JPS62293130A - 平坦なフオイル、特に紙ウエブの張力を非接触的に測定する方法及び装置 - 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】

３、発明の詳細な説明 本発明は、紙ウェブの張力を非接触的に測定するために
、トランスデユーサ要素、例えば、スビー゛力１こより
膜波（ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｗａｖｅ）の１＜−スト（ｂ
ｕｒｓＬ）を発生させ、膜波の速度を測定し、膜波の速
度測定値を平方し１、そして膜の！’ｐ　”＋＠　０＋
ａｓｉｒ、　ｗｃｉＨｈｔ）を乗じて膜の張力を決定す
る、薄いイ・１１膜の引電力を測定する方法に関する。 更に、本発明は本方法を実施する装置に関する。 抄紙ｆｉ（ｐｕｐｃｒ　　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ）及び印
刷機においては、紙ウェブのツ１（力及び張力分布の測
定装置は機械の′ｉ！！、転のイシ幀性に非常に重要な
後側を果たす。 ウェブの破断はＰ測するのが困難であ３）、そして符に
、製紙−１−場にもけるつ上ブ速度は連続的に増加して
、ウェブ速度が１１００ｋ／ｂに達するので相当な追加
のコストを生じる。これに関して、実際の経験によれば
、張力プロフィルは非常に高いピークから完全にたるん
だ谷まで変化することをボしているのて゛、特に、機械
の横断方向の張力分布を測定することがでさるならば、
ウェブ張力測定装置は非常に必要であろう。張力情報が
’ｔ’ｌｌ−子土″７的信号として大−ｐ　’＋＋’能
で、ｂるならば、例えば、ウェブ破断を回避することを
目的とし−（、眼ｆ威の操作をそｔｌ、　ｉ、二部にて
制御づることがｔ′きる。今ト１、好ましい方法は、例
えば、ロールの回転速度差の制御に柄づいているが、ス
リップのため、この回転速度の制御力法はウェブからの
１α接の張力情報をりえることができない、。 今までのところ、ウェブの張力ａ定は：（つの異なる］
ｊ法により達成することが１１’　能である。ＫＳｌの
方法は、圧縮空気を吹き付けてウェブにくぼみ（ｄｅｎ
ｔ）を形成し、次いで（ばみの深さを測定することに基
づいている。ｒｉＳ２の方法は、ロールのシャフトに収
すイ・ｊけられた力トランスデユーサ（］“ＯＩ’　Ｃ
ｅｔｒＩＡＩＩｓｄｕｃｅｒｓ）によりロール間の相互
の引張力（１ｎｕｔｕａｌ　ｐｕｌｌ　ｆｏｒｃｅ）を
測定する。ｆ：ｔ′Ｊ３の方法はウェブにおける膜波を
利用し、この膜波をウェブに近接して設置したマイクし
１ノオンに」、り検出）る。 このノＪ法は、゛／インフンド特許公看第（うン４．１
９号に史に詳細に記載されζいる１、この１．Ｔｈ′許
に従えば、膜波は、例えば、スピーカ（１ｏｕｄｑＨ＋
ｅａｋｃｒ　）ＩＩＴより・ンエブ（こおいて誘発され
、これは、力・（すられた張力の方向１こ、紙が丸打し
−（いる方向及びぞの反月力向の１＋ｈｉ　ｈに、（ｌ
二搬→る。犬いＣ１この膜波の速度は、張力を膜波速度
のＩＬ力とウェブのｆｌ”（ｒｔとの積に比例するとし
て表４″物理学で知られた式によりウェブ張力を決定す
るのに使用される。膜波Ｍ、度は、音源から所定の距離
のところに取り付けられたマイクロフォンを使用し、そ
れによｒ）膜波の伝搬時間を決定することによって測定
することができる。この方法は、４００Ｈｚのバースト
の如き可聴周波数範囲の振動を加える。膜波の使用に基
づく方法は、米国特許公報ｆｊｓ３８５４３２！ｊ号に
も記載さルている。フィンランド特許のツノ法と違って
、この公報はａｔ￥波振：仙の使用に基づいている。 圧部空気を吹外付ける第１の方法は、どちらかといえば
不１１−確であることが糺明され、そしてその方法１ご
従えば、ノズルが紙ウェブ１こ非常に近接して適用され
るので、引き裂けの危険が商い。 ロール間の４１１＾−引張力の測定に基づ＜ｆｊｓ２の
方法は、比較的普通に使用されるが、その欠点は例えば
ロール質量が数６キログフムにも及ぶのて９応答が遅い
ということである。実際にはこの方法はウェブの幅全体
にわたり積分した’ｔ１２力の相当イ１ｔｉを測定して
お３）、これは例えば張力プロフィルを明確にしない。 更に、ウェブを破断する張力ビークが検出されない。 フィンランド特許に従う第３の方法においては、可聴周
波数信号のために、マイクロフォンは同じ周ｔＬ数範囲
に同１凋されなければならず、これは相当な（ｎ号討ノ
イ′０ｒ：比の問題を引き起こ゛）、１　イの理由は、
知られ′Ｃいる如く、抄紙磯の周囲（よ竹＋、−（Ｌの
周波数＠囲ぐ非２＋？に薗（、旨′４臂ノイズな含・み
、例えば′マイクロ７１ンの過負Ｏｆを引き起こ孝′か
らぐある。更に、マイクロフォンによるバースト信り゛
の検出は、空気を介してスビー・力からＩｔ接のｂ”Ｆ
Ｍ個号も検出し、これは測定に則してひどい妨害を引き
起二赤。他力、この方法の実際の試験は、膜波はｍｃｈ
波周波′ＷＬ範聞Ｃは１ム搬゛ぐきず、そのため米国′
Ｉ！許に記載の装置は操作できないことをンｊ（す。 本発明の目的は、前記した先イ］′技均に関ｎｌ’、　
シた欠点を９−服すること及び紙つ、Ｌ゛ノのづに力を
非戊触的に測置４る完全に新５児なツノ法及び装置を達
成）ることである。 本発明は、スピーカ又は同等な及１６により氏ツエプ上
に適当な周波数の膜波を発生させ、膜波が観１Ｉｌｑ点
を通過釘るときのウェブの物理的振動を検出するｊこめ
の該ウェブ１こ近接して取り付けられた光字的検出器に
より膜板伝搬速度を検出することに基づいている。膜波
の起、つ、からの光学的検出点の距離は知Ｃ２れている
ので、膜板速度は測定された化ｍ時間から正確に計算す
ることがて゛さる。実際には、その相旬〕の１［！離が
知Ｃ）れている２つの光学的検出、−ｊ、が使用される
。 史に特定的には、本発明に従うツノ法は、特許請求の範
囲ｒ：ｔＳ１項の特徴部分に述べられていることを特徴
と→る。。 史に、本発明に従う装置は′ぐ＊ｈｉ＾・艮の範囲第°
〆項に記載の特′ｇ！を部分にｉ４ｉべられ′〔いるこ
とを特徴とする。 べ発明は顕者な利点を提供する。 本発明に従う）ｊ法及び装置は、すべての環境的フイス
妨゛、１イを掴・除し１、スピーカからの直接の音を俳
論Ｖる。か＜シ′ζ光学的検出ツノ法は信号対ノイズ比
を相当改淳し、そして、先行技術の方法が全く使用され
ないこのような情況においζｒらこの装置の使用をｎｌ
’能とする。本発明を添伺゛し＋Ｕ＋１に従ってト記例
小的態様により詳細に説明する。 第１図は本発明の装置を３（体化するための用油な態様
を示す。ヘリウム−ネオンレーザ５と半反射ミラーを使
用しで、レーザビーノ、をミラー６にｊニリ紙゛ン４１
ブ１の表＋ｔ１ｉ　１？、　：＄；　ｉ＋’口こ向１す
ること１．二よつζ、振弱」

【７ている＊］スポット４
かゼｉいンｒ−／ｌ　ｌ：　ｉこ形成される。ウェブづ
に力の甲ツノ１１目、：封コ１列４４連１文で仏！！２
９る膜ン皮ンを紙゛ンコー／ｌｌｌ二講づｄｌ−イ）１
°１バーストを発生９゛るためにスピーカ：号が使用さ
れる。 膜ン皮２は音源：３のｌｉ　１１１１１　ｃ；ζビ　カ
ニ３から夕上値１さじ１１；搬する。′ン：ｉ′ｙ”　
ｌのう（ナカし一ζいる黄−）（ボット・−の位１ぺは
’Ｉ＊’ｌ’、　ｉｉ’を感知検出器８により検出とれ
１、−の位置感知検出器上（の光学軸はウェブ１ユに７
１・−カシングされるビーム１０と成る角度をな１２、
）■スポット４は適当な光学システム゛１１こより検出
器８上に゛７オー・カシンク°される。 第２し１は像１ｆｉ１１１　ｔｌに先人ポンド１）反【
ハ】′にイ象スポット１〕及び１″　　とｌ、ζノ１ジ
１″ζ１３る、二、と（、、ｉ’ｊ昭６に説１す口°る
７　ウ、’ｆ、　／’　ｌがτの甲ド！ｌ　ｊｔ４）而
１からτノ１）。 い位置ｐ′へと振動により変位すると、像スポットＰの
位置は同１時に像面上で位置Ｐ′に変位する。 位置感知検出器８は膜板２により引き起こされた先人ポ
ット４の述動を、膜板２のｊ５１波数と同ｌ二周波数の
周期的イイ号とし゛ζ検出Ｊ−る。変位した像スポット
は、ｌ’、１．線（”　／Ｊ＜されている。 位置感知検出器８の出力信号は電子」：′？？的ユニッ
ト５目こ印加され、そこでこの得られた信号は膜板２の
伝搬速度を決定するのに使用さｔし、そｉｌ、からウェ
ブ１の張力を決定する、二とがｃｈさる。 最も簡単な態様においては、波２の速度は１９の検出器
上３により定めることが′Ｃきる。これはウェブ速度か
ら得られた情報を必要とする。板速度は、６源３と検出
器８との距Ｉｉ！Ｉ対このＶｌｊ離にわたる波２の伝搬
時間の例会から測定多ることができる□。 第１図は、つ、Ｌ／１１−に合計４・＝）の先人ボット
４を１ノえるミツー装置を示す。レー・ザ５に最も近い
光スポット４と共に２つの検出器８のうちの第２検出器
配列を使用す５ことによって追加の利点が得られる。こ
の場合、反射ツノ向に伝搬うる膜板２を検出することが
できる。内力の波２の速度を６７ｊ記の方式で測定し、
そしてこれらのｊ用度のり始１（シ均を求めることによ
って、ウェブ１の速度の効果を測定において排除するこ
とができる。 第３図は光ビ・−ムが光源５がら紙ウェブ１に針めに合
わされてお３）、位置感知検出器８の光学軸も紙ツエフ
゛１に大寸して針めである装置汽をボす１．実際には、
光ｖＡ５と検出器８の両者の光学軸の紙ウェブ１に討す
る角度は情況により大きい範囲にわたり変えることがで
とる。 第４図は、レー・ＩＪ’　５が、第１グリス゛）、１２
及びｆＸＳ２プリズ゛ム１；）を経由して３−フの゛ｉ
反則ζフ・６に案内される光ビームを先ず発生４る」−
、”ｌ　＋ご、ウェブ１」：に：（つの光スポット４が
形成３　ｈ、る＼置を示す。ミラ・−６はｌｌｃじエヅ
１の表１ｈ１に刈し′（斜めの角度ぐ尤ビーム１く）に
整列する。スピーカ３は紙ツエブＪヒに膜板２を発生−
する。波ンはウェブ１の鉛直変位を引き起こし、これは
史（、：℃久ボット４の水平変位を引き起こす。偏向は
位置感知検出器８により検出される。この位置感知検出
器８は検出器センサに光スポット４を７オーカシングす
るための必要な光′？′機器も備えている。各検出器の
光？仙が紙ウェブ１に垂直に整列している：３つの検出
器８がある。検出器８は、それらが紙ウェブ１のＷｌ、
憾り向に関しζ向じ籾、１ユにあ’）ｌ：ｌ。 ９１９の検出器８ｕがスピーカ３１こ１剌して１ンエブ
１のν〔付く方向に配置前されｌｌ−＝）’ｌ　Ｈ＋の
４１１１．の検出ビニ９８ｂ、８ｃがスピーカ：（に１
列しζ・ン！／のｆ＆退するツノ向に配置岱れるにう１
こ配置されζいる。検出／ｎ＋　８　ＩＩ及ＣＦ　８　
ｃを使用し′（、この配列は１ｊ１１記した〕Ｊγノ、
（゛のａ１１１走結果に肘）るツエプ１の速度の効果を
排除することかＣきる１、検出器８ｃは、膜板の速度を
決定するために数学で知られた相関法を使用することが
できるように検出器８８ｂと共同してｆｉ１７ｇする。 このｈ法においては、スピーカ：（からウェブ１の移動
方向に伝搬する膜板２は検出器８　）Ｊにおいて信号を
発生湯る。しばらくの後、検出器８ｃは同じ（又は殆ど
同じ）イ、４号を検出）°る。 ５ｔａｔｅ　　ｍｅｍｏｒｙ）に記！’れる。１１ｆｆ
記した如く、メモリユニットは、かくしてそれらの形状
が殆ど同様な２つの時間依合性閏数を記録する４１次い
で、例えば、コンピュータ訃使用すること１．−よって
クロ入相闇関数がその関数から形成される。検出器ンロ
ノと８ぐ開のｖ１１牒討相閾関数から１１チら１＋ｒこ
タイムジット′１゛の割合は、膜板２の波速（ウェブ速
度にス（シて例１１〕されていない）をもたら（。Ｉ記
の方法は、膜板の波形が妨害される場合に１、ｒにイｆ
利であ３）、この場合１．二重９簡午なｈ法は効果的て
０な〜）。 第５図は、レーザ５により発生した尤をビーフ・エクス
パンダ１４により広げそして３４３尤レンズ１５により
１１４行化して（ｃｏｌｌｉｍａＬｃ）：ｘヒーレント
なヅ’　＋ｆｌｉ波１６とする別の態様を示→１．゛ビ
川１′１１波１６（ｔくさ〔ｆ型の磨いたがフスへ１°
ｔ（、゛大引きれ、そ、−ＣＭ’　ＬＩＩＪ波は、ガラ
スｌｉ　１．　’／の各人＋ｌ＋ｉから１．＜ＮＩＪる
とき、馳ツエ゛／゛１１こ斜めに投射される＜ｔ−ｙ−
の［・渉パターンに桶成語れる９表面の変襲１は投射さ
ｉｌだ干渉パターンの最小値及ＶＪ＆人伯として現れ、
これは、例えば、列カメラ（Ｔ’　０１１　　（！　ｕ
　ｓ　ｅ　Ｉ’Δ）１８により検出することがでさる。 第１図乃至第３〆１の態様において先腕と１−でのヘリ
ウムーネオンレ・−ザは、寸法が小さく　ｒｔつその光
りが紙ウエブ１上に七分に小さいスポットに７オーカシ
ングされうる高パブ−１，，Ｅ　］’）ランプ（固体エ
ミッタ又は同等な光源）により代替することができる。 しかしながら、小さい光スポットを発生させるツノ法は
、本発明にとって必須ではなく、本発明の新規性を含ま
ない。丈に、位ｒｉ！感知検出器は商業的に人手１１３
能であ３）、従−）ζ、それらの特性は、−こぐは史に
、！￥綱には説明１．ないｈ便用訃れるｆｆ源は、例え
ば、スピーカ、月−＆Ｉ空空気ホイツスル式パイプｃｏ
ｍｐｒ＋！５ｓｅｄ　ａｉｒ　ｗｈｉｓｔｌｅ　ｐｉｐ
ｔり又は同等物であることができる。これらのものは１
、使用される周波数が１（）・・・５００１］Ｚのオー
ダーであるのぐ、標準的解決法である。 紙ウエブ張力の他に、本発明は、他の薄いフォイル材料
の張力測定に使用することができる。測定装ｊぺは、非
常に薄いプラスチックフィルム及び金属フォイルの張力
を測定するのに特に適用ｉｊＪ’能である。 本方法の利点は、使用される物理式に従って、材料の弾
性率（ヤング率）は測定に影響を及ぼさないでむしろ、
膜波の速度は使用される膜の秤量（ｂａｓｉｓ　ｗｅｉ
ｇｂｔ）及びウェブ張力にのみ依存するということであ
る。 ｌ−記測定装置は、抄紙？ｆｉ（ｐａｐｅｒ　　ｍａｅ
ｂｉｎ＋＝）に使用する他、縦方向剪断（Ｉｔ！ｎｇｔ
ｌＩｓｂｅｕｒ＊）、サイジングプレス及び印刷成に使
用することができる。 史に、本発明はプラスチックをベースとする磁気テープ
の製造及び非常１こ薄い金属フォイルにｉ！、図した機
械に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う画定装置の部分路側面図である。 第２図は第１図に示された測定装置の詳細をボす。 第３図は本発明に従う測定装置の他の態様の略＠面図で
ある。 ｆ５４図は本発明に従う測定装置の第３の態様の部分的
部品分解錯視図である。 第５図は干渉発生ガラス板を使用して膜波を見ることが
できるようにした、本発明に従う測定装置の第４の態様
の側面図である。 第６図は第５図に示された装置の詳細をホす。 図におい【、１・・・紙ウェブ、２・・・膜波、３・・
・スピーカ、４・・・光スポット、５・・・ヘリウム−
ネオンレーザ、６・・・ミラー、°１・・・適当な光学
システム、８・・・位置感知検出器、９・・・電子工学
的ユニット、１０・・・ビーム、１１・・・像面、１２
・・・０！ｓ１プリズム、１３・・・第２プリズム、１
４・・・ビームエキスパンダ、１５・・・集光レンズ、
１６・・・平面波、１７・・・ガラス板、１９・・・く
し型干渉パターンである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、トランスデューサ要素（３）、例えば、スピーカ（
   ３）により膜波（２）のバーストを発生させ、 膜波（２）の速度を測定し、 膜波（２）の速度測定値を平方し、そして膜（１）の秤
   量を乗じて膜の張力を決定する、薄い平面膜の張力を測
   定する方法において、 少なくとも１つの発光要素（５）により光ビーム（１０
   ）を発生させ、 膜（１）上の整列要素（６又は１４、１５、１７）によ
   り各光ビーム（１０）を整列させ、 膜（１）上に形成された光スポット（４又は１９）を、
   少なくとも１つの検出器要素によって該光スポット（４
   又は１９）の位置に依存する、電気信号に変換して膜波
   （２）を決定し、 前記信号をプロセッサ要素（９）で処理して膜波（２）
   の速度を決定することを特徴とする方法。 ２、前記発光要素（５）がレーザであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、前記発光要素（５）が発光ダイオード又は同等な固
   体エミッタであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ４、光ビーム（１０）を膜（１）の面にほぼ垂直に投射
   して検出器要素（８）により鉛直面における前記光スポ
   ット（４）の位置を決定することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ５、光ビーム（１０）を膜（１）の面に斜めに投射して
   検出器要素（８）により光スポット（４）の偏向を決定
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   のいずれかに記載の方法。 ６、レーザ（５）から放射された光ビームを、ビームエ
   キスパンダ（１４）により広げ、そして集光レンズ（１
   ５）により平行化してこのようなコヒーレントな平面波
   （１６）を発生させ、該コヒーレントな平面波（１６）
   を干渉発生性くさび型ガラス板（１７）に投射して干渉
   をうける光を膜（１）に投射し、そしてウエブ膜上に形
   成された干渉パターン（１９）から電気信号を発生させ
   るために列カメラ（１８）を使用する、ことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の方法。 ７、膜波（２）を発生させるためのトランスデューサ要
   素（３）、例えば、スピーカを具備する薄い平面膜の張
   力を測定する装置において、 光ビーム（１０）を発生させるために使用することがで
   きる発光要素（５）と、 前記光ビーム（１０）を前記膜（１）に投射して光スポ
   ット（４又は１９）とすることができる投射部材（６又
   は１４、１５、１７）と、 前記光スポット（４又は１９）を光パターン（４又は１
   ９）の位置に依存した電気信号に変換して膜波（２）を
   決定することができる少なくとも１つの検出器要素（８
   又は１８）と、 前記電気信号を処理して膜波（２）の速度を決定するた
   めの適当な要素（９）、 とを具備することを特徴とする装置。 ８、発光要素（５）としてレーザを使用することを特徴
   とする特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９、前記発光要素（５）が発光ダイオード又は同等な固
   体エミッタであることを特徴とする特許請求の範囲第７
   項記載の装置。 １０、コヒーレントな平面波（１６）を形成することが
   できるビームエキスパンダ（１６）及び集光レンズ（１
   ５）と、平面波（１６）を膜（１）に投射して膜波（２
   ）に関連した干渉パターン（１９）を発生することがで
   きるガラス板（１７）と、該干渉パターン（１９）を電
   気信号に変換することができる列カメラ（１８）とを具
   備することを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の装
   置。