[發(fā)明專(zhuān)利]薄膜厚度的測(cè)量方法和設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580048299.7
• 申請(qǐng)日: 2005-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101120230A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·W·賈辛斯基;F·M·哈蘭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 霍尼韋爾國(guó)際公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/06
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司
• 代理人: 崔幼平;劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及用于非接觸式厚度或紙的厚度(caliper)的測(cè)量，和特別是涉及一種裝置，它投射激光產(chǎn)生的多點(diǎn)圖案，到沿著垂直間隔的兩個(gè)傳感器頭之間的路徑運(yùn)動(dòng)的薄膜上表面上。該裝置測(cè)量薄膜的傾斜度、在上傳感器頭和薄膜上表面之間的距離、在下傳感器頭和薄膜下表面之間的距離、和兩個(gè)傳感器頭之間的距離以便測(cè)定移動(dòng)卷筒材料的厚度。

背景技術(shù)

現(xiàn)有很多方法來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)卷筒材料(web)或薄片，如紙的厚度。兩種最通用的技術(shù)包括使用接觸的滑道或滑軌直接測(cè)量厚度，它們沿著卷筒材料的兩個(gè)表面輕輕地滑過(guò)，和非接觸式的推理方法，應(yīng)用卷筒材料的輻射吸收來(lái)測(cè)定卷筒材料單位面積的重量然后推理出厚度，只要已知有足夠精度的該材料的密度。現(xiàn)有這些方法的許多變型和改進(jìn)，但是每種技術(shù)有很多潛在的缺點(diǎn)。

接觸方法有3個(gè)基本的問(wèn)題。第1，要測(cè)量材料的強(qiáng)度可能限制該方法。例如，對(duì)薄紙這樣易碎的片，接觸的軌道有可能在片的表面上磨出偏差，在片上造成傷痕或最終造成片的撕裂。第2，片本身可能傷害紙厚度傳感器，由于在接觸元件上的磨損或者由于在片斷裂時(shí)引起的實(shí)質(zhì)損害。對(duì)橫過(guò)該片的紙厚度傳感器，當(dāng)傳感器跨過(guò)該片的邊緣時(shí)也可能造成傷害。第3，由于在接觸元件上污染物的累積可能對(duì)接觸式傳感器造成有害的影響，如對(duì)于有涂層的或有填料的片或者包含回收材料的片都可能發(fā)生這種情況。

非接觸式推理的厚度測(cè)量法避免了接觸式方法的許多問(wèn)題，但是仍有一組新的問(wèn)題。例如，當(dāng)已知產(chǎn)品的密度時(shí)厚度測(cè)量通用的放射性源，在某些卷筒材料市場(chǎng)上是禁止使用的。還有放射性的測(cè)量是推理式的，這意味著如果不能預(yù)測(cè)卷筒材料的密度，在計(jì)算得出的厚度值可以有很大的誤差。

幾個(gè)專(zhuān)利已經(jīng)提出使用激光測(cè)量運(yùn)動(dòng)卷筒材料的厚度與現(xiàn)有的其他方法比較起來(lái)可能是很有前途的選擇。一個(gè)這樣的系統(tǒng)是Kramer的美國(guó)專(zhuān)利5,210,593號(hào)和另一個(gè)這樣的系統(tǒng)描述在Watson的美國(guó)專(zhuān)利4，276,480中。在兩個(gè)系統(tǒng)中，激光紙厚度測(cè)定儀包括在卷筒材料兩側(cè)的激光源，它們的光對(duì)準(zhǔn)卷筒材料的表面接著被反射到接受器。然后利用接受的激光信號(hào)的特征來(lái)測(cè)定每個(gè)接受器到卷筒材料表面的距離。將這些距離加在一起，從兩個(gè)激光接受器之間已知的距離中減去和值。所得的值代表卷筒材料的厚度。

上述厚度測(cè)量的非接觸方法有所希望的特性，它們消除了接觸式方法和非接觸式推理方法的許多缺點(diǎn)。但是，前面的非接觸式技術(shù)仍有很多困難，可能限制它們的應(yīng)用在相對(duì)精度較低的場(chǎng)合。

一個(gè)問(wèn)題是卷筒材料不可能總是垂直于入射的光，這是由于卷筒材料有跳動(dòng)式間歇地成波浪運(yùn)動(dòng)的傾向。如果卷筒材料不是垂直于入射光和從兩個(gè)相對(duì)光源來(lái)的光束不是精確地對(duì)準(zhǔn)在卷筒材料上的同一點(diǎn)，那么測(cè)量中就可能會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。許多因素都可能造成這種情況。首先，從第1激光測(cè)量點(diǎn)到第2激光測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際卷筒材料厚度變化可能造成不正確的厚度的測(cè)量。其次，如果卷筒材料不垂直于入射光，那么測(cè)量技術(shù)將造成厚度值的誤差與卷筒材料的角度和在片的表面上兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的位移成比例。卷筒材料的跳動(dòng)和振蕩都可能進(jìn)一步加大這個(gè)誤差。

投射激光到紙或薄膜上的另一個(gè)問(wèn)題是，該表面通常不是完全限定的以及紙或薄膜是半透明的。使用位置敏感的探測(cè)器，如側(cè)面作用探測(cè)器(LEP)、4傳感器或2傳感器的探測(cè)器，的目前激光三角網(wǎng)傳感器包含的信息不夠求出該表面的“實(shí)際”表面位置。

部分是由測(cè)量?jī)x器實(shí)際尺寸的熱效應(yīng)或由裝置標(biāo)定造成的各種系統(tǒng)幾何形狀的瞬間變化都可能使測(cè)量精度下降。這些效應(yīng)可能很難通過(guò)測(cè)量在儀器中各點(diǎn)的溫度和應(yīng)用合適的校正裝置來(lái)直接定量表示。當(dāng)測(cè)量裝置的精度水平接近于測(cè)量和控制如新聞紙或其他薄的產(chǎn)品所需的水平時(shí)，這些有害的影響實(shí)際上變得更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容