DE3014774C2

DE3014774C2 - Unter Anwendung von Ultrarot-Strahlung ausgeführtes Verfahren zum Messen der Dicke oder des Flächengewichtes einer Beschichtung auf einer Unterlage

Info

Publication number: DE3014774C2
Application number: DE19803014774
Authority: DE
Inventors: Peter G. 5475 Burgbrohl Mercer
Original assignee: Paul Lippke & Co Kg 5450 Neuwied De GmbH
Current assignee: Paul Lippke & Co Kg 5450 Neuwied De GmbH
Priority date: 1980-04-17
Filing date: 1980-04-17
Publication date: 1984-11-08
Also published as: SE8102423L; DE3014774A1; SE455734B

Description

a) ein Meßsignal bei einer sowohl von der Beschichtung als auch von der Unterlage absorbierten Meßwellenlänge A₁ erhalten wird

b) ein Vergleichssignal bei einer sowohl von der Beschichtung als auch von der Unterlage nicht absorbierten Vergleichswellenlänge A₂ erhalten wird,

c) und unter Berücksichtigung des Einflusses der Unterlage auf die Bildung des Meßsignals aus Meßsignal und Vergleichssignal die Dicke der Beschichtung in einem Rechenvorgang bestimmt wird,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

d) zunächst wird der Anteil der Unterlage am Zustandekommen des Meßsignals (A) ermittelt, indem eine nur von der Unterlage absorbierte Hilfswellenlänge A₃ angewendet wird, bei der ein Hilfsmittel (D) erhalten wird, wonach auf der Grundlage dieses Hilfssignals (D) ein der Meß wellenlänge A₁ zugeordneter Hilfswert (B) errechnet wird, der zum HiJfssignal (D) in einem vorgegebenen durch entsprechende Messungen an unbeschichtetem Material ermittelten Verhältnis steht, so daß der Hilfswert (B) wenigstens annähernd einem Meßsignal entspricht, welches für den Fall nicht beschichteter Unterlage bei Meßwellenlänge A₁ zu erhalten wäre;

e) sodann wird der Anteil der Beschichtung am Zustandekommen des Meßsignals (A) ermittelt, indem der Unterschied zwischen Hilfswert (B) und Meßsignal (A) errechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfswert (S) errechnet wird, indem das Hilfssignal (D) mit einem Faktor multipliziert wird, der dem Quotienten -^ proportional ist, wobei 'ar„ der

Absorptionskoeffizient der Unterlage bei Meßwellenlänge λ\ und a_u der Absorptionskoeffizient dieses Materials bei Hilfswellenlänge A₃ ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine Messung bei einer weiteren sowohl von der Beschichtung als auch von der Unterlage im wesentlichen nicht absorbierten Vergleichswellenlänge A₄ durchgeführt wird, bei der ein Vergleichssignal (F) erhalten wird, und daß sodann mit Hilfe der bei den beiden Vergleichswellenlängen A₂ und A₄ erhaltenen Vergleichssignale (G bzw. F) für das Meßsignal (A) und den Hilfswert (B) sowie das Hilfssignal (D) korrigierte Bezugswerte (C bzw. E) errechnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke bzw. das Flächengewicht der Beschichtung nach folgender Formel errechnet wird:

1 _lnj7 D VT.

'«, LUo + *, (F₀ -F)J

·]■

C₀ + X₂ (F₀ - F) A

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rechenvorgang zur Ermittlung der Dicke der Beschichtung ein Korrekturfaktor für den Absorptionskoeffizienten des Materials der Beschichtung eingeführt wird, vorzugsweise derart, daß in der Formel nach Anspruch 4 die Größe ^xa_p durch den Ausdruck K₀ + K_x ■ F ersetzt wird, worin K₀ und K_x empirisch zu ermittelnde Konstanten sind und F das bei der weiteren Vergleichswellenlänge erhaltene Vergleichssignal darstellt.

6. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Einrichtung verwendete Strahler zur Abgabe von Ultrarot-Strahlung mit sowohl von der Beschichtung als auch von der Unterlage absorbierter Wellenlänge (Meßwellenlänge A₁), weiter zur Abgabe von Strahlung mit nur von der Unterlage absorbierter Wellenlänge (Hilfswellenlänge A₃) und schließlich zur Abgabe von Strahlung mit weder von der Unterlage noch von der Beschichtung absorbierter Wellenlänge (Vergleichswellenlänge A₂) eingerichtet ist.

7. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3 oder 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung nach Anspruch 6 dadurch ergänzt ist, daß der Strahler außerdem noch zur Abgabe von Strahlung mit einer weiteren weder von der Unterlage noch von der Beschichtung absorbierten Wellenlänge (weitere Vergleichswellenlänge A₄) eingerichtet ist.

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem unter Anwendung von Ultrarot-Strahlung die Dicke oder das Flächengewicht einer Beschichtung gemessen wird, die sich auf einer Unterlage befindet, deren Struktur eine genaue Messung des Flächengewichtes dieser Unterlage ausschließt wegen örtlich unterschiedlichem, in unvor-

hersehbarem Maß sich ändernden Absorptionskoeffizienten des Materials der Unterlage. Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Verfahren, zum Messen der Dicke einer Kunststoffolie, die auf bedrucktem oder unbedrucktem Karton aufgebracht ist.

Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst ein Meßsignal bei einer sowohl von der Beschichtung als auch von der Unterlage absorbierten Meßwellenlänge A₁ erhalten, weiterhin wird ein Vergleichssignal bei einer sowohl von der Beschichtung als üuch von der Unterlage nicht absorbierten Vergleichswellenlänge λ-ι erhalten und schließlich wird unter Berücksichtigung des Einflusses der Unterlage auf die Bildung des Meßsignals aus Meßsignal und Vergleichssignal die Dicke der Beschichtung in einem Rechenvorgang bestimmt. Dieses Verfahren und seine bekannten Vorteile gegenüber einerMessuag ausschließlich mit Meßwellenlänge ist allgemein als sogenanntes Zweistrahl-Meßverfahren bekannt.

Besonders bemerkenswert im Zusammenhang mit dem hier zur Rede stehenden Meßproblem ist die Tatsache, daß bei der Meßwellenlänge nicht nur die zu messende Kunststoffolie, sondern auch der als Unterlage dienende Karton eine ausgeprägte Absorptionsbande aufweist. Am Zustandekommen der erhaltenen Meßsignale hat somit nicht nur die zu messende Beschichtung, sondern auch die Unterlage erheblichen Anteil. Im Hinblick hierauf ist es deshalb bei der Justage der bekannten Meßgeräte notwendig, empirisch eine gewisse Korrektur vorzunehmen - z. B. durch veränderte Skaleneinteilung der Anzeigeinstrumente -, um den unerwünschten Einfluß der die Beschichtung tragenden Unterlage auf das Meßergebnis soweit wie möglich auszuschalten oder wenigstens erheblich zu verringern. Da diese Korrektur jedoch nicht auf einer Messung basiert, muß sie unvollständig und unbefriedigend bleiben. Während der Messung am bewegten Meßgut auftretende Schwankungen in der Qualität der Unterlage können bei der bekannten Meßmethode nicht erfaßt und berücksichtigt werden.

Im Falle des hier zur Rede stehenden Meßproblems wird aus verständlichen Gründen nicht das Meßgut transmittierende Strahlung gemessen, sondern innerhalb des Meßgutes reflektierte Strahlung ausgewertet. Da jedoch die Strahlung nicht nur in die Beschichtung - die Kunststoffolie - eindringt, sondern in gewissem Maß auch noch die Unterlage - den Karton - eindringt, wird auch in diesem Fall, also bei der Auswertung reflektierter Strahlung, daß Meßergebnis erheblich durch die Unterlage beeinflußt.

Zum Herstellen von Verpackungen wird oft mit Kunststoffolie beschichteter Karton verwendet, der auf der die Kunststoffolie tragenden Seite bedruckt ist. Eine Messung der Dicke der Kunststoffolie ist grundsätzlich auch im Fall von derart bedrucktem Karton möglich. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die üblichen Farbpigmente die Messung nicht oder nicht nennenswert stören. Sobald im Druck z. B. zum Erzielen von besseren Farbabstufungen oder zum Erzielen eines insgesamt besserer.' Farbeindruckes außer derartigen Farbpigmenten zusätzlich noch sogenannte Druckerschwärze verwendet ist, kann nach dem bekannten Verfahren eine befriedigende Dickenmessung von auf Karton aufgebrachter Kunststoffolie nicht mehr durchgeführt werden. Die bei der Messung erhaltenen Signale sind im Fall des Vorhandenseins von Druckerschwärze im Bereich der Grenzschicht zwischen Kunststoffolie und Karton in einem derartigen Ausmaß verändert, daß aus diesen Signalen die Dicke der Kunststoffolie auch nicht mehr annähernd genau errechnet werden kann.

In Versuchen ist festgestellt worden, daß sich beim Vorhandensein von Druckerschwärze auf der die Kunststoffolie tragenden Unterlage das Verhältnis der Intensität der reflektierten Strahlung mit Meßwellenlänge zur Intensität der reflektierten Strahlung mit Vergleichswellenlänge ändert, ohne daß sich die Dicke der Kunststofffolie oder die Dicke des Kartons bzw. der Unterlage in irgendeiner Weise geändert hätte. Eine befriedigende Erklärung dieses Phänomens ist bisher nicht bekanntgeworden. Somit muß auf der Grundlage des bekannten Meßverfahrens bisher hingenommen werden, daß beim Auftreten von Druckerschwärze im Bereich der Grenzschicht zwischen Kunststoffolie und Karton Werte für die Dicke der darüber befindlichen Kunststoffolie ermittelt werden, die wesentlich unter denen für die tatsächliche Dicke der Kunststoffolie liegen.

Außer im Fall des Auftretens von Druckerschwärze können aber auch schon gewisse Änderungen in der Struktur oder der Zusammensetzung des Kartons bzw. der Unterlage ähnliche, wenn auch nicht ganz so schwerwiegende Meßverfälschungen wie im Fall des Vorhandenseins von Druckerschwärze zur Folge haben.

Schließlich ist noch anzumerken, daß infolge des Vorhandenseins von Druckerschwärze und/oder infolge des Auftretens gewisser Änderungen in der Struktur oder Zusammensetzung der Unterlage die bei Meßwellenlänge erhaltenen Meßsignale nicht nur absolut verändert werden, sondern daß darüber hinaus sich auch die Anteile von Beschichtung und Unterlage am Zustandekommen des betreffenden Meßsignals zueinander verändern.

Außer dem eingangs beschriebenen, bekannten Verfahren zum Messen der Dicke oder des Flächengewichtes einer - einschichtigen - Folie auf einer bezüglich ihrer Dicke oder ihres Flächengewichtes nicht interessierenden Unterlage aus Karton oder dgl. ist ein weiteres Verfahren bekannt, mit dem die jeweilige Dicke oder das jeweilige Flächengewicht der einzelnen Folien (zumeist zwei) einer mehrschichtigen Verbundfolie gemessen werden kann. Dieses Verfahren ist in der DE-OS 29 09 400 beschrieben. - Im Fall des Verfahrens nach dieser Druckschrift handelt es sich im Vergleich mit der vorliegenden Erfindung im wesentlichen darum, nicht die Dicke oder das Flächengewicht einer einzigen, aus einem einheitlichen Material bestehenden und auf einer nicht interessierenden Unterlage aufgebrachten Folie zu messen, sondern vielmehr die Dicke oder das Flächengewicht jeder einzelnen Folie von mehreren, aus unterschiedlichen Materialien hergestellten und zusammengebrachten Folien zu messen, die sich im übrigen nicht auf einer Unterlage wie Karton oder dgl. befinden. Das Verfahren nach der DE-OS 29 09 400 ist auch nur deshalb ausführbar, weil die Absorptionskoeffizienten bei den ausgewählten Wellenlängen der anzuwendenden Ultrarot-St-ahlung bekannt sind und insbesondere während der Messung konstant bleiben. Nachdem die betreffenden Absorptionskoeffizienten also erst einmal durch eine besondere Messung festgestellt sind, kann damit auch gemäß dem Verfahren nach dieser Druckschrift gerechnet werden.

Das Problem einer Meßwertverfälschung bei der Messung der Dicke oder des Flächengewichtes einer einzelnen Folie auf einer nicht messenden Unterlage, resultierend aus dem nicht vorhersehbaren, sich ständig ändern-

den Einfluß der Unterlage auf das Meßergebnis, liegt im Fall der DE-OS 29 09 400 nicht vor und kann auch mit dem dort angegebenen Verfahren nicht gelöst werden, weil der scheinbare Absorptionskoeffizient des Materials der Unterlage wie im Fall der vorliegenden Erfindung stets unbekannt ist.

Aufgabe

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messung der Dicke oder des Flächengewichtes einer auf einer Unterlage aufgebrachten Beschichtung, insbesondere eine Messung der Dicke von auf Karton aufgebrachte Kunststoffolie, mit befriedigender Genauigkeit auch dann durchführen zu können, wenn sich auf

ίο dem Karton bzw. der Unterlage Druckerschwärze oder ein ähnlicher Stoff befindet und/oder wenn Änderungen in der Struktur, der Zusammensetzung und dgl. des Kartons bzw. der Unterlage zu erwarten sind.

Zur Lösung der vorstehend umrissenen Aufgabe wird erfindungsgemäß das folgende Verfahren vorgeschlagen: Zunächst wird der Anteil der Unterlage am Zustandekommen des Meßsignals ermittelt, indem eine nur von der Unterlage absorbierte Hilfswellenlänge A₃ angewendet wird, bei der ein Hilfssignal erhalten wird, wonach auf der Grundlage dieses Hilfssignals ein der Meßwellenlänge zugeordneter Hilfswert errechnet wird, der in einem vorbestimmten mathematischen Verhältnis ium Hilfssignal steht und der wenigstens annähernd einem Meßsignal entspricht, welches für den Fall nicht beschichteter Unterlage bei Meßwellenlänge A₁ zu erhalten wäre; sodann wird der Anteil der Beschichtung am Zustandekommen des Meßsignals ermittelt, indem der Unterschied zwischen Hilfswert und Meßsignal errechnet wird.

Vorteile

Das erfindungsgemäße Meßverfahren ermöglicht eine befriedigend genaue Messung der Dicke oder des Flächengewichtes einer Beschichtung auf einer Unterlage, insbesondere der Dicke einer auf bedrucktem Karton aufgebrachten Kunststoffolie selbst dann, wenn zum Bedrucken des Kartons bzw. der Unterlage Druckerschwärze oder ein ähnlicher Stoff verwendet worden ist und/oder wenn erhebliche Änderungen in der Struktur, der Zusammensetzung und dgl. des Kartons zu erwarten sind. Die das Meßergebnis nachteilig beeinflussenden Wirkungen gerade von Druckerschwärze können bei Anwendung des oben umrissenen Erfindungsgedankens mindestens zum größten Teil eliminiert werden, so daß unter allen in der Praxis vorkommenden Umständen bei der Messung einer derartigen Beschichtung ein befriedigendes Meßergebnis erzielt werden kann.

Der Grund für die mit der Erfindung erzielbare srhebliche Verbesserung der Dickenmessung liegt darin, daß nunmehr ein Hilfswert zur Verfugung steht, zu dem das bei Meßwellenlänge erhaltene Meßsignal in Relation gesetzt werden kann. Dieser Hilfswert entspricht wenigstens annähernd einem Meßsignal, welches bei Meßwellenlänge zu erhalten wäre, wenn die Unterlage nicht mit einer Beschichtung versehen wäre. Versuche haben nämlich das Ergebnis erbracht, daß sich bei Messungen an unbeschichtetem Karton die erhaltenen Signale bei Meßwellenlänge und Hilfswellenlänge im Fall des Vorhandenseins von Druckerschwärze und/oder beim Auftreten von Änderungen in der Zusammensetzung des Kartons proportional ändern. Bei der Messung an beschichtetem Karton kann daher aus dem bei der Hilfswellenlänge erhaltenen Hilfssignal auf dasjenige Signal geschlossen werden, welches im Fall von unbeschichtetem Karton bei der Meßwellenlänge (Wellenlänge, bei der die Beschichtung eine Absorptionsbande hat) zu erhalten wäre. Hiermit steht daher ein - errechneter Hilfswert zur Verfugung, der es ermöglicht, denjenigen Teil des bei Meßwellenlänge erhaltenen Meßsignals zu ermitteln, der auf die Beeinflussung der Strahlung durch die Beschichtung - und nur durch diese - zurückzuführen ist. Gegenüber der bei dem bekannten Meßverfahren empirisch vorgenommenen Korrektur erbringt das erfindungsgemäße Meßverfahren erhebliche Fortschritte im Hinblick auf Meßgenauigkeit selbst in extremen Fällen der täglichen Meßpraxis.

Eine wesentliche Verbesserung des bekannten Meßverfahrens kann schon dadurch erreicht werden, daß bei der Bestimmung des bei der Meßwellenlänge liegenden Hilfswertes für das Meßsignal in vereinfachender Weise davon ausgegangen wird, daß dieser Hilfswert mit dem bei der Hilfswellenlänge gemessenen Hilfssignal übereinstimmt. Zum Erzielen eines möglichst genauen Meßergebnisses sollte allerdings die oben erwähnte Proportionalität zwischen dem bei Hilfswellenlänge zu erhaltenden Hilfssignal und dem der Meßwellenlänge zugeordneten Hilfswert in den Rechenvorgang zum Ermitteln der Dicke der Beschichtung mit einbezogen werden. Aus diesem Grund wird nach Ansprach 2 vorgeschlagen, daß der Hilfswert errechnet wird, indem das Hilfssignal mit

einem Faktor multipliziert wird, der dem Quotienten— proportional ist, wobei ^xa_u der Absorptionskoeffizient

der Unterlage bei Meßwellenlänge A₁ und ³a_a der Absorptionskoeffizient dieses Materials bei Hilfswellenlänge A₃ ist. Durch die Einbeziehung der unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten des Materials der Unterlage bei Meß wellenlänge und bei Hilfswellenlänge kann auf diese Weise der erwähnte Hilfswert exakt ermittelt werden. Es ist bekannt, daß bei Ultrarot-Strahlungsmeßverfahren die Meßergebnisse durch Streuung der angewendeten Strahlung an Partikeln des Meßobjektes beeinflußt werden. Bekanntermaßen ist die Streuung umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge. Dies ist unter anderem ein Grund dafür, daß man bei dem bekannten Zweistrahl-Meßverfahren Meßwellenlänge und Vergleichswellenlänge möglichst dicht benachbart zueinander wählt, um auf diese Weise Fehlmessungen wegen unterschiedlich starker Streuung der Strahlung mit Meßwellenlänge bzw. Vergleichswellenlänge nach Möglichkeit zu vermeiden oder wenigstens in kleinen Grenzen zu halten. Das durch Streuung verursachte Meßproblem ist im übrigen ausführlich in der DE-PS 27 24 919 beschrieben.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist es grundsätzlich möglich, zum Ermitteln der Dicke der Beschichtung des Kartons das Meßsignal bzw. den aus dem Hilfssignal errechneten Hilfswert zu dem bei der Vergleichswellenlänge erhaltenen Vergleichssignal in Relation zu setzen. Da jedoch auch im vorliegen Zusam-

menhang bei der Messung der Dicke einer Beschichtung auf Karton erwartet werden muß, daß die Meßergebnisse mehr oder weniger stark durch den erwähnten Streueffekt beeinflußt werden, ist es vorteilhaft, eine Kompensation dieses Effektes auf die Meßwertbildung vorzunehmen. Diese Kompensation geschieht entsprechend dem Vorschlag nach Anspruch 3 dadurch, daß in an sich bekannter Weise eine Messung bei einer weiteren sowohl von der Beschichtung als auch von der Unterlage im wesentlichen nicht absorbierten Vergleichswellenlänge /L, durchgeführt wird, bei der ein Vergleichssignal erhalten wird, und daß sodann mit Hilfe der bei den beiden Vergleichswellenlängen A₂ und A, erhaltenen Vergleichssignale für das Meßsignal und den Hilfswert sowie das Hilfssignal korrigierte Bezugswerte errechnet werden.

Eine Formel zum Errechnen der Dicke der Beschichtung unter Berücksichtigung korrigierter Bezugswerte ist im Anspruch 4 angegeben.

Versuche auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Meßverfahrens haben gezeigt, daß insbesondere bei stärkerem Auftreten von Druckerschwärze im Bereich der Grenzschicht zwischen Beschichtung und Unterlage noch ein untergeordneter, das Meßergebnis jedoch in gewissem Maß beeinflussender Effekt hinzukommt. Insbesondere bei stärkerem Auftreten von Druckerschwärze auf dem die Beschichtung tragenden Karton kann nämlich auch noch unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Meßergebnis erhalten werden, nach welchem die Dicke einer auf Karton befindlichen Kunststoffolie etwas ^£reTin°er zu sein scheint als dies tatsächlich der Fall ist. Dieser Effekt kann mit einer scheinbaren Änderung des Absorptionskoeffizienten des Materials der Beschichtung erklärt werden. Als Ursache für diese scheinbare Änderung des Absorptionskoeffizienten des Materials der Beschichtung wird eine Verringerung der mittleren Eindringtiefe der Strahlung in das Material der Beschichtung bzw. eine Verkürzung der mittleren Streuweglänge der Strahlung durch das Material der Beschichtung angenommen. Die Verringerung der mittleren Eindringtiefe bzw. die Verkürzung der mittleren Streuweglänge ist eine Folge des Vorhandenseins von Druckerschwärze auf der Unterseite, daß heißt der der Unterlage zugekehrten Seite der Beschichtung. Die Druckerschwärze absorbiert den größten Teil derjenigen Strahlung, die noch bis in diesen Bereich, also bis zur Druckerschwärze hin, vordringt. Daraus resultiert statistisch eine kürzere, mittlere Weglänge desjenigen Strahlungsanteils, der innerhalb des Materials der Beschichtung reflektiert wird und wieder zum Strahlungsempfänger der Meßanordnung gelangt.

Um auch den vorstehend erwähnten Effekt im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu berücksichtigen, wird vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Verfahren nach Maßgabe des Anspruches 5 weiterzubilden. Hiernach wird in den Rechenvorgang zur Ermittlung der Dicke der Beschichtung ein Korrekturfaktor für den Absorptionskoeffizienten des Materials der Beschichtung eingeführt, vorzugsweise derart, daß in der Formel nach Anspruch 4 die Größe ^xa_p durch den Ausdruck K₀ + K₁ -F ersetzt wird, worin AT₀ und AT₁ empirisch zu ermittelnde Konstanten sind und F das bei der weiteren Vergleichswellenlänge erhaltene Vergleichssignal darstellen.

Schließlich betrifft die Erfindung noch eine Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der in der Einrichtung verwendete Strahler zur Abgabe von Ultrarot-Strahlung mit sowohl von der Beschichtung als auch von der Unterlage absorbierter Wellenlänge (Meßwellenlänge Ai), weiter zur Abgabe von Strahlung mit nur von der Unterlage absorbierter Wellenlänge (Hilfswellenlänge A₃) und schließlich zur Abgabe von Strahlung mit weder von der Unterlage noch von der Beschichtung absorbierter Wellenlänge (Vergleichswellenlänge A₂) eingerichtet ist.

Zum Zweck der Einbeziehung des oben erläuterten Streueffektes kann die Einrichtung nach Anspruch 6 gemäß dem Vorschlag nach Anspruch 7 noch dadurch weitergebildet werden, daß der Strahler außerdem noch zur Abgabe von Strahlung mit einer weiteren weder von der Unterlage noch von der Beschichtung absorbierten Wellenlänge (weitere Vergleichswellenlänge A₄) eingerichtet ist.

Anhand der F i g. 1 und 2 der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm (Spektrogramm), in dem idealisiert für ein bestimmtes beschichtetes Material das von einem Detektor abgegebene Signal in Abhängigkeit von der Wellenzahl der Ultrarot-Strahlung aufgetragen ist und zum Zweck der Erläuterung des bisher angewendeten, bekannten Meßverfahrens und

F i g. 2 ein Diagramm (Spektrogramm), in dem für ein bestimmtes, beschichtetes und in der Grenzschicht zwischen Unterlage und Beschichtung Druckerschwärze aufweisendes Material das von einem Detektor abgegebene Meßsignal in Abhängigkeit von der Wellenzahl der Ultrarot-Strahlung aufgetragen ist und zum Zweck der Erläuterung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens 5.

Anhand des Diagramms nach F i g. 1 wird im folgenden kurz das bekannte, bisher angewendete und eingangs erwähnte Zweistrahl-Meßverfahren unter Anwendung von Ultrarot-Strahlung erläutert

F i g. 1 zeigt ein Diagramm, bei dem die Stärke / des Meßsignals A beispielsweise in der Dimension [A] aufgetragen ist in Abhängigkeit von der Wellenzahl der angewendeten Ultrarot-Strahlung. Das Diagramm nach F i g. 1 zeigt ein sogenanntes Spektrogramm, welches beispielsweise einem bestimmten Meßgut zugeordnet ist, das aus einer Unterlage (Karton) vorbestimmter Qualität und einer auf der Unterlage befindlichen Beschichtung (Kunststoffolie) besteht. Für diesen Fall sei angenommen, daß die Unterlage bzw. der Karton auf der der Kunststoffolie zugekehrten Seite nicht bedruckt ist, jedenfalls nicht unter Verwendung von Druckerschwärze.

Wie bekannt, wird zum Ermitteln der Dicke der auf der Unterlage befindlichen Beschichtung einerseits bei der Meßwellenlänge Aj, bei der die Beschichtung eine Absorptionsbande aufweist, ein Meßsignal A gebildet. Andererseits wird bei einer Vergleichswellenlänge A₂, bei der weder die Unterlage noch die Beschichtung eine Absorptionsbande aufweist, ein Vergleichssignal G gebildet Zum Ermitteln der Dicke oder des Flächengewichtes der Beschichtung wird das Meßsignal A mit dem Vergleichssignal G in einem Rechenvorgang verglichen. Da jedoch am Zustandekommen des Meßsignals A nicht nur die Beschichtung, sondern auch die Unterlage beteiligt ist (weil nämlich auch die Unterlage bei Meßwellenlänge A₁ eine Absorptionsbande aufweist), wird in den Rechenvorgang zum Ermitteln der Dicke oder des Fiächengewichtes der Beschichtung ein empirisch ermittelter, konstanter Went für den Anteil der Unterlage am Zustandekommen des Meßsignals A einbezogea Dieser

Wert entspricht in der zeichnerischen Darstellung nach F i g. 1 etwa der Differenz zwischen den beiden Bezugspunkten C₁ und H. Der Bezugspunkt C₀ entspricht dem Vergleichssignal G, liegt also auf einer parallel zur Abszisse des Diagramms nach Fig. 1 verlaufenden, durch den Punkt G gehenden, strichpunktierten dargeste ten Linie - Der Bezugspunkt H liegt auf einem punktiert gezeichneten Kurventeil an der Stelle der Meßwellenlänge A,. Dieser Kurventeil stellt den weiteren Verlauf des Spektrogramms nach F ι g. 1 fur den Fall dar, daß die Unterlage nicht mit einer Beschichtung versehen ist.

Es ist ohne weiteres einzusehen, daß aufgrund des vorstehend erläuterten, bekannten Meßverfahrens auch bei verhältnismäßig problemlosen Meßaufgaben, z. B. bei unbedrucktem, beschichtetem Karton nur annähernd richtige Werte für die Dicke oder das Flächengewicht der Beschichtung erzielt werden können. Denn auch bei ζ B unbedrucktem Karton können bereits gewisse Änderungen in der Zusammensetzung und/oder der Struktur des Kartons bzw. der Unterlage dazu führen, daß sich die Differenz zwischen den beiden Bezugspunkten C₀ und H im Diagramm nach F i g. 1 ändert und jedenfalls nicht oder nicht mehr mit dem empinsch ermittelten, in den Rechenvorgang zur Ermittlung der Dicke oder des Flächengewichtes als Konstante eingeführten Wert uber-

⁶¹ Daräber hinaus besteht eine weitere Fehlerquelle darin, daß das Meßsignal A im Fall des bekannten Meßverfahrens mit einem Bezugspunkt (Q) verglichen wird, der dem bei Vergleichswellenlänge X₁ erhaUencn Vergleichssignal G entspricht und der demnach die Beeinflussung des Kurvenverlaufs des Spektrogramms durch den bekannten Streueffekt unberücksicht läßt. ,··♦,»

Anhand der Darstellung in Fig. 2 wird im folgenden das erfindunsgemaße Meßverfahren er autert. Das Diagramm nach F i g. 2 zeigt ein Spektrogramm, welches demselben Meßgut wie im Fall des Spektrogramms nach Fig. 1 zugeordnet sein soll, das jedoch in Abweichung von diesem im Bereich der Grenzschicht zwischen Unterlage und Beschichtung Druckerschwärze aufweist.

Bei gleicher Aufteilung von Abszisse und Koordinate des Diagramms nach F ι g. 2 ist fur das Meßgut ein vom Verlauf des Spektrogramms nach Fig. 1 erheblich abweichender Verlauf des Spektrogramms zu erkennen. Zum einen sind die verschiedenen, im auf der Zeichnung rechten Teil des Spektrogramms liegenden Absorptionsbanden nicht so stark ausgeprägt wie im Fall des Spektrogramms nach F i g. 1, zum anderen ist der auf der Zeichnung in F i g. 2 links liegende, keine Absorptionsbanden aufweisende Teil des Spektrogramms zu größeren Wellenzahlen hin stärker geneigt als das Spektrogramm nach Fig. 1. v»,„i»vi,cci Während das bei Vergleichswellenlänge A₂ im Fall des Spektrogramms nach F ι g. 2 zu erhaltende Vergleichssignai G wegen der größeren Strahlungsabsorption im Material normalerweise kleiner als im Fall der l· ig. 1 ist und daher erst nach entsprechender Verstärkung im wesentlichen mit dem entsprechenden Vergleicnssignal O im Fall des Spektrogramms nach Fig. 1 übereinstimmt, weichen die Meßsignale A erheblich voneinander ab. Im Fall des Spektrogramms nach F i g. 2 ist das Meßsignal A erheblich durch das Vorhandensein von Druckerschwärze auf der die Beschichtung tragenden Unterlage beeinflußt, darüber hinaus in gewissem Maß auch durch den auf die Druckerschwärze zurückzuführenden verstärkten Streueffekt. Auf der Grundlage des ^kannten Meßverfahrens würde im Fall des Spektrogramms nach Fig. 2 für die Beschichtung eine geringere Dicke bzw. ein geringeres Flächengewicht errechnet werden, als dies tatsächlich der Fall ist

Die vorstehend beschriebenen Meßprobleme werden nun dadurch beseitigt, indem Ultrarot-Strahlung mit einer weiteren Wellenlänge (Hilfswellenlänge) A₃ verwendet wird, welche Hilfswellenlänge A₃ derart gewählt ist, daß bei dieser Wellenlänge das Material der Unterlage - und nur dieser - eine (weitere) Absorptionsbande autweist - Bei der Hilfswellenlänge A₃ wird ein Hilfssignal D erhalten. Wie Versuche ergeben haben, steht dieses Hilfsmittel auch im Fall des Vorhandenseins von Druckerschwärze im Bereich der Grenzschicht zwischen Unterlage und Beschichtung in einem bestimmten Verhältnis zu einem Meßsignal, welches im Fall nichtbeschichteter Unterlage bei Meßwellenlänge zu erhalten wäre. Dieses Meßsignal würde bei nichtbeschichteter Unterlage eine Größe haben, die dem in F i g. 2 mit B bezeichneten, errechneten Hilfswert entspricht bzw. dem in Fig. 1 bezeichneten Bezugspunkt H.

Das Verhältnis, in dem das Hilfssignal D zu dem Hilfswert B steht, kann durch entsprechende Messungen an unbeschichtetem Material leicht ermittelt werden. Somit ist es möglich, bei Messungen an beschichtetem Material aufgrund des Hilfssignals D den Hilfswert B zu errechnen, so daß ein Maß für den Anteil der Unterlage am Zustandekommen des Meßsignals A vorliegt. Dementsprechend kann der Anteil der Beschichtung am Zustandekommen des Meßsignals A exakt errechnet werden, der im Fall der Darstellung nach F ι g. 2 der Differenz zwischen dein (errechneten) Hilfswert B sind dem Meßsignal A entspricht. Etwaige Änderungen m der Struktur bzw. der Zusammensetzung der Unterlage und/oder Änderungen in der Menge der im Bereich der Grenzschicht zwischen Unterlage und Beschichtung befindlichen Druckerschwärze werden demnach stets in den Rechenvorgang zum Ermitteln der Dicke bzw. des Flächengewichtes der Beschichtung mit einbezogen.

Das erfmdungsgemäße Verfahren kann bereits in vielen Fällen der Praxis mit Vorteil eingesetzt werden, ohne daß es der Berücksichtigung des bekannten Streueffektes bedarf. Um jedoch auch diesen Streueffekt im Rechenvorgang für die Dicke bzw. das Flächengewicht der Beschichtung mit zu berücksichtigen, wird im folgenden anhand der Darstellung in Fig. 2 eine diesen Effekt berücksichtigende Formel für die Bestimmung der Dicke bzw. des Flächengewichtes der Beschichtung entwickelt. Zunächst seien jedoch noch einige Bemerkungen zu dem Verlauf des Spektrogramms nach Fig. 2 und zu den weiteren Darstellungen in Fig. 2 gemacrit.

In dem Wellenlängenbereich zwischen der einen Vergleichswellenlänge A₂ und der anderen Vergleichswellenlänge A₄, also zwischen den Vergleichssignalen G und F weist das Spektrogramm nach F ι g. 2 einen Verlauf aui der nicht durch Absorptionsbanden irgendeines Materials beeinflußt ist. Bei Wahl eines geeigneten Maßstabes für die auf der Abszisse aufgetragene Veränderliche bzw. bei Wahl einer geeigneten Dimension für diese Veränderliche stellt sich der Kurvenverlauf des Spektrogramms - zumindest zwischen den Vergleichssignalen G und F bzw. den entsprechenden Wellenlängen A₂ und A₄ als Gerade dar. Dies ist der Fall, wenn, wie schon^oben erwähnt, auf der Abszisse des Diagramms in linearem Maßstab die Wellenzahl - und nicht die Wellenlänge -

aufgetragen ist.

Im Diagramm nach F i g. 2 ist der (geradlinige) Verlauf des Spektrogramms zwischen den Vergleichssignalen F und G über das Vergleichssignal G hinaus verlängert, und zwar als gestrichelt gezeichnete Linie. Mit dieser Linie würde der weitere über das Vergleichssignal G hinausgehende Verlauf des Spektrogramms zusammenfallen, wenn die Masse derjenigen Materialien zu Null wird, die in diesem Bereich Absorptionsbanden haben oder wenn das Meßgut auch in diesem Bereich keine Absorptionsbanden hätte. Die gestrichelt gezeichnete Linie in geradliniger Verlängerung des Bereiches F-G des Spektrogramms stellt demnach die richtige Bezugslinie zum Ermitteln der »Tiefe« der jeweiligen Absorptionsbande bzw. der jeweiligen Extinktion bei den einzelnen Wellenlängen dar. Beim bekannten Meßverfahren wurde dagegen vereinfachenderweise von einer Bezugslinie ausgegangen, die im Fall der Darstellung nach F i g. 2 als parallel zur Abszisse verlaufende und durch den Punkt G verlaufende Linie zu denken ist.

Zum Errechnen der Dicke bzw. des Flächengewichtes der Beschichtung auf der Unterlage unter Berücksichtigung nicht nur der durch Druckerschwärze oder strukturelle Änderungen der Unterlage, sondern auch durch Streuung bewirkten Veränderung des Meßsignals A und des Hilfssignals D werden zunächst die auf der gestrichelt gezeichneten Linie liegenden Bezugspunkte C und E errechnet. Der Bezugspunkt C liegt bei der Meßwelleniänge A₁ und ist dem Meßsignal A zugeordnet, der Bezugspunkt E liegt bei der Hilfswellenlänge A₃ und ist dem Hilfssignal D zugeordnet - Nach den Ähnlichkeitssätzen der Geometrie gilt für den Fall der Darstellung in Fig. 2 folgendes:

20

(D

(2)

Hierzu ist noch zu bemerken, daß die Bezugspunkte F₀, E₀ und C₀ zusammen mit dem Punkt bzw. Vergleichssignal G auf einer parallel zur Abszisse verlaufenden, strichpunktiert gezeichneten Linie liegen.
Da die wellenzahlmäßigen Abstände x,, x₂ und y zwischen den Punkten E₀ und G, C₀ und G bzw. F₀ und G

bekannt sind, sind die Ausdrücke ^- und — in den Gleichungen 1 und 2 als Konstante zu betrachten, für die ent-

y y
sprechend den Gleichungen 3 und 4 im folgenden die Ausdrücke X₁ und X₂ verwendet werden.

■*- = *■ (3)

f - X₁ (4)

40

Auf der Grundlage der Gleichungen 1 bis 4 errechnet sich der Bezugspunkt C für das Meßsignal A folgendermaßen:

C = C₀^X₂(F₀-F) (5)

45

während sich der Bezugspunkt E für das Hilfssignal D folgendermaßen errechnet:

E = E₀ + X_x (F₀ - F) (6)

Ferner gilt für die in Fig. 2 dargestellten Verhältnisse folgendes: so

A = _e-i.,-^p-e-W (8) "

4 = *~^WP (9)

^B

-^ = C-W. (10>

In den vorstehenden Gleichungen 7 bis 10 bedeuten 'α,, und ⁱa_u die Absorptionskoeffizienten des Materials der Unterlage bei Meßwellenlänge ,J₁ bzw. Hilfswellenlänge A₃, ^]a_n den Absorptionskoeffizienten des Materials der Beschichtung und U und P die Dicke bzw. das Flächengewicht von Unterlage bzw. Beschichtung. Durch Logarithmieren der Gleichung 7 erhält man

U= 1 IqX. (11)

Nach Einsetzen der G'sichung 11 in Gleichung 8 wird folgender Ausdruck erhalten:

A. = e- W ■ e~£ · In! (12)

Dieser Ausdruck kann folgendermaßen geschrieben werden:

¹⁰ , N I.

A-e-W-Pt-YtZ. (13)

Durch Umstellung wird erhalten

— c Π 4)

Aus Gleichung 14 ergibt sich die Dicke bzw. das Flächengewicht der Beschichtung nach folgender Formel:

'-i^L-4(f)'^fe-jT ⁽¹⁵⁾

a_p L\E/ AJ

Durch Einsetzen der Gleichungen 5 und 6 in Gleichung 15 ergibt sich für die Dicke bzw. das Flächengewicht
25 der Beschichtung folgende Gleichung:

P- 1 In[7 2 Vfe- Ί ₍₁₆₎ g

30 Um auch die - verhältnismäßig geringfügige - Beeinflussung des erhaltenen Meßsignals infolge der oben β

erwähnten scheinbaren Änderung des Absorptionskoeffizienten des Materials der Beschichtung infolge der «f

durch die Durckerschwärze hervorgerufenen Änderung der mittleren Streuweglänge der Ultrarot-Strahlung ^

durch das Material der Beschichtung zu berücksichtigen, kann in Gleichung 16 anstelle des Ausdrucks ^la_p fol- ώ

gender Ausdruck gesetzt werden: j|

35 |1

1_A — V Λ- JP" . IT K?

Un — "0 " ι ii

In der Gleichung 17 bedeuten K₀ und AT₁ empirisch zu ermittelnde Konstanten, während F das bei der weiteren IJ

Vergleichswellenlänge A₄ erhaltene Vergleichssignal ist. Bei Einsetzen der Gleichung 17 in Gleichung 16 wird £

40 also mit kleiner werdendem Vergleichssignal F ein größer werdendes Flächengewicht bzw. eine größere Dicke P i\

errechnet. "'k

Auf Einzelheiten einer zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Einrichtung braucht ;«

nicht näher eingegangen zu werden. Derartige Einrichtungen sind vielfach bekannt. Wesentlich im vorliegen- %

den Zusammenhang ist lediglich, daß die Einrichtung geeignet ist, außer Ultrarot-Strahlung mit den Welienlän- |

45 gen A₁, A₂ und ggfs. auch A₄ zusätzlich noch Ultrarot-Strahlung mit der Wellenlänge A₃ (Hilfswellenlänge) abzuge- ·$

ben bzw. zu empfangen, bei der lediglich das Material der Unterlage eine Absorptionsbande aufweist und nicht j>|

auch das Material der Beschichtung. :.!

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

50

Claims

Patentansprüche:

1. Unter Anwendung von Ultrarot-Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgeführtes Verfahren zum Messen der Dicke oder des Flächengewicbtes einer Beschichtung auf einer Unterlage, deren Struktur eine genaue Messung des Flächengewichtes dieser Unterlage ausschließt wegen örtlich unterschiedlichem, in unvorhersehbarem Maß sich ändernden Absorptionskoeffizienten des Materials derUnterlage, insbesondere zum Messen der Dicke einer auf bedrucktem oder unbedrucktem Karton aufgebrachten Kunststoffolie, bei dem