JP2018159567A - 異物除去工程を備えた用紙検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
抄紙ライン上において、製造中の用紙に含まれる異物を効率的に除去する異物除去工程を備えた用紙検査方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、抄紙中の用紙に付着又は混入した異物を抄紙機上で検知及び除去するための用紙検査方法であって、抄紙機上を走行している用紙を撮像する撮像工程と、撮像工程において撮像した画像に対して、用紙と明暗差のある部分をあらかじめ記憶されている判定基準と比較し、基準外の場合に異物として検知する判定工程と、所定の方法で異物を除去する異物除去工程とを有する用紙検査方法である。
【選択図】 図８

Description

本発明は、用紙を製造する際の抄紙工程中において、水分を脱水するまでの湿紙状態における用紙の検査方法に関するものである。

図１は、一般的な長網抄紙機の概略構成を示すブロック図である。ヘッドボックス（１）から噴出された用紙原料液は、ワイヤパート（２）で紙層形成された後、脱水される。ワイヤパート（２）で形成された紙層は、更にプレスパート（３）で圧搾された後、ドライパート（４）で熱乾燥されて用紙（７）となる。その後、カレンダパート（５）で用紙表面の平滑等を調整した後、巻取部（６）で巻き取られる。

これらの工程を経て製造される用紙（７）は、用紙表面や紙層中に異物等の欠陥がしばしば発生する。原因としては、用紙原材料に由来する異物の他、金属片や鉱物等の異物がある。このような異物は、用紙（７）の外観に悪影響を及ぼすだけでなく、外観に影響を与えない程度の微細な異物であっても、後の塗工や印刷工程において問題となる場合が多く、また、銀行券、旅券、有価証券等、流通過程における機械読取等への影響も懸念されることから、取り除く必要がある。

そのような状況において、例えば、紙ウェブの繊維中の一部に入り込んだ異物を取り除くことが可能な紙面異物除去装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、紙ウェブに対する塗工工程において、走行中の紙ウェブ表面に接触するように設置する紙面異物除去装置であって、走行中の紙ウェブ幅以上の長さを有する複数のブレードと、該ブレードを保持するフレームとを少なくとも有する紙面異物除去装置である。

また、厚さ及び密度が部分的に変化した地合むらを有する用紙や、すき入れが付与された用紙等の異物や欠陥部を、地合むら及びすき入れによる濃淡に左右されずに高精度で検出可能とする用紙検査装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この装置は、透過光で観察して欠陥部として認識可能な紙料かす、紙料のもつれ、泡、結束繊維、樹脂状異物、紙層内又は裏面に存在する異物欠点等を透過光照明によりその濃度変化を検出し、反射光照明を紙表面に同時に適量照射することによって、画像処理装置において異物及び欠陥部を検出する際のノイズ成分となる地合むら及びすき入れによる濃淡変化を減少させて、異物及び欠陥部を高精度に検出する用紙検査装置である。

特開２０１５−１７８０５９号 特開２００５−２７４５２２号

しかしながら、特許文献１記載の技術は、塗工工程（塗工する前）において、複数枚のブレードの先端を走行中の用紙表面に押し当てることで、紙ウェブの繊維中にその一部が入り込み、一部が紙表面に立体的に露出した異物を効果的に除去できるものであるが、異物の全体が紙層中に埋没した状態では、異物を除去できるものではない。

また、特許文献２記載の技術は、検査対象となる用紙の一方側に反射光を照射し、該用紙の他方側から透過光を照射し、受光器にて反射光及び透過光を同時に受光することで、用紙が有する地合むら及び用紙に付与されたすき入れによる濃淡に左右されずに、高精度に異物を検出可能とするものであるが、乾紙に対して行うため、紙層内に空隙を有していることから、水分を有する湿紙に比べると透過光量が低く、検査時の用紙と異物の濃度差を根本的に改善するものではない。

本発明は、前述した課題の解決を目的とするものであり、抄紙機の抄紙ライン上において、製造中の用紙に含まれる異物を効率的に除去する異物除去工程を備えた用紙検査方法を提供する。

本発明は、抄紙機上に、抄紙中の用紙を透過光により撮像するための撮像部と、異物を判定するための判定基準をあらかじめ記憶し、判定基準と比較することで異物を検知し、異物の位置の特定及び除去に対する指示の制御を行う制御部と、制御部からの情報を基に、異物を除去及び回収するための異物除去部を少なくとも備えた異物検査装置を設け、異物検査装置により、抄紙中の用紙に付着又は混入した異物を抄紙機上で検知及び除去するための用紙検査方法であって、撮像部により、抄紙機上を走行している用紙を撮像する撮像工程と、制御部により、撮像工程において撮像した画像に対して、用紙と明暗差のある部分をあらかじめ記憶されている判定基準と比較し、基準外の場合に異物として検知する判定工程と、異物除去手段により、所定の方法で異物を除去する異物除去工程と、を有する異物除去工程を備えた用紙検査方法である。

また、本発明の異物除去工程を備えた用紙検査方法は、異物の除去を確認するために、異物除去工程後において、位置情報を基に用紙に対して透過光を用いて撮像し、撮像した画像を判定基準と比較して異物の有無を再確認する異物除去確認工程を更に有することを特徴とする。

本発明の異物除去工程を備えた用紙検査方法は、抄紙機上において、湿紙の状態で透過光検査を行うため、紙層中や用紙表面における光の乱反射が減り、光が透け易くなることから用紙表裏面及び紙層中に含まれる異物を効果的に検出することが可能となる。

また、本発明の異物除去工程を備えた用紙検査方法は、検出した異物を抄紙機上において除去することで、損紙となる故紙に含まれる異物の低減が可能であり、故紙再利用時の精選作業の負荷軽減、用紙品質の向上が図られる。

さらに、本発明の異物除去工程を備えた用紙検査方法は、抄紙機上において、早いタイミングで異物を検出し、除去することで、異物に起因する各種ロール表面への凹凸や傷の発生を抑制することができ、ロールの延命化やメンテナンスに係るオペレータの作業負荷も軽減できる。

一般的な長網抄紙機の概略構成を示すブロック図。 一般的な長網抄紙機の概略図。 本発明の異物除去装置の構成を示すブロック図。 本発明の異物除去装置を構成している各手段の配置を示す図。 画像入力イメージ及び異物の位置の特定を示す図。 異物除去部の具体的な配置を示す図。 異物除去部の具体的な配置の別の例を示す図。 本発明の異物除去方法を示すフロー図。

本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。しかしながら、本発明は、以下に述べる実施するための形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲記載における技術的思想の範囲内であれば、その他の様々な実施の形態が含まれる。

図２は、用紙（７）を製造するための一般的な長網抄紙機の概略図であるが、本発明を実施するための対象となる抄紙機は、図２に示した長網抄紙機であっても、一般的な円網抄紙機であっても、後述する異物検査装置（Ｍ）を設置可能であれば特に限定はない。以降の実施の形態では、長網抄紙機を例として説明する。

用紙の製造については、主にパルプ繊維、水、薬品、てん料等から成る紙料は、ヘッドボックス（１）からワイヤパート（２）のワイヤ上に流出される。ワイヤ上の紙料は、下流に向かって徐々に脱水されて紙層を形成する。

次に、プレスパート（３）で水が絞られ、ドライパート（４）で水分が蒸発され湿紙が所定の水分割合まで乾燥される。所定の水分割合まで乾燥された用紙（７）は、カレンダパート（５）でつや出しされ、巻取部（６）でリールに巻き取られ、完成した用紙（７）となる。

なお、本発明における用紙（７）とは、抄紙機上で紙層形成された後、脱水、乾燥及びつや出しされる一連の工程における様々な状態の紙の総称とするが、特に本発明の特徴点である湿紙とは、ワイヤパート（２）出口からドライパート（４）までの間の用紙の状態をいう。この湿紙の状態についての詳細は後述する。

本発明の異物検査装置（Ｍ）は、図３のブロック図に示すように、異物の有無を検査するために湿紙表面を撮像する撮像部（Ｐ）と、仮に異物が存在していた場合、検出した異物を除去する異物除去部（Ｊ）と、撮像のタイミング、異物であることの判断、異物の位置の特定等、各部動作の制御等を行う制御部（Ｃ）とから成る。

本発明の撮像部（Ｐ）は、図４に示すように、長網抄紙機上において、走行する用紙（７）が十分な水分を含有する湿紙状態にあるパートで、撮像手段（８）及び照射手段（９）の間を用紙（７）が通過するように挟んで設置することを特徴としている。湿紙状態で撮像することで、紙層中や用紙表面における光の乱反射が減り、用紙（７）は光が透け易くなることから用紙表裏面及び紙層中に含まれる異物を効果的に検出することが可能となる。しかし、湿紙を透過光で撮像するためには、湿紙がワイヤや毛布等の支えがなく、湿紙単独でロール間の走行を可能とする強度を有することが条件であり、湿紙の透過性と強度面から湿紙水分が６０％程度となるプレスパート（３）の下流側、かつ、ドライパート（４）の上流側に撮像部（Ｐ）を設ける必要がある。

また、本発明の目的でもあり、前述したように異物の検査は用紙製造過程における湿紙状態で行い、検出した異物は検査後、用紙（７）が巻取部（６）で巻き取られるまでの間で除去することができるが、用紙伸縮による異物位置情報の変動や異物に起因したロール傷等の発生を回避するためには、撮像部（Ｐ）及び異物除去部（Ｊ）はドライパート（４）の前に設置するのが好ましい。

前述のとおり、本発明における異物の検査及び除去については、長網抄紙機上のプレスパート（３）後からドライパート（４）の前のパートまでで実施するのが好ましいが、各部位が具体的にどのような手段を用いて実施されていくかについて、図４の模式図を用いて説明する。

まず、撮像部（Ｐ）は、長網抄紙機上を走行する湿紙の画像を連続的に撮像する部位であり、図４に示すように、長網抄紙機のプレスパート（３）後、かつ、走行する湿紙の一方の側に配置したラインセンサカメラ等の撮像手段（８）と、湿紙を挟んでその撮像手段（８）と相対する位置から湿紙を照らすためのＬＥＤ光源等の照射手段（９）を有する。撮像手段（８）と照射手段（９）の上下位置関係は特に規制するものではないが、カメラレンズへの汚れ堆積防止、メンテナンス性等を考慮すると、撮像手段（８）を湿紙上側から下向きに設置するのが好ましい。

次に、制御部（Ｃ）について説明する。制御部（Ｃ）は、異物の良否判定基準となる明暗差（濃度値）、寸法等をあらかじめ入力及び記憶しておく記憶手段と、撮像手段（８）で撮像した画像を基に、異物を効果的に抽出するための画像処理手段と、あらかじめ記憶された判定基準と比較して異物を良否判定し、異物位置の特定と当該位置情報を異物除去部（Ｊ）に出力するとともに、撮像部（Ｐ）及び異物除去部（Ｊ）の動作を制御する判定手段を有する。

前述した判定手段における異物位置の特定について、撮像手段（８）での画像入力イメージ及び位置の特定を示した図５により説明する。例えば、撮像部では、湿紙の走行方向（Ｓ１）に対して、湿紙の走行速度に同期して一定時間を１フレームとして画像入力を行う。入力された用紙画像に対して画像処理部では、用紙画像のコーナＡ（ＫＡ）を原点（０、０）として、その原点（０、０）座標からの距離により異物（Ｂ）の位置を（Ｘ１、Ｙ１）として与えることができる。

次に、図６に示すように異物除去部（Ｊ）は、少なくとも前述の制御部（Ｃ）で特定した異物の位置情報に基づき、異物を除去するための異物除去手段（１０）を有する。異物除去手段（１０）は、例えば、レーザ、エアガン又はスプレーノズルによる水圧を用いて異物をスポット的に除去する異物除去装置（１１）と、その異物除去装置（１１）を抄紙機上に設けるためのガイドレール（１２）を少なくとも有する。なお、異物除去装置（１１）は、用紙の幅方向（Ｘ１）に向かってガイドレール（１２）上を移動する移動式がある。

この移動式の異物除去装置（１１）の場合には、ガイドレール（１２）上に、一つの異物除去装置（１１）を設置し、制御部（Ｃ）からの異物の位置情報に基づき、用紙（７）の幅方向（Ｘ１）に移動し、異物検出時から異物除去装置（１１）までの用紙走行距離を追跡し、異物が異物除去装置（１１）に到達するタイミングで異物に対して、レーザ、エアガン等を発射する。

また、固定式の異物除去装置（１１）の場合には、図７に示すように、ガイドレール（１２）上に複数（図７では四つ）の異物除去装置（１１）を設置し、制御部（Ｃ）からの異物の位置情報に基づき、用紙（７）の幅方向（Ｘ１）に対して、最も異物の位置に近い異物除去装置（１１）、例えば、図７では、向かって左側から２番目の異物除去装置（１１）が異物に最も近いため、その異物除去装置（１１）に制御部（Ｃ）から指示を出し、向きの変更や照射角度を調整し、異物に向かってレーザ、エアガン等を発射する。

異物除去装置（１１）にエアガンや水圧を用いる場合には、除去した異物が長網抄紙機周辺部に飛散しないように即座に回収するための異物回収手段（１３）を設けることが好ましい。異物回収手段（１３）としては、用紙（７）を挟んで異物除去装置（１１）と相対する位置に配置した吸引装置を用いることができる。異物除去装置（１１）にレーザを用いる場合には異物が消滅するため、特に回収を必要とはしない。したがって、異物回収手段（１３）については、必須の手段ではなく、異物除去装置（１１）にどのような装置を用いるかにより、適宜設置すればよい。

次に、検査及び異物除去の流れを示す図８のフロー図を用いて説明する。長網抄紙機が稼働後、抄紙状態が安定したことを確認し、オペレータが検査開始ボタンを押して検査を開始する。検査開始とともに、まず撮像工程として、湿紙の走行ラインを挟んで上下に設置された照射手段（９）であるＬＥＤ光源と、用紙（７）を挟んで用紙表面の上側に設置された撮像手段（８）であるラインカメラにより湿紙の透過光撮像が開始される。ラインカメラ及びＬＥＤ光源の設置数は、湿紙の走行方向（Ｓ１）に対する幅方向の全てが撮影できるよう、湿紙の幅に合わせて１台又は複数台と、適宜設定すればよい。

長網抄紙機では、一般的に紙料がワイヤパート（２）で紙層を形成した後、徐々に脱水されワイヤパート（２）出口付近では水分量が８０％程度の湿紙となる。その後プレスパート（３）にて湿紙にフェルトを当て上下から圧縮することで水分量が６０％程度になる。この時点で湿紙は、湿紙自体の強度により、ある程度安定して走行でき、撮像に適した状態となる。

次に、判定工程として、まず画像処理手段において、撮像手段（８）により撮像した入力画像に対して一般に周知の二値化処理等の画像処理を行い、用紙に対して明暗差のある部分をあらかじめ記憶手段に登録された明暗差の基準値と比較し、許容範囲外となると、異物として抽出する。この異物と判定するための明暗差については、いわゆる、２５６階調における濃度値のことである。紙料中の紙料だまりや紙料のもつれ、又は外部から混入した金属粉やちり等の異物は、照射手段（９）からの透過光を受けると、用紙よりも暗く撮像される。また、透明フィルム等の切れ端が混入したような場合では、照射手段（９）からの透過光を受けると、他の部分よりも透過光量が上がり、用紙よりも明るく撮像される。この用紙との明暗差が生じたことにより抽出した異物の面積値を、あらかじめ記憶手段に登録された基準値と比較し、基準値以下であれば「良」、基準値を超える場合は、「損」の判定を判定手段にて行う。

判定工程において異物と判断された場合には、図５を用いて既に説明したように、異物の位置を特定し、異物除去を行う。

この除去工程では、制御部（Ｃ）からのＮＧ信号を受け、ラインカメラからの撮像信号と用紙（７）の搬送ラインの搬送タイミングを示すエンコーダパルス信号とに基づき、異物が異物除去手段（１０）に到達したタイミングで、レーザ、エアガン等を用紙（７）に向けて照射することで、スポット的に異物を除去する。

抄紙機での用紙製造を停止する場合、あるいは製造中であっても、検査及び異物除去を必要としない場合には、検査及び異物除去を停止することができる。いずれの場合においても、オペレータが検査終了ボタンを押して停止する。

前述したように、移動式の異物除去装置（１１）を使用する場合には、判定工程後で異物除去工程の前に、装置移動工程として、異物除去装置（１１）に対して、異物の用紙幅方向（Ｘ１）の位置情報を制御部（Ｃ）から送信し、送信された異物の位置情報に基づき、用紙走行をまたぐように長網抄紙機フレームに取り付けられたガイドレールに沿って、異物除去装置（１１）を移動する。固定式の場合には、この工程は不要となる。

また、エアガン、水圧等により異物を用紙（７）から除去する場合には、異物除去工程で除去した異物、異物除去時に発生する用紙くず、紙粉等が走行中の用紙上や長網抄紙機周辺に飛散するのを避けるために、回収工程として、例えば、図６又は図７に示したように、異物除去手段（１０）と用紙（７）を挟んで設置された異物回収手段（１３）にて異物除去と同時に、除去された異物の吸引回収等を行う。なお、異物回収手段（１３）は、異物を吸引及び回収するため、長網抄紙機の外側に設けられた集塵機（１４）を備えている。レーザ等による異物除去で異物自体が消滅してしまう場合には、この工程は不要となる。

また、異物回収手段（１３）の大きさ等については特に限定はなく、図６又は図７に示すように、走行中の用紙（７）の幅方向よりも大きい固定式の吸引装置が好ましいが、例えば、異物除去装置（１１）からの照射箇所のみに対応する位置に移動する小型の吸引装置でも構わない。

なお、異物を検出し、除去した場合において、実際に異物が除去できたか否かを確認するため、前述した異物除去手段（１０）より下流側に、再度撮像部（Ｐ）を設けて、再度の撮像工程及び判定工程を行い、異物の有無を検査することが好ましい。再検査における撮像部（Ｐ）及び制御部（Ｃ）の役割や具体的な手段については、前述した手段と同様で構わない。

１ ヘッドボックス
２ ワイヤパート
３ プレスパート
４ ドライパート
５ カレンダパート
６ 巻取部
７ 用紙
８ 撮像手段
９ 照射手段
１０ 異物除去手段
１１ 異物除去装置
１２ ガイドレール
１３ 異物回収手段
１４ 集塵機
Ｍ 異物検査装置
Ｐ 撮像部
Ｃ 制御部
Ｊ 異物除去部
Ｓ１ 用紙走行方向

Claims (2)

1. 抄紙機上に、抄紙中の用紙を透過光により撮像するための撮像部と、異物を判定するための判定基準をあらかじめ記憶し、前記判定基準と比較することで前記異物を検知し、前記異物の位置情報の特定及び除去に対する指示の制御を行う制御部と、前記制御部からの情報を基に、前記異物を除去及び回収するための異物除去部を少なくとも備えた異物検査装置を設け、前記異物検査装置により、抄紙中の用紙に付着又は混入した前記異物を前記抄紙機上で検知及び除去するための用紙検査方法であって、
   前記撮像部により、前記抄紙機上を走行している用紙を撮像する撮像工程と、
   前記制御部により、前記撮像工程において撮像した画像に対して、前記用紙と明暗差のある部分をあらかじめ記憶されている前記判定基準と比較し、基準外の場合に異物として検知する判定工程と、
   異物除去手段により、所定の方法で前記異物を除去する異物除去工程と、を有する異物除去工程を備えた用紙検査方法。
2. 前記異物の除去を確認するために、前記異物除去工程後において前記位置情報を基に、前記用紙に対して透過光を用いて撮像し、撮像した画像を前記判定基準と比較して前記異物の有無を再確認する異物除去確認工程を更に有することを特徴とする請求項１記載の異物除去工程を備えた用紙検査方法。

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