JP2008267861A - シート物理量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定面積を小さくでき、低コスト化が可能で、測定レンジの狭くないシート厚さ測定装置を提供する。
【解決手段】 放射線源１から出射された放射線２の、シート状物体３を通過した透過量を放射線検出器１４で検出し、透過量に基づいてシート状物体３の物理量を測定するシート物理量測定装置において、放射線２の照射範囲を検出する放射線アレイ検出部６１，６２と、放射線アレイ検出部６１，６２から出力される信号に基づいて、放射線検出器１４と放射線源１とのアラインメントずれによって放射線検出器６１，６２の出力に生じる誤差を補正する補正手段１０とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属、プラスチック、紙などシート状物体の、厚さなどの物理量を測定するシート物理量測定装置に関する。

シート物理量測定装置の一種である、Ｘ線を用いたシート厚さ測定装置（以下Ｘ線厚さ測定装置と呼ぶ）では、上ヘッドと下ヘッドの間のギャップにシートが挿入され、下ヘッドから照射されたＸ線がシートを透過し、上ヘッドで検出される。シートを透過する際にＸ線が減衰され、Ｘ線の透過量（減衰量でもよい）とシートの厚さとの間の関係を利用して厚さを測定する。対向する上ヘッドと下ヘッドはフレーム上のレールを走行してシート上を走査するので、シートの厚さ分布を測定することができる。

図５はシート物理量測定装置の一種であるＸ線厚さ測定装置の従来例を示す構成説明図である。Ｘ線源１は図５のＢ点からＡＢＥの放射角状にＸ線２を放出する。Ｘ線検出器４はシート状物体３を透過したＸ線２を検出する。

図５のＸ線厚さ測定装置の動作を次に説明する。Ｘ線源１から出射されるＸ線２はシート状物体３を透過する際に減衰され、Ｘ線検出器４で検出されるＸ線２の減衰量（透過量）からシートの厚さが測定される。ところで、Ｘ線２はＸ線検出器４とＸ線源１との間の空気分子により一部のエネルギーを吸収される。したがって、走行用レールの波打ち現象などにより、Ｘ線検出器４とＸ線源１との距離である測定ギャップＬg1が変化すると、図６に示すように、Ｘ線検出器４での検出信号は変化してしまう。

図７はシート物理量測定装置の一種であるＸ線厚さ測定装置の第２の従来例で、図５の装置にじゃま板５を追加して測定ギャップの影響を軽減したものを示す構成説明図である。図５において、（Ａ），（Ｂ）は測定ギャップが変化した場合を示す。じゃま板５はＸ線検出器４の手前に配置され、シート状物体３を透過したＸ線２の中央部分を吸収する。

図７の装置の動作を次に説明する。Ｘ線２のＡＢＣ及びＤＢＥの部分は空気分子により一部のエネルギーを吸収され、ＣＢＤの部分は空気分子及びじゃま板５により吸収される。この状態で測定ギャップＬg2が減少すると、角度ＡＢＥは変化しないので、図７（Ｂ）のようにＡＢＣ及びＤＢＥの部分とＣＢＤ部部分の比が変わる。また、測定ギャップＬg2が減少したことでＡＢＥは空気分子によるエネルギーの吸収が減る。これらの関係を利用し、じゃま板の材質や形状を工夫することにより、測定ギャップＬg2とＸ線検出器４の検出信号の関係を図８のようにすることができる。図８において、領域ＵＡでは測定ギャップＬg2が変化してもＸ線検出器４の検出信号は変化しないので、走行装置等の機構的なアラインメントはこの範囲内に収まるように製作されていた。

シート物理量測定装置の１つである、Ｘ線厚さ測定装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００６−２７５６０５号公報

しかしながら、図７のＸ線厚さ測定装置では、以下のような問題がある。
すなわち、Ｘ線源１からＸ線２が出射される角度より大きなＸ線検出器４が必要となり、シート状物体３の測定面積が大きくなってしまう。

また、Ｘ線検出器の個体差に合わせたじゃま板を作る必要があるが、じゃま板の形状決定には多大の工数が必要である。

また、じゃま板５によりＸ線源１からのエネルギーが減衰し、測定レンジが狭まるので、厚みのある物体を測定できなくなる。

本発明はこのような課題を解決しようとするもので、測定面積を小さくでき、低コスト化が可能で、測定レンジが狭くないシート厚さ測定装置を提供することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
放射線源から出射された放射線の、シート状物体を通過した透過量を放射線検出器で検出し、前記透過量に基づいて前記シート状物体の物理量を測定するシート物理量測定装置において、
前記放射線の照射範囲を検出する放射線アレイ検出部と、
該放射線アレイ検出部から出力される信号に基づいて、前記放射線検出器と前記放射線源とのアラインメントずれによって前記放射線検出器の出力に生じる誤差を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載のシート物理量測定装置において、
前記放射線アレイ検出部は、前記放射線検出器の両側に配置される１対の１次元アレイ素子から構成される
ことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
請求項１記載のシート物理量測定装置において、
前記放射線アレイ検出部は、前記放射線検出器の両側に互いに直角方向に配置される２対の１次元アレイ素子から構成される
ことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、
請求項１記載のシート物理量測定装置において、
前記放射線アレイ検出部は、前記放射線検出器の上方に配置される２次元アレイ素子から構成される
ことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシート物理量測定装置において、
前記放射線としてＸ線を用い、前記物理量を厚さとする
ことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシート物理量測定装置において、
前記放射線としてβ線を用い、前記物理量を厚さとする
ことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシート物理量測定装置において、
前記放射線を赤外線で置き換え、前記物理量を厚さとする
ことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、
請求項２乃至請求項７のいずれかに記載のシート物理量測定装置において、
前記放射線検出器から出力される信号に対応して前記物理量を出力する第１の変換手段と、
前記放射線アレイ検出部から出力される信号に対応して前記放射線検出器と前記放射線源とのアラインメント位置に対応する信号を出力する第２の変換手段と、
該第２の変換手段から出力される信号に対応して前記物理量の補正値を出力する第３の変換手段とを備え、
前記補正手段は、前記第３の変換手段から出力される信号に基づいて前記第１の変換手段から出力される物理量信号を補正する
ことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、放射線源から出射された放射線の、シート状物体を通過した透過量を放射線検出器で検出し、前記透過量に基づいて前記シート状物体の物理量を測定するシート物理量測定装置において、前記放射線の照射範囲を検出する放射線アレイ検出部と、該放射線アレイ検出部から出力される信号に基づいて、前記放射線検出器と前記放射線源とのアラインメントずれによって前記放射線検出器の出力に生じる誤差を補正する補正手段とを備えたことにより、測定面積を小さくでき、低コスト化が可能で、測定レンジが狭くないシート厚さ測定装置を提供することができる。

以下本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係るシート物理量測定装置の一実施例で、シート厚さ測定装置を構成したものを示す構成説明図である。図１において、（Ａ），（Ｂ）は測定ギャップが変化した場合を例示する。図５と同じ部分は同一の記号を付して、重複する説明は省略する。Ｘ線検出器１４はシート状物体３を透過したＸ線２を検出する。Ｘ線アレイ検出器６１，６２はＸ線検出器１４の両側に配置され、Ｘ線２の照射範囲を検出するＸ線アレイ検出部６を構成する１対の１次元のアレイ素子である。Ｘ線アレイ検出器６１，６２はＸ線源１から放射状に出射されるＸ線２の拡がりの範囲がその端で検出できるように、Ｘ線２の放射角度に対応した位置と角度に配置される。すなわち、Ｘ線アレイ検出器６１，６２はＸ線が入射するようにＸ線源１と対向して配設される。ここで、Ｘ線２は放射線を構成し、厚さは物理量を構成する。

図１の装置の動作を次に説明する。Ｘ線検出器１４とＸ線源１とが、その間の距離である測定ギャップＬg3が正しい値で、正規のアラインメント位置にある場合、図１（Ａ）に示すように、Ｘ線源１から出射されるＸ線２のエネルギーはＸ線アレイ検出器６１の２−１から２−３までの素子に到達し，Ｘ線アレイ検出器６２の３−１から３−ｎ−１までの素子に到達する。ここで正規のアラインメント位置とは、測定ギャップＬg3を含め、Ｘ線検出器１４とＸ線源１とが正しい位置に位置合わせされ、正しい角度（傾き）に調整されている状態をいう。

この状態から測定ギャップＬg3が変化（減少）すると、図１（Ｂ）に示すように、Ｘ線源１から出射されるＸ線２のエネルギーはＸ線アレイ検出器６１の２−１に到達し，Ｘ線アレイ検出器６２の３−１から３−４までに到達するようになる。

したがって、予め測定ギャップＬg3を変化させてＸ線源１から出射されたＸ線２のエネルギーがＸ線アレイ検出器６１，６２のどの素子に到達するかをメモリなどに記憶させておけば、Ｘ線アレイ検出器６１，６２の複数のアレイ素子から出力される信号に基づいて、測定ギャップＬg3を測定することができる。また、測定ギャップＬg3とＸ線検出器１４の出力値との関係を予めメモリなどに記憶しておけば、測定ギャップＬg3の変化に対応してＸ線検出器１４の検出信号を補正することができる。

図２は、図１のシート厚さ測定装置の信号処理回路を示す構成ブロック図である。第１の変換手段９は、予め厚さの分かったシート状物体を複数用いて求めた検量線を記憶させたメモリなどからなり、Ｘ線検出器１４から出力される透過量信号に対応して厚さに対応する信号を出力する。

第２の変換手段７は、予め測定ギャップＬg3を変化させてＸ線源１から出射されたＸ線２のエネルギーがＸ線アレイ検出器６１，６２のどの素子に到達するかを記憶させたメモリなどからなり、Ｘ線アレイ検出部６の複数の素子から出力される信号に対応して測定ギャップＬg3に対応する信号を出力する。

第３の変換手段８は、予め測定ギャップＬg3とＸ線検出器１４の出力値との関係を記憶させたメモリなどからなり、第２の変換手段７から出力される信号に対応して厚さの補正値を出力する

補正手段１０は、第３の変換手段８から出力される信号に基づいて第１の変換手段９から出力される厚さ信号を補正し、測定ギャップＬg3による誤差が補正された厚さ信号を出力する。

図２の信号処理回路の動作を次に説明する。
Ｘ線アレイ検出部６の複数の素子から出力された信号は、第２の変換手段７により測定ギャップＬg3に対応する信号に変換される。第２の変換手段７から出力される測定ギャップ信号は、第３の変換手段８により厚さの補正値に変換される。

Ｘ線検出器１４から出力される透過量信号は第１の変換手段９により厚さに対応する信号に変換される。第１の変換手段９から出力される厚さ信号は、補正手段１０により、第３の変換手段８から出力される厚さ補正信号に基づいて補正され、測定ギャップＬg3のずれによる誤差が補正された厚さ信号が出力される。

上記のような構成のシート厚さ測定装置によれば、じゃま板がないので、大きな検出器が必要なくなり、図１（Ｂ）に示す測定面積Ａｍを小さくすることができる。ここで、測定面積とは、Ｘ線検出器１４に検出されるＸ線２のすべてがシート状物体３を透過する面積をいう。

また、従来のじゃま板の形状決定に要した多大の工数が不要となるので、コストダウンが可能である。

また、測定レンジを狭めることなしに測定ギャップの補正が可能で、Ｘ線源１から出射されたＸ線２のエネルギーを全て測定に利用することができるので、厚みのあるものまで測定することができる。

なお、測定ギャップのみが変化する場合は、Ｘ線アレイ検出器は１つ（１対の片方）でもよい。

また、図１のように２個のアレイ素子で検出する場合は、測定ギャップのみでなく、紙面と平行な方向での傾き（回転）の影響も算出することができ、これらのアラインメント情報を用いればより高精度な補正ができる。

また、図１において、Ｘ線アレイ検出器６１，６２として２次元のアレイ素子を使用すれば、紙面と垂直方向の傾きを検出し、これに伴う誤差を補正することができる。

また、信号処理回路は、図２の構成ブロック図に限らず、同様の機能を有する任意の構成をとることができる。

図３は本発明の実施の形態に係るシート物理量測定装置の第２の実施例を示す構成説明図である（ただし、シート状物体３は図示せず）。図１と同じ部分は同一の記号を付して、重複する説明は省略する。図１と異なるのは、Ｘ線アレイ検出部６として、Ｘ線検出器１４の両側にＸ線アレイ検出器６１，６２の配列方向と直角となる方向に１対の１次元アレイ素子からなるＸ線アレイ検出器６３，６４を配列した点である。この場合、図２の信号処理回路において、第２の変換手段７は、予めアラインメント位置を変化させてＸ線源１から出射されたＸ線２のエネルギーがＸ線アレイ検出器６１〜６４のどの素子に到達するかを記憶させたメモリなどからなり、Ｘ線アレイ検出部６の複数の素子から出力される信号に対応してアラインメント位置に対応する信号を出力する。また、第３の変換手段８は、予めアラインメント位置とＸ線検出器１４の出力値との関係を記憶させたメモリなどからなり、第２の変換手段７から出力される信号に対応して厚さの補正値を出力する。他の部分は図２と同様である。

図３の装置の動作を次に説明する。ｘ-ｙ平面上に配置された４個のＸ線アレイ検出器６１〜６４は、ｘｙｚ３軸方向のアラインメント位置に対応した検出信号を出力する。Ｘ線アレイ検出部６の複数の素子から出力された信号は、第２の変換手段７によりＸ線検出器１４とＸ線源１とのアラインメント位置に対応する信号に変換される。第２の変換手段７から出力されるアラインメント位置信号は、第３の変換手段８により厚さの補正値に変換される。

Ｘ線検出器１４から出力される透過量信号は第１の変換手段９により厚さに対応する信号に変換される。第１の変換手段９から出力される厚さ信号は、補正手段１０により、第３の変換手段８から出力される厚さ補正信号に基づいて補正され、アラインメントずれ（正規のアラインメント位置からのずれ）による誤差が補正された厚さ信号が出力される。

上記のような構成のシート厚さ測定装置によれば、第１の実施例の特長を有するほか、測定ギャップのずれだけでなく、３軸方向のアラインメント位置のずれによる誤差が補正されるので、より高精度な厚さ測定を行うことができる。

図４は本発明の実施の形態に係るシート物理量測定装置の第３の実施例を示す構成説明図である（ただし、シート状物体３は図示せず）。図３と同じ部分は同一の記号を付して、重複する説明は省略する。図３と異なるのは、Ｘ線アレイ検出部６として、Ｘ線検出器１４の上方にＸ線源１と対向して２次元アレイ素子からなるＸ線アレイ検出器６５を配列した点である。この場合、図２の信号処理回路において、第２の変換手段７は、予めアラインメント位置を変化させてＸ線源１から出射されたＸ線２のエネルギーがＸ線アレイ検出器６５のどの素子に到達するかを記憶させたメモリなどからなり、Ｘ線アレイ検出部６（Ｘ線アレイ検出器６５）の複数の素子から出力される信号に対応してアラインメント位置に対応する信号を出力する。また、第３の変換手段８は、予めアラインメント位置とＸ線検出器１４の出力値との関係を記憶させたメモリなどからなり、第２の変換手段７から出力される信号に対応して厚さの補正値を出力する。他の部分は図２と同様である。

図３の装置の動作を次に説明する。ｘ-ｙ平面上に配置されたＸ線アレイ検出器６５は、Ｘ線検出器１４などによって遮られる部分を除き、Ｘ線源１から放射されるＸ線２のすべてを検出し、ｘｙｚ３軸方向のアラインメント位置に対応した検出信号を出力する。Ｘ線アレイ検出部６を構成するＸ線アレイ検出器６５の複数の素子から出力された信号は、第２の変換手段７によりアラインメント位置に対応する信号に変換される。第２の変換手段７から出力される信号は、第３の変換手段８により厚さの補正値に変換される。

Ｘ線検出器１４から出力される透過量信号は第１の変換手段９により厚さに対応する信号に変換される。第１の変換手段９から出力される厚さ信号は、補正手段１０により、第３の変換手段８から出力される厚さ補正信号に基づいて補正され、アラインメント位置のずれによる誤差が補正された厚さ信号が出力される。

上記のような構成のシート厚さ測定装置によれば、第２の実施例の特長を有するほか、Ｘ線アレイ検出器同士のアラインメントずれが生じないので、より高精度な厚さ測定を行うことができる。

なお、上記の各実施例において、線源としては、透過量に基づいてシート状物体の厚さ（μｍ）を測定することができる任意の放射線を用いることができ、例えばＸ線の代わりにβ線を用いてβ線厚さ計を構成してもよい。また、例えば赤外線のような電磁波を用いて赤外線厚さ計を構成してもよい。

また、測定される物理量は厚さに限らず、Ｘ線を用いて灰分率（％）を測定する灰分計、Ｘ線，β線，赤外線を用いて坪量（ｇ／ｍ^２）を測定する坪量計、赤外線を用いて水分量を測定する水分計などに適用することもできる。

本発明の実施の形態に係るシート物理量測定装置の一実施例を示す構成説明図である。 図１のシート物理量測定装置の信号処理回路を示す構成ブロック図である。 本発明の実施の形態に係るシート物理量測定装置の第２の実施例を示す構成説明図である。 本発明の実施の形態に係るシート物理量測定装置の第３の実施例を示す構成説明図である。 シート物理量測定装置の従来例を示す構成説明図である。 従来例における測定ギャップと検出信号との関係を示すチャートである。 シート物理量測定装置の第２の従来例を示す構成説明図である。 第２の従来例における測定ギャップと検出信号との関係を示すチャートである。

符号の説明

１ 放射線源
２ 放射線
３ シート状物体
６，６１〜６５ 放射線アレイ検出部
７ 第２の変換手段
８ 第３の変換手段
９ 第１の変換手段
１０ 補正手段
１４ 放射線検出器

Claims (8)

1. 放射線源からシート状物体に出射された放射線の透過量を放射線検出器で検出し、前記シート状物体の物理量を測定するシート物理量測定装置において、
   前記放射線の照射範囲を検出する放射線アレイ検出部と、
   該放射線アレイ検出部から出力される信号に基づいて、前記放射線検出器と前記放射線源とのアラインメントずれによって生じる測定誤差を補正する補正手段と
   を備えたことを特徴とするシート物理量測定装置。
2. 前記放射線アレイ検出部は、前記放射線検出器の両側に配置される１対の１次元アレイ素子から構成される
   ことを特徴とする請求項１記載のシート物理量測定装置。
3. 前記放射線アレイ検出部は、前記放射線検出器の両側に互いに直角方向に配置される２対の１次元アレイ素子から構成される
   ことを特徴とする請求項１記載のシート物理量測定装置。
4. 前記放射線アレイ検出部は、前記放射線検出器の上方に配置される２次元アレイ素子から構成される
   ことを特徴とする請求項１記載のシート物理量測定装置。
5. 前記放射線としてＸ線を用い、前記物理量を厚さとする
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシート物理量測定装置。
6. 前記放射線としてβ線を用い、前記物理量を厚さとする
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシート物理量測定装置。
7. 前記放射線を赤外線で置き換え、前記物理量を厚さとする
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシート物理量測定装置。
8. 前記放射線検出器から出力される信号に対応して前記物理量を出力する第１の変換手段と、
   前記放射線アレイ検出部から出力される信号に対応して前記放射線検出器と前記放射線源とのアラインメント位置に対応する信号を出力する第２の変換手段と、
   該第２の変換手段から出力される信号に対応して前記物理量の補正値を出力する第３の変換手段とを備え、
   前記補正手段は、前記第３の変換手段から出力される信号に基づいて前記第１の変換手段から出力される物理量信号を補正する
   ことを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれかに記載のシート物理量測定装置。

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