特開 2025-3327 シート製造測定プロセスのためのギャップを制御する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025003327

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】シート製造測定プロセスのためのギャップを制御する方法

(51)【国際特許分類】

   G01G 17/02 20060101AFI20241226BHJP

   G01G 9/00 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

G01G17/02 A

G01G9/00

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024083078

(22)【出願日】2024-05-22

(31)【優先権主張番号】18/212,434

(32)【優先日】2023-06-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】500575824

【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100138759

【弁理士】

【氏名又は名称】大房 直樹

(72)【発明者】

【氏名】グレッグ レイネン

(57)【要約】      （修正有）

【課題】シート製造測定プロセスのためのギャップを制御する方法を提供する。
【解決手段】連続シートの特性を測定するためのシステムであって、シートの片面に設けられたの第１のスキャナヘッド４であって第１の可動センサベース１０を有する第１のセンサデバイス８と第１のセンサベースを第１の軸に沿って移動させるように構成された第１の調整可能アクチュエータ１２Ａ、１２Ｂと、を備える第１のスキャナヘッド４と、シートの反対面に設けられた第２のスキャナヘッド６であって、第１のスキャナヘッド４とセンサギャップを画定する、第２のスキャナヘッド６と、センサギャップの距離を測定し、センサギャップ距離を所望のギャップ距離に維持するために、第１の調整可能アクチュエータを制御するための制御手段と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の側および第２の側を有し、下流の機械方向に進行する連続シートの特性を測定するためのシステムであって、
（ａ）前記シートの第１の側に隣接して設けられた第１のスキャナヘッドであって、
（ｉ）前記シートの前記第１の側に面する第１の動作表面を画定する第１の可動センサベースを有する第１のセンサデバイスと、
（ｉｉ）前記第１のセンサベースを第１の軸に沿って移動させるように構成された第１の調整可能アクチュエータと、を備える第１のスキャナヘッドと、
（ｂ）前記シートの前記第２の側に隣接して配設された第２のスキャナヘッドであって、前記シートの前記第２の側に面する第２の動作表面を備え、前記第１の動作表面および前記第２の動作表面は、前記連続シートが進行するセンサギャップを画定する、第２のスキャナヘッドと、
（ｃ）前記第１のセンサギャップの距離を測定し、前記測定されたセンサギャップ距離を表す第１の信号を生成するための手段と、
（ｄ）前記センサギャップ距離を所望のギャップ距離に維持するために、前記第１の信号に応答して前記第１の調整可能アクチュエータを制御するための制御手段と、を備えるシステム。

【請求項2】

第１の側および第２の側を有し、下流の機械方向に進行する連続シートの特徴を監視するためのシステムであって、
（ａ）前記シートの第１の外部表面に隣接して設けられた第１の装着ヘッドであって、
（ｉ）前記シートの前記第１の外部表面に面する第１の動作表面を画定する第１の可動センサベースと、
（ｉｉ）前記第１の動作表面に垂直な第１の軸に沿って前記第１のセンサベースを移動させるように構成された第１のアクチュエータと、を備える第１の装着ヘッドと、
（ｂ）前記シートの前記第２の外部表面に隣接して配設された第２の装着ヘッドであって、前記シートの前記第２の外部表面に面する第２の動作表面を備え、前記第１の動作表面および前記第２の動作表面は、前記連続シートが通過するセンサギャップを画定し、前記第１の装着ヘッドおよび前記第２の装着ヘッドは、前記機械方向に垂直な前記横断方向に同期して移動するように位置合わせおよび構成され、少なくとも１つのセンサデバイスが、前記第１の装着ヘッド、前記第２の装着ヘッド、またはその両方に装着される、第２の装着ヘッドと、
（ｃ）前記センサギャップの距離を測定し、前記測定されたセンサギャップ距離を表す信号を生成するための手段と、
（ｄ）前記測定ギャップ距離を所望のギャップ距離に維持するために、前記信号に応答して前記第１のアクチュエータを制御するための制御手段と、を備えるシステム。

【請求項3】

前記第２の装着ヘッドは、前記シートの前記第２の外部に面する前記第２の動作表面を画定する第２の可動センサベースと、前記第２のセンサベースを第２の軸に沿って移動させるように構成された第２のアクチュエータと、を備え、前記制御手段は、前記測定ギャップ距離を前記所望のギャップ距離に維持するために、前記信号に応答して前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータを制御するように構成される、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

動作表面を移動させるためのアクチュエータに接続された動作表面を有するセンサヘッドを含む、連続的な進行ウェブの特性を監視するためのシステムにおいて、動作表面と進行ウェブとの間のセンサギャップを制御する方法であって、
（ａ）前記動作表面と進行ウェブとの間の距離を監視し、測定されたセンサギャップ距離を示す距離信号を生成するステップと、
（ｂ）測定されたセンサギャップ距離を目標センサギャップ距離と比較するステップと、
（ｃ）前記センサギャップ距離を調整するために動作表面を操作するステップと、を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して、生産中に連続シート材料のパラメータを決定するための走査測定システムに関し、より詳細には、走査全体を通して一定のセンサギャップを制御および維持するための、デュアル走査ヘッド内のセンサギャップの能動的測定に関する。

【背景技術】

【0002】

製造中に連続シート材料の特性のオンライン測定を行うことは周知である。オンライン測定の目的は、一般的に言えば、望ましくないプロセス条件が是正される前に製造される標準以下のシート材料の量を減少させながら、シート品質を向上させる目的で、シート製造プロセスの監視を可能にすることである。

【0003】

連続的なフラットシート生産プロセスのためのセンサは、典型的には、製造中にシート材料の進行ウェブを横断または走査するオンラインセンサを有する片面または両面パッケージを使用する。走査は通常、横方向、すなわちシート進行の方向に垂直な方向に行われる。典型的な透過モードスキャナシステムは、ハウジングを含み、ハウジングは、選択されたシートパラメータを測定するためにシートを横切って移動するように、移動するシートの両側（すなわち、シートの上下）に装着される。チャネルまたはカラムが上部ハウジングと下部ハウジングとの間に形成され、シートはチャネル内に設けられ得る。走査システムの動作において、ハウジングは、平行な水平フレーム部材に装着されたトラック上をシートを横切って同期して進行する。

【0004】

実際には、ハウジングは、坪量などのシート特性を検出するセンサを担持するためのプラットフォームとして機能する。したがって、例えば、上部ハウジングは、核ベータ線源などの放射線源を担持することができ、下部ハウジングは、検出器を担持することができる。この場合、センサは、シートが存在しないときに検出器に入射するベータ放射線と比較して、シートが存在するときに検出器に入射する放射線強度を測定することによって坪量測定を行うために使用することができる。すなわち、坪量は、シート材料によって減衰されたベータ線によって測定される。連続シート材料の生産中のオンライン測定は、正確に行うことが困難である。走査センサシステムは、様々な誤差の影響を受けやすい。例えば、ハウジングを隔てる垂直距離が走査中に一定に保たれない場合、入射放射線強度はシート特性の変動とは無関係に変化する。

【0005】

反射モードスキャナシステムは、移動するシートに面する上部ハウジングに装着されたセンサを含む。動作時には、上部ハウジング内の放射線源からの放射線がシートに向けられ、反射された放射線が上部ハウジング内の検出器によって受容される。センサと移動するシートとの間の距離は維持されなければならない。

【0006】

ミスアライメントなどのセンサ位置誤差を補正するために、様々な技術が使用されてきた。しかしながら、現在の方法は、走査システムの二重ハウジング内のセンサギャップの動的な能動的測定および制御を提供していない。

【発明の概要】

【0007】

本発明は、透過測定動作モード中にデュアルスキャナヘッド間の測定チャネル内のセンサギャップを制御するための技法に関する。シート製造環境で使用される多くのセンサは、スキャナヘッド間のギャップに敏感である。例えば、核坪量センサは、製品の重量とセンサ半部の間のカラム内の空気の重量の両方を効果的に測定する。これは、ギャップ距離および空気温度の関数である。他のタイプのセンサは、減算法を使用して、製品の表面までの距離を測定し、これを総ギャップから減算して、レーザキャリパセンサなどにおいてキャリパ測定値を得る。ギャップ自体を制御することによって、影響の補正はセンサごとに単純化され得る。

【0008】

また、本発明は、反射型スキャナシステムにおいて、センサヘッドと、対応する装着ヘッドまたはフレームの反射動作表面との間の測定ギャップを制御するための技術に関する。

【0009】

本発明は、ギャップ測定センサ上の誤差信号を閉じることによって走査全体を通して一定のセンサギャップを維持するためにアクチュエータが使用される閉ループ制御から一部のセンサが利益を得ることができるという認識に部分的に基づいている。一態様では、本発明は、第１の側および第２の側を有し、下流の機械方向に進行する連続シートの特性を測定するためのシステムであって、
（ａ）シートの第１の側に隣接して設けられた第１のスキャナヘッドであって、
（ｉ）シートの第１の側に面する第１の動作表面を画定する第１の可動センサベースを有する第１のセンサデバイスと、
（ｉｉ）第１のセンサベースを第１の軸に沿って移動させるように構成された第１の調整可能アクチュエータと、を備える第１のスキャナヘッドと、
（ｂ）シートの第２の側に隣接して設けられた第２のスキャナヘッドであって、シートの第２の側に面する第２の動作表面を備え、第１の動作表面および第２の動作表面は、連続シートがそれを通じて進行するセンサギャップを画定する、第２のスキャナヘッドと、
（ｃ）第１のセンサギャップの距離を測定し、測定されたセンサギャップ距離を表す第１の信号を生成するための手段と、
（ｄ）センサギャップ距離を所望のギャップ距離に維持するために、第１の信号に応答して第１の調整可能アクチュエータを制御するための制御手段と、を備えるシステムを対象とする。

【0010】

別の態様では、本発明は、第１の側および第２の側を有し、下流の機械方向に進行する連続シートの特徴を監視するためのシステムであって、
（ａ）シートの第１の外部表面に隣接して設けられた第１の装着ヘッドであって、
（ｉ）シートの第１の外部表面に面する第１の動作表面を画定する第１の可動センサベースと、
（ｉｉ）第１の動作表面に垂直な第１の軸に沿って第１のセンサベースを移動させるように構成された第１のアクチュエータと、を備える第１の装着ヘッドと、
（ｂ）シートの第２の外部表面に隣接して設けられた第２の装着ヘッドであって、シートの第２の外部表面に面する第２の動作表面を備え、第１の動作表面および第２の動作表面は、連続シートがそれを通じて進行するセンサギャップを画定し、第１の装着ヘッドおよび第２の装着ヘッドは、機械方向に垂直な横断方向に同期して移動するように位置合わせおよび構成され、少なくとも１つのセンサデバイスが、第１の装着ヘッド、第２の装着ヘッド、またはその両方に装着される、第２の装着ヘッドと、
（ｃ）センサギャップの距離を測定し、測定されたセンサギャップ距離を表す信号を生成するための手段と、
（ｄ）測定ギャップ距離を所望のギャップ距離に維持するために、信号に応答して第１のアクチュエータを制御するための制御手段と、を備えるシステム。

【0011】

さらなる態様において、本発明は、動作表面を移動させるためのアクチュエータに接続された動作表面を有するセンサヘッドを含む、連続的な進行ウェブの特性を監視するためのシステムを制御する方法を対象とする。本方法は、動作表面と進行ウェブとの間のセンサギャップを調整するものであり、
（ａ）動作表面と進行ウェブとの間の距離を監視し、測定されたセンサギャップ距離を示す距離信号を生成するステップと、
（ｂ）測定されたセンサギャップ距離を目標センサギャップ距離と比較するステップと、
（ｃ）センサギャップ距離を調整するために動作表面を操作するステップと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】は、デュアルスキャナヘッドの側断面図である。

【図2】は、透過モードで動作するデュアルスキャナヘッドの側断面図である。

【図3】は、反射モードで動作するデュアルスキャナヘッドの側断面図である。

【図4】は、ウェブ製造または加工システムにおけるスキャナを示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は、スキャナヘッド４および６を有するデュアル走査システム２を示す。上部スキャナヘッド４は、動作平面表面１１を有するベースプレート１０上に支持されたセンサデバイス８を収容する。上部スキャナヘッド４の下部表面２４に取り付けられたアクチュエータ１２Ａおよび１２Ｂは、ベースプレート１０に固定されている。上部センサヘッド４はまた、ベースプレート３０上に支持されるセンサデバイス２８を収容する。上部スキャナヘッド４の下部表面２４に取り付けられたアクチュエータ３２Ａおよび３２Ｂは、動作平面表面３１を有するベースプレート３０に固定されている。上部スキャナヘッド４は上部シート偏向器５０および５２を備えている。

【0014】

上部スキャナヘッド６は、動作平面表面１７を有するベースプレート１６に接続されたセンサデバイス１４を収容する。下部センサヘッド６の上部表面２６に取り付けられたアクチュエータ１８Ａおよび１８Ｂは、ベースプレート１６に固定されている。下部スキャナヘッド６はまた、動作平面表面３７を有するベースプレート３６に接続されたセンサデバイス３４を収容する。下部スキャナヘッド６の上部表面２６に取り付けられたアクチュエータ３８Ａおよび３８Ｂは、ベースプレート３６に固定されている。下部スキャナヘッド６は下部シート偏向器５４および５６を備えている。

【0015】

センサデバイス８の動作表面１１とセンサデバイス１４の動作表面１７との間の変位は、ギャップ６０と、変位測定手段によって測定され得る距離と、を規定する。適切な装置は、センサデバイス８内に配置されたＲＦまたはｚコイル２０を有し、ｚコイル２０からセンサベースプレート１６である基準表面またはプレート２２までの距離を測定する誘導型センサである。誘導型センサは、監視されるウェブまたはシートが紙またはプラスチックである場合に特に適している。ギャップ６０の距離はまた、光学変位、レーザベースの三角測量、誘導型センサ、レーダ、容量センサ、磁場ベースのセンサ、マイクロ波放射ベースおよび音響ベースのセンサによって測定され得る。

【0016】

同様に、センサデバイス２８の動作表面３１とセンサデバイス３４の動作表面３７との間の変位はギャップ６２を規定し、その距離は変位測定手段によって測定され得る。シート製品が金属基板を含む場合、好ましい変位測定機構は、センサ装置２８内に配置された電磁コイル４０と、センサデバイス３４内に配置された第１および第２の磁気センサ４２および４４と、を含む。２つの磁気センサは、好ましくは、タンデムにあり、軸に沿ってコイルと位置合わせされる。電磁コイル４０は、フラックスゲート磁気センサなどの１対の磁気センサによって測定される磁場を生成するために、直流または交流の発生源（図示せず）に接続されている。電磁コイルおよび関連する駆動電流を使用する代わりに、磁場の発生源として永久磁石が使用され得る。この磁気変位センサは、コーティングされた金属電極などの金属箔材料を通して読み取るものであり、参照により本明細書に組み込まれるＴｉｘｉｅｒらの米国特許第１１，５１９，７１０号に記載されている。

【0017】

アクチュエータの各々は、圧電スタックの形態をなす多層圧電アクチュエータを含むことができ、スタックは、ピーク力を犠牲にして作動距離を増加させるために、てこ作用と併せて使用され得る。圧電アクチュエータは、印加された電場に応じて作動時に膨張または収縮することができる。したがって、１つの用途では、スタックが通電されると、スタックは伸長し、スタックが固定されているベースプレートを、関連する動作表面に垂直な垂直方向に押す。図１に示されるように、各スキャナヘッド４および６は、それぞれがセンサギャップ６０、６２を画定する複数のセンサデバイスを含むことができる。ギャップの変位距離は同じであっても異なっていてもよく、各ギャップは互いに独立して制御される。

【0018】

図２は、デュアル走査システム７２を示しており、上部スキャナヘッド７４は、動作平面表面８１を有するベースプレート８０上に支持されたセンサデバイス７８を収容している。上部スキャナヘッド７４の下部表面９４に取り付けられたアクチュエータ８２Ａおよび８２Ｂは、ベースプレート８０に固定されている。センサデバイス７８は放射線源１００を含む。下部スキャナヘッド７６は、センサデバイス８４を収容し、センサデバイス８４は、動作平面表面８７を有するベースプレート８６に接続された放射線検出器１０２を含む。下部センサヘッド７６の上部表面９６に取り付けられたアクチュエータ８８Ａおよび８８Ｂは、ベースプレート８６に固定されている。センサデバイス７８とセンサデバイス８４との間の変位は、ｚコイル９０および基準表面または基準プレート９２を用いて測定される。

【0019】

紙、プラスチック、布などの材料１３０の連続ウェブまたはシートは、機械方向（ＭＤ）に上部スキャナヘッドと下部スキャナヘッドとの間の測定チャネルを通って進行する。一実施形態では、放射線源１００は、材料が存在しないときに検出器に入射するベータ放射線と比較して、材料１３０が存在するときに検出器１０２に入射する放射線強度を測定することによって、材料１３０の坪量などの特性を測定するための核ベータ線源を含む。読み取り値は、放射線源１００と放射線検出器１０２とを隔てる垂直距離が変動する場合、誤差の影響を受けやすい。監視される材料に応じて、例えば、Ｘ線および赤外線などの他の放射線の発生源も使用され得る。

【0020】

本発明では、ＰＩＤコントローラ１０４がギャップ測定手段９０および９２から信号を受信し、コントローラはギャップ変調信号を電圧源１０６、１０８、１１０および１１２に送信するように構成される。振幅の増加、振幅の減少、および電圧源の両極性はすべて伸長または収縮を引き起こす。

【0021】

図２の走査システム７２では、上部センサ装置７８と下部センサ装置８４の両方が、ギャップ距離を調整するためのアクチュエータを備えている。明らかなように、ギャップ変位は、１つ以上のアクチュエータを有するセンサデバイスのうちの１つのみを構成することによって変調され得る。しかしながら、センサデバイス７８とセンサデバイス８４の両方をアクチュエータで操作可能にすることにより、より速い応答が達成される。

【0022】

本発明では、アクチュエータによって調整されるのは、スキャナヘッド７４およびスキャナヘッド７６のいずれの垂直位置でもないことに留意されたい。走査ヘッド（または装着ヘッド）は、典型的には、センサデバイスおよび他の構成要素を収容する比較的大きい構造である。放射線源および検出器などのセンサデバイスは、典型的には１０～１００Ｈｚの範囲にあり、主に１ｋＨｚ以下に制限される周波数機械振動を受ける。本発明は、各センサにおいて最小質量を作動させることによって、振動によって引き起こされる悪影響を補正する。制御されなければならない質量は、使用される感知原理に影響を与える最小質量である。例えば、放射線源からウェブまでの距離が強度に影響を及ぼし、したがって測定に影響を及ぼすのに対して、いくつかの回路の部位は測定に影響を及ぼさないため、センサ電子機器は制御される必要はないが、放射線源は制御される必要がある。フィードバック機構の速度は、これらの振動を相殺することができなければならない。これは、圧電アクチュエータによって達成され得る。これらのアクチュエータの応答時間は、数十から数百マイクロメートルの作動（ギャップ）距離に対して、これ（１マイクロ秒）よりも最大で２桁速くなり得る。

【0023】

図３は、上部スキャナ（または装着）ヘッド１０４がベースプレート１１０上に支持されたセンサデバイス１０８を収容する走査システム１０２を示す。上部センサヘッド１０４の下部表面に取り付けられたアクチュエータ１１２Ａおよび１１２Ｂは、動作平面表面１１１を有するベースプレート１１０に固定されている。アクチュエータは、ベースプレート１１０を垂直方向に移動させ、その軸は、動作平面表面１１１に垂直である。センサデバイス１０８は、放射線エミッタ源１５４およびレシーバ検出器１５２を含む。

【0024】

材料１５０の連続ウェブまたはシートは、ＭＤにおいて上部スキャナヘッドを通過して移動する。動作表面１１１と材料１５０の上部表面との間の変位は、レーザ三角測量デバイス１２０によって測定される。一実施形態では、放射線源１５４は、材料１５０のシート上に集束される赤外線放射線源を含む。材料から反射された放射線は、放射線検出器１５２によって捕捉される。アクチュエータ１１２Ａおよび１１２Ｂは、動作表面１１１と材料１５０の上部表面との間のギャップ距離を維持する。

【0025】

図４は、ウェブ製造または加工システムにおけるデュアルスキャナ１７０を示す。スキャナ１７０は、移動ウェブ（図示せず）のＭＤ方向に垂直な横断方向に沿って前後に進行する。スキャナ１７０は、電動駆動機構（図示せず）によって駆動される。スキャナ１７０は、上部レール１７２および下部レール１７４によってそれぞれ支持されるキャリッジ上に装着される上部装着ヘッド１８０および下部装着ヘッド１８２を含む。２つの位置合わせされた装着ヘッドの移動は同期され、ヘッドは、ウェブが進行するチャネルまたはギャップ１８４を画定する。支持構造１７６、１７８は、レールの分離を維持する。ウェブ（図示せず）は、スキャナがウェブの少なくとも１つの表面上を進行する際に、支持構造１７６、１７８の間を水平に通過する。この実施形態では、スキャナ１７０は、ウェブの１つまたは複数の特徴を測定するために透過モードで動作するセンサデバイス１８６および１９６を有する。

【0026】

上記は、本発明の原理、好ましい実施形態、および動作モードを説明してきた。しかしながら、本発明は、考察される特定の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。したがって、上述の実施形態は、限定的ではなく例示的なものとしてみなされるべきであり、以下の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によってそれらの実施形態において変形が行われ得ることを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】