(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット（１）の含水量を判定する装置であり、それぞれターゲット表面（１０）の方に向けられた少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および少なくとも１つの基準放射線源（４）と、前記ターゲット表面に反射して戻ってくる放射線の強度を測定する少なくとも１つの検出素子（３）とを有し、使用時は、前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）、前記少なくとも１つの基準放射線源（４）および前記少なくとも１つの検出素子（３）が前記ターゲット表面（１０）とちょうど対面するように配置され、且つ空気またはガスを使用する加圧装置であって、前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）と前記ターゲット表面（１０）との間、および／または前記少なくとも１つの基準放射線源（４）と前記ターゲット表面（１０）との間、および／または前記ターゲット表面（１０）と前記少なくとも１つの検出素子（３）との間の光路の各領域において、空気またはガス雰囲気を人工的に流動させることが可能な加圧装置が設けられ、
前記ターゲット放射線源（２）、前記基準放射線源（４）および前記検出素子（３）は、対応する貫流点または通路を壁部（１８）に形成したハウジング（１５）内に配置され、該貫流点または通路を通じて、前記ターゲット放射線源（２）および前記基準放射線源（４）から放出されたビーム（２１、２２）が出射し、前記ターゲット表面（１０）で反射した該ビーム（２３）が入射し、
前記ハウジング（１５）の前記壁部（１８）内の前記通路は、ホルダ要素（３１、３１’）内の貫通孔（４１、４２、４３）として形成され、該貫通孔の前記ハウジング（１５）の内側の端部には、それぞれ前記ターゲット放射線源（２）、前記基準放射線源（４）および前記検出素子（３）が配置され、使用時は該貫通孔の反対側の端部が前記ターゲット表面（１０）の方に向けられ、且つ
前記ホルダ要素（３１、３１’）の前記貫通孔（４１、４２、４３）はそれぞれ少なくとも１つの側面入口（７１、７２、７３）を有し、該側面入口はそれぞれ前記加圧装置に連結されており、該側面入口を通じて、人工的に流動させた空気またはガスを前記貫通孔（４２、４２、４３）に誘導することが可能となることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および前記少なくとも１つの基準放射線源（４）は、それぞれ発光ダイオードによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および前記少なくとも１つの基準放射線源（４）は、共通のＬＥＤハウジングに組み込まれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および前記少なくとも１つの基準放射線源（４）から放出される各ビームはコリメートされないことを特徴とする請求項１、２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記ターゲット（１）は、前記ターゲット放射線源（２）、前記基準放射線源（４）および前記検出素子（３）に対して一定の距離を置いて移動させることが可能な繊維材料ウェブであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
貫流点または通路を２つだけ形成し、該貫流点または通路のうちの１つだけを共通のＬＥＤハウジングに設け、該共通のＬＥＤハウジングに前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および前記少なくとも１つの基準放射線源（４）を組み込むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記ホルダ要素（３１、３１’）は前記壁部（１８）に埋め込まれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記貫通孔（４１、４２、４３）の中心軸線は同一平面内で位置合わせされることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記貫通孔（４１、４２、４３）の前記中心軸線はそれぞれ平行に配置されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記検出素子（３）の前記貫通孔（４２）の前記中心軸線は、前記ターゲット表面（１０）に対して垂直に向けられ、前記ターゲット放射線源（２）および前記基準放射線源（４）の前記貫通孔（４１、４３）の前記中心軸線は、それぞれ前記検出素子（３）の前記貫通孔（４２）の前記中心軸線と角度αを成すように向けられることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記側面入口（７１、７２、７３）は、好ましくは前記貫通孔（４１、４２、４３）の前記中心軸線と直交する非貫通孔によって形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および前記少なくとも１つの基準放射線源（４）は、前記少なくとも１つの検出素子（３）の周りの仮想円上に配置されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記ハウジング（１５）は、気密性を有するように形成され、前記ハウジング（１５）と空気またはガスを使用する前記加圧装置とを連結するための耐圧性入口（９１）を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記貫流点または通路の前記ハウジング（１５）の外側の領域に、前記貫流点または通路を覆う封止シェル（８０）が配設され、該封止シェル（８０）は、前記ハウジング（１５）の外側に耐圧性を有するように連結され、前記ハウジングの外壁と共にキャビティを形成し、前記貫流点または通路と位置合わせされた開口（８１、８２、８３）を有し、該封止シェルと空気またはガスを使用する前記加圧装置とを連結するための耐圧性入口（９１’）を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および／または前記少なくとも１つの基準放射線源（４）および／または前記少なくとも１つの検出素子（３）のそれぞれの前記光路内に、放射線透過性保護プレート（８５、８６、８７）が配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記放射線透過性保護プレートは、所定のスペクトル範囲の放射線だけを透過するフィルタプレートであることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
１つまたは複数のガスまたは空気入口（７８）が設けられ、該ガスまたは空気入口（７８）は、空気またはガスを使用する前記加圧装置と連結され、それぞれ前記保護プレート（８５、８６、８７）を挟んで前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）、前記少なくとも１つの基準放射線源（４）および前記検出素子（３）の反対側に配置されることを特徴とする請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１８】
外方に突出する管状部（１３０）に連結されたハウジング壁部（１１０）に少なくとも１つの壁部開口（１９０）が設けられ、該管状部（１３０）の内側には、前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および／または前記少なくとも１つの基準放射線源（４）および／または前記少なくとも１つの検出素子（３）が配置され、且つ前記少なくとも１つの壁部開口（１９０）は、空気またはガスが前記少なくとも１つの壁部開口（１９０）および前記管状部（１３０）を通じて外部に流出し、該空気またはガスによって前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および／または前記少なくとも１つの基準放射線源（４）および／または前記少なくとも１つの検出素子（３）が洗浄されるように、空気またはガスを使用する前記加圧装置に連結されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および／または前記少なくとも１つの基準放射線源（４）および／または前記少なくとも１つの検出素子（３）は、外部に通じる前記通路の開口から一定の距離を置いて管状通路（１６０）内に配置され、且つ前記管状通路（１６０）は、空気またはガスが前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および／または前記少なくとも１つの基準放射線源および／または前記少なくとも１つの検出素子の領域内に流入するように、空気またはガスを使用する前記加圧装置に連結されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
邪魔板（２００）が設けられることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記邪魔板（２００）の平面は、前記少なくとも１つのターゲット放射線源（２）および／または前記少なくとも１つの基準放射線源および／または前記少なくとも１つの検出素子の前記光路と略平行であることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのターゲット放射線源、前記少なくとも１つの基準放射線源および前記少なくとも１つの検出素子は、前記邪魔板（２００）の片側に取り付けられたハウジング（２１０）内に配置されることを特徴とする請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
製造中の紙の裂け目を検出するために請求項１〜２２のいずれか一項に記載の装置を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットの含水量を判定する装置であって、それぞれターゲット表面の方に向けられた少なくとも１つのターゲット放射線源および少なくとも１つの基準放射線源と、ターゲット表面に反射して戻ってくる放射線の強度を測定する少なくとも１つの検出素子とを備える装置に関する。
【０００２】
かかる非接触含水量判定は任意のターゲットを対象に実施することができる。かかる含水量判定は特に、排他的な意味ではなく製紙業界で必要とされている。
【０００３】
本発明は特に、水および繊維材料で構成され、連続脱水による紙調製の原料となる材料混合物の含水量を判定する装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
含水量判定は古繊維のリサイクルで利用されることや廃水残留物のスラリー圧縮プロセスと共に利用されることがある。スラリー圧縮プロセスでは乾式篩上に置かれた繊維材料ウェブの含水量が観測される。
【０００５】
ドイツ特許出願公開第３１４９８６９号明細書によれば、紙ウェブの湿度を測定する装置が既に知られている。この装置では、２つの発光ダイオードが異なる波長の赤外線パルスによる交流パルス周波数を発生させ、これにより反射放射線の強度が測定される。２つの光パルスのうち、一方の光パルスの波長は水のＩＲ吸収スペクトル中の吸収線に対応し、他方の光パルスの波長は吸収波長のそれとは明確に異なり、したがって基準信号の働きをする。ターゲットビームと基準ビームの強度比を一定のレベルに保ちながら、双方の波長の反射放射線強度が測定され、この反射放射線強度に基づいて含水量が判定される。測定に必要なビームの集束および反射調整には、比較的高度な技術設計上の努力が必要となる。動作においてはターゲットビームおよび基準ビームの光路だけでなく反射ビームの光路の途中に存在する素子構成要素も比較的容易に汚染されてしまう。
【０００６】
紙ウェブが非常に高い含水量を有する製紙機器の分野では、諸種の環境条件により有効な測定が実現されていない。理由としては、従来の測定装置では測定光学系その他の光学素子が空気中に存在する液滴その他の浮遊粒子によってすぐに遮られてしまうため、動作不能な状態が長期間継続することが挙げられる。
【０００７】
他の既知の装置では、ターゲットビーム、基準ビームおよび反射放射線が測定装置の内外に光ファイバ素子を通じて供給される。この場合も比較的高度な技術的努力を要する欠点があり、結果として限られた測定感度しか利用できず障害の発生率も高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第３１４９８６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の一目的は、サービスおよび保守の必要性が最小限に抑えられ、単純な技術的手段および高い測定確度によって含水量判定を実現する、上述のタイプの装置を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、ターゲットの含水量が高く、粗い測定条件下にあっても、測定の確度または信頼性を損なうことなく非接触含水量判定が実施できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、上記の目的は、少なくとも１つのターゲット放射線源、少なくとも１つの基準放射線源および少なくとも１つの検出素子をターゲット表面とちょうど対面するように配置し、空気またはガスを使用する加圧装置であって、少なくとも１つのターゲット放射線源とターゲット表面との間、および／または少なくとも１つの基準放射線源とターゲット表面との間、および／またはターゲット表面と少なくとも１つの検出素子との間の光路の各領域において、空気またはガス雰囲気を人工的に流動させることが可能な加圧装置を設けることによって達成される。
【００１２】
前記空気またはガス雰囲気の人工的な流動を利用して、光路内に存在する放射線源および検出素子上に汚染物、湿気、細菌等が堆積することを防止するとともに、時間の経過に伴って放射線源および検出素子の機能が低下することを防止する。本発明の教示によれば、局所的に作用する過剰圧力を発生させることにより、汚染物または堆積物が貫流点または通路ならびに放射線源または検出素子の入口および出口開口を塞ぐこと、即ちそれらの開口を層状に覆うことによって測定に必要な光路に干渉することが防止される。
【００１３】
したがって、本発明の装置は通常であれば短期間のうちに必要となる洗浄が不要となるだけでなく、レンズ、ミラー、光ファイバ、フィルタ、保護レンズのような光学的補助具の相互接続を一切行うことなく放射線源および検出素子を操作することができる。本発明は、非常に湿度が高く且つ／または粉塵の多い環境であっても測定結果を損なうことなく実施することができる。空気またはガス雰囲気の人工的な流動を利用することにより、本発明の装置は装置の汚染が早まることを心配せずに評価対象のターゲット表面に近接して配置することができる。爆発の危険性がある環境では、光ファイバの代わりに適切な不活性ガスを使用することにより、本発明の装置を危険地帯でも直接使用することができる。本発明の装置は単純な構造であるため、耐故障性、感度および測定確度が改善される。
【００１４】
少なくとも１つのターゲット放射線源および少なくとも１つの基準放射線源を発光ダイオードによって形成すれば、本発明に係る小寸法の装置の堅固な構造を達成することができる。ターゲット放射線源および基準放射線源は、例えばフィルタを利用することにより単一の放射線源に置き換えることも可能であるが、その場合は付加的な構造手段が必要となるため本発明の装置の信頼性を損なう恐れがある。
【００１５】
測定用の開口数を最小限に抑えるために、本発明の更なる改良として、少なくとも１つのターゲット放射線源および少なくとも１つの基準放射線源を共通のＬＥＤハウジングに組み込むこともできる。この目的のために、発光波長が異なる複数のｐｎ接合を含む複数の商用ＬＥＤを使用することができる。このような複数のＬＥＤを使用することにより放射線強度を高めることもできる。
【００１６】
ターゲット放射線源および基準放射線源がターゲット表面とちょうど対面するように配置されるため、ターゲット領域で反射された放射線を、特別な補助具を用いずに検出素子に到達させることができる。ターゲット放射線源および基準放射線源から放出されるビームはコリメートされないことが特に好ましい。そのようにすれば、ターゲット放射線源、基準放射線源および検出素子の向き調整を行う際に、理想的な向きからの僅かなずれが測定結果に大きな影響を及ぼすことがなくなる。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、ターゲットはターゲット放射線源、基準放射線源および検出素子に対して一定の距離を置いて移動させることが可能な繊維材料ウェブであり得る。このことは特に、水分を含むターゲット表面が本発明の装置に比べて高い速度で移動し、ターゲットの移動中に含水量を測定する製紙時の測定条件に当てはまる。
【００１８】
本発明に係る装置のすべての構成要素を汚染その他の外部的な影響、例えば機械的影響から保護するために、本発明の例示的な一実施形態では、ターゲット放射線源、基準放射線源および検出素子を、適切な貫流点または通路を壁部に形成したハウジング内に配置し、該貫流点または通路を通じて、ターゲット放射線源および基準放射線源から放出されるビームが出射し、ターゲット表面で反射したビームが入射するようにすることができる。
【００１９】
したがって、ターゲット放射線源および基準放射線源から発せられた放射線が適切な貫流点または通路を通過し、好ましくは方向転換または集束なしにターゲット表面に直接衝突するようにすることができる。ターゲット表面で反射した放射線は、ハウジング内の該当する貫流点または通路も通過し、その後検出素子の入口表面に到達したときに電気信号に変換される。
【００２０】
測定の信頼性と製造の容易性の両面から、ターゲット放射線源、基準放射線源および検出素子はハウジング内で互いに近接して配置することが有利であることが分かっている。なぜならば、そうすることにより放出ビームおよび反射ビームによってカバーされる距離を短く保つことができ、あらゆる種類の干渉を最小限に抑えることができるからである。
【００２１】
一方、貫流点または通路を２つだけ形成し、該貫流点または通路のうちの１つだけを共通のＬＥＤハウジングに設け、該ＬＥＤハウジングに少なくとも１つのターゲット放射線源および少なくとも１つの基準放射線源を組み込むことも可能である。
【００２２】
したがって、本発明の別の実施形態は、壁部に埋め込まれるホルダ要素内の貫通孔によって形成される通路をハウジングの壁部に含むことができ、該貫通孔のハウジングの内側の端部には、ターゲット放射線源、基準放射線源および検出素子が配置され、使用時は該貫通孔の反対側の端部がそれぞれターゲット表面の方に向けられる。
【００２３】
これにより、ターゲット放射線源および基準放射線源から発せられた各ビームがそれぞれに関する貫通孔から出射し、反射ビームが該当する貫通孔に再び入射するようにすることが可能となる。
【００２４】
貫通孔の中心軸線は１つの平面内で位置合わせすることができる。
【００２５】
本発明の可能な一変形形態では、各貫通孔の中心軸線を平行に配置することができる。ターゲット放射線源および基準放射線源が検出素子に近接して配置されるので、ビームの向きが平行であっても検出素子に到達する反射放射線が十分な強度を有することになる。
【００２６】
ターゲット放射線源および基準放射線源から検出素子に到達する反射放射線の強度を高めるために、本発明の別の変形形態によれば、ターゲット表面に向かうビームが表面法線に沿って検出素子とちょうど対面するターゲット表面上のスポットに衝突するように、ターゲット放射線源および基準放射線源の光軸線を傾けることが有利であることもある。
【００２７】
検出素子に関する貫通孔の中心軸線はターゲット表面に対して垂直に向けられ、ターゲット放射線源および基準放射線源に関する各貫通孔の中心軸線は、それぞれ検出素子に関する貫通孔の中心軸線と所定の角度を成すように向けられる。
【００２８】
放射線が出射するまたは放射線がハウジングに再び入射する貫流点または通路は、前記貫流点または通路の領域において、外部からの汚染物の浸入を防ぐための空気またはガスによる加圧が直接実施されるように設計することが有利であることが分かっている。
【００２９】
したがって、本発明の別の例示的な実施形態によれば、ホルダ要素の貫通孔はそれぞれ空気またはガスによる加圧を行うための少なくとも１つの側面入口を有することができる。その場合は、洗浄媒体流を絶えず流すことにより汚染物または湿気の浸入が防止されるとともに、ターゲット放射線源、基準放射線および検出素子を冷却または加熱する選択肢が与えられる。
【００３０】
側面入口の単純な構成は、側面入口を好ましくは貫通孔の中心軸線と直交する止り穴によって形成することにより実現することができる。
【００３１】
本発明の別の実施形態では、ハウジングが気密性を有し、圧縮空気または圧縮ガスラインに連結するための耐圧性入口を有するようにすることができる。加圧によってハウジング内に発生する過剰圧力は、一方では汚染物がハウジングに浸入するのを防止し、他方ではハウジングの内側からターゲット放射線および基準放射線の出射用およびターゲット表面で反射した放射線の入射用に設けられた通路または貫流点を通過する付加的な空気流またはガス流を生み出すことにより、ターゲット放射線源、基準放射線源および検出素子を恒常的に洗浄することができる（ただし、清浄な空気または清浄なガスを利用することを条件とする）。
【００３２】
本発明の別の変形形態では、少なくとも１つのターゲット放射線源および少なくとも１つの基準放射線源を少なくとも１つの検出素子の周りの仮想円上に配置することができる。これにより、複数の放射線源の有利な配置を達成することができるとともに、複数の放射線源の強度を利用して測定を実施することができる。
【００３３】
加圧は必ずしも放射線源が配置されるハウジングの内部で実施する必要はなく、ハウジングの外部で実施することもできる。したがって、本発明の別の実施形態では、各貫流点または通路のハウジングの外側の領域に、封止シェルが設けられる。封止シェルは、ハウジングの外側と耐圧性を有するように関連付けられ、ハウジングの外側と共にキャビティを形成し、貫流点または通路と整列する開口を有し、それ自体と空気またはガスを使用する加圧装置とを連結するための耐圧性入口を有する。封止シェルは、ハウジング壁部の貫流点または通路内に配置されたターゲット放射線源、基準放射線源および検出素子を覆うと同時に、光が双方向に通過できるようにするための開口も有する。動作中は、加圧下の空気またはガスが封止シェルおよび封止シェルの開口を通じて外部に押し出される。これにより、ターゲット放射線源および基準放射線源の光路が遮られない状態を維持するのに必要となる空気またはガス雰囲気の人工的な流動がもたらされる。
【００３４】
これらの放射線源および検出素子は、放射線透過性要素を介在させることによって汚染物から保護することができる。
【００３５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、かかる保護は、少なくとも１つのターゲット放射線源および／または少なくとも１つの基準放射線源および／または少なくとも１つの検出素子のそれぞれの光路内に放射線可撓性保護プレートを配置することによって与えることができる。
【００３６】
迷光の影響を軽減するために、放射線透過性保護プレートを所定のスペクトル範囲の放射線だけを透過させるフィルタプレートとすることもできる。
【００３７】
プレートを空気またはガスで洗浄することにより、周囲大気中に存在する粒子または液滴の堆積物からプレートを保護することができる。かかる保護は、例えば加圧装置に連結される１つまたは複数のガスまたは空気入口を設け、該ガスまたは空気入口を、それぞれ防護プレートを挟んで少なくとも１つのターゲット放射線源、少なくとも１つの基準放射線源および検出素子の反対側に配置することによって与えられる。
【００３８】
本発明の別の実施形態によれば、外方に突出する管状部に連結されたハウジング壁部に少なくとも１つの壁部開口を設けることができる。該管状部の内側には、少なくとも１つのターゲット放射線源および／または少なくとも１つの基準放射線源および／または少なくとも１つの検出素子を配置することができる。また、少なくとも１つの壁部開口は、空気またはガスが少なくとも１つの壁部開口および管状部を通じて外部に流出し、該空気またはガスによって少なくとも１つのターゲット放射線源および／または少なくとも１つの基準放射線源および／または少なくとも１つの検出素子が洗浄されるように、空気またはガスを使用する加圧装置に連結することができる。
【００３９】
かくして、空気またはガス流はハウジングから外部に送り出され、それにより管状部内に配置された放射線源または管状部内に配設された検出素子の周囲に流れ込む。
【００４０】
放射線源および検出素子は、洗浄流が管状断面の全長にわたっては送られず管状部の片側から管状部内に流入し得るように配設することができる。
【００４１】
したがって、本発明の別の実施形態では、少なくとも１つのターゲット放射線源および／または少なくとも１つの基準放射線源および／または少なくとも１つの検出素子を、外部に通じる通路の開口から一定の距離を置いて管状通路内に配置することができ、該管状通路は、少なくとも１つのターゲット放射線源および／または少なくとも１つの基準放射線源および／または少なくとも１つの検出素子の光路の領域に空気またはガスが流入するように、空気またはガスを使用する加圧装置に連結することができる。
【００４２】
本発明の別の実施形態では、空気中に存在する浮遊粒子の少なくとも一部が本発明の装置に直接的な影響を及ぼすことを防止するために邪魔板を設けることができる。前記邪魔板は、特定の方向から到来する粒子が光路の領域に衝突するのを防止するように放射線源および検出素子を覆う。これにより、本発明の装置上に粒子が堆積することにより放射線強度が低下する状況を回避することができる。
【００４３】
邪魔板の配置平面が少なくとも１つのターゲット放射線源および／または少なくとも１つの基準放射線源および／または少なくとも１つの検出要素の光路と実質的に平行である場合は、特に優れた効果が得られる。
【００４４】
更に、少なくとも１つのターゲット放射線源、少なくとも１つの基準放射線源および検出素子を邪魔板の片側に取り付けられたハウジング内に配置することもできる。ハウジングを邪魔板に取り付けることにより、ハウジングの向き調整を行うと同時に本発明の装置に向かって移動する粒子の一部に対する保護を与えることが可能となる。
【００４５】
本発明の別の目的は、アイドル時間および装置の損傷を回避するために製造中の紙ウェブの裂け目の発生を検出することである。高速転送だけでなく紙の品質および質感の差異も考慮すれば、裂け目の発生は非常に重要な問題である。
【００４６】
本発明は更に、製造中の紙の裂け目を検出するための本発明の装置の使用に関するものでもある。反射放射線信号が特定の強度を有さなければ、転送中の紙ウェブに切れ目または裂け目が存在することを示すことができる。
【００４７】
以下、添付図面に示した例示的な実施形態を参照しながら本発明の説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る装置の一実施形態の側面図である。
【図２】図１の実施形態のＡ‐Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る装置の別の実施形態の断面図である。
【図４】図３に示した装置のホルダ要素のＡ‐Ａ断面図である。
【図５】図４に示したホルダ要素の正面図である。
【図６】図４に示したホルダ要素のＢ‐Ｂ断面図である。
【図７】本発明に係る装置の別の実施形態の概略部分側面図である。
【図８】図９の装置のＢ‐Ｂ部分断面図である。
【図９】本発明に係る装置の別の実施形態の部分側面図である。
【図１０】図９の装置のＣ‐Ｃ部分断面図である。
【図１１】本発明に係る装置の別の実施形態の側面図である。
【図１２】図１１の実施形態のＡ‐Ａ断面図である。
【図１３】図１１の実施形態の詳細を示すＢ‐Ｂ断面図である。
【図１４】図１２の詳細を示す図である。
【図１５】本発明に係る装置の別の実施形態の詳細を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る装置の別の実施形態の詳細を示す断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態の取付け構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１および図２は、ターゲット１の含水量を判定する装置を示す。本装置は二部構成の箱形ハウジング１５に収容されている。図面を簡単にするために信号および制御ユニットの図示は省略する。図示を省略した中央ユニットへの電気エネルギーの供給および信号またはデータの転送は、ケーブル接続９０を介して行われる。
【００５０】
ねじ３９で固定されるホルダ要素３１は、ハウジング１５の下半分の壁部１８にある貫流点に気密性および耐圧性を有するように埋め込まれる。前記ホルダ要素３１にはターゲット放射線源２および基準放射線源４が保持される。各放射線源はターゲット１のターゲット表面１０の方を向くように保持される。ホルダ要素３１には更にターゲット表面で反射した放射線の強度を測定する検出素子３も保持される。
【００５１】
本発明によれば、ターゲット放射線源２、基準放射線源４および検出素子３は、測定手順の間、ターゲット表面１０とちょうど対面するように配置される。また、図示は省略するが、空気またはガスを使用する加圧装置も設けられる。加圧装置は、ターゲット放射線源２の出口領域とターゲット表面１０との間、基準放射線源４とターゲット表面１０との間、およびターゲット表面１０と検出素子３の入口領域との間の光路の各領域において、空気またはガス雰囲気を人工的に流動させる。このように空気またはガス雰囲気を人工的に流動させることにより、ターゲット放射線源２、基準放射線源４および検出素子３が汚染物や湿気等によって遮られること、即ちそれらの機能が損なわれることを防止する。
【００５２】
ターゲット放射線源２および基準放射線源４は共に発光ダイオードによって形成されることが好ましく、ターゲット放射線源２および基準放射線源４から放出されるビームはコリメートされないことが好ましい。ターゲット放射線源２および基準放射線源４から放出される波長は約１０００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲である。ターゲット放射線源２の波長は水の放射線吸収が良好な１４５０ｎｍまたは１９４０ｎｍであることが好ましく、基準放射線源４の波長はＩＲ吸収線の値と明確に異なる値、例えば１３００ｎｍであることが好ましい。検出素子３はターゲット表面１０で反射する放射線の強度を測定する。判定すべきターゲットの含水量は、基準波長における強度とターゲット波長における強度との比に基づいて較正を実行して計算される。ターゲット放射線源２および基準放射線源４はそれぞれの放射線を連続的に放出すること、即ち処理可能なパルスの形で放出することができる。放射線パルスの利点は他の放射線源に起因する干渉が低減することである。
【００５３】
検出素子３はフォトダイオードまたはフォトトランジスタであるが、他の等価な素子によって形成することもできる。
【００５４】
図２に示す例示的な実施形態では、ターゲット１はウェブ要素、例えば紙ウェブであり、ターゲット放射線源、基準放射線源および検出素子に対して一定の距離を置いて移動される。
【００５５】
ホルダ要素３１には壁部１８を貫通する平行貫通孔４１、４２、４３が凹設される。ターゲット放射線源２、検出素子３および基準放射線源４は、使用時にそれぞれの光軸線が中心軸線２１、２２、２３に沿った向きとなり、それぞれの反対側の端部がターゲット表面１０の方を向くように、各貫通孔のハウジング１５の内側の端部に挿入される。ターゲット放射線源２、検出素子３および基準放射線源４を適切に受けるために、それぞれに対応する受け孔８１、８２、８３が貫通孔４１、４２、４３の内端に設けられる。詳細は図３の例示的な実施形態に関する図４を参照されたい。
【００５６】
図２に示すように、ターゲット放射線源２および基準放射線源４から放出され中心軸線２１、２２に沿って貫通孔４１、４３から出射する各ビームは、互いに平行に進むとともに、ターゲット表面１０で中心軸線２３に沿って反射し貫通孔４２を通過して検出素子３によって受け取られるビームとも平行に進む。
【００５７】
また、図１によれば、貫通孔４１、４２、４３の中心軸線２１、２３、２２は同一平面内で位置合わせされる。使用するターゲット放射線源、基準放射線源および検出素子の構成タイプおよび数は、本発明の範囲を限定するものではない。
【００５８】
散乱光源に対する良好な保護を与えるために、貫通孔４１、４２、４３の長さはそれぞれの内径の約３倍であることが好ましい。
【００５９】
ターゲット放射線源２、基準放射線源４および検出素子３は様々な手法で支持することができ、例えば合計３つの要素に対し通路が１つだけ設けられるようにすることもできる。
【００６０】
図３〜図６に示す例示的な実施形態では、ターゲット放射線源２、基準放射線源４および検出素子３は、中心軸線２１、２２に沿ってターゲット表面１０に衝突した各ビームが検出素子３に対して垂直な線の真上にある単一のスポットで出会うように、即ちターゲット表面１０に反射して戻ってきたビームが中心軸線２３に沿って検出素子３に入射するように向けられる。
【００６１】
これを実現するために、検出素子３に関する貫通孔４２の中心軸線はターゲット表面１０に対して垂直に向けられ、ターゲット放射線源２および基準放射線源４に関する貫通孔４１、４３の中心軸線２１、２２は、それぞれ検出素子３に関する貫通孔４２の中心軸線２３と７°の角度αを成すように向けられる。
【００６２】
図４および図６に示すように、ホルダ要素３１’内の貫通孔４１、４２、４３は、それぞれ空気またはガスを使用した加圧を実施するための少なくとも１つの側面入口７１、７２、７３を有する。これらの側面入口はそれぞれ非貫通孔によって形成され、非貫通孔はそれぞれ貫通孔４１、４２、４３の中心軸線と直交することが好ましい。図１および図２には詳細に示さないが、これらの側面入口は実際には図１および図２に示した装置内に存在する。
【００６３】
空気またはガスを使用した加圧は、気密性を有するように作製されたハウジング１５であって、ハウジング１５と圧縮空気または圧縮ガスラインとを連結するための耐圧性入口９１を有するハウジング１５によって実現される。このハウジング１５は加圧装置に相当する。圧縮空気を供給したときにハウジング１５内に周囲環境と比較して過剰な圧力が生じると、ビームの通過および光路の形成に必要な前記空気またはガスがハウジング１５の内部から開口を通じて、特に側面入口７１、７２、７３および３つの貫通孔４１、４２、４３を通じて外部に漏出する。こうして外部に到達する空気またはガスは純度が高いため、恒久的な洗浄流を利用して貫通孔４１、４２、４３を汚染物または湿気から保護することができる。流入する空気またはガスの温度調節に関しては、廃熱を放散しまたは凝結および／もしくは核形成を阻止することで冷却または加熱を実現することができる。
【００６４】
爆発の危険性がある環境では、窒素や二酸化炭素のような不活性ガスを洗浄ガスに使用することができる。
【００６５】
図７は別の例示的な実施形態を示す。この実施形態では線形構成を採用する代わりに、２つのターゲット放射線源２および２つの基準放射線源４を検出素子３の周りの仮想円上に配置する。この構成は、ターゲット放射線源２および基準放射線源４の数および順序に関する限り望みどおりに変更することができ、ターゲット１に作用する放射線を増加させることもできる。
【００６６】
ハウジング１５内の貫流点または通路の数を最小限に抑えるために、ターゲット放射線源２および基準放射線源４を共通のＬＥＤハウジングに組み込むこともできる。その場合は、異なる波長のｐｎ接合が対応する数だけＬＥＤハウジングに設けられるダブルＬＥＤまたはトリプルＬＥＤ構成が特に有利であることが分かっている。例えば、トリプルＬＥＤは、１３００ｎｍ、１４５０ｎｍ、１５００ｎｍの波長を有する３つのＬＥＤを共通のＬＥＤハウジングに収容することができる。したがって、本発明の装置は、例えばハウジング１５がターゲット放射線源２、基準放射線源４および検出素子３に対し貫流点を２つだけ有するように構成することもできる。また、貫流点を２つしか形成しない場合は、加圧に必要となる空気またはガスの量も減少する。複数のＬＥＤを使用すれば貫流点の数を変更せずに放射線強度を高めることができる。その理由は、例えば３つの貫流点を形成し、そのうちの２つだけに複数のＬＥＤを設け、残りの１つに検出素子を設ける場合を考えると、２つの貫流点における複数のＬＥＤが、一方ではターゲット放射線を同時に放出し、他方では基準放射線を同時に放出するため、単一のＬＥＤを使用する構成と比較して放出強度を２倍に高めることができるからである。
【００６７】
図８〜図１０の例示的な実施形態では、ターゲット放射線源２、基準放射線源４および検出素子３における各貫流点のハウジング１５の外側の領域には、各貫流点を覆うために封止シェル８０が設けられている。封止シェル８０は気密性および耐圧性を有するようにハウジング１５の外面に連結される。
【００６８】
封止シェル８０はハウジングの外面と共にキャビティを形成する。封止シェル８０は開口８６、８７、８８を有する。各開口はそれぞれ貫流点と位置合わせされ、ターゲット放射線源２、基準放射線源４および検出素子３は、それぞれの中心軸線２１、２２、２３および光軸線が開口８６、８７、８８と位置合わせされ、放出放射線と反射放射線が共に封止シェル８０内の３つの開口８６、８７、８８を通過することができるように各開口に挿入される。開口８６、８７、８８は図示の実施形態では円形断面を有するが、他の任意の形状をとることができる。例えば、これらの開口に相当する寸法の単一のスリットに置き換えることもできる。
【００６９】
ターゲット放射線源２および基準放射線源４はＬＥＤとして配設され、検出素子３はフォトダイオードとして配設される。これらはすべてハウジングの内側の回路基板９７の接続側に配置される。
【００７０】
封止シェル８０は耐圧性入口９１’を有する。耐圧性入口９１’は、封止シェル８０を空気またはガスを使用する加圧装置に連結する側に位置する。動作中は、封止シェル８０内で発生する過剰圧力によって開口８６、８７、８８から排出される空気またはガスが、ターゲット放射線源２、基準放射線源４および検出素子３を堆積物または汚染物から保護する。
【００７１】
図１１〜図１４は例示的な一実施形態を示す。この実施形態では、放出されるターゲット放射線および基準放射線、ならびに検出素子３に入射する反射放射線の自由な通過を保証するとともに、これらの放射線を外来の機械的影響から保護するために、例えば溶融石英でできた放射線透過性保護プレート８５、８６、８７がそれぞれターゲット放射線源２、基準放射線源４および検出素子３に配置される。図１２は、図示を省略した制御ユニットの印刷回路基板１２０を示す。
【００７２】
一方、放射線透過性保護プレート８５、８６、８７は、迷光の影響を軽減するために所定のスペクトル範囲の放射線だけを透過するフィルタプレートとしても実施することができる。
【００７３】
図１３は、ガスまたは空気ベント７７の詳細を示す。ガスまたは空気ベント７７は、一端が空気またはガスを使用して加圧を行う装置に連結され、他端がガスまたは空気入口７８を形成する。ガスまたは空気入口７８は、保護プレート８７を挟んで基準放射線源４の反対側に配設される。ガスまたは空気入口７８は、外部に通じ且つハウジングの内側の端部で放射線源４を受ける貫通孔に続く迂回路となる。したがって、図示は省略するが、ターゲット放射線源２および検出素子３に関するガスまたは空気入口も別途設けられる。したがって、ガスまたは空気洗浄は保護プレート８５、８６、８７を挟んで放射線源２、放射線源４および検出素子３の反対側で実施されることになる。
【００７４】
図１５は、別の例示的な実施形態の詳細を示す。この実施形態では、外方に突出する管状部１３０に連結されたハウジング壁部１１０に壁部開口１９０が設けられる。
【００７５】
管状部１３０の内側にはターゲット放射線源２が配設され、ターゲット放射線源２は孔１７０を有する保持ディスク１８０によって保持される。壁部開口１９０は、例えば図示を省略したハウジングキャビティを介して加圧装置に連結される。この連結は、空気またはガスが壁部開口１９０を介し管状部１３０を経て孔１７０を通って外部に流出し（矢印参照）、該空気またはガスによってターゲット放射線源２が洗浄されるように行われる。したがって、本構成は基準放射線源および検出素子についても同様に使用することができる。
【００７６】
図１６は本発明の別の例示的な実施形態を詳細に示す。この実施形態では、ターゲット放射線源２は、外部に通じる通路１６０の開口１６１から一定の距離を置いて管状通路１６０内に配置される。管状通路１６０は、側面入口７２を介して空気またはガスを使用する加圧装置に連結され、この連結により空気またはガスがターゲット放射線源２の光路の領域に流入するようになる。ターゲット放射線源２の代わりに基準放射線源または検出素子を同様に配置することができる。
【００７７】
図１７は、点線２８５で示した製造対象の紙ウェブが矢印２８０で示した方向に移動する製紙装置の領域において、ハウジング２１０内に配設された本発明の装置の構成を示す。製造中に発生する浮遊粒子２９５の直接的な影響に対する保護を与えるために、ハウジングの片側を覆う邪魔板２００が配設される。邪魔板２００は浮遊粒子２９５の伝搬方向に対して直角となる位置に保持される。
【００７８】
邪魔板２００の平面は、ターゲット放射線源および基準放射線源から出射し、ハウジング２１０の内側に取り付けられた検出素子に入射するビーム２１、２２、２３の光路と略平行である。ハウジング２１０は邪魔板２００の片側に取り付けられる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の装置は、製造中の紙の裂け目検出に利用することができる。かかる検出は、ターゲット放射線源から放出され紙ウェブに衝突した放射線の吸収が突然失われる箇所を検出素子において検出することにより行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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