KR101394185B1 - 온도 측정 방법, 온도 측정 장치, 온도 제어 방법, 온도 제어 장치, 보정 방법, 및 보정 장치 - Google Patents

온도 측정 방법, 온도 측정 장치, 온도 제어 방법, 온도 제어 장치, 보정 방법, 및 보정 장치 Download PDF

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가부시키가이샤 야마분 덴키
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Abstract

시트 형상체의 온도 분포가 다른 경우에도 시트 형상체의 온도를 정확히 측정할 수 있는 온도 측정 방법을 제공한다. 시트 형상체(a)의 물리량을 물리량 측정 수단에 의해 측정할 때에 물리량의 측정 에리어(S) 또는 그 근방의 온도를 측정하는 온도 측정 방법이다. 온도 센서(11)에 근접해서 온도 센서(11)에 대해서 소정 방향으로 상대적으로 주행하는 시트 형상체(a)의 편면측 또는 양면측에 온도 센서(11)를 둘러싸도록 시트 형상체(a)를 향해서 분사되는 기류 커튼에 의해 실질적으로 폐쇄된 분위기의 측정 공간(T)을 형성하고, 측정 공간 내에 측정 에리어(S)를 설정하고, 측정 공간 내에서 온도 센서(11)에 의해 측정 에리어(S) 또는 그 근방의 온도 측정을 행한다.

Description

온도 측정 방법, 온도 측정 장치, 온도 제어 방법, 온도 제어 장치, 보정 방법, 및 보정 장치{TEMPERATURE MEASURING METHOD, TEMPERATURE MEASURING APPARATUS, TEMPERATURE CONTROL METHOD, TEMPERATURE CONTROL APPARATUS, CORRECTION METHOD AND CORRECTION APPARATUS}
본 발명은 시트 형상체(종이, 시트, 필름 등의 웹 또는 판 형상의 시트 형상체) 및 시트 형상체 부근의 분위기의 온도 측정을 행하는 온도 측정 방법, 및 그것을 사용한 장치, 시트 형상체의 온도를 제어하는 온도 제어 방법, 및 그것을 사용한 장치, 시트 형상체의 물리량을 보정하는 보정 방법, 및 그것을 사용한 장치에 관한 것이다.
종래부터, 주행 이동 중 또는 정지 중의 필름의 두께를 측정하는 장치가 있다(특허 문헌 1). 특허 문헌 1에 기재된 장치는 도 16에 나타내는 바와 같이, 본체 프레임(100)과, 시트 두께 계측 센서(102)와, 계측 헤드(103)와, 이동 기구(104)를 구비하고 있다. a는 피계측물로서의 시트를 나타내고 있다.
본체 프레임(100)은 시트(a)를 통과시켜야 할 프레임 형상을 하고 있다. 시트 두께 계측 센서(102)는 전자파나 방사선이나 입자선을 출사하는 것 외에 에어식, 정전 용량식, 초음파식 등의 비접촉식의 것, 또는 접촉식의 것을 사용하는 것으로서 특허 문헌 1에서는 에어식의 것을 나타내고 있다. 이 시트 두께 계측 센서(102)는 시트(a)의 상하에 대향해서 설치되는 것이다. 시트 두께 계측 센서(102)는 계측 헤드(103)의 선단에 시트(a)를 향해서 에어 실린더 등의 접근 이격 수단(도시 생략)을 통해서 접근 이격 가능하게 지지되어 있다. 이동 기구(104)는 계측 헤드(103)를 시트(a)의 통과 방향에 직교하는 폭 방향으로 이동시키기 위한 것이다. 이 이동 기구(104)는 시트(a)의 통과 위치에 대해서 본체 프레임(100)의 상하에 대향해서 설치되어 있다.
이러한 두께 측정 장치에 있어서, 예를 들면 X선을 출사해서 시트(a)의 두께를 계측할 경우 시트 두께 계측 센서(102)는 시트(a)의 상하에 대향해서 배치되는 X선 발생부와 X선 검출부에 의해 구성된다. 즉, X선 발생부로부터 공급된 X선을 시트(a)의 하방으로부터 두께 방향을 향해서 출사하여 출사된 X선이 X선 검출부에 공급된다. 그리고, X선 검출기에 공급된 X선의 양을 계측함으로써 시트(a)의 두께를 계측한다.
: 일본 특허 공개 평9-159438호 공보
그런데, 상기한 바와 같이, X선 등의 전자파를 출사하는 장치를 이용하여 시트의 두께를 측정하면 실측된 두께의 프로필(예를 들면, 40㎛ 부근)은 실제의 두께의 프로필(예를 들면, 44㎛)보다 얇게 나타난다. 이것은, 시트 두께 계측 센서는 시트의 체적, 및 그 상하의 공기층을 측정하는 것에 기인하고 있다. 즉, 시트 형상체인 시트는 일반적으로 측정기가 배치되어 있는 분위기 온도보다 높은 온도를 갖고 있기 때문에 시트와 시트 두께 계측 센서 사이의 온도가 높아지게 되는 경향이 있다. 이와 같이, 온도가 높으면 공기층의 밀도가 작아지고, 시트 두께 계측 센서로부터의 출사물(예를 들면, X선, β선, γ선)의 감쇠량(변화량)이 감소하게 된다. 이 때문에, 두께의 프로필이 실제의 프로필과 다르다.
이러한 장치에 있어서는 시트 두께 계측 센서의 측정 에리어(X선의 출사 범위 중 X선 검출부에 의해 검출 가능한 X선의 출사 범위) 또는 그 근방의 실제의 온도가 정확히 측정될 수 있으면 시트 두께 계측 센서로부터의 출사물의 감쇠량을 정확히 예측할 수 있어 실측된 시트의 두께를 보정할 수 있다. 즉, 측정하는 물리량(이 경우, 시트의 두께)이 0이 되는 시트가 없는 참조 장소의 온도를 측정하고, 이어서 시트를 측정하는 계측 영역에서 계측 영역의 온도를 측정하면서 두께 계측 센서를 이용하여 시트의 두께를 측정한다. 그리고, 참조 장소와 계측 영역의 온도차에 의거하여 계측 영역 분위기에 의해 시트 두께 계측 센서로부터 출사되는 출사물의 감쇠량을 구할 수 있다. 이에 따라, 그 감쇠량에 의거하여 실측된 물리량과 실제의 물리량의 편차량이 구해지고, 편차량을 실측된 물리량으로부터 가산 또는 감산하여 보정함으로써 실제의 물리량을 구할 수 있다. 이와 같이, 계측 영역에 있어서 정확한 온도 프로필을 얻을 수 있으면 실측된 두께를 정확히 보정할 수 있어 실제의 두께와 거의 같은 두께 프로필을 얻을 수 있다.
종래에 있어서는 시트 두께 계측 센서의 측정부의 온도를 검출하기 위해서 온도 센서를 측정부로부터 떨어진 위치에 설치하고 있었다. 이 경우, 온도 센서는 시트가 이동함으로써 발생되는 기류나 외부 환경에 의해 발생되는 기류의 영향을 받아서 정확한 온도 측정이 곤란했다. 또한, 온도 센서는 측정부 내 또는 근방에 배치되어 있지 않기 때문에 측정부 내의 온도를 정확히 측정할 수 없었다. 또한, 시트의 온도 분포는 다르기 때문에 온도 분포에 따라 보정을 행하는 것이 필요하고, 시트의 온도 분포가 일정한 것을 전제로 하면 정확히 두께를 측정할 수 없다.
또한, 방사 온도계를 사용한 경우에는 다른 열원으로부터 시트를 투과해서 온도계에 도달한 출사물의 영향을 받아서 측정 오차를 발생하는 것이 있다. 아울러, 계측 헤드의 트래버싱(traversing) 속도 또는 시트의 라인 속도가 빨라짐에 따라 열용량이 작은 고응답의 열전대가 필요하지만 열전대가 외란의 영향을 받기 쉬우므로 적용할 수 없었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 시트 형상체의 온도가 위치에 따라 다른 경우에도 시트 형상체의 온도를 정확히 측정할 수 있는 온도 측정 방법 및 온도 측정 장치를 제공한다. 또한, 시트 형상체의 온도 분포에 따른 물리량의 오차 보정이 가능해지는 보정 방법 및 보정 장치를 제공한다.
본 발명의 온도 측정 방법은 시트 형상체의 물리량을 물리량 측정 수단에 의해 측정할 때에 물리량의 측정 에리어 또는 그 근방의 온도를 측정하는 온도 측정 방법으로서, 온도 센서에 근접해서 상기 온도 센서에 대해서 소정 방향으로 상대적으로 주행하는 시트 형상체의 편면측 또는 양면측에 상기 온도 센서를 둘러싸도록 상기 시트 형상체를 향해서 분사되는 기류 커튼에 의해 실질적으로 폐쇄된 분위기의 측정 공간을 형성하고, 이 측정 공간 내에 상기 측정 에리어를 설정하여 측정 공간 내에서 상기 온도 센서에 의해 상기 측정 에리어 또는 그 근방의 온도 측정을 행하는 것이다.
본 발명의 온도 측정 방법은 기류 커튼에 의해 실질적으로 폐쇄된 분위기의 측정 공간을 형성함으로써 외부 환경에 의해 발생되는 기류를 차단할 수 있고(기류 인입의 방지), 이 분위기의 내부는 외측의 기류 등의 외란의 영향을 받을 일이 없다. 이에 따라, 이 측정 공간 내에서 온도를 측정하면 외측의 기류 등의 외란의 영향을 받지 않고 온도 측정을 행할 수 있다. 또한, 시트 형상체는 그 주행 등에 의해 시트 형상체 자신으로부터 기류를 발생하지만 기류 커튼에 의해 시트 형상체 자신으로부터 발생되는 기류도 차단할 수 있다. 여기서, 측정 에리어란 비접촉식으로 측정할 경우에는 어떤 시점에 있어서 물리량의 측정 대상 개소로 되어 있는 시트 형상체의 일부의 개소 및 그 근방을 말한다. 즉, 출사물의 출사 범위 중 검출 가능한 출사물의 출사 범위이다. 한편, 물리량을 접촉식으로 측정할 경우에는 어떤 시점에 있어서 물리량의 측정 대상 개소로 되어 있는 시트 형상체의 일부의 개소를 말한다.
본 발명의 온도 제어 방법은 시트 형상체의 물리량을 물리량 측정 수단에 의해 측정하면서 시트 형상체를 가열 또는 냉각해서 가공을 행할 때에 물리량의 측정 에리어 또는 그 근방의 온도를 제어하는 온도 제어 방법으로서, 물리량 측정 수단에 의해 가공 후의 시트 형상체의 물리량을 측정함과 아울러 상기 본 발명의 온도 측정 방법에 의해 시트 형상체의 측정 공간에서의 온도를 측정한 후, 가공 후의 시트 형상체의 물리량과 시트 형상체의 측정 공간에서의 온도의 상관 관계를 검출하고, 이 상관 관계에 의거하여 미리 설정된 물리량의 이상값이 얻어지도록 시트 형상체의 온도를 제어하는 것이다.
본 발명의 온도 제어 방법은 가열 또는 냉각해서 가공이 행해지는 시트 형상체이어도 측정 공간에서 측정 에리어 또는 그 근방의 온도를 측정할 수 있기 때문에 정확히 온도 측정을 할 수 있다. 이에 따라, 시트 형상체의 측정 공간에서의 온도와 가공 후의 시트 형상체의 물리량의 상관 관계를 검출할 수 있고, 이 상관 관계에 의거하여 시트 형상체의 온도를 제어하면 소망하는 물리량을 얻을 수 있다.
본 발명의 보정 방법은 시트 형상체의 물리량을 보정하는 보정 방법으로서, 시트 형상체가 없는 참조 장소의 온도를 측정하고, 그 후에 물리량 측정 수단에 의해 시트 형상체의 물리량을 측정함과 아울러 상기 본 발명의 온도 측정 방법에 의해 시트 형상체의 물리량을 측정하는 계측 영역 내에 있어서 측정 공간에서의 시트 형상체의 온도를 측정한 후, 참조 장소의 온도와 계측 영역 내에서 측정된 온도의 온도차를 산출하고, 상기 온도차에 의거하여 물리량 측정 수단의 변화량을 계산하고, 이 변화량으로부터 물리량 측정 수단에 의해 실측된 시트 형상체의 물리량의 편차량을 환산하고, 실측된 시트 형상체의 물리량에 대해서 상기 편차량을 가산 또는 감산하여 시트 형상체의 물리량을 보정하는 것이다.
본 발명의 보정 방법은 계측 영역 내에 있어서 측정 공간 내에서 온도를 측정할 수 있기 때문에 참조 장소에서의 시트 형상체의 온도와 시트 형상체의 실측된 온도의 온도차를 정확히 측정할 수 있다. 이에 따라, 이 온도차에 기인하는 물리량의 편차량을 보정할 수 있다. 즉, 온도차에 따라 계측 영역 분위기에 있어서 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 출사물의 변화량을 정확히 구할 수 있기 때문에 변화량에 의거하여 실측된 물리량과 실제의 물리량의 편차량이 구해지고, 편차량을 실측된 물리량으로부터 가산 또는 감산해서 실제의 물리량을 구할 수 있다. 여기서, 측정 영역이란 시트 형상체의 물리량의 측정 대상이 되는 전체 영역을 말하고 측정 에리어보다 넓은 영역을 의미하고 있다. 또한, 변화량이란 출사물의 감쇠량 등을 말한다.
본 발명의 온도 측정 장치는 시트 형상체의 물리량을 물리량 측정 수단에 의해 측정할 때에 시트 형상체가 물리량의 측정 에리어를 상대적으로 통과해서 이 측정 에리어 내에서 시트 형상체의 물리량을 측정할 때에 측정 에리어 또는 그 근방의 온도를 측정하는 온도 측정 장치로서, 시트 형상체에 근접해서 배치되는 온도 센서와, 상기 온도 센서 및 측정 에리어를 둘러싸도록 상기 시트 형상체를 향해서 분사되는 기류 커튼에 의해 실질적으로 폐쇄된 분위기의 측정 공간을 상기 시트 형상체의 편면측 또는 양면측에 형성하는 외부 기류 유입 방지 수단을 설치하고, 상기 측정 공간 내에 상기 측정 에리어를 설정하여 측정 공간 내에서 상기 온도 센서에 의해 상기 측정 에리어 또는 그 근방의 온도 측정을 행하는 것이다.
상기 시트 형상체의 한쪽 면에 대해서 측정 공간을 형성하는 제 1 외부 기류 유입 방지 수단과, 상기 시트 형상체의 다른쪽 면에 대해서 측정 공간을 형성하는 제 2 외부 기류 유입 방지 수단을 구비할 수 있다.
상기 물리량 측정 수단은 전자파, 방사선 또는 입자선을 시트 형상체에 출사하여 시트 형상체를 투과한 전자파, 방사선 또는 입자선을 검출하는 것으로서, 그 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 전자파, 방사선 또는 입자선의 출사 범위 내에서 온도를 측정하거나, 그 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 전자파, 방사선 또는 입자선의 출사 범위 외에서 온도를 측정하거나 할 수 있다. 또한, 상기 물리량 측정 수단은 정전 용량식, 에어식, 초음파식, 접촉식으로부터 선택할 수도 있다.
상기 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 전자파, 방사선 또는 입자선은 α선, β선, γ선, X선, 중성자선, 가시광선, 자외선, 적외선, 레이저로부터 선택되는 것으로 할 수 있다.
상기 시트 형상체는 길이 방향으로 주행하는 것으로서, 시트 형상체의 주행 속도보다 기류 커튼의 기류의 시트 형상체 도달 부위에 있어서의 속도를 크게 할 수 있다. 이에 따라, 외기가 측정 공간 내에 침입하는 것을 방지할 수 있다.
측정 공간에 외기의 온도, 습도에 영향을 받지 않는 환경을 만드는 온도 조정용 기체 및/또는 습도 조정용 기체를 분사하는 분사 노즐을 설치할 수 있다.
상기 물리량은 시트 형상체의 두께 치수, 길이 치수, 질량, 밀도, 평량(坪量), 전류, 전하, 전압, 전위차, 힘, 에너지, 속도, 자성, 광학적 특성으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 온도 제어 장치는 시트 형상체를 가열 또는 냉각해서 가공을 행할 때에 이 시트 형상체의 온도를 제어하는 온도 제어 장치로서, 가공 후의 시트 형상체의 물리량을 측정하는 물리량 측정 수단과, 시트 형상체의 측정 공간에서의 온도를 측정하는 상기 본 발명의 온도 측정 장치와, 가공 후의 시트 형상체의 물리량과 시트 형상체의 측정 공간에서의 온도의 상관 관계를 검출하는 연산 수단과, 이 상관 관계에 의거하여 미리 설정된 물리량의 이상값이 얻어지도록 시트 형상체의 온도를 제어하는 조정 수단을 설치한 것이다.
본 발명의 보정 장치는 물리량 측정 수단에 의해 측정되는 시트 형상체의 시트 형상체의 물리량을 보정하는 보정 장치로서, 시트 형상체가 없는 참조 장소의 온도 및 시트 형상체의 물리량을 측정하는 계측 영역 내에서의 측정 공간의 온도를 측정하는 상기 본 발명의 온도 측정 장치와, 참조 장소에서 측정된 온도와 계측 영역 내에서 측정된 온도의 온도차를 산출하고, 상기 온도차에 의거하여 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 출사물의 변화량을 산출하고, 이 변화량으로부터 시트 형상체의 물리량과 실측된 시트 형상체의 물리량의 편차량을 환산하고, 실측된 시트 형상체의 물리량으로부터 상기 편차량을 가산 또는 감산하여 시트 형상체의 물리량을 보정해서 시트 형상체의 물리량을 계측하는 연산 수단을 설치한 것이다.
물리량 측정 수단은 시트 형상체의 폭 방향 및 그것에 직교하는 방향으로 트래버싱하면서 시트 형상체의 물리량을 측정하는 것으로 할 수 있다.
상기 시트 형상체는 길이 방향으로 주행하는 것으로서, 물리량 측정 수단의 트래버싱 속도와 시트 형상체의 주행 속도의 벡터 합의 속도보다 기류 커튼의 기류의 시트 형상체 도달 부위에 있어서의 속도를 크게 할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명의 온도 측정 방법 및 온도 측정 장치에서는 측정 공간 내에서 온도를 측정하고 있으므로 외측의 기류 등의 외란의 영향을 받지 않고, 또한 시트 형상체 자신이 발생하는 기류의 영향을 받지 않아 시트 형상체의 온도와 거의 같은 분위기 온도를 고응답으로 정확히 측정할 수 있다. 이에 따라, 시트 형상체의 온도가 일률적으로 같은 온도가 아니라 위치에 따라 그 분포가 다른 경우에도 고응답 또한 정확한 온도 측정이 가능해진다.
상기 시트 형상체의 한쪽 면에 대해서 측정 공간을 형성하는 제 1 외부 기류 유입 방지 수단과, 상기 시트 형상체의 다른쪽 면에 대해서 측정 공간을 형성하는 제 2 외부 기류 유입 방지 수단을 구비하면 시트의 요동을 방지할 수 있기 때문에 측정 정밀도를 한층 더 고정밀도의 것으로 할 수 있다.
시트 형상체의 물리량의 측정에 전자파 또는 방사선 또는 입자선을 시트 형상체에 출사하는 물리량 측정 수단을 사용하고, 그 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 전자파 또는 방사선 또는 입자선의 출사 범위 내에서 온도를 측정하면 측정 에리어의 온도를 정확히 측정할 수 있다. 또한, 그 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 전자파 또는 방사선 또는 입자선의 출사 범위 외에서 온도를 측정하면 온도 센서가 출사하는 전자파 또는 방사선 또는 입자선을 차단하는 것을 방지할 수 있어 정확히 물리량을 측정할 수 있다.
상기 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 전자파는 γ선, X선, 가시광선, 자외선, 적외선, 레이저이어도 좋고, 또한 α선이나 β선 등의 방사선이어도 좋다. 또한, 중성자선 등의 입자선이어도 좋다. 시트 형상체의 물리량의 측정에 정전 용량식, 에어식, 초음파식, 접촉식으로부터 선택하거나 할 수 있고, 여러 가지 형식의 것에 적용할 수 있어서 범용성이 우수한 것이 된다.
시트 형상체의 주행 속도보다 기류 커튼의 기류의 시트 형상체 도달 부위에 있어서의 속도를 크게 하면 외기가 측정 공간 내에 침입하는 것을 방지할 수 있어 안정된 상태의 측정 공간을 형성할 수 있다.
온도 조정용 기체 및/또는 습도 조정용 기체를 분사하는 것에서는 측정 공간 내에 있어서 외기의 온도, 습도에 영향을 받지 않는 환경을 만들 수 있기 때문에 고정밀도의 측정을 가능하게 할 수 있다.
상기 물리량은 시트 형상체의 두께 치수로 할 수 있다. 이에 따라, 시트 형상체와 물리량 측정 수단 사이에 공기 또는 다른 기체가 존재하는 두께계나, 시트·필름 제조 공정 중의 온도 분포 측정을 행할 수 있다. 그 외에 길이 치수, 질량, 밀도, 평량, 전류, 전하, 전압, 전위차, 힘, 에너지, 속도, 자성, 광학적 특성으로 함으로써 두께계 이외의 여러 가지의 장치에 적용할 수 있어 범용성이 우수한 것이 된다.
본 발명의 온도 제어 방법 및 온도 제어 장치에서는 가열 또는 냉각해서 가공이 행해지는 시트 형상체이어도 시트 형상체의 온도를 정확히 측정할 수 있기 때문에 시트 형상체의 온도와 물리량의 상관 관계를 얻을 수 있고, 이 상관 관계 관계에 의거하여 물리량을 고정밀도로 제어할 수 있다. 따라서, 시트 형상체의 온도가 일률적으로 같은 온도가 아니라 위치에 따라 그 분포가 다른 경우에도 고응답 또한 정확한 온도 측정이 가능하게 되어 정확히 시트 형상체의 물리량을 측정할 수 있다.
본 발명의 보정 방법 및 보정 장치에서는 시트 형상체의 물리량을 측정하는 계측 영역 내에서의 온도를 정확히 측정할 수 있기 때문에 이 온도차에 기인하는 물리량의 편차량을 보정할 수 있다. 따라서, 시트 형상체의 온도가 일률적으로 같은 온도가 아니라 위치에 따라 그 분포가 다른 경우에도 고응답 또한 정확한 온도 측정이 가능하게 되어 정확히 시트 형상체의 물리량을 측정할 수 있다.
물리량 측정 수단을 시트 형상체의 폭 방향 및 그것에 직교하는 방향으로 트래버싱하면서 시트 형상체의 물리량을 측정하는 것으로 하면 시트 형상체의 두께를 측정하는데에 최적이 된다.
이 경우, 물리량 측정 수단의 트래버싱 속도와 시트 형상체의 주행 속도의 벡터 합의 속도보다 기류 커튼의 기류의 시트 형상체 도달 부위에 있어서의 속도를 크게 하면 시트 형상체가 길이 방향으로 주행하고 또한 물리량 측정 수단이 트래버싱할 경우에도 외기가 측정 공간 내에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 안정된 상태의 측정 공간을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 물리량 측정 장치를 사용한 물리량 측정 장치의 간략 정면도이다.
도 2는 상기 물리량 측정 장치의 참조 장소를 나타내는 요부 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태의 온도 측정 장치의 요부 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태의 온도 측정 장치의 요부 확대 단면도이다.
도 5는 시트 형상체의 주행에 따른 기류의 유속과 시트 형상체로부터의 거리의 관계를 나타내는 그래프 도면이다.
도 6은 본 발명의 보정 장치의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 보정 방법을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태의 온도 측정 장치의 변형예를 나타내는 요부 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 온도 측정 장치의 요부 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시형태의 변형예를 나타내는 온도 측정 장치이며, (a)는 요부를 확대한 단면도이고, (b)는 저면도이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내는 온도 측정 장치이며, (a)는 단면도, (b)는 요부를 확대한 단면도, (c)는 저면도이다.
도 12는 본 발명의 제 6 실시형태를 나타내는 온도 측정 장치의 요부 확대 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 6 실시형태의 변형예의 온도 측정 장치의 요부 확대 단면도이다.
도 14는 본 발명의 온도 측정 장치를 사용한 연신 장치의 간략 평면도이다.
도 15는 본 발명의 온도 측정 장치를 사용한 연신 장치의 간략 측면도이다.
도 16은 종래의 시트 두께 계측 장치를 나타내는 간략 정면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도 1 ~ 도 15에 의거하여 설명한다.
본 발명의 제 1 실시형태의 온도 측정 장치는 주행 이동 중 또는 정지 중의 종이·시트·필름 등의 웹 또는 판 형상의 시트 형상체의 온도를 측정하는 것이다. 또한, 보정 장치는 실측된 시트 형상체의 물리량을 보정하는 것이다. 도 1은 물리량 측정 장치를 나타내고, 시트 형상체의 온도를 측정하는 온도 측정 장치(1a, 1b)와, 시트 형상체의 물리량을 측정하는 물리량 측정 수단(2a, 2b)과, 이동 기구(4a, 4b)를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는 시트 형상체는 그 길이 방향으로 소정의 속도로 주행하고 있는 시트(a)이며, 물리량은 시트(a)의 두께이다. 그리고, 시트(a)가 없는 참조 장소(C)[두께 계측 영역(Ｗ) 외]의 온도와 시트(a)의 두께를 측정하는 두께 계측 영역(W)의 온도를 측정하고, 이 온도차에 의거하여 두께 계측 영역(W)에서 실측된 두께를 보정하는 것이다. 여기서, 두께 계측 영역(W)이란 시트(a)의 두께의 측정 대상이 되는 전체 영역을 말한다.
물리량 측정 장치는 시트(a)를 측정하는 두께 계측 영역(W)과 시트가 없는 참조 장소(C)를 갖고 있다. 참조 장소(C)에는 도 2에 나타내는 바와 같이, 중앙에 개구부(16)를 갖는 환상의 정류판(14)이 설치되어 있다. 이에 따라, 참조 장소(C)에 있어서도 두께 계측 영역(W)과 거의 동일한 온도 측정 조건으로 할 수 있다.
물리량 측정 수단(2)(도 1)은 시트(a)의 두께를 측정하는 시트 두께 계측 센서이다. 시트 두께 계측 센서에는 비접촉식의 것과 접촉식의 것으로 대별된다. 비접촉식의 것으로서는 α선, β선, γ선, X선, 중성자선, 가시광선, 자외선, 적외선, 레이저로부터 선택되는 전자파 또는 방사선 또는 입자선을 출사하는 것, 에어식, 정전 용량식, 초음파식 등의 비접촉식의 것이 있다. 접촉식의 것은 시트(a)를 사이에 두도록 그 상하에 변위 센서를 설치하고, 그 선단을 시트(a)에 접촉시키는 것이다. 시트 두께 계측 센서의 일례로서 본 실시형태에서는 X선식의 것을 나타낸다. 시트 두께 계측 센서(2)는 시트(a)의 상하에 대향해서 X선 발생부(2a)와 X선 검출부(2b)가 설치되어 있다. X선 발생부(2a)의 X선 발생기(2c)로부터 공급된 X선을 시트(a)의 하방으로부터 두께 방향을 향해서 출사하여 출사된 X선이 X선 검출부(2b)의 X선 검출기(2d)(도 2)에 공급된다. 이 X선 검출기(2d)에 공급된 X선의 양을 계측함으로써 시트(a)의 두께를 계측하는 것이다.
이동 기구(4a, 4b)는 반송 수단(8a, 8b)을 구비하고, 반송 수단(8a, 8b)은 구동측 풀리(5a, 5b)와, 종동측 풀리(6a, 6b)와, 이들 풀리(6a, 6b)에 걸어 감겨지는 벨트 부재(7a, 7b) 등을 구비하고, 구동측 풀리(5a, 5b)가 모터(M) 등의 구동 수단에 의해 구동됨으로써 물리량 측정 수단(2a, 2b)을 시트(a)를 따라 왕복시킬 수 있다. 또한, 물리량 측정 수단(2a, 2b)은 도시 생략된 반송 수단을 더욱 구비하고, 시트 형상체의 길이 방향 및 폭 방향으로 트래버싱하면서 시트(a)의 폭 방향 일단으로부터 타단까지 폭 방향으로 연속적으로 이동 또는 등간격으로 피치 이동한다.
온도 측정 장치(1a, 1b)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 외부 기류 유입 방지 수단(10a, 10b)과 온도 센서(11a, 11b)로 구성되어 있다. 제 1 외부 기류 유입 방지 수단(10a)은 시트 두께 계측 센서(2)의 X선 발생부(2a)측에 설치되어 있다. 제 2 외부 기류 유입 방지 수단(10b)은 시트 두께 계측 센서(2)의 X선 검출부(2b)측에 설치되어 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 외부 기류 유입 방지 수단(10a, 10b)은 도시 생략된 에어 공급원과, 에어를 시트(a)에 공급하는 노즐(12a, 12b)과, 에어 공급원으로부터 노즐(12a, 12b)에 에어를 도입하는 에어 공급로(13a, 13b)를 구비하고 있다. 노즐(12a, 12b)은 내주벽과 외주벽을 구비한 2중의 통 형상체로 구성되어 있다. 이 때문에, 에어의 분출구는 원 환상으로 되어 있다. 노즐(12a, 12b)로부터 시트(a)를 향해서 에어를 분출하면 시트(a)의 상면측에 기류 커튼(에어 커튼)(3a)을 형성함과 아울러 시트(a)의 하면측에 에어 커튼(3b)을 형성하고, 시트(a)의 두께 계측부의 주변에 에어 커튼부(T)를 형성한다. 이와 같이, 시트(a)의 상면 및 하면 양측에 형성된 에어 커튼부(T)는 시트(a)의 요동을 방지함과 아울러 도 3의 화살표(A)와 같이, 주행 중의 시트(a)로부터 발생되는 기류[화살표(B), 화살표(C)]나 외부 환경에 의해 발생되는 기류를 차단할 수 있는 분위기의 측정 공간(기류 유입 방지 분위기)이 된다. 이에 따라, 도 3에 나타내는 바와 같이, 에어 커튼부(T) 외측의 시트(a)의 상면 분위기의 온도를 t', 저면 분위기의 온도를 t''로 하면 에어 커튼부(T)에는 외측의 기류 등의 외란의 영향을 받을 일이 없기 때문에 에어 커튼부(T)의 온도는 시트(a)의 온도(tf)에만 영향을 받게 된다. 즉, 에어 커튼부(T)의 온도가 tf와 대략 동일 또는 tf에 가깝게 된다.
이 경우, 도 4에 나타내는 바와 같이, 시트 두께 계측 센서(2)의 트래버싱 속도와 시트(a)의 주행 속도의 벡터 합의 속도(V1)보다 에어의 시트(a)의 도달 부위에 있어서의 속도(Vn)를 큰 것으로 하고 있다. 시트 두께 계측 센서(2)의 트래버싱 속도와 시트(a)의 주행 속도의 벡터 합의 속도가 V1일 경우, 이 시트(a)의 주행에 따른 기류의 유속은 도 5의 그래프 도면에 나타내는 바와 같이, 시트(a)로부터 멀어질수록 0으로 가까워지고, 시트(a)로부터 가까운 위치(표면 부근)에서는 V1에 가까워져 최대 V1이 된다. 이 때문에, Vn>V1로 함으로써 외기가 에어 커튼부(T)에 침입하는 것을 방지할 수 있어 확실히 에어 커튼부(T)를 형성할 수 있다.
상기 에어 커튼부(T)에는 도 3에 나타내는 바와 같이, 에어 커튼 내부의 기류 유입 방지 분위기 중에서 시트(a)의 온도를 측정하는 온도 센서(11a, 11b)를 설치하고 있다. 이 경우, 온도 센서(11a, 11b)는 높은 응답성을 갖는 열용량이 작은 온도 센서(예를 들면, 방사 온도계에는 없는 열전대, 측온 저항체 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 한쪽의 온도 센서(11a)는 시트 두께 계측 센서(2)로부터 출사되는 X선의 출사 범위 내에 설치되어 있다. 다른쪽의 온도 센서(11b)는 시트 두께 계측 센서(2)로부터 출사되는 X선의 출사 범위 외에 설치되어 있다.
또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 온도 측정 장치(1)에 의해 측정된 참조 장소(C)(도 1)의 온도와 두께 계측 영역 내에서 측정된 온도로부터 두께 계측 영역(Ｗ) 내(도 1)에서 실측된 시트(a)의 두께를 보정하는 연산 수단(20)을 설치하고 있다. 연산 수단(20)은 참조 장소(C)의 온도와 두께 계측 영역(W)에서의 기류 유입 방지 분위기 내의 온도의 온도차를 산출하는 온도차 산출 수단(21)과, 온도차에 의거하여 두께 계측 센서(2)로부터 출사되는 X선의 변화량(본 실시형태에서는 감쇠량)을 산출하는 감쇠량 산출 수단(22)과, 이 감쇠량으로부터 시트(a)의 두께와 실측된 시트(a)의 두께의 편차량을 환산하는 환산 수단(23)과, 실측된 시트(a)의 두께로부터 상기 편차량을 가산 또는 감산하여 시트(a)의 두께를 보정해서 시트(a)의 두께를 계측하는 보정 수단(24)을 구비하고 있다. 연산 수단(20)은, 예를 들면 마이크로컴퓨터(도시 생략)에 의해 구성되어 있다.
이어서, 상기 보정 장치에 의해 시트(a)의 두께를 보정하는 보정 방법에 대해서 도 7의 플로우챠트를 사용하여 설명한다. 우선, 도 1의 온도 측정 장치(1)[시트 두께 계측 센서(2)]를 시트(a)가 없는 참조 장소(C)까지 이동시켜 참조 장소(C)의 온도(t)를 취득한다(스텝 S1).
이어서, 도 1의 모터(M)를 구동해서 이동 기구(4)에 의해 시트 두께 계측 센서(2)를 두께 계측 영역 내에 있는 시트(a)의 길이 방향 및 폭 방향으로 연속적 또는 간헐적으로 피치 이동시킨다. 이 때, 도 3의 X선 발생부(2a)의 X선 발생기(2c)로부터 X선 검출부(2b)의 검출기(2d)를 향해서 X선을 출사시켜서 각 위치에서의 시트(a)의 두께를 계측한다. 또한, 시트 두께 계측 센서(2)의 주위에 설치된 노즐로부터 시트(a)를 향해서 에어 커튼 형상으로 에어를 분출해서 시트(a)의 두께 계측부의 주변에 에어 커튼부(T)를 형성하고, 이 내부에 있는 온도 센서(11a, 11b)에 의해 기류 유입 방지 분위기에 있어서의 측정 에리어(S) 및 그 근방에서 시트(a)의 온도 프로필(tf)을 취득한다(스텝 S2). 또한, 본 실시형태에서 측정 에리어(S)란 X선의 출사 범위 중 검출기(2d)에 의해 검출 가능한 X선의 출사 범위를 말하고, 예를 들면 도 3의 점선에 나타내는 바와 같은 범위를 말한다.
도 6의 온도차 산출 수단(21)은 참조 장소의 온도(t)와 계측 영역(W)의 기류 유입 방지 분위기에서 측정된 온도(tf)의 온도차(tf-t)를 산출하고(스텝 S3), 온도차(tf-t)에 의거하여 감쇠량 산출 수단(22)이 시트 두께 계측 센서(2)로부터 출사되는 X선의 감쇠량을 산출한다(스텝 S4). 그 후에, 이 감쇠량으로부터 환산 수단(23)이 실측된 시트(a)의 두께의 편차량을 환산하고(스텝 S5), 보정 수단(24)이 실측된 시트(a)의 두께로부터 편차량을 가산 또는 감산해서 시트(a)의 두께를 보정한다(스텝 S6). 이러한 방법으로, 실측된 시트(a)의 두께에 대해서 보정을 행해서 시트(a)의 두께를 정확히 계측할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태의 보정 장치에서는 외부 기류 유입 방지 수단(10)(도 2, 도 3, 도 4)에 의해 시트(a)로부터 발생되는 기류나 외부 환경에 의해 발생되는 기류를 차단할 수 있고, 기류 유입 방지 분위기를 형성함으로써 기류 유입 방지 분위기의 내부는 외측의 기류 등의 외란의 영향을 받을 일이 없다. 이에 따라, 이 기류 유입 방지 분위기 내에서 온도를 측정하면 외측의 기류 등의 외란의 영향을 받지 않고, 계측 영역(Ｗ) 내에서의 시트(a)의 온도와 거의 같은 분위기 온도를 고응답으로 정확히 측정할 수 있다. 이에 따라, 시트(a)의 온도가 일률적으로 같은 온도가 아니라 위치에 따라 그 분포가 다른 경우에도 고응답 또한 정확한 온도 측정이 가능해진다.
시트(a)의 두께를 측정하는 두께 계측 영역(Ｗ) 내에서의 온도를 정확히 측정할 수 있기 때문에 참조 장소(C)에서의 시트(a)의 온도와 실측된 시트(a)의 온도의 온도차를 정확히 측정할 수 있다. 이 온도차에 의해 시트 두께 계측 센서(2)로부터 출사되는 X선의 감쇠량이 정해지기 때문에 감쇠량에 의거하여 실측된 두께의 편차량이 구해지고, 편차량을 실측된 두께로부터 가산 또는 감산해서 실제의 두께를 구할 수 있다.
외부 기류 유입 방지 수단(10)이 시트(a)로의 에어의 유출에 의해 에어 커튼(3a, 3b)을 형성하는 것에서는 확실히 외부 기류 유입 방지 수단(10)을 형성할 수 있다.
시트(a)의 상면에 대해서 기류 유입 방지 분위기를 형성하는 제 1 외부 기류 유입 방지 수단(10a)과, 시트(a)의 하면에 대해서 기류 유입 방지 분위기를 형성하는 제 2 외부 기류 유입 방지 수단(10b)을 구비하면 시트(a)의 요동을 방지할 수 있기 때문에 측정 정밀도를 한층 더 고정밀도의 것으로 할 수 있다.
시트(a)의 두께의 측정에 시트 두께 계측 센서(2)를 사용하고, 그 시트 두께 계측 센서(2)로부터 출사되는 X선의 출사 범위 내에서 온도를 측정하면 측정 에리어의 온도를 정확히 측정할 수 있어 X선의 감쇠량을 정확히 측정할 수 있다. 또한, 시트 두께 계측 센서(2)로부터 출사되는 X선의 출사 범위 외에서 온도를 측정하면 온도 센서(11b)가 X선을 차단하는 것을 방지할 수 있어 정확히 물리량을 측정할 수 있다.
상기 시트 두께 계측 센서(2)로부터 출사되는 전자파는 X선 외에 가시광선, 자외선, γ선, 적외선, 레이저이어도 좋다. 또한, α선이나 β선 등의 방사선이어도 좋다. 또한, 중성자선 등의 입자선이어도 좋다. 이에 따라, 여러 가지 형식의 것에 적용할 수 있어 범용성이 우수한 것이 된다.
상기 시트(a)는 길이 방향으로 주행하는 것으로서 시트 두께 계측 센서(2)의 트래버싱 속도와 시트(a)의 주행 속도의 벡터 합(V1)의 속도보다 기류의 시트(a) 도달 부위에 있어서의 속도(Vn)를 크게 할 수 있다. 이에 따라, 외기가 에어 커튼부(T) 내에 침입하는 것을 방지할 수 있어 안정된 상태의 기류 유입 방지 분위기를 형성할 수 있다.
상기 실시형태에서는 물리량은 시트(a)의 두께 치수이므로 시트 형상체와 물리량 측정 수단 사이에 공기 또는 다른 기체가 존재하는 두께계나, 시트·필름 제조 공정 중의 온도 분포 측정을 행할 수 있다. 이 외에 길이 치수, 질량, 밀도, 평량, 전류, 전하, 전압, 전위차, 힘, 에너지, 속도, 자성, 광학적 특성으로 함으로써 두께계 이외의 여러 가지의 장치에 적용할 수 있어 범용성이 우수한 것이 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 시트 두께 계측 센서(2)는 시트(a)의 폭 방향 및 그것에 직교하는 방향으로 트래버싱하는 것이었지만 트래버싱하지 않는(정지되어 있는) 것이어도 좋다. 이 경우, 시트(a)는 길이 방향으로 주행하는 것으로서 시트(a)의 주행 속도보다 기류의 시트(a) 도달 부위에 있어서의 속도를 크게 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 외기가 기류 유입 방지 분위기 내에 침입하는 것을 방지할 수 있어 안정된 상태의 기류 유입 방지 분위기를 형성할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제 1 실시형태의 온도 측정 장치의 변형예에 대해서 설명한다. 이 경우, 도 8에 나타내는 바와 같이, 기류 유입 방지 분위기에 소정 온도를 갖는 온도 조정용 기체 및 소정 습도를 갖는 습도 조정용 기체를 분사하는 분사 노즐(15)을 설치하고 있다. 이에 따라, 기류 유입 방지 분위기는 외기의 온도, 습도에 영향을 받지 않는 환경을 만들 수 있어 고정밀도의 측정이 가능해진다.
도 9는 제 2 실시형태의 온도 측정 장치를 나타낸다. 상기 제 1 실시형태에서는 물리량 측정 수단(2)으로서 전자파인 X선식의 시트 두께 계측 센서를 사용했지만, 도 9에 나타내는 바와 같이 정전 용량식의 시트 두께 계측 센서이어도 좋다. 정전 용량식의 시트 두께 계측 센서는 2개의 센서 헤드(40a, 40b)에 의해 시트(a)를 사이에 두는 것이고, 센서 헤드(40a, 40b)는 센서 전극(41a, 41b)과, 절연물(42a, 42b)과, 가드 링(43a, 43b)을 구비하고 있다. 즉, 원통 형상의 센서 전극(41a, 41b)을 절연물(42a, 42b)로 동심원상으로 피복하고, 또한 절연물(42a, 42b)의 외주를 도전체의 가드 링(43a, 43b)에 의해 동심원상으로 피복하고 있다. 그리고, 양쪽 전극 사이의 정전 용량의 변화에 의해 시트(a)의 두께를 검출하도록 한 방식이다. 이 방식은 시트(a)의 두께의 변화를 양쪽 전극(41a, 41b) 사이의 정전 용량의 변화로서 검출함으로써 시트(a)의 두께를 계측하는 것이다.
이 경우, 가드 링(43a, 43b)에 외부 기류 유입 방지 수단(10a, 10b)을 설치하고 있다. 외부 기류 유입 방지 수단(10a, 10b)은 도시 생략된 에어 공급원과, 에어를 시트(a)에 공급하는 노즐(45a, 45b)과, 에어 공급원으로부터 노즐(45a, 45b)에 에어를 도입하는 에어 공급로(50a, 50b)를 구비하고 있다. 그리고, 노즐의 내주면 또한 전극(41a, 41b)의 외주면에 온도 센서(44a, 44b)를 설치하고 있다. 이 경우도 온도 센서(44a, 44b)는 높은 응답성을 갖는 열용량이 작은 온도 센서(예를 들면, 방사 온도계에는 없는 열전대, 측온 저항체 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 온도 센서(44a, 44b)는 외측의 기류 등의 외란의 영향을 받지 않아 시트(a)의 온도를 고응답으로 정확히 측정할 수 있다. 이와 같이 해서, 정전 용량식의 시트 두께 계측 센서에 있어서도 X선식의 시트 두께 계측 센서와 같은 작용 효과를 발휘한다.
또한, 도 9는 정전 용량식의 시트 두께 계측 센서에 있어서 2개의 전극이 시트(a)를 사이에 두는 방식의 것이었지만, 도 10(a), (b)와 같이, 시트(a)의 한쪽으로부터 측정하는 방식의 것이어도 좋다. 즉, 원통 형상의 제 1 센서 전극(46)을 제 1 절연물(49)에 의해 동심원상으로 피복하고, 또한 제 2 센서 전극(47)을 제 2 절연물(48)에 의해 피복해서 제 2 절연물(48)의 외주를 도전체의 가드 링(43)에 의해 동심원상으로 피복하고 있다. 그리고, 양쪽 전극 사이의 정전 용량의 변화에 의해 시트(a)의 두께를 검출하도록 한 방식이다. 이 방식은 시트(a)의 두께의 변화를 양쪽 전극(46, 47) 사이의 정전 용량의 변화로서 검출함으로써 시트(a)의 두께를 계측하는 것이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시형태의 온도 측정 장치를 나타낸다. 제 3 실시형태에서는 물리량 측정 수단(2)으로서 도 11(a)에 나타내는 바와 같은 레이저식의 시트 두께 계측 센서를 사용하고 있다. 이 시트 두께 계측 센서는 롤(32)과 제 1 변위계(33)와 제 2 변위계(34)를 구비하고 있다. 제 1 변위계(33)로서는 와전류 센서 또는 자기 센서를 사용할 수 있다.
롤(32)은 시트(a)의 주행 방향에 직교해서 배치되고, 본체 프레임(도시 생략)에 회전 가능하게 지지되며, 일단에는 모터(도시 생략)가 연결되고, 또한 타단에는 고정 원점을 갖는 회전 각도 검출 수단(도시 생략)이 설치되어 있다. 회전 각도 검출 수단은 롤(32)의 회전 방향의 위치를 0°~ 360°의 범위에서 등각도, 예를 들면 15°마다 검출하는 앱솔루트(absolute) 방식의 로터리 인코더나, 회전 각도 검출기와 회전 각도 원점 센서를 조합시킨 것 등으로 구성되어 있다. 교정시 모터는 시트(a)의 반송 라인의 속도와 일치한 표면 속도(둘레 속도)로 롤(32)을 회전 구동시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 해 두면, 제 1 변위계(33)와 제 2 변위계(34)의 응답 시간의 차이에 의한 오차나 시트(a)의 반송 라인의 속도의 차이에 의한 오차가 개입되는 것도 방지할 수 있다.
제 1 변위계(33)는 롤(32)의 축선 상방이며 제 2 변위계(34)의 일부에 설치되어 롤(32)의 상면과의 거리(A)의 변화를 검출함과 아울러 발광부(34a)로부터 발사되는 평행광선(35)의 상단을 확정하는 것이다. 제 1 변위계(33)로서는 금속 감응형 또는 자기 감응형 변위계가 사용되며, 어느 것을 사용할지는 계측 대상이 되는 시트(a)의 물성에 따라 선택하는 것으로, 예를 들면 비도전성 시트의 경우에는 와전류 센서 등의 금속 감응형으로 하고, 도전성 시트의 경우에는 자기 감응형 변위계로 한다.
제 2 변위계(34)는 롤(32)에 걸쳐서 양측에 대향 설치된 발광부(34a)와 수광부(34b)를 갖고, 이들에 의해 롤(32) 상을 접촉 주행하는 시트(a)의 두께를 평행광선(35)의 차광량의 변화로 계측하는 것으로서, 예를 들면 레이저 빔형 계측기나 CCD 이미지 센서, 기타 광학식 계측 수단이 사용될 수 있다.
이 레이저식의 시트 두께 계측 센서는 제 1 변위계(33)에 의해 롤(32)과의 간격 치수를 측정해서 A로 하고, 발광부(34a)로부터 조사된 평행광선(35)이 제 1 변위계(33), 롤(32), 및 시트(a)에 의해 차단되어 수광부(34b)에 입사되는 것을 이용하고 있다. 우선, 시트(a)가 없는 상태에서 제 1 변위계(33)와 롤(32) 사이의 간격 치수(A)를 측정하고, 이어서 롤(32) 상에 시트(a)를 배치한 상태에서 제 1 변위계(33)와 시트(a) 사이의 간격 치수(B)를 측정해서 시트(4)의 두께 치수(t)를 t=A-B로 산출하는 것이다.
이 경우, 제 1 변위계(33)의 주위에 외부 기류 유입 방지 수단(10)을 설치하고 있다. 이 경우도 외부 기류 유입 방지 수단(10)은 도시 생략된 에어 공급원과, 에어를 시트(a)에 공급하는 노즐(36)과, 에어 공급원으로부터 노즐(36)에 에어를 도입하는 에어 공급로(38)를 구비하고 있다. 그리고, 노즐(36)의 내주면, 또한 제 1 변위계(33)의 외주면에 온도 센서(37a)를 설치하고 있다. 이 경우도 온도 센서(37a)는 열용량이 작은 고응답인 온도 센서(예를 들면, 방사 온도계에는 없는 열전대, 측온 저항체 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 온도 센서(37a)는 외측의 기류 등의 외란의 영향을 받지 않아 시트(a)의 온도를 고응답으로 정확히 측정할 수 있다. 이와 같이 해서, 레이저식의 시트 두께 계측 센서에 있어서도 X선식의 시트 두께 계측 센서와 같은 작용 효과를 발휘한다.
또한, 온도 센서(37)의 위치로서는, 도 11(b)나 도 11(c)에 나타내는 바와 같이, 레이저 광(35)을 차단하지 않는 위치이면 제 1 변위계(33)의 하면이어도 온도 센서(37b)를 설치할 수 있다. 또한, 사용되는 광으로서는 레이저 광에 한정되지 않고 LED 등 다른 광을 사용할 수도 있다.
제 4 실시형태로서 물리량 측정 수단(2)에 초음파식의 시트 두께 계측 센서를 사용한다(도시 생략). 이것은 도 2, 도 3, 도 8과 같은 장치 구성에 있어서 X선 대신에 초음파를 송출하는 것이다. 즉, 시트(a)의 두께 방향으로 짧은 초음파 펄스를 입사해서 반사파가 리턴해 올 때까지의 시간을 측정하고, 이 반사 시간에 음속을 곱해서 시트 형상체의 두께를 구하는 것이다. 또한, 시트(a)의 두께의 2배가 초음파의 파장의 정수배가 되는 주파수에서 시트 형상체가 공명한다는 현상을 이용하고, 그 시트(a)의 두께 방향에 있어서의 초음파 공명 주파수에 의거하여 시트(a)의 두께를 구할 수도 있다. 또한, 초음파의 감쇠량으로부터 두께를 구할 수도 있다.
제 5 실시형태로서 물리량 측정 수단(2)에 에어식의 시트 두께 계측 센서를 사용한다(도시 생략). 두께 계측 센서는 일정압의 에어를 에어 노즐보다 시트(a)를 향해서 분출한다. 에어 노즐은 피스톤 내에 삽입된 피스톤의 로드에 연결되어 있고, 에어 노즐의 배압을 피스톤 내의 피스톤 하부 챔버에 작용시켜 피스톤 상부 챔버에는 항상 일정압의 에어압을 상기 배압에 대향 작용시킨다. 그리고, 피스톤의 상하부 챔버에 작용하는 양쪽 압력이 밸런싱함으로써 에어 노즐과 시트(a)의 간극이 일정하게 유지되고, 시트의 두께의 변화에 의해 상기 간극이 변화되어서 상기 배압이 변화된다. 이에 따라, 상기 피스톤의 양측의 압력이 밸런싱하는 방향으로 피스톤 로드가 변위하고, 이 로드의 변위를 리니어 게이지로 계측함으로써 두께를 측정하는 것이다.
제 6 실시형태로서 물리량 측정 수단(2)에 접촉식의 시트 두께 센서를 사용한다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 시트(a)를 사이에 두도록 그 상하에 변위 센서(9a, 9b)를 설치하고, 양쪽 변위 센서(9a, 9b)를 서로 접근하는 방향으로 바이어싱(biasing)해서 그 선단을 시트(a)에 접촉시킴으로써 그 때의 양자의 위치를 검출해서 사이에 있던 시트(a)의 두께를 계측하는 것이다. 또한, 접촉식의 다른 방식으로서 도 13에 나타내는 바와 같이, 롤(17)에 걸어 감은 상태로 반송되는 시트(a)의 표면 위치를 검출하는 것도 있다. 즉, 롤(17)에 걸어 감은 시트(a)를 변위 센서(9)에 의해 바이어싱해서 그 선단을 시트(a)에 접촉시킴으로써 위치를 검출해서 사이에 있던 시트(a)의 두께를 계측하는 것이다.
상기 본 발명의 온도 측정 장치 및 보정 장치는 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같은 연신 장치에 사용할 수 있다. 이 연신 장치는 본 발명에 의한 온도 제어 장치를 사용한 것이다. 도 14 및 도 15의 연신 장치는 압출기(50)와, 이 압출기(50)에 장착한 다이(51)와, 시트(a)를 화살표의 방향으로 반송해서 연신시키기 위한 한 쌍의 가이드 레일(52)과, 시트(a)의 연신부(54)에 설치되어 복수의 히터(H1 …, Ｈn)로 구성되는 가열 수단(53)과, 연신부(54)의 하류측에 설치되는 물리량 측정 수단(2)(이 경우, 시트 두께 계측 센서)과, 연신된 시트(a)를 권취하는 권취기(55)를 구비하고 있다. 물리량 측정 수단(2)에는 본 발명의 온도 측정 장치(1)가 설치되어 있다. 그리고, 이 연신 장치에는 가열 수단(53)의 온도를 제어하는 제어 기구(56)가 설치되어 있다. 이 제어 기구(56)는 가공(연신) 후의 시트(a)의 두께 및 온도를 검출하기 위한 입력부(57)와, 시트(a)의 가공시의 온도 조건이나 이상적인 두께를 설정하는 설정부(58)와, 검출된 온도와 온도 설정값을 표시하는 모니터(59)와, 검출된 온도와 실측된 시트(a)의 두께의 상관 관계를 검출하는 연산 수단(60)과, 연산 수단(60)의 검출 결과에 의거하여 가열 수단(53)의 온도를 조정하는 조정 수단(61)을 구비하고 있다. 입력부(57)는 온도 측정 장치(1)에 의해 측정된 시트(a)의 온도를 검출하는 온도 입력 수단(62)과, 시트 두께 계측 센서(2)에 의해 측정된 시트(a)의 두께를 검출하는 물리량 입력 수단(63)을 구비하고 있다. 또한, 설정부(58)는 시트 폭 방향의 온도 설정을 행하는 온도 설정 수단(64)과, 두께의 이상값의 설정을 행하는 물리량 설정 수단(65)을 구비하고 있다.
이 연신 장치를 사용한 온도 제어 방법에 대해서 설명한다. 압출기(50)로부터 압출된 시트(a)는 가이드 레일(52)에 의해 화살표의 방향으로 반송된다. 그리고, 연신부(54)에 있어서 가열 수단(53)에 의해 시트(a)가 온도 설정 수단(64)에 의해 설정된 온도 및 물리량 설정 수단(65)에 의해 설정된 두께가 되도록 가열되면서 시트 폭 방향으로 확대되는 가이드 레일(52)에 의해 폭 방향으로 연신된다. 그리고, 물리량 측정 수단(2)에 의해 시트(a)의 두께가 측정되고, 물리량 입력 수단(63)에 의해 두께 프로필을 얻을 수 있음과 아울러 본 발명의 온도 측정 장치(1)에 의해 시트(a)의 폭 방향의 온도가 측정되고, 온도 입력 수단(62)에 의해 온도 프로필을 얻을 수 있다. 이 온도 프로필과 측정된 두께 프로필의 상관 관계를 연산 수단(60)에 의해 검출한다. 그리고, 연산 수단(60)의 결과에 의거하여 온도 설정 수단(64)이나 물리량 설정 수단(65)의 설정값을 변경해서 조정 수단(61)이 가열 수단(53)의 온도를 조정한다. 이에 따라, 연신 공정 중의 시트(a)의 온도를 정확히 측정함으로써 용이하고 또한 고정밀도의 연신 가공이 실현될 수 있다.
또한, 제어 기구(56)에 있어서 모니터에 의해 시트(a)의 폭 방향의 온도 프로필을 보면서 수동으로 조정 수단(61)을 조정하거나 할 수 있다. 이와 같이, 시트 두께 계측 센서(2)에 온도 측정 장치를 구비한 것이면 시트(a)의 폭 방향의 온도 프로필과 두께 프로필의 상관을 얻을 수 있고, 시트(a)의 폭 방향의 두께 프로필을 고정밀도로 조절할 수 있다.
상기 각 실시형태에서는 시트 형상체의 두께 치수를 측정하는 것이었지만 그 이외의 물리량, 즉 길이 치수, 질량, 밀도, 평량, 전류, 전하, 전압, 전위차, 힘, 에너지, 속도, 자성, 광학적 특성을 측정하는 것이어도 좋다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지의 변형이 가능하며, 예를 들면 X선 발생부(2a)와 X선 검출부(2b)는 상하 역위치이어도 좋다. 외부 기류 유입 방지 수단(10)으로부터 발생되는 기류로서는 에어에 한정되지 않고 그 외의 기체이어도 좋다. 참조 장소(C)는 장치의 단부이면 좋고, C점 이외에 도 1에 나타내는 D점이어도 좋고, 또한 C점 및 D점 양쪽으로 하여도 좋다. 온도 센서(11)는 시트 형상체(a)의 상방 또는 하방 중 어느 한쪽에 배치해도 좋다. 참조 장소의 정류판(14)은 생략될 수도 있다. 시트 형상체(a)로서는 여러 가지의 것을 채용할 수 있고, 종이, 시트, 필름 등의 웹 또는 판 형상 또는 큰 곡률 반경을 갖는 원통 형상의 시트 형상체이면 재질, 치수는 여러 가지의 것을 측정할 수 있다. 분사 노즐(15)(도 8)로부터 분사되는 기체는 온도 조정용 기체 또는 습도 조정용 기체 중 어느 한쪽이어도 좋다.
실시형태에서는 물리량은 시트 형상체의 두께이었지만 질량, 체적 등 여러가지의 것이어도 좋다. 물리량을 질량으로 했을 경우 평량계에 사용할 수 있다. 또한, 필름, 시트의 제조 공정 중에 있어서 그들의 온도 분포를 측정함으로써 필름, 시트의 가열 또는 냉각 효과를 수량적으로 계측할 수 있다.
본 발명은 두께 계측 장치에 사용할 수 있는 것 외에 연신 장치에도 사용할 수 있다.
2 : 물리량 측정 수단 3 : 에어 커튼
10 : 외부 기류 유입 방지 수단 20 : 연산 수단
21 : 온도차 산출 수단 22 : 감쇠량 산출 수단
23 : 환산 수단 24 : 보정 수단
a : 시트 형상체 T : 에어 커튼부

Claims (16)

  1. 물리량 측정 수단에 의해 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량을 측정할 때에 이 웹 또는 판 형상의 피측정물의 온도를 측정하는 온도 측정 장치로서,
    기체 공급원과, 노즐과, 상기 기체 공급원으로부터 상기 노즐에 기체를 도입하는 기체 공급로를 구비하고, 상기 노즐로부터 상기 기체를 웹 또는 판 형상의 피측정물을 향해서 분사함으로써 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량의 측정 에리어의 주위에 에어 커튼을 형성하고, 그 에어 커튼의 내측에 외부로부터의 기류를 차단해서 기류 유입 방지 분위기를 형성하는 외부 기류 유입 방지 수단과,
    그 분위기 중에서 웹 또는 판 형상의 피측정물의 온도 또는, 웹 또는 판 형상의 피측정물의 근방의 온도를 측정하는 온도 센서를 설치한 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리량 측정 수단은 전자파 또는 방사선 또는 입자선을 웹 또는 판 형상의 피측정물에 출사하여 웹 또는 판 형상의 피측정물을 투과한 전자파 또는 방사선 또는 입자선을 검출하는 것이고, 그 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 전자파 또는 방사선 또는 입자선의 출사 범위 내에서 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리량 측정 수단은 전자파 또는 방사선 또는 입자선을 웹 또는 판 형상의 피측정물에 출사하여 웹 또는 판 형상의 피측정물을 투과한 전자파 또는 방사선 또는 입자선을 검출하는 것이고, 그 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 전자파 또는 방사선 또는 입자선의 출사 범위 외에서 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웹 또는 판 형상의 피측정물은 길이 방향으로 주행하는 것이고, 웹 또는 판 형상의 피측정물의 주행 속도보다 유체의 웹 또는 판 형상의 피측정물의 도달 부위에 있어서의 속도를 크게 한 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기류 유입 방지 분위기에 외기의 온도, 습도에 영향을 받지 않는 환경을 만드는 온도 조정용 기체 및/또는 습도 조정용 기체를 분사하는 분사 노즐을 설치한 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물리량은 웹 또는 판 형상의 피측정물의 두께 치수, 길이 치수, 질량, 밀도, 평량, 전류, 전하, 전압, 전위차, 힘, 에너지, 속도, 자성, 광학적 특성으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가공 후의 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량을 측정하는 물리량 측정 수단과,
    가공 후의 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량과 웹 또는 판 형상의 피측정물의 기류 유입 방지 분위기에서의 온도의 상관 관계를 검출하는 연산 수단과,
    이 상관 관계에 의거하여 미리 설정된 물리량의 이상값이 얻어지도록 웹 또는 판 형상의 피측정물의 온도를 제어하는 조정 수단을 더 설치한 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    웹 또는 판 형상의 피측정물이 없는 참조 장소에서 측정한 온도와 물리량의 계측 영역 내에서 기류 유입 방지 분위기 내에서 측정한 온도의 온도차를 산출하고, 상기 온도차에 의거하여 물리량 측정 수단으로부터 출사되는 출사물의 변화량을 산출하고, 이 변화량으로부터 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량과 실측된 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량의 편차량을 환산하고, 실측된 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량으로부터 상기 편차량을 가산 또는 감산하여 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량을 보정해서 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량을 계측하는 연산 수단을 더 설치한 것을 특징으로 하는 온도 측정 장치.
  9. 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량을 측정할 때에 이 웹 또는 판 형상의 피측정물의 온도를 측정하는 온도 측정 방법으로서,
    기체 공급원과, 노즐과, 상기 기체 공급원으로부터 상기 노즐에 기체를 도입하는 기체 공급로를 구비한 외부 기류 유입 방지 수단을 사용하여, 상기 노즐로부터 상기 기체를 웹 또는 판 형상의 피측정물을 향해서 분사함으로써 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량의 측정 에리어의 주위에 에어 커튼을 형성함과 아울러, 그 에어 커튼의 내측에 외부로부터의 기류를 차단해서 기류 유입 방지 분위기를 형성하고,
    그 분위기 중에서 웹 또는 판 형상의 피측정물의 온도 또는, 웹 또는 판 형상의 피측정물의 근방의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  10. 물리량 측정 수단에 의해 가공 후의 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량을 측정함과 아울러, 상기 제 9 항에 기재된 온도 측정 방법에 의해 웹 또는 판 형상의 피측정물의 기류 유입 방지 분위기에서의 온도를 측정한 후,
    가공 후의 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량과 웹 또는 판 형상의 피측정물의 기류 유입 방지 분위기에서의 온도의 상관 관계를 검출하고,
    이 상관 관계에 의거하여 미리 설정된 물리량의 이상값이 얻어지도록 웹 또는 판 형상의 피측정물의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  11. 웹 또는 판 형상의 피측정물이 없는 참조 장소의 온도를 측정하고, 그 후에 물리량 측정 수단에 의해 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량을 측정함과 아울러, 상기 제 9 항에 기재된 온도 측정 방법에 의해 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량을 측정하는 계측 영역 내에 있어서 기류 유입 방지 분위기에서의 웹 또는 판 형상의 피측정물의 온도를 측정한 후,
    참조 장소의 온도와 계측 영역 내에서 측정한 온도의 온도차를 산출하고,
    상기 온도차에 의거하여 물리량 측정 수단의 변화량을 계산하고,
    이 변화량으로부터 물리량 측정 수단에 의해 실측된 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량의 편차량을 환산하고,
    실측된 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량에 대하여 상기 편차량을 가산 또는 감산하여 웹 또는 판 형상의 피측정물의 물리량을 보정하는 것을 특징으로 하는 온도 측정 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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