FR2792721A1 - Device and method for measuring the thickness of a sheet of plastic film or paper as it advances during a production process - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif et procédé pour mesurer l'épaisseur d'un matériau en feuilleDevice and method for measuring the thickness of sheet material
pendant qu'il avance La présente invention concerne un dispositif pour mesurer l'épaisseur d'un matériau en film ou en feuille tel qu'un film plastique ou en papier pendant le cycle de production, et en particulier un dispositif de mesure du type comprenant une tête de balayage qui se déplace selon un mouvement alternatif dans une direction orthogonale à la direction d'avance d'un film à mesurer, et dans lequel ladite tête de balayage comprend un émetteur de rayonnement, en particulier de rayons bêta, disposé d'un côté du film et un capteur disposé du côté opposé, constitué par quatre diodes de grande surface disposées en matrice, qui émettent un signal fonction The present invention relates to a device for measuring the thickness of a film or sheet material such as plastic film or paper during the production cycle, and in particular to a measurement device of the type comprising a scanning head which moves in an alternating movement in a direction orthogonal to the direction of advance of a film to be measured, and in which said scanning head comprises a radiation emitter, in particular of beta rays, arranged one side of the film and a sensor disposed on the opposite side, consisting of four large area diodes arranged in a matrix, which emit a function signal
de la quantité de rayonnement reçu. of the amount of radiation received.
La somme des signaux fournis par les quatre capteurs, convenablement traités, donne l'épaisseur à mesurer, tandis que la différence entre les signaux fournis par un capteur et par son voisin permet de mettre en évidence un éventuel The sum of the signals supplied by the four sensors, suitably processed, gives the thickness to be measured, while the difference between the signals supplied by a sensor and by its neighbor makes it possible to highlight a possible
désaxage entre émetteur et récepteur. offset between transmitter and receiver.
Le dispositif selon l'invention permet d'effectuer une mesure de précision élevée et, grâce à la connaissance de désaxages éventuels entre les deux éléments mobiles, d'intervenir pour The device according to the invention makes it possible to perform a high precision measurement and, thanks to the knowledge of possible offsets between the two mobile elements, to intervene to
compenser les différences de lecture qui peuvent en résulter. compensate for the differences in reading that may result.
Les appareillages connus pour la mesure de l'épaisseur de films ou analogues pendant qu'ils avancent comprennent généralement une structure en portique le long de laquelle Apparatuses known for measuring the thickness of films or the like as they progress generally comprise a gantry structure along which
coulissent une ou plusieurs têtes de balayage qui se dépla- slide one or more scanning heads which move
cent selon un mouvement alternatif dans une direction orthogonale à celle de l'avance du film, pour effectuer la hundred in an alternating movement in a direction orthogonal to that of the film advance, to perform the
mesure sur toute sa largeur.measure across its entire width.
Ces têtes de balayage sont habituellement constituées par des détecteurs à gaz - ou chambres d'ionisation - avec un These scanning heads are usually constituted by gas detectors - or ionization chambers - with a
émetteur de rayonnement placé d'un côté du film et un récep- radiation emitter placed on one side of the film and a receiver
teur placé du côté opposé, qui produit un signal fonction de tor placed on the opposite side, which produces a function signal
la quantité de rayonnement reçue, permettant, avec un traite- the amount of radiation received, allowing, with a
ment approprié, en fonction de l'absorption de ce rayonne- appropriate, depending on the absorption of this ray-
ment, de déterminer l'épaisseur du film. to determine the thickness of the film.
Ces appareillages doivent effectuer des mesures micrométri- These devices must carry out micrometric measurements.
ques, et il est donc facile de comprendre que les résultats peuvent être influencés par de nombreux facteurs tels que des erreurs dues aux caractéristiques du détecteur, à des ques, and it is therefore easy to understand that the results can be influenced by many factors such as errors due to the characteristics of the detector, to
variations de température ou des caractéristiques thermodyna- temperature variations or thermodyna-
miques du système ou à des imprécisions mécaniques des system mics or mechanical inaccuracies
dispositifs de mesure.measuring devices.
En particulier, des désaxages éventuels entre l'émetteur et le capteur, pendant qu'ils se déplacent, peuvent donner lieu à des erreurs de mesure, dues au fait que la sensibilité du récepteur aux radiations n'est pas constante sur toute sa surface. En outre la distribution du rayonnement émis est aussi non In particular, possible misalignments between the transmitter and the sensor, while they are moving, can give rise to measurement errors, due to the fact that the sensitivity of the receiver to radiation is not constant over its entire surface. Furthermore the distribution of the emitted radiation is also not
uniforme sur la surface du capteur.uniform over the sensor surface.
D'un autre côté il n'est pas avantageux non plus de limiter excessivement l'angle solide sous lequel le rayonnement On the other hand, it is also not advantageous to excessively limit the solid angle under which the radiation
parvient au capteur (en recourant par exemple à des disposi- arrives at the sensor (using for example
tifs collimateurs ou analogues), car dans ce cas on obtien- collimators or the like), because in this case we obtain-
drait un signal si faible qu'il deviendrait difficile à mesurer avec précision, ce qui entraînerait de nouveau des would signal so weak that it would become difficult to measure accurately, which would again cause
imprécisions de lecture.inaccuracies of reading.
Par conséquent, le signal restitué par le capteur, à égalité de rayonnement incident, n'est pas uniforme en cas de Consequently, the signal reproduced by the sensor, with equal incident radiation, is not uniform in the event of
décalage sur les axes, mais varie selon le profil d'effica- offset on the axes, but varies according to the efficiency profile
cité qui a son tour peut n'être pas toujours égal mais varier city which in turn may not always be equal but vary
lui aussi en fonction des conditions de travail. also depending on the working conditions.
Il est clair alors qu'un alignement parfait entre émetteur et capteur est la condition indispensable pour une mesure de précision et d'exactitude élevées et que des désaxages même légers (loin d'être improbables dans des dispositifs qui se déplacent de manière continue) affectent négativement les résultats. Une solution partielle au problème est fournie par le recours à des algorithmes appropriés qui font usage d'appareillages It is clear then that perfect alignment between transmitter and sensor is the essential condition for a measurement of high precision and accuracy and that even slight misalignments (far from improbable in devices which move continuously) affect negatively the results. A partial solution to the problem is provided by the use of appropriate algorithms which make use of apparatus.
additionnels de compensation, tels que des capteurs magnéti- additional compensation, such as magnetic sensors
ques, qui cependant entraînent des frais supplémentaires, une plus grande complication constructive de la machine et le which, however, entail additional costs, a greater constructive complication of the machine and the
risque d'introduire de nouvelles imprécisions. may introduce new inaccuracies.
L'invention vise plutôt à résoudre le problème en disposant d'un capteur permettant de relever d'éventuels désaxages et The invention rather aims to solve the problem by having a sensor for detecting possible misalignments and
par conséquent de corriger le signal en conséquence. therefore correct the signal accordingly.
À cet effet la présente invention propose un dispositif de mesure comprenant d'un côté un émetteur de rayonnement, en particulier un émetteur de rayons bêta, et, du côté opposé par rapport à la feuille à mesurer, un capteur constitué par trois diodes ou plus, en particulier quatre diodes du type classé comme "diodes de grande surface", disposées en matrice. Ces diodes lisent le signal provenant de l'émetteur à l'intérieur d'un angle solide bien déterminé et produisent chacune un signal fonction de la quantité de rayonnement reçue, elle-même directement proportionnelle à la surface frappée. La somme des quatre signaux fournit l'épaisseur mesurée, tandis qu'il est possible, à partir de la différence entre le signal émis par une diode et ceux émis par les diodes adjacentes, de déterminer des désaxages éventuels le long d'une paire d'axes orthogonaux et d'introduire par conséquent To this end, the present invention provides a measuring device comprising on one side a radiation emitter, in particular a beta ray emitter, and, on the opposite side with respect to the sheet to be measured, a sensor constituted by three or more diodes. , in particular four diodes of the type classified as "large area diodes", arranged in a matrix. These diodes read the signal from the emitter inside a well-defined solid angle and each produce a signal depending on the amount of radiation received, itself directly proportional to the surface struck. The sum of the four signals provides the measured thickness, while it is possible, from the difference between the signal emitted by a diode and those emitted by the adjacent diodes, to determine possible offsets along a pair d 'orthogonal axes and therefore introduce
les corrections nécessaires.the necessary corrections.
L'invention concerne aussi un procédé de mesure basé sur The invention also relates to a measurement method based on
l'emploi du dispositif ci-dessus.the use of the above device.
La présente invention sera maintenant décrite en détail, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un The present invention will now be described in detail, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a schematic perspective view of a
appareillage de mesures équipé du dispositif selon l'inven- measuring equipment equipped with the device according to the invention
tion. La figure 2 est une vue schématique en plan du capteur d'un tion. Figure 2 is a schematic plan view of the sensor of a
dispositif selon l'invention.device according to the invention.
La figure 3 est un graphique montrant en abscisses la position relative entre une source et un récepteur le long d'un axe et en ordonnées la différence entre les lectures FIG. 3 is a graph showing on the abscissa the relative position between a source and a receiver along an axis and on the ordinate the difference between the readings
effectuées par deux capteurs adjacents. performed by two adjacent sensors.
Référence étant faite à la figure 1, un appareillage pour la mesure de l'épaisseur d'un film comprend un bâti 1 le long duquel se déplace, de manière alternative, une tête de balayage constituée par un émetteur de rayonnement 2, en particulier un émetteur de rayons bêta, et un capteur 3, qui Reference being made to FIG. 1, an apparatus for measuring the thickness of a film comprises a frame 1 along which alternately moves a scanning head constituted by a radiation emitter 2, in particular a beta ray emitter, and a sensor 3, which
coulisse le long d'un guide 4 solidaire du bâti. slides along a guide 4 secured to the frame.
Le film à mesurer, indiqué par la référence 5, passe entre l'émetteur et le capteur et avance dans la direction de la flèche F. Des dispositifs d'actionnement de type connu déplacent le capteur et l'émetteur en avant et en arrière en synchronisme, de sorte que le rayonnement émis par l'émetteur 2 est reçu en continuité par le capteur 3 permettant ainsi de déterminer, sur la base de l'absorption de ce rayonnement, l'épaisseur du The film to be measured, indicated by the reference 5, passes between the emitter and the sensor and advances in the direction of the arrow F. Known actuation devices move the sensor and the emitter forward and backward synchronism, so that the radiation emitted by the emitter 2 is received continuously by the sensor 3 thus making it possible to determine, on the basis of the absorption of this radiation, the thickness of the
matériau mesuré.material measured.
Conformément à l'invention, le capteur est constitué par une série de diodes, en particulier du type classé comme diodes "de grande surface". En particulier, le capteur est constitué par trois diodes ou plus, de préférence quatre diodes disposées en matrice, c'est-à-dire disposées sur deux rangs et deux colonnes comme illustré dans la vue en plan de la According to the invention, the sensor is constituted by a series of diodes, in particular of the type classified as "large area" diodes. In particular, the sensor consists of three or more diodes, preferably four diodes arranged in a matrix, that is to say arranged in two rows and two columns as illustrated in the plan view of the
figure 2.figure 2.
Sur cette figure, la référence 6 indique le support du capteur, lequel comprend quatre diodes 7, 7', 7" et 7"'. Chacune de ces diodes, qui peut avoir par exemple des dimensions d'environ 8 à 10 millimètres, reçoit une partie du In this figure, the reference 6 indicates the support of the sensor, which comprises four diodes 7, 7 ', 7 "and 7"'. Each of these diodes, which may for example have dimensions of approximately 8 to 10 millimeters, receives a part of the
rayonnement que l'émetteur dirige vers le capteur. radiation that the emitter directs towards the sensor.
La référence 8 indique un cercle qui représente la zone d'intensité maximale du rayonnement émis, à l'intérieur d'un The reference 8 indicates a circle which represents the zone of maximum intensity of the emitted radiation, inside a
angle solide prédéterminé.predetermined solid angle.
Quand l'émetteur et le récepteur sont parfaitement alignés, la surface du cercle 8 est distribuée de manière égale sur When the transmitter and the receiver are perfectly aligned, the surface of the circle 8 is distributed evenly over
les quatre capteurs, lesquels produisent des signaux équiva- the four sensors, which produce equivalent signals
lents dont la somme fournit une valeur indicative de l'épais- the sum of which provides a value indicative of the thickness
seur à mesurer.to measure.
S'il se produit pour un motif quelconque un désalignement entre émetteur et capteur, le cercle s'écarte de la position d'équilibre indiquée, touchant dans une mesure différente les quatre capteurs, dont chacun reçoit alors une quantité If for any reason a misalignment occurs between transmitter and sensor, the circle deviates from the indicated equilibrium position, touching the four sensors to a different extent, each of which then receives a quantity
différente de rayonnement.different from radiation.
Des essais effectués ont permis de vérifier que la différence entre les signaux produits par deux capteurs adjacents le long d'un axe fournit une droite d'un coefficient angulaire Tests have been carried out to verify that the difference between the signals produced by two adjacent sensors along an axis provides a line with an angular coefficient
déterminé (figure 3).determined (Figure 3).
On a pu également constater que de meilleurs résultats sont obtenus quand l'émetteur (la source) a des dimensions du même We have also seen that better results are obtained when the emitter (source) has the same dimensions
ordre que celles du capteur.order than those of the sensor.
En définitive, si on reporte sur un graphique (figure 3) en abscisses les valeurs de désalignement et en ordonnées la différence entre les signaux produits par deux capteurs adjacents disposés le long de l'axe concerné, on obtient une droite passant par l'origine, faisant un angle a avec l'axe Ultimately, if one plots the misalignment values on the abscissa and on the ordinate the difference between the signals produced by two adjacent sensors arranged along the axis concerned, one obtains a straight line passing through the origin , making an angle a with the axis
des abscisses.abscissa.
Ceci permet, en faisant usage d'algorithmes connus de l'homme du métier, de déterminer le désaxage des deux capteurs et de corriger ainsi les valeurs de lecture, de manière à obtenir This makes it possible, by making use of algorithms known to those skilled in the art, to determine the offset of the two sensors and thus to correct the reading values, so as to obtain
une réduction significative de l'influence des désaxages. a significant reduction in the influence of offsets.
Le procédé selon l'invention prévoit ainsi de: - mesurer, au moyen d'un détecteur comprenant quatre diodes de grande surface disposées en matrice, une quantité de rayonnement provenant d'un émetteur disposé du côté opposé par rapport à une feuille à mesurer; - déterminer le désaxage en fonction de la différence des lectures entre deux diodes adjacentes; et déterminer l'épaisseur sur la base de la somme des quatre lectures, corrigée éventuellement en fonction de ladite différence de lecture proportionnelle au désaxage, relevée précédemment. Le procédé selon l'invention permet ainsi de réduire de manière significative l'influence du désalignement dans les mesures d'épaisseur, avec un appareillage simple, moins coûteux que ceux actuellement utilisés et d'une programmation facile. Il est à noter que l'utilisation de quatre capteurs rend le The method according to the invention thus provides for: measuring, by means of a detector comprising four large area diodes arranged in a matrix, an amount of radiation coming from an emitter placed on the opposite side with respect to a sheet to be measured; - determine the offset based on the difference in readings between two adjacent diodes; and determining the thickness on the basis of the sum of the four readings, possibly corrected as a function of said reading difference proportional to the offset, noted previously. The method according to the invention thus makes it possible to significantly reduce the influence of the misalignment in the thickness measurements, with a simple apparatus, less expensive than those currently used and of easy programming. It should be noted that the use of four sensors makes the
système redondant, de sorte que le dispositif pourra conti- redundant system, so that the device can conti-
nuer de fonctionner correctement même en cas de panne de l'un d'eux. Toutes les modifications et variantes que l'homme du métier pourra concevoir entrent dans le cadre de la présente invention. nuer to function properly even if one of them fails. All the modifications and variants that a person skilled in the art can conceive are within the scope of the present invention.
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