JP5266662B2

JP5266662B2 - シート物理量測定装置

Info

Publication number: JP5266662B2
Application number: JP2007109940A
Authority: JP
Inventors: 重幸角田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: JP2008267927A

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６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６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、電離箱やシリコンフォトダイオード等の、ある程度の面積を持った１出力の検出器で、Ｘ線２のシート状物体３を透過した透過Ｘ線２１を検出する。

図６のＸ線厚さ測定装置の動作を次に説明する。Ｘ線源１から出射されたＸ線２はシート状物体３を透過する際に一部のエネルギーを吸収される。シート状物体３の厚さが変化するとＸ線検出器４での検出信号が変化するので、予め厚さの分かったシート状物体を複数用いて、それぞれの場合の検出信号を測定することにより、図７に示すような検量線５を得ることができる。この検量線５を予めメモリなどに記憶させておけば、Ｘ線検出器４で検出されるＸ線２の透過量（減衰量）からシート状物体３の厚さを測定することができる。

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

図６の装置において、測定面積Ａｍ（シート状物体３上の、厚さが測定される測定領域の面積）はＸ線源１からの放射角度とＸ線検出器４の大きさ及びシート状物体３の位置により決定される。

測定サイドの要求として、シートの種類に応じて管理する面積を変えたい場合や、シートの幅方向分解能を変えたい（例えばエッジ部分の分解能を細かくしたい等）場合、シートの流れ方向を制御開始時は大きな面積で制御し、ある程度追い込んだあとは細かくさらに小さな変動を制御したい場合などがある。

しかしながら、測定面積を変更する場合、従来は、Ｘ線源１又はＸ線検出器４近傍に、必要な測定面積に合わせたマスクを置いたり、大きさの異なるＸ線検出器４に組替えたりして実現しており、ハード的な変更なので変更が容易でなかった。特に、オンライン測定中に、シート状物体３の種類ごとの測定面積の変更や、シート状物体３の幅方向及び流れ方向での測定面積の変更は非常に難しかった。

また、セラミックコンデンサなどのように非常に小さな形状の厚さや形状の測定も従来の装置では容易ではなかった。

また、ブロック塗工のようにベースのＡ層にＢ層が部分的に塗工される場合に、各層や複数の層の厚さ測定を行うことも、従来の装置では容易ではなかった。

本発明はこのような課題を解決しようとするもので、オンライン測定中等でも測定面積の変更が容易な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、
前記放射線検出器は１次元又は２次元のアレイ素子から構成され、
前記アレイ素子のうち前記シート状物体の測定領域に対応した素子から出力される検出信号を選択する選択手段と、
前記アレイ素子の手前に前記シート状物体と対向して配設され、前記放射線のエネルギーの一部をカットする蛍光発光物質からなり、前記シート状物体から出射される２次Ｘ線を検出するフィルタと、
を備え、前記フィルタは前記シート状物体内の２次Ｘ線を出す物質の量を前記物理量としたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
請求項１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３記載の発明は、
請求項１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４記載の発明は、
請求項１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。

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、前記放射線検出器は１次元又は２次元のアレイ素子から構成され、前記アレイ素子のうち前記シート状物体の測定領域に対応した素子から出力される検出信号を選択する選択手段と、前記アレイ素子の手前に前記シート状物体と対向して配設され、前記放射線のエネルギーの一部をカットする蛍光発光物質からなるフィルタとを備え、前記フィルタは前記シート状物体内の２次Ｘ線を出す物質の量を前記物理量としたことにより、オンライン測定中でも測定面積の変更が容易な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６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２次元のアレイ素子で構成され、各素子から検出信号を取り出すことができる。ＣＰＵ６は、Ｘ線検出器１４を構成する２次元のアレイ素子のうち、シート状物体３の測定領域に対応した素子から出力される信号を選択する選択手段としての機能を有している。ＣＰＵ６はまた、素子１つ１つについて図７に示すような検量線データをメモリなどに備え、素子の検出信号を厚さ信号に変換する変換手段としての機能も有している。
なお、上記説明において、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２は、シート状物体３を透過する際に一部のエネルギーを吸収された後、Ｘ線検出器１４に入射する。Ｘ線検出器１４を構成する２次元アレイ素子の１つ１つの素子から出力された透過量信号は、ＣＰＵ６により、シート状物体３の測定領域に対応した素子の出力のみが選択され、選択された信号は予めメモリなどに記憶された検量線データに基づいて、シート状物体３の厚さ信号に変換される。

上記のような構成のシート物理量測定装置によれば、ＣＰＵ６において測定領域の設定をソフト的に変更することにより、測定領域（測定面積）を容易に変更することができ、ハード的な変更を必要としないので、オンライン測定中の変更も容易である。したがって、シートの種類に応じて管理する面積を変えたい場合、シートの幅方向分解能を変えたい場合（例えばシートのエッジ部分の分解能を細かくしたい等）、シートの流れ方向を制御開始時は大きな面積で制御し、ある程度追い込んだあとは細かくさらに小さな変動を制御したい場合などにも容易に対応することができる。

なお、上記の実施例ではＸ線検出器１４として２次元のアレイ素子を用いたが、代わりに１次元アレイを用いてもよい。この場合、Ｘ線検出器１４を図１の紙面と垂直な方向に走査すれば、２次元アレイと同様の測定結果を得ることができる。

図２は、上記実施例の一応用例で、図１の装置を小さな測定対象の厚さや形状の測定に適用する場合を示す動作説明図である。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２において、測定対象７はシート状物体１３上に形成されたセラミックコンデンサであり、選択素子８はＸ線源１から出射されたＸ線２のうち、測定対象７を透過した部分によって照射される部分の２次元アレイ素子である。厚さ測定の場合、図１のＣＰＵ６は、Ｘ線検出器１４を構成する２次元アレイ素子のうち、選択素子８から出力される透過量信号を選択し、それらを厚さ信号に変換する。その結果、ＣＰＵ６からセラミックコンデンサの各部分についての厚さ信号が出力される。形状測定の場合は、ＣＰＵ６は２次元アレイ素子のどの部分に信号変化があるかを特定する。

なお、上記の説明で、測定対象７が占める領域は測定領域を構成し、選択素子８はシート状物体の測定領域に対応した素子を構成する。また、測定面積は測定領域の面積である。

上記の応用例によれば、シート状物体上の小さな形状部分の厚さや形状などを測定することができる。すなわち、セラミックコンデンサなどのように非常に小さな物質を測定する場合は、その大きさに合わせてアレイ素子の全部又は一部の出力のみを利用することで実現することができる。また、一度に複数の小さな測定対象からのＸ線透過信号が２次元アレイ素子に到達している場合には、同時に複数個の測定対象について厚さや形状などの処理が可能になる。

図３は、上記実施例の第２の応用例で、図１の装置を複数層の厚さ測定に適用する場合を示す構成説明図である。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３において、シート状物体２３はＡ層（ベース層）の上にＢ層（ブロック）を部分的にブロック塗工したものである。Ｘ線検出器１４を構成する２次元アレイ素子の素子１〜７のうち、素子１と素子７はＡ層の厚さと関係する検出信号群Ｓ_Ａを出力し、素子２〜６はＡ層＋Ｂ層の厚さと関係する検出信号群Ｓ_ＡＢを出力する。したがって、図１のＣＰＵ６により、上記の各素子を順次選択し、その結果得た信号群Ｓ_Ａ及び信号群Ｓ_ＡＢに基づいて演算することにより、Ｂ層の厚さと関係する信号群Ｓ_Ｂを得ることができる。

上記の応用例によれば、ブロック塗工のような場合についても、複数個のブロックについての層厚さ測定を同時に行うことができる。また、Ａ層、Ｂ層、Ａ層＋Ｂ層の３種類の厚さを同時に測定することができる。

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２の実施例で、図１の装置にフィルタを設けた場合を示す構成説明図である。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。フィルタ９はＸ線検出器１４を構成する２次元アレイ素子の手前にシート状物体３と対向して配設され、透過したＸ線２のエネルギーの一部をカットする。なお、Ｘ線検出器１４は、その窓部に前記フィルタ９を配設できる構造となっている。ここで、フィルタ９の構造、形状、エネルギー減衰領域、蛍光発光波長帯などは自由に選択できるものとする。

このような構成のシート物理量測定装置によれば、図１の実施例の場合と同様の特長を有するほか、シート状物体３について、フィルタ９のエネルギー減衰領域に対応した任意の波長帯の透過Ｘ線のみを検出することができる。

また、フィルタ９として透過波長の異なる複数のフィルタを配列すれば、Ｘ線検出器１４がシート状物体３上を順次走査することにより、シート状物体３についてスペクトルの測定を行うことができる。

また、フィルタ９の減衰特性を適切に選ぶことにより、透過量の大きいものと微小なものなど、吸収感度の異なる成分を、同時測定することができる。

また、蛍光発光物質を前記フィルタ９に用いることにより、シート状物体３から出射される２次Ｘ線を検出することができるので、シート状物体３に含まれる２次Ｘ線を出す物質の量を測定することができる。

図５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の実施例で、図３の装置にフィルタを設けた場合を示す構成説明図である。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。フィルタ１９はＸ線源１と対向して配設され、Ｘ線２のエネルギーの一部をカットする。ブロック塗工などのように、予め測定対象であるＢ層３２（ブロック）の位置が分かっている場合は、Ｘ線源１側にフィルタを配置することができる。

このような構成のシート物理量測定装置によれば、２次Ｘ線検出を除き、図４の実施例の場合と同様の特長を有する。

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、放射線の代わりに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も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。上記実施例の一応用例を示す動作説明図である。上記実施例の第２の応用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。従来装置の検量線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選択手段
７測定領域
９，１９フィルタ
１４放射線検出器

Claims

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、
前記放射線検出器は１次元又は２次元のアレイ素子から構成され、
前記アレイ素子のうち前記シート状物体の測定領域に対応した素子から出力される検出信号を選択する選択手段と、
前記アレイ素子の手前に前記シート状物体と対向して配設され、前記放射線のエネルギーの一部をカットする蛍光発光物質からなり、前記シート状物体から出射される２次Ｘ線を検出するフィルタと、
を備え、前記フィルタは前記シート状物体内の２次Ｘ線を出す物質の量を前記物理量とすることを特徴とするシート物理量測定装置。
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に記載のシート物理量測定装置。
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に記載のシート物理量測定装置。
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に記載のシート物理量測定装置。