JPH0952063A - ストリップの表面形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ストリップの外表面の形状を、面として計測
する。 【解決手段】 ストリップを巻き付けるサンプル巻付け
ロール４と、測定ヘッド支持・駆動ユニット１０とから
なる。 【効果】 測定ヘッド支持・駆動ユニット１０で測定ヘ
ッドを水平移動し、また、サンプル巻付けロール４を一
定角度回動することで、マトリックス状のデータを得る
ことができ、これを３次元グラフで表示すれば表面形状
を一目で認識することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はストリップの表面形
状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先に実開平５−７０６７２
号公報「塗装試験装置」を提案した。この装置は、実際
ラインでの塗装状態を再現する適切な塗装サンプルを迅
速に作成することを目的としたもので、具体的には同公
報の図１に示す通り、塗料パン６１にピックアップロー
ル（符号未記載。正しくは符号２１）を浸漬し、このロ
ール２１にアプリケーションロール２２を当接し、この
アプリケーションロール２２を介して大径のバックアッ
プロール２３に巻き付けたストリップに塗料を塗布する
というものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記装置で実際ライン
での塗装状態を再現する適切な塗装サンプルを迅速に作
成することが可能となった。ところで、塗装サンプルに
おける表面状態の評価は極めて重要である。評価の１つ
に塗膜厚さの均一性のチェックがあり、そのために、一
般に接触式表面粗さ計で表面の凹凸を測る。しかし、上
記表面粗さ計では１軸方向の測定機能しかないので、縦
横の広がりを持った領域の測定は難しい。塗装表面に
は、ストライエーション（たてすじ模様）、チャタマー
ク（機械的よこすじ模様）、わき、ぶつ等の欠陥が存在
するが、それらの全貌を観察するには、ある程度の広範
囲（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ以上）を計測する必要
があり、上記従来の接触式表面粗さ計では難しい。

【０００４】また、ストリップは元々バームクーヘン状
のコイルであるため巻き癖が付いており、前記バックア
ップロールに巻き付けた状態のストリップにおいてもあ
る程度のそりは残り、このようなストリップに塗装をし
てその塗膜を測ったとしても、ストリップ自体のそりと
塗膜の凹凸とが複合され、純粋な塗膜の厚さが測れない
ことになり、計測精度が悪くなるという問題がある。

【０００５】そこで、一定の面積を対象にそこの塗膜の
厚さ若しくは表面粗さを効率よく計測する技術及びスト
リップに付もののそりの影響を除去して計測精度を高め
る技術とが求められている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、被測定ストリップを巻き付けるためのサン
プル巻付けロールと、巻付けられた被測定ストリップを
固定するためにサンプル巻付けロールに付設したクラン
プ機構と、サンプル巻付けロールの外方に配置され、巻
付けられた被測定ストリップまでの距離を測定する測定
ヘッドと、この測定ヘッドを被測定ストリップの幅方向
へ移動させる測定ヘッド往復移動トラバーサと、この測
定ヘッド往復移動トラバーサの姿勢及び位置を調整する
ためのボール押し機構を備えたクレードルと、このクレ
ードルを任意の角度に傾斜させる傾斜台と、前記測定ヘ
ッドを被測定ストリップの面に平行に所定ピッチで走査
させつつ、被測定ストリップの面までの距離を測定し、
測定データを記録・演算・表示する制御・演算手段とか
らストリップの表面形状測定装置を構成する。

【０００７】クランプ機構にて被測定ストリップをサン
プル巻付けロールに密着させることにより、ストリップ
に付もののそりの影響を除去する。非接触型測定ヘッド
を測定ヘッド往復移動トラバーサで往復移動させ、サン
プル巻付けロールを回動させ、得られたデータを制御・
演算部で処理させることにより、広面積の表面形状を測
定することができる。また、測定ヘッドは、クレドール
及び傾斜台にて好みの測定角度とすることができるの
で、測定ヘッドの初期位置設定が極めて容易となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図１は本発明に係るストリップの表面形状
測定装置の正面図であり、ストリップの表面形状測定装
置１（以下「表面形状測定装置１」と略記する。）は、
架台２と、軸受ブロック３，３（一方は奥にあるため不
図示）で回転自在に保持したサンプル巻付けロール４
と、このロール４の外周面を臨む位置に配置した測定ヘ
ッド支持・駆動ユニット１０とを備える。このユニット
１０については後に詳しく説明する。

【０００９】図２は本発明に係るストリップの表面形状
測定装置の要部を断面した側面図であり、サンプル巻付
けロール４はボス４ａを備えたディスク４ｂにリング４
ｃを付設したところの細幅大径ロールであり、ロール軸
５で水平に支持され、このロール軸５の一端を軸継手６
を介してロール回動用電動機７に連結したものである。
この電動機７は、ステッピングモータ又はエンコーダ内
蔵型サーボモータが好適である。後述の制御・演算部へ
パルスを送り、正逆転、回転数の制御が可能であり、正
確な角度の割り出し及び位置決めがなせるからである。
リング４ｃの図最上部に記載したものは、クランプ機構
４０であり、これについては後に詳しく述べる。

【００１０】図３は本発明に係る測定ヘッド支持・駆動
ユニットの側面図であり、説明の都合で想像線で示した
側板を不図示とした。測定ヘッド支持・駆動ユニット１
０は、高さ調整ねじ１１・・・（・・・は複数個を示す。以下
同様。）を介して架台２に載せられた傾斜台１２と、こ
の傾斜台１２に軸１３を介して支持されたクレドール１
４と、このクレドール１４にボール押し機構１５，１６
・・・を介して取付けられたトラバーサ盤１７と、このト
ラバーサ盤１７にリニアベアリング１８，１８を介して
横移動可能に支持されたキャリア１９と、このキャリア
１９に取付けられた測定ヘッド２０（図４参照）とから
なる。

【００１１】図４は本発明に係る測定ヘッド支持・駆動
ユニットの正面図であり、傾斜台１２にクレドール１４
を傾動自在に取付け、このクレドール１４にトラバース
盤１７をある程度移動可能に取付け、このトラバース盤
１７に横移動可能にキャリア１９を取付け、このキャリ
ア１９の中央に測定ヘッド２０を取付けたことを示す。

【００１２】この測定ヘッド２０は、精密距離計又は表
面粗さ計であり、精密距離計としては例えば静電容量形
マイクロメータ、又、表面粗さ計としては光波干渉式、
電気容量式やレーザ式変位計などの非接触型計器が適当
である。しかし、本発明の目的が面を計測することにあ
るので、触針式粗さ計であっても差支えない。

【００１３】トラバーサ盤１７には、測定ヘッド２０を
図左右に往復移動させるための測定ヘッド往復移動トラ
バーサ３０が取付けられており、この測定ヘッド往復移
動トラバーサ３０は、ループの両端がキャリア１９の左
右端に係止されたワイヤ３１と、このワイヤ３１をプー
リ３２を介して強制移動するトラバースモータ３３と、
スプリング３４を備え、ワイヤ３１を緊張させるテンシ
ョナプーリ３５とからなる。

【００１４】トラバースモータ３３を正逆転させること
により、キャリア１９を図右又は左に移動させることが
できる。キャリア１９はリニアベアリング１８，１８の
作用で軽く移動する。モータ３３も、ステッピングモー
タ又はエンコーダ内蔵型サーボモータが好適である。後
述の制御・演算部へパルスを送り、正逆転、ストローク
の制御が可能であり、正確な位置決めがなせるからであ
る。

【００１５】図５は図４の５−５線断面図であり、キャ
リア１９を支えるトラバーサ盤１７は、底面がボール１
５ａと調整ねじ１５ｂからなるボール押し機構１５で支
えられ、背面がボール１６ａと精密ジャッキ１６ｂとか
らなるボール押出し機構１６で支えられていることを示
す。３７は密着機構であり、スプリング３７ａ、リテー
ナ３７ｂ及びボルト３７ｃにてトラバース盤１７を３個
のボール１６ａ・・・（図４参照）に密着させる作用をな
す。３７ｄは球面ブッシュであり球面摺接により、クレ
ドール１４に対してトラバーサ盤１７が傾斜し、非平行
状態になったとしても、ボルト３７ｃを傾斜させないと
いう作用をなす。

【００１６】図６は本発明に係るクランプ機構の分解斜
視図であり、クランプ機構４０は本実施例では、ウェブ
が水平向きのＨ型部材４１と、このＨ型部材４１のウエ
ブに開けた中央のボルト孔４１ａ及び両側のめすねじ４
１ｂ，４１ｂと、Ｌ字断面でクランプ片４２ａを有した
クランプ部材４２と、中央の長いボルト４３及び両側の
短いボルト４４，４４とからなる。中央の長いボルト４
３はクランプ片４２ａ及びウェブを貫通する固定用ボル
トであり、このままでは上方へ抜ける虞れがあるので、
貫通後に抜止め環４５をボルト４３の環状溝４３ａに嵌
合する（図７（ａ）参照）。

【００１７】短いボルト４４，４４はウエブのめすねじ
４１ｂ，４１ｂに螺合してクランパ部材４２をＨ型部材
４１に固定する。これら短いボルト４４，４４で想像線
で示した被測定ストリップＷ（以下、単に「ストリップ
Ｗ」と記載する。）を、Ｈ型部材４１とクランプ片４２
ａとで強固に挟持させることができる。

【００１８】以上の構成からなるストリップの表面形状
測定装置の作用を次に述べる。先ず次の要領でストリッ
プＷをサンプル巻付けロール４に固定する。図７
（ａ），（ｂ）は本発明に係るクランプ機構の作用説明
図であり、（ａ）において、帯板状のストリップＷの両
端部に各々クランプ機構４０，４０を取付け、これらの
クランプ機構４０，４０を、サンプル巻付けロール４の
凹溝４ｄに差込み、中央の長いボルト４３，４３を凹溝
４ｄの底のめすねじ４ｅ，４ｅに螺合する。（ｂ）にお
いて、長いボルト４３，４３を締め込み、クランプ機構
４０，４０を例えば実線位置から想像線の位置まで強制
移動すれば、ストリップＷのそり、たるみは完全に除去
でき、ストリップＷを一定の強さでサンプル巻付けロー
ル４に押圧することができる。

【００１９】図８は本発明に係るストリップの表面形状
測定装置の作動原理図であり、５１はマイクロコンピュ
ータ、５２はサンプル巻付けロール回動用電動機の制御
インタフェース、５３はトラバース用モータの制御イン
タフェース、５４は測定ヘッドのインタフェースであ
り、これらの要素から制御・演算手段５０を構成する。
この制御・演算手段５０は、予めセットされたプログラ
ムに従って、電動機７及びモータ３３の回転及び停止を
制御し、また、測定ヘッド２０からの測定信号の読込
み、演算及び表示をなす。

【００２０】具体的には、ロールに巻付けたストリップ
Ｗのクランプ機構４０に近い任意の部分を、測定の基準
を得るための部分とし、この部分には塗装をせずに「測
定基準位置」と呼ぶことにする。図４において、調整ね
じ１１・・・を廻して傾斜台１２を水平にする。次に、測
定ヘッド２０の中心にストリップの測定基準位置が合致
するように図８のサンプル巻付けロール４を回転させ
る。

【００２１】続いて、測定ヘッド２０の軌跡が、ストリ
ップの測定基準位置に平行になるように、ボール押出し
機構１５，１６・・・（図５参照）にてトラバーサ盤１７
の傾斜を微調整する。このときに、ストリップＷと測定
ヘッド２０の距離を、測定ヘッド２０で直接測定した値
を参照することができる。この操作を「トラバーサの基
準位置設定」と呼ぶことにする。上記設定精度は測定ヘ
ッド２０の精度に依存するが、本例ではサブミクロンま
での測定が可能である。

【００２２】上記設定操作が終ったら、測定ヘッド２０
をストリップＷの左右の一方の端部（原位置）へ移動
し、ロール４を回動してストリップＷの測定開始点を前
記測定ヘッド２０に臨ませる。この状態で、測定ヘッド
２０をトラバース方向（図では左右方向）へ移動し、一
定ピッチでストリップＷの外表面までの距離を測る。第
１列が終了したら測定ヘッド２０を原位置へ戻し、ロー
ル４を一定角度回す。再度、測定ヘッド２０をトラバー
ス方向へ移動し、一定ピッチでストリップＷの外表面ま
での距離を測る。これが、第２列の計測となる。このよ
うに、複数の列を繰り返し計測することにより、計測デ
ータはマトリック（碁盤の目）、即ち（Ｘｉ，Ｙｊ）の
座標毎に読取られるので、面での計測データが得られた
ことになる。

【００２３】

【実施例】本発明に係る実施例を次に説明する。図９は
本発明装置で計測した未塗装ストリップの測定値を表示
した３次元グラフであり、横軸はストリップの幅方向の
位置、縦軸は表面粗さ、斜め軸はストリップの長手方向
の位置を示す。ストリップは１００ｍｍ幅のアルミ箔で
あり、塗装前のものを計測し、マイクロコンピュータに
より測定データを３次元化グラフィック処理したもので
あり、９０ｍｍ×１６０ｍｍの面を表示した。このグラ
フによれば、塗装前のストリップの表面状態が一目で的
確に把握できる。

【００２４】図１０は本発明装置で計測した塗装ストリ
ップの測定値を表示した３次元グラフであり、上記スト
リップに所定の塗装を施し、本発明の装置で計測したと
ころ、所々にピークが認められた。その他の部分は素材
の凹凸が塗料で埋められたことにより、むしろ平坦にな
っていることが分かる。前記ピークは乾燥操作の不適当
により「わき」が発生したものである。この様に、表面
欠陥の分布及び程度が定量的に把握することができる。
また、図１０のデータから図９のデータを引くことによ
り、簡単に塗膜厚さを求めることができる。

【００２５】図１１は本発明装置で計測した塗膜厚さの
グラフであり、横軸はストリップの長手方向位置を示
し、縦軸は塗膜厚さを示す。ストリップＷの幅方向中央
を長手方向３０００ｍｍにわたって表記したもので、塗
膜厚さの分布を表示することができる。

【００２６】上記測定方法及びデータの処理方法は一例
を示したものであり、これらを任意に変更することは差
支えない。また、実施例では、測定ヘッド２０の軸を水
平にしたが、これを傾斜させることができので、初期位
置の調整が容易になる。又は、例えば、測定ヘッド２０
を４５゜に上傾させ図１に示した架台２を低くすること
ができる。サンプル巻付けロール４が極めて大径である
場合に、測定ヘッド２０を低位置に配置することは好都
合である。このように、必要に応じて測定ヘッド２０を
上又は下に傾けて使用できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、サンプル巻付けロールと、クランプ
機構と、測定ヘッドと、測定ヘッド往復移動トラバーサ
と、クレードルと、傾斜台と、制御・演算手段とからス
トリップの表面形状測定装置を構成したので、クランプ
機構にて被測定ストリップをサンプル巻付けロールに密
着させることにより、ストリップに付もののそりの影響
を除去することができ、測定精度を飛躍的に向上させる
ことができる。

【００２８】更に、測定ヘッドを測定ヘッド往復移動ト
ラバーサで往復移動させ、サンプル巻付けロールを回動
させ、得られたデータを制御・演算部で処理させること
により、広面積の表面形状を測定することができる。ま
た、測定ヘッドは、クレドール及び傾斜台にて好みの測
定角度とすることができるので、測定ヘッドの初期位置
設定が極めて容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るストリップの表面形状測定装置の
正面図

【図２】本発明に係るストリップの表面形状測定装置の
要部を断面した側面図

【図３】本発明に係る測定ヘッド支持・駆動ユニットの
側面図

【図４】本発明に係る測定ヘッド支持・駆動ユニットの
正面図

【図５】図４の５−５線断面図

【図６】本発明に係るクランプ機構の分解斜視図

【図７】本発明に係るクランプ機構の作用説明図

【図８】本発明に係るストリップの表面形状測定装置の
作動原理図

【図９】本発明装置で計測した未塗装ストリップの測定
値を表示した３次元グラフ

【図１０】本発明装置で計測した塗装ストリップの測定
値を表示した３次元グラフ

【図１１】本発明装置で計測した塗膜厚さのグラフ

【符号の説明】

１…ストリップの表面形状測定装置、４…サンプル巻付
けロール、１０…測定ヘッド支持・駆動ユニット、１２
…傾斜台、１４…クレドール、１５，１６…ボール押出
し機構、１５ａ，１６ａ…ボール、２０…測定ヘッド、
３０…測定ヘッド往復移動トラバーサ、４０…クランプ
機構、５０…制御・演算手段、Ｗ…被測定ストリップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定ストリップを巻き付けるためのサ
   ンプル巻付けロールと、 巻付けられた被測定ストリップを固定するためにサンプ
   ル巻付けロールに付設したクランプ機構と、 サンプル巻付けロールの外方に配置され、巻付けられた
   被測定ストリップまでの距離を測定する測定ヘッドと、 この測定ヘッドを被測定ストリップの幅方向へ移動させ
   る測定ヘッド往復移動トラバーサと、 この測定ヘッド往復移動トラバーサの姿勢及び位置を調
   整するためのボール押し機構を備えたクレードルと、 このクレードルを任意の角度に傾斜させる傾斜台と、 前記測定ヘッドを被測定ストリップの面に平行に所定ピ
   ッチで走査させつつ、被測定ストリップの面までの距離
   を測定し、測定データを記録・演算・表示する制御・演
   算手段とからなるストリップの表面形状測定装置。