DE1803285A1

DE1803285A1 - Automatische und beruehrungslose Dickenmessung an durchsichtigen Folien oder Platten

Info

Publication number: DE1803285A1
Application number: DE19681803285
Authority: DE
Inventors: Siegfried Raith
Original assignee: Grundig EMV Elektromechanische Versuchsanstalt Max Grundig GmbH
Current assignee: Grundig EMV Elektromechanische Versuchsanstalt Max Grundig GmbH
Priority date: 1968-10-16
Filing date: 1968-10-16
Publication date: 1970-05-06

Description

Automatische und berührungslose Dickenmessung an durchsichtigen Folien oder Platten Flir die Dickenmessung klarer Folien oder Platten während der Herstellung werden heute Verfahren mit radioaktiven Präparaten (Ab.-orptionsmethode, RUckstreumethode) verwendet. Bei diesem Verfahren wird nicht die geometrische Dicke, sondern die Nassendicke gemessen Um auf die geometrische Dicke schließen zu können, muß die Dichte des Stoffes bekannt sein. Durch die vielerorts strengen Strahlenschutzbestimmungen jedoch sind die Verwendung und die Ausfahr derartiger Meßgeräte, die zudem sehr teuer sind, stark behindert.
Die Erfindung befaßt sich deshalb mit einer automaischen und berührungslosen Dickenmessung an durchsichtigen Folien oder Platten mit einem Lichtschnittverfahren nach Prof. Schmalz. Bei diesem Verfahren wird ein schmales Lichtband mit einem unter 450 gegen die Folien bzw. Plattenfläche geneigten Mikroakopobjektiv auf die Folie oder Platte projiziert. In Reflexionsrichtung werden die zwei Lichtbänder von der Ober- und Unterseite der Folie oder Platte mit einem zweiten MikroskopobJektiv abgebildet und visuell ausgemessen.
Es ist bekannt, z.B. den Abstand-eines Gegenstandes von einem festen Bezugspunkt unter Verwendung eines Drehspiegels zu messen, wobei die Zeit, die zwischen einem fest vorgegebenen Impuls und einem Impuls, der aus dem Vorbeibewegen des Bildes des Gegenstande an einem Fotowandler gewonnen wird, verstreicht, ein Maß für den Abstand ist. Es ist aber nicht bekannt, zur automatischen Dickenmessung an durchsichtig Folien oder Platten einen Drehspiegel in Verbindung mit dem Lichtschnittverfahren zu verwenden.
Die Erfindung löst nun die Aufgabe, dieses Verfahren zu automatisieren, dadurch, daß das von den schmalen Lichtbändern entworfene Bild von einem vorzugsweise konstant umlaufenden Drehriegel in an sich bekannter Weise über einen Empfängerspalt, der parallel zu den Lichtbändern im Bild liegt, bewegt wird, und daß die beiden Lichtbänder im Bild in einem hinter dem Empfängerspalt befindlichen Fotoempfänger ein elektrisches Signal erzeugen, aus dem sich die Dicke der Folie oder Platte ermitteln läßt. Bei konstanter Umlaufzeit des Spiegels ist der zeitliche Abstand der kurz aufeinanderfolgenden Signalmaxima ein Maß fUr die Folien- bzw.
Plattendicke. Ermittelt man dagegen die Dicke der Folien oder Platten aus dem Verhältnis des zeitlichen Abstandes der beiden Signalmaxima zur Wiederholungszeit der Bildabtastung, so bleibt der Meßwert bei allen Umlauffrequenzen des Drehspiegels konstant. Die zeitliche Lage der Signalmaxima läßt sich Jedoch direkt nur sehr ungenau bestimmen. Es kann aber fUr die einzelnen Signalimpulse angenommen werden, daß diese symmetrisch sind. Deshalb ist es möglich, den zeitlichen Abstand der Signalmaxima als arithmetisches Mittel aus den zeitlichen Abständen der beiden steigenden und abfallenden Signalflanken zu gewinnen, wobei als Zeitpunkte die Schnittpunkte des Signals mit einem festen Spannungspegel verwendet werden.
Die Vorteile diese Verfahrens gegenüber den bislang bekannten Dickenmeßverfahren mit radioaktiven Präparaten bestehen neben dem.Fortfall der sehr hinderlichen Strahlenschutzbestimmungen in dem wesentlich niedrigeren Preis für eine erfindungsgemäße Dickenmeßanlage. Zudem muß weder die Dichte des Materials, aus dem die Folien oder Platten bestehen, bekannt sein noch haben Dichteschwankungen Einfluß auf das Meßergebnis.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Dicke der Folien oder Platten zu messen, indem ein elektrisches Integrierglied mit großer Zeitkonstante eine Hilfsqpannung verarbeitet, die während der Zeit, die vom Eintreffen des ersten bis zu dem des zweiten Signalmaximms verstreicht, konstant und die restliche Zeit während der Bildabtastperiode Null ist. Dann ist die Spannung hinter dem Integrierglied, die von einem Meßinstrument analog angezeigt werden kann, proportional zur Foliendicke. Der auf diese Weise gewonnene Meßwert ist in erster Näherung unabhängig von Drehzahländerungen des Drehpiegels, Änderungen der Lichtintensität und Defokussierung des Bildes beispielsweise durch Abstandsinderung der Folie oder Platte vom Meßgerät.
In den Figuren 1 - 3 wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dabei zeigen Fig. 1 den prinzipiellen optischen Aufbau Fig. 2 das Blockschaltbild der elektrischen Verarbeitung der Empfängersignale und Fig. 3a - e die bei der Verarbeitung auftretenden elektrischen Signale.
In Fig. 1 wird eine Lampe 1 von einem Kondensor 2 in das senderseitige MikroskopobJektiv 4 abgebildet.
Dieses bildet seinerseits einen Spalt 3 auf die Folie 5 ab, wobei die Folienfläche einen Winkel von 450 mit der optischen Achse des Systems Kondensor-Nikroskopobjektiv bildet. Ein zweites MikroskopobJektiv 6, dessen optische Achse ebenfalls unter einem Winkel von 490 zur Folienfläche geneigt ist, entwirft über einen Drehspiegel 7 zwei Spaltbilder, die durch Reflexion an der Oberseite und Unterseite der Folie 5 entstehen, in der Ebene des Empfängerspaltes 8. Der Drehspiegel 7, dessen Achs parallel zu den schmalen Lichtbändern in der Ebene des Empfängerspaltes 8 liegt, läßt das Bild huber den Empfängerspalt laufen. Hinter diesem Spalt ist ein Fotoempfänger 9 angebracht, der die Lichtverteilung im Bild in ein elektrisches Signal umwandelt.
Ein solches Signal ist in Fig. 3a dargestellt.
Bei konstanter Umlauffrequenz des Drehspiegels 7 ist der zeitliche Abstand t0 der kurz aufeinanderfolgenden Intensitätsmaxima ein Maß für die Foliendicke. Bei beliebiger Umlauffrequenz läßt sich diese aus dem Verhältnis des zeitlichen Abstandes t0 der beiden Maxima zur Bildfolgeperiode T ermitteln.
Die zeitliche Lage der Signalmaxima läßt sich direkt nur ungenau bestimmen. Da die einzelnen Signalimpulse symmetrisch sind, wird der zeitliche Abstand der beiden Maxima auf die aus dem in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild zu entnehmende Art aus den Impulsflanken gewonnen. Das Signal S des Fotoempfängers 9 wird einem Schmitt-Trigger 10, dessen Pegel bei der Spannung SO liegt, zugeführt, der daraus die in Fig. 3b dargestellte Folge von Rechteckimpulsen 81 erzeugt.
Dabei sind die Triggerzeitpunkte die Schnittpunkte t1,t2,t3,t4, des Signals 9 mit dem Triggerpegel SO.
Nun werden die Rechteckimpulse in dem Differenzierglied 11 differenziert. Es entstehen dann die in Fig. 3c gezeigten Spitzen, und zwar zu den Zeitpunkten t1 und t3 positive und zu den Zeitpunkten t2 und t4 negative. Mit diesen positiven und negativen Spitzen werden zwei verschiedene Kippstufe 12 und 13 angesteuert, die die in den Figuren 3d und 3e angegebenen Spannungsverläufe U1 und U2 erzeugen. Wenn die Summe dieser Spannungen hochohmig an ein RC-Glied 14 mit einer Zeitkonstante, die sehr groß ist gegen die Bildabtastperiode T, gelegt wird, dann ist die Spannung des Kondensators proportional zur Foliendicke und kann von einem Xeßinstrument 15 analog angezeigt werden.

Claims

P~a t e n t a n s p r u c h e

1. Automatische und berührungslose Dickenmessung an durchsichtigen Folien oder Platten mit eine Lichtschnittverfahren nach Prof. Schmalz, bei dem von einem unter 45 gegen die Folien- bzw.

Plattenfläche geneigten Mikroskopobjektiv ein schmales Lichtband auf die Folie oder Platte projiziert wird und in Reflexionsrichtung die zwei Lichtbänder von der Ober- und Unterseite der Folie oder Platte mit einem zweiten Mikroskopobiektiv in die Ebene eines Empfängerspaltes abgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das von den schmalen Lichtbändern entworfene Bild von einem vorzugsweise konstant umlaufenden Drehspiegel (7) in an sich bekannter Weise Uber den Empfängerspalt (8), der parallel zu den Lichtbändern im Bild liegt, bewegt wird und daß die beiden Lichtbänder im Bild in einem hinter dem Empfängerspalt befindlichen Fotoempfänger (9) ein elektrisches Signal erzeugen, aus dem sich die Dicke der Folie oder Platte ermitteln laßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folien oder Platten aus dem Vçrhaltnis des zeitlichen Abstandes (t ) der beiden Signalmaxima zur Wiederholungszeit (T) der Bildabtastung ermittelt wird, wodurch der Meßwert bei allen Umlauffrequenzen des Drehspiegels (7) konstant bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand der Signalmaxima wegen der symmetrischen Form der Signalimpulse als arithmetisches Mittel aus den zeitlichen Abständen der beiden ansteigenden und abfallenden Signalflanken gewonnen wird, wobei als Zeitpunkte die Schnittpunkte des Signals (S) mit einem festen Spannungspegel (SO) verwendet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folien oder Platten gemessen wird, indem ein elektrisches Integrierglied mit großer Zeitkonstante eine Hilfsspannung verarbeitet, die während der Zeit, die vom Eintreffen des ersten bis zu dem des zweiten Signalmaximume verstreicht, konstant und die restliche Zeit während der Bildabtastperiode (T) Null ist.