FI89411B

FI89411B - Method and arrangement for thickness measurement

Info

Publication number: FI89411B
Application number: FI906252A
Authority: FI
Inventors: Reino Tarvainen
Original assignee: Valtion Teknillinen
Priority date: 1990-12-18
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 1993-06-15
Also published as: FI89411C; FI906252A; FI906252A0

Description

1 894111 89411

PAKSUUSMITTAUSMENETELMÄ JA -LAITETHICKNESS MEASUREMENT METHOD AND APPARATUS

Keksinnön kohteena on paksuusmittausmenetelmä ja -laite levymäisen kohteen paksuuserojen mittaamisek-5 si.The invention relates to a thickness measuring method and apparatus for measuring differences in thickness of a plate-like object.

Esimerkiksi kuumavalssauksen avulla tapahtuvassa teräslevyn valmistuksessa käytetään sangen tarkkoja tuloksia antavia jatkuvatoimisia mitta-antureita. Mitta-antureissa signaalimäärä saadaan 0,01 mm tarkkuu-10 della suurelta alueelta ja pitkältä matkalta. Näillä antureilla on kuitenkin epäkohtana suuri mittausalue eli se alue, miltä mittaus tapahtuu ja mittaukseen tarvittava pitkä aika.For example, the production of steel sheet by hot rolling uses continuous measuring sensors that give fairly accurate results. In the measuring sensors, the amount of signal is obtained with an accuracy of 0.01 mm over a large area and a long distance. However, these sensors have the disadvantage of a large measuring range, i.e. the range from which the measurement takes place and the long time required for the measurement.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä 15 mainitut epäkohdat. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on luoda mittausjärjestely, johon ulkoiset ja ympäröivät olosuhteet eivät pääse vaikuttamaan häiritsevästi.The object of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks. In particular, it is an object of the invention to provide a measuring arrangement which cannot be disturbed by external and ambient conditions.

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.With regard to the features characteristic of the invention, reference is made to the claims.

20 Keksinnön mukaisessa paksuusmittausmenetelmäs- sä paksuuserojen mittaamiseksi levymäisissä kohteissa mitattavan kohteen läpi johdetaan röntgensäteilyä tai gammasäteilyä, josta osa absorboituu mitattavaan kohteeseen. Keksinnön mukaisesti säteilynä käytetään kahta 25 kollimoitua säteilykeilaa, jotka läpäisevät mitattavan levyn etäisyydellä toisistaan mittaussuunnassa, sätei-lykeilat kohdistetaan kahteen mittaussuunnassa vierekkäiseen anturiin, antureiden antamia signaaleja verrataan toisiinsa ja signaalien välisestä tasoerosta 30 määritetään mitattavan kohteen paksuusvaihtelu.In the thickness measurement method according to the invention, in order to measure thickness differences in plate-like objects, X-rays or gamma radiation are passed through the object to be measured, part of which is absorbed by the object to be measured. According to the invention, two collimated radiation beams are used as radiation, which pass through the measuring plate at a distance from each other in the measuring direction, the radiation beams are directed to two sensors adjacent in the measuring direction, the signals given by the sensors are compared and the thickness difference is determined.

Olennaista keksinnössä on, että mitattava kohde ja käytettävä säteily valitaan niin, että säteily on sellaista, että se osittain absorboituu kohteeseen ja osittain kulkee sen läpi antureihin, jolloin ohuem-35 massa kohdassa mitattavaa kohdetta suurempi osa säteilystä läpäisee kohteen ja paksummassa kohdassa enemmän säteilyä absorboituu kohteeseen niin, että kohteen 2 89411 läpäisseiden kahden vierekkäisen säteilyn voimak-kuuseroista saadaan tarkka tieto kohteen paksuusvaihte-luista.It is essential in the invention that the object to be measured and the radiation to be used are selected so that the radiation is partially absorbed by the object and partly passes through it to the sensors, whereby more radiation passes through the object at a thinner point and more radiation is absorbed at the thicker point so that the differences in intensity between two adjacent radiations that have passed through target 2 89411 provide accurate information about the thickness variations of the target.

Keksinnön mukainen menetelmä on erityisesti 5 kehitetty teräslevyjen paksuusmittauksiin, mutta menetelmää voidaan myös käyttää muunlaisten levymäisten materiaalien paksuusmittauksissa.The method according to the invention has been specially developed for thickness measurements of steel plates, but the method can also be used for thickness measurements of other types of plate-like materials.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan käyttää sopivia erilaisia antureita, joilla kohteen 10 läpäissyt säteily otetaan vastaan. Tällaisia antureita voivat olla esim. tuikeilmaisin, Geiger-Miiller putki, ionisaatiokammio ja puolijohdeilmaisin. Näiden valinta voi tapahtua esim. halutun mittausnopeuden ja/tai valitun säteilylähteen perusteella.In the method according to the invention, suitable various sensors can be used with which the radiation transmitted by the object 10 is received. Such sensors can be, for example, a scintillation detector, a Geiger-Miiller tube, an ionization chamber and a semiconductor detector. These can be selected, for example, on the basis of the desired measurement speed and / or the selected radiation source.

15 Keksinnön mukaiseen paksuusmittauslaitteeseen levymäisen kohteen paksuuserojen mittaamiseksi kuuluu gamma- tai röntgensäteilyä lähettävä säteilylähde yhdellä puolella mitattavaa kohdetta ja kaksi anturia mitattavan kohteen toisella puolella, joihin antureihin 20 säteily mitattavan kohteen läpi osuu, säteilylähteen lähettämän säteilyn osittain absorboituessa mitattavaan kohteeseen ja osittain läpäistessä mitattavan kohteen. Keksinnön mukaisesti paksuusmittauslaitteeseen kuuluu kaksi kollimaattoria kahden olennaisesti identtisen 25 kollimoidun säteilykeilan suuntaamiseksi mitattavaan kohteen läpi antureihin sekä vertailulaite antureiden antamien signaalien vertaamiseksi keskenään antureiden sijaitessa mittaussuunnassa etäisyydellä toisistaan, jolloin mitattava paksuustieto saadaan anturien antamia 30 signaaleja vertaamalla.The thickness measuring device according to the invention for measuring differences in the thickness of a plate-like object comprises a radiation source emitting gamma or X-rays on one side of the object to be measured and two sensors on the other side of the object to be measured. According to the invention, the thickness measuring device comprises two collimators for directing two substantially identical collimated radiation beams through the object to be measured to the sensors and a comparator for comparing the signals given by the sensors with the sensors spaced apart in the measurement direction.

Keksinnön mukaisella paksuusmittauslaitteella mittaus tapahtuu kahden anturin ja kahden kollimoidun säteilyn avulla tasapainomittauksena. Toisin sanoen, kun säteilylähde lähettää kaksi olennaisesti identtistä 35 kollimoitua säteilykeilaa mitattavan kohteen läpi säteiden ollessa etäisyydellä toisistaan, säteilykeilat osittain absorboituvat mitattavaan kohteeseen ja osit- 3 89411 tain läpäisevät sen läpäisyasteen riippuessa lä-päisykohdan paksuudesta, käytettävästä säteilystä ja tutkittavasta materiaalista. Täten mittaamalla säteilyjen voimakkuudet kohteen toisella puolella ja vertaa-5 maila näitä voimakkuuksia toisiinsa, saadaan tietoa mitattavan kohteen paksuusvaihtelusta.With the thickness measuring device according to the invention, the measurement takes place by means of two sensors and two collimated radiation as an equilibrium measurement. That is, when a radiation source transmits two substantially identical collimated radiation beams through the object to be measured with the rays spaced apart, the radiation beams are partially absorbed by the object to be measured and partially transmitted by the transmittance depending on the thickness of the transmission site and the radiation used. Thus, by measuring the intensities of the radiations on the other side of the object and comparing these intensities with each other, information on the thickness variation of the object to be measured is obtained.

Keksinnön mukaisen mittausmenetelmän ja mittauslaitteen etuna tunnettuun tekniikkaan verrattuna on, että lämpötilalla, taustasäteilyllä tai ajalla ei 10 ole olennaista merkitystä mittaustarkkuuteen. Koska mittaus perustuu vain kahteen samasta paikasta lähtevään säteilyyn ja niiden voimakkuuseroihin mittauskoh-teen toisella puolella, ei ulkoiset ja ympäröivät olosuhteet pääse vaikuttamaan mittaukseen sitä häiritse-15 västi. Näin mittauksesta saadaan erittäin tarkka ja sen avulla on mahdollista valvoa hyvinkin suuret laatuvaatimukset omaavia valmistusprosesseja. Lisäksi keksinnön mukaisessa menetelmässä mittausalue on hyvin pieni ja sillä voidaan mitata erittäin pieniä paksuuden muutok-20 siä hyvin nopeasti, mikä nykyisillä menetelmillä ei ole mahdollista.An advantage of the measuring method and measuring device according to the invention compared to the prior art is that temperature, background radiation or time are not essential to the measuring accuracy. Since the measurement is based on only two radiation emanating from the same location and their intensity differences on the other side of the measurement object, external and ambient conditions cannot interfere with the measurement. In this way, the measurement is very accurate and it is possible to control manufacturing processes with very high quality requirements. In addition, in the method according to the invention, the measuring range is very small and it is possible to measure very small changes in thickness very quickly, which is not possible with the current methods.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa on esitettynä kaaviokuva keksinnön mukaisesta mittausjär-25 jestelystä.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawing, which shows a schematic diagram of a measuring arrangement according to the invention.

Piirustuksessa esitettyyn keksinnön mukaiseen mittausjärjestelyyn kuuluu mitattavan levymäisen kohteen 1 läheisyyteen sen toiselle puolelle sijoitettu säteilylähde 9. Säteilylähteestä lähtevä säteily kulkee , 30 kahden kollimaattorin 6 läpi, joista lähtee kaksi kul massa toisiinsa olevaa tarkasti kollimoitua ja identtistä säteilykeilaa 2 ja 3. Säteilykeilat kulkevat mitattavan kohteen 1 läpi etäisyydellä toisistaan mit-taussuunnassa 7 ja ne otetaan vastaan mitattavan koh-35 teen 1 toisella puolella olevilla kahdella vierekkäisellä anturilla 4 ja 5, jotka on sijoitettu kohtisuoraan vastaavia säteilykeiloja 2 ja 3 vastaan.The measuring arrangement according to the invention shown in the drawing comprises a radiation source 9 placed on the other side in the vicinity of the plate-like object 1 to be measured. through at a distance from each other in the measuring direction 7 and are received by two adjacent sensors 4 and 5 on the other side of the object 1 to be measured, placed perpendicular to the respective radiation beams 2 and 3.

4 894114,89411

Ennen antureita säteet kohtaavat kuitenkin kaksi kolli-maattoria 10,11, joiden läpi säteet kulkevat anturei-hin. Anturit on yhdistetty vertailulaitteeseen 8, joka käsittelee sopivalla tavalla antureista tulevat signaa-5 lit.Before the sensors, however, the rays meet two collimators 10,11, through which the rays pass to the sensors. The sensors are connected to a comparison device 8, which processes the signals from the sensors in a suitable manner.

Kun mitattavaan kohteeseen 1 tulee paksuus-vaihteluita niin, että toisen säteilykeilan 2 kohdalla kohteen 1 paksuus on suurempi tai pienempi kuin toisen säteilykeilan 3 kohdalla, eri määrä säteilyä absorboi-10 tuu säteilykeiloista mitattavaan kohteeseen. Tällöin vertailulaitteeseen 8 tulevien signaalien voimakkuudet eroavat toisistaan, mitä eroa voidaan suoraan käyttää esim. laadunvalvonnassa. Antureiden välinen jännite-ero voidaan esim. vahvistaa ja mitattavan kohteen vaati-15 musten mukaisesti voidaan säätää hälytysraja, jossa laite antaa hälytyksen, kun signaalien välinen jännite-ero tulee riittävän suureksi eli kun mitattavassa kohteessa on tiettyä raja-arvoa suurempi paksuusvaihtelu säteilykeilojen 2 ja 3 läpäisykohdissa.When the object 1 to be measured has thickness variations so that the thickness of the object 1 at the second radiation beam 2 is greater or less than at the second radiation beam 3, a different amount of radiation is absorbed from the radiation beams into the object to be measured. In this case, the intensities of the signals coming to the comparison device 8 differ from each other, which difference can be used directly in e.g. quality control. For example, the voltage difference between the sensors can be amplified and an alarm limit can be set according to the requirements of the object to be measured, where the device gives an alarm when the voltage difference between signals becomes large enough, ie when the object to be measured has a thickness variation greater than a certain limit. penetration points.

20 Edellä keksintöä on selostettu esimerkinomai sesti oheisen piirustuksen avulla keksinnön eri sovellusten ollessa kuitenkin mahdollisia patenttivaatimusten rajaaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention has been described above by way of example with the aid of the accompanying drawing, however, various embodiments of the invention are possible within the scope of the inventive idea defined by the claims.

Claims

A method for measuring thickness differences in plate-like objects, in which X-rays or gamma radiation are passed through the object (1) to be measured, part of which is absorbed by the object to be measured, characterized in that - two collimated radiation beams aligning the two sensors (4,5) adjacent in the measuring direction, - comparing the signals given by the sensors, and - determining the difference in thickness of the object to be measured from the level difference between the signals.

Method according to Claim 1, characterized in that a scintillation detector, a Geiger-Miller tube, an ionization chamber or a semiconductor detector is used as the sensor (4.5) when the sensor 20 to be used is selected on the basis of the measuring speed and / or the selected radiation source.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that a single radiation source (9) is used for the measurement, from which two substantially identical and angled collimated radiation beams are separated by means of collimators (6).

Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the radiating beams 30 (2,3) are received against the radiating beams by perpendicular sensors (4,5) via collimators (10, 11).

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the method 35 is used for measuring the thickness of metal sheets.

5,89411

6 B 9 411 comprises - a radiation source (6) emitting gamma or X-rays on one side of the object to be measured (1), and - two sensors (4/5) on the other side of the object to be measured, which sensors are transmitted through the object to be measured; when the radiation is partially absorbed by the object to be measured and partially passes through the object to be measured, characterized in that the thickness measuring device comprises - two collimators (6) for directing two substantially identical collimated radiation beams through the object to be measured to the sensors (4,5); with the sensors located at a distance from each other in the measuring direction, whereby the thickness information to be measured is obtained by comparing the signals given by the sensors.

6. A thickness gauge for measuring differences in the thickness of a plate-like object to which a thickness gauge

Thickness measuring device according to claim 6, characterized in that the device comprises sensors (4,5) before collimators (10, 11) for collimating the rays which have passed through the object before entering the sensors.

Thickness measuring device according to Claim 6, characterized in that the sensor (4.5) is a scintillation detector, a Geiger-Miller tube, an ionization chamber or a semiconductor detector. 7 39411