FI96137B - Arkin paksuudenmittauslaite - Google Patents

Description

, 96137

Arkin paksuudenmittauslaite Tämä keksintö liittyy arkin paksuudenmittauslait-teeseen, jolla mitataan arkin, kuten paperiarkin, läpi-5 kuultamattoman muovikalvon, metallifolion tai vastaavan, paksuus magneettikenttää käyttävällä anturilla ja optisella anturilla.

Tavanomainen tämän tyypin arkin paksuudenmittauslaite mittaa, kuten on kaavamaisesti esitetty oheisten 10 piirrosten kuviossa 5, arkin 2 paksuuden pyyhkäisemällä anturikokoonpanoa 5, johon kuuluvat magneettikenttää käyttävä anturi 3, kuten magneettinen anturi tai pyörrevirta-anturi tai vastaava, ja optinen anturi 4, pitkin metalliselle taustalevylle 1 sijoitettua arkkia 2. Periaatteessa 15 matka 1^ metallisen taustalevyn 1 pinnalle mitataan magneettikenttää käyttävällä anturilla 3, etäisyys I2 arkin 2 yläpinnalle mitataan optisella anturilla 4 ja arkin 2 paksuus t kyseisessä pisteessä saadaan seuraavasta yhtälöstä: 20 t - 1χ - 12

Kuitenkin kun arkin paksuutta todellisuudessa mitataan tällaisella tavanomaisella arkinmittauslaitteella, voidaan se mitata tarkkuudella noin 1/100 mm ilman ongel-25 mia, mutta pulmia syntyy kun se mitataan tarkkuudella noin : 1/1000 mm. Tämä pulma erityisesti esiintyy, kun mittaus suoritetaan liikuttamalla anturia metallisen taustalevyn suhteen.

Tarkemmin sanottuna on keksinnön kohteena arkin 30 paksuudenmittauslaite, jolla mitataan arkin paksuus perus-. tuen magneettikenttää käyttävän anturin ja optisen anturin antamiin etäisyysmittausarvoihin pyyhkäisemällä magneettikenttää käyttävää anturia ja optista anturia pitkin metallisella taustapinnalla olevaa arkkia.

. · 2 96137

Keksinnön mukaiselle mittauslaitteelle on tunnusomaista, että laite käsittää tallennusvälineet, joilla tallennetaan korjaavat mittausarvot, jotka perustuvat etäisyysmittausarvoihin, jotka on mitattu pitkin metallis-5 ta taustapintaa ainakin magneettikenttää käyttävällä anturilla tilassa, jolloin arkki ei ole paikalla, ja korjausvälineet, joilla korjataan magneettikenttää käyttävän anturin ja optisen anturin etäisyysmittausarvoista ainakin magneettikenttää käyttävän anturin etäisyysmittausarvot 10 tallennusvälineisiin tallennetuilla arvoilla tilassa, jolloin arkki on sijoitettu metalliselle taustapinnalle.

Keksinnön mukaisen mittauslaitteen edulliset suoritusmuodot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä patenttivaatimuksista 2-4.

15 Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisemmin oheisissa piirroksissa havainnollistettujen ensisijaisten toteutusten avulla.

Esimerkiksi kun anturikokoonpanoa 5 pyyhkäistään metallisen taustalevyn 1 pinnalle, jolle ei ole sijoitettu 20 arkkia 2, ja tallennetaan tällä kerralla magneettisen anturin 3 ja optisen anturin 4 ulostulotiedot, magneettisen ulostulon, optisen ulostulon ja pyyhkäisykohtien väliset suhteet tulevat kuviossa 6 esitetyn kaltaisiksi. Kuvio 6(A) esittää esimerkin magneettisen anturin 3 ulostulotie-25 doista ja kuvio 6(B) esittää esimerkin optisen anturin 4 : ulostulotiedoista. Koska magneettinen anturi 3 ja optinen anturi 4 mittaavat samaa pintaa, magneettisen anturin 3 ja optisen anturin 4 ulostulotietojen täytyy tässä tapauksessa olla muodoiltaan samanlaiset, mutta, kuten on il-30 meistä verrattaessa kuvioita 6(A) kuvioon 6(B), magneettisen anturin 3 ulostulotiedot vaihtelevat suuresti ja monimutkaisesti verrattuna optisen anturin 4 vastaaviin. Syitä voidaan arvioida useista kokeista, lähdeteoksista ja tutkimuksista ja arvellaan, että metallisen taustalevyn 35 materiaalin paikallinen magnetointi ja epäsäännöllinen » • ·

II

3 96137 laatu näyttävät olevan syinä magneettisen anturin virheisiin. Jos magneettista materiaalia käytetään metallisena taustalevynä, kun magneetti kiinnitetään osittain ja paikallisesti magnetoidaan (useita gausseja) ja pyyhkäistään, 5 magnetismia käyttävän anturin ulostulossa esiintyy usean kymmenen mikronin vaihtelua. Kun taustalevyn pintaa tutkitaan gaussimittarilla, löytyy paikka, jossa esiintyy suurta vaihtelua, vaikka vaihtelua ei esiinnykään anturin ulostulossa (kun gaussimittarin erotuskyky on 0,1 gaus-10 siä). Samanlainen ongelma esiintyy, vaikka käytetään ei-magneettista materiaalia metallisena taustalevynä ja käytetään pyörrevirtatyyppistä magneettista anturia. Tämän vuoksi magneettikenttää käyttävän anturin virheen arvel laan häiritsevän tämän tyyppisen arkin paksuuden mittaus-15 laitteen tarkkuuden nostamista.

Tämän keksinnön päämääränä on arkin paksuuden mittauslaite, joka voi poistaa edellä kuvatut tavanomaiset ongelmat.

Kuvio 1 on etukuva, joka kaavamaisesti esittää tä-20 män keksinnön erään toteutuksen mukaisen arkin paksuuden-mittauslaitteen rakenteen.

Kuvio 2 on sivukuva, joka kaavamaisesti esittää kuvion 1 arkin paksuudenmittauslaitteen rakenteen.

Kuvio 3 on lohkokaavio, joka kaavamaisesti esittää 25 kuvioiden 1 ja 2 arkin paksuudenmittauslaitteen ohjaimen : kytkennän.

Kuvio 4 on kuva, joka selittää anturien tiedonke-ruutilaa kuvion 3 suorittaessa vertailuarvon tallennus-pyyhkäisyä.

30 Kuvio 5 on kaavamainen kuva tavanomaisen arkin pak- . suudenmittauslaitteen periaatteen selostamiseksi.

·’ Kuvio 6 havainnollistaa arkin paksuudenmittauslait teen magneettikenttää käyttävän anturin ja optisen anturin etäisyysmittausarvoissa olevaa vaihtelua.

• · 35 4 96137

Kuten kuviossa 1 on esitetty metallista taustale-vyä 11 tuetaan vaakasuorassa suunnassa molemmilla puolilla olevien tukikehysten 10 välissä. Tämä metallinen tausta-levy voidaan tehdä magneettisesta ja metallisesta mate-5 riaalista tai se voidaan tehdä ei-magneettisesta ja metallisesta materiaalista, kuten alumiinista, kuparista, ruostumattomasta teräksestä jne, riippuen käytettävien magneettisten anturien tyypistä (staattinen magneettikenttä-tyyppinen anturi, pyörrevirta-anturi jne). Edelleen, li-10 neaarilaakeri 12 on tuettu tietyn välimatkan päähän ja samansuuntaisesti metallisen taustalevyn 11 yläpuolelle tukikehysten 10 väliin. Paksuusanturi 50, jossa on yhdistetty magneettikenttää käyttävä anturi ja optinen anturi, on liukuvasti tuettu lineaarilaakeriin 12. Paksuusanturi 15 50 on kytketty ketjuun 15, joka on kiinnitetty ketjupyöri- en 14 väliin, joita käyttää pyyhkäisyaskelmoottori 13 anturin liikuttamiseksi pitkin lineaarilaakeria 12 pyyhkäi-syaskelmoottorin 13 toiminnalla. Aukkokohdan ilmaiseva lähestymiskytkin 16 on sijoitettu lähelle vasemmanpuoleis-20 ta ketjupyörää 14 kuviossa 1.

Tämän keksinnön edellä kuvatussa arkin paksuuden-mittauslaitteessa, ennen kuin metallisella taustalevyllä 11 olevan arkin paksuus mitataan, metallisen taustalevyn 11 magneettinen ominaisuuskäyrä, joka on syynä magneetti-25 kenttää käyttävän anturin virheeseen, luetaan jäljempänä < · * kuvattavalla tavalla tilassa, jolloin metallisella taus talevyllä ei ole arkkia.

Kuten kuviossa 3 esitetty ohjaimessa on keskuspro-sessointiyksikkö CPU, joka muodostuu mikrotietokoneesta, 30 muistista 17 erinäisten mitattujen tietojen tallentami-, seen, vahvistimesta 18 paksuusanturin 50 magneettikenttää käyttävän anturin 51 etäisyysmittaussignaalin vahvistamiseksi, vahvistimesta 19 paksuusanturin 50 optisen anturin 52 etäisyysmittaussignaalin vahvistamiseksi, A/C-muunti-35 mistä 20 ja 21, joilla muunnetaan vahvistimien 18 ja 19 « « φ «

II

96137 5 vahvistamat analogia-arvoiset signaalit digitaaliseksi dataksi, askelmoottorin ohjauspiiristä 22 pyyhkäisyaskel-moottorin 13 toiminnan ohjaamiseksi, tulo/lähtö-piiristä 23 alkukohdan ilmaisevalle lähestymiskytkimelle 16 ja toi-5 selle ohjausrajoituskytkimelle 16A (ei kuviossa 1 ja 2), ja lähtöpiiristä 24 mitatun tuloksen viemiseksi kuvaputkelle, nauhurille, kirjoittimelle jne.

Ensiksi, keskusprosessointiyksikkö CPU syöttää komennon pyyhkäisyaskelmoottorille 13 niin, että paksuusan-10 turi 50 sijoitetaan alkukohtaan. Toisin sanoen, pyyhkäisy-askelmoottoria 13 käytetään liikuttamaan paksuusanturia 50 paikkaan, jossa paksuusanturi 50 käyttää alkukohdan ilmaisevaa lähestymiskytkintä 16. Sitten suoritetaan paksuusan-turilla 60 pyyhkäisy alkukohdasta. Tätä pyyhkäisyä kutsu-15 taan "tallennuspyyhkäisyksi" vertailuarvon lukemiseksi. Aina kun pyyhkäisyaskelmoottori 13 on siirtänyt paksuusanturia 51 ennaltamäärätylle etäisyydelle, magneettikenttää käyttävän anturin 51 etäisyysmittaussignaali talletetaan vahvistimen 18 ja A/D-muuntimen 20 kautta muistiin 17 di-20 gitaaliseksi dataksi, ja optisen anturin 52 etäisyysmittaussignaali talletetaan vahvistimen 19 ja A/D-muuntimen 21 kautta muistiin 17 digitaaliseksi dataksi. Tarkemmin sanoen, vastaavista pisteistä saatu mittausdata talletetaan keskusprosessointiyksikön CPU kautta muistiin 17 ku-25 vioiden 4(A) ja 4(B) kaltaisesti samalla pyyhkäisten pak- • · : · suusanturia 50 metallisella taustalevyllä 11, jolle ei ole sijoitettu arkkia. Kuvio 4(A) esittää mittausdatan vaihtelua vastaavissa mittauspisteissä magneettikenttää käyttävälle anturille 51 ja kuvio 4(B) esittää mittausdatan 30 vaihtelua vastaavissa optisen anturin 52 mittauspisteissä. Etäisyysmittausarvot (etäisyys metallisen taustalevyn 11 -- yläpinnalta magneettikenttää käyttävään anturiin 51) mag neettikenttää käyttävälle anturille vastaavissa mittauspisteissä ovat ja etäisyysmittausarvot (etäisyys 35 metallisen taustalevyn 11 yläpintaan) optiselle anturille 52 ovat l2st(J.

» • .

β 96137 o

Seuraava pyyhkäisy ( "mittauspyyhkäisy" ) suoritetaan tilassa, jossa mitattava arkki on sijoitettu metalliselle taustalevylle 11. Paksuusanturia 50 liikutetaan jälleen alkukohdasta ja aina kun paksuusanturi 50 saapuu vastaa-5 viin mittauspisteisiin, keskusprosessointiyksikkö CPU laskee eroarvot Δ11 ja Δΐ2 edellisen tallennuspyyhkäisyn vertailuarvojen llst(j ja 12std välilla seuraavien yhtälöiden mukaan, missä etäisyysmittausarvo (etäisyys metallisen taustalevyn yläpinnalle) magneettikenttää käyttävälle 10 anturille 51 on l^MES Ja etäisyysmittausarvo (etäisyys arkin yläpinnalle) optiselle anturille 52 on ^MES’ Δ~11 = 1lstd " 11MES (2) Δΐ2 12std ' 12MES (3) 15 Näistä tuloksista arkin paksuus t saadaan seuraa-van yhtälön mukaan: t = Δ12 - Δΐ^ (4) 20 Täten metallisen taustalevyn 11 haitallinen vaikutus magneettikenttää käyttävään anturiin 51 voidaan poistaa.

Vaikka optisen anturin 52 ^std arvoa talletet-25 taisi vertailutallennuspyyhkäisyn vastaavina ajankohtina, ’ voidaan se laskea teoreettisesti. Tässä tapauksessa on välttämätöntä pitää paksuusanturin 50 ja metallisen taustalevyn 11 välimatka sama kaikissa pyyhkäisypaikoissa. Edellä kuvatussa toteutuksessa 1^ ^ ja ^std tal^ennetaan 30 kumpikin muistiin 17. Arkin paksuus t voidaan kuitenkin saada seuraavasta yhtälöstä: « tstd = 1lstd ” 12std (5) 35 mittauspyyhkäisyn aikaisesta datasta l1MEg ja 12MES las“ kemalla t ...

std ·· 11 96137 7 t = 11MES “ 12MES " tStd (6) Tällä menetelmällä voidaan muistin 17 kapasiteet-5 tia vähentää puoleen tai pienemmäksi.

Edelleen, edellä kuvatussa toteutuksessa vertailu-arvon tallennuspyyhkäisy on kuvattu ainoastaan yksisuuntaisessa pyyhkäisyssä. Kuitenkin tarkkuuden parantamiseksi vertailuarvon tallennuspyyhkäisy voidaan suorittaa kuljetit) tamalla paksuusanturia edestakaisin. Edelleen edellä kuvatussa toteutuksessa käytetään askelmoottoria kuljettamaan paksuusanturia 50 ja käytön ja paikan ohjaus tapahtuu avoimen silmukan järjestelmällä. Se voidaan kuitenkin suorittaa takaisinkytkentäjärjestelmällä, jossa on servomoot-15 tori ja kiertokooderi.

Edellä kuvatussa toteutuksessa metallista tausta-levyä käytetään mitattuna vertailutasona. Kuitenkin joku mitattava materiaali ei sovi kosketuksiin levyn kanssa. Tässä tapauksessa on välttämätöntä pyörittää mitattavaa 20 vertailupintaa. Kun mitattavaa vertailupintaa pyöritetään, paksuusanturin ja pyörivän pinnan suhteellisten sijaintien vaihtelu ei rajoitu ainoastaan pyyhkäisysuuntaan vaan täytyy huomioida myös pyörimisen kiertosuunta. Näin ollen täytyy spiraalimaisesti tallentaa ja mitata saman paikan 25 pyyhkäisemiseksi pyörintäpinnalla. Tämän suorittamiseksi « * : on välttämätöntä lisäksi asentaa anturi (kiertokooderi) pyörimisen kiertomäärän mittaamiseksi ja anturi kiertosuunnan alkukohdan mittaamiseksi. Kun paksuusanturin lii-kenopeutta ja liikkeen alkamiskohtaa ohjataan sopivasti 30 tahdissa pyörimisen kiertomäärän kanssa kiertomääräsig-naalin ja alkukohtasignaalin mukaan, voidaan aina pyyh-käistä samaa pintaa pyörittäessä.

Edelleen, magneettikenttää käyttävä anturi edellä kuvatussa toteutuksessa voi olla staattinen magneettikent-35 tä-tyyppinen anturi, pyörrevirta-anturi jne., ja niiden • 8 96137 sijasta voidaan käyttää suurtaajuusvärähtely-tyyppistä anturia.

Tämän keksinnön mukaan magneettikenttää käyttävän anturin etäisyysmittausvirhe voidaan korjata arkin paksuu-5 denmittauslaitteessa, joka mittaa arkin paksuuden perustuen magneettikenttää käyttävän anturin ja optisen anturin etäisyysmittausarvoihin, pyyhkäisemällä magneettikenttää käyttävää anturia ja optista anturia metallisella tausta-levyllä olevaa arkkia pitkin. Näin ollen arkin paksuuden 10 mittaustarkkuutta voidaan parantaa.

II

Claims (4)

96137 9

1. Arkin paksuudenmittauslaite, jolla mitataan arkin (2) paksuus perustuen magneettikenttää käyttävän antu-5 rin (3) ja optisen anturin (4) antamiin etäisyysmittausar-voihin pyyhkäisemällä magneettikenttää käyttävää anturia (3) ja optista anturia (4) pitkin metallisella taustapin-nalla (1) olevaa arkkia (2), tunnettu siitä, että laite käsittää tallennusvälineet (17), joilla tallennetaan 10 korjaavat mittausarvot, jotka perustuvat etäisyysmittaus-arvoihin, jotka on mitattu pitkin metallista taustapintaa (1) ainakin magneettikenttää käyttävällä anturilla (3) tilassa, jolloin arkki ei ole paikalla, ja korjausvälineet (CPU), joilla korjataan magneettikenttää käyttävän 15 anturin (3) ja optisen anturin (4) etäisyysmittausarvoista ainakin magneettikenttää käyttävän anturin (3) etäisyys-mittausarvot tallennusvälineisiin tallennetuilla arvoilla tilassa, jolloin arkki on sijoitettu metalliselle tausta-pinnalle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen arkin paksuuden mittauslaite, tunnettu siitä, että magneettikenttää käyttävä anturi (3) on staattinen magneettikenttä-tyyppinen anturi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen arkin paksuuden-25 mittauslaite, tunnettu siitä, että magneettikent- « · tää käyttävä anturi (3) on pyörrevirtatyyppinen anturi.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen arkin paksuudenmittauslaite, tunnettu siitä, että magneettikenttää käyttävä anturi (3) on suurtaajuusvärähtelytyyppinen 30 anturi. • m 10 96137