JPH0457983A - 非接触式配向計 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、非接触式配向計に係るものであり、詳しくは
抄紙工程中における移動する紙の繊維の方向（配向）を
非接触にオンライン測定することができる非接触式配向
計に関するものである。

〈従来の技術〉 従来、この種の非接触式配向計としては、第５図の従来
のレーザ光を使用したファイバー・オリエンテーシ：Ｉ
　ン（Ｆｉｂｒｅ　０ｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　、以下「
ＦＯ」と略称する）測定システムの技術の概要構成図（
第６図は第５図の説明に供する図）に示すものが知られ
ている（例えば、紙パルプ技術タイムス、　１９８９年
１０月号「光学的レーザ利用のファイバー・オリエンテ
ーション測定システム、Ｐ７３〜７７参照）。

第５図乃至第６図において、Ａは被測定物である紙Ｃの
上部に設けられたレーザー光発生手段（半導体レーザー
）Ａ１．レーザ光学手段Ａ２及びミラーＡ３等を具備す
る上側検出センサ、Ｂは紙Ｃの下部に設けられたイメー
ジ光学手段Ｂ。

ミラーＢ２．第６図に示すようにＦＯ比を測定する４つ
のダイオードＤ１〜Ｄ４及び紙の繊維測定の演算に係わ
るその他の値を検出するダイオードＤ５〜Ｄ６から成る
ダイオードアレーＢ３及び演算回路８４等を具備する下
側検出センサである。

このような両側センサ一方式をとる構成において、半導
体レーザーで平行な光束を発生させて紙面に集中させる
（投射ビームは１００〜２００μの径を持つ）、この投
射ビームは紙のファイバー内部に結束し、今度はその光
を拡散した上で当該ファイバーに沿って伝播する。この
とき、ＦＯの主軸に並んだ繊維に沿って進む光は、直交
する繊維にぶつかる確率が低いから減衰率は小さい。従
って、紙ウェブでの最終スポットは径が約ｌｌ１ｌであ
るが、これは多かれ少なかれ楕円状になり（繊維がウェ
ブ上でいかなる偏位方向を持たないならばパルプの手漉
きの場合のように光のスポットは円状になる）、楕円の
主軸はＦＯの主方向と重なっている。

以上の結果、最終の光スポットは拡大された後、ダイオ
ードアレイ−８３上に投影される（第６図のＬｊで表さ
れる）、これによって楕円の全ての要素を数学的に計算
することが可能になる。つまり、ここで得られた信号は
演算回路Ｂ４に送られてＦＯ比とＦＯ角（ＦＯの主方向
がどの程度ずれているかの角度）の計算がされる。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところでこのような従来の装置にあっては、紙厚の影響
を受けたり、測定のために比較的広い面積を必要とする
ということから、抄紙工程における非常な速度で移動す
る紙については使用することは困難である（つまりオン
ライン測定は困難）という間Ｕ点があった。

本発明は、従来の技術の有するこのような間Ｕ点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、片側
センサー構成で且つ測定面積が小さく、更に測定時間は
短くて、入射角の変化を受けること無く非接触で紙の繊
維の向き（配向）を測定することができる非接触式配向
計を提供するものである。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本発明は、光源部からの光
を被測定物に当てて当該非測定物の繊維の配向を非接触
で測定する非接触式配向計において、前記光源部の光を
コリメートする光学手段と、コリメートされた光を細長
い線状の光とするスリットを有する回転構造の絞り機構
と、ハーフミラ−と、該ハーフミラ−を通過した回転す
る前記細長い螢光を略中央部にて分割・配光し、当該分
割・配光後の光についての戻り光を集光・統合して前記
ハーフミラ−に戻す分割・配光・集光・統合手段と、該
分割・配光・集光・統合手段からの回転移動する分割・
配光後の光を逐次前記被測定物上に同光路に対して左右
から光束が来るように集光し且つこの集光した回転する
光を前記分割・配光・集光・統合手段に逆の同光路で戻
す対物光学手段と、前記分割・配光・集光・統合手段か
らの集光・統合された光の前記ハーフミラ−で反射され
た光を測定する光検出手段と、少なくとも前記光検出手
段からの信号に基づき前記被測定物の繊維の配向が演算
可能な演算回路と、を具備したことを特徴とするもので
ある。

く作用〉 光源から出射した光はコリメートされた後に、回転する
細長いスリットを持った絞りを通過して細長い線状の光
（以下「螢光Ｊという）となってハーフミラ−に向かう
、ハーフミラ−を通過したこの螢光は、円錐プリズム上
面から入射した後に、この上面部分で反射して最初の傘
状の内部反射ミラー又はコーンプリズムに向かう、この
最初の本状の内部反射ミラー又はコーンプリズム内部反
射面で反射した螢光は、更にもう１つの本状の内部反射
ミラー又はコーンプリズムに向かい、その傘状の内部反
射ミラー又はコーンプリズムを反射した螢光が被測定物
である紙表面に所定の角度で入射するようになっている
。この時、螢光は同光路に対して左右から光束が来るよ
うになる。この結果、紙によって反射されな螢光（以下
「反射帯光」という）は上記と逆の光路を経て円錐プリ
ズムでこの円錐プリズム上側にあるハーフミラ−に向か
う、そしてこのハーフミラ−で反射された後にこの反射
帯光の反射率の差を測定する検出器に入る。

ここで、紙による反射の際、繊維の方向と光軸の方向が
平行になった時が最も反射率が高く、この逆の時が最も
反射率が低くなる。

このように、紙の配向は、この反射率の差によって測定
できることとなる。つまり、このような光学系に基づい
て形成される紙の表面における螢光は、高速で回転しな
うえで、この回転結果を同経路を介して伝播した後、ハ
ーフミラ−から検出器に入射する光量について、その最
大値を示す方向が繊維の向きとなることを測定する。こ
のような光学系は、螢光が左・右から入射するため、紙
への入射角の変化による反射率の変化が相殺されること
にも又特徴を有している。

〈実施例〉 実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の非接触式配向計の具体的実施例を示す
概要構成図である。又、第２図乃至第３図は第１図の説
明供する図である。

第１図乃至第３図において、１は光源部である。

この光源部はレーザ装置を主体として構成されるもので
あってもよいし、或は例えば図示するように、通常に用
いられる光源１ａを用いて、この光源からの光を光学手
段１ｂにより広げた上で絞り（ピンホール）１ｃを通し
て反射ミラー１ｄで反射させた後の光を出射するように
構成したものであってもよい、この光源部１については
その構造等については特に限定されない。

２は光源部１から出射した光をコリメート（平行光化）
する光学手段（以下「コリメートレンズ」という）であ
る。

３は第２図に示すようにその中央部分に細長いスリット
３ａを有してコリメートされた光を細長い線状の光、い
わゆる螢光とする絞り機構である。

この絞り機構３は、螢光についてその中央部を回転中心
軸として所定方向に回転するように構成されており、そ
のために例えば、図示するように、その外周に歯車機構
が施され（勿論的の回転伝達機構であってもよいが）、
この歯車機構に噛合う他の歯車機構４をモータ５で回転
させるように構成することができる。そして第３図に示
すように回転する場合における絞り機構のスリット３ａ
のその回転位置は、例えば歯車４の他方（又は絞り機構
３の反対側であってもよいが）においてエンコーダ６を
配置することで、その位置を検出・計測することができ
る。

８はハーフミラ−７を通過した回転する細長い螢光をそ
の中央を中心として分割して後述する一連の光学系に配
光（分光）し、且つ、この一連の光学系から戻ってきた
光（測定光）を集光し統合するなめに、上面に入射した
螢光について螢光の中央部付近で分割・配光するように
円錐形からなり、この円錐形の上面ミラ一部分で反射し
て後述する一連の光学系に向け、同時にこの一連の光学
系からの戻り光をこの上面ミラ一部分で反射して前記ハ
ーフミラ−７に向ける例えば円錐プリズム又は円錐ミラ
ー等から成る分割・配光・集光・統合手段（以下「円錐
ミラー」として表す）である。

Ｋは円錐ミラー８で分割された後の螢光について、配光
される半螢光を被測定物である紙１１の上に集光し、且
つこの集光した光（測定光）を再び円錐ミラー８に集め
る（戻す）前記一連の光学系から成る対物光学手段であ
る。この対物光学手段には、例えば、一対の傘状の内部
反射ミラー又はコーンプリズム等により構成することが
できる。

そして、これ等はいずれか一方を内部反射ミラーとし他
方をコーンプリズムとしてもよいし、この逆であっても
よいし、両方共に同じとしてもよいことはいうまでもな
い、従ってここではコーンプリズムを一対用いるものと
して以下の説明を行う。

そしてここで重要なのは、その反射面が互いに本状に相
対していることである（従ってその設置構成は第１図の
破線のようにしてもよい）、そしてこのとき上部のコー
ンプリズム（以下「第１コーンプリズム」という）９の
反射面９ａの本状の傾斜角度は、第１図のように、その
反射する回転移動する半螢光の光路（光跡）が、絞り機
構３で形成される螢光の回転中心軸ＯＬに対して、平行
に進む場合には、円錐ミラー８の反射面の角度の関係に
よって決まる。又、下部のコーンプリズム（以下「第２
コーンプリズム」という）１００反射面１０ａの逆本状
の傾斜角度は、第１コーンプリズム９からの回転移動す
る半螢光をその半斜面１０ａで反射して紙１１表面の回
転中心軸ｏＬ上に所定の角度θで投射可能に設定される
。このことは投射により紙上では螢光となるように同光
路に対して左右から光束が来るようになる。このように
配置されれば、投射された光の紙の繊維（ファイバー）
の向きに基づく強度を有する反射帯光は、今までとは逆
の光路を経て円錐ミラー８に導かれる。

１３は円錐ミラー８に集められて再び帯状となった光の
ハーフミラ−７で反射された光（反射帯光）について、
集光レンズ１２で集光された後の、この集光レンズ１２
の焦点位置に設置された反射率の差を測定する検出手段
である。この検出手段１３によって測定光の強度が０／
Ｅ変換（光／電気変換）されたその信号は、演算回路１
４に導かれる。

従って、演算回路１４にあっては、エンコーダ６によっ
て検出されるスリットの位置つまり紙面上の螢光の位置
に基づいて、測定光の強度との相関関係から、紙による
反射の際の繊維方向と光軸方向が平行になった時が最も
反射率が高く、この逆の時が最も反射率が低くなる事に
基づいて、紙の配向を演算することとなる。

以下、このような構成の動作について説明する。

光源部１から出射した光はコリメートレンズ２でコリメ
ートされ回転する絞り機構３のスリット３ａで回転する
螢光となってハーフミラ−７に向かう、ハーフミラ−を
通過した回転する螢光は、円錐プリズム８に向かう０円
錐プリズム８において、回転する螢光はその中央で分割
されて半螢光として第１コーンプリズム９に回転配光さ
れる。第１コーンプリズム９はこの回転配光され半螢光
を更に第２コーンプリズムに導く、従って、第２コーン
プリズム１０は、回転配光された半螢光を角度θで紙表
面の回転中心軸ｏＬ上に螢光となるように同光路に対し
て左右から集光する。そしてこの集光される紙表面にお
ける螢光はスリット３ａに合せて回転する。この時、螢
光は左・右から入射するようになるため、紙への入射角
の変化による反射率の変化が相殺される。

そして、このこの回転・集光した光は紙の繊維の配向に
基づく輝度に応じた反射帯光として、今度は今までとは
逆の光路を経て伝播し、円錐ミラー８に集められる（戻
す）０円錐ミラー８で集光し統合された反射帯光は、ハ
ーフミラ−７に向き、ハーフミラ−７で反射された反射
帯光は、集光レンズ１２で集光されて測定光として検出
手段１３で入射する光量についてその最大値を示す方向
が繊維の向きとなることが測定される。つまり、検出手
段で測定される測定光は、電気信号に変換された状態で
演算回路１４に導かれ、この演算回路によりエンコーダ
６からの信号に基づいて演算されて、結果として紙１１
の配向が測定される。

〈その他の実施例〉 本発明は以上説明した内容に限定されるものではない０
例えば以下のように構成してもよい。

■：例えば、第４図のその他の実施例に供する説明の為
の図に示すように、紙１１の表面にコート材（ラミネー
ト）等１１ａが施されている場合は、第１図の構成のま
までは第４図の破線αのようにその表面で反射してしま
うので、このことを回避するように、スリット３ａに、
紙への入射面に対してＰ偏光（Ｐ［光はブリュースター
の角度で入射させると第４図の破線αのようには反射し
ないでコート材の内部に全ての光が入射し、コート材の
内側にある繊維１１ｂの表面により反射される）となる
方向に、偏光板（図省略）を取付ける等の手段をとる。

このような手段を講じることで、第４図に示すように、
その入射（コート材の屈折率によるブリュースター角度
で入射）する光はコート材１１ａを実線で示すように透
過し、内部の繊維の方向を前記したように測定すること
が可能となる。

■：第１図においてＯ／Ｅ変換をするように構成される
検出手段１３の代りに、ＩＴＶ等のカメラを検出手段と
して用いるようにしてもよく、この場合にはスリットの
位置はそのまま影像検出ができるので、エンコーダ６は
不要となる。つまり、この場合も、前記に比較すると感
度は鈍いが繊維の向き（配向）を測定することも可能で
ある。そしてこの時は紙表面の構造（凹凸）を検出する
こともできる。尚、このときは当然演算回路についても
これに対応する構成（例えば画像解析等が可能な機能を
具備する等）と機能を有するようにすることはいうまで
もない。

■：光源にレーザーを用いれば、紙表面の構造をスペッ
クルとしても観測ができる。

■：例えば、分割・配光・集光・統合手段についても、
例えば分割について見た時、ハーフミラ−通過した回転
帯光をその中央を中心として分割できればよいので、第
１図のようにハーフミラ−に対面する頂点部分が多少フ
ラットの形状であっても良く、要はその前後の回転する
光について分割・配光・集光・統合できるような構造と
なっていればよい。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように構成されているので、次
に記載するような効果を奏する。

■二紙内部の繊維の向きを非接触で測定できる。

■：光路を片側通行としないため、つまり同一光路を左
右に光が走るために、入射角の変化による反射率の変化
が相殺される。

■二回転対象の光学系のため小形化できる。又、片側セ
ンサーとできるので、この面からも装置全体について見
て小形化できる。

■：測定時間は短いので、オンライン測定が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非接触式配向針の具体的実施例を示す
概要構成図、第２図乃至第３図は第１図の説明供する図
、第４図はその他の実施例に供する説明の為の図、第５
図は従来のレーザ光を使用したファイバー・オリエンテ
ーション測定システムの技術の概要構成図、第６図は第
５図の説明に供する図である。 １・・・光源部、２・・・光学手段（コリメートレンズ
）、３・・・絞り機構、７・・・ハーフミラ−１８・・
・分割・配光・集光・統合手段（円錐ミラー）、Ｋ・・
・対物光学手段、１１・・・紙、１２・・・集光レンズ
、１３・・・検出器。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源部からの光を被測定物に当てて当該非測定物の繊維
   の配向を非接触で測定する非接触式配向計において、前
   記光源部の光をコリメートする光学手段と、コリメート
   された光を細長い線状の光とするスリットを有する回転
   構造の絞り機構と、ハーフミラーと、該ハーフミラーを
   通過した回転する前記細長い帯光を略中央部にて分割・
   配光し、当該分割・配光後の光についての戻り光を集光
   ・統合して前記ハーフミラーに戻す分割・配光・集光・
   統合手段と、該分割・配光・集光・統合手段からの回転
   移動する分割・配光後の光を逐次前記被測定物上に同光
   路に対して左右から光束が来るように集光し且つこの集
   光した回転する光を前記分割・配光・集光・統合手段に
   逆の同光路で戻す対物光学手段と、前記分割・配光・集
   光・統合手段からの集光・統合された光の前記ハーフミ
   ラーで反射された光を測定する光検出手段と、少なくと
   も前記光検出手段からの信号に基づき前記被測定物の繊
   維の配向が演算可能な演算回路と、を具備したことを特
   徴とする非接触式配向計。