WO2017179302A1 - 長尺シート材の厚み計測方法および厚み計測システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and system for measuring the thickness of a long sheet material such as a paper web (winding paper) or a plastic film manufactured by a paper machine or the like.
- the width direction refers to the width direction of the long sheet material.
- the width direction roll diameter refers to the roll diameter for each point in the width direction of the long sheet material.
- the width direction profile (thickness unevenness or flatness along the width direction) of the long sheet material is reflected.
- the linear laser beam irradiated on the winding roll is defocused or the distance from the light source changes as the roll diameter increases.
- the linear laser beam is imaged twice within a certain time in the same field of view of the camera. In this case, the thickness and length of the first image and the second image change in addition to the position in the visual field. As shown in FIG.
- the thickness measurement system for the long sheet material of the invention is such that the position of the reel drum is fixed, and the reel spool is movable in the flow direction as the roll diameter increases. i)
- the roll diameter measuring device measures the amount of movement in the flow direction of the end surface of the reel spool based on the flow direction camera that images the rotating end surface of the reel spool and the image captured by the flow direction camera.
- FIG. 3 shows a state of the winding device 10 immediately after the frame change.
- a paper web W is wound around the next reel spool 22, and the separated take-up roll R is released from the secondary arm 26 and retracted downstream (flow direction) and then descends onto the rail 14. This takes several seconds, and the reel spool 22 has not yet entered the field of view of the flow direction sensor 104 of the flow direction moving amount measuring apparatus 100 described later.
- the measurement result of the increase amount is measured as y instead of h.
- the measured value to be obtained is the amount of change in the height in the width direction (roll diameter) during the movement, which is the amount of change in the height in the width direction at the reference position and the position after the movement.
- a corrected measurement value is obtained by the following equation based on the radius r0 of the reference position, the measurement result y, and the flow direction movement amount x.
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Abstract
Description
上記長尺シート材が形成する巻取ロールのロール径の増加量を非接触で計測するとともに、
上記リールスプールの回転数を計測し、
計測したロール径の増加量と回転数とを用いた演算により上記長尺シート材の厚みを求める
ことを特徴とする。
長尺シート材はリールドラムを押し付けられながら巻き取られているため、得られた厚みはTAPPI規格50KPaの圧力下での測定方式のコンセプトを継承でき、長尺シート材のより正確な厚みを計測し得る。
また、リールスプール径からの一定時間内におけるロール径の増加量と同じ時間内におけるリールスプールの回転数とを用いて巻取ロールの1回転ごとの周囲長を演算により求め、周囲長と回転数とから巻き取られた長尺シート材の総長を計測することもできる。従来目視に頼っていた枠替えのタイミングの精度を上げることにつながり、シート材のロスを削減できて多大な経済効果がある。
上記ロール径の増加量として上記リールスプールの端面の流れ方向における移動量を計測することが好ましい。
長尺シート材がリールスプールに巻き取られて巻取ロールのロール径が増加するにつれて、リールスプールの位置はリールドラムからその半径方向に離れる方向、すなわち流れ方向に移動する。したがって、リールスプールの端面の位置が一定の時間内に流れ方向に移動した量を計測すれば、その時間内のロール径の増加量を計測したことになる。リールスプールの端面の移動量すなわちロール径の増加量と、同じ時間内におけるリールスプールの回転数とから、その時間内に巻き取られた長尺シート材の平均化された厚みが求められる。
厚みの計測をリールスプール(または巻取ロール)の端面側から行い得るので、長尺シート材は流れ方向への移動を妨げられることなくスムーズに下流の工程に移ることができる。
上記巻取ロールの表面に照射された線状レーザー光をその照射方向とは異なる角度から撮像し、
撮像された線状レーザー光の画像をもとに、巻取ロールの幅方向ロール径の増加量を計測し、その量を上記ロール径の増加量としてもよい。
巻取ロールに照射された線状レーザー光は、ロール径の増加に伴って焦点がずれたり光源からの距離が変化するため、たとえばカメラの同一視野内で一定の時間をあけて2回撮像した場合、1回目の画像と2回目の画像とでは視野内での位置のほか、太さや長さが変化する。図9(a)に示すように、線状レーザー光源から照射された画像は巻取ロールの高さが低い時(カメラとの距離が遠い時)はレーザー光画像262のようにやや焦点がずれるので太くて長い画像が視野内の上側に現れる。レーザー光画像264は焦点を合わせた設定中心位置にあってシャープな画像が撮像され、長さはレーザー光画像262より短くなり、視野内での位置がちょうど中間点にある。ロール径が増大してカメラとの距離が近くなると画像はレーザー光画像266のように視野内の下側に現れ、その撮像結果はやはり焦点がずれる分太くなり長さは短くなる。また、幅方向に沿ってロール径に凹凸がある(幅方向ロール径が均一でない)場合、図9(b)のレーザー光画像260のように画像が一直線ではなくなる。このような画像の変化をもとにして、その時間内での幅方向ロール径の各点での増加量を幅全体にわたって一度に求めることができる。
一定の時間内での幅方向ロール径の増加量と、同じ時間内におけるリールスプールの回転数とから、その時間内に巻き取られた長尺シート材の平均化された幅方向ロール径(プロファイル)が幅全体にわたって一度に求められる。
1回の撮像ごとに、たとえばリールスプールが1回転する間に数十点から数百点の画像を取り込めば、それらの画像から求めた幅方向ロール径の計測値の平均化が可能なため、細かなノイズが消去できる。
上記長尺シート材が形成する巻取ロールのロール径の増加量を非接触で計測するロール径計測装置と、
上記リールスプールの回転数を計測する回転数計測装置と、
上記ロール径計測装置が計測したロール径の増加量と上記回転数計測装置が計測した回転数とを用いた演算を行う計測制御装置
とを有することを特徴とする。
ロール径計測装置は、一定の時間内におけるロール径の増加量(リールスプール径からの増加量でもよい)を計測する。回転数計測装置は、同じ時間内におけるリールスプールの回転数を計測する。計測制御装置は、計測されたロール径の増加量とリールスプールの回転数をもとに演算を行い、その時間内に巻取ロールに巻き取られた長尺シート材の平均化された厚みを求める。計測制御装置はさらに、リールスプール径からの一定時間内におけるロール径の増加量と、同じ時間内におけるリールスプールの回転数とをもとに演算を行い、巻取ロールの1回転ごとの周囲長を求め、その周囲長と回転数とから巻き取られた長尺シート材の総長を計測することも可能である。
上記ロール径計測装置が、上記リールスプールの端面の流れ方向における移動量を計測する流れ方向移動量計測装置であることが好ましい。
流れ方向移動量計測装置は、リールスプールの端面の位置が一定の時間内に流れ方向に移動した量(リールドラムの位置を基準にした量でもよい)を計測する。リールドラムが固定されているので、この量をその時間内のロール径の増加量とすることができる。
流れ方向移動量計測装置はリールスプールの端面側に配置され得るので、巻取ロールは妨げられることなく流れ方向すなわち下流の工程に移ることができる。
移動量の計測精度を上げるには、たとえば1回の撮像につきリールスプールが1回転する間に数十回画像を取り込み、それらの画像の重心を流れ方向用画像処理装置の演算により求めることが考えられる。この場合、リールスプールの回転に伴う振動や幅方向のずれから生じる誤差を排除した結果として移動量を求めることができる。多数の画像の重心を求めることにより数十μ以下の精度で巻取ロールのロール径の増加量を計測することも可能である。
リールスプールの端面中央にあらかじめセンターマークを設けておき、その画像を撮像してもよい。その場合でも多数の画像の重心を演算により求めることで、センターマークの変形やかすれ等から生じる誤差も排除した結果としてリールスプールの端面の中心位置の流れ方向移動量、すなわち巻取ロールのロール径の増加量を計測することができる。
上記巻取ロールの幅方向に長さのある線状レーザー光を上記巻取ロールの表面に照射するよう配置された線状レーザー光源と、
その線状レーザー光源から巻取ロールの表面に照射された線状レーザー光をその照射方向とは異なる角度から撮像する幅方向用カメラと、
その幅方向用カメラが撮像した線状レーザー光の画像をもとに巻取ロールの幅方向ロール径の増加量を計測する幅方向用画像処理装置と
を有する幅方向ロール径計測装置であることも考えられる。
たとえば、線状レーザー光源からの線状レーザー光が巻取ロールの表面で焦点が合う位置で幅方向用カメラが撮像した画像から、幅方向用画像処理装置によって基準値としての幅方向ロール径を求める(リールスプール表面に焦点を合わせれば、絶対値としての基準値が得られる)。一定時間または一定回転数経過後、径が増加した巻取ロールの表面上の線状レーザー光を幅方向用カメラの同一視野内で再び撮像し、得られた画像をもとに幅方向用画像処理装置で一定時間または一定回転数経過後の幅方向ロール径を求める。基準値と一定時間または一定回転数経過後の幅方向ロール径とから、その時間内または回転数内における幅方向ロール径の増加量を、幅全体にわたって一度に求めることができる。
i)上記ロール径計測装置が
上記リールスプールの回転中の端面を撮像する流れ方向用カメラと、その流れ方向用カメラで撮像された画像をもとにリールスプールの端面の流れ方向移動量を計測する流れ方向用画像処理装置とを有する流れ方向移動量計測装置、および
上記巻取ロールの幅方向に長さのある線状レーザー光を上記巻取ロールの表面に照射するよう配置された線状レーザー光源と、その線状レーザー光源から巻取ロール表面に照射された線状レーザー光をその照射方向とは異なる角度から撮像する幅方向用カメラと、その幅方向用カメラが撮像した線状レーザー光の画像をもとに巻取ロールの幅方向ロール径の増加量を計測する幅方向用画像処理装置とを有する幅方向ロール径計測装置
を有し、
ii)上記流れ方向移動量計測装置と上記幅方向ロール径計測装置とを同期させて移動させる駆動装置をさらに有する
ことも考えられる。
a)非スキャン・非フィルタリングによる紙の厚み品質測定により、従来計測が困難であった抄紙機の高速変動が確認でき、制御性向上と原因排除の制御が可能になる。
b)これにより、生産性向上、省エネルギー化、省力化がなされる。又正確な長さ管理による枠替えが可能となり、余剰紙の削減が巻取ロール当たり数百メートル可能となる。
c)β線坪量センサの代替になり、従来このような計測制御が導入できなかった厚い板紙や特殊紙、およびティッシュ、トイレットペーパーなどの薄紙分野への導入が可能になり、感覚で操業していた現場の操業管理が可能になる。
d)既設の計測制御システムに追加することで紙を疵付けない厚み測定と、従来不可能であった厚み/坪量変換制御などが可能になり、長さ測定と合わせて多大な経済効果が得られる。
幅方向用センサ220と線状レーザー光源230とを用いて、十分に線圧が掛けられた後の巻取ロールRの幅方向ロール径を高さとして計測する。幅方向用センサ220は、幅方向用カメラとカメラが撮像した画像の処理機能を備えている。この時高さは計測値の絶対値を使用するのではなく、まずリールスプール16の中心軸の真上に線状レーザー光250が照射される位置まで幅方向用センサ220と線状レーザー光源230とを移動させ、1回目の高さ計測をする。これを基準値として以後は計測した高さとこの基準値との差分をロール径の増大量として計測し、その間の回転数で割ったものを紙ウェブWの幅方向厚みプロファイルとする。幅方向は200μ~300μ程度の間隔で計測され、計測するカメラの最大視野は400mm~600mm程にするが、これらの数値は現場のスペースやカメラ能力、レーザー光源スペックなどによるのでプロセスに応じて設計される。高さ計測は定期的に(例えば10回転毎に)リールスプール16が1回転する間に多数点計測する。計測する範囲は線状の帯であるからカメラ視野内に占める面積比はごくわずかである。従って、計測開始時に計測すべき領域を判定して以降次の高さ計測時にはその範囲だけ画像処理する手法を用いて高速撮像と平均化を行うことで十分な平均化と巻取ロールRの固有振動などをゼロサム化する。
1) 流れ方向移動量計測装置100により巻取ロールRの中心位置を計測して、幅方向ロール径計測装置200をそのレーザー照射がその中心位置の若干先(流れ方向の下流に向けて例えば2-3mm先)になるように移動させる。
2) レーザー照射位置にリールスプール16の中心軸が到達した時に基準の幅方向高さを計測し計測制御装置150に保存格納する。
3) 次にリールスプール16があらかじめ決められた回転数あるいは移動量になった時に回転数計測センサ106または流れ方向用センサ104がトリガーを出して、幅方向用センサ220が高さを計測し計測制御装置150に保存格納する。
4) 計測制御装置150は、その高さ計測値とその間の移動量による高さ補正計算をしてその間の回転数で割って紙ウェブ一枚分の厚さを計算する。
5) 以下、線状レーザー光250が視野240内から外れて再び幅方向用センサ220と線状レーザー光源230が移動するまで、3)と4)を繰り返す。
h={(r0+y)2+x2}1/2-r0
ここで得られたhは基準点からリールスプールの中心位置が移動した後の幅方向高さであり、平均値はxに近い値を示すはずであり、仮に理想的な真の平らな巻取ロールができるのならば同じ値を示すはずである。紙ウェブWの厚さは常に変動しており、故にこの幅方向高さを常時監視する必要があるのである。一方、xは流れ方向の移動量を示しており、厚みに変換した時の変動分はこの幅方向高さと分離された流れ方向成分だけの厚み平均値を示す。
R 巻取ロール
N ニップ
10 巻取装置
12 リールドラム
14 レール
16 リールスプール
100 流れ方向移動量計測装置
104 流れ方向用センサ
106 回転数計測センサ
150 計測制御装置
200 幅方向ロール径計測装置
220 幅方向用センサ
300 長尺シート材の厚み計測システム
Claims (8)
- リールドラムを押し付けられながらリールスプールに巻き取られる長尺シート材につき、その厚みを計測する厚み計測方法であって、
上記長尺シート材が形成する巻取ロールのロール径の増加量を非接触で計測するとともに、
上記リールスプールの回転数を計測し、
計測したロール径の増加量と回転数とを用いた演算により上記長尺シート材の厚みを求める
ことを特徴とする長尺シート材の厚み計測方法。 - 上記リールドラムの位置が固定され、それに対して上記リールスプールがロール径の増加に伴い流れ方向に移動可能になっていて、
上記ロール径の増加量として上記リールスプールの端面の流れ方向における移動量を計測することを特徴とする請求項1に記載した長尺シート材の厚み計測方法。 - 上記巻取ロールの幅方向に長さのある線状レーザー光を、上記巻取ロールの表面に照射するとともに、
上記巻取ロールの表面に照射された線状レーザー光をその照射方向とは異なる角度から撮像し、
撮像された線状レーザー光の画像をもとに、巻取ロールの幅方向ロール径の増加量を計測し、その量を上記ロール径の増加量とする
ことを特徴とする請求項1に記載した長尺シート材の厚み計測方法。 - リールドラムを押し付けられながらリールスプールに巻き取られる長尺シート材につき、その厚みを計測する厚み計測システムであって、
上記長尺シート材が形成する巻取ロールのロール径の増加量を非接触で計測するロール径計測装置と、
上記リールスプールの回転数を計測する回転数計測装置と、
上記ロール径計測装置が計測したロール径の増加量と上記回転数計測装置が計測した回転数とを用いた演算を行う計測制御装置
とを有することを特徴とする長尺シート材の厚み計測システム。 - 上記リールドラムの位置が固定され、それに対して上記リールスプールがロール径の増加に伴い流れ方向に移動可能になっていて、
上記ロール径計測装置が、上記リールスプールの端面の流れ方向における移動量を計測する流れ方向移動量計測装置であることを特徴とする請求項4に記載した長尺シート材の厚み計測システム。 - 上記の流れ方向移動量計測装置が、上記リールスプールの回転中の端面を撮像する流れ方向用カメラと、その流れ方向用カメラで撮像された画像をもとにリールスプールの端面の流れ方向移動量を計測する流れ方向用画像処理装置とを有することを特徴とする請求項5に記載した長尺シート材の厚み計測システム。
- 上記ロール径計測装置が、
上記巻取ロールの幅方向に長さのある線状レーザー光を上記巻取ロールの表面に照射するよう配置された線状レーザー光源と、
その線状レーザー光源から巻取ロールの表面に照射された線状レーザー光をその照射方向とは異なる角度から撮像する幅方向用カメラと、
その幅方向用カメラが撮像した線状レーザー光の画像をもとに巻取ロールの幅方向ロール径の増加量を計測する幅方向用画像処理装置
とを有する幅方向ロール径計測装置であることを特徴とする請求項4に記載した長尺シート材の厚み計測システム。 - 上記リールドラムの位置が固定され、それに対して上記リールスプールがロール径の増加に伴い流れ方向に移動可能になっていて、
i)上記ロール径計測装置が
上記リールスプールの回転中の端面を撮像する流れ方向用カメラと、その流れ方向用カメラで撮像された画像をもとにリールスプールの端面の流れ方向移動量を計測する流れ方向用画像処理装置とを有する流れ方向移動量計測装置、および
上記巻取ロールの幅方向に長さのある線状レーザー光を上記巻取ロールの表面に照射するよう配置された線状レーザー光源と、その線状レーザー光源から巻取ロール表面に照射された線状レーザー光をその照射方向とは異なる角度から撮像する幅方向用カメラと、その幅方向用カメラが撮像した線状レーザー光の画像をもとに巻取ロールの幅方向ロール径の増加量を計測する幅方向用画像処理装置とを有する幅方向ロール径計測装置
を有し、
ii)上記流れ方向移動量計測装置と上記幅方向ロール径計測装置とを同期させて移動させる駆動装置をさらに有する
ことを特徴とする請求項4~7のいずれかに記載した長尺シート材の厚み計測システム。
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