術は核ゲージを使用していた。このような核ゲージは通
常ウェブの一面に載置されたベータ源と他面に載置され
たウェブにより減衰されない検出器を含んでいる。核厚
ゲージは応用によっては好ましいものであるが、欠点も
ある。その欠点の一つとして、産業によっては核放射源
の使用を許可することをいやがることが挙げられる。産
業によっては嫌われる第２の特徴は核検出器が主として
密度を測定するため得られる厚さの推定値は間接的なも
のとなる事実である。従って、被測定材料の密度が変動
すると、厚さの測定値の精度も変動する。通過線の変
動、すなわち検出器に対する移動ウェブの位置変動、も
問題点となる。

【０００４】概念的には、超音波ゲージはセンサとセン
サが指向するウェブ表面間の距離を正確に検出すること
ができるため、ウェブ厚を測定するのに有用である。し
かしながら、ウェブを横切走査する横切機構内に超音波
センサを取り付けると、ウェブに対する走査ヘッドの予
期される変動により（高品質横切機構の場合であって
も）、トランスジューサの公称精度を完全にいつわって
しまう程度のエラーを生じることがある。例えば、公称
２，５４ｍｍ（１００ｍｉｌ）厚のウェブを１％の精度
で走査したい場合には、最悪の場合で±０．０１２７ｍ
ｍ（±０．５ｍｉｌ）の位置変動を有する横切機構を設
ける必要がある。しかしながら、予期できる最善のケー
スにおける変動は±０．２５４ｍｍ（±１０ｍｉｌ）以
上の範囲であり、２．５４ｍｍ（１００ｍｉｌ）ウェブ
を±１０％よりも良好な精度で測定することは不可能で
ある。横切機構の０．２５４ｍｍ（１０ｍｉｌ）の変動
が全体厚に対して小さなパーセンテージに過ぎない（数
インチ範囲の）実質的に厚いウェブを測定する場合に
は、超音波横切ゲージが有用となる。ある場合には、横
切位置変動を補償する“空気プロファイル”を生成する
こともできるが、この方法は横切するたびに変動は繰返
し可能であるものと仮定しており、任意の非システマテ
ィックな変動は考慮していない。従って、少くとも薄い
ウェブに対しては、超音波センサにより所望の精度で簡
潔化がなされることはなかった。

【０００５】市販されている別種の厚さセンサが本発明
と同じ譲受人が譲り受けたホーン等の米国特許第３，６
１７，８７２号に示されている。この特許に開示された
装置はウェブの一面に載置された渦電流センサ、ウェブ
の他面に載置された金属サポート、及び渦電流センサを
含むヘッドをウェブ上所定の距離に支持するエアクッシ
ョンを使用している。渦電流センサはそれ自体と金属サ
ポート間の距離を検出し、エアクッションが常に同じ厚
さであるという仮定に基いて、それはウェブ厚の測定値
となる。このような装置は多くの場合に所望される容易
さで実施することはできず、精度も所望する値よりも低
くなる。

【０００６】米国特許第４，３１１，３９２号は厚さ測
定装置に関し、同じ測定ヘッド内でレーザ光学系及び渦
電流検出器を使用する装置を提案している。提案された
装置はウェブの前面位置を検出するレーザ光学系、ウェ
ブの裏面を支持する裏当てロール、及びヘッドと裏当て
ロールの表面間距離に関する測定値を生成する渦電流検
出器を使用している。２個の検出器の出力を結合して裏
当てロールと測定ヘッド間の位置関係の変動に対して修
正されたシート厚の測定値が生成される。本発明の明ら
かな問題点は産業環境において比較的複雑な光学系を使
用し且つ光学系を清潔に維持する必要性があることから
生じる。光源及び検出器を別々に配置して実質的に異な
る光路を利用する必要があるため、装置が複雑になって
アライメントが困難になるだけでなく、複雑な光路に渦
電流センサを関連させる方法により装置は比較的小さな
機械的ミスアライメントによる誤りの影響を受け易くな
る。

【０００７】米国特許第４，２７６，４８０号はさまざ
まな形式の厚さ測定装置に関連している。とりわけ、比
較的複雑な光路を使用し別々の基準線を間接に感知し
て、非支持ウェブの両面を感知する２つのヘッド装置を
示す図７では、全部で４本の光路の使用を必要としてい
る。複雑性は設定及び保守に関連するだけでなく、開示
されたように構成された装置から得られる精度にも影響
を及ぼす。

【０００８】公知の多くの厚さ測定装置はその特定環境
に特別に適していたが、異なる条件に合致するように適
合させる適応性はほとんどなかった。従って、例えば前
記特許第４，３１１，３９２号の装置は簡単で、正確な
非裏当ロール環境に適するようには思えない。前記米国
特許第３，６１７，８７２号に記載された装置は、空気
圧及び電子装置及びウェブ裏面に当てがう裏当板を必要
とするため、適応性が制限される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記したことから、従
来の装置よりもより正確で信頼度が高く、ウェブ厚の直
接測定を行う厚さ測定装置を提供することが本発明の一
般的目的である。この点について、使用中に生じるヘッ
ド間の位置変動を考慮して信頼度及び精度が高められる
２ヘッドキャリパー型の非核ウェブ厚測定装置を提供す
ることが本発明の一つの目的である。

【００１０】これについて、ヘッドからウェブ表面への
寸法だけでなくギャップ寸法の測定値をも維持すること
により、横切行路にわたって測定ヘッド位置の変動を正
確に考慮する横切ウェブ厚測定装置を提供することが一
つの関連目的である。

【００１１】より詳細な目的はウェブを調和して横切す
ることができる一対の測定ヘッドを使用し、各ヘッドは
ウェブの各表面位置を感知するためにウェブから反射さ
れるエネルギに作用するセンサを含み、少くとも１個の
ヘッドは２個のヘッド間の位置関係に関する情報を与え
るためにウェブを透過する種類のエネルギに作用するセ
ンサを含んでいるウェブ厚測定装置を提供することであ
る。

【００１２】本発明の一つの特定局面に従って、最大精
度の厚さ読取値を生成するように位置関係が最適化され
た同じ測定ヘッド内の一対のセンサを使用して、単ヘッ
ドウェブ厚測定装置の精度及び信頼度を向上させること
が一つの目的である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の実施例に従っ
て、走行するウェブの厚さを測定する非接触キャリバー
型ゲージが提供される。実施例は走行ウェブの両側を横
切して、公知の適切なサイズの、ギャップを形成するよ
うに載置された一対の走査ヘッドを含んでいる。反射率
トランスジューサが各ヘッド内に載置され、トランスジ
ューサから送出されウェブの対向面から反射されるエネ
ルギにより関連ヘッドとウェブの対向面間の距離を測定
するギャップへ指向される。送信トランスジューサはウ
ェブを通って送出されるエネルギによりヘッド間の総ギ
ャップ寸法を測定する一方のヘッド内に配置される。処
理手段が送信トランスジューサが決定した総ギャップ寸
法により修正される反射率トランスジューサが決定する
ウェブの各表面までの距離に基いてウェブ厚の測定値を
決定し出力する。

【００１４】好ましい形状において、反射率トランスジ
ューサはウェブに向けて超音波エネルギパルスを送出し
実質的に同じ径路に沿ってウェブから反射される超音波
エネルギを検出する超音波トランスジューサである。こ
のような実施例における送信トランスジューサは対向ヘ
ッドの金属すなわち導電面に応答してヘッド間のギャッ
プ寸法の測定値を与える渦電流センサである。

【００１５】ウェブ表面を検出する高信頼度超音波トラ
ンスジューサ及びギャップ寸法を連続的に監視する渦電
流トランスジューサにより、既存の装置に容易に組み込
んでほとんど手入れすることなく産業環境において高信
頼度で作動することができるようにすることが本発明の
一つの特徴である。

【００１６】移動するウェブの両側を検出するセンサか
ら得られる情報を処理してウェブ通過線もしくはウェブ
通過線からの逸脱を決定し、適切な場合に通過線の修正
を行うことが本発明の従属的な特徴である。

【００１７】より限定的な局面において、本発明は１個
のみの横切へツドを使用して金属裏当てロール上に支持
されたウェブの厚さを測定する装置を提供する。このよ
うな装置では、ヘッド内に載置された超音波トランスジ
ューサは超音波エネルギパルスをウェブに指向させ、ウ
ェブ表面からの反射エネルギを検出し、ヘッド内の基準
と対向するウェブ表面間の寸法を決定する。やはり走査
ヘッド内に載置された渦電流センサがヘッド内の基準と
金属裏当てロールの表面間の寸法を測定する。出力手段
が２つのトランスジューサからの信号を処理してウェブ
厚の測定値を決定する。センサは中央の超音波センサと
同軸に載置され且つ渦電流センサにより包囲されて、最
大精度を維持しながら走査ヘッドの僅かなミスアライメ
ントを調整する。

【００１８】

【実施例】次に図面を参照として、図１に本発明を実証
するウェブキャリパー測定装置の部分略斜視図を示す。
図２は同じ実施例の立面図である。これらの図面を同時
に参照すれば、厚さすなわちキャリパを測定しようとす
るウェブ１６が通過するギャップ１４に対して対向する
関係で配置された一対の測定ヘッド１２，１３を含む測
定装置が一般的に符号１０に設けられていることが判
る。

【００１９】本発明を実施する際、厚さ測定装置１０は
ウェブ１６の表面１７，１８に関する位置情報をこれら
の表面から反射されるエネルギにより引き出し、その情
報を使用してウェブ厚、すなわち表面１７，１８間距離
を決定する。光学装置等の他種の反射率装置を使用する
場合もあるが、実施例では超音波トランスジューサが使
用される。

【００２０】図１及び図２において、各測定ヘッド１
２，１３には超音波トランスジューサ２０，２１が設け
られており、それぞれが搭載面２２，２３に対して所定
の関係で測定ヘッド１２，１３内に載置されている。好
ましくは、搭載面２２，２３は実質的に平坦であり互い
に対向している。図２は超音波トランスジューサ２０，
２１がウェブ１６の両面１７，１８と対向するように載
置されることを示している。超音波センサ２０，２１内
にはそれぞれトランスジューサ２０ａ，２１ａが載置さ
れており、それらはウェブに実質的に垂直な方向に超音
波エネルギパルスを放出する。図２において、トランス
ジューサは管部材２０ｃ，２１ｃによりそれぞれ搭載面
２２，２３に結合されたトランスジューサ凾体の拡大部
内の破線矩形２０ａ，２１ａとして示されている。管２
０ｃ，２１ｃはトランスジューサと測定圏との間に所定
の距離を与えるようにされており、トランスジューサは
任意の簡便な位置に搭載して測定ヘッド２０，２１内の
公知の基準とウェブ１６の対向面１７，１８間の距離を
表わす信号を発生するようなパルス受信及びタイミング
とされることが判る。装置に対して一定である限り、基
準の位置は重要ではない。本発明の説明の理解を容易に
するために、前記したように所望ならば基準位置は電子
装置に対してより便利な位置に対して校正することがで
きるが、表面２２，２３が基準を示すものとすることが
できる。

【００２１】前記したように、各トランスジューサ２０
ａ，２１ａはウェブ１６の対向面に向けて超音波エネル
ギパルスを放出する。好ましくは、同じトランスジュー
サを使用して対向面から反射されるエネルギが感知され
る。信号は超音波トランスジューサからの各ケーブル２
５，２６により電子回路盤２７，２８に接続される。電
子回路盤２７，２８内の回路がパルス発生、反射パルス
の検出を制御して、パルス送信開始と反射検出間のタイ
ミングを特定センサに関する基準とウェブの対向面間の
距離の測定値として測定する。各トランスジューサから
生じる処理された信号は関連するケーブル３０，３１を
介してプロセッサ３２に接続され（図１参照）、それは
これらの信号を使用して対向面１７，１８間の距離、す
なわちウェブのキャリパー、の測定値を生成する。プロ
セッサ３２はこのような結果を生成して任意簡便なフォ
ーマットで出力手段３４へ出力する。図１の出力機構は
可視ディスプレイ、もしくは磁気テープや磁気ディスク
等の記録型ディスプレイとすることができるディスプレ
イ装置として示されている。もちろん、出力装置は全て
が公知のプロセス状態監視、ウェブ生成装置の閉ループ
制御、品質管理の監視等のデータを使用するプロセスモ
ニもしくはプロセス制御コンピュータ装置の形状をとる
こともできる。

【００２２】前記したように、図１及び図２の装置は２
個のヘッド内の基準とウェブ内の対向面間の距離に関す
る情報を引き出すことができ、従ってウェブ厚の測定値
を計算することができるが、補償されない測定値は２個
の感知ヘッド間の位置関係の変動である。本発明に従っ
て、２個の測定ヘッド間距離の任意のシスティマテイッ
ク及び非システィマティック変動に対して修正されたウ
ェブ厚の測定値を正確に生成するために、２個のトラン
スジューサ間のギャップの寸法を断続的に監視する手段
が提供される。

【００２３】ところで、図１及び図２において測定ヘッ
ド１２，１３はウェプ幅を測定ヘッドが横切できるよう
にしてウェブの幅にわたってウェブ厚プロファイルを与
えることができるようにする一対のチャネル４０，４１
内に載置されている。チャネル４０，４１及びこれらの
チャネル内へヘッド１２，１３を搭載する機構は略示さ
れているにすぎない。このような機構は市販されてお
り、しばしば０フレームと呼ばれる。このような０フレ
ームは各ヘッドのマウント及び製紙機等の機械の幅にわ
たってヘッドを調和して横させるドライブを提供する。
図２の破線４４はヘッドがその各ブラケット４０，４１
内に別々に載置されてはいるが、ウェブ厚プロファイル
を生成するために機械の幅にわたって一緒に横切するよ
うにされていることを示している。最も高度に加工され
安定化された０フレーム部材であっても横切中にヘッド
１２，１３間で相対移動が生じ、それによりヘッド間で
０．２５４ｍ（０．０１インチ）以上の位置変動が生じ
ることをお判り願いたい。振動、温度変化等の通常産業
環境に付随する他の要因もこのエラーを増大させるもの
と思われる。従って、何ら修正することなくヘッドが機
械の幅を横切することができれば、多くの産業において
許容できない大きさのエラーが生じる。

【００２４】従って、本発明を実施する際、横切の任意
特定点における実際のヘッド間距離に関する信号を生成
するためにセンサ手段には一対の走査ヘッドが付随さ
れ、距離情報をほぼ同時期に行われた厚さの測定値と結
合してウェブキャリパーの修正された測定値を生成する
ことが出来る。実施例において、距離感知手段はウェブ
１６を透過し対向するヘッド１３を透過しないエネルギ
に作用し、好ましくは渦電流トランスジューサである、
トランスジューサ５０を含んでいる。渦電流センサは１
次側として作用する磁気コイルとして概念化することが
できる。本例では測定ヘッド１３である、可動２次側の
位置は１次側の電圧及び電流の大きさを制御するように
作用し、従ってそれは測定ヘッド間の距離の測定値とな
る。

【００２５】ヘッド１３は検出器５０により高信頼度で
簡便に感知される属性を提供するような形状とすること
が重要である。実施例において、渦電流センサ５０を使
用する場合、ヘッド１３は導電性金属の平胆面２３が渦
電流センサ５０に実質的に平行な面内に配置されるよう
な形伏とされ、金属面が渦電流センサ５０に対して接近
したり離れる時にそれが正確に感知されるようにする。
また、本構成は各基準線を感知することにより間接測定
値を与えるのではなく、２個のヘッド間ギャップを直接
感知できることもお判り願いたい。ケーブル５２が渦電
流センサを回路盤２７に接続して、回路盤２７内の電子
回路が信号を２個の測定ヘッド１２，１３内の基準面間
距離に関するデータへ変換する。前記したように、その
距離を平胆面２２，２３間距離として考えるのが便利で
あるが、プロセッサ３２が一方で超音波センサが他方で
ギャップセンサが生成する距離情報を考慮する限り、装
置内の任意簡単な仮想基準面を使用してウェブ１６厚の
みの計算結果として残る情報を生成することができる。

【００２６】これを達成する方法は図３を参照すれば良
く理解することができ、図３には図１及び図２の装置内
の検出器とウェブ間の幾何学的関係が示されている。超
音波センサ２１，２１はウェブ１６に対向して示されて
いる。二重矢符２０ｂ，２１ｂは各トランスジューサの
超音波エネルギ径路を示す。トランスジューサはウェブ
の対向面に実質的に垂直に配置されるため、入射径路と
反射径路は実質的に同じとなる。もちろん、各超音波セ
ンサ内で別々の送信及び受信トランスジューサを使用で
きる場合には、径路は明らかに一致しなくなる。しかし
ながら、図３は径路が一致する本発明の好ましい形状を
示している。

【００２７】特に超音波センサ２０に関して、センサ内
の送受信要素であるトランスジューサ２０ａはウェブ１
６の表面１７に向って超音波エネルギパルスを放出する
ようにされる。パルスが放出される時に、回路２７内の
タイマが起動される。放射は矢符２０ｂで示すようにウ
ェブに向って進み、ウェブ表面１７からセンサ２０の変
換要素２０ａに向って反射し戻される。センサ２０の変
換要素２０ａにおいて反射エネルギが受信されると、回
路２７内のタイマが停止する。（代表的に空気である）
媒体内の音速が判っており且つウェブに対する往復時間
が測定されているため、図３にｄ_１として示す変換要素
とウェブ間の距離が直接計算される。トランスジューサ
２１及び同様なエネルギ径路２１ｂを付随するその変換
要素２１ａは回路盤２８上にそれ自体のタイマを有し距
離ｄ_２が同様に測定される。距離ｄ_１，ｄ_２は同じであ
る必要はなく、通常同じではないが、ウェブ１６の各表
面１７，１８を向いた別々のトランスジューサを使用し
て同様に測定されることをお判り願いたい。

【００２８】本発明に従って、総距離ｄ_ｔを測定して装
置に関連するコンピュータが減算作動し厚さ測定を行う
時のトランスジューサ要素間の実際の測定距離に対して
修正されたウェブ厚測定値を与える付加手段が提供され
る。代数的に示すと、ウェブ厚は、

【数１】ｔ_ｗ＝ｄ_ｔ−（ｄ_１＋ｄ_２）（１）となる。実施例において、距離ｄ_ｔは１個のセンサヘッ
ド１２に対して固定され対向センサ１３内の基準面２３
に対するそのヘッドの位置変化を感知するようにされた
渦電流トランスジューサ５０により測定される。渦電流
センサは導電性金属基準板２３と交差し符号５１に略示
する磁束線を発生するように示されている。従って、渦
電流センサ５０が発生する信号の大きさは板２３により
切られる磁束線数、従って渦電流センサ５０に対するそ
の相対位置に基いて変動する。従って、出力線５２上に
生じる信号は距離ｄ_ｔの直接測定値となる。また、線５
２上の信号は所定の公称ギャップからのヘッド位置変動
の測定値を反映するように校正することができる。いず
れにしても、線５２上の信号はギャップ寸法ｄ_ｔの測定
値とされ、このような信号をプロセッサ３２（図１）内
で校正して前式１の入力を与えることができる。従っ
て、ギャップ寸法ｄ，をそれぞれセンサ２０，２１が生
成する距離信号ｄ_１，ｄ_２と共に使用してウェブ厚の直
接測定値を生成することができる。

【００２９】次に図５を参照として、本発明の信号処理
局面を良く図解するためのブロック図を示す。図は４部
分に分割されており、最も左の部分には超音波トランス
ジューサ２０，２１、渦電流トランスジューサ５０、及
びウェブ１６が含まれている。図面でそれに続く部分は
回路盤２７，２８上の信号処理要素、プロセッサ３２、
及び出力装置すなわちディスプレイ３４を表わす。

【００３０】図５を詳細に参照すると、超音波トランス
ジューサ２０，２７は時間／距離変換器１１０，１１１
を含む各回路盤２７，２８内の要素を制御するように接
続されていることが判る。時間／距離変換器は機能要素
として示されているが、同業者であればこのような要素
はタイマだけでなく超音波送受信回路も含むことをお判
り願えると思う。回路はタイマ期間の開始と同時に超音
波パルスを送信し、次に超音波エネルギの反射を受信し
てタイマ期間を終止するように機能する。次に時間／距
離変換器１１０，１１１は（代表的に空気である）媒体
内の音速を知った上で測定された時間間隔を変換して、
超音波トランスジューサ内の基準とウェブ１６の対向面
間距離を計算する。超音波トランスジューサをこのよう
に制御する回路は市販されているため詳記しないが、ブ
ロック１１０，１１１はこれらの機能の実行を示そうと
するものである。

【００３１】本装置はかなりの温度変化に耐えられる産
業環境で使用されるものであるため、超音波トランスジ
ューサから生成される信号の温度補償を行う手段が提供
される。超音波トランスジューサの温度補償を図５にブ
ロック１１２，１１３で示す。超音波パルスの速度の直
接測定値を生成するために、超音波トランスジューサは
公知の距離にある校正対象にエネルギパルスを送信し、
送受信の時間間隔を検出し、公知の距離及び測定された
走行時間を使用して装置がさらされる温度における音速
に関する基準信号を決定するように構成される。図３は
センサ２０に関する小さな校正タブ２０ｄを示す。タブ
は実質的にウェブへのエネルギの送出と干渉しないが、
センサに対して反射し戻す。通常、センサはその走行時
間がほぼウェブの通過線までの走行を必要とする反射を
受信するための時間窓を確立する。従って、温度校正タ
ブ２０ｄからの反射は窓内にはない。しかしながら、周
期的に時間窓は校正タブ２０ｄからの反射を検出するよ
うに調整され、公知の距離及び測定された走行時間に基
いて計算が行われ媒体内の超音波パルスの測度が計算さ
れ、次にその測度を温度補償信号として使用してウェブ
までの距離、ｄ_１もしくはｄ_２が計算される。

【００３２】好ましくは、温度補償は渦電流トランスジ
ューサ５０に対しても行われる。渦電流トランスジュー
サの温度補償はブロック１１５で表わされる。好ましく
は、渦電流トランスジューサの温度補償は渦電流センサ
のそれとは反対の温度依存特性を有する装置によりアナ
ログに行われる。このような装置は公知である。それに
ついては、好ましくは渦電流センサ上に搭載された温度
依存電圧源を使用して渦電流センサが温度に無関係な出
力信号を発生するようにアナログに実施されることを述
べるだけにする。図示するように、補償されたアナログ
信号は次に回路盤２７，２８の要素として示されている
が経済上の目的でコンピュータ３２内に常駐させること
もできるアナログ／デジタル変換器１１６へ通される。
さらに、補償された信号は超音波検出器からのアナログ
信号とアナログ形式で結合されて、ギャップ寸法に対し
て補償されたアナログ厚さ信号が生成される。しかしな
がら、いずれにしても、渦電流トランスジューサ５０か
らの温度補償されたアナログ信号はギャップ寸法ｄ_ｔを
生成するのに使用され、それはｄ_１及びｄ_２信号により
処理されたウェブのキャリパーすなわち厚さの測定値が
生成される。

【００３３】プロセッサ３２を構成するように示された
要素は信号を結合してウェブ厚出力を生成する方法を示
している。ブロック１２０は１式の計算を行う、すなわ
ち総ギャップ寸法ｄ_ｔから超音波センサの生成する信号
の和（ｄ_１＋ｄ_２）を減じることが判る。本発明の最も
簡単な形式において、その厚さ信号は直接ディスプレイ
もしくはプロセッサ３４へ出力される。ブロック１２０
で生成される厚さ信号がウェブ厚の測定値として直接出
力される装置は現在大部分の応用を包含するものと考へ
られ、核厚さゲージに匹敵する精度が得られる。しかし
ながら、ウェブがウェブを通るエネルギの伝達と一部干
渉する特性を有するケースがいくつか考へられ、これら
の応用は少くとも部分的に通過線の位置に感応するもの
と思われる。例えば、ウェブが導電性ポリマーをロード
されるかもしくは導電面を有する種類のものであれば、
ウェブは渦電流センサ５０と対向ヘッド間の結合に一部
干渉する。導電ウェブにより装置が非作動とされること
はないが、ブロック２０において生成される厚さ測定値
がウェブが所定の通過線位置にある場合のみ正確で、通
過線が変動すれば公知のようにエラーとなる状態が生じ
る。超音波トランスジューサ２０，２１がウェブ厚だけ
でなくその実際の通過線に関連する情報を生成する点に
おいて、本発明の装置は通過線可変装置の簡便な調整手
段を提供する。従って、装置が通過線に感応するような
特別のケースに対してプロセッサ手段３２内に付加要素
が設けられる。図５にブロック１２５として示す第１の
これらの要素は一つの超音波トランスジューサ信号から
の通過線の逸脱を決定する。図示する例において、ブロ
ック１２５はブロセッサ内に記憶された公知の通過線位
置ＰＬを一つの超音波距離信号ｄ_１と比較することによ
り通過線の逸脱ΔＰＬを計算する。記憶された測定値Ｐ
Ｌはウェブが好ましい通過線位置にある場合に超音波ト
ランスジューサ２１により感知される距離ｄ_１を表わ
す。従って、ウェブが好ましい通過線にある場合には、
ΔＰＬはゼロとなる。しかしながら、ウェブがその通過
線位置から逸脱している場合は常に、正もしくは負のΔ
ＰＬが決定される。

【００３４】第２のブロック１２６は通過線変動に対す
る厚さ修正に関する（表内等の）関数を記憶している。
例として、関数が線型であれば、最初に一方の検出器に
おいて測定される種類のウェブを位置決めし、次に他方
において、両方の厚さの測定値を決定しこれらの測定値
から通過線修正関数ｆ（ΔＰＬ）を計算することにより
装置を校正することができる。このような修正関数をブ
ロッ１２６に示す。ブロック１２５により通過線の逸脱
ΔＰＬが感知されると、この逸脱はブロック１２６に与
えられ、ブロック１２０で決定される厚さの測定値に加
えるべき厚さ修正Δｔ_ｗが決定される。そこでブロック
１２８は計算された厚さ測定値プラスブロック１２６で
決定される修正関数の和に等しい修正された厚さ測定値
ｔ_ｗ（ｃｏｒｒ）を決定する。次に、修正された関数は
ディスプレイもしくはプロセッサ３４へ出力される。

【００３５】通過線逸脱修正は現在オプション機能とさ
れており、大概の応用は処理ブロック１２０で決定され
る厚さ修正により満足されることを強調したい。しかし
ながら、通過線が一つもしくはいくかのトランスジュー
サ信号、恐らくは送信トランスジューサ信号、と干渉す
るような応用では、図５に示すような付加要素を実質的
にコストを付加することなく付加して（トランスジュー
サ信号は既に利用できる）、このような困難な状況でも
必要な精度を得ることができる。このようにして、本発
明に従った装置の実質的な万能性を御理解いただけると
思う。

【００３６】最も代表的な応用において、本発明に従っ
た装置は走行するウェブの幅にわたってキャリパー測定
値を与える。このような装置では、横切は公称測度で行
われ、センサからの信号は所定のレートでサンプルさ
れ、スキャナがウェブを横切する時に所定の増分で新し
い読取値が生成される。本発明に従った装置を使用して
走査ヘッドがウェブ幅を横切する時に２５．４ｍｍ（１
インチ）当り少くとも５回の横切中に厚さ測定値を生成
することが可能且つ便利であることが判った。本発明を
実施する際、センサからアナログ信号を取り出してコン
ピュータへ通すサンプリグ回数は、プロセッサから与え
られるギャップ修正が超音波トランスジューサから与え
られる厚さ測定値と比例関係となるように調整される。
現在これを達成するのに好ましい方法は渦電流及び超音
波トランスジューサ信号をアナログ処理してギャップ寸
法に対して調整された一つの厚さ測定値信号を生成し、
次に必要に応じてその修正された信号をサンプル且つデ
ジタル化することである。デジタル処理を使用する装置
では、渦電流センサ及び超音波センサからの信号は超音
波センサがウェブ表面位置を測定するのとほぼ同じ時期
に渦電流センサがギャップを測定しているようにサンプ
ルされ、横切行路中に断続的に更新且つ修正された情報
が生成される。

【００３７】精度については、比較的薄いウェブの高精
度走査を行う機械的装置を構成することが困難もしくは
実用的に不可能であることを前に指摘した。例えば、実
際の機械的交差は公称２．５４ｍｍ（１００ｍｉｌ）の
厚さ決定をおよそ１％の精度で行うのは容易ではないこ
とが指摘されている。たとえ“空気プロファイル”を使
用したとしても、産業環境において予期される非システ
ィマティックな変動によりこのような精度標準を達成す
ることは、不可能とは云わないまでも、困難となる。

【００３８】しかしながら、本発明を実施する際、比較
的薄い２．５４ｍｍ（１００ｍｉｌ）ウェブに対してこ
のような精度を達成するのは容易である。このような装
置はカマン社製、モデル６０Ｕ渦電流センサを使用して
構成して１０ｍＶ／ｍｉｌ信号を生成し、それを１２ビ
ット分解能でデジタル化して０・００６１ｍｍ（０．２
４ｍｉｌ）のデジタル分解能を得ることができる。従っ
て、感知ヘッド間距離ｄ_ｔは所望の総装置精度と釣り合
った実質的な精度で測定することができる。

【００３９】超音波センサはバーモント州、ブリストル
のコンタックテクノロジー社から入手することができ、
一つの読取値に対しておよそ０．０１８ｍｍ（０．７ｍ
ｉｌ）の分解能を得ることができる。移動するウェブに
対しては、測定値を加算且つ平均化することにより遡及
統計関数として分解能が向上される。例えば、４つのサ
ンプルを平均化することにより０．０１５ｍｍ（０・５
９ｍｉｌ）の分解能が得られる。従って、（ヘッド対の
ウェブ横切に対して）８３．８２ｍｍ（３．３インチ）
／秒の走査速度と、超音波センサに対する０．０１８ｍ
ｍ（０．７ｍｉｌ）の分解能と、１回の読取りについて
４個のサンプルを使用すれば、１．３５ｍｍ（５３ｍｉ
ｌ）ターゲットの１％分解能を達成することができる。
走査速度が６３．５ｍｍ（２．５インチ）／秒へ低下す
ると、１．０９ｍｍ（４３ｍｉｌ）ターゲットの１％分
解能を達成することができる。分解能について前記した
超音波センサ及び渦電流センサについてこの分解能を使
用すれば、従来よりも正確なウェブキャリパー測定値を
走行ベースで得ることが完全に可能となる。さらに、こ
のような測定値は産業環境で使用する信頼度の高い強化
された装置で、精度と分解能を考慮して、比較的低廉な
コストで得ることができる。

【００４０】図３のセンサの相対位置にも注目願いた
い。渦電流センサ５０は超音波センサ２０を収容するの
に適切なサイズの開口５０ａを有するドーナツ構成とさ
れている。従って、二重センサヘッド１２において、同
軸センサ構成が設けられそれにはウェブに対して反射エ
ネルギを直接送受信する超音波センサ２０が中央に配置
されており、渦電流センサ５０ａが超音波センサを包囲
していて２つの走査ヘッド間の距離の平均化された読取
値を与える。センサが実質的に対面アライメントに維持
されるような走査フレームを仮定すると、前記した距離
測定値の精度を達成することができる。さらに、小さな
ミスアライメントは特に前記同軸構成の観点から許容で
きる。

【００４１】本発明のいくつかの応用において、一方の
センサがウェブにより反射されるエネルギを使用し他方
がウェブを透過するエネルギを使用する二重センサ構成
の同軸特性を使用して、著しく簡単化された装置により
適切な精度を得ることができる。このような構成は図４
に示すような裏当てウェブ構成に第２のヘッドを必要と
せずに使用することができる。図４はプラケット４０′
内を横切して表面１７′がヘッド１２′に対向するよう
に配置されたウェブ１６′の厚さを感知するようにされ
た走査ヘッド１２′を示す。第２の感知ヘッドは省か
れ、替りにウェブ１６′を支持する裏当てロール１００
が設けられている。ウェブの裏面１８′がロール１００
の滑らかな金属表面と密接するようにウェブ１６′はロ
ールに実質的に巻き付けられている。次に、同軸センサ
構成は渦電流センサ５０′を使用してロール１００の表
面までの距離従ってウェブの非対向面１８′の距離の測
定値を検出し、超音波センサ２０′はウェブの対向面１
７′までの距離の測定値を与える。従って、（図４に図
示せぬ）コンピュータ３２′内で計算を行うか、もしく
は加算増幅器で信号のアナログ処理を行って、超音波セ
ンサ２０′が測定した距離を渦電流センサ５０′が測定
した距離から減じて、ヘッド１２′とウェブ１６′間距
離の横切変動もしくは他の非システィマティック変動に
対して補償されたウェブ１６′厚の測定値が得られる。
走査ヘッド１２′の任意のミスアライメントにより外部
同心渦電流センサ５０′が測定する距離を平均化しなが
ら超音波センサ２０′の中央エネルギ送受信が最低限の
影響をこうむるため、センサの同軸構成は本実施例にお
いて特に重要である。従って、渦電流センサ５０′はウ
ェブの非対向面１８′までの距離に対する距離測定値を
与え、それは同軸センサの中央で取り出される超音波測
定値に対するミスアライメントの少くとも一部を平均化
する。従って、幾分ミスアライメントする場合であって
も、同軸構成によりウェブ１６′のキャリパーのより正
確な読取値が得られる。

【００４２】図４に示す同軸構成はさらにコンパクト
で、ヘッドからウェブの各表面１７′，１８′までの距
離のサンプルをほぼ同じ時期に且つローラ上を走行する
ウェブの同じ増分に対してとることができるという利点
を有している。

【００４３】さらに、同軸構成で使用されるセンサの種
類、すなわち反射エネルギ用超音波センサ及びウェブを
透過するエネルギに対する超音波センサ、によりこのよ
うな装置において最大信頼度と考へられるものが得られ
るだけでなく、（製紙機のカレンダロール等の）既存の
機械ロールに容易に適用して改修時に利益のでるコスト
で正確で、繰り返し可能で信頼度の高い厚さ測定を行う
構成を得ることもできる。

【００４４】

【発明の効果】改良型ウェブキャリパー測定装置が提供
されることをお判り願えたと思う。好ましい形式におい
て、ウェブの各表面からの反射エネルギを利用してウェ
ブ厚を決定する一対の走査ヘッドが設けられている。一
方の測定ヘッドにはウェブを透過するエネルギを利用し
てヘッド間距離を決定するエネルギ感知装置が設けられ
ていて、ウェブ幅を横切する間にヘッド間距離の変動が
補償される。反射率トランスジューサが必要に応じて通
過線修正を行うための通過線情報を与えるという事実か
ら得られる利点もある。

【００４５】本発明の第２の形式において、第２のセン
サが実際的でなかったり望ましくない場合に、裏当てロ
ールと協働する１個の同軸対のみを利用して相当精密な
ウェブ厚の測定を行う同軸構成の反射及び透過エネルギ
センサの利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実証するウェブ厚測定装置を示す斜視
図。

【図２】図１の装置の正面図。

【図３】図１及び図２の検出ジオメトリを示す線図。

【図４】本発明の第２の実施例を示す線図。

【図５】センサ信号からウェブキャリパーの正確な測定
値を生成する信号処理手段を示すブロック図。

【符号の説明】

１０測定装置１２測定ヘッド１３測定ヘッド１４ギャップ１６ウェブ１７ウェブ表面１８ウェブ表面２０超音波トランスジューサ２０ａトランスジューサ２０ｂ超音波エネルギ径路２０ｃ管部材２０ｄ校正タブ２１超音波トランスジューサ２１ａトランスジューサ２１ｂ超音波エネルギ径路２１ｃ管部材２２搭載面２３搭載面２５ケーブル２６ケーブル２７電子回路盤２８電子回路盤３０ケーブル３１ケーブル３２プロセッサ３４出力手段４０チャネル４１チャネル５０渦電流センサ５２ケーブル５３磁束線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行するウェブの厚さ測定装置におい
て、該装置は、第１及び第２のセンサを含む横切走査ヘ
ッドであって第１のセンサはウェブにエネルギを指向し
て反射させウェブの第１の表面からの反射を検出して走
査ヘッド上の基準とウェブの第１の表面間の距離を決定
する反射率センサであり第２のセンサはウェブ中にエネ
ルギを投射してウェブの第２の表面と所定の関係を有す
る基準手段を検出する送信センサであり且つ第２のセン
サは第１のセンサを同軸に包囲している前記横切走査ヘ
ッドと、第１及び第２のセンサからの信号に応答してウ
ェブ厚の測定値を生成するコンピュータ手段の組合せか
らなる、走行ウェブの厚さ測定装置。
【請求項２】請求項１記載の組合せにおいて、反射率
センサはウェブに超音波エネルギを指向してウェブの第
１の表面からの超音波反射を検出する超音波センサであ
り、送信センサは渦電流センサであり基準手段は導電性
基準手段である、組合せ。
【請求項３】請求項２記載の組合せにおいて、導電性
基準手段は、第１の走査ヘッドの反対側に載置され前記
導電性基準を画定する導電性表面を有する第２の走査ヘ
ッドであって第１の走査ヘッド内の渦電流センサは前記
第１の走査ヘッドと第２の走査ヘッドの導電面間距離を
感知するようにされている前記第２の走査ヘッドと、第
２の感知ヘッド内に載置されウェブの第２の表面に超音
波放射を指向して反射させウェブの第２の表面からの超
音波反射を検出する第２の超音波センサを具備する、組
合せ。
【請求項４】請求項２記載の組合せにおいて、導電性
基準手段はウェブの第２の表面を支持する滑らかな金属
ローラを具備し、第１の走査ヘッド内の渦電流センサは
金属ローラの表面従ってウェブの支持された第２の表面
までの距離を感知するようにされている、組合せ。
【請求項５】請求項３記載の組合せにおいて、コンピ
ュータ手段はさらに少くとも一方の超音波センサからウ
ェブの通過線を決定する手段と、通過線の逸脱に対して
補償されたウェブ厚測定値を生成する手段を具備する、
組合せ。
【請求項６】走行するウェブの厚さを測定する非接触
キャリパー型ゲージにおいて、該ゲージは、ウェブの両
側を横切してその間にほぼ所定の寸法のギャップを形成
するように載置されている一対の走査ヘッドと、ギャッ
プに対して指向されトランスジューサから送出されてウ
ェブの対向面から反射されるエネルギにより関連するヘ
ッドとウェブの対向面間距離を測定する各ヘッド内の反
射率トランスジューサと、一方のヘッド内に配置されウ
ェブを透過するエネルギにより総ギャップ寸法を測定す
る送信トランスジューサと、送信トランスジューサが決
定する総ギャップ寸法により修正された反射率トランス
ジューサが決定するウェブの各表面までの距離に基いて
ウェブ厚測定値を決定し出力する処理手段、の組合せか
らなるゲージ。
【請求項７】請求項６記載の組合せにおいて、反射率
トランスジューサはウェブに超音波エネルギパルスを指
向してウェブの対向面から反射される超音波エネルギを
検出するようにされ、送信トランスジューサは一方のヘ
ッド内に載置された渦電流トランスジューサであり、第
２のヘッド内の導電性基準が渦電流トランスジューサに
より感知されてヘッド間ギャップの表示が得られる、組
合せ。
【請求項８】請求項７記載の組合せにおいて、前記一
方のヘッド内の超音波トランスジューサ及び渦電流トラ
ンスジューサは超音波トランスジューサを包囲する渦電
流トランスジューサに対して同軸配置されている、組合
せ。
【請求項９】請求項７記載の組合せにおいて、超音波ト
ランスジューサは走査ヘッドの横切中にサンプルされる
出力を有し、超音波トランスジューサの多数のサンプル
を平均化してウェブ厚測定値の精度が高められる、組合
せ。
【請求項１０】請求項６記載の組合せにおいて、処理
手段はさらに少くとも一方の反射率トランスジューサか
らの走行ウェブの通過線の逸脱を決定する手段と、通過
線の逸脱に基いてウェブ厚測定値を修正する手段を含
む、組合せ。