JPH0712965U - 巻取物緊度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波を利用する巻取物の巻取緊度のプロフ
ァイルを巻取物全量にわたり迅速に測定、演算処理する
巻取物緊度測定装置を得ること。 【構成】 超音波の発振子と受振子とが設けられている
測定ユニットと複数組の測定ユニットを巻取物に迅速、
均等に接触せしめうる支持装置とよりなる測定側装置
と、ＣＰＵを中心とし、測定制御を迅速に行い、集計
し、プリントアウトする測定制御装置とよりなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超音波を利用して、巻取紙、プラスチックフィルム巻取体のごとき 巻取物の全幅にわたり緊度を測定する巻取物緊度測定装置に関する。

【０００２】

【従来技術】

一本の巻取物の幅方向の一端から他端までの物性は出来るだけ均一である必要 があり、均一である場合は問題ないが、製造装置の幅方向の不均一、原料の不均 一、操業の不適正等が起因となり、幅方向（巻取物の軸方向）の不均一な巻取物 が得られることがある。極く僅かな不均一であっても巻取物とすると重畳される 。

【０００３】 幅方向の物性の不均一な巻取物が出荷され、印刷、加工等の別工程で使用され ると、種々のトラブルを引き起こす。例えば、しわやたるみの発生、印刷ずれ、 切断等である。

【０００４】 均一性の要求される物性の主なるものとしては、引張強度、伸び率、厚さ等が 挙げられ、紙では水分量もその一つである。

【０００５】 巻取物を形成する１シートの厚さや水分量は生産過程で連続測定が可能であり 、測定結果がフィードバックされて自動調整されることも多いが、より精密な幅 方向の均一性を維持するには十分とは言えない。

【０００６】 巻取物の幅方向、すなわち巻取物の軸方向の各部分における流れ方向の引張強 度や伸び率を生産過程で測定する方法はなく、通常は生産後に取り下された巻取 物から全幅にわたるサンプルを採取してスタティックに幅方向各部分の引張強度 や伸び率を一つ一つ測定する方法が採られている。

【０００７】 いずれにしても、幅方向すべての部分の物性が均一であればよいが、現実には 実現不可能で一定幅のばらつきを許容せざるを得ない。

【０００８】 例えば、幅方向のある部分で、すべての物性が僅かずつ他の部分より悪い部分 があれば、その部分が前述のトラブルの要因となり得ることは容易に予測できる 。

【０００９】 しかし、良い物性と悪い物性とが混在しているような場合には、その部分がト ラブルの要因となるか否かを予測することは困難である。

【００１０】 生産現場では、一般には、前述の各物性の個々の測定値からトラブル発生の部 分を予測する方法の代わりに、巻取物の表面を一端から他端まで全幅にわたり木 槌等で叩き、叩いた時の打音で異常の有無を判定する叩択法や、全幅にわたり硬 度計を使用して異常の有無を硬度計測定値により測定する方法等が採用されてい る。

【００１１】 硬度計を使用する方法は、各部分の個々の物性がどうあれ、トラブルの起き易 い部分は他の部分より緩く巻かれており、表面の硬度が低くなっている筈だとい う発想に基づいて用いられている。

【００１２】 前述の２方法に代わるものとして、超音波の伝播速度の差異から巻取物のトラ ブルが起き易いか否かを判定する方法が用いられている。

【００１３】 超音波のシート状物体中の伝播速度は、引張強度や伸び率との相関が高く、水 分量の変化に対しても感度が高い。勿論、測定結果を数値で示すことが出来、測 定条件による影響は最も少ない。

【００１４】 さらに、シート状物体試料に大きな張力が加わると、超音波の伝播速度が高く なるという事実があり、内部応力の大小にも反応するという特徴がある。

【００１５】 ただし、厚さの違いの対する感度は低い。

【００１６】 超音波を利用する測定装置の従来例は図７，図８に示すごとく構成されている 。

【００１７】 センサ部３０と表示部３１とよりなり、センサ部３０には発振子３２と受振子 ３３が、所定の間隔で取り付けられ、発振子３２は発振回路３４を介して制御部 ３６に、受振子３３は受振回路３５を介して制御部３６にそれぞれ接続され、ま た制御部３６は表示部３１に接続されている。

【００１８】 測定原理を図８により説明する。制御部３６の信号により発振回路３４がパル ス電流を発振し、該パルス電流により発振子３２が振動して超音波パルスを発振 する。

【００１９】 発振子３２と受振子３３の先端をそれぞれ試料３７に接触させると発振子３２ よりの超音波パルスが試料３７内を伝播し、受振子３３を振動せしめ、受振回路 ３５から制御部３６へ受振信号が伝えられる。発振子３２からの超音波パルスが 受振子３３に受振されるまでの時間が制御部３７で測定される。

【００２０】 測定時間を表示部３１に表示することもでき、また制御部３６で音速に換算し て表示することもできる。

【００２１】 図８は試料３７が単層の場合を示しており、この場合試料３７を吸音板３８上 に置いて測定する。なお、試料３７内を超音波パルス３９が伝播する状態を模型 的に示している。試料３７も厚さを拡大して示している。実際の試料３７は紙１ 枚、フィルム１枚のごとく極めて薄いものである。

【００２２】 発振子３２と受振子３３との先端間隔は試料３７の種類によって定める。試料 ３７を伝播する超音波パルス３９は発振子３２から遠離るにつれて減衰するため 発振子３２と受振子３３との距離は短い程受振子３３での振動が大となる。

【００２３】 しかし、距離が短いと、発振子３２から受振子３３に到達する時間が短くなり 、測定値の誤差が大となる。また発振周波数が大で、パルス幅が狭ければ、前記 誤差は小さくなる。

【００２４】 前述の理由により、発振周波数、パルス幅、発振子３２と受振子３３の距離が 選定される。例えば、２５ＫＨｚ、１５０ｍｍ等とする。

【００２５】 発振子３２と受振子３３とは、図９に示すごとく、通常同形のバイモルフ式圧 電素子を用いる。発振回路３４よりの発振電流により発振子３２が矢印Ｆ方向に 振動すると試料３７を伝播した超音波により受振子３３が矢印Ｇ方向に振動し電 流を発生し、受振回路５で受振される。

【００２６】 図８に示す吸音板３８は超音波の試料３７以外のものから反射音や共鳴音等の 測定音波以外の雑音を避けるためと、試料３７と発振子３２および受振子３３と の接触を良好とするために、通常は試料３７の下に置いて測定する。吸音板３８ はスポンジゴム製等が用いられる。

【００２７】 測定対象が図７に示すごとく被測定巻取物１２の場合、図示のごとく、センサ 部３０を巻取物１２に接触せしめて測定する。この場合、試料の厚みが十分ある ので吸音板を必要としない。センサ部３０を巻取物１２の軸方向に順次移動せし めて所要箇所の測定値を得、各測定値を集計して、図４に示すごとき巻取緊度の 軸方向のプロファイル線図を得る。

【００２８】

【考案が解決しようとする課題】

叩択法では比較的良好な判定結果が得られるようであるが、熟練者に依らなけ れば信頼性の高い判定結果が得られないし、個人差もあり、判定者の体調の良否 も判定結果に影響を与える。

【００２９】 また判定結果を数値で示すことが出来ないのも大きな欠点である。

【００３０】 硬度計を用いる方法は、判定結果を数値で示すことが出来、叩択法に比べると 個人差等の測定条件による影響が少ない方法である。

【００３１】 しかし、この方法にも欠点があり、引張強度や伸び率の変化に対しては感度が 低い。

【００３２】 このため、判定結果が良好でも巻取物の使用時にトラブルが生じたというケー スも多い。

【００３３】 超音波を利用する従来の測定装置では、巻取物の軸方向（幅方向）の巻取物の 巻取緊度のプロファイルを得ようとする場合、巻取物の全幅にわたり数多くの測 定箇所を必要とする。従って測定に時間がかかり、大量に生産される数多くの巻 取物全量の測定を必要とする場合に対処し難く、測定により生産低下を来す恐れ がある。

【００３４】 またセンサ部の２個のセンサ（発振子および受振子）を常に巻取物の端面と平 行、すなわち巻取物軸心と直角方向に維持して測定しなければ測定値に誤差を生 ずる。

【００３５】 従って、毎回の測定時にセンサの位置に対し細かい神経を使わなければならず 、測定者に苦痛を与え、しかも毎回の測定時間が長くなる欠点がある。

【００３６】 そこで測定時にセンサの位置に細かい神経を必要とせず、より短時間に正確に 数多くの測定値を得、従って巻取緊度のプロファイルを迅速、正確に表示しうる 超音波利用の巻取緊度測定装置の提供が課題となっていた。

【００３７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、前述の課題を解決するため、下記の手段を考案したものである。

【００３８】 超音波を用いる巻取物緊度測定装置において、測定側装置と測定制御装置とよ りなり、前記測定側装置は、複数組の測定ユニットと支持装置とよりなり、１組 の測定ユニットは同形の超音波の発振子と受振子とが一定間隔で固定されてなり 、支持装置は支持杆、連結体およびフレームよりなり、連結体は測定ユニット連 結体、支持杆連結体よりなり、複数組の測定ユニットが、長い支持杆に、各測定 ユニットの方向が支持杆と直角方向となるように、略等間隔に、揺動および緩衝 可能に、測定ユニット連結体を介してそれぞれ取り付けられ、前記支持杆は、支 持杆連結体を介して被測定巻取物の軸方向、該軸方向と直角方向および上下方向 に移動可能に、フレームに取り付けられ、測定ユニットが前記電算ユニットにそ れぞれ接続され、各測定ユニットの超音波の発振、測定制御装置は、ＣＰＵ、発 振器、送波切換回路、受波切換海路、受振器および出力表示装置よりなり、各測 定ユニットが測定制御装置の送波切換回路および受波切換回路にそれぞれ接続さ れ、前記連結体の移動、各測定ユニットの超音波の発振、受振、送・受波切換、 計測、計測集計および出力表示の全制御が前記ＣＰＵにより行われる巻取物緊度 測定装置の考案である。

【００３９】

【作用】

複数対の超音波発振・受振ユニットを、巻取物径の大小に拘らず、軸と直角方 向に正確に接触維持しうる構造とすることにより、任意の幅（軸方向の長さ）の 巻取物の巻取硬さ（巻取緊度）の幅方向のプロファイルを極めて短時間に正確に 測定することができる。

【００４０】 図１〜図６に示す実施例により、本考案の構成を説明する。

【００４１】 本考案の巻取物緊度測定装置は、電気回路構成線図は図５に示すごとく、測定 側装置１と測定制御装置２とよりなる。

【００４２】 図１，図２に測定側装置１を示す。測定側装置１は複数組の測定ユニット３， ３と支持装置４とよりなる。

【００４３】 １組の測定ユニット３は、図１，図３に示すごとく、同形の超音波の発振子５ と受振子６とが、一定間隔で、互いにアーム１３に振動吸収体４を介して固定さ れてなる。

【００４４】 支持装置４は支持杆７、連結体および堅固なフレーム９よりなる。

【００４５】 連結体８は複数の測定ユニット連結体１０および支持杆連結体１１よりなる。

【００４６】 前記複数組の測定ユニット３，３は、その重心位置において長い支持杆７に、 各測定ユニット３の長手方向が、支持杆７と直角方向となるように、略等間隔に 、測定ユニット連結体１０を介してそれぞれ取り付けられている。

【００４７】 測定ユニット連結体１０により、測定ユニット３は、双矢印Ａ方向に揺動可能 とされ、また緩衝器１５を介して上下方向（Ｂ方向）に緩衝可能とされている。

【００４８】 前記支持杆７は、支持杆連結体１１を介してフレーム９に取り付けられている 。

【００４９】 支持杆連結体１１の支持杆連結部１６で支持杆７が双矢印Ｃ方向に揺動可能と される。

【００５０】 また支持杆連結体１１には軸方向移動部１７、移動杆１８、横方向移動部１９ 、昇降部２９が設けられている。

【００５１】 支持杆連結体１１は、軸方向移動部１７、移動杆１８を介して、軸方向（双矢 印Ｄ方向）にフレーム９上を移動可能で、また横方向移動部１９を介して横方向 （双矢印Ｅ方向）に移動杆１８上を移動可能とされている。

【００５２】 前記支持杆連結部１６が球軸受により構成されていれば、支持杆７は双矢印Ｃ 方向のみならず、双矢印ＡＣにも揺動可能となる。

【００５３】 図５に示すごとく、測定制御装置２は、ＣＰＵ２０、発振器２１、送波切換回 路２２、受波切換回路２３、受振器２４、出力表示装置２５よりなる。

【００５４】 出力表示装置は、図示例では、出力器２６と表示器２７よりなっている。また 受振器２４とＣＰＵ２０との間には受振波を増幅する増幅器２８を設けることが 好ましい。

【００５５】 各測定ユニット３，３の発振子５，５はそれぞれ送波切換回路２２に接続され 、受振子６，６はそれぞれ受波切換回路２３に接続される。

【００５６】 連結体８のフレーム９上での移動および移動杆８上での移動といった測定ユニ ット自動移動装置の作動、各測定ユニット３の超音波の発振、受振、送受波切換 、計測、計測集計および出力表示の全制御はＣＰＵ２０により行われる。

【００５７】 図６にＣＰＵ２０の構成および各測定機器、回路との関係ならびに各信号の流 れを示す。

【００５８】 ＣＰＵ２０は、移動装置作動手段、発振器作動手段、受振器作動手段、送波切 換回路切換手段、受波切換回路切換手段および演算解析出力手段よりなる。

【００５９】 移動装置作動手段は測定ユニット自動移動装置へ、発振器作動手段は発振器２ １へ、受振器作動手段は受振器２４へ、送波切換回路切換手段は送波切換回路２ ２へ、受波切換回路切換手段は受波切換回路２３へそれぞれ作動信号を出力し、 演算解析出力手段は、受振器２４からの出力信号を増幅器２８を介して入力し、 出力表示装置２５へ出力する。

【００６０】 図１の例では、緩衝器１５は、シリンダ４０中をスプリング４１，４１を介し てピストン４２が昇降可能とされるものが示されている。

【００６１】 支持杆７は、図１の双矢印Ｂ方向に、支持杆連結体１１により昇降調節可能と されている。

【００６２】 図２に示すごとく、支持杆７の左右両端の測定ユニット３，３にそれぞれ測距 センサ４３が設けられていれば、被測定巻取物１２への各測定ユニット３，３の 当接に当り、支持杆７の昇降部２９による昇降をＣＰＵ２０を介して行うことが できる。

【００６３】 測定は以下のごとくして行われる。 被測定巻取物１２を別設のコンベア等の巻取物送り装置の運搬体により運搬し 、測定位置にセットする。

【００６４】 測定位置には、図１に示す位置決め用のＶ溝４４等が設けられ、前記巻取物１ ２の位置決めが行われる。

【００６５】 次に連結体８の横方向移動部１９を駆動して支持杆７を巻取物１２の軸心上に 移動し、測定ユニット自動移動装置である昇降部２９を駆動して各測定ユニット ３の発振子５および受振子６を巻取物１２に均等に当接せしめる。

【００６６】 測定ユニット連結体１０および支持杆連結体１１の揺動機能ならびに緩衝器１ ５の緩衝機能により、各発振子５，５および受振子６，６は略均等な接触圧で巻 取物１２に当接される。

【００６７】 測距センサ４３，４３が設けられていれば、支持杆７の下降の際、巻取物１２ に発振子５および受振子６が接近すると下降速度を微速となし、両測距センサ４ ３，４３からの測距信号が同一になった位置で測定ユニット自動移動装置により 支持杆７の下降を止めることが自動化できる。

【００６８】 ＣＰＵ２０の指令信号により発振器２１が発振波信号を送波切換回路２２に送 り、ＣＰＵ２０の指令信号により送波切換回２２と受波切換回路２３が切換制御 され、切換選択された所定位置の発振子５より超音波が図３に示すごとく巻取物 １２に送り出される。

【００６９】 超音波は超音波パルスとして送り出され、経路４５に示すごとく巻取物１２中 を伝播され前記発振子５と対をなす受振子６を振動せしめる。

【００７０】 発振子５と受振子６とには、同形のバイモルフ圧電素子が用いられ、振動方向 を所定の方向に保持することにより感度が高められる。測定ユニット３の長手方 向を巻取物１２の軸と直角方向に保持するのはこのためであり、本考案では測定 ユニット３の方向は常に必要方向に保持されている。

【００７１】 発振器２１により発生されたパルス電流により発振子５は例えば２５ＫＨｚで 振動し、指向性の高い超音波パルスが巻取物１２に送り出される。振動数は巻取 物１２の材質、大きさその他により適宜選定することができる。

【００７２】 超音波パルスは巻取物１２の表面および巻取物１２内を拡散しながら伝播し、 前記超音波パルスの最も早いものが受振子６に到達し、該受振子６を振動させて 圧電気パルスを発生させる。

【００７３】 発振子５の超音波パルス発振から受振子６が伝播超音波パルスの第１波を受け る迄の時間を測定すれば、発振子５と受振子６との間の伝播時間がわかり、ＣＰ Ｕ２０での計算により伝播速度が得られる。

【００７４】 前記第１波は殆どの場合、表面波ではなく、巻取物１２中を伝播した波（縦波 ）である。

【００７５】 予め行ってある数々のテストにより伝播速度と巻取物１２の巻取緊度とは高い 相関関係にあることが判明している。

【００７６】 ＣＰＵ２０からの指令信号により測定ユニット３が順次切り換えられ、それぞ れの測定ユニット３と巻取物１２との当接位置での測定値が得られる。

【００７７】 支持杆７の長さより巻取物１２の軸方向の長さが大である場合は、軸方向移動 部１７を駆動して支持杆７を所定位置まで移動し、前述同様の測定を行う。

【００７８】 得られた複数の測定値はＣＰＵ２０にて処理され、巻取物１２の軸方向の巻取 緊度のプロファイルとして図４のごとく出力表示装置２５よりプリントアウトさ れる。所要時間は数十秒である。

【００７９】 図６にＣＰＵ２０内での信号の流れと、ＣＰＵ２０の外での各装置での動作お よび超音波信号の流れのフローシートを示す。 図６中、巻取物送り装置は巻取物１２の送りを、巻取緊度測定装置以外で、例 えばコンベア等で行うものについて示し、巻取物位置決め装置とは巻取緊度測定 装置で行うものについて示している。

【００８０】 前記プロファイルは各測定装置における伝播速度のプロファイルであり、相対 値であって絶対値のプロファイルは必要でない。巻取物から得られるシートにし わ、たるみ等が発生するのは巻取物の巻取硬さの軸方向のむらがある場合である ので、むらがあるかどうかの判定は、伝播速度のプロファイルで十分であり、こ れにより巻取物のシートの欠陥の予測、トラブル発生の事前防止が極めて迅速に 可能となった。

【００８１】 前述の測定装置では、一定の測定位置に被測定巻取物をセットし、静止の状態 で測定する場合について述べたが、場合によっては流れるコンベア上の巻取物を 測定することも要請される。この場合は、測定側装置を測定時間中（数秒間で十 分である）巻取物の移動に同調して移動させることにより行う。

【００８２】

【考案の効果】

本考案の巻取緊度測定装置により、巻取物の軸方向の各位置での巻取緊度、従 って巻取緊度のプロファイルを極めて迅速にプリントアウトすることが可能とな り、これにより巻取物１巻毎のプロファイルが得られる。

【００８３】 本装置により巻取物個々の欠陥の予測，トラブル発生の事前防止が可能となり 、生産現場へのフィードバックも可能となり、生産性の向上かつ品質の向上均一 化の実現を迅速に行うことができるという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の略示立面図である。

【図２】実施例の略示側面図である。

【図３】測定ユニットと巻取物の接触状態を示す拡大部
分立面図である。

【図４】測定値のプロファイルのプリントアウト線図の
１例である。

【図５】測定制御装置と測定側装置との関係を示すブロ
ック線図である。

【図６】フローシートである。

【図７】従来例の略示立面図である。

【図８】従来例の拡大略示立面図である。

【図９】発振子、受振子の振動方向を示す原理説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 測定側装置 ２ 測定制御装置 ３ 測定ユニット ４ 支持装置 ５ 発振子 ６ 受振子 ７ 支持杆 ８ 連結体 ９ フレーム １０ 測定ユニット連結体 １１ 支持杆連結体 １２ 被測定巻取物 ２０ ＣＰＵ ２１ 発振器 ２２ 送波切換回路 ２３ 受波切換回路 ２４ 受振器 ２５ 出力表示装置

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を用いる巻取物緊度測定装置にお
   いて、測定側装置と測定制御装置とよりなり、前記測定
   側装置は、複数組の測定ユニットと支持装置とよりな
   り、１組の測定ユニットは同形の超音波の発振子と受振
   子とが一定間隔で固定されてなり、支持装置は支持杆、
   連結体およびフレームよりなり、連結体は測定ユニット
   連結体、支持杆連結体よりなり、複数組の測定ユニット
   が、長い支持杆に、各測定ユニットの方向が支持杆と直
   角方向となるように、略等間隔に、揺動および緩衝可能
   に、測定ユニット連結体を介してそれぞれ取り付けら
   れ、前記支持杆は、支持杆連結体を介して被測定巻取物
   の軸方向、該軸方向と直角方向および上下方向に移動可
   能に、フレームに取り付けられ、測定制御装置は、ＣＰ
   Ｕ、発振器、送波切換回路、受波切換回路、受振器およ
   び出力表示装置よりなり、各測定ユニットが測定制御装
   置の送波切換回路、受波切換回路にそれぞれ接続され、
   各測定ユニットの超音波の発振、受振、送受波切換、計
   測、計測集計および出力表示の全制御が前記ＣＰＵによ
   り行われることを特徴とする巻取物緊度測定装置。