DE3324701A1 - Vorrichtung zur messung von schichtdicken an ausgewaehlten bereichen eines beweglichen bandartigen materials - Google Patents

Description

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Vorrichtung zur Messung von Schichtdicken an ausgewählten Bereichen eines beweglichen bandartigen Materials

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Mes-' sung von Schichtdicken auf ausgewählten Bereichen eines bandartigen Materials während Verweilzeiten eines Schritt- und Repetier-Beschichtungssystems (step and repeat coating system). Die Bereiche oder Flächen können horizontalen und/oder vertikalen Abstand aufweisen.

In einem Schritt- und Repetier-Beschichtungssystem wird ein kontinuierliches Bandmaterial zyklisch mit geeigneten Beschichtungen, wie etwa Gold, Silber od. dgl. an einem oder mehreren vorgewählten Bereichen mittels bekannter Beschichtungsverfahren versehen. Während des Betriebs wird das Band für ein Zeitintervall oder eine Verweilperiode gestoppt, die lang genug ist, um die Beschichtung auf das Band aufzubringen. Dann wird das Band für die nachfolgenden Beschichtungsvorgänge zyklisch bewegt oder in Längsrichtung zum nächsten Bereich oder den Bereichen für die Beschichtungsaufbringung vorgerückt.

Die Erfindung schafft im wesentlichen eine Meßvorrichtung, die in Verbindung mit dem Beschichtungssystem arbeitet und Messungen von Schichtdicken an einem bandartigen Material während der Verweilzeiten des Beschichtungssystems ermöglicht, die zu einem Zeitpunkt erfolgen, nachdem das Beschichtungsmaterial auf einem stromabwärtigen Abschnitt des Bands aufgebracht worden ist und während der Aufbringung der Beschichtung auf einem stromaufwärts gelegenen Abschnitt des Bands. Soweit jede Verweilperiode nicht lang genug ist, um eine genaue Dickenmessung eines einzelnen beschichteten Punkts oder Bereichs vorzunehmen, können eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Teilmessungen 5 während einer Anzahl derartiger Verweilperioden an gleichmäßig beabstandeten und präzise angeordneten Punkten längs

des beschichteten Materialbands vorgenommen werden. Die Teilmessungen können dann zur Erzeugung eines statistisch annehmbaren Werts für die Schichtdicke in üblicher Weise integriert werden.
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Insbesondere und in Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Messung von Schichtdicken an ausgewählten Bereichen eines beweglichen bandartigen Materials während Verweilzeiten eines Schritt- und Repetier-Beschichtungssystems geschaffen, welches gekennzeichnet ist durch einen Fühler für die Dickenmessung, welcher wenigstens längs einer Translationsachse zu einer Meßstellung gegenüber einem bandartigen Material während dessen Verweilzeiten bewegbar aufgenommen ist und vom bandartigen Material in eine zweite Stellung wegbewegbar ist, sowie durch eine Einrichtung, die auf das Signal für die Verweilzeit anspricht, um den Meßfühler in die Meßposition zu bewegen, wobei der Meßfühler normalerweise gegen Bewegung in Richtung auf das bandartige Material während dessen Bewegung gezwungen ist.

Wenn es erwünscht ist, die Schichtdicken auf den Bändern an Bereichen oder Punkten zu messen, die an verschiedenen vertikal beabstandeten Stellen längs der Längsachse des Bands oder quer dazu angeordnet sind, ist die Meßvorrichtung der Erfindung mit einem Fühler versehen, welcher automatisch zur Durchführung aufeinanderfolgender Messungen längs des beschichteten Bands an einer Anzahl von in Querrichtung beabstandeten Punkten oder Flächen darauf positionierbar ist.

Ein Beispiel für einen Meßfühler, der in vorteilhafter Weise bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbar ist, ist ein bekannter Betastrahlungs-Rückstrahlungsfühler. Andererseits können jedoch auch Fühler mit einem anderen Meßprinzip verwendet werden.

Vorteilhafterweise ist eine Hubbegrenzungseinrichtung vorgesehen, welche zwischen aufeinanderfolgenden Verweilzeit-Messungen wirkt, um im wesentlichen den Normalhub des Meßfühlers zu kürzen und dadurch die Laufzeit des Fühlers in Richtung auf das beschichtete bandartige Material und von diesem weg zu verringern. Dadurch kann mehr Verweilzeit für die Messungen und nicht für die Fühlerbewegung genutzt werden.

Ferner umfaßt die Vorrichtung der Erfindung in vorteilhafter Weise eine Einrichtung zur Aufnahme von Kalibrierstandards, welche zweckmäßigerweise benachbart dem Meßfühler und dem beschichteten Band angeordnet sind, wodurch nach Betätigung eines geeigneten Antriebs vorge-5 wählte Standards schnell und automatisch mit dem Meßfühler für eine anfängliche Kalibrierung und periodische Kontrolle der Kalibrierung ausrichtbar sind.

Eine geeignete Indexeinrichtung ist zweckmäßigerweise vorgesehen, welche mit dem Stützaufbau für den Meßfühler zusammenwirkt, um eine schnelle, leichte und genaue Positionierung des Meßfühlers bezüglich des Abstands der zu messenden Bandpunkte oder Bandflächen zu ermöglichen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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Fig. 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung von Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Teilansicht, teilweise im Schnitt, im wesentlichen längs der Linien 3-3 von Fig. 2, 35

Fig. 4 eine Teilansicht, teilweise geschnitten, im wesentlichen längs der Linie 4-4 von Fig. 2,

Fig. 5 eine Teilansicht, teilweise geschnitten, im wesentlichen längs der Linie 5-5 von Fig. 2,

Fig. 6 eine Teilansicht, teilweise geschnitten, längs im wesentlichen Linie 6-6 von Fig. 2 sowie

Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm, welches das

Zusammenwirken zwischen dem Dickenmeßsystem der Erfindung und dem elektronischen Prozessor hierfür sowie dem Regler für das Beschichtungs-

system aufzeigt.

Gemäß den Fig. 1, 2 und 3 wird das beschichtete Bandmaterial S durch Rollen R geführt, wenn es aus einer nicht dargestellten Beschichtungseinheit austritt. Das Band läuft in Richtung des Pfeiles A durch die Dickenmeßeinrichtung, welche allgemein- mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Die Meßeinrichtung umfaßt eine im wesentlichen horizontal angeordnete Basis 12, welche mittels eines aufrechtstehenden Verbindungselements 16 verstellbar an einem sich in Längsrichtung erstreckenden Rahmenelement 14 befestigt ist, welches Rechteckquerschnitt aufweist. Geeignete exzentrische Rollen 18, die an einer Platte 20 befestigt sind, können für den Eingriff mit gegenüberliegenden Seitenflächen des Elements 14 vorgesehen sein, um Veränderungen im Abstand zwischen derartigen Seitenflächen zu kompensieren. Die Meßanordnung ist auf der Basis 12 bezüglich einer horizontal angeordneten zylindrischen Führungsschiene 22 verstellbar angeordnet, die von der Basis 12 hochsteht. Dazu ist ein vertikal angeordnetes Stützelement 24 an der unteren Fläche mit einem nach hinten vorstehenden Element 26 versehen, das eine sich mit der Führungsschiene 22 in Gleiteingriff befindliche Durchgangsbohrung 28 aufweist. Während des Normalbetriebs der Meßanordnung wird das Stützelement 24 geeignet stationär bezüglich der Führungs-

schiene 22 gehalten, derart, daß keine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Geeignet befestigt an der Frontfläche des Elements 24 ist eine Platte 30, die benachbart des beschichteten bandartigen . Materials S angeordnet ist und als Widerlager während der Messung dient, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.

Der Meßfühler und andere Bauteile der Erfindung können auf einem gemeinsamen Stützaufbau befestigt sein, welcher seinerseits schwenkbar bezüglich des Stützelements 24 angeordnet sein kann, wodurch der Stützaufbau zur leichteren Zugänglichkeit zu den dem Fühler zugeordneten Bauteilen in Offenstellung verschwenkt werden kann. Hierzu umfaßt der Stützaufbau eine Platte 32, welche sich normalerweise im Abstand zum Element 24 befindet (derart, daß das Band S zwischen Element 2 4 und Platte 32 angeordnet ist), und welche im wesentlichen koplanar mit sowohl dem Band S und dem Element 24 angeordnet ist. Ferner umfaßt der Stützaufbau einen sich nach vorne erstreckenden Block 34 nahe und befestigt an einem Seitenrand der Platte 32, obere und untere mit Öffnungen versehene Flansche 3 5 (Fig. 6), die von der Platte 32 vorstehen und mit entsprechenden oberen und unteren mit öffnungen versehenen Flanschen 36 des Stützelements 24 ausgerichtet sind. Ein Gelenkbolzen 38 od. dgl. erstreckt sich durch die Öffnungen der Flansche 35 und 36, wodurch die Platte 32 und die darauf aufgenommenen Bauteile gegenüber dem Stützelement 24 um die Achse des Schafts 38 verschwenkt und längs dieser Achse vertikal positioniert werden können, wie nachfolgend noch hervorgeht.

Eine Einrichtung ist vorgesehen, um die Platte 32 in ihrer geschlossenen Betriebsstellung zu verriegeln. Diese Einrichtung kann einen mit einer Bohrung versehenen Flansch 40 aufweisen, der sich vom gegenüberliegenden Seitenrand

des Stützelements 24 nach vorne erstreckt und im wesentlichen horizontal mit dem unteren Flansch 36 ausgerichtet ist. Die Einrichtung umfaßt ferner eine Buchse 42, welche in Ausrichtung mit dem Flansch 40 an der Platte 32 befestigt ist sowie einen Stift 44, der in der Buchse und der Bohrung des Flansches 40 aufgenommen ist. Bei entsprechend plaziertem Stift 44 wird somit die Platte 32 an einer Schwenkbewegung um den Bolzen 38 gehindert, kann jedoch vertikal zum Bolzen und zum Stift 44 bewegt werden.

Ferner beinhaltet der Stützaufbau einen Rahmen oder ein offenes Gehäuse zur Aufnahme eines Meßfühlers, welches an der Platte 32 befestigt ist und einen nach vorne vorstehenden oberen Wandabschnitt 46 sowie ein Paar von nach vorne vorstehenden Seitenwandabschnitte 48 und 50 aufweist. Ein Paar von Armen 52 (Fig. 1 und 2) auf einem Block 53 erstrecken sich vom Abschnitt 50 und sind an ihren oberen Enden mit Öffnungen zur drehbaren Lagerung des Schafts 54 einer Kalibrierscheibe 56 versehen, die in einer Öffnung durch die Platte 32 derart angeordnet ist, daß sie hierzu im wesentlichen koplanar ist. Ein einen Meßfühler tragender Klemmblock 58 (Fig. 4) ist auf Armen 52 mittels eines linearen Lageraufbaus 60 (Fig. 2) für eine translatorische Bewegung längs einer im wesentlichen zur Ebene des beschichteten bandartigen Materials S senkrechten Achse aufgenommen und auf einem oberen Abschnitt der Seitenwand 50 mittels eines linearen Lageraufbaus (Fig. 2 und 4) gelagert, dessen Lagerfläche im wesentlichen um 90 relativ zur Lagerfläche des Aufbaus 60 ausgerichtet ist. Der Klemmblock 58 (Fig. 4) besitzt einen Schlitz, welcher einen im wesentlichen zylinderförmigen Innenraum zur Aufnahme eines Meßfühlers 64 begrenzt, welcher mittels eines Klemmbolzens 66 dort befestigt ist. Fühlerbetätigungssignale und Meßdaten können über eine elektrische Leitung 65 (Fig. 2) übermittelt werden, die sich von einem Ende des Fühlers 64 erstreckt. Eine öffnung

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67 (Fig. 4) ist in der Scheibe 56 vorgesehen, so daß der Fühler während seiner translatorischen Bewegung durchgelangen kann. Die Kalibrierscheibe 56 kann mit einem Bogensegment 68 (Fig. 2) versehen sein, das an der Frontfläche der Scheibe befestigt ist, und eine Anzahl von scheibenartigen, mit Winkelabstand angeordneten Kalibrierstandards 70, 72, 74 und 76 tragen.

Wie am besten aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, kann eine geeignete Antriebseinrichtung zur Drehung der Scheibe um die Achse des Schafts 54 einen Schrittschaltmotor 78 umfassen, welcher an der Seitenwand 48 befestigt und mit einem Ausgangsritzel 80 versehen ist, welches mit einer Verzahnung 82 auf dem Umfang der Scheibe 56 zusammenwirkt.

Der Motor 78 spricht auf Signale über elektrische Leitungen 8 4 an, wie nachfolgend noch hervorgeht. Der Schaft 54 der Scheibe 56 kann mit einer Anzahl von seitlich vorstehenden Betätigungsstiften 86, 88 und 90 (Fig. 4) versehen sein, die mit Abstand längs der Achse des Schafts 54 und mit Winkelabstand oder versetzt darum angeordnet and» Eine gleiche Anzahl von Lagefühlgliedern in Form von Mikroschaltern 92, 94 und 96 sind am Block 53 in Ausrichtung mit ihren entsprechenden Betatxgungsstiften 86, 88 und 90 befestigt. Daraus geht hervor, daß die Signale oder Impulse von irgendeinem Mikroschalter oder irgendeiner Kombination der Mikroschalter Signale für die Winkelstellung der Scheibe 56 und diehlerdunh getragenen Standards sowie für die der Scheibenöffnung 67 angibt.

Die Scheibe 56 kann in irgendeine ihrer Winkellagen mittels einer geeigneten Bremseinrichtung in Form einer Kolbenstange 98 (Fig. 2) gesperrt sein, die aus einem Pneumatikzylinder 100 od. dgl. senkrecht zur Stirnfläche der Scheibe 56 bewegbar ist, um mit der Stirnfläche in Anschlag zu gelangen. Der Zylinder 100 ist geeignet durch die Seitenwand 48 abgestützt und wird über die Leitung

gespeist. Gemäß der Bauart des Zylinders spannt eine nicht dargestellte Feder die Stange 98 normalerweise in Anlage mit der Scheibe 56 vor, wobei eine Druckbeaufschlagung über die Leitung 102 den Kolben außer Eingriff mit der Scheibe bewegt, so daß der Schrittschaltmotor 78 die Scheibe drehen kann.

Wie am besten aus den Fig. 2 und 5 hervorgeht, ist eine Einrichtung vorgesehen, um den Meßfühler 64 horizontal in seine Meßposition zu versetzen, welche im Falle eines Fühlers in Art eines Betastrahlungs-Rückstrahlungsfühlers sich in Kontakt mit dem beschichteten bandartigen Material S befinden kann. Eine solche Einrichtung kann einen im wesentlichen vertikal angeordneten Pneumatikzylinder 104 aufweisen, der durch die Seitenwand 50 geeignet aufgenommen ist, eine Kolbenstange 106, die in Normalstellung federnd vorgespannt ist, um den Fühler 64 mit Abstand zum beschichteten Band S, also außerhalb der Betriebsstellung, zu halten, sowie einen Winkelhebel 108, welcher an der Seitenwand 50 um eine horizontale Achse 110 schwenkbar angeordnet ist. Ein Arm 112 des Hebels 108 ist schwenkbar mit im Abstand befindlichen Laschen 114 eines Betätigungselements verbunden, welches am Ende der Stange 106 befestigt ist. Der andere Arm 116 befindet sich in Eingriff zwischen einem Paar von Laschen 118, die am Klemmblock 58 mit diesem bewegbar befestigt sind. Die Anordnung ist derart, daß eine vertikale Bewegung der Stange 106 eine horizontale oder translatorische Bewegung des Klemmblocks 58 zusammen mit dem daran befestigten Meßfühler 64 bewirkt. Das obere Ende des Zylinders 104 kann über eine Pneumatikleitung 122 beaufschlagt werden. Ein Betätigungsstift 124 (Fig. 3 und 4) ist geeignet am Klemmblock 58 befestigt und erstreckt sich von diesem vertikal durch eine Öffnung 125 in der oberen Wand 46 in horizontaler Ausrichtung mit Leisten eines Paars von Mikroschaltern 126 und 128, die als Fühler zur Er-

zeugung von Signalen dienen, welche die Meßstellung des Fühlers 64 am nächsten zum beschichteten Band S und die Ausgangsstellung des Fühlers mit maximalem Abstand zum Band angeben.
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Ferner ist eine Einrichtung zur Begrenzung des Hubs des Meßfühlers 64 auf eine Position zwischen seiner Meßstellung und seiner mit maximalem Abstand zum beschichteten Band S befindlichen Stellung vorgesehen, wodurch der durch den Meßfühler zwischen aufeinanderfolgenden Meßzyklen zurückgelegte Weg beträchtlich reduziert werden kann, wodurch eine maximale Verwendung einer jeden Verweilperiode (dwell period) für Meßzwecke ermöglicht wird. Hierzu ist der Winkelhebel 108 (Fig. 5) mit einer vorstehenden Zunge 130 benachbart der Achse 110 für normalen Eingriff mit einem schwenkbar angeordneten Hebel 132 versehen ,welcher mit dem Stößel 134 eines Solenoids 136 verbunden ist. Der Hebel 132 ist normalerweise durch eine Feder 138 in eine Stellung zum Halten der Zunge 130 vorgespannt, um den Lauf des Meßfühlers 64 zu begrenzen oder zu stoppen. Der Hebel kann in eine Stellung aus der Bahn der Zunge 130 in Folge Erregung des Solenoids 136 gebracht werden, so daß der Meßfühler 64 in seine Ausgangsstellung laufen kann, in welcher er sich mit maximalem Abstand zum beschichteten Band S befindet. Diese Position mit maximalem Abstand oder Ausgangsstellung des Fühlers 64 befindet sich jenseits der öffnung 67 in der Kalibrierscheibe 56 (Fig. 4), derart, daß die Scheibe bei Bedarf ohne Störung des Fühlers bewegt werden kann, wie nachfolgend noch erläutert wird.

Zur Ausrichtung des Meßfühlers 64 mit beschichteten Punkten oder Bereichen des Bands S, die mit vertikalem Abstand angeordnet sind, ist eine Einrichtung vorgesehen, um das 5 Band vertikal oder quer zur Translationsachse des Fühlers zu bewegen. Wie am besten aus den Fig. 2 und 6 hervorgeht,

umfaßt eine solche Einrichtung einen Pneumatikzylinder 140, welcher am Block 34 durch eine L-förmige Konsole befestigt ist, und eine feststehende Kolbenstange 144, die sich vom Zylinder 140 nach unten in Anlage mit dem unteren Flansch 36 des Elements 2 4 erstreckt. Der Zylinder 140 kann federnd in seine unterste Stellung vorgespannt sein und ist durch FIuidbeaufschlagung über die Leitung 146 betätigbar, um eine Bewegung nach oben zu bewirken. Soweit der Zylinder 140 am Block 34 befestigt ist, welcher gleichfalls den Meßfühler 6 4 trägt, verursacht eine Bewegung des Zylinders eine entsprechende Bewegung des Meßfühlers. Ein Ringbund 148 ist an der Kolbenstange 144 befestigt und mit einem unteren Flansch 150 mit vergrößertem Durchmesser versehen, der mit Mikroschaltern 152 und 154 zur Ermittlung von Positionen mit vertikalem Abstand bestückt ist. Die Mikroschalter sind mit dem Block 34 bewegbar. Die Schalter 152 und 154 erzeugen somit Signale für die oberste und unterste Stellung des Meßfühlers 64. Zusammenwirkende und einstellbare obere Begrenzungsanschläge 156, 158 sind jeweils im oberen Flansch 36 und 3 5 vorgesehen, um die Bewegung des Meßfühlers nach oben zu begrenzen. Ähnliche Begrenzungsanschläge 160, 162 sind jeweils im unteren Flansch 36 und 3 5 vorgesehen, um die Abwärtsbewegung des Fühlers zu begrenzen.

Um eine exakte, präzise und wiederholbare Positionierung des Meßfühlers 64 gegenüber den vorgewählten horizontal beabstandeten Flächen auf dem Band S für eine Dickenmessung zu ermöglichen, ist eine geeignete Indexeinrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung vorgesehen. Wie am besten aus den Fig. 1,2 und 3 hervorgeht umfaßt eine solche Indexeinrichtung eine sich in Längsrichtung erstreckende Indexstange 164 mit einer Anzahl von mit variablem Abstand befindlichen, querverlaufenden und verjüngten Öffnungen 166. Die Stange 164 ist verschiebbar auf

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der Basis 12 nahe und unterhalb des Stützelements 24 im wesentlichen parallel zur Führungsschiene 22 gelagert und gegenüber der Basis 12 verstellbar beweglich. Hierzu greift ein Verstellbolzen 168 durch ein mit einem Innengewinde versehenes Element 170, welches an der Basis 12 befestigt ist. Der Bolzen wirkt auf ein Ende der Stange 164. Das andere Ende der Stange ist geeignet gegen den Bolzen 168 mittels einer Feder 172 vorgespannt, die zwischen diesem Ende und einem Halteelement 17 3 für die Feder angeordnet ist. Auf diese Weise kann die horizontale Lage der Stange 164 durch Drehung des Bolzens 168 geändert werden, wodurch sich eine Bewegung der Stange entgegen der Vorspannung der Feder 172 ergibt. Das Bandmaterial kann eine Anzahl von Serien von Beschichtungen enthalten, wobei jede Serie ein wiederholtes Muster von Beschichtungen repräsentiert. Der Fühler kann zur Messung der Schichtdicke irgendeiner der Serien zu einer gegebenen Zeit betätigt werden. Demzufolge ist der Abstand zwischen jeder der Stangenöffnungen 166 in Korrelation zum veränderlichen Abstand zwischen benachbarten Beschichtungspunkten innerhalb irgendwelcher vorgegebener sich wiederholender Muster von Beschichtungspunkten auf dem Band S gebracht. Die Meßvorrichtung 10 kann somit in eine vorgewählte Öffnung 166 bewegt und verriegelt werden, jedesmal, wenn es erwünscht ist, wiederholte Punkte auf dem Band S zu messen, die an verschiedenen horizontalen Stellen oder sich auf Abständen befinden als die zuvor gemessener wiederholter Punkte auf dem Band. Auf diese Weise ist es lediglich erforderlich, den Meßfühler 64 einmal für jedes Band S auszurichten unabhängig von der Veränderlichkeit in horizontalem Abstand von auf dem Band befindlichen beschichteten Flächen. Um die Einrichtung 10 in einer vorgewählten Stangenöffnung 166 zu verriegeln, ist eine entfernbare Indexeinrichtung an der Bodenfläche des Flansches 36 befestigt.

Die Einrichtung umfaßt ein Gehäuse 174 (Fig. 3), einen Stift 176, welcher innerhalb des Gehäuses verschiebbar

ist und ein verjüngtes vorderes Ende 178 aufweist, welches in die Stangenöffnung 166 eingreift, eine Feder 180 zwischen dem Stift und dem Gehäuse zum Vorspannen des Stifts in die Eingriffsstellung, sowie einen Schaft 182, der sich vom rückwärtigen Ende des Stifts 176 durch das Gehäuse 174 erstreckt und in einem äußeren Einstellknopf 184 endet. Eine Bewegung des Knopfs 184 entgegen der Vorspannung der Feder 180 erlaubt ein Ausrücken des Stiftendes 178 von der Stangenöffnung .166, wodurch die gesamte Meßanordnung 10 horizontal längs der Führungsschiene 22 verrückt werden kann, um die Meßanordnung bezüglich einer anderen Stangenöffnung 166 zu befestigen. Der Schaft 182 kann mit einem seitlichen Vorsprung 186 versehen sein, um mit dem Anschlag eines Mikroschalters 188 zusammenzuwirken, welcher ein Signal für das Einrücken oder Ausrücken der Indexanordnung bezüglich irgendeiner der Stangenoffnungen 166 abgibt. Der Schalter 188 kann fest gegenüber dem Gehäuse 174 aufgenommen sein. Dabei ist festzuhalten, daß wahlweise eine automatische Indexeinrichtung verwendet werden kann.

Vor Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung kann der Meßfühler 64 entfernt und durch eine geeignete optische Ausrichteinrichtung ersetzt werden, wie etwa ein Mikroskop, wodurch das Stützelement 24 und der dadurch getragene Aufbau präzis mit einem Satz beschichteter Wiederholpunkte oder Flächen auf dem Band S mittels der Indexstange 164 eingestellt werden kann. Sobald die Ausrichtung durchgeführt ist, wird der Indexstift 176 in eine der Stangenoffnungen 166 eingerückt, die einem besonderen Satz von mit Abstand angeordneten Punkten auf dem zu messenden Band S entspricht. Der Meßfühler 64 wird dann ausgetauscht und das Meßverfahren kann unter elektronischer Steuerung des Dickenmeß-Prozessors 200 erfolgen, der schematisch in Fig. 7 dargestellt ist.

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Der Beschichtungsregler 300 sendet über die Leitung 310 ein Signal zum Prozessor 200, welches den Anfang der Verweilperiode für die Aufbringung der Beschichtung auf das Band S anzeigt. In Reaktion auf dieses Signal übermittelt der Prozessor 200 geeignete Signale über die Datenleitungen 210/ um eine Betätigung der Dickenmeßeinrichtung der Erfindung zu bewirken, welche schematisch bei 400 dargestellt ist. Dem Meßfühlerzylinder 104 wird Fluid zugeführt, wodurch eine Einwärtsbewegung des Fühlers in seine Meßstellung in Kontakt mit dem Band S gegen die Anschlagplatte 30 bewirkt wird, wodurch der Mikroschalter 126 (Fig. 4) betätigt wird, der seinerseits ein Signal zurück zum Prozessor 200 über die Datenleitung 220 für den Beginn des Meßzyklus oder eines Zyklus sendet. Zur Begrenzung des Hubs des Meßfühlers 64 zwischen aufeinanderfolgenden Meßzyklen ist festzuhalten, daß die Feder 134 normalerweise den Hebel 132 zur Halterung der Zunge 130 des Winkelhebels 108 vorspannt. Wenn angestrebt wird, den Meßfühler in seine Ausgangsstellung mit maximalem Abstand zum Band zu bewegen (wenn die Scheibe 5 6 zu Kalibrierzwecken gedreht werden muß), wird ein geeignetes Signal vom Prozessor 200 abgegeben, um das Solenoid 136 für den Rückzug des Hebels 132 aus der Bewegungsbahn der Zunge 130 zu erregen. Die Bewegung des Fühlers 64 in seine Ausgangsstellung wird dann ermöglicht und wenn der Mikroschalter 128 betätigt wird, wird ein Signal zurück zum Prozessor 200 über die Leitung 210 gesandt, wodurch ein Signal über die Leitung 210 zur Betätigung des Schrittschaltmotors 73 abgegeben werden kann.

Die Dauer einer jeden Verweil- oder Meßperiode wird durch die Verweilzeit des Bands S bestimmt. Deshalb sendet der Beschichtungsregler 300 ein geeignetes Signal zum Prozessor 200, welches das Ende des Beschichtungsvorgangs bedeutet, und der Prozessor 200 bewirkt seinerseits das Schließen eines nicht dargestellten Magnetventils. Das Magnet-

ventil unterbindet die Fluidzufuhr zum Meßfühlzylinder 104, wodurch der Meßfühler unter dem Einfluß der Zylinderfeder in seine Zwischenstellung zurückgeführt wird und bereit für das nächste Signal für die Verweil- oder Meßperiode ist. Über die Leitung 320 kann ein Rückkopplungssignal erfolgen, um das Ende des Meßzyklus zu signalisieren und den Beschichtungsregler 300 zu veranlassen, die Indexbewegung des Bands S für die nächste Beschichtung zu ermöglichen. Zusätzlich können Signale über die Leitung 320 übermittelt werden, um die Beschxchtungsdicke zu ändern, falls die gemessene Beschichtung von den vorbestimmten Werten abweicht. Wenn es erwünscht ist, Messungen an einem anderen Punkt eines Satzes von in Horizontalrichtung sich wiederholenden Punkten auf dem Band S

' vorzunehmen, kann die Einrichtung 10 geeignet zu einer Öffnung 166 auf der Stange 164 verstellt werden, welche der horizontalen Abweichung vom vorherigen Punkt entspricht, ohne daß der Meßfühler zum Zwecke der Wiederausrichtung entfernt werden müßte. Hierbei ist festzuhalten, daß die Stange 164 gegenüber einer Stange mit anders beabstandeten Öffnungen ersetzt wird, wenn ein neues Band S mit unterschiedlichen sich wiederholenden Punktmustern verwendet wird.

Vertikale Verstellungen des Meßfühlers 64 zur Messung von vertikal versetzten, sich wiederholenden Punkten auf dem Band S werden durch ein Signal vom Prozessor 200 zu einem nicht dargestellten Magnetventil bewerkstelligt, um den Zylinder 140 mit Fluid zu beaufschlagen, so daß - der Zylinder und der den Meßfühler tragende Block längs des Bolzens 38 und des Stifts 44 zu der in Fig. 6 dargestellten Position nach oben gleiten, wobei die Betätigung des Mikroschalters 152 (Fig. 2) über die Leitung 220 die Beendigung des Aufwärtshubs signalisiert. In 5 ähnlicher Weise wird für den Abwärtshub der Fluiddruck auf den Zylinder 140 unterbunden, wodurch die darin be-

findliche Feder gegen die Kolbenstange 144 wirkt, so daß der Zylinder 140 abgesenkt wird. Die Betätigung des Mikroschal ters 154 signalisiert das Ende des Abwärtshubes. Obgleich lediglich zwei Positionen der Vertikaleinstellung für den Meßfühler 64 dargestellt sind,ist es so zu verstehen, daß eine beliebige Anzahl zusätzlicher Positionen vorgesehen sein kann, wobei sich lediglich geringe strukturelle Abänderungen ergeben, die im Bereich des fachmännischen Könnens liegen.

Für die anfängliche Kalibrierung und für periodische Kalibrierkontrollen betätigen Signale vom Prozessor 200 das Solenoid 136, so daß der Meßfühler 64 in seine maximal beabstandete Ausgangsposition frei gegenüber der Scheibenöffnung 67 sich bewegen kann und auch der Schrittschaltmotor (in Reaktion auf den Meßfühler-Mikroschalter 128) betätigt wird, um die Scheibe 56 zu drehen und die gewählten Standards 70, 72, 74 und 7 6 in Ausrichtung mit dem Meßfühler 64 zu bringen, wodurch der Meßfühler betätigt werden kann, um in Kontakt damit zu gelangen. Im Falle eines Betarückstrahlungs-Meßfühlers können diese Standards dem Basismaterial des Bands S, dem Beschichtungsmaterial und.der kombinierten Substrat- und Schichtdicke entsprechen (oder entsprechende Atomzahlen aufweisen), wie allgemein bekannt ist. Die Signale von dem Mikroschaltern 92, 94 und 96 geben zu jeder Zeit dem Prozessor über die Leitung 210 den besonderen Standard in Ausrichtung mit dem Meßfühler sowie die Winkelstellung der Kalibrierscheibe 56 an, derart, daß die durch den Prozessor aufgenommenen Daten korrekt interpretiert werden.

Selbstverständlich sind Abänderungen gegenüber dem beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich. Obgleich beispielsweise eine pneumatische Steuerung der verschiedenen Meßfunktionen offenbart ist, können anstelle davon elektrische Einrichtungen od. dgl. eingesetzt werden.

Obgleich lediglich ein Meßfühlersystem offenbart ist, können zusätzliche Meßfühler zur gleichzeitigen oder sequentiellen Messung der Schichtdicke an verschiedenen Punkten längs des Bandes verwendet werden, wie im Falle, wo die Beschichtungen aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Obgleich das Band in einer vertikalen Ebene liegend dargestellt ist und die Meßfühlerachse horizontal verläuft, kann bei Bedarf dieser Aufbau umorientiert werden, derart, daß das Band innerhalb einer horizontalen Ebene enthalten und die Meßfühlerachse vertikal ausgerichtet ist.

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Claims (18)

1. Patentansprüche:

   (1.) Vorrichtung zur Messung von Schichtdicken auf ausgewählten Bereichen eines bewegbaren bandartigen Materials während Verweilzeiten eines Schritt- und Repetier-Beschichtungssysteras,
   gekennzeichnet

   durch einen Fühler (64) für die Dickenmessung, welcher wenigstens längs einer Translationsachse zu einer Meßstellung bezüglich eines bandartigen Materials (S) während der Verweilperioden des Bands bewegbar aufgenommen ist und vom bandartigen Material in eine zweite Stellung wegbewegbar ist, und durch eine Einrichtung (104), welche auf ein Signal (200, 210) für die Verweilperiode anspricht, um den Meßfühler in die Meßposition zu bewegen, wobei der Meßfühler normalerweise gegen Bewegung in Richtung auf das bandartige Material während dessen Bewegung gezwungen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

   gekennzeichnet

   durch eine Einrichtung (140) zur Bewegung des Meßfühlers im wesentlichen senkrecht zur Translationsachse, wodurch gewählte beschichtete Bereiche des bandartigen Materials an in Querrichtung beabstandeten Abschnitten während der

   Verweilperiode des bandartigen Materials meßbar sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß die zweite Position maximal vom bandartigen Material beabstandet ist und ferner eine Einrichtung (136) vorgesehen ist, welche eine Bewegung des Meßfühlers in die zweite Position ermöglicht, und daß eine Hubbegrenzungseinrichtung (130, 132) vorgesehen ist, um die Bewegung des Meßfühlers knapp an der zweiten Position zu unterbinden, wodurch die Translationsbewegung des Meßfühlers an einer dritten Position zwischen der Meßposition und der zweiten Position gestoppt wird, um dadurch im wesentlichen den Hub der Meßfühlerbewegung zwischen aufeinanderfolgenden Messungen der Schichtdicke der Beschichtungen auf dem bandartigen Material zu verringern.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet

   durch eine Kalibriereinrichtung (56, 63), welche zwischen dem Meßfühler (64) und dem bandartigen Material (S) angeordnet ist, wenn sich der Meßfühler in der zweiten Position befindet, wobei die Kalibriereinrichtung eine Anzahl von mit Abständen angeordneten Kalibrierstandards (70, 72, 74, 76) trägt, und durch eine Einrichtung (78, 80) zur Bewegung der Kalibriereinrichtung, um gewählte Standards in Ausrichtung mit dem Meßfühler zu bringen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Kalibriereinrichtung (56, 68) um eine Achse (54) parallel zur Translationsachse drehbar angeordnet ist, und daß die Kalibrierstandards mit Winkelabstand auf der Kalibriereinrichtung angeordnet sind. 35
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
   gekennzeichnet

   durch eine Abfühleinrichtung (86, 88, 90 und 92, 94, 96) zur Erzeugung von Signalen in Reaktion auf und für die Winkelstellung der Kalibriereinrichtung und der Standards,
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Kalibriereinrichtung (56, 68) an einem Schaft (54) um eine Achse parallel zur Translationsachse drehbar befestigt ist, wobei die Abfühleinrichtung eine Anzahl von mit Winkelabstand angeordneten Betätigungsgliedern (86, 88, 90) aufweist, die am Umfang vom Schaft vorstehen, und eine gleiche Anzahl von stationären Mikroschaltern (92, 94, 96) zu deren Betätigung besitzt.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet

   durch eine Feder zur Betätigung einer Stange (98) in Eingriff mit der Kalibriereinrichtung, um deren Drehung zu verhindern und durch eine Einrichtung (100) zur Bewegung der Stange außer Eingriff mit der Kalibriereinrichtung, um deren Drehung zuzulassen.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Kalibriereinrichtung eine Öffnung (67) zur Aufnahme des Meßfühlers umfaßt, wenn sich dieser in seiner Meßposition befindet.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Meßfühler (64) und die Kalibriereinrichtung auf einem gemeinsamen Stützaufbau (32, 34, 35) angeordnet sind, der um eine Achse (38) schwenkbar angelenkt ist, die sich im wesentlichen senkrecht zur Translationsachse

    des Meßfühlers erstreckt, wodurch der Stützaufbau vom bandartigen Material wegschwenkbar ist.
11. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüehe,

    gekennzeichnet

    durch eine Einrichtung (140) für eine weitere Bewegung des Meßfühlers im wesentlichen senkrecht zu seiner Translationsachse, wodurch gewählte seitlich versetzte beschichtete Bereiche des bandartigen Materials auf dem bandartigen Material während der Verweilzeiten des Materials meßbar sind.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

    daß die auf ein Signal für die Verweilperiode ansprechende Einrichtung (104) zur Bewegung des Meßfühlers fluidbetätigte Vorrichtungen (104, 140) aufweist, welche mechanisch mit dem Meßfühler verbunden sind, und daß die Hubbegrenzungseinrichtung einen durch ein Solenoid betätigten Hebel (132) umfaßt, welcher zum Anhalten der Bewegung einer der fluidbetätigten Vorrichtungen (104) betätigbar ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

    daß eine fluidbetätigte Vorrichtung (64) einen Zylinder (104) mit einer Kolbenstange (106) umfaßt, welche mit einem Meßfühler verbunden ist, und eine Anschlageinrichtung (130) zur Bewegung mit dem Kolben besitzt, wobei der Hebel (132) für das Ineingriffbringen der Anschlageinrichtung (130) betätigbar ist, um den Hub der Kolbenstange zu begrenzen.

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14. 14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,·

    gekennzeichnet

    durch eine Indexeinrichtung (164, 166) zur verstellbaren Bewegung des Meßfühlers längs einer im wesentlichen zur Bewegungsachse des bandartigen Materials parallelen Achse, wobei die Indexeinrichtung auch zur Befestigung des Meßfühlers in einer einer Anzahl von Positionen dient, wobei der Abstand zwischen diesen dem Abstand zwischen variabel beabstandeten beschichteten Bereichen auf dem bandartigen Material entspricht.
15. 15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß der Meßfühler ein Betastrahlungs-Rückstrahlungsfühler ist.
16. 16. Vorrichtung zur Messung einer Schichtdicke mit einem Stützelement,

    gekennzeichnet

    durch einen gemeinsamen Stützaufbau (32, 34, 35), welcher auf dem Stützelement (24) um eine erste Achse (38) schwenkbar und längs dieser Achse bewegbar gelagert ist, ein den Meßfühler tragendes Element (58), welches auf dem Stützaufbau für eine Translationsbewegung längs einer zweiten Achse (62) angeordnet ist, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Achse (38) verläuft, und mit dem Stützaufbau längs der ersten Achse beweglich ist, eine Kalibrierscheibe (56), welche durch den Stützaufbau um die zweite Achse drehbar aufgenommen ist und eine Anzahl von mit Winkelabstand angeordneten KalibrierStandards (70, 72, 74, 7 6) trägt, sowie durch eine Hubbegrenzungseinrichtung (104, 106, 108, 130, 132) zur Begrenzung der Translationsbewegung des den Fühler tragenden Elements zwischen seinen Extremstellungen.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

    daß das Stützelement (24) für eine Bewegung längs einer Längsachse verstellbar angeordnet ist, und daß dort ferner eine Indexeinrichtung (164, 166) vorgesehen ist, um das Stützelement in eine vorbestimmte Position aus einer Anzahl von über die Längsachse variabel beabstandeten Positionen zu befestigen.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Indexeinrichtung eine Indexstange (164) umfaßt, die eine Anzahl von variabel beabstandeten Öffnungen (166) längs der Stange aufweist, sowie einen Indexstift

    (176) besitzt, der durch den Stützaufbau aufgenommen ist und selektiv in den Öffnungen positionierbar ist.