(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
適宜間隔を設けて平行に配した一対の支持ロールと、偏芯検査に供する巻き取り紙ロールを載置させて支持するとともに、該支持ロールを回動自在に支持するロール支持手段と、前記巻き取り紙ロールの紙管を撮影範囲に収めることができる位置に、撮影光学系の光軸を前記支持ロールの軸方向と平行に配した撮影手段とからなり、
前記支持ロールによって巻き取り紙ロールを回動させながら、上記撮影手段で巻き取り紙ロールの紙管の端部の画像を適宜数撮影し、
上記撮影手段によって捕捉した紙管の端部の画像から該紙管の中心位置を求め、該紙管の中心と前記一対の支持ロールのいずれか一方の軸の中心位置との距離の最大値と最小値との差から偏芯量を測定することを特徴とする巻き取り紙ロールの偏芯検査装置。
【請求項２】
撮影手段を前記支持ロールの軸芯間距離の中点を通り、該軸芯間を結ぶ直線と垂直な方向に昇降自在としたことを特徴とする請求項１に記載の巻き取り紙ロールの偏芯検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製紙工場で製造する巻き取り紙ロールの検査装置に関する発明である。
【０００２】
【従来の技術】
製紙工場では、紙の生産性を向上させるために、紙を通常４ｍ以上の幅で抄き抄紙機出口でロール状に巻き取る。このように広い幅の巻き取り紙のロールは、輸送上の問題、需用者の印刷機等、紙の加工機の幅の問題等があり、そのままの形で新聞社、雑誌社等の印刷工場に向けて出荷できない。そのため、製紙工場では、スリッターで適当な小さい幅に裁断し、必要に応じて巻き長さも短くして、需用者の印刷機等の加工機械に適合する大きさの小巻に巻き直して出荷する。そして、小巻に巻き直す時には、芯に紙管（コア）を用いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
小巻に巻き直した巻き取り紙のロール（以下、単に紙ロールともいう）は、印刷工場において、通常はそのままの形状で巻き戻しながら印刷機に供給される。ところが、この紙ロールの断面形状が真円でなく、偏芯していると、印刷機の中でばたつき、断紙、印刷ズレ等の悪影響を及ぼす。従って、製紙工場では、各巻き取り紙について、偏芯量を検査し、偏芯量が一定以下のものだけを出荷している。
【０００４】
偏芯量の検査は、通常、以下に述べる人手による方法で行われている。すなわち、ノーズと呼ばれる円筒状又は円錐状のチャッキング金物を紙ロールのコア（紙管）の中に差し込み、それを中心として目盛りを付されたスケールを回転させ、紙ロールの外周全長に亘って、中心からの半径を測定し、その最大値と最小値との差が一定値以上のものは、不良品として、出荷を停止している。
【０００５】
しかしながら、上述の人手による方法では、手間がかかるうえに、ノーズとコアの間にノーズを回転させるための隙間が必要であり、この隙間が大きいと測定誤差の原因になり、小さいとノーズの回転がスムーズに行えず、測定作業が停滞するという問題がある。また、目盛りを目視することにより半径を測定するため、人的な測定誤差も生じ、不良紙ロールを見落とすという問題もある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る巻き取り紙ロールの偏芯検査装置は、適宜間隔を設けて平行に配した一対の回動自在の支持ロールと、この支持ロールを回動自在に支持するロール支持手段と、撮影光学系の光軸を前記支持ロールの軸方向と平行に配置した撮影手段とからなる。支持ロールは、必ずしも同じ径のものである必要はなく、また、必ずしも水平に設置する必要はないが、同径のロールを水平に設置すれば、装置の構造も簡単であり、撮影手段と支持ロールとの位置関係を調整する際にも、煩雑な作業を要しない。従って、以下の説明は、同径の支持ロールが水平に設置されているものとして述べる。偏芯検査に供する巻き取り紙ロールは、上記一対の支持ロールに載置されて支持されるとともに、該巻き取り紙ロールの側面を前記支持ロールによって、一回転回動させながら、前記撮影手段により巻き取り紙ロールの紙管（口金がついている場合は口金部）の端部を適宜数ｎ個を撮影する。撮影する画像の数ｎは、大きければ大きいほど偏芯検査精度が増すが、概ね１２以上あれば十分である。但し、一定の角度間隔で撮影する等、ほぼ均等な間隔で撮影する必要がある。
【０００７】
次に、上記撮影手段で捕捉した紙管端部の画像から紙管の中心座標Ｑ（Ｘｋ，Ｙｋ）を求め（但し、ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）、その中心座標Ｑ（Ｘｋ，Ｙｋ）を中心とし、上記一対の支持ロール中から予め定めておいた片方の支持ロール（例えば、図４における３Ａ）の接点と前記紙管の中心座標との間の距離を半径とする仮想円の半径Ｌｋを求める。仮想円の意味するところは、偏芯検査に供する巻き取り紙ロールの側面が紙管の軸芯（以下、単に紙管の中心又は紙管中心ともいう）を中心とする真円であると仮定した場合の巻き取り紙ロールの外周の図形である。
【０００８】
この仮想円の半径Ｌｋは、以下に述べるように、偏芯検査に供する巻き取り紙ロールの紙管の中心と巻き取り紙ロール外周部の一点との距離の近似値である。すなわち、巻き取り紙ロールの紙管の中心と巻き取り紙ロール外周部の一点との距離は、厳密に言えば、巻き取り紙ロールと支持ロールとの接点の正確な座標がわからないと計算ができないが、巻き取り紙ロールの偏芯量は直径１ｍのロールでも最大５ｍｍ程度なので、前述した仮想円と支持ロールの接点の座標を用いても偏芯量計算値には大差ない。
【０００９】
紙管の中心位置と選択された片方の支持ロール３Ａの軸芯の位置を同一の座標系で表示し、紙管の中心座標をＱ（Ｘｋ，Ｙｋ）、支持ロールの半径をｒ、支持ロール３Ａの軸芯の座標を（ａ，ｂ）とすると、巻き取り紙ロールの紙管中心と巻き取り紙ロール外周の一点との距離の近似値である仮想円の半径Ｌｋ（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）は、
【数１】
0003572971.tif 000002
により求めることができる。巻き取り紙ロールの偏芯量を同一ロールにおける最大径と最小径との差と定義すると、このＬｋの最大値と最小値の差を求めることにより、その巻き取り紙ロールの偏芯量の近似値が求まる。
【００１０】
上記Ｌｋの値を計算するためには、前記撮影手段の原点と、前記支持ロールの原点との距離等の位置関係が既知であることが必要である。他方、偏芯量の測定をすべき巻き取り紙ロールの外形寸法は種々のものがある。ロール支持手段の高さ位置を一定にしておくと、測定をすべき巻き取り紙ロールのロール径が大きく変わると、紙管の中心の高さが変化する。前記撮影手段を昇降自在としておけば、紙管中心の高さの変更に対処することができる。撮影手段を昇降する場合、その昇降手段に例えばパルスモーターを使用すると、撮影手段の原点の昇降距離を、自動的、且つ正確に知ることができる。
【００１１】
従って、例えば、撮影手段としてＣＣＤカメラを用い、ＣＣＤカメラの撮像面のほぼ中心部で支持ロールの側面を撮影し、テレビモニターで支持ロールの側面画像を見ながら、或いは、撮影した支持ロールの画像を画像処理することにより、ＣＣＤカメラの撮像面の座標系における支持ロールの軸芯の座標を求め、その支持ロールの軸芯の座標に一致するようにＣＣＤカメラの撮像面の原点（０，０）を補正しておく。
【００１２】
そして、ＣＣＤカメラを前記支持ロールの撮影位置から、先に述べたパルスモーター等の移動手段により、Ｘ軸及びＹ軸方向にそれぞれｕ，ｖだけ移動させた場合、その移動距離に応じて、ＣＣＤカメラの撮像面の原点の座標を（ｕ，ｖ）と自動的に補正されるようにしておけば、ＣＣＤカメラによって撮影されるすべての画像を前記支持ロールの軸芯の位置を原点（０，０）とする基準座標系で表示できる。このように、ＣＣＤカメラで撮影した巻き取り紙ロールの紙管中心の座標を支持ロールの軸芯を原点（０，０）とする基準座標系で表示した場合、前記Ｌｋは、
【数２】
0003572971.tif 000003
で算出できる。
【００１３】
上述した偏芯量測定方法及び装置においては、基準座標系の原点を支持ロールの軸芯の位置に設定したが、本発明においては、支持ロールの中心の位置の座標と巻き取り紙ロールの紙管中心の位置の座標とを同一の座標系で表すことができればよいので、基準座標系の原点は任意に定めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態である巻き取り紙ロールの偏芯検査装置の側面図で、偏芯量の検査に供される巻き取りロール１は、紙管２に巻き取られて形成されており、その幅員や巻き取り長さは需要者の要求に応じたものとしてある。
前記巻き取り紙ロール１は支持ロール３に載置されて支持される。この支持ロール３は、図３に示すように、適宜な距離を設けて配設された同径の一対の回動自在な支持ロール３Ａ、３Ｂからなり、これら支持ロール３Ａ、３Ｂの回動軸は同一の水平面内で平行に配されている。そして、一方あるいは双方の支持ロール３Ａ、３Ｂを図示しない駆動軸の動力によって回動させるようにしてある。
【００１５】
巻き取り紙ロール１の紙管２の端部に臨ませて、巻き取り紙ロールの紙管の軸と平行になるような光軸を持つ撮影カメラ４が設けられている。このカメラ４は第１アクチュエーター５によって支持ロール３Ａ、３Ｂの軸間距離の中点を通る鉛直線に沿って指示された距離を正確に昇降自在とされている。巻き取り紙ロールのおよその径は赤外線や超音波を利用した距離センサー８により事前に測定され、前述した紙管が撮影できるような位置になるようにカメラ４の昇降量が、第１アクチュエーター５に指示される。
【００１６】
また、前記第１アクチュエーター５は上部が第２アクチュエーター６によって支持されており、該第１アクチュエーター５が支持ロール３の軸方向と平行な方向に沿って移動自在とされている。従って、このアクチュエーター５、６の移動によって前記カメラ４が紙管２の端部に接近、隔離して該端部を撮影範囲に確実に収めることができるようにしてある。また、前述のように、第１アクチュエーターには、巻き取り紙ロール１の端面までの距離を検出するための赤外線センサー等の距離センサー７が設けられ、上部には巻き取り紙ロールのおおよその外径を検知するための距離センサー８が設けられている。
【００１７】
図２及び図３はこの巻き取り紙ロールの偏芯検査装置を実装した場合の概略の構造を示すもので、この偏芯検査装置によって検査できるもっとも小径な巻き取り紙ロール１Ａと最も大径の巻き取り紙ロール１Ｂとを併記している。これら巻き取り紙ロール１を前記一対の支持ロール３Ａ、３Ｂ上に載置させると、その外径の大きさにかかわらず、該巻き取り紙ロール１の紙管２の中心が支持ロール３Ａ、３Ｂの軸間距離の中点の上方に位置することになる。そしてこの巻き取り偏芯測定装置は巻き取り紙ロールの両端に配置されている。このため、巻き取り紙ロール１の偏芯検査は該巻き取り紙ロール１の両端部で行えるようにしてある。
【００１８】
また、前記カメラ４によって捕捉された位置データーやカメラ４の昇降距離などに関するデーターは、図示しない演算装置に入力され、前述及び後述する数式等の計算に用いられる。
以上により構成されたこの実施形態にかかわる巻き取り紙ロールの偏芯検査装置について、その作用を図４を参照しながら以下に説明する。
【００１９】
検査に供される巻き取り紙ロール１は、図示しない搬送装置によってこの偏芯検査装置に給送され、支持ロール３に載置されると、該巻き取り紙ロール１の紙管２の端面の中心が、該支持ロール３Ａ，３Ｂの軸間距離の中点のほぼ鉛直線上に位置することになる。前記距離センサー８のデータを基に、前記第１アクチュエーター５を作動させてカメラ４を紙管２の端面の画像を捕捉することができる高さ位置まで昇降させて移動させる。このとき、カメラ４の移動量を基準位置からの距離として計測する。この計測は、例えば第１アクチュエーター５にパルスモーターを利用してそのパルス数をカウントしたり、エンコーダーなどを設けておけば容易に認識することができる。
【００２０】
なお、基準位置は２本の支持ロールの軸間距離の中点との関係で、既知の位置であり、カメラ４の移動量を計測することにより該カメラ４と支持ロール３の軸芯との距離を認識することができる。次に第２アクチュエーター６を作動させて、カメラ４を紙管２の画像を捕捉できる位置に位置させる。なお、この時に前記距離センサー７によって得られた巻き取り紙ロールまでの距離を参考にしてカメラ４を移動させる。
【００２１】
前記カメラ４で紙管２の端面の画像を捕捉すると、該紙管２がほぼ真円であるから、その中心Ｑの座標は、紙管の画像の位置データを画像処理（例えば円周上の任意の３点を通る円の中心を算出する方法）により算出することができる。
【００２２】
ところで、先に、基準座標系の原点は、任意に定めることができる旨を述べたが、巻き取り紙ロールの紙管中心と巻き取り紙ロールの外周部の一点との距離の近似値であるＬｋの値を求めるに当たっては、任意に定めた基準座標系における支持ロール３Ａの軸芯の座標と巻き取り紙ロールの紙管中心の座標を求めなければならない。
【００２３】
或いは、支持ロール３Ａの軸芯を基準座標系の原点とし、その座標系における巻き取り紙ロールの紙管の中心の座標を求めなければならない。ところが、支持ロール３Ａの端部は、通常軸受けにより支持されているので、支持ロールの側面全体の撮影が困難であるから、カメラの撮像面上で原点を設定することも困難である。また、基準座標系の原点を他の位置に定めたとしても、支持ロール３Ａの軸の座標を求めることも困難である。従って、それに代わる方法の一例を以下に述べる。
【００２４】
図４において、点Ｐはカメラ４の撮像範囲によって形成される基準座標系の原点Ｐ（０，０）を示し、該撮像範囲内の所定点であり、例えば該カメラ４の光軸と撮像面との交点である。カメラ４の昇降手段であるアクチュエイター５は、支持ロール３Ａ，３Ｂの軸間距離の中点を通る鉛直線に沿って昇降するようにこの検査装置を製作する。
【００２５】
次に、半径が既知の値Ｌ０で全く偏芯していない真円の巻き取り紙ロールを支持ロール３Ａ，３Ｂ上に載置して、一回転させながらその紙管をカメラ４で撮影する。偏芯していない真円の巻き取り紙ロールが用意されていなければ、その巻き取りロール円とほぼ同じ大きさの真円の円盤で、中心位置に印を付したもので代用してもよい。
【００２６】
巻き取り紙ロールの側面が真円であれば、カメラの撮像面におけるその紙管の中心の座標の位置は、巻き取り紙ロールの回転によって変化しない。上記半径Ｌ０の上記巻き取り紙ロールの中心の座標は、支持ロール３Ａ，３Ｂの軸間距離の中点を通る鉛直線上にあるので、カメラの撮像面におけるこの巻き取り紙ロールの中心位置を基準座標系の原点Ｐ（０，０）と座標補正する。このように補正することにより、カメラをアクチュエイター５により、鉛直方向に昇降させても、基準座標系におけるカメラの撮像面に任意に設定した定点のＸ座標は変化しない。
【００２７】
基準座標系における支持ロール３Ａの軸の座標（ａ，ｂ）は、次の理由により、カメラで撮影しなくとも求めることができる。即ち、ａの絶対値は支持ロール３Ａ，３Ｂの軸間距離の１／２であり、ｂは既知の値Ｌ０と既知のロール径ｒとから次の式により算出される。ａ及びｒはこの装置の設計寸法であるから、当然既知の数値である。
【数３】
0003572971.tif 000004
【００２８】
続いて、上記に述べた偏芯測定装置により、偏芯検査に供する巻き取り紙ロールの偏芯量計算の原理を述べる。図４において、点線で示す円Ｃは先に基準座標系の原点を定めるときに用いた半径Ｌ０の真円の巻き取り紙ロールの外周線であり、この円の中心の基準座標系における座標はＰ（０，０）である。実線で示す円Ｄは偏芯検査に供する巻き取り紙ロールの外周線であり、カメラ４で撮影された紙管の中心Ｑの基準座標系における座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）とする（但し、ｋ＝１，２，３，・・・・，ｎ）。偏芯検査に供する巻き取り紙ロール紙管の画像Ｄはこのカメラ４で捕捉されるから、その中心Ｑの座標（Ｘｋ，Ｙｋ）は上記基準座標系の座標として求めることができる。
【００２９】
支持ロールの軸芯の基準座標系における座標は（ａ，ｂ）であるから、巻き取り紙ロールの紙管中心と支持ロールとの接点までの距離の近似値Ｌｋが求まる。
【数式４】
0003572971.tif 000005
なお、偏芯検査に供する実際の巻き取り紙ロールは偏芯しているので、図４における点Ｑを中心とした真円である仮想円Ｅとは支持ロール３Ａに接する接点が若干異なる。即ち、仮想円Ｅは真円であるから、支持ロール３Ａとの接点は、仮想円の中心点Ｑと支持ロール３Ａの軸の中心とを結ぶ直線上にある。しかし、偏芯した巻き取り紙ロールの場合は、その中心点自体を定義することが困難な場合もあり、定義したとしても、必ずしも接線と直交する方向にその中心があるとは限らず、前記接点から僅かにずれる可能性がある。しかし、偏芯量はごくわずかであるので、この差は無視し、図４におけるＬｋの長さを紙管の中心Ｑと巻き取り紙ロールの外周線との間の距離と見なすことができる。
【００３０】
支持ロール３Ａ、３Ｂを回動させて、巻き取り紙ロール１を適宜角度回動させると、巻き取り紙ロール１が偏心している場合には、紙管２の中心Ｑは定位置にはなく、巻き取りロール１の回動に応じて不規則に旋回しながら位置をずらす。しかし、巻き取り紙ロール１を適宜角度回動させるごとに、前述したように、基準座標系における紙管の中心Ｑの座標と、Ｑを中心として支持ロール３Ａに接する仮想円Ｅとの接点との距離を求めることにより、巻き取り紙ロール１のコアー中心と支持ロール３Ａとの接点の距離の近似値を求めることができる。
【００３１】
巻き取り紙ロール１の偏芯量は、これらの近似値の最大値と最小値の差から求めることができるから、例えば５度の角度間隔で巻き取り紙ロールを支持ロール３Ａ，３Ｂ上で回転させながら、カメラ４で順次紙管２を撮影すれば、ｎ＝７２個のＬｋの値が得られる。
そして、算出された巻き取り紙ロール１のＬｋの最大値と最小値との差を偏芯量と定義すればよい。
【００３２】
巻き取り紙ロール１を適宜角度回動させると、巻き取り紙ロール１が偏心している場合には、紙管２の中心Ｑは、巻き取りロール１の回動に応じて不規則に旋回しながら位置をずらし、１回転させると、元の位置に戻る。点Ｑの座標データを適宜数とれば、巻き取りロール１の回動による点Ｑの軌跡は、曲線図形を描く。その曲線図形上の点どうし間の距離の最大値は、前記Ｌｋの最大値と最小値との差と大差ないはずである。従って、上記曲線図形上の点どうし間の距離の最大値を図示しない演算処理装置により計算して求め、偏芯量の近似値としてもよい。
【００３３】
以上に説明した作用では、カメラ４によって捕捉された位置データーやアクチュエーターの移動量、巻き取り紙ロール１の回転角度のデーターは、図示しない演算処理装置に入力され、該処理装置によって前記数式に示した演算が行われ、該処理装置から支持ロール３Ａ、３Ｂを回動させる駆動信号が送出されて巻き取り紙ロール１を所定の角度で回動させるなどが行われる。なお、カメラ４によって捕捉された画像をモニターに表示させて、該モニターを視認しながら作業を行うようにすれば、より操作が容易となる。
図５に、請求項１の発明に係る巻取り紙の偏芯検査装置と、従来の検査方法とによって巻き取り紙ロール１の偏芯量を測定した場合の最大偏芯量と測定に要した時間に関する結果を示す。同図において、実施例１はこの発明の巻取り紙の偏芯検査装置によって直径が１２００ｍｍの巻き取り紙ロール１Ｂについて測定した結果を示し、実施例２は直径が９５０ｍｍの巻き取り紙ロール１Ａについて測定した結果を示す。
【００３４】
また、比較例１及び比較例２は、それぞれ従来から使用されている通常のノーズを用いて人手によって従来と同様に巻き取り紙口一ル１Ｂと巻き取り紙ロール１Ａの偏芯量を測定した結果を示す。比較例３及び比較例４は、それぞれコア２に合せて調整して作成したノーズを用いて人手によって慎重にほぼ正確に巻き取り紙ロール１Ｂと巻き取り紙ロール１Ａの偏芯量を測定した結果を示す。
図５に示す測定結果を比較すると、この発明に係る偏芯検査装置で測定された最大偏芯量は、比較例３，４に示す人手によってほぼ正確に測定された最大偏芯量に近い値となってほぼ満足するデータを取得することができた。しかも、測定時間は従来の方法の場合よりも約５分の１に短縮することができ、測定時間の点でも有利なものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係わる巻き取り紙ロールの偏芯検査装置によれば、紙管を撮影する撮影手段を設けて、これによって捕捉された画像から、演算処理装置により演算し、巻き取り紙ロールの偏芯量を求めるようにしたから、人手によらず偏芯量の検査を行うことができ、人為的な測定誤差の発生を排除することができる。しかも、巻き取り紙ロールに非接触で検査を行えるから、検査を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る巻き取り紙ロールの偏芯検査装置の概略の構造を説明するための概略の正面図である。
【図２】この発明に係わる巻き取り紙ロールの偏芯検査装置を実装した場合の概略の構造を示す正面図である。
【図３】図２における側面図である。
【図４】この発明に係わる巻き取り紙ロールの偏芯検査装置によって偏芯量を算出する原理を説明するための図である。
【図５】この発明に係わる巻き取り紙ロールの偏芯検査装置で測定した場合の結果と従来の方法によって測定した結果、手作業で慎重に測定した場合の結果を比較する図である。
【符号の説明】
１      巻き取り紙ロール
２      紙管（紙管の口金）
３      ロール支持手段
３Ａ    支持ロール
３Ｂ    支持ロール
４      カメラ（撮影手段）
５      アクチュエーター
６      アクチュエーター
７      距離センサー
８      距離センサー
Ｃ      半径Ｌ０の巻き取り紙ロールの外周線
Ｄ      検査に供する巻き取り紙ロールの外周線
Ｅ      仮想円
Ｌｋ    仮想円の半径
Ｐ      基準座標系の原点
Ｑ      検査に供するロールの紙管の中心
【図１】
0003572971.tif 000006
【図２】
0003572971.tif 000007
【図３】
0003572971.tif 000008
【図４】
0003572971.tif 000009
【図５】
0003572971.tif 000010