JPH10503028A - 紙などのシート材料の表面特性の測定および制御のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 紙などの移動するシートの表面態様の測定値を生成するためのオンラインレーザ三角測量位置検出システム。測定値は、標準実験室表面平滑度試験器を使用して得られる測定値と相関関係があり、これによって紙の製造中に紙の印刷特性を予測できる。検出システムは、セグメントに分割され高周波応答性を有する平衡検出器を含む。さらに検出システムには、それぞれフィルタを有する複数のチャネルを含む信号処理回路構成が設けられる。種々のフィルタは、異なるカットオフ周波数を有し、表面態様スケールサイズの範囲に応じて異なる周波数を通過させる。各フィルタのカットオフ周波数は、シート速度の変動に応じて変えられる。さらに、シート検出システムは、測定領域のフラッタを最小化するためのシート安定装置と、少なくともひとつのスケールサイズスペクトルにおいて検出システムの性能検定を実施できるようにする標準化部材とを含む。また、検出システムには、シート圧縮部が設けられ、シートの測定領域を圧縮し、実験室空気漏れ平滑度試験器によりシート試料に加えられる圧力をシミュレーションすることができる。位置検出システムの出力を、多様な種類の製紙機と共に使用して、最終製品の平滑度または質感を決定する多数の製紙工程パラメータのひとつ以上を制御することができる。検出システムを使用することによって、ティッシュクレープを測定すること、この測定値を使用しティッシュ製造機の多様なクレープ決定段階を制御すること、およびティッシュ製造機のクレープ加工ブレードすなわちドクターブレードの条件を監視するすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 紙などのシート材料の表面特性の測定および制御のための方法および装置 発明の分野 本発明は、巻取紙などの移動するシートの表面の平滑度などの幾つかの特性を オンライン、非接触方式によって、測定および制御する方法および装置に関する 。 発明の背景 紙の表面特性は、印刷用紙、ティッシュ、新聞用紙、段ボール用ライナーなど を含む広範囲な紙製品の製造業者および消費者の両者にとって重要である。たと えば、紙および板紙の製造においては、印刷適性は重要な表面特性であり、測定 し制御する必要がある。印刷特性は、雑誌用紙および新聞用紙などの印刷用紙に とって重要であるだけでなく、段ボール用ライナー（ｌｉｎｅｒｂｏｒｄ）およ びクラフト紙にとっても重要であり、それは箱または紙袋の外側に製造業者のシ ンボルマークなどの情報を印刷することが次第に増加しているためである。 「印刷適性」とは、高品質の印刷を可能とする紙の特性をいう。印刷適性に影 響を与える特性は、特に表面平滑度および表面圧縮性である。表面平滑度は、す べての印刷工程に関して最も重要な特性であると考えられる。表面上の高い点は インキを保持しない傾向があり、それは高い点と印刷版との間の圧力によってイ ンキが絞り出されるためである。表面上の低い点は決して印刷版と接触しないの で、低い点はインキを受けることができない。表面圧縮性に関しては、グラビア 印刷などの一部の印刷工程が、圧縮性の高い紙を必要とする。印刷工程において 高い圧力を使用することによって、表面を印刷版に適合させることができる。非 圧縮状態において比較的粗い表面を有する紙は、やはり良好な印刷適性を有する ことができないが、それはその紙の表面圧縮性のためである。 ある程度、平滑性を向上させると、すなわち、理想面からの偏りを減少させる と、紙の印刷適性が向上する。平滑な表面は、インキがインキ吸い取り紙によっ て吸着される方式と同様な方式によって、インキが紙繊維基体の隙間に浸透する ことを防止する傾向がある。したがって、表面平滑度と印刷品質、すなわち、印 刷密度均一性との間には有意な関係がある。 本明細書においては、「平滑度」（およびその補足語「粗度」）は、シート表 面の微小形態構造を指すものとして使用する。平滑度測定は、表面の絶対位置に 関係するものではなく、むしろ表面位置が理想面または平均面から変位または変 化している程度に関係するものである。このような平滑度高さ変位は極端に小さ く、およそ１０マイクロメートルである。意味のある平滑度測定値を得るために は、高さ変動の発生するスケールサイズつまり間隔（すなわち、波長）を知るこ とも必要である。数センチメートルの間隔で発生する小さな高さ変動は平滑度、 したがって印刷適性にほとんど影響を与えないが、しかし同じ偏位が１ｍｍ間隔 で発生すると有意な影響を与える。本明細書において使用する意味における平滑 度を測定するために、たとえば、２０から１００マイクロメートルまで、１００ から２００マイクロメートルまで、２００から４００マイクロメートルまでなど の幾つかの特定のスケールサイズ範囲内の高さ変動を測定することが最も有用で ある。工程によって、あるスケールサイズが他のスケールサイズより重要になる 。 実験室測定器が開発され、紙産業界において表面平滑度の測定のための事実上 の標準の地位を獲得した。その測定器が広範囲にわたり普及したので、オンライ ンで紙の平滑度を測定するいかなる技術も、これらの事実上の標準実験室測定器 と認められた測定器による結果と十分な相関関係がある結果を与えることが望ま しい。 従来は、表面平滑度は、印刷適性の予測値として、実験室において、シェフィ ールド（Ｓｃｈｆｆｉｅｌｄ）、パーカープリントサーフ（Ｐａｒｋｅｒ Ｐｒ ｉｎｔ Ｓｕｒｆ）（ＰＰＳ）、ＢＥＫＫ、およびベントセン（Ｂｅｎｄｔｓｅ ｎ）などの多種類の空気漏れ試験によって測定されていた。これらの検査に使用 される測定器は、通常、ガス封止壁つまり試験シートの表面と接触して置かれる 端面を有するシリンダより成る。加圧供給源からのガスがシリンダ内に供給され 、シリンダ端と紙表面との界面を通過するガスの漏れ速度が紙表面平滑度の測定 値として使用される。明らかに、紙表面が粗であるほど、シリンダから空気が早 く損失される。空気漏れゲージの接触面は平らな環状領域またはナイフの刃状と す ることができ、漏れ速度はこれらの接触表面の幾何学的形状によって異なる。こ れらの普及にも関わらず、空気漏れゲージは非常に平滑な紙表面に関しては十分 に作動しない傾向がある。 最近、「ミクロ平均（Ｍｉｃｒｏ Ａｖｅｒａｇｅ）」と呼ばれる新しい平滑 度基準が、エンベコ社（Ｅｍｖｅｃｏ，Ｉｎｃ．）（米国オレゴン州ニューベル グ（Ｎｅｗｂｅｒｇ））によって導入され、一部の産業界において多様な紙製品 、特に段ボール用ライナーに関して受け入れられてきた。エンベコは表面態様（ プロフィール）測定実施用の一系列のゲージを製造し、このゲージによって「ミ クロ平均」が計算できる。このようなゲージのひとつは、０．００１２５インチ の半径を有する尖筆を使用し、試験表面に沿って、たとえば、０．００５インチ で等間隔に配置される連続点におけるシート表面の高さを測定する。５００点以 上の読みを採取する。「ミクロ平均」は、一組の読み全体についての連続する読 み間の平均差である。 空気漏れ試験器のように、エンベコケージは実験室測定器であり、オンライン 上では使用できない。しかし、紙製造業者は、紙シートの生産中に、移動する紙 シートの表面平滑度が連続的に表されることを必要とする。このような方法によ って、印刷適性の直接表示が利用できると、製造業者は平滑度が標準値から逸脱 した場合は必要により生産工程中において修正することができる。さらに、この ようなオンライン測定値は、いずれも標準実験室検査の結果と十分な相関関係が あることが必要である。 オンラインで平滑度を検出する必要を満足させるための努力が続けられた。こ の関連における先行技術にはオンライン、非接触、光学表面粗度測定装置などが ある。最も一般的なものは、レーザ三角測量センサであり、このセンサにおいて はレーザビームは測定表面上に焦点を合わせられる。レンズによって、入射レー ザスポットの像の焦点が位置検出器に合わせられる。像の位置によって、表面の 位置が決定される。これらの先行技術のレーザ三角測量位置センサの利点は、そ の簡単さおよび正確さである。これらのセンサの欠点は、第一は、通常使用され る位置検出器はＣＣＤｓおよび横型セルであり周波数応答が限定されていること であり、第二は、表面位置が上下に移動すると（たとえば、シート「フラッタ」 により）、焦点から外れるためにスポットの大きさが変化することである。その 結果、測定される変動のスケールサイズが変化する。たとえば、レーザスポット が焦点において２０マイクロメートルの直径に集中されるときに、表面が焦点か ら５ｍｍ移動すると、スポット寸法は２５０マイクロメートルになる。この大き なスポットが平均されて注目する表面変動となるので、センサの有用性が低下す る。 先行技術は、微小焦点調節システムを含み、このシステムでは、自動焦点調節 装置によってスポットサイズが変動するという問題の解決が試みられた。自動焦 点調節装置によって、対物レンズを移動させ、スポットの焦点を測定する必要の ある表面に維持する。微小焦点調節システムによって、１ｍｍの上下運動につい て、１マイクロメートルのスポットサイズを維持できる。次に、レンズの位置を 測定し、表面の位置を決定する。このシステムの利点は、表面が上下に移動する 場合においても、スポットサイズが一定に維持されることである。この装置の欠 点は、レンズを機械的に移動させるので、速度が限定されることである。したが って、微小焦点調節システムは、約１２００Ｈｚまでの周波数応答しか有しない 。 先行技術のオンライン光学表面センサの例は、１９７７年４月１９日特許証発 行の米国特許第４，０１９，０６６号によって開示されている。前記特許に記載 のように、装置は移動するシートを低角度で照射することが好ましい。シートか ら散乱される光は集められ、光電子システムによって処理される。このようにし て生成された電気信号は、ＡＣ成分およびＤＣ成分に分割され、別々に測定され 、これらの比率が粗度の指標として使用される。この測定器は後方散乱光の強度 のみを検出しスポット位置を検出しないので、平滑な紙については正確な結果が 得られない。 １９７８年５月３０日特許証発行の米国特許第４，０９２，０６８号によって 、オンライン光学表面センサが開示され、このセンサにおいても、移動するシー ト表面から散乱される光の強度が検出される。この場合は、２個の角度を付けて 配置される光検出セルによって検出され、セルの出力はシート表面の汚れなどに 由来する局所的反射率変化を抑制する。白熱光源からの入射光束は、シート表面 に垂直に投射され、０．１から０．２ｍｍの比較的大きな直径を有する光点を照 射 する。この装置は、米国特許第４，０１９，０６６号によって開示された装置と 同様に、平滑表面について正確な読みを得ることはできない。 シート表面の平滑度を測定するために、紙からの散乱光を測定するオンライン 光沢ゲージを使用することも試みられた。これらの手法は、同様に部分的成功を 収めたに過ぎず、それは紙は表面特性によって鏡面反射および非鏡面反射（すな わち、乱反射）の両方を行う傾向があり、平滑度が減少すると乱反射が増加する 結果となるためである。したがって、多くの場合、光沢と平滑度とはほとんど関 係がない。 移動するシートの表面の不規則度のオンライン測定用の先行技術による非接触 、光学システムの他の例は、米国特許第４，１０２，５７８号および第５，１１ ０，２１２号、ならびに「ペーパー（Ｐａｐｅｒ）」（１９８２年４月１９日号 の２４ページ以下参照）に発表されたシュミット（Ｓｃｈｍｉｄｔ）の技術論文 「製紙および印刷における平滑度測定」に開示されている。 知る限りでは、いかなる先行技術によるオンライン光学平滑度センサも、現代 の製紙機にとって真に有用であるために満足する必要がある多数の必要条件のす べてを完全に満足することはできない。適切なオンライン平滑度センサは、認め られた実験室平滑度試験器により得られる情報と十分な相関関係のある情報を提 供する必要があるが、さらに、最も平滑な印刷級紙に関しても正確な平滑度測定 値を提供できることが必要である。関連する線速度（毎分１，２００メートルを 超えることがある）のため、ならびに０．１マイクロメートルの振幅および２０ マイクロメートルの波長という小さい値を有する表面態様を解明する必要がある ために、入射光点は小さく、直径約２０マイクロメートルを超えない必要があり 、またセンサは非常に高い周波数応答を有する必要がある。センサの範囲は、重 要な表面態様の位置の全範囲を適切に包括する必要があるが、しかし同時に小さ な位置変動に対する感度を保持する必要がある。シート表面の微小形態構造によ って生成される信号の振幅が小さいので、有用な出力信号を得るためにはセンサ によって導入されるノイズを最小化する必要がある。さらに、移動するシートの 位置は入射ビームの光軸に沿って安定化される必要があり、すなわち、センサの 範囲においてはシート「フラッタ」を最小化して入射光点の焦点を維持し、測定 解 像度を保持する必要がある。その上さらに、前述の必要条件を充足する平滑度セ ンサの出力として多量の情報が提供されるので、また最良の印刷結果を得るため に各工程が異なる表面特性を必要とする数種類の印刷工程があるので、情報は、 機械操作者に対して表示可能であり、また有意義で実際的な方式で工程制御パラ メータとして使用できるように処理される必要がある。最後に、センサの自動標 準化ための装置を備える必要がある。 要するに、迅速に正確な平滑度の測定値を与え、測定値は実験室試験方法と相 関関係があるオンライン測定器は依然として必要とされ、それによって、製造中 の紙が印刷適性があるか否かを決定することが可能となる。また、このような測 定値を最も平滑度の高い印刷級用紙についても提供できるオンライン測定器も必 要である。さらに、製紙業者は、製紙工程を制御し、製造中の紙の平滑度、した がって印刷適性を制御できることを必要とし、またこの制御を重要な平滑度の正 確なオンライン測定値に基づいて製造中の紙製品について実施することが必要で ある。 紙のようなシート材料の製造業者にとっては、幾つかのマクロ形態構造の表面 態様も重要である。たとえば、ティッシュの製造においては、クレープ加工がテ ィッシュの質感および平滑度の向上の方法として重要である。クレープ加工は、 ティッシュシート内で小さなしわを付ける工程である。しわの深さおよび間隔に よって、シートに質感が生じる。たとえば、しわの間隔の大きなティッシュは間 隔の密なシートより粗い感じがする。 確認できる限りでは、現在では、クレープ加工のいかなるオンライン測定値も 利用できない。クレープ加工しわの高さおよび間隔を測定するための実験室試験 器は存在するが、これらの試験器を使用するには時間がかかる。生産中のティッ シュの品質は、大体において、熟練作業者によるティッシュの「質感」およびテ ィッシュの肉眼検査だけに基づいて、主観的な方式によって評価される。これら の評価に基づいて、ヤンキーシリンダ（Ｙａｎｋｅｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）に接 着剤を塗布する噴霧バーの流速を調節すること、ティッシュをヤンキーシリンダ から剥離するクレープ加工ブレードつまりドクターブレードを取り替えること、 の少なくとも一方を実施することができる。ドクターブレードは相当に早く磨耗 し、１時間に１回の頻度の場合もある。したがって、ブレードの交換時期を正確 に決定する技術によって、工場の費用は著しく節減される。ブレード交換が早過 ぎると、生産の損失を招き、またブレード費用が増加する。ブレード交換が遅過 ぎると、廃棄物を生産することになる。 したがって、ティッシュクレープ加工を測定し、このような測定値を使用して クレープ加工工程を制御し、またブレードの磨耗およびブレード交換の必要を決 定するためのオンラインセンサが必要とされる。 発明の要約 本発明による表面特性センサは、前記に要約したすべての問題を処理し、概説 した競合する必要条件を満足する。本センサによって、紙表面の平滑度がオンラ インで測定できる。本センサによって、表面態様（表面特性）の変動の振幅対ス ケールサイズのスペクトルが生成される。スペクトルの一つまたは通常それ以上 の領域が実験室空気漏れ試験と十分な相関関係があることが確認された。その上 、実験室「ミクロ平均」測定値は、本発明によるオンラインセンサによって再現 できる。本発明によるセンサは、応答が非常に迅速であり（１ＭＨｚ）、スポッ トサイズが小さく（約２０マイクロメートル）、０．１マイクロメートルの表面 形状を解像し、またシートのフラッタ、すなわち上下運動に対して事実上反応し ない。さらに、自動標準化手段を備えることによって、長期間にわたり、この装 置の性能を確認できる。 さらに具体的には、本発明の一の特定の実施態様によれば、移動するシートの 表面の形態学態様、すなわち種々のスケールサイズおよび高さを有する態様のオ ンライン連続測定装置が提供される。本装置は、レーザ光源およびレンズを含む 手段であって移動するシートの表面と交差する光学通路に沿ってレーザ光源から の入射光の焦点を合わせ上記表面上に光点（光スポット）を照射する手段を含む 。さらに、本装置は、照射された光点から非球面角度で散乱される光を集めるた めの手段、および光点の像の焦点を像の位置に応答する光感応検出器に合わせる ための手段を備える。光感応検出器上の光点の像によって、移動するシートの表 面の光点の高さ位置の変動を示す信号が生成される。様々な表面態様がセンサを 通 過すると、この態様のスケールサイズに応じて周波数スペクトルが生成される。 検出器出力信号を処理するための回路構成は、シートフラッタなどの低周波数現 象に由来する検出器出力信号中の低周波変動をフィルタリングして除き、検出器 出力信号中の表面態様スケールサイズの範囲を表す高周波を通過させるフィルタ を含むチャネルを少なくともひとつ備える。 好ましくは、信号処理回路構成は、複数のチャネルを備え、各チャネルはフィ ルタを含み、フィルタは異なるカットオフ周波数を有し異なる表面態様スケール サイズの範囲を表す異なる周波数スペクトルを通過させる。検出器出力信号の周 波数は線速度の関数として変わるので、本装置は移動するシートの速度を監視し 、その速度を示す出力を生成する手段を備える。各フィルタのカットオフ周波数 は、シート速度監視手段の出力に応じて変えられる。 好ましくは、光感応検出器はセグメントに分かれた平衡（バランス）検出器を 備え、平衡検出器は小さな線形ギャップによって分離され横に並んでいる一対の 光感応セルを備える。移動するシートの表面を照射する光点の高さ位置に実質的 に従って、検出器セルの相対的に大きいまたは小さい範囲を照射するように、平 衡検出器に焦点を合わせられる反射光がギャップを橋絡する。このようにして、 検出器は一対の信号を生成し、検出器出力信号は一対の信号間の差に比例するよ うになる。検出器の出力部に回路が設けられ、この回路によって、一対の検出器 信号が処理され、一対の検出器信号の差のこれらの信号の和に対する比の関数で ある出力が生成される。 本発明の別の態様によれば、平衡検出器のレンジを拡大するために、平衡検出 器セルを分離する線形ギャップは、検出器に入射する光点の移動の方向に対し角 度を付けて配置される。 本発明の一の形態によれば、各チャネルのフィルタは高域（ハイパス）フィル タを備える。この場合は、信号処理回路構成は、チャネルのうち二つから出力を 選択し、選択したチャネルのカットオフ周波数間のスペクトルの領域を表す信号 を生成するための演算ユニットを含むことができる。このようにして、スペクト ルは複数の領域に分割され、各領域は特定のスケールサイズすなわち波長範囲内 のシート表面の高さ変動を示すことになる。このような情報を提供するための代 案は、帯域フィルタを使用することである。 本発明の別の実施形態によれば、本発明の装置には、シート材料の圧縮性を補 償する手段が設けられる。特に、支持プラットフォームが、シート表面に隣接し て位置検出センサの反対側に配置される。支持プラットフォームは、光点によっ て照射されるシートの測定領域をセンサの下面の方向に片寄らせる手段を備え、 これによって紙の測定領域が圧縮される。この片寄らせる手段は、膨らますこと のできるベローズを備え、ベローズの両端部分のうち、一方端部はプラットフォ ームに取り付けられ、他方端部はシートをセンサの底面に押し付けるように配置 される。安定装置アームによって、ベローズの他方端部がプラットフォームに接 続され、この安定装置アームが、ベローズの一端が前記移動するシートによって 同伴される傾向を防止する。 また、本発明の装置は、光学的標準化表面を有する標準化部材を備える。装置 からシートを外した状態で、標準化部材は標準化位置に移動され、その位置にお いて光学的標準化表面が、事実上シートの平均面の占める面に配置される。さら に、入射光の光軸に沿う方向に標準化部材の位置を振動させる手段が設けられる 。この手段は、少なくともひとつの表面態様スケールサイズおよび少なくともひ とつの表面態様高さ変動を、それぞれ示す少なくともひとつの所定周波数および 少なくともひとつの所定振幅にて標準化部材の位置を振動させる。このようにし て、センサの性能は、少なくともひとつのスケールサイズスペクトルについて確 かめられる。 本発明の別の態様によれば、移動するシートの表面の領域の特性の測定に適し たセンサと共に使用するためのシート安定装置が設けられ、この場合、移動する シートは対向面を有しセンサが対向表面のひとつに近接して配置される。シート 安定装置は、センサに取り付けられる案内板を含む。案内板は平らな面を有し、 この面に近接してシートが移動するように設定されている。案内板によって測定 領域に近接する空間およびこの空間と通じるチャネルが形成される。さらに、シ ート安定装置は、チャネルに沿うように流体流を供給する手段を含み、流体流に よって上記空間内の圧力に低下が生じ、そのために測定領域を含むシートの少な くとも一部がセンサの方向に片寄せられる。また、シート安定装置は、加圧され た流体をシートの測定領域に沿うようにシート表面に供給する手段を備える。こ の方式によって、流体ベアリングが案内板の平坦面およびセンサの底面間に形成 され、シートの測定領域はセンサに対して正確に垂直位置に保持される。 典型的な製紙プロセスにおいては、多数の工程が表面平滑度の達成に当てられ る。本発明の表面センサによって、多数の制御構成をとることが可能となった。 製造過程の制御される特定態様は、製造される紙製品の各種類によって変わる。 本発明の別の実施態様によれば、最終製品の平滑度を決定する種々の製紙過程パ ラメータを制御する方法が提供される。 また、本発明を使用して、ティッシュクレープ加工などのマクロ形態構造態様 を測定することができる。センサによって、ティッシュのしわの振幅対スケール サイズのスペクトルが生成される。粗いティッシュは、平滑なティッシュより大 きなスケールサイズでピーク振幅を有する。このオンラインで利用できるクレー プ加工の定量的測定を利用して、工程の自動制御が実施できる。さらに、最適ブ レード交換間隔を決定できる。 図面の簡単な説明 本発明の他の目的、利点、および態様は、添付図面を参照して下記の詳細説明 を読むことによって明らかとなる。 図１は、本発明の好適な実施形態による移動する紙シートの表面特性測定用装 置の概要図である。 図２は、図１に示す装置において使用することができる形式の、セグメントに 分割された平衡光検出器の正面図である。 図３は、図２に示す平衡検出器の正面図であり、検出器が図１に示す装置で使 用されるときの、レンジを拡大する方向付けを示す図である。 図４は、図１に示す装置において使用できる制御カットオフ周波数高域フィル タの概要図である。 図５は、典型的な比較的平滑な紙に関する図１に示す装置の様々なチャネルの 出力のグラフ表示図である。 図６は、図１に示す装置による測定値の「ミクロ平均」を計算するために、該 装置と共に使用できる回路の概要図である。 図７は、本発明によるセンサの一部を形成するシート安定装置部材を、図１の 断面線７−７に従って示す平面図である。 図８は、図７に示すシート安定装置部材を、図７の断面線８−８に従った断面 で示す側面図である。 図９は、図１に示すセンサの一部を形成する標準化装置の側面図であり、シー トのある状態における標準化装置を示す図である。 図１０は、図９に示す標準化装置の側面図であり、シートのない状態において 標準化位置にあるときの装置を示す図である。 図１１は、シートの圧縮性に対する補償を行う本発明の代案の実施形態におけ る、移動するシートの表面特性を測定する装置の側面図である。 図１２は、印刷用紙製紙機の概要図であり、本発明による表面センサを使用し 製紙機の多様な平滑度決定因子を制御できる方法を示す図である。 図１３は、新聞用紙製造機の概要図であり、本発明による表面センサを使用し 製紙機の多様な平滑度決定因子を制御できる方法を示す図である。 図１４は、段ボール用ライナ製造機の概要図であり、本発明による表面センサ を使用し製造機の多様な平滑度決定因子を制御することができる方法を示す図で ある。 図１５は、光沢紙（ｇｌａｚｅｄ ｐａｐｅｒ）製造機の概要図であり、本発 明による表面センサを使用して製造機の多様な平滑度決定因子を制御することが できる方法を示す図である。 図１６は、上質紙（ｆｉｎｅ ｐａｐｅｒ）スーパーカレンダマシンの概要図 であり、本発明による表面センサを使用し機械の多様な平滑度決定因子を制御す ることができる方法を示す図である。 図１７は、ティッシュ製造機の概要図であり、本発明による表面センサを使用 し、クレープの程度およびティッシュの柔軟性を決定する、機械の多様な因子を 制御することができる方法を示す図である。 図１８は、図１７に示すティッシュ製造機の一部の側面図である。 好適な実施形態の詳細な説明 光位置センサ 図１に、センサを通過して巻き取りロール（図示せず）の方向、すなわち矢印 の方向に移動する紙のシート１２の表面特性を測定するための光センサ１０を示 す。紙シート１２は上面１２ａおよび下面１２ｂを有する。センサ１０は、二つ の主要組立部品を備える。上部組立部品１４は、レーザ三角測量光学的位置検出 システム１６の構成要素を備え、また下部組立部品１８は、センサを標準化する ための支持手段２０を備える。上部組立部品１４は、従来のスキャナの上部ヘッ ド２２（その概要を波線で示す）に取り付けられ、一方、下部組立部品１８は、 スキャナの下部ヘッド２４（同様に破線で示す）によって支持される。先行技術 によって公知の方法によって、上部ヘッド２２および下部ヘッド２４は、一体に 、シート１２の幅を横切って「横方向」に前後移動し、すなわちシート１２の移 動方向に対して横方向に、前後する。また上記シート移動方向は「機械方向」と も言われる。 図１に示す実施形態においては、シート１２の上面１２ａの態様が測定される 。しかし、シートの下面１２ｂの表面特性を測定するために、レーザ三角測量位 置センサ１６を下部ヘッド２４に取り付けることができること、および標準化手 段２０を上部ヘッド２２に取り付けることができることは明らかである。さらに また、レーザ三角測量位置センサ１６をスキャナヘッド２２および２４のそれぞ れに取り付け、また関連する標準化手段２０を対向するヘッドに取り付けること によって、上面１２ａおよび下面１２ｂの特性を同時に測定することができる。 次に、また図８に関して述べると、上部組立部品１４は、ハウジング２６およ び底部水平基準（参照）面２８を備える。上面１２ａは、「フラッタ」すなわち 、センサを通過するときの垂直運動つまり通過線からのシート１２の変位を最小 化するように、シート安定装置２９によって通過線に沿って基準面２８に対して 安定化される。シート安定装置２９について、下記に詳細に説明する。シート安 定装置２９は、シートの垂直変位の抑制に有効であるので、フラッタは平均通過 線周辺において、約±０．１ｍｍに制限される。 レーザ三角測量光検出システム１６は、上部組立部品１４内に収容され、底部 基準面２８の平面と交差する垂直光束軸３０に沿って、レーザダイオードの形態 とすることができるレーザビーム光源３２、非球面コリメータレンズ３４、およ び対物レンズ３６を備える。レンズ３６によって、レーザビームはシート表面１ ２ａの小さなスポット３８に焦点を合わせられる。光点３８の直径は、所望の解 像度に従って選択される。たとえば、重要な表面変動の最小のスケールサイズす なわち波長が、中間調印刷版の網点間隔のスケールサイズすなわち波長、すなわ ち約２０マイクロメートルであるとすると、光点３８の直径は僅かに約２０マイ クロメートル以下とされる。図１に示す本発明の実施形態においては、ビーム軸 は表面２８に対して垂直であるが、ビーム軸３０が表面２８に対して別の角度方 向を採り得ることは明らかである。 紙シートの上面１２ａ上の被照射点３８から散乱される光は、対物レンズ４０ によって、入射ビーム軸３０に対して４５°にある反射ビーム軸４２に沿って集 光され、調整できる鏡４６を経由して検出器４４上に焦点を合わせられる。測定 対象として追求されている表面態様の位置、すなわち高さの特性およびサイズ範 囲のために、検出器４４は幾つかの厳しい必要条件を満足する必要がある。特に 、検出器４４は、高周波応答、高い信号対雑音比（ＳＮ比）、および基準面２８ に関する垂直シート変位に適応する十分な高さ位置適応範囲を有する必要がある 。図２および図３に、これらの必要条件を満足するセグメントに分けられた平衡 検出器４４を示す。鏡４６から反射され焦点に集められるビームは、小さな範囲 ４８を照射し、この範囲は、たとえば幅２０マイクロメートルの線状ギャップ５ ４により分離され並んでいる一対の矩形受光素子セル５０および５２の受光面と かなりな程度またはわずか程度、すなわち比較的大きいまたは小さい範囲で重な る。この種の平衡検出器、いわゆるバイセル（ＢｉＣｅｌｌ）はシリコンディテ クタ社（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｃｏｒｐ．）（米国カリフォルニ ア州カマリロ（Ｃａｍａｒｉｌｌｏ））によって販売されている。これらは、お よそ数ＭＨｚ以上の高周波数応答を有する低ノイズ検出器であり、レーザ三角測 量位置センサにおいて従来使用されているＣＣＤ型または横型セル位置感光性検 出素子の応答を事実上超える。 光検出セル５０は、光点４８によって照射される範囲程度に比例する電圧出力 Ｖ１を生成する。同じ方式によって、セル５２は電圧出力Ｖ２を生成する。出力 Ｖ１およびＶ２が処理回路５６にかけられ、処理回路５６によって表面位置信号 が生成され、この信号はＶ１とＶ２との差のこれらの信号の和に対する比である ［（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）］。したがって、位置出力信号はセルの電圧 出力の差、すなわちセル５０および５２の照射の差に比例するが、反射光の強度 の変動は補償される。比信号は増幅器５８に送られ、増幅された位置信号Ｖｓが 生成される。光点が、上面の理想面または平均面にあるシート１２の上面１２ａ の一部を照射する場合は、光点４８は平衡検出器４４のセル５０および５２の中 央点に当たり、Ｖｓはゼロに等しくなる。調整できる鏡４６を、図１に示す図の 平面に垂直な軸の回りに傾斜させ、入射光点３８が面１２ａの理想面上にあると きに、映された光点４８が平衡検出器の中央にくるようにすることができるので 、機械的にセンサをゼロ点調節することができる。したがって、シート面１２ａ が垂直変位の範囲の中央にあるときに、光点４８の像の焦点が合わさって検出セ ル５０および５２が同じ程度に照射されるように鏡４６が調節される。高さ、す なわちシート面１２ａの垂直位置が変わると、スポット像４８は移動し、その結 果、ひとつのセルが別のセルより多くの光を受ける。図２に示すように、平衡検 出器４４が通常の方向で使用されるときは、ギャップ５４の軸はスポット像移動 の方向６０と垂直であり、またセンサのレンジは光点３８の半径ｒ、に等しい。 この限界は、光学通路に沿ったレンズによって与えられる拡大による影響を受け ない。したがって、入射光点３８は２０マイクロメートルの直径を有するので、 位置変動の範囲は±１０マイクロメートルとなる。たとえば、±０．１ｍｍの最 大シートフラッタ範囲に適応させるために、平衡検出器４４は新しい方法で使用 される。図３に示すように、検出器４４は新しい方向を与えられ、線状検出素子 ギャップ５４は角度θだけ回転させられる。このように方向付けされた検出素子 を使用すると、そのレンジはｒ／ｃｏｓθに増大する。最大レンジは、検出器の 全体の長さＬ、およびレンズの倍率Ｍ、によって変わる。したがって、最大レン ジ＝±Ｌ／２（Ｍ）である。倍率は光学設計によって決定され、また事実上所望 のいかなる数にもできる。しかし、システムに組み込む範囲が増大すると、位置 の小さな変動に対する感度が低下する。最小感度は、検出する必要がある最小変 動および 検出器のノイズレベルによって決定される。たとえば、平衡検出器４４が４．８ ８ｍｍの全長Ｌ、を有し、また反射光経路に沿った倍率が２３であるときは、最 大範囲は±０．１０６ｍｍである。 増幅された検出器の出力信号Ｖｓ、は、変動信号を含み、その信号の振幅は表 面１２ａの入射光点３８により照射される部分の高さすなわち垂直位置に従って 変化し、また信号の周波数は実測された特性のスケールサイズすなわち波長およ び局所的線速度すなわち紙がセンサを通過して移動するときの紙の速度に従って 変化する。したがって、Ｖｓは周波数スペクトルを含み、周波数スペクトルは、 所定の線速度に関して、ミクロおよびマクロ形態構造スケールサイズの全範囲に 関連するすべての周波数を含む。 シート１２の表面１２ａが基準面２８に関して上下に運動するとき、検出素子 上の光点４８の像は移動し、またそれに従って検出器出力が変化する。検出器出 力は、フラッタおよび表面外形の両方を含む表面位置を示す。平滑度に関しては 、２０マイクロメートルから約１ｍｍのスケールサイズを有する表面外形だけが 最も重要である。１，２００メートル／分でシートが移動する場合は、これらの スケールサイズは１ＭＨｚから２０ｋＨｚまでの範囲の周波数に変換される。（ センサは、１，２００メートル／分を超える線速度を有する機械上でも作動する が、解像できる最小スケールサイズは速度に比例して増大する。）フラッタ変動 は、通常、比較的低周波数、たとえば、数百Ｈｚにおいて発生する。平滑度に関 連するミクロ形態構造の表面態様を測定するために、重要な平滑度スケールサイ ズ（たとえば、２０マイクロメートルから１ｍｍまで）に対応する高周波信号成 分だけを使用することが必要である。 信号処理回路構成 さらに図１について述べると、増幅された位置信号Ｖｓ、は信号処理回路構成 ７０に送られ、信号処理回路構成７０は増幅された位置信号Ｖｓ、を処理し、所 定の範囲またはスケールサイズすなわち波長の範囲に関して、シート表面態様の 高さを示す電気出力信号を提供する。信号処理回路構成７０は、少なくともひと つ、また好適には複数のフィルタ７２−７８（このうちフィルタ７２−７４およ び７８だけを図示してある）を備え、信号Ｖｓはフィルタにかけられる。各フィ ルタ７２−７８は、それぞれ、特定の電気的「チャネル」８０−８６と関連して いる。各チャネル８０−８６は、フィルタ７２−７８の内のひとつの外にＲＭＳ −ＡＣをＤＣに変換するコンバータ（ＲＭＣ−ＡＣ／ＤＣコンバータ）８８−９ ４をそれぞれ備え、各コンバータはそれぞれそのチャネルに関連するフィルタの 出力端子に接続される。各ＲＭＳコンバータ８８−９４の電圧出力の振幅は、ス ケールサイズ範囲すなわち各チャネルに含まれる波長範囲に関して、表面変動の 高さに直接に比例している。処理回路構成７０は、任意の数のチャネルを有する ことができる。図１に示す実施形態においては、回路構成は７チャネルを有し、 これらのチャネルは全範囲または重要なスケールサイズ（波長）のスペクトルに 従って選択された全周波数範囲スペクトルを包含する。 本発明のひとつの実施形態によると、フィルタ７２−７８は、それぞれ高域フ ィルタ（ハイパスフィルタ）を備え、各高域フィルタは、他の高域フィルタのカ ットオフ周波数と異なるカットオフ周波数を有する。このカットオフ周波数は、 各フィルタと関係のあるチャネルがカバーするスケールサイズ（波長）範囲また はスペクトルに従って選択される。前述のように、出力信号の周波数Ｖｓは線速 度と共に変化する。したがって、各フィルタのカットオフ周波数は線速度変化に 合わせて調節される必要があり、これによって紙シート１２がセンサ１０を通過 する速度が変化する場合でも、各チャネルに含まれるスケールサイズ範囲または スペクトルが一定に維持される。線速度は、製紙機の巻き取りリール（図示せず ）に取り付けることができるディジタル回転速度計１００によって測定される。 ディジタル回転速度計１００の出力装置にディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ） １０２が接続され、ディジタルアナログ変換器１０２によって回転速度計の計数 に比例する出力制御電圧Ｖｄが生成される。信号Ｖｄは、各フィルタ７２−７８ にかけられ、必要により、これによってカットオフ周波数が調整される。 第一チャネル８０の高域フィルタ７２のカットオフ周波数が最高である。した がって、これによって、２０マイクロメートル（解像できる最小サイズ）から最 高カットオフ周波数に対応する波長までの最小スケールサイズを有する高さ変動 に応答する「最高速」チャネルが構成される。第二チャネル８１は、２０マイク ロメートルから高域フィルタ７３のカットオフ周波数に対応する波長までの波長 範囲を有する表面態様高さに比例する出力を生成し、高域フィルタ７３のカット オフ周波数はフィルタ７２より幾らか低い。以下同様である。次に、各フィルタ は、表面特性の所定のスペクトルに関する高さ情報すなわち位置情報を生成する 。このような方式によって、検出器４４によって生成された多量の情報は、分類 されて容易に表示することができ（たとえば、各棒線がチャネルのひとつの出力 を示す棒グラフによって）、また工場作業者が理解できる形態となる。多様なチ ャネルに含まれる全周波数スペクトルおよびそのスペクトルのチャネル間の分割 は、生産する必要のある紙製品の表面特性に基づいて、予め選択することができ る。たとえば、全体の周波数範囲は２０マイクロメートルから１ｍｍまでに圧縮 することができ、これは紙の平滑度の決定に最も重要であるスケールサイズの範 囲である。代案としては、スペクトル全体を拡大してシート表面のマクロ形態構 造まで延在するスペクトルを含めることができる。たとえば、７チャネルは、下 記のスケールサイズに対応するカットオフ周波数を有することができる。例えば このスケールサイズはマイクロメートル単位で、１２５、２５０、５００、１０ ００、２０００、４０００、および８０００である。 図４に、信号処理回路構成７０で使用できる可変カットオフ周波数高域フィル タ１１０を示す。フィルタ１１０は、基本的には、コンデンサ１１２（Ｃ）およ び固定抵抗器１１４（Ｒ）を備えるＲＣ回路である。さらに、フィルタ１１０は 、電圧制御抵抗器Ｒｘとして機能するＸＹ掛け算器１１６を備え、掛け算器１１ ６は固定抵抗器１１４と直列に接続され、その両端間の電圧はＶｒである。掛け 算器１１６の入力、すなわち回路１１６によって乗算される量は、速度信号Ｖｄ および出力電圧Ｖｏｕｔを含む。 高域フィルタ回路１１０に関するカットオフ周波数は線速度の関数であり、下 記によって求められる。すなわち、 高域ＲＣフィルタのカットオフ周波数ｆｃは、 ｆｃ＝１／（２Π＊Ｒｔ＊Ｃ） であり、 上式において、ＲｔはＶｏｕｔから接地までの全抵抗である。 回路１１０においては、 Ｖｒ＝Ｖｄ＊Ｖｏｕｔ Ｖｒ＝Ｖｏｕｔ＊（Ｒｘ／（Ｒ＋Ｒｘ）） ２式を組み合わせて、 Ｖｄ＊Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｕｔ＊（Ｒｘ／（Ｒ＋Ｒｘ）） 簡略化して、 Ｖｄ＊（Ｒ＋Ｒｘ）＝Ｒｘ Ｒｘについて解いて下式を得る。 Ｒｘ＝Ｒ＊Ｖｄ／（１−Ｖｄ） 出力から接地までの全抵抗Ｒｔは、 Ｒｔ＝Ｒ＋Ｒｘ＝Ｒ＊（１＋Ｖｄ／（１−Ｖｄ）） 結論として、 Ｒｔ＝Ｒ／（１−Ｖｄ） および ｆｃ＝（１−Ｖｄ）／（２Π＊Ｒ＊Ｃ） このように、フィルタ１１０のカットオフ周波数ｆｃは、線速度信号Ｖｄの関 数である。 高域フィルタ１１０は簡単な単極フィルタであり、１ＭＨｚまで十分に機能す る。受動フィルタ技術において公知の方法によって、複数のフィルタ１１０を縦 続接続し、幾分先鋭な周波数カットオフ特性を有する多極フィルタを形成するこ とができる。 前述のように、処理回路７０は、並列する７フィルタの配列を備え、スペクト ルを７領域に分ける。たとえば、各連続するフィルタの固定抵抗Ｒは係数２だけ 先のフィルタより大きくされ、１オクターブ低いカットオフ周波数ｆｃが設定さ れる。Ｖｄがゼロであるときに、カットオフ周波数は最大であるり、最大線速度 に対応する。線速度が減少すると、Ｖｄは増加し、ｆｃを線速度に比例して直線 的に減少させる。 幾つかの状況下では、工場作業者はシート表面のスケールサイズすなわち波長 の特定の範囲内の高さ変動の大きさを知りたいと思う。本発明による装置を使用 すると、この情報がひとつのチャネルのＲＭＳ ＤＣの二乗ともう一つのチャネ ルのＲＭＳ ＤＣの二乗との差の平方根を求めるだけで得られる。得られる値は 、この二つのチャネルの高域フィルタのカットオフ周波数の間のスケールサイズ 範囲内の高さ変動の大きさに対応する。演算ユニットをこの目的で備えることが できる。たとえば、図１に、チャネル８０および８１の出力端子に接続される演 算ユニット１１８が示されている。演算ユニット１１８の出力は、高域フィルタ ７２および７３のカットオフ周波数の間のスケールサイズ範囲内の高さ変動の大 きさに対応する。 多様なチャネルの出力が数字として表示されるときは、製紙工場作業者は任意 の二つの出力間の結果を数字として求めることができる。たとえば、１２５〜２ ５０マイクロメートルの波長を有する高さ変動の大きさを測定するために、製紙 工場作業者は第二チャネルの出力の値を第一チャネルの出力の値から求積法によ って差し引くだけでよい。 高域フィルタの代わりに低域フィルタを使用できることは、当業者にとっては 明らかである。さらに、高域フィルタと低域フィルタとを組み合わせる帯域フィ ルタも使用することができ、この場合は、各帯域フィルタの高周波数カットオフ 値は、前のフィルタの低周波数カットオフ値に等しく設定されることになる。そ の結果、７チャンネルが使用されるときは、７帯域チャネルによって、７個の隣 接するスケールサイズ範囲すなわち波長範囲に対応する７個の隣接し重複しない 周波数スペクトルに関する表面高さ情報が生成される。図５に、このような情報 の、チャネル８０−８６によって生成されるデータの処理をプログラムされたコ ンピュータの表示器への表示を示す。 図５は、代表的なグラビア印刷級光沢紙について考え得る予測線に沿った表面 センサチャネル出力のグラフ表示を示す図である。このような紙は、非常に平滑 である。図５に示す棒グラフは、帯域フィルタと結合する表面センサに関するも のであり、帯域フィルタはセンサの信号処理回路構成に含まれる。図５のグラフ のＸ軸に示す７種の各スケールサイズは、そのチャネルに対して使用された帯域 フィルタ周波数範囲の中央に対応するスケールサイズである。各チャネルの電圧 出力（Ｙ軸）は、各スケールサイズ（波長）範囲内の表面外形のＲＭＳ電圧振幅 である。電圧は、表面変動の高さに直接に比例する。したがって、図５に示すグ ラフ表示において、１ボルトが約１５マイクロメートルの表面高さ変動を表すこ とを用いると、最大のスケールサイズを含むチャネルによって測定された表面変 動の高さは約０．８マイクロメートルであり、一方、最小のスケールサイズを含 むチャネルによって測定された表面変動の高さは４．５マイクロメートルである 。図５に示すチャネル出力パターンは、非常に平滑な紙の特性を示し、それは大 部分の高さ変動が最小スケールサイズを有する表面態様を含む最初の２または３ チャネルに認められるためである。 センサからの比信号によって、小スケール表面変動の平均表面位置からの偏り が与えられる。この信号を使用して偏りの統計的分布を作成することができる。 標準偏差、ひずみ度（ｓｋｅｗｎｅｓｓ）、およびケラトシス（ｋｅｒａｔｏｓ ｉｓ）などの分布の特性を計算できる。自己相関関数の相関長さも計算できる。 これらのパラメータによってシートの表面平滑度の特性が記述され、またこれら のパラメータはパーカープリントサーフ（ＰＰＳ）などの別の平滑度測定値との 相関関係を明らかにすることができる。 多くの標準「ＲＭＳ」ＡＣ−ＤＣコンバータは、実際は入力信号のピークピー ク電圧を測定し、次に入力信号が正弦であるときだけ入力信号の「真」ＲＭＳ値 に対応する出力ＤＣ信号を生成することに注意されたい。しかし、図１に示すフ ィルタ７２−７８にかけられる増幅された検出器出力信号Ｖｓは、典型的な非正 弦波の形状を有する。したがって、ＡＣ−ＤＣコンバータ８８−９４は検出器の 出力信号の真ＲＭＳ値に対応するＤＣ出力電圧を生成することは重要であり、そ うでないとこれらのＲＭＳコンバータは高さ変動について不正確な値を生成する 可能性がある。 真ＲＭＳ−ＡＣをＤＣに変換するコンバータを使用することが特に重要である のは、ひとつのチャネルのコンバータの出力がもう一つのチャネルのコンバータ の出力からの「残差」であり、それによって特定のスケールサイズ範囲すなわち 波長範囲内の表面粗度高さが決定される場合である。異なる波長によって、高さ 信号のＲＭＳ値に対する波長の寄与は異なるにも関わらず、これらの異なる波長 で高さ信号に同じピークピーク変化が発生することがある。したがって、「ＲＭ Ｓ」信号がピークピーク信号値の測定値から実際に導かれ、また異なる波長を有 する信号がＶｓの同じピークピーク変化を有する場合は、二つの「ＲＭＳ」コン バータの出力の差はゼロとなり、これは不正確である。したがって、標準ピーク ピークＡＣ−ＤＣコンバータを使用すると偽の読みが得られることがあり、本発 明の装置において使用するときは「真」ＲＭＳ ＡＣ−ＤＣコンバータを使用す ることが重要である。 先に説明した「ミクロ平均」は、シート１２の表面１２ａの高さを、シートに 沿った連続的で均一な間隔を置いた点において測定することにより計算される。 たとえば、連続する測定点間の間隔は０．００５インチ（０．１３ｍｍ）とする ことができる。前述のように、「ミクロ平均」は一組の読み全体についての連続 する高さの読み間の差の絶対値の平均である。本発明によるレーザ表面センサは 、表面平滑度態様の高さを移動するシート上で測定するので、このセンサを使用 し表面に沿って連続する高さ測定値を生成することが可能であり、その測定値か ら「ミクロ平均」が計算できる。表示、工程制御の少なくとも一方のために、オ ンラインで自動的に「ミクロ平均」を生成するディジタル回路を、図６に示す。 図６に示す回路は、二つのサンプルホールドアンプ１３０および１３２を備え 、これらは入力信号として増幅された検出器信号Ｖｓを受ける。サンプルホール ド回路１３０および１３２には、交互に入力信号を更新し、連続するデータサン プルを蓄積するように時間的な設定がなされている。タイミングは電圧制御発信 回路（ＶＣＯ）１３４によって制御され、ＶＣＯは線速度に比例する信号に従っ て調節される。ＶＣＯからの出力パルスによってフリップフロップ１３６が制御 され、フリップフロップのＱ出力およびＱ￣出力は一対のワンショット１３８お よび１４０に接続され、これらのワンショットは次にサンプルホールド回路１３ ０および１３２に接続される。ワンショット１３８および１４０は、所定の時間 間隔を設定し、その間にサンプルホールド回路１３０および１３２はデータを得 ることができる。各データ獲得期間の開始時期は、回路要素１００、１０２、１ ３４、および１３６によって設定されるが、線速度に同調させるように設定され る必要がある。二つのサンプルホールド回路の出力間の差が平均化回路１４２に よって平均され、「ミクロ平均」の実行値が生成される。 シートの安定化 図７および図８に、シート安定装置２９の拡大詳細図を示す。シート安定装置 ２９は、センサハウジング２６の底部に固定される。シート安定装置２９は、測 定スポット３８の領域付近のシートフラッタを最小化するために有効であり、ま たシート１２の垂直位置を平均シート通過線に沿って安定させるために有効であ る。安定装置２９によって、シート上面１２ａを、その平均位置の±０．１ｍｍ の範囲内に保持することができる。シート安定装置２９は、円板状のシート案内 １５０を備え、シート案内１５０は上面１５２および下面１５４を有し、下面１ ５４は移動するシート１２の上面１２ａによる係合に適合する基準面（参照面） ２８を定める。基準面である平面は、入射ビーム用レンズの焦点スポット３８を 含む。案内１５０は、第一端すなわち上流端１５６および第二端すなわち下流端 １５８を備える。案内１５０は、円形開口部１６０を形成し、円形開口部１６０ は案内板１５０の厚さを通じて伸び、入射レーザビーム軸３０に中心を置く。略 円筒状のシート案内リング１６２が、開口部１６０内に同心に配置され、案内リ ング１６２は基準面２８の面に存在する下部平坦面１６４および略円錐状の内壁 １６６を有する。内壁１６６は基準面で円形開口１６８に収束し、またビーム軸 ３０と同軸である。内壁１６６の角度は、案内リング１６２と光点３８から反射 された散乱光との干渉を防止するような角度である。シート案内リング１６２の 外径は、開口部１６０の直径より小さいので、開口部１６０の壁およびシート案 内リング１６２の外側円筒状面は、両者の間に環状空間１７０を形成する。案内 板１５０および案内リング１６２は、両方ともハウジング２６の下側面にネジな どに（図示せず）よって固定される。ハウジング２６は、加圧空気を供給源（図 示せず）から開口１６８に導くための空気吐出孔１７１を形成する。 略矩形の第一溝１７２が案内板１５０の上面に形成され、機械方向に延在する 。溝１７２の上流端は、環状空間１７０と連絡しており、また溝１７２の下流端 すなわち放出端はスリット状の空気放出孔１７４を経由して略矩形の第二溝１７ ６と連絡している。溝１７６は、第一溝１７２と一列に配列され、案内板１５０ の下部面１５４に形成される。ハウジング２６は、溝１７２の幅全体にわたり伸 び るスリット１７８を形成し、スリット１７８は加圧空気供給源（図示せず）に接 続されている。スリット１７８は、上部溝１７２と連絡されており、また溝１７ ２の長手方向に対して鋭角の方向に向けられるので、スリット１７８から放出さ れる空気は後方すなわち放出孔１７４の方向に向けられる。最良の結果を得るた めには、スリットによって空気が溝１７２の上流半分に放出されるように、スリ ットが配置される必要がある。図示した実施形態においては、空気は溝１７２の 前面から後面までの間隔の約２５％の点に放出される。スリット１７８は、溝１ ７２内に高速、低容量空気流を形成するような寸法とされる。その空気流によっ て、エジェクタ効果が生成され、環状空間１７０（溝１７２と連絡している）内 の圧力が大気圧以下に減少し、その結果、開口１６８から空気の低容量流が発生 する（孔１７１からの正に加圧された空気によって供給される）。この空気流は 、案内リングの平らな下側面１６４に沿って放射状に外側に流れ、環状空間１７ ０の方に向かう。面１６４に沿って流れる空気によって、空気ベアリングすなわ ち空気パッドが形成され、この空気ベアリングに沿って上面１２ａが通過する。 この方法によって、安定した事実上一定なギャップ１８０が面１６４とシート１ ２の上面１２ａとの間に維持される。処理中の紙製品、案内リング１６２の境界 にある孔１７１から供給される空気の圧力、シートの速度、その他などの因子に よって、ギャップは約２５〜約１００マイクロメートルの厚さとすることができ る。このギャップ（これは所定の条件下では事実上一定である）によって、シー ト１２の平均通過線が定められる。孔１７１から流出する空気は、案内リング表 面１６４とシート上面１２ａとの間の空間からほこりおよびちりを追い出し、こ のような汚染物質が開口１６８を通ってハウジング２６に侵入することの防止に 役立つ。さらに、本発明によるシート安定装置は、センサ１０に対するシート移 動の方向に関係なく有効である。 標準化 図９および図１０に、センサの長期安定性および正確さを保証する標準化手段 ２０の詳細を示す。標準化装置２０は、平らな上面１９２を有するセラミックデ ィスク１９０を備える。ディスク１９０は圧電結晶１９４に接着され、ディスク １９０および結晶１９４を備える組立部品はカップ型ハウジング１９６によって 支持され、ハウジング１９６はリニアソレノイド１９８の軸に取り付けられる。 リニアソレノイド１９８の作用によって、ハウジング１９６が、下部組立部品１ ８のきょう体の開口部２００を通って、シートがあるとき用の引き込まれた位置 （図９）とシートがないとき用の伸ばされた位置（図１０）との間を移動する。 シートありの状態（図９）にセンサがあるとき、ハウジング１９６は、下部組立 部品１８のきょう体内に引き込まれた位置にあり、その位置においては開口部２ ００を閉鎖するシャッタ２０２によって、ほこり、ちり、および水分から保護さ れている。シャッタ２０２は、開口部閉鎖位置と非閉鎖位置（図１０）との間を 回転ソレノイド２０４により移動できる。スキャナによってセンサがシートなし の状態（図１０）に移ると、標準化操作が始まる。最初に、シャッタ２０２が回 転され、開口部２００の閉鎖が解かれる。次に、リニアソレノイド１９８が通電 されディスク１９０をシート案内リング１６２の下側面１６４に近づく位置に移 動させる。この位置において、平衡検出器４４の平衡および環境ノイズレベルを 測定し、必要により調整することができる。さらに、検出器比信号Ｖｓの高周波 数成分は平滑度測定値の特性を記述するものであるが、この比信号Ｖｓが、本発 明の別の態様では、圧電結晶１９４によってシミュレートされる。たとえば、第 一チャネル高域フィルタ７２のカットオフ周波数を超える周波数にて、結晶が、 結晶励振回路２０６によって励起され、これにより測定用信号がセンサに送られ 、性能の標準として使用される。代案として、結晶１９４が所定の多様な周波数 において励振器２０６によって励起されることにより、多様なチャネル８０−８ ６の範囲で測定される表面特性信号のシミュレーションを実施できる。これによ って対応するスケールサイズスペクトルについてセンサの性能が確かめられる。 標準化操作が完了すると、リニアソレノイド１９８が通電され、セラミックディ スク１９０が引き込まれ、またシャッタ２０２が回転され開口部２００を閉鎖し ディスク１９０をほこりおよび水分から保護する。 圧縮性の補償 通常、実験室平滑度試験器は、測定実施中に検査試料を様々な程度に圧縮する 。 たとえば、パーカープリントサーフ試験器は、空気漏れ試験中に１０ｋｇの力を シートに加えるが、ベントソン試験器は１ｋｇを加える。グラビア印刷など一部 の等級の紙の場合は、表面に意図的に非常に圧縮性が与えられる。これらの等級 の場合は、本発明によるセンサは粗な表面を示す出力を生成することがあるが、 一方、実験室空気漏れ試験器は平滑な表面の存在を示す可能性がある。 本発明の別の態様によれば、シートに圧力をかけながらオンライン表面測定を 実施することによって、本発明による表面センサの読みと実験室空気漏れ試験器 の読みとの比較的良好な一致が達成される。図１１に示す本発明の代案の実施形 態によれば、レーザ三角測量位置決めセンサシステム１６は図１に関連して前述 した種類のシステムであり、図１１に示す方向すなわち左から右へ搬送され移動 するシートの表面態様の測定に使用される。シート２５０の上面２５０ａは、前 述の様式で、シート安定装置２９の下側水平面２８に沿って移動する。前述のよ うに、システム１６は、従来のスキャナの上部ヘッド２２によって支持される。 図１１に示す装置は、シート２５０より下に、スキャナの下部ヘッド２４に固 定されるプラットフォーム２５４を備える。プラットフォーム２５４は、上側開 口部２５８を有するハウジング２５６を備え、上側開口部２５８はセンサシステ ム１６の垂直ビーム軸３０と同軸になっている。ハウジング２５６には膨張可能 なベローズ２６０が取り付けられ、ベローズ２６０は開口部２５８を通って上に 突き出す上部部分２６２を有する。平滑な水平ディスク２６４が、ベローズ２６ ０の頂端に取り付けられ、シート２５０の下面２５０ｂと係合する。ベローズ２ ６０の内部は、制御可能な圧縮空気供給源２６６に接続される。図１１に示すよ うに、ベローズ２６０は、移動するシートによりディスク２６４に加えられるい かなる力にも抗して、事実上垂直な位置に保持される。それは、安定装置アーム ２６８によって実現され、アーム２６８はベローズの上部部分２６２に取り付け られるひとつの端部２７０およびハウジング２５６に固定されるもうひとつの端 部２７２を有する。安定装置アーム２６８は、両端を丁番式に取り付けられたシ ート状金属またはプラスチックなどの比較的薄い伸縮しない材料で製作すること ができ、好適には、織物、プラスチックなどの薄い柔軟性シートで製作すること ができる。いずれの場合も、ベローズの上部部分２６２の小さな上下運動は容易 に行われる。 供給源２６６からベローズ２６０の内部に入れられた加圧空気によって、ディ スク２６４がシート２５０の下面と強制的に接触させられるので、案内リング１ ６２の付近でシートの測定領域、すなわち光センサシステム１６により検知され る範囲を含むシートの領域が圧縮される。ベローズ２６０によって作用する力は 、ベローズに入れられる空気の圧力を調節して制御することができ、こうして種 々の実験室試験器の場合に作用する力のシミュレーションを行うことができる。 さらに代案として、空気流をディスク２６４の上側接触面に供給し空気ベアリン グをディスクとシートの下面との間に作成し、摩擦を減少させ、シートの縞（ｍ ａｒｋｉｎｇ）を除くことができる。 工程制御 紙の平滑度を製造中に制御するために、本発明に基づくオンライン表面センサ １０の出力を使用し、最終製品の平滑度または質感（ティッシュの場合）を決定 する多数の製紙工程パラメータの内ひとつ以上を制御することができる。制御の ために選択される特定のパラメータは、生産されている紙製品によって異なる。 （１）コーテッドファインペーパー コーテッドファインペーパー、すなわち、オフセット印刷級およびグラビア印 刷級の軽度および中程度の重量のコーティングを有する紙の平滑度を制御するた めに、多様な方法を用いることができる。これらと同じ多数の方法が、新聞用紙 、段ボール用ライナ、ロール紙などの他の紙製品のシート表面の平滑度の制御に 適用できる。以下、これについて述べる。 コーテッドファインペーパーに関する制御方法は下記を含む。 （ａ）填料含量：填料すなわち灰分は、空隙を満たし表面を平滑にするために紙 に添加される。本発明に基づくオンライン表面センサによって得られる平滑度測 定値を使用し、填料の量を制御し、平滑度設定値を満足させることができる。 （ｂ）コート重量：多くの場合、紙は平滑な印刷表面を生成するためコーティン グされる。微分基礎重量（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｂａｓｉｓ ｗｅｉｇｈ ｔ）または微分灰分（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ａｓｈ）によるコート重量制 御は公知である。しかし、コーティングの目的が平滑な表面の生成であるときは 、コーティングされた表面の平滑度測定値に対応した制御を選択することが、さ らに合理的である。 （ｃ）つや付け：つや付けは、紙表面を固いロールまたは軟らかいロールの間で 圧延し紙表面を平滑にすることであり、下記の因子によって制御される。 （ｉ）圧力：つや付けの基礎圧力はロール重量によって決まる。圧力の横方 向（ＣＤ）の分布は下記によって制御できる。 ［ａ］ニップリリーフ：ロールの片側端または両側端のベアリングにお けるニップリリーフによって、圧力が減少できる。ニップリリーフは、それぞれ の端部を独立に調節することによりＣＤ制御の手段となる。 ［ｂ］クラウン：ロールのクラウンを増加させると、シートの中央部に 端に沿う部分より大きい圧力がかかる。クラウンはロール内部の油圧を増加させ ることにより増加させることができる。ニップリリーフと組み合わせることによ って３帯域、すなわち両端部および中央部のＣＤ制御ができる。 （ｉｉ）温度：紙の平滑度は、カレンダロールの温度による影響を受ける。 ロール温度が高いほど、平滑な紙が生産される。ロール温度は、下記によって制 御できる。 ［ａ］誘導加熱：カレンダロールの表面の温度は、カレンダ用誘導加熱 器制御アクチュエータに適した磁気誘導加熱システムによって制御できる。たと えば、「カルコイル（ＣａｌＣｏｉｌ）」であり、これはメジャレックス社（Ｍ ｅａｓｕｒｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（米国カリフォルニア州クペルティ ーノ（Ｃｕｐｅｒｔｉｎｏ））の登録商標である。このようなシステムは、米国 特許第４，３８４，５１４号によって開示されている。ロール全域にわたるこの ような加熱器の配列を使用することによって、本発明により開示されるセンサを 使用して得られるＣＤ表面平滑度測定値に基づいてロールを加熱し、ＣＤ平滑度 を制御することができる。 ［ｂ］油の温度：カレンダロールの温度は、ロールに供給される油の温 度によって影響される。しかし、この制御方法は誘導加熱より効果が小さく、そ れは油の温度変化に関連する熱慣性のためである。 （ｄ）地合（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）：地合とは、シート中の繊維の分布状態を指 す。劣悪な地合は、シート中に繊維の凝集塊が存在することを意味する。劣悪な 地合がある場合は、平滑な表面を得ることは困難である。地合は、ヘッドボック ス内の貯蔵スラリ（ｓｔｏｃｋ ｓｌｕｒｒｙ）のコンシステンシー、すなわち 乾燥繊維含量百分率を制御することによって制御できる。通常、コンシステンシ ーが低いほど、良好な地合が得られる。ＣＤ地合制御については、幾つかのシス テムが、ヘッドボックス内の貯蔵スラリの希釈にてＣＤ制御を行うように構成さ れている。通常、ヘッドボックス内のコンシステンシーをできるだけ高くして運 転することが望ましく、それはこの場合は製紙機がより高速で運転できるので、 生産量が増加するためである。ひとつの制御方法は、目標平滑度が維持される限 り、コンシステンシーをできるだけ高く維持することである。平滑度は地合以外 の幾つかの因子の影響を受けるので、地合センサを平滑度センサと共に使用する ことが望ましく、こうすれば、平滑度目標が達成されないとき、地合を独立して 測定できる。 図１２に、コーテッドファインペーパーの製造用機械３００の概要を示す。こ の場合、表面の平滑度は先に概説した幾つかの方法を使用し制御される。製紙機 ３００はヘッドボックス３０２を備え、ヘッドボックス３０２にポンプ（図示し てない）によって原料が供給される。ヘッドボックス３０２は、パルプをスライ スリップ（ｓｌｉｃｅ ｌｉｐ）を通して流出させ、その横方向の態様は公知の 方法によって制御できる。ヘッドボックス３０２から流出されたパルプは、エン ドレスワイヤスクリーンベルト（以下「ワイヤ」と略す）３０４上に沈積され、 こうして沈積された原料は紙原料の連続層つまりウエブであり、これから紙の連 続したシートが最終的に形成される。ワイヤ３０４から排出される水などの物質 は、ワイヤ３０４の下の貯蔵器（図示してない）に集められ、ヘッドボックス３ ０２に戻される。しかし、繊維の大部分はワイヤ上に残り、所定の紙のシートを 形成する。 ワイヤ３０４上の紙シートを覆ってスチームボックス３０６が配置される。ス チームボックス３０６から放出されるスチームによってシートの温度が上昇する ので、繊維質集合体の粘度が低下し排液速度が増大する。スチームボックス３０ ６は、横方向の水分制御のための複数のノズルを備える。ワイヤ３０４を離れる と、シートは複数のロールよりなるプレス部３０８を通り、ここのプレス部で過 剰水分の相当な部分が除去される。次に、シートは乾燥部３１０のシリンダを通 過し、そこから一対のプレコート「つや付け機」３１２の間に入る。飽和（ｓａ ｔｕｒａｌｅｄ）スチームが、つや付け器３１２から低流速で放出され、よりよ い表面仕上げのためにシートの表面を軟化させる。製紙機３００のシート通路に 沿う処理要素によく見られることであるが、つや付け機３１２は横方向制御装置 を備える。次に、シートは、垂直に配列されるロールを備えるカレンダスタック ３１４を通過し、これらのロールによってシートの表面がさらに平滑にされる。 次いで、シートは、走査ヘッドを有する従来型第一スキャナ３１６を通過し、走 査ヘッドには水分センサおよび本発明による上面および下面平滑度センサが収納 される。この点までの製紙工程は、工程の「湿潤部門（ｗｅｔ ｅｎｄ）」と呼 ばれる。 図１２に示すように、スキャナ３１６により支持される平滑度センサを用いて 得られる測定値に基づく多様な平滑度制御方法を使用することができ、これらの 説明は、図１２の製紙工程の湿潤部門に関連する種々のボックス内に記してある 。湿潤部門工程の種々の段階３０６、３１０、３１２、および３１４に関する制 御は、走査装置３１６で作成される水分および平滑度測定値に応じて実施するこ とが可能であり、その方法は先行技術において公知であるので説明を省略する。 図１２の製紙工程について説明を続けると、スキャナ３１６を出ると、紙シー トは一対のコーティング装置３１８および３２０を通過し、コーティング装置に おいて紙シートの上面および下面にコーティングが行われる。公知のように、こ れらのコーティングは、たとえば、クレーまたはＣａＣＯ₃、色素と共にデンプ ンまたはラテックスバインダを含む。コーティング装置３１８および３２０は、 それぞれフード３２２および３２４を備え、フードは高速熱空気をシートの表面 に吹き付け、コーティングの乾燥を促進する。コーティング装置３１８と３２０ との間に従来型第二スキャナ３２６が配置され、スキャナ３２６はコート重量セ ンサを備え、これは、シートに塗布されたコーティング材料の量を測定し制御す るためのものである。 コーティング装置３２０に続いて、紙シートは、コーティングをさらに乾燥さ せるための直列のシリンダを備える乾燥部３２８に入る。乾燥部３２８に続いて 、上面および下面蒸気つや付け機（カレンダイザ）３３０、および３３２、なら びにカレンダスタック３３４があり、説明のために、カレンダスタック３３４は 二つのロールを備えるとして示してある。カレンダスタック３３４のロールによ って作用する圧力の分布は、ニップリリーフ、クラウンの少なくとも一方を変え ることによって制御できる。厚さを制御しシート表面の平滑度をさらに改良する ために、ロール間のニップ（またその結果、シートに加えられる圧力）は、誘導 加熱器３３６を使用し変えることができる。誘導加熱器３３６は、前記の米国特 許第４，３８４，５１４号の開示されている形式である。加熱器３３６は、カレ ンダスタック３３４のロールのひとつの近傍に配置され、ＣＤ温度制御が可能で ある。次に、シートは、従来型第三スキャナ３３８を通過し、スキャナ３３８は 水分ならびに上面および下面平滑度を測定し、その測定値は図１２に示す乾燥部 門の種々の段階の制御に使用される。乾燥部スキャナ３３８に続いて、紙シート を次の用途に向けられるまで貯蔵するための巻き取りリール３４０がある。乾燥 部門の段階３２２、３２４、３２８、３３０、および３３４の制御は、走査装置 ３３８で作成される水分および平滑度測定値に応じて実施することが可能であり 、その方法は先行技術において公知である。 当業者は、図１２（および後続図）に示す「制御目標」およびスキャナ測定値 は、制御出力を有するコンピュータシステム（図示してない）のため示すもので あり、コンピュータシステムは製紙機３００の多様な段階（３０６、３１０、３ １２、など）の制御に関連するアクチュエータに接続される制御出力端子を有す ることを理解されたい。さらに、図１２および後続図に示すように、多様な制御 の「減結合」はコンピュータシステムによって可能となることは、当業者の理解 するところである。このような「減結合（デカップリング）」は、多様な制御間 の相互作用を補償するために必要である。 （２）新聞用紙 新聞用紙の場合は、本発明によるオンラインセンサを使用し、平滑度制御信号 を生成すると、目標平滑度は、幾つかの制御方法、主としてカレンダ制御を使用 して制御することによって達成できる。印刷等級品の場合にカレンダ制御に使用 した制御方法を、新聞用紙の場合に使用すべきである。しかし、カレンダリング は新聞用紙のＣＤ厚さ制御の場合にも使用され、平滑度制御はＭＤだけに限定さ れる可能性がある。たとえば、基部カレンダロール温度は平滑度設定点によって 決定されるが、一方、ＣＤ加熱は厚さ制御によって決定される。 図１３は、新聞用紙生産用の製紙機４００の概要図である。新聞用紙製紙機４ ００は、多くの点でコーテッドファインペーパーの生産用機３００と類似し、基 本的な相違点は新聞用紙機の場合はシートコーティング装置が省略されているこ とである。したがって、製紙機４００は、ヘッドボックス４０２、ワイヤ４０４ 、プレス部４０６、プレス部４０６を通過するシートと共同で作用するスチーム ボックス４０８、乾燥部４１０、つや付け装置４１２、関連する誘導加熱器４１ ６を有するカレンダスタック４１４、本発明による平滑度センサおよび水分セン サを支持するスキャナ４１８、および巻き取りリール４２０を備える。さらに、 カレンダ制御の外に、新聞用紙機の段階４０８、４１０、および４１２に関する 制御が、図１３およびその説明のように、平滑度測定値を使用して達成できる。 （３）段ボール用ライナ 本発明による平滑度センサの出力信号を使用して、段ボール用ライナ製造工程 の多様な段階を制御することができる。段ボール用ライナに平滑な印刷表面を生 成するために、平滑な仕上げを有する薄い頂部層を相対的に厚い基礎シートの頂 部に塗布することもできる。頂部層のＣＤおよびＭＤ平滑度制御の両方が実現で きる。つや付けも段ボール用ライナを平滑にするために使用され、またこの段階 の制御は印刷級製品の場合と同じである。 図１４に、段ボール用ライナを製造する製紙機５００の一部の概要を示す。段 ボール用ライナ製造機５００は、新聞用紙製造機４００と類似であり、ヘッドボ ックス５０２、ワイヤ５０４、スチームボックス５０６、プレス部５０８、乾燥 部５１０、つや付け装置５１２、カレンダスタック５１４、本発明による平滑度 センサおよび水分センサを支持するスキャナ５１６、および巻き取りリール５１ ８を備える。種々の制御方法は、図１４に要約して示す。 （４）機械光沢（ロール紙） 多層紙およびクラフト紙の平滑度は、多くの場合、ロールシリンダ（機械光沢 シリンダ：ｍａｃｈｉｎｅ ｇｌａｚｅｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）によって制御さ れる。ロールシリンダは、高度に仕上げられたシリンダであり、紙シートはこの シリンダに押し付けられて平滑な光沢のある表面を与えられる。平滑化の程度は 、ロールに入る紙の水分含量によって制御することができる。水分は、ＭＤおよ びＣＤの両方について、ＣＤに区分されたスチームボックスによって制御するこ とができ、スチームボックスはシートに高温スチームを作用させシートを乾燥す ることによってシート水分含量を制御する。各区分ごとに異なる量のスチームを 作用させることによって、ＣＤ制御は達成される。また、水分は、水シャワーに よって制御することが可能であり、この場合はＣＤ配列のノズルから水を噴霧し てシートに水分を加える。さらにまた、ロールシリンダに入る前に、乾燥機の差 動スチーム圧力制御を使用しロールシリンダに入るシートの水分を制御すること ができる。 図１５に、ロール紙製造機６００、ならびに本発明による平滑度センサを利用 し多層紙およびクラフト紙製品の表面の平滑度を制御することができる方法の概 要を示す。 製造機６００は、通常、ヘッドボックス６０２、ワイヤ６０４、プレス部６０ ６、スチームボックス６０８、乾燥部６１０、従来型第一スキャナ６１２、ロー ルシリンダ６１６、第二乾燥部６１８、つや付け機部６２０、関連する誘導加熱 器６２４を有するカレンダスタック６２２、従来型第二スキャナ６２６、および 巻き取りリール６２８を備える。第一スキャナはシート水分センサを支持するが 、第二スキャナは水分センサおよび本発明による平滑度センサの両方を支持する 。種々の制御方法を、図１５に示す。 （５）スーパー仕上げ紙（スーパーカレンダファインペーパー） 図１６に関して述べると、スーパーカレンダ（非常に平滑な紙を製造するため のカレンダ）を通る仕上げ紙の水分の制御は、本発明による平滑度センサを使用 しスーパーカレンダを制御することによって実施できる（装置と独立に（図１６ に示す）、または装置と直結で）。紙は、垂直に配列されるロールを備えるスー パーカレンダスタック７００に入り、ここには、冷却された（チルド）ロールと 充填されたロールとが交互に並んでいる。従来型スキャナ７０４により支持され る平滑度センサにより得られる測定値に基づいて、コンピュータによって管理さ れる種々の平滑度制御方法を使用することができる。これらを、図１６の多数の 囲みに示す。たとえば、シートの両側に取り付けられコンピュータ７０２により 制御される多数のスチームシャワー７０６から放出される低流速の飽和スチーム によって、シートの表面はさらに良い表面仕上げのために柔軟にされる。スーパ ーカレンダスタック７００のロールによって作用する圧力のＣＤ分布は、ニップ リリーフ、クラウンの少なくとも一方を変更して制御し、さらに平滑度を改良す ることができる。厚さを制御し、さらにシートの表面の平滑度を改良するために 、ロール間のニップ（またその結果、シートに加えられる圧力）を誘導加熱器７ ０８を使用し変えることができる。加熱器７０８は、前記の米国特許第４，３８ ４，５１４号によって開示された形式である。加熱器７０８は、スーパーカレン ダスタックのロールのひとつの近傍に配置され、ＣＤ温度制御ができる。シート は、スキャナ７０４を通過すると、巻き取りロール７１０上に貯蔵される。 図１６に要約して示す方法と類似の制御方法を使用し、グラシンペーパーおよ びスーパー仕上げ雑誌用紙の平滑度を制御することができる。 （６）ティッシュ ティッシュの製造においては、クレープ加工がティッシュの質感および柔軟性 を向上させる最も重要な手段である。クレープ加工は、シートに小さなしわを付 ける工程である。しわの深さおよび間隔によって、シートの質感が決まる。しわ の間隔の大きな紙は、間隔の密な紙より粗な感触を与える。 クレープ加工は、乾燥工程中に、ティッシュがドクターブレードすなわちクレ ープ加工ブレードによって乾燥機ドラム（ヤンキーシリンダという）から削り取 られるときに行われる。クレープ加工は、ドクターブレードの角度およびヤンキ ーシリンダへの接着の強さによって決定される。接着は、ヤンキーシリンダの表 面に連続的に噴霧されるポリマーによって行われる。ドクターブレードの角度は 、 ブレードに刻み込まれており、機械に取り付けられると変更できない。ブレード が磨耗すると、角度が変わり、これによってクレープ加工が影響を受ける。 幾つかの技術を使用して、クレープ加工工程を制御することができる。下記に その一部を示す。 （ａ）ポリマー接着剤噴霧流量の制御。ヤンキーシリンダ全域にわたり可変流量 噴霧ノズルを使用することによって、接着剤ポリマーの量をＭＤおよびＣＤの両 方において制御できる。 （ｂ）クレープ加工ブレードすなわちドクターブレードの角度の制御。 （ｃ）ヤンキーシリンダに送られるシートの水分含量の制御。ヤンキーシリンダ に送られる比較的湿気の多いシートは、比較的乾燥したシートより接着性が劣る 。 図１７は、ティッシュ製造機８００およびその工程を制御してティッシュのク レープ加工特性を制御できる方法を示す概要図である。製造機８００は、ヘッド ボックス８０２およびワイヤ８０４を備える。ワイヤ８０４を出て行くティッシ ュシートは、スチームボックス８０６の周囲を移動し、スチームボックス８０６ はティッシュシートに対して飽和スチームを放出しティッシュシートの水分を制 御する。スチームボックス８０６を出て、紙シートはプレイン加圧圧迫ロール８ ０８の回りを移動し、加圧圧迫ロール８０８は図示の例では反時計回りの方向に 回転する。シートは、プレイン加圧ロール８０８とヤンキーシリンダ８１０とに よって形成されるニップを通過する。ヤンキーシリンダ８１０は大きな加熱され たシリンダであり図１７の場合は時計回りに回転する。公知のように、ヤンキー シリンダの表面はポリマー接着剤で被覆されており、接着剤は接着剤噴霧バー８ １２によりヤンキーシリンダの外面に塗布される。ポリマー接着剤の作用によっ て、ティッシュシートはシリンダ表面に接着される。シリンダの温度が高いので 、水分がティッシュシートから発散する。プレイン加圧ロール８０８の圧力を制 御して、ティッシュの柔軟性を制御できる。プレイン加圧ロールによって作用す る圧力を減少させると、柔軟性が増加する。ヤンキーシリンダの外面に接着され たティッシュシートは、結局、クレープ加工ブレードすなわちドクターブレード ８１４に出合い、ドクターブレード８１４によって、公知のように、ティッシュ シートがヤンキーシリンダ表面からはぎ取られる。このはぎ取り工程の主要な作 用 は、しわすなわちクレープ加工をティッシュシートに施し柔軟にさせることであ る。図１８に示すように、クレープ加工ブレードすなわちドクターブレード８１ ４は、調節できる支持体８１６によって支持され、ヤンキーシリンダ８１０の半 径Ｒに対して角度θで配置されている。角度θの変動は、管理用コンピュータの 出力端子に接続されているクレープ加工ブレード角度制御器８１８によって制御 される。ブレード８１４の角度によって、クレープ加工の程度、したがってティ ッシュの柔軟性が決まる。ドクターブレード８１４から、シートは従来型スキャ ナ８２０を通って移動し、スキャナ８２０は水分センサおよび本発明による表面 特性センサを支持する。表面特性センサによって、しわスケールサイズの多様な 範囲について、製造中のティッシュシートのしわの高さを測定する。スキャナ８ ２０から、ティッシュは巻き取りロール８２２に移動する。スキャナ８２０の表 面センサの出力を使用し、図１７に示し説明したようなティッシュ製造の種々の 段階のひとつ以上を制御することができる。たとえば、スチームボックス８０６ ；プレイン加圧ロール８０８；スチーム圧力、機械速度、原料流量、およびフー ド温度などの種々のヤンキーシリンダパラメータ；ポリマー接着剤噴霧バー８１ ２；およびクレープ加工ブレード８１４の角度である。繰り返すが、これらのテ ィッシュ製造機要素を制御することができる特定の方法は公知である。 また、本発明による表面センサを使用し、ドクターブレード８１４の状態を監 視することができる。ブレードが磨耗すると、クレープ加工しわが深く、さらに 離れるようになる。これらのパラメータは表面センサ１０によって連続的に測定 することができるので、ブレードの推定残存寿命についての指示を工場作業者に 与えることができる。さらに、クレープ加工しわパラメータが、所定の限界に達 したときは、警報が出され、ブレードを交換する必要があることを作業者に警告 する。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９６年９月３日 【補正内容】 請求の範囲 １．移動シートの表面特性の連続的なオンライン測定に用いられ、前記表面特性 は種々のスケールサイズと高さをもつ表面態様により表される表面測定装置であ って、 レーザ光源と、 前記移動シートの表面に光スポットを照射するように、前記レーザ光源からの 入射光を前記表面と交差する光学通路に沿って集束する手段と、 照射された光スポットから非鏡面角度で散乱される光を集める手段と、 前記種々の表面態様スケールサイズによって生成される周波数スペクトルに反 応する光感応式検出器と、 集められた散乱光の焦点を前記光感応式検出器に合わせる手段と、 前記光感応式検出器に設けられ、前記移動シートの表面の前記光スポットの高 さ位置の変動を示す出力信号を出力する出力部と、 それぞれが前記光感応式検出器の出力信号に応じるフィルタを含み、該フィル タが異なるカットオフ周波数を有し異なる表面態様スケールサイズ範囲の異なる 周波数スペクトルを通過させるように設けられた複数のチャネルと、 を含むことを特徴とする表面測定装置。 ２．請求の範囲１に記載の装置であって、前記複数のチャネルが、対応する複数 の隣接したスケールサイズ範囲にわたっていることを特徴とする表面測定装置。 ３．請求の範囲１に記載の装置であって、前記表面特性は、クレーピングを含む ことを特徴とする表面測定装置。 ４．請求の範囲１に記載の装置であって、前記移動シートの速度を監視し、その 速度を示す出力を生成するシート速度監視手段を含み、 それぞれの前記フィルタのカットオフ周波数はシート速度監視手段の出力に応 じて変更されることを特徴とする表面測定装置。 ５．請求の範囲１に記載の装置であって、前記光感応式検出器は一対の信号を生 成するバランス検出器を含み、前記検出器の出力信号は前記一対の信号の差に比 例することを特徴とする表面測定装置。 ６．請求の範囲５に記載の装置であって、前記検出器と前記少なくとも一のチャ ネルとの間に前記一対の検出器信号を処理するための信号処理手段を含み、該信 号処理手段は、前記一対の信号の差の前記一対の信号の和に対する比の関数であ る出力を生成することを特徴とする表面測定装置。 ７．請求の範囲５に記載の装置であって、前記バランス検出器は小さな線形ギャ ップで分離されて並んでいる一対の光感応セルを含み、前記バランス検出器に焦 点を合わされる光が、前記移動シートの表面を照射する光スポットの高さ位置に 実質的に応じて前記検出器のセルの比較的大きいまたは小さい範囲を照射するよ うに前記ギャップを橋絡することを特徴とする表面測定装置。 ８．請求の範囲７に記載の装置であって、前記バランス検出器のセルを分離する 前記線形ギャップが、前記検出器に入射する光スポットの移動方向に対して角度 を付けて配置され、前記検出器の範囲に延在することを特徴とする表面測定装置 。 ９．請求の範囲１に記載の装置であって、各フィルタがハイパスフィルタを含む ことを特徴とする表面測定装置。 １０．請求の範囲９に記載の装置であって、前記移動シートの速度を監視し、該 速度を示す出力を生成する速度監視手段を含み、 前記ハイパスフィルタは、前記光感応式検出器の出力部と接続される入力部を 有するＲＣフィルタ、可変抵抗器、および前記可変抵抗の反対側の出力部を含み 、さらに、前記速度監視手段の出力に応じて前記抵抗器の値を制御する手段を含 むことを特徴とする表面測定装置。 １１．請求の範囲１０に記載の装置であって、前記抵抗器の値を制御する手段は ＸＹ掛け算器回路を含み、該ＸＹ掛け算器回路は前記シート速度監視手段の出力 部に接続される第一入力部と、前記フィルタの出力部に接続される第二入力部を 有することを特徴とする表面測定装置。 １２．請求の範囲１に記載の装置であって、各フィルタがバンドパスフィルタを 含むことを特徴とする表面測定装置。 １３．請求の範囲１に記載の装置であって、 前記シートの表面が近接し沿って移動するように設定された面であって、前記 入射光を集束する手段が前記シートの表面を照射する光スポットの焦点を合わせ る面に実質的に存在する面である参照面を規定する手段と、 前記移動シートの表面を前記参照面に近接して維持するためのシート安定装置 を含むことを特徴とする表面測定装置。 １４．請求の範囲１に記載の装置であって、 前記シートの表面が近接し沿って移動するように設定された面であって、前記 入射光を集束する手段が前記シートの表面を照射する光スポットの焦点を合わせ る面に実質的に存在する面である参照面を規定する手段と、 光学標準化面を有する標準化部材と、 前記標準化部材をシートのない状態で標準化位置に移動させる手段と、 を含み、前記標準化位置においては前記光学標準化面が実質的に前記参照面のあ る面に位置することを特徴とする表面測定装置。 １５．請求の範囲１４に記載の装置であって、さらに、 少なくとも一の表面態様スケールサイズおよび少なくとも一の表面態様高さ変 動をそれぞれ表す少なくとも一の所定周波数および少なくとも一の所定振幅にて 、前記入射光の光軸に沿う方向に、前記標準化部材の位置を振動させる手段を含 む ことを特徴とする表面測定装置。 １６．請求の範囲１に記載の装置であって、 各チャネルのフィルタは出力部を有し、 各チャネルには、そのチャネルに関連するフィルタの前記出力部に接続され、 チャネル出力を生成するＲＭＳ ＡＣ−ＤＣコンバータが設けられていることを 特徴とする表面測定装置。 １７．請求の範囲１６に記載の装置であって、 各フィルタは所定のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタであり、 この表面測定装置はさらに、 二つのチャネルの出力部に接続され、該二つのチャネルのフィルタの両カット オフ周波数に対応するスケールサイズ範囲内の高さ位置変動を示す出力を生成す る演算ユニットを含むことを特徴とする表面測定装置。 １８．請求の範囲１に記載の装置であって、前記入射光を集束させる手段によっ て前記シートの表面に生成される光スポットが約２０マイクロメートルを超えな い幅を有することを特徴とする表面測定装置。 １９．移動シートの表面の形態学的態様の連続的なオンライン測定に用いられ、 前記態様が種々のスケールサイズと高さをもつ表面測定装置であって、 前記移動シートの表面に光スポットを照射し、前記表面から反射光の光軸に実 質的に沿って反射される前記光スポットの像に反応する検出器を含むレーザ三角 測量位置センサを有し、 前記検出器は線形ギャップによって分離される一対のセルを有し、前記セルに は、前記検出器が受ける像が前記ギャップを橋絡して比較的大きいまたは比較的 小さい範囲を照射するような動的光感応領域が反射光軸と交差して設けられ、こ れにより前記検出器のセルは前記移動シートの表面を照射する前記光スポットの 高さ位置の変動に実質的に応じた前記像の位置変動を検出し、 前記像は前記線形ギャップと交差する前記動的領域上の軸に沿って変位し、 前記検出器は、前記移動シートの表面を照射する前記光スポットの高さ位置の 変動を表す信号を出力する出力部を有し、 前記線形ギャップは、前記像の変位軸とそれに直交する軸との間に位置するよ うに角度を付けて配置され、前記検出器の測定範囲を拡大するように方向付けら れていることを特徴とする表面測定装置。 ２０．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記センサは、 レーザ光源と、 前記移動シートの表面に光スポットを照射するように、前記レーザ光源からの 光を前記表面に実質的に垂直な入射光の光学通路に沿って集束する手段と、 照射された前記光スポットから非球面角度で反射される散乱光を集め、集めら れた光の焦点を反射軸に実質的に沿って前記検出器の動的領域に合わせる手段と 、 を含むことを特徴とする表面測定装置。 ２１．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記検出器が、少なくとも２０マ イクロメートルの表面態様スケールサイズによって生成される周波数スペクトル に反応することを特徴とする表面測定装置。 ２２．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記検出器の各セルは、映された 前記像によるそのセルの照射範囲を示す電気信号を生成するように設けられ、前 記検出器の出力信号は前記検出器のセルにより生成される信号間の差に実質的に 比例することを特徴とする表面測定装置。 ２３．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記検出器の各セルは、映された 前記像によるそのセルの照射範囲を示す電気信号を生成するように設けられ、前 記検出器の出力信号は、前記セルによって生成される信号間の差のそれらの信号 の和に対する比の関数であることを特徴とする表面測定装置。 ２４．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記移動シートの表面に照射され る光スポットは、約２０マイクロメートルを超えない幅を有することを特徴とす る表面測定装置。 ２５．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記検出器の出力信号に応じ、シ ートフラッタのような低周波現象に起因する前記検出器の出力信号の変動をフィ ルタリングして除去し、表面態様スケールサイズ範囲を表す前記出力信号の周波 数を通過させるフィルタを有する少なくとも一のチャネルを含むことを特徴とす る表面測定装置。 ２６．請求の範囲２５に記載の装置であって、それぞれフィルタを含む複数のチ ャネルを含み、前記フィルタは異なるカットオフ周波数を有し、異なる表面態様 スケールサイズ範囲の異なる周波数スペクトルを通過させることを特徴とする表 面測定装置。 ２７．請求の範囲２６に記載の装置であって、前記移動シートの速度を監視し、 その速度を示す出力を生成するシート速度監視手段を含み、 それぞれの前記フィルタのカットオフ周波数はシート速度監視手段の出力に応 じて変更されることを特徴とする表面測定装置。 ２８．請求の範囲２７に記載の装置であって、各フィルタはハイパスフィルタを 含むことを特徴とする表面測定装置。 ２９．請求の範囲２６に記載の装置であって、 各チャネルのフィルタは出力部を有し、 各チャネルには、そのチャネルに関連するフィルタの前記出力部に接続され、 フィルタリングされた前記信号の真のＲＭＳ値を示すＤＣ出力信号を生成するＡ Ｃ−ＤＣコンバータが設けられていることを特徴とする表面測定装置。 ３０．請求の範囲２７に記載の装置であって、各フィルタがバンドパスフィルタ を含むことを特徴とする表面測定装置。 ３１．移動シートの表面態様を測定するために用いられ、前記表面態様は種々の スケールサイズと高さをもつ表面測定方法であって、 前記移動シートの表面に光スポットを照射するように、光源からの光を前記表 面と交差する光学通路に沿って集束する工程と、 照射された光スポットから非鏡面角度で散乱される光を集める工程と、 前記集められた光に応じ、前記表面態様の高さの変動を表し、前記表面態様の 種々のスケールサイズによって生成される周波数スペクトルを有する信号を生成 する工程と、 前記信号を処理することによって必要な表面態様スケールサイズの全範囲に応 じて選択された全周波数範囲を包含する複数のチャネルを生成し、各チャネルが 、他のチャネルの表面態様スケールサイズ範囲と異なる表面態様スケールサイズ を包含するように設定された信号処理工程と、 を含むことを特徴とする表面測定方法。 ３２．請求の範囲３１に記載の方法であって、さらに、 各チャネルのフィルタリングのカットオフ周波数を生成する工程と、 前記移動シートの速度を監視する工程と、 前記シートの速度の変動に応じて各チャネルの前記カットオフ周波数を制御す る工程と、 を含むことを特徴とする表面測定方法。 ３３．請求の範囲３１に記載の方法であって、さらに、 前記信号をフィルタリングして、それぞれが前記複数のチャネルの一つに関連 する複数のフィルタリング出力を生成する工程を含み、 各フィルタリング出力は、最初の信号のうち所定周波数を超えるすべての周波 数成分をフィルタリングして除くことによって前記信号から得られ、前記所定周 波数は各フィルタリング出力ごとに異なって設定されていることを特徴とする表 面測定方法。 ３４．請求の範囲３３に記載の方法であって、さらに、 各フィルタリング出力から、フィルタリング出力の真の二乗平均値の平方根を 示す別々のＤＣ出力を生成する工程を含むことを特徴とする表面測定方法。 ３５．請求の範囲３１に記載の方法であって、さらに、 所定の連続するデータ獲得時間間隔中、前記信号の値を記憶する工程と、 連続する時間間隔中に獲得されるデータの連続する値を生成する工程と、 前記シートの速度を測定する工程と、 前記シートの測定速度に応じて、前記連続する時間間隔の開始時期を調整する 工程と、 連続する時間間隔中に獲得されるデータの値の間の差を求める工程と、 連続する時間間隔中に獲得される値の差を平均する工程と、 を含むことを特徴とする表面測定方法。 ３６．対向する面を有する移動ペーパーシートの表面特性を連続的にオンライン 測定する表面測定装置であって、 前記シート表面に光スポットを照射するように前記シートの一方表面に隣接し て配置されたレーザ三角測量位置センサと、 前記シートの他方表面に隣接して配置された支持プラットホームと、 を有し、 前記レーザ三角測量位置センサは、前記移動シートの表面を照射する前記光ス ポットの高さ位置の変動を表す信号を出力する出力部を有する検出器を含み、さ らに底部平面を含み、 前記支持プラットホームは、前記光スポットによって照射される前記シートの 領域を前記センサの前記底面の方に片寄らせて前記移動ペーパーの前記領域を圧 縮する手段を含むことを特徴とする表面測定装置。 ３７．請求の範囲３６に記載の装置であって、前記シートを片寄らせる手段には 、対向する端部を有し、一方端部がプラットフォームに取り付けられ、他方端部 が前記シートを前記センサの前記底面の方に押し付けるように配置された膨張可 能なベローズが設けられていることを特徴とする表面測定装置。 ３８．請求の範囲３７に記載の装置であって、前記ベローズの前記他方端部に接 合され、前記ベローズの前記一端が前記移動シートによってシートに沿って搬送 される傾向を阻止する安定アームを含むことを特徴とする表面測定装置。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 システムの出力を、多様な種類の製紙機と共に使用し て、最終製品の平滑度または質感を決定する多数の製紙 工程パラメータのひとつ以上を制御することができる。 検出システムを使用することによって、ティッシュクレ ープを測定すること、この測定値を使用しティッシュ製 造機の多様なクレープ決定段階を制御すること、および ティッシュ製造機のクレープ加工ブレードすなわちドク ターブレードの条件を監視するすることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．移動シートの表面の平滑度の連続的なオンライン測定に用いられ、前記平滑 度は種々のスケールサイズと高さをもつ表面態様により表される表面測定装置で あって、 レーザ光源と、 前記移動シートの表面に光スポットを照射するように、前記レーザ光源からの 入射光を前記表面と交差する光学通路に沿って集束する手段と、 照射された光スポットから非鏡面角度で散乱される光を集める手段と、 前記種々の表面態様スケールサイズによって生成される周波数スペクトルに反 応する光感応式検出器と、 集められた散乱光の焦点を前記光感応式検出器に合わせる手段と、 前記光感応式検出器に設けられ、前記移動シートの表面の前記光スポットの高 さ位置の変動を示す出力信号を出力する出力部と、 前記光感応式検出器の出力信号に応じ、該出力信号の低周波数変動をフィルタ リングして除去し、表面態様スケールサイズ範囲を表す前記出力信号の周波数を 通過させるフィルタを含む少なくとも一のチャネルと、 を含むことを特徴とする表面測定装置。 ２．請求の範囲１に記載の装置であって、前記少なくとも一のチャネルのフィル タは、シートフラッタのような低周波数現象の周波数を超えるカットオフ周波数 を有することを特徴とする表面測定装置。 ３．請求の範囲１に記載の装置であって、それぞれフィルタを含む複数のチャネ ルを含み、前記フィルタは異なるカットオフ周波数を有し、異なる表面態様スケ ールサイズ範囲の異なる周波数スペクトルを通過させることを特徴とする表面測 定装置。 ４．請求の範囲３に記載の装置であって、前記移動シートの速度を監視し、その 速度を示す出力を生成するシート速度監視手段を含み、 それぞれの前記フィルタのカットオフ周波数はシート速度監視手段の出力に応 じて変更されることを特徴とする表面測定装置。 ５．請求の範囲１に記載の装置であって、前記光感応式検出器は一対の信号を生 成するバランス検出器を含み、前記検出器の出力信号は前記一対の信号の差に比 例することを特徴とする表面測定装置。 ６．請求の範囲５に記載の装置であって、前記検出器と前記少なくとも一のチャ ネルとの間に前記一対の検出器信号を処理するための信号処理手段を含み、該信 号処理手段は、前記一対の信号の差の前記一対の信号の和に対する比の関数であ る出力を生成することを特徴とする表面測定装置。 ７．請求の範囲５に記載の装置であって、前記バランス検出器は小さな線形ギャ ップで分離されて並んでいる一対の光感応セルを含み、前記バランス検出器に焦 点を合わされる光が、前記移動シートの表面を照射する光スポットの高さ位置に 実質的に応じて前記検出器のセルの比較的大きいまたは小さい範囲を照射するよ うに前記ギャップを橋絡することを特徴とする表面測定装置。 ８．請求の範囲７に記載の装置であって、前記バランス検出器のセルを分離する 前記線形ギャップが、前記検出器に入射する光スポットの移動方向に対して角度 を付けて配置され、前記検出器の範囲に延在することを特徴とする表面測定装置 。 ９．請求の範囲３に記載の装置であって、各フィルタがハイパスフィルタを含む ことを特徴とする表面測定装置。 １０．請求の範囲９に記載の装置であって、前記移動シートの速度を監視し、該 速度を示す出力を生成する速度監視手段を含み、 前記ハイパスフィルタは、前記光感応式検出器の出力部と接続される入力部を 有するＲＣフィルタ、可変抵抗器、および前記可変抵抗の反対側の出力部を含み 、さらに、前記速度監視手段の出力に応じて前記抵抗器の値を制御する手段を含 むことを特徴とする表面測定装置。 １１．請求の範囲１０に記載の装置であって、前記抵抗器の値を制御する手段は ＸＹ掛け算器回路を含み、該ＸＹ掛け算器回路は前記シート速度監視手段の出力 部に接続される第一入力部と、前記フィルタの出力部に接続される第二入力部を 有することを特徴とする表面測定装置。 １２．請求の範囲３に記載の装置であって、各フィルタがバンドパスフィルタを 含むことを特徴とする表面測定装置。 １３．請求の範囲１に記載の装置であって、 前記シートの表面が近接し沿って移動するように設定された面であって、前記 入射光を集束する手段が前記シートの表面を照射する光スポットの焦点を合わせ る面に実質的に存在する面である参照面を規定する手段と、 前記移動シートの表面を前記参照面に近接して維持するためのシート安定装置 を含むことを特徴とする表面測定装置。 １４．請求の範囲１に記載の装置であって、 前記シートの表面が近接し沿って移動するように設定された面であって、前記 入射光を集束する手段が前記シートの表面を照射する光スポットの焦点を合わせ る面に実質的に存在する面である参照面を規定する手段と、 光学標準化面を有する標準化部材と、 前記標準化部材をシートのない状態で標準化位置に移動させる手段と、 を含み、前記標準化位置においては前記光学標準化面が実質的に前記参照面のあ る面に位置することを特徴とする表面測定装置。 １５．請求の範囲１４に記載の装置であって、さらに、 少なくとも一の表面態様スケールサイズおよび少なくとも一の表面態様高さ変 動をそれぞれ表す少なくとも一の所定周波数および少なくとも一の所定振幅にて 、前記入射光の光軸に沿う方向に、前記標準化部材の位置を振動させる手段を含 むことを特徴とする表面測定装置。 １６．請求の範囲３に記載の装置であって、 各チャネルのフィルタは出力部を有し、 各チャネルには、そのチャネルに関連するフィルタの前記出力部に接続され、 チャネル出力を生成するＲＭＳ ＡＣ−ＤＣコンバータが設けられていることを 特徴とする表面測定装置。 １７．請求の範囲１６に記載の装置であって、 各フィルタは所定のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタであり、 この表面測定装置はさらに、 二つのチャネルの出力部に接続され、該二つのチャネルのフィルタの両カット オフ周波数に対応するスケールサイズ範囲内の高さ位置変動を示す出力を生成す る演算ユニットを含むことを特徴とする表面測定装置。 １８．請求の範囲１に記載の装置であって、前記入射光を集束させる手段によっ て前記シートの表面に生成される光スポットが約２０マイクロメートルを超えな い幅を有することを特徴とする表面測定装置。 １９．移動シートの表面の形態学的態様の連続的なオンライン測定に用いられ、 前記態様が種々のスケールサイズと高さをもつ表面測定装置であって、 前記移動シートの表面に光スポットを照射し、前記表面から反射光の光軸に実 質的に沿って反射される前記光スポットの像に反応する検出器を含むレーザ三角 測量位置センサを有し、 前記検出器は線形ギャップによって分離される一対のセルを有し、前記セルに は、前記検出器が受ける像が前記ギャップを橋絡して比較的大きいまたは比較的 小さい範囲を照射するような動的光感応領域が反射光軸と交差して設けられ、こ れにより前記検出器のセルは前記移動シートの表面を照射する前記光スポットの 高さ位置の変動に実質的に応じた前記像の位置変動を検出し、 前記像は前記線形ギャップと交差する前記動的領域上の軸に沿って変位し、 前記検出器は、前記移動シートの表面を照射する前記光スポットの高さ位置の 変動を表す信号を出力する出力部を有することを特徴とする表面測定装置。 ２０．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記線形ギャップが、前記像の変 位軸とそれに直交する軸との間に位置するように角度を付けて配置され、前記検 出器の測定範囲を拡大するように方向付けられていることを特徴とする表面測定 装置。 ２１．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記センサは、 レーザ光源と、 前記移動シートの表面に光スポットを照射するように、前記レーザ光源からの 光を前記表面に実質的に垂直な入射光の光学通路に沿って集束する手段と、 照射された前記光スポットから非球面角度で反射される散乱光を集め、集めら れた光の焦点を反射軸に実質的に沿って前記検出器の動的領域に合わせる手段と 、 を含むことを特徴とする表面測定装置。 ２２．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記検出器が、少なくとも２０マ イクロメートルの表面態様スケールサイズによって生成される周波数スペクトル に反応することを特徴とする表面測定装置。 ２３．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記検出器の各セルは、映された 前記像によるそのセルの照射範囲を示す電気信号を生成するように設けられ、前 記検出器の出力信号は前記検出器のセルにより生成される信号間の差に実質的に 比例することを特徴とする表面測定装置。 ２４．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記検出器の各セルは、映された 前記像によるそのセルの照射範囲を示す電気信号を生成するように設けられ、前 記検出器の出力信号は、前記セルによって生成される信号間の差のそれらの信号 の和に対する比の関数であることを特徴とする表面測定装置。 ２５．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記移動シートの表面に照射され る光スポットは、約２０マイクロメートルを超えない幅を有することを特徴とす る表面測定装置。 ２６．請求の範囲１９に記載の装置であって、前記検出器の出力信号に応じ、シ ートフラッタのような低周波現象に起因する前記検出器の出力信号の変動をフィ ルタリングして除去し、表面態様スケールサイズ範囲を表す前記出力信号の周波 数を通過させるフィルタを有する少なくとも一のチャネルを含むことを特徴とす る表面測定装置。 ２７．請求の範囲２６に記載の装置であって、それぞれフィルタを含む複数のチ ャネルを含み、前記フィルタは異なるカットオフ周波数を有し、異なる表面態様 スケールサイズ範囲の異なる周波数スペクトルを通過させることを特徴とする表 面測定装置。 ２８．請求の範囲２７に記載の装置であって、前記移動シートの速度を監視し、 その速度を示す出力を生成するシート速度監視手段を含み、 それぞれの前記フィルタのカットオフ周波数はシート速度監視手段の出力に応 じて変更されることを特徴とする表面測定装置。 ２９．請求の範囲２８に記載の装置であって、各フィルタはハイパスフィルタを 含むことを特徴とする表面測定装置。 ３０．請求の範囲２７に記載の装置であって、 各チャネルのフィルタは出力部を有し、 各チャネルには、そのチャネルに関連するフィルタの前記出力部に接続され、 フィルタリングされた前記信号の真のＲＭＳ値を示すＤＣ出力信号を生成するＡ Ｃ−ＤＣコンバータが設けられていることを特徴とする表面測定装置。 ３１．請求の範囲２８に記載の装置であって、各フィルタがバンドパスフィルタ を含むことを特徴とする表面測定装置。 ３２．移動シートの表面態様を測定するために用いられ、前記表面態様は種々の スケールサイズと高さをもつ表面測定方法であって、 前記移動シートの表面に光スポットを照射するように、光源からの光を前記表 面と交差する光学通路に沿って集束する工程と、 照射された光スポットから非鏡面角度で散乱される光を集める工程と、 前記集められた光に応じ、前記表面態様の高さの変動を表し、前記表面態様の 種々のスケールサイズによって生成される周波数スペクトルを有する信号を生成 する工程と、 前記信号の低周波数変動をフィルタリングして除き、表面態様スケールサイズ 範囲を表す前記信号の周波数を通過させる工程と、 を含むことを特徴とする表面測定方法。 ３３．請求の範囲３２に記載の方法であって、さらに、 フィルタリングのカットオフ周波数を生成する工程と、 前記移動シートの速度を監視する工程と、 前記シートの速度の変動に応じて前記カットオフ周波数を制御する工程と、 を含むことを特徴とする表面測定方法。 ３４．請求の範囲３２に記載の方法であって、さらに、 前記信号をフィルタリングして複数のフィルタリング出力を生成する工程を含 み、 各フィルタリング出力は、最初の信号のうち所定周波数を超えるすべての周波 数成分をフィルタリングして除くことによって前記信号から得られ、前記所定周 波数は各フィルタリング出力ごとに異なって設定されていることを特徴とする表 面測定方法。 ３５．請求の範囲３４に記載の方法であって、さらに、各フィルタリング出力か ら、フィルタリング出力の真の二乗平均値の平方根を示す別々のＤＣ出力を生成 する工程を含むことを特徴とする表面測定方法。 ３６．請求の範囲３２に記載の方法であって、さらに、 所定の連続するデータ獲得時間間隔中、前記信号の値を記憶する工程と、 連続する時間間隔中に獲得されるデータの連続する値を生成する工程と、 前記シートの速度を測定する工程と、 前記シートの測定速度に応じて、前記連続する時間間隔の開始時期を調整する 工程と、 連続する時間間隔中に獲得されるデータの値の間の差を求める工程と、 連続する時間間隔中に獲得される値の差を平均する工程と、 を含むことを特徴とする表面測定方法。 ３７．対向する面を有する移動シートの表面特性を連続的にオンライン測定する 表面測定装置であって、 前記シート表面に光スポットを照射するように前記シートの一方表面に隣接し て配置されたレーザ三角測量位置センサと、 他方のオフセット表面に隣接して配置された支持プラットホームと、 を有し、 前記レーザ三角測量位置センサは、前記移動シートの表面を照射する前記光ス ポットの高さ位置の変動を表す信号を出力する出力部を有する検出器を含み、さ らに底部平面を含み、 前記支持プラットホームは、前記光スポットによって照射される前記シートの 領域を前記センサの前記底面の方に片寄らせて前記ペーパーの前記領域を圧縮す る手段を含むことを特徴とする表面測定装置。 ３８．請求の範囲３７に記載の装置であって、前記シートを片寄らせる手段には 、対向する端部を有し、一方端部がプラットフォームに取り付けられ、他方端部 が前記シートを前記センサの前記底面の方に押し付けるように配置された膨張可 能なベローズが設けられていることを特徴とする表面測定装置。 ３９．請求の範囲３８に記載の装置であって、前記ベローズの前記他方端部に接 合され、前記ベローズの前記一端が前記移動シートによってシートに沿って搬送 される傾向を阻止する安定アームを含むことを特徴とする表面測定装置。