(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配向性を測定しようとする被測定物の上方位置に、該被測定物の表面上に測定領域として２つのレーザ光干渉縞を形成させるための２台の投光器と、該被測定物の表面による前方反射光のみを測定して被測定物の速さとその方向とに比例した大きさの強度変調信号を検出するための２台の受光器とを対角線上の位置に配置してなる配向性２次元センサを、被測定物の進行方向が２つの干渉縞法線の成す角度の間となるように配置して、該配向性２次元センサを移動機構により被測定物の幅方向へ移動可能となるように支持させ、且つ、該配向性２次元センサの幅方向への移動量を検出するための移動量検出センサを設け、上記配向性２次元センサの出力信号と上記移動量検出センサの出力信号とを演算処理して被測定物の配向性２次元分布を算出する演算制御指令器を備え、更に、上記演算制御指令器に配向性の設定値を入力するためのパラメータ入力器を接続してなることを特徴とする非接触式速度ベクトル検出装置。
【請求項２】
投光器を、コヒーレント光源と、該コヒーレント光源から照射されたレーザ光を平行光化させるコリメートレンズと、該コリメートレンズにより平行光化されたレーザ光を分岐させる光分岐素子と、該光分岐素子により分岐されたレーザ光を被測定物の表面に反射させる反射鏡とを備えた構成とし、且つ受光器を、被測定物の表面で反射した前方反射光を集束させる集光レンズと、該集光レンズにて集束された前方反射光を検出する光検出素子とを備えた構成とした請求項１記載の非接触式速度ベクトル検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は紙の配向角度と相関関係にある紙の原料の如き流動性を有する被測定物の流れ方向とその速度とを検出するための非接触式速度ベクトル検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一例として抄紙機について説明すると、紙の強度や地合は紙の原料中の繊維の向き（配向角度）と相関があることから、ねじれ、曲がり、そり等が少ない高品質な紙を作るためには、抄紙機のすき網部においてヘッドボックスのスライスからすき網上に流出される原料の速度とその方向を検出して制御することが必要である。
【０００３】
抄紙機の湿部（Ｗｅｔ  ｐａｒｔ）は図７にその一例をの概略を示す如く、すき網部（Ｗｉｒｅ  ｐａｒｔ）１とプレス部（Ｐｒｅｓｓ  ｐａｒｔ）２を有し、上記すき網部１には、原料５を流体のジェットとして幅方向に均一に流出させるように供給するためのメインヘッダ６と、上端部に脈動吸収用のエアチャンバ７を連設したミキシングチャンバ８の下端とを、幅方向に配列した多数本の粗分岐管９を介して接続し、且つ上記メインヘッダ６から分岐管１０を介して分岐させたサブヘッダ１１と上記ミキシングチャンバ８とを、流量調節弁１２及び流量計１３を備えた供給管１４にて接続し、更に、該ミキシングチャンバ８の前面上部に、原料５中の繊維が凝集しないよう分散させるための分散部としての分散分岐管１５を介してスライス１６を接続して、分散分岐管１５を経て送られたミキシングチャンバ８内の大半の原料５が、走っているすき網３上に、均一な薄膜状の水流（ジェット）としてスライス１６を通して流出させられるようにすると共に、ミキシングチャンバ８内の原料５の一部がエアチャンバ７内に導かれ、堰部７ａからオーバーフローさせられて液受部７ｂを介して排出させられるようにしてなるヘッドボックス４を備えた構成としてある。１７はブレストロール、１８はフォーミングボードを示す。
【０００４】
上記抄紙機のすき網部１において、ヘッドボックス４のスライス１６からすき網３上へ流出される原料５の配向性を検出するために、従来、図８及び図９に示す非接触式流向流速検出装置が提案されている（実公平６−４８４２０号公報）。
【０００５】
すなわち、上記非接触式流向流速検出装置は、被測定物としての原料５上にランプ２０の光を照射するための投光器１９を保持具２１により支持させると共に、該投光器１９が照射した光の原料５表面上における光の斑を検出するための空間フィルタ式速度センサ２２を上記保持具２１に回転駆動装置２３により回転自在に取り付けて、上記投光器１９と空間フィルタ式速度センサ２２を保持具２１ごとパージ箱２４の中に収納し、且つ該空間フィルタ式速度センサ２２へ回転角度指令信号を出力すると共に速度検出方向を変えながら該空間フィルタ式速度センサ２２より受光信号を入力して流速を演算し、最大流速を得た角度から原料５の流向及び流速を求めるための図示しない演算制御装置を備えた構成としてある。
【０００６】
しかし、上記従来より提案されている非接触式流向流速検出装置の場合、抄紙機のヘッドボックス４のスライス１６から流出される原料５の配向性を測定するときに空間フィルタ式速度センサ２２を回転させて原料５の流出速度が最大となる回転角を探すことにより、原料５の流れ方向及び速さを検知することから、回転駆動装置２３を要すると共に空間フィルタ式速度センサ２２を回転させるための時間が必要となる。しかも、回転角の計測を機械的に行っているために測定誤差が大きくなり、又、投光器１９の光源としてランプ２０を用いていることから短寿命であり、更に、配向性を測定するためのセンシング領域が大きくなり測定分解能が低い、という問題がある。
【０００７】
そのため、最近、配向性を測定しようとする被測定物の上方位置に、該被測定物の表面上に測定領域として２つのレーザ光干渉縞を形成させると共に該被測定物の表面による前方及び後方の反射光を測定して、被測定物の速さとその方向とに比例した大きさの強度変調信号を検出するようにしてなる配向性２次元センサを備えた非接触式速度ベクトル検出装置が、本発明者によって提案され、既に出願されている（特願平８−１１３００６号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記最近提案されている非接触式速度ベクトル検出装置の場合、抄紙機のヘッドボックスのスライスからすき網上へ流出される紙の原料の如き被測定物の配向性をリアルタイムで迅速且つ正確に測定することができるものであるが、本発明は、更に一歩進めて、微弱な強度変調光であっても検出することができるようにして、より高精度化を図ることができるようにしようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、配向性を測定しようとする被測定物の上方位置に、該被測定物の表面上に測定領域として２つのレーザ光干渉縞を形成させるための２台の投光器と、該被測定物の表面による前方反射光のみを測定して被測定物の速さとその方向とに比例した大きさの強度変調信号を検出するための２台の受光器とを対角線上の位置に配置してなる配向性２次元センサを、被測定物の進行方向が２つの干渉縞法線の成す角度の間となるように配置して、該配向性２次元センサを移動機構により被測定物の幅方向へ移動可能となるように支持させ、且つ、該配向性２次元センサの幅方向への移動量を検出するための移動量検出センサを設け、上記配向性２次元センサの出力信号と上記移動量検出センサの出力信号とを演算処理して被測定物の配向性２次元分布を算出する演算制御指令器を備え、更に、上記演算制御指令器に配向性の設定値を入力するためのパラメータ入力器を接続してなる構成とする。
【００１０】
配向性２次元センサの投光器により被測定物の表面に２つのレーザ光干渉縞領域を形成させるようにし、その領域を被測定物が通過する際に干渉縞に乱れが生じると、その縞の乱れが、前方反射光を測定している配向性２次元センサの受光器で被測定物の速さと方向に比例した大きさの強度変調信号の周波数信号として検出され、信号出力が演算制御指令器へ送信される。この際、配向性２次元センサでは、投光器と受光器の幾何学的配置によって、後方反射光はカットされるため、微弱な強度変調信号であっても検出することができる。更に、上記演算制御指令器では、配向性２次元センサからの周波数信号と、該配向性２次元センサの幅方向への移動量を検出するための移動量検出センサからの移動量信号を用いて被測定物の配向性２次元分布を演算し、これとパラメータ入力器からの設定値を比較演算することにより、演算結果を外部出力させる。
【００１１】
なお、上記において、投光器を、コヒーレント光源と、該コヒーレント光源から照射されたレーザ光を平行光化させるコリメートレンズと、該コリメートレンズにより平行光化されたレーザ光を分岐させる光分岐素子と、該光分岐素子により分岐されたレーザ光を被測定物の表面に反射させる反射鏡とを備えた構成とし、且つ受光器を、被測定物の表面で反射した前方反射光を集束させる集光レンズと、該集光レンズにて集束された前方反射光を検出する光検出素子とを備えた構成とするとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１乃至図６は本発明の非接触式速度ベクトル検出装置の実施の一形態を示すもので、図７に示したと同様に、ブレストロール１７に巻き掛けられて走行されるすき網３上にヘッドボックス４のスライス１６から紙の原料５を流出させるようにしてなる抄紙機において、被測定物としての紙の原料５の配向性を検出する場合について例示する。
【００１４】
上記ヘッドボックス４の下流側のすき網３の上方位置に、スライス１６からすき網３上へ流出される原料５の表面を幅方向に走査する配向性２次元センサ２５を設置し、該配向性２次元センサ２５を幅方向へ移動させるための移動機構２６を設けると共に配向性２次元センサ２５の移動量を検出して信号出力する移動量検出センサ２７を備えて、これらを、配向性２次元センサ２５と移動量検出センサ２７からの出力信号を演算処理して原料５の配向性２次元分布を算出するための演算制御指令器２８に接続し、且つ、該演算制御指令器２８に、抄紙機操業のために必要となる設定値を入力するパラメータ入力器２９を接続し、該演算制御指令器２８により、パラメータ入力器２９から入力された配向性の設定値と、上記配向性２次元センサ２５及び移動量検出センサ２７からの出力信号より算出された配向性２次元分布とを比較演算させ、比較演算結果をＣＲＴ３０に出力するようにする。更に、演算制御指令器２８の演算結果に基づき上記移動機構２６の駆動モータ３１（図５参照）を制御させて配向性２次元センサ２５を幅方向へ変位させるようにすると共に、上記演算制御指令器２８の演算結果に基づき、ヘッドボックス４のミキシングチャンバ８とサブヘッダ１１とを接続する供給管１４に備えられた流量調節弁１２の開閉度を調節してスライス１６から流出される原料５の流量調節を行うための流量調節器３２を設けるようにする。
【００１５】
上記配向性２次元センサ２５は、図２乃至図４に詳細を示すように、原料５の表面上に測定領域として２つのレーザ光干渉縞ＳａとＳｂとを交わるように形成させるための２台の投光器３３ａ，３３ｂと、原料５の表面による前方反射光（前方散乱光）のみを測定して原料５の速さとその方向とに比例した大きさの強度変調信号（レーザドップラ光）を検出するための２台の受光器３４ａ，３４ｂとを、十字柱状に形成したホルダーフレーム３５の対角線上の４側面に取り付けて、原料５の進行方向となるすき網３の進行方向Ｘが２つの干渉縞ＳａとＳｂの法線の成す角度の間となるように配置する。
【００１６】
上記投光器３３ａ，３３ｂは、図２に示す如く、底面を開放したケーシング３６内に、レーザ光Ｌの如き干渉性を有する光を照射するコヒーレント光源４０と、該コヒーレント光源４０から照射されたレーザ光Ｌを平行光化させるためのコリメートレンズ４１と、該コリメートレンズ４１により平行光化されたレーザ光Ｌの一部をそのまま通過させると共に一部を水平方向へ反射させる光分岐素子４２と、該光分岐素子４２により分岐されたレーザ光Ｌをそれぞれ下方へ向けて反射させる反射鏡４３と、反射鏡４３にて反射されたレーザ光Ｌを変向させるプリズム３８とを有する構成とし、一方、上記受光器３４ａ，３４ｂは、図３に示す如く、底面を開放したケーシング３７内に、原料５の表面からの前方反射光Ｌ′を上方へ変向させるプリズム３９と、該プリズム３９を通過した前方反射光Ｌ′を集束させる集光レンズ４４と、該集光レンズ４４にて集束された前方反射光Ｌ′を検出する光検出素子４５とを有する構成としてある。なお、上記プリズム３８，３９は２つの干渉縞ＳａとＳｂを互に近接、離反させられるように変位可能としてある。
【００１７】
図４は上記配向性２次元センサ２５の内部回路構成を示すもので、レーザ光Ｌを照射させるコヒーレント光源４０に半導体レーザ駆動器４６を接続すると共に、光検出素子４５により測定している前方反射光Ｌ′を周波数信号として検出するために、該光検出素子４５に波形整形器４７と高速周波数検出演算器４８を順次接続してなり、高速周波数検出演算器４８の出力側信号線を上記演算制御指令器２８へ接続するようにする。
【００１８】
更に、上記移動機構２６は、図５及び図６に詳細を示す如く、上記ヘッドボックス４の下流側のすき網３の上方位置に該すき網３の幅方向に亘って配置した枠体４９を固定フレーム５０により支持固定させ、該枠体４９の各隅にタイミングプーリ５１を取り付けると共に枠体４９の底辺寄りの位置にテンションプーリ５２を設けて、５つのプーリ５１，５２間にタイミングベルト５３を掛け回し、該タイミングベルト５３に取り付け治具５４を介して上記配向性２次元センサ２５を取り付けて、上記４つのタイミングプーリ５１の中の１つを上記駆動モータ３１により回動させることによって配向性２次元センサ２５を幅方向へ移動されるようにしてなり、更に、上記枠体４９の配向性２次元センサ２５と同じ高さレベルに、該配向性２次元センサ２５の移動量を検出するための上記移動量検出センサ２７を取り付けるようにする。
【００１９】
ヘッドボックス４のスライス１６から流出される原料５の配向性を測定するために、該原料５の表面上に配向性２次元センサ２５をなす２つの投光器３３ａ，３３ｂよりレーザ光Ｌを照射させて原料５の表面上に２つの干渉縞Ｓａ，Ｓｂ（測定領域）を形成させようとするとき、一方の投光器３３ａ側から照射されたレーザ光Ｌの原料５表面による前方反射光Ｌ′を一方の受光器３４ａで測定させるようにし、他方の投光器３３ｂ側から照射されたレーザ光Ｌの原料５表面による前方反射光Ｌ′を他方の受光器３４ｂで測定させるようにする。このとき、ヘッドボックス４のスライス１６から流出される原料５に含まれる紙繊維、又はかたまりが２つの干渉縞Ｓａ，Ｓｂを横切ったために干渉縞Ｓａ，Ｓｂに乱れが生じると、原料５の表面からの反射光Ｌ′を測定している受光器３４ａ，３４ｂでは強度変調信号を検出することになる。この際、発光器３３ａ，３３ｂと受光器３４ａ，３４ｂとは、幾何学的配置により、後方反射光はカットして前方反射光Ｌ′のみを測定するようにしてあるため、微弱な強度変調信号であっても確実に検出することができる。原料５の速さに比例する大きさの強度変調信号は上記波形整形器４７及び高速周波数検出演算器４８により周波数信号へ変換して検出させることができ、検出した周波数信号は上記演算制御指令器２８へ送信させるようにする。
【００２０】
更に、上記演算制御指令器２８では、配向性２次元センサ２５より送信された原料５の速さに比例する大きさの周波数信号に加え、上記移動量検出センサ２７より送られてきた配向性２次元センサ２５の幅方向への移動量信号を用いて配向性２次元分布を演算させるようにし、これと上記パラメータ入力器２９により入力された配向性の設定値とを比較演算させて、演算結果をＣＲＴ３０により外部出力させ、且つ演算結果を上記移動機構２６の駆動モータ３１へフィードバックして該駆動モータ３１を稼動させて配向性２次元センサ２５を幅方向へ適宜移動させるようにすると共に、上記流量調節器３２へ送信させるようにする。
【００２１】
このように、本発明においては、ヘッドボックス４のスライス１６からすき網３上へ流出させる原料５の配向性を、配向性２次元センサ２５による出力信号と移動量検出センサ２７による出力信号とを演算制御指令器２８により演算処理させることによって配向性２次元分布として算出させ、これと配向性の設定値とを比較演算した結果をＣＲＴ３０へ外部出力させるようにしてあることから、リアルタイム性の高いセンシングを可能にすることができ、原料５流量の調節やスライス１６のリップの開閉度調節等へセンシング結果をフィードバックすることにより、高品質な紙の製造を行うことができると共に操作の効率化を図ることができる。
【００２２】
上記配向性２次元センサ２５において、２つの受光器３４ａ，３４ｂによる出力信号は、配向性が０°のときは同一周波数の信号となって出力され、配向性が０°でないときにはその配向角に比例する大きさの周波数差を持つ２信号として出力される。
【００２３】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、たとえば、上記実施の形態では本発明の非接触式速度ベクトル検出装置を用いて抄紙機のヘッドボックス４のスライス１６よりすき網３上へ流出される原料５の流れ方向及び速さを測定するようにした場合を示しているが、塗被加工紙を製作するために用いられる塗工機の吐出器より吐出される塗工液の流れ方向及び速さを測定しようとする場合等においても全く同様にして用いることができること、又、抄紙機関係以外の流動性のある物の流れ方向の検出にも用いることができること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の非接触式速度ベクトル検出装置によれば、配向性を測定しようとする被測定物の上方位置に、該被測定物の表面上に測定領域として２つのレーザ光干渉縞を形成させるための２台の投光器と、該被測定物の表面による前方反射光のみを測定して被測定物の速さに比例した大きさの強度変調信号を検出するための２台の受光器とを対角線上の位置に配置してなる配向性２次元センサを、被測定物の進行方向が２つの干渉縞法線の成す角度の間となるように配置して、該配向性２次元センサを移動機構により被測定物の幅方向へ移動可能となるように支持させ、且つ、該配向性２次元センサの幅方向への移動量を検出するための移動量検出センサを設け、上記配向性２次元センサの出力信号と上記移動量検出センサの出力信号とを演算処理して被測定物の配向性２次元分布を算出する演算制御指令器を備え、更に、上記演算制御指令器に配向性の設定値を入力するためのパラメータ入力器を接続してなるようにして、被測定物の表面上に測定領域としての２つのレーザ光干渉縞を形成させると共にその前方反射光のみを測定するようにしてなる配向性２次元センサによる出力信号と、該配向性２次元センサの幅方向への移動量を検出する移動量検出センサによる出力信号とを用いて、演算制御指令器により被測定物の配向性を演算させるようにしてあることから、微弱な強度変調信号でも高精度に検出することができると共に、リアルタイム性の高いセンシングを可能にすることができて配向性の測定結果を直ちにフィードバックさせることができ、しかも、配向性２次元センサではレーザ光を利用するようにしてあることから迅速な測定を行うことができ、測定領域として２つのレーザ干渉縞を形成するようにしてあることからより正確な測定を行うことができ、高い信頼性が得られる、という優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非接触式速度ベクトル検出装置の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】本発明の要部である配向性２次元センサの主として投光器の部分を示す一部切断斜視図である。
【図３】配向性２次元センサの受光器の部分を示す概略図である。
【図４】配向性２次元センサの内部回路構成図である。
【図５】配向性２次元センサを幅方向へ移動させるための移動機構を示す概要図である。
【図６】図５のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図７】抄紙機のすき網部の一例を示す概略図である。
【図８】従来提案された非接触式流向流速検出装置の一部を示す概略図である。
【図９】従来の非接触式流向流速検出装置の部分図である。
【符号の説明】
５  原料（被測定物）
２５  配向性２次元センサ
２６  移動機構
２７  移動量検出センサ
２８  演算制御指令器
２９  パラメータ入力器
３３ａ，３３ｂ  投光器
３４ａ，３４ｂ  受光器
４０  コヒーレント光源
４１  コリメートレンズ
４２  光分岐素子
４３  反射鏡
４４  集光レンズ
４５  光検出素子
Ｌ  レーザ光
Ｌ′  前方反射光
Ｓａ，Ｓｂ  干渉縞
Ｘ  被測定物の進行方向
【図１】
0004075101.tif 000002
【図２】
0004075101.tif 000003
【図３】
0004075101.tif 000004
【図４】
0004075101.tif 000005
【図５】
0004075101.tif 000006
【図６】
0004075101.tif 000007
【図７】
0004075101.tif 000008
【図８】
0004075101.tif 000009
【図９】
0004075101.tif 000010