JPS6025526Y2 - 非金属シート状物体の厚み測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、ゴム、プラスチック等の非金属シート状物体
の厚みを測定する装置に関するものである。

、かかる測定装置としては、従来、β線やＸ線等
の放射線を非金属シート状物体に投射し、その透過量の
減衰の割合から厚みを測定する方法を採用するもの、非
金属シート状物体の表面に光を照射−そ９反射光から該
非金属シート状物体の表面位置を検出して厚みを測定す
る方法を採用するもの、静電容量型変位計を用い、非金
属シート状物体の表面位置変化に対応した静電容量型変
位計を検出して厚みを測定する方法を採用するもの等、
非接触の測定装置が提案されている。

しかし、上記放射線を用いる測定装置は、高価であると
共に、測定物を放射線から有効に保護する必要があるた
め大形となる欠点がある。

また、厚みを測定する非金属シート状物体の放射線吸収
係数が不均一である場合には、誤差が大きく正確な測定
ができない欠点がある。

また、光を用いる測定装置は、一般には非金属シート状
物体の表面位置のみでなく、裏面の位置をも光学的に検
出してその厚みを測定するよう構成されている。

このため、光学系の構成が複雑になると共に装置全体力
状形となり、広い装置面積が必要となる欠点がある。

また、非金属シート状物体の両面の位置をそれぞれ対向
する面側から検出するための基準位置を設定する必要が
あるが、非金属シート状物体がその厚み方向に大きく変
位する場合には基準位置の設定が困難である。

更に、静電容量型変位計を用いる測定装置は、温度変化
に対する測定誤差が大きいため正確な厚み測定ができな
いと共に、上記光を用いる場合と同様に基準位置の設定
が困難である等の欠点がある。

また、特開昭５１−１５１５６７号公報には金属ロール
の表面に密着して移動するフィルムの上方に、空気マイ
クロメータと、磁気式または渦電流損式変位計の非接触
式電気マイクロメータとを所定間隔を保って並列して設
け、空気マイクロメータによってその測定端子からフィ
ルムの上面までの距離を測定し、非接触式電気マイクロ
メータによってその測定端子から金属ロールの表面まで
の距離を測定して、それらの距離の差からフィルムの厚
さをその移動方向に連続して測定する装置が開示されて
いる。

しかし、この測定装置においては空気マイクロメータお
よび非接触式電気マイクロメータのそれぞれの測定端子
の位置を基準位置としてこれらを金属ロールの軸線方向
と平行な同一レベルに配置しなければならないため、そ
の配置が極めて困難であると共に、両マイクロメータは
所定の間隔を保って並列して配置されるために、フィル
ムの同一位置を測定できず、このため金属ロールおよび
フィルムのそれぞれの表面の不均一性により厚みを正確
に測定できない欠点がある。

また、空気マイクロメータは通常その測定範囲が極めて
狭＜、シたがってフィルムに極めて接近して配置する必
要があるため、フィルムの厚さの変動が大きいとこれが
空気マイクロメータに摺接して両者を損傷したり、また
フィルムが離れすぎてその距離を精度良く測定できない
と共に、磁気式または渦電流損式変位計等の非接触式電
気マイクロメータは、その出力が温度によって変動する
ため、高精度の測定ができない欠点がある。

更に、両マイクロメータはフィルムの上方に所定の間隔
を保って単に並列して設けられているだけであるため、
フィルムの移動方向と直交する幅方向での厚み測定がで
きず、したがってフィルムの全体の厚みの分布を把握す
ることができない。

本考案の目的は、上述した従来の種々の欠点を除去し、
非金属シート状物体の厚みを容易にかつ高精度で測定で
きるよう適切に構成した非金属シート状物体の厚み測定
装置を提供せんとするにある。

本考案の非金属シート状物体の厚み測定装置は、金属ロ
ール上の非金属シート状物体の表面を照明する投光器と
、この投光器によって照明される前記非金属シート状物
体の表面の像を受光走査する自己走査形固体撮像素子よ
り戊る光検出器を有し、この光検出器の出力に基いて前
記非金属シー”！−状物体の表面位置を検出するシート
位置検出機構と、このシート位置検出機構による前記非
金属シート状物体の表面検出位置の近傍の前記金属ロー
ルの表面位置を検出するロール位置検出機構と、前記金
属ロールの表面の一部またはこれと所定の位置関係にあ
る校正用表面と、前記投光器、シート位置検出機構およ
びロール位置検出機構を、前記非金属シート状物体の送
行方向とほぼ直交する方向に前記校正用表面に至るまで
一体に往復動させる移動機構と、前記ロール位置検出機
構およびシート位置検出機構によってそれぞれ検出した
前記校正用表面の位置を基準位置として、前記非金属シ
ート状物体および金属ロールのそれぞれの表面位置を補
正し、これら補正した表面位置に基いて前記非金属シー
ト状物体の厚みを演算して出力する演算機構とを具え、
前記金属ロール上で前記非金属シート状物体を送行させ
ると共に、前記移動機構により前記投光器、シート位置
゛検出機構およびロール位置検出機構を往復動させて、
前記校正用表面の位置を適宜検出しながら前記非金属シ
ート状物体の厚みをそね送行方向とほぼ直交する方向に
亘って測定し得るよう構成したことを特徴とするもので
ある。

以下・図面を参照して本考案を詳細に説明する。

第１図は本考案の非金属シート状物体の厚み測定装置の
一例の構成を示す外観斜視図である。

非金属シート状物体（以下単にシートという）１は金属
−−ル２の表面を矢印Ａ方口向に走行する。

金属ロール２はシート１を走行させる方向に積極的に、
またはシート１との摩擦によって従動して回転するよう
構成してもよい。

この金属ロール２の外側には、該金属ロール２の中心軸
線とほぼ平行で、かつ中心軸線方向に延在して２本のガ
イドシャフト３，４を、固定のスタンド５，６を介して
平行に配置し、これらガイドシャフト３，４に後述する
投光器、シート位置検出機構およびロール位置検出機構
を具える検出ヘッド７を移動可能に保持する。

すなわち、検出ヘッド７をシート１の走行方向とほぼ直
交する両矢印Ｂ方向に移動可能に構成する。

検出ヘッド７の移動は、これをガイドシャフト３，４に
摺動自在に保持し、一方のスタンド５または６上に駆動
源を設け、チェーン、スプロケット或いは一方のガイド
シャフト３または４をボールとねじする適当な手段を用
いて自動的に往復動させるよう構成する。

また、一方のスタンド、本例ではスタンド６には金属ロ
ール２の軸方向でその外周面とほぼ同一レベルの面を有
する校正板８を、金属ロール２の端部に近接して突出し
て設け、この校正板８の位置を検出ヘッド７により検出
することにより、シート位置検出機構およびロール端子
機構の基準位置を設定し得るよう構成する。

なお、校正板８は好適には金属ロール２と同じ材質で猛
威する。

第２図は第１図に示す測定装置の要部の一例の構成を示
す線図である。

投光器９は、例えばレーザ、発光ダイオードを用い、本
例では周期的にパルス光を射出し、スリット１０の像を
投影レンズ１１を経て金属ロール２上のシート１表面に
結像させ、そのスリット像を投影レンズ１２を経てシー
ト位置検出機構１３を構成する光検出器１４の受光面上
に結像させる。

なお、投光器９から射出する光は可視光線でなくてもよ
い。

また、スリット１０の開口の形状は円でもよいが、好適
には金属ロール２の軸方向に適当な長さをもつ長方形と
する。

光検出器１４は、例えばＣＣＤ （ＣｈａｒｇｅＣｏｕ
ｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ）、ＢＢＤ （Ｂｕｃｋ
ｅｔ ＢｒｉｇａｄｅＤｅｖｉｃｅ ）等の走査機能を
有する電荷蓄積型の受光素子を一列に多数並べた自己走
査形固体撮像素子を用いる。

スリット１０として金属ｉ−ル２の軸方向に適当な長さ
をもつ長方形の開口をもつものを用いた場合には、その
長さ方向と直交する方向に、すなわちシート１の厚みの
変化によって反射光が異なる受光素子上に結像される方
向に光検出器１４を配置する。

シート位置検出機構１３は、上述した光検出器１４と、
これを適当なタイミングで走査する駆動回路１５と、光
検出器１４の１ラインの出力をアナログバッファ１６を
経て所定のレベルと順次比較して２値信号に変換する比
較回路１７と、この比較回路１７の１ラインの出力を２
進コードに変換する２進コード変換回路１８とを具え、
この２進コード変換回路１８の出力を演算機構１９に供
給するよう構成する。

ここで、第３図にシート１の厚みと反射位置との関係を
示すように、スリット１０の像が結像されるシート１の
表面位置が点ａから点すに変化すると、それに応じて光
検出器１４上での結像位置もｄｘと変化し、そのときの
シート１の厚みの変化量ｄｔは、 ｄｔ ＝ Ｊｄｘ” ＋ｒ’ ＋２ｄＸ＠ｒｃｏｓθ−
ｒから演算することができる。

なお、ｒはシート１の反射位置における曲率半径を、θ
は法線Ｃに対する入射および反射角度をそれぞれ示す。

例えば、光検出器１４として、素子数が１０２４個、素
子間隔が１３μｍのものを用い、投影レンズ１２−の倍
率を５倍どすると、ｄｘが１３／ ５ ｐ、 ｍ ＝２
．６μｍ変化゛して、光検出器１４上での結像位置が受
光素子１個分だけずれることになる。

したがって、金属ロール２の表面位置に対応する結像位
置を予め設定しておけば、この基準位置から実際の測定
における結像位置までのずれの量に基いてから上式から
シニト１の厚みを求めることができる。

このように、シート１の厚み測定はシート位置検出機構
のみによっても行なうことができる。

しかし、金属ロール２の表面位置は、その表面形状の不
均一性、シート１の荷重、温度変化等により変動する場
合がある。

このように金属ロニル２の表面位置が変動すると、シー
ト位置検出機構１３における実際の基準位置がずれるた
め精度の高い厚み測定ができなくなる。

そこで、本考案では、シート位置検出機構１３によるシ
ート１の表面検出位置の近傍の金属ロール２の表面位置
を、第２図に示すようにロール位置検出機構２０によっ
て検出して、演算機構１９において、シート１の表面位
置と金属ロール２の表面位置とから、金属ロール２の表
面位置の変動に影響されずにシート１の厚みを高精度で
算出するよう構成する。

このようなロール位置検出機構２０は、金属ロール２と
対向して渦電流式検出器２１を配置し、この検出器から
得られる金属ロール２の表面までの距離に応じたアナロ
グ出力をＡ／Ｄ変換器２２を経てデジタル信号に変換し
て演算機構１９に供給するよう構成することができる。

本実施例では、このロール位置検出機構２０も、上述し
たように検出ヘッド７（第１図参照）内に組み込み、シ
ート位置検出機構１３によるシート１の表面検出位置の
近傍の金属ロール２の表面位置を検出すると共に、校正
板８の表面位置も定期的に、或いは所要に応じて検出し
、この校正板８の表面位置を基準位置として演算機構１
９に記憶させる。

このようにすれば、金属ロール２の表面形状の不均一性
、シート１の荷重による表面位置の変動を有効に補正す
ることができると共に、温度変化による渦電流式検出器
２１の出力の変動をも有効に補正することができ、シー
ト１の厚みを高精度で測定することができる。

すなわち、ロール位置検出機構２０による金属ロール２
の表面位置に対応する出力は、渦電流式検出器２１と金
属ロール２の表面位置との間の距離を２とすると、温度
がｔからｔ′に変化するとＦ （Ｚ）からＦ’（Ｚ）に
変化し、これらの間にはＦ’（Ｚ）；Ｆ （Ｚ）＋ΔＦ
の関係がある。

したがって、校正板８の表面位置をロール位置検出機構
２０によって定期的に、或いは所要に応じて検出して基
準位置の補正を行なえば、金属ロール２の表面位置検出
にむける温度変化による測定誤差ΔＦを有効に補正する
ことができる。

以下上述した実施例によるとシート１の厚み測定の順次
の動作を説明する。

先ず、検出ヘッド７を校正板８上に移動させ、シート位
置検出機構１３およびロール位置検出機構２０により校
正板８の表面位置をそれぞれ測定し、演算機構１９にそ
れぞれの基準位置を記憶させる。

その後、金属ロール２上でシート１を矢印Ａ方向に走行
させ、検出ヘッド７を矢印Ｂで示すシート１の幅方向に
往復動させながら、シート１の表面位置と金属ロール２
の表面位置とをそれぞれ検出して、矢印Ｂ方向に亘って
シート１の厚みを測定する。

第４図はシート１の表面位置を検出する場合の各部の動
作タイミングの一例を示す線図であり、ａは投光器９の
発光パルスのタイミングを、ｂは駆動回路１５による光
検出器１４の走査タイミングを、Ｃはアナログバッファ
１６へのゲート信号をそれぞれ示している。

本実施例では光検出器１４の各受光素子に蓄積された電
荷を９パルス毎サンプリングして、その１ラインのアナ
ログ出力をアナログバッファ１６を経て比較回路１７に
供給する。

光検出器１４の１ラインのアナログ出力の分布は、第５
′図ａに横軸に一列に並べた受光素子の位置を、縦軸に
出力をとって示すように、結像位置に応じて異なり、結
像位置にある受光素子の出力が最も高くなる。

この１ラインのアナログ出力は比較回路１７において所
定の閾値レベル（第５図ａに破線で示す）でスライスし
、第５図すに示すように２値信号に変換した後、Ｈ値と
なった素子のうち中央の素子の位置Ｘの値を、２進コー
ド変換回路１８を経て演算機構１９に供給する。

一方、ロール位置検出機構２０は、シート位置検出機構
１３によるシート１の厚み測定中、金属ロール２の表面
位置を検出し、その出力信号を演算機構１９に供給する
。

演算機構１９は、予め記憶したロール位置検出機構２０
の基準位置と、その出力信号とから金属ロール２の実際
の表面位置を演算し、この金属ロール２の表面位置とシ
ート位置検出機構１３からの出力信号に基いて演算した
シート１の表面位置との差を算出し、これをシート１の
実際の厚みとして表示装置や記録装置（図示せず）に出
力する。

検出ヘッド７は、上述したシート１の厚み測定期間中、
定期的に或いは所要に応じて校正板８上に移動させ、シ
ート位置検出機構１３およびロール位置検出機構２０の
それぞれの基準位置を設定し直し、これにより温度変化
の激しい環境下、特！こゴムシートの圧延工程などの温
度変化によるロール位置検出機構２０による測定誤差を
補正する。

なお、本考案は上述して例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形または変更が可能である。

例えば上述した実施例では、光検出器１４に蓄積される
電荷を９パルス毎にサンプリングするようにしたが、こ
のサンプリング周期は光検出器１４とシート１との相対
移動速度に対して解像度が低下しない範囲で更に短くす
ることもできる。

また、パルス光でなく連続した光を照射することもでき
る。

更に、光検出器１４をＣＣＤ、 ＢＢＤ等の電荷蓄積型
の受光素子を用いて構成したが、フオトトランジスタア
レイを用いて構成することもできる。

更にまた、金属ロール２の端部の表面位置が、温度やシ
ート１の荷重によって変動することが少ない場合には、
該端部を校正板８の代わりに用いることもできる。

また、本考案によれば基準位置は任意に選ぶことができ
、２つの検出機構に対し別々の基準位置を設定すること
もできるし、金属ロール２の表面の任意の位置を基準位
置として設定することもできる。

したがって、温度変化が少ない場合には、検出ヘッド７
を任意の位置に固定し、この位置での金属ロール２の表
面位置を予め基準位置に設定してシー（・１の厚みを測
定することもできる。

上述したように、本考案において金属ロールの表面の一
部またはこれと所定の位置関係にある校正用表面を設け
、この校正用表面の位置をシート位置検出機構およびロ
ール位置検出機構におけるそれぞれの基準位置として、
これら雨検出機構によってそれぞれ検出したシートおよ
び金属ロールの表面位置を補正腰これら補正した表面位
置に基いてシートの厚みを演算して求めるものであるか
ら、シート位置検出機構およびロール位置検出機構の配
置が容易にでき、したがって従来の放射線や静電容量型
変位計を用いる厚み測定に比べ簡単かつ小形に構成でき
ると共に、金属ロールの表面位置が変動しても、またロ
ール位置検出機構を温度変化によって出力が変動する渦
電流式検出器をもって構成しても、シートの厚みを常に
高精度で測定することができる。

また、シート位置検出機構およびロール位置検出機構は
ほぼ同一位置での非金属シート状物体の表面位置および
金属ロールの表面位置を検出するものであるから、厚み
を正確に測定することができると共にミシートの表面位
置は投光器および自己走査形固体撮像素子より成る光検
出器を用いる光学的手段によって検出するものであるか
ら、その測定範囲を広くとれ、したがってシートの厚さ
の変動が大きくても両者の摺接による損傷を生じること
なくその表面位置を常に正確に検出することができる。

更に、投光器、シート位置検出機構およびロール位置検
出機構を、シートの走行方向と直交する方向に往復動さ
せて、シートの厚さを幅方向に亘って測定するようにし
たから、シート全体の厚み分布を容易に把握することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の非金属シート状物体の厚み測定装置の
一例の構成を示す外観斜視図、第２図は第１図に示す非
金属シート状物体の厚み測定装置の要部の一例の構成を
示す線図、第３図は本考案による非金属シート状物体の
表面位置の変化と反射位置の変化とを示す線図、第４図
ａ、 ｂおよびＣは第２図に示すシート位置検出機構の
各部の動作タイミングの一例をそれぞれ示す線図、第５
図ａおよびｂは第２図に示す光検出器および比較回路の
出力の分布の一例をそれぞれ示す線図である。 １・・・・・・シート、２・・・・・・金属ロール、３
，４・・・・・・ガイドシャフト、５，６・・・・・・
スタンド、７・・・・・・検出ヘッド、８・・・・・・
校正板、９・・・・・・投光器、１０・・・・・・スリ
ット、１１．１２・・・・・・投影レンズ、１３・・・
・・・シート位置坂出機構１．１４・・・・・・光検出
器、１５・・・・・・駆動回路、１６・・・・・・アナ
ログバッファ、１７・・・・・・比較回路、１８・・・
・・・２進コード変換回路、１９・・・・・・演算機構
、２０・・・・・・ロール位置検出機′構、２１・・・
・・・渦電流式検出器、２２・・・・・・Ａ／Ｄ変換器
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属ロール上の非金属シート状物体の表面を照明する投
   光器と、この投光器によって照明される前記非金属シー
   ト状物体の表面の像を受光走査する自己走査形固体撮像
   素子より成る光検出器を有し、この光検出器の出力に基
   いて前記非金属シート状物体の表面位置を検出するシー
   ト位置検出機構と、このシート位置検出機構による前記
   非金属シート状物体の表面検出位置の近傍の前記金属ロ
   ールの表面位置を検出するロール位置検出機構と、前記
   金属ロールの表面の一部またはこれと所定の位置関係に
   ある校正用表面と、前記投光器、シート位置検出機構お
   よびロール位置検出機構を、前記非金属シート状物体の
   送行方向とほぼ直交する方向に前記校正用表面に至るま
   で一体に往復動させる移動機構と、前記ロール位置検出
   機構およびシート位置検出機構によってそれぞれ検出し
   た前記校正用表面の位置を基準位置として、前記非金属
   シート状物体および金属ロールのそれぞれの表面位置を
   補正し、これら補正した表面位置に基いて前記非金属シ
   ート状物体の厚みを演算して出力する演算機構とを具え
   、前記金属ロール上で前記非金属シート状物体を送行さ
   せると共に、前記移動機構により前記投光器、シート位
   置検出機構およびロール位置検出機構を往復動させて、
   前記校正用表面の位置を適宜検出しながら前記非金属シ
   ート状物体の厚みをその送行方向とほぼ直交する方向に
   軍って測定し得るよう構成したことを特徴とする非金属
   シート状物体の厚み測定装置。