JPH01503639A - 厚さ／濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 厚さ／１１度測定装置 明　の　背　景 １、Ｗ」 本発明は、フィルムの厚さまたは濃度の測定に特に適した厚さまたは濃度測定装 置に関する。本発明は、押出しプラスチックフィルムの厚さおよび／または濃度 を製造許容度に制御しなければならないプラスチック加工業界には限られないが 、同業界において特に有用である。

２、　え１反亙亘１１ 各種の測定用検出器に依存する厚さ／濃度測定装置が、従来、知られている。厚 さ測定については、被測定材料または被測定対象物と接触し、当該材料および／ または対象物の製造装置を制御して、所定厚さを得るために使用することのでき る厚さの読みを与える機械式計器型装置が周知である。同様に、対象物の濃度を 、通常、当該対象物に放射線を透過して測定するｍ度測定装置が知られている。

濃度変化は、対象物における放射線の透過率の変化によって知ることができる。

多くの製造環境、特に、プラスチックフィルムおよび板材の製造環境においては 、材料の厚さの正確な測定が可能であれば、材料の使用方法および製品の品質の 管理は、大幅に向上する。このことは、計測装置を製造機械に接して、または、 その近傍に設置して、厚さ情報を当該処理の帰還＠ｆｍ装置に使用し、所定の厚 さのフィルム製造のために最適のパラメータを決定することのできるオンライン 方式の測定が可能な場合について、特に当てはまる。そのような環境においては 、測定装置の出力は、厚さの変動に速やかに応答しなければならす、出力は、電 気的または機械的に帰還されて、人手の介入なく、機械を制御する。これを実行 するためには、計測装置は、本来、製造環境の苛酷さに耐えるだけ頑丈で、測定 を最も必要とする場合に適合できるように充分小さく、計算機およびｔｓｍ装置 との一体化が容易となるように、入力と出力間の接続が！ｌ知でなければならな い。

現在、多くの厚さ測定は、核および原子放射線発生源から放射される放射線の検 出原理を用いて行われている。

米国特許第４０４７０２９号は、ベータ粒子、Ｘ線およびガンマ線発生源を含む 種々の放射ｌＩ源を記載、説明している。これらの放射線は、材料内を通過する 時に、材料内の原子および核との反応の結果、減衰または散乱される。反応量は 、放射線通路における原子および核の数、および、当該放射線にたいする当該材 料の反応傾向に依存する。一定の材料および放射線の種類における反応量は、当 該材料の密度と濃度と厚さに依存する。というのは、密度によって、単位体積あ たりの放射線通路における原子および核の数が決まり、厚さによって、通常、平 面と直角に材料を通過する放射線の進行長さが決まるからである。

粒子検出原理に基づく現在の厚さ測定装置は、材料見本を通過する個々の粒子を 検出、計算し、未知の見本について調べた計数値を、既知の厚さの見本と比較す る。

そうして、既知と未知の見本間の同様な密度を推定し、通常、計算値と材料厚さ との直線関係を適用して、材料の厚さを推量する。この関係は、広い範囲にわた って典型的な直線ではないが、製造環境において遭遇する厚さ範囲においては、 通常、顕著な誤差のない直線であると見なされる。

現在、そのような放ｔｉ４ｔｍ検出のために採用されている方法は、シンチレー ション検出器または気体封入電離カウンターの使用によって実行される。電離カ ウンターは、放射線によって電離される気体室からなり、発生する電荷を、気体 室の壁部と中央に置かれた細線との間に発生する高電圧を利用して回収する。電 離した各電子および原子は、電圧印加方法に応じて、電界の影響で、反対極性の 壁部または細線に引かれる。この電荷は、次に、回収され、電子感応増幅器にお いて信号として増幅され、電圧しきい値と比較され、有効な検出が行われたかど うかを決定することができる。製造環境における電離質短所は、気体が室外に漏 れ、または、使用されるうちに破壊されて、劣化することがあり、また、気体室 が、通常、非常にかさばり、効率が低下し、多くの環境に適用することが困難で あるということである。さらに、電離空には、普通、ｉ　ｏｏｏないし３０００ ボルトという非常な高電圧を必要とするとともに、高価であるために、厚さ測定 装置としての普及が難しい。

従来、厚さ測定用として知られているシンチレーション検出器は、一定の放射線 を吸収すると附勢され、シンチレーション工程中において紫外線域の発光により 消勢するシンチレータ−という材料が用いられている。この紫外線は、光電子増 倍管と称する極めて高感度の検出器によって検出される。光電子増倍管は、シン チレータ−材料と密接に結合され、紫外線がそれを通過する。光電子増倍管内の 第一の光電陰極からの検出信号は、通常、段階的に正電位が高くなる一連のダイ ノードによって倍増される。倍増された信号は、出力信号として取り出される。

シチレーション検出器の短所は、これもまた１０００ないし３０００ボルトの生 命に危険な電圧を使用し、そのうえ、光電子倍増管の特性が、使用方法、年数お よび高電圧の変動に応じて変化することである。この種の検出器はまた、真空排 気されたガラス管であるために損壊しやすく、また、その寸法、重量およびコス ト上の理由により、すべての環境において使用が可能とはいえない。

半導体ダイオード粒子検出器も知られている。これはＰ型層と、Ｎ型層と、その 中間の選択的な固有層からなる。このダイオードは光、ならびに、核および原子 放射線に遭遇するとそれに感応する。この種の検出器は、高解像度の液分光に使 用されている。この種の検出器から発生する信号は、本社線が検出器感応領域で エネルギを喪失するときに放出される電荷からなる。この電荷はＰ型およびＮ型 物質を通して回収され、高性能電荷感応増幅器によって増幅される。

通常、この種の検出器装置の出力信号は、非常に小さい。出力信号が極めて小さ いので、熱効果によって発生する雑音またはシリコン材料中の不純物および欠陥 が、電荷信号に打ちかつ。このために、このような欠陥は、通常、充分な性能を 達成するために、液体窒素冷却剤を用いて、極めて低温度で動作される。この種 の検出器は實験に用いることができるが、製造環境での実用は不可能である。

及Ｊ」と」致 本発明の目的は、小型で、頑丈で低価格の粒子放射線検出厚さ／濃度測定装置を 提供することである。

本発明の別の目的は、低電圧で動作する粒子放射線検出厚さ／濃度測定装置を提 供することである。

本発明のさらに別の目的は、粒子計数値の検出記憶に必要な素子を含む検出ヘッ ドを有する部分と、別の場所に位置して、同ヘッドとの間において、簡単な低電 Ｅ線により厚さ測定を監視するために設けられた表示部とを、別個に構成できる 粒イ放ｒＪ４線検出厚さ／濃度測定装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、未知の厚さの材料を、測定のために、放射線源と検 出ヘッド閤に載置するための一定幅の空隙部を設けた携帯用低価格の粒子放射線 検出式厚さ１ｍ度測定装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、押出しフィルムの製造時に、簡単で、低価格の粒子 放射線検出式厚さ測定ＭＡｇｉを複数個用いて、厚さを監視ｌ１ｌｌｔｌする制 御装冒を提供することである。

本発明によれば、特に、Ｐ型層、Ｎ型層およびその中間の固有層からなり、放射 線検出のために室温で動作可能の新規なシリコンダイオード検出器を使用する。

この素子はピンダイオードと称され、主として、レーザーおよび紫外線検出用に 使用されるが、この検出器が、ベータ粒子、Ｘ線およびガンマ線などの核および 原子放射線にも感応することが発見された。

本発明によれば、特定の機械的および回路構成において、その粒子放射線にみに ついての検出能方向上のために、ピンダイオードを使用する。ピンダイオードを 放射光の影響から保護するために、遮光窓を使用し、その出力信号は、電荷感応 前置増幅器に接続される。しきい値検出器に印加することのできる適当な信号を 発生するために、前記増幅器の出力に、高品質の増幅器を接続し、この検出器の 出力はパルス率計数器に印加される。バルス率計数器の出力は、既知の厚さの材 料について本発明ｌｉｔの以前の校正使用時において得られたパルス率情報とと もに、放射線発生源からピンダイオード計数器にいたる通路に未知の厚さの材料 が載置された場合に、検出済みパルス率から厚さ測定を行うために使用すること ができる。同様の校正および検出処理を用いて、本発明を濃度測定装置として使 用することができる。

ピンダオードおよび関連小型電子装置を用いて、粒子放０４線原理に基づく現在 の厚さ測定装置では不可能の多くの応用面に使用可能な小型の検出器を提供する ことができる。例えば、そのような検出器は、板材およびフィルム押出しのみな らず、異形押出し、吹き込みフィルムおよび吹き込み成型に使用可能であろう。

ざらに、本発明による測定装置には、低電圧回路を要するだけであるから、安全 にたいする危険はなく、厳重な絶縁電力線やその接続を不要とし、したがって、 現在の装置にない新たな方法による設置が可能となる。更にまた、小型の固体構 造であるため、信頼性と安定性が高く、従来装置に通常伴なうガラス管や気体室 の破壊の危険も最小限に迎えれる。さらに、構造物にたいする校正作業や修理作 業が少なくなる。最後に、小型、固体構造、および、比較的低価格の構成部品を 採用しているため、検出器は、従来の厚さ測定装置よりも低価格で製造可能であ る。

低価格で小型であるため、複数の測定装置を一枚の押出しフィルムに並置して使 用し、幅方向の任意の点における材料厚さを同時に測定するこてができる。現在 の装置構成は複雑で規模が大きいため、この方法はまだ達成できず、厚さ測定装 置による板材幅方向の機械的走査を採用しなければならず、これは、機械走査機 構が１１雑である。並置された複数の厚さ測定装置のそれぞれを用いて、押出し 型のリップのような加工機械の部分を制卸して、押出し製品を所要の仕様にＩＩ Ｉｔｌすることができる。

前記およびその他の本発明の目的、利点および特徴は、添付図面に関連して記述 された下記の本発明の詳細な説明からさらに容易に理解できるであろう。

１１血且星皇且Ｉ 第１図は、本発明の第一の実施例の概略を示す電気ブロック図である。

第２図は、第１図に示す実施例を用いて未知の厚さを校正および測定する方法の マイクロプロセッサプログラムを示すフローチャートである。

第３図は、未知の厚さの別の校正および測定方法のためのマイクロプロセッサプ ログラムを示すフローチャートである。

第４図は、粒子放射線検出器の別の取り付は方法を示す第１図の実施例の変更例 である。

第５図は、第１図の実施例の別の変更例である。

第６図は、第４図の実施例の変更例である。

第７図は、後方散乱放射線技術を用いた第１図の実施例の別の変更例である。

第８図は、本発明を利用した押出し型の制御装置を示す。

第９図は、押出しフィルムの厚さを制御するｖ１ｍ装置に用いるために並置され た厚さ測定装置を示す。

第１０図は、第１図の実施例を用いる未知の濃度校正および測定方法のためのマ イクロプロセッサプログラムのフローチャートを示す。

第１１図は、未知の濃度を校正および測定する別の方法のためのマイクロプロセ ッサプログラムのフローチャートを示す。

発明の詳細な説明 第１図は、本発明の厚さ／濃度測定装置の一部概観図および一部ブロック図を示 す。厚さ／ｎ度測定装Ｗ７は、第１図において、検出器ヘッド部１１と処理表示 部１３として示される２個の構成部分からなる。これらの部分は、低電圧１３７ によって相互に接続され、以下にその詳細を説明する。

検出ヘッド部１１は、厚さ／ＩＩｆ＆ａｌ定のための検出電子部を含み、処理表 示部１３はＩ制御目的に使用可能な厚さ／１１度測定値および／または厚さ／１ １度測定値を表す出力信号のデジタル表示を行う処置表示構成部を含んでいる。

検出器ヘッド部１１には、国体内に窓１９があり、これは国体内への放射光の侵 入を防止するとともに、粒子放射線を通過させる。窓１９に使用できる適当な材 料には、アルミめっきマイラがある。窓１９の後方の国体１１の内部には、光お よび粒子の両方の照射光に感応するビンダイオード２１が設けられる。前述した ように、窓１９は光の照射を通さず、したがって、ピンダイオード２１は、ＸＩ ！、ベータ線およびガンマ線などの粒子放射線のみを検出することができる。こ の粒子放射線は、窓１９と一定距離をおいて設けられた放射線源１５によって発 生される。測定対象材料１７は、放射線源１５と窓１９間に載置される。

ビンダイオード２１の出力は、電荷感応前置増幅器２３に接続され、その出力は 第１高域濾過器２５に接続される。高域濾過器２５の出力は、低雑音演算増幅器 ２７に印加され、低雑音演算増幅器２７の出力は、第２高域濾過器２９に加えら れる。＾域濾過器２９の出力は、ビンダイオード２１が検出する電荷に相当する 電圧パルスである。高域濾過器２９の出力は比較器３１の入力に接続される。比 較器３１は、その別の入力に印加される低抗性回路網によって決まるしきい値を 有する。高域濾過器は、低周波雑音成分を阻止し、比較器３１のしきい値は、有 効な検出パルスを構成しない各種雑音によって装置の読みが影響を受けないよう に決定される。高域濾過器２９の出力が当該しきい値を超えると、比較器３１は 出力パルスを発生し、光遮断ライントライバ回路３５に送られる。遮断回路３５ の出力は、検出ヘッド部１１の端子部に接続され、デジタル処理表示部１３の別 の処理電子部品に接続される。

デジタル処理表示部１３を説明する前に、検出ヘッド部１１内の回路の残りの部 分について説明する。検出器ヘッド部１１内の各種電子構成部品に作動電力を供 給するために、その中に電源が設けられる。ビンダイオードには、検出器ヘッド 構成部内の他の電子構成部品とは異なる電圧を必要とするため、複数の一次巻き 線４１，４３と複数の二次巻きｌｍ４５．４７．４９からなる多電圧電源として 変圧器３９が設けられる。二次巻き線はそれぞれのダイオード／コンデンサ回路 網に接続され、検出電圧を供給する。−次巻き線４１の一方は、デジタル処理表 示部１３から検出器ヘッド部１１の入力端子板３６に加えられる未調整入力電圧 に接続される。この未調整電圧源は、パルス幅変調器５３に制御されるトランジ スタスイッチ素子４２によって切り替えられる。パルス幅変調器５３は、また、 −次基準巻き［１４３から、ダイオードコンデンサ回路網を通して直流電圧入力 を受け、したがって、パルス幅変調器５３、回路網５１およびスイッチ阻止４２ 、それに−次巻き線接続部は、二次端子４６．４８および５０に、調整済み電圧 出力を供給する。

本発明の重要な一面は、検出器ヘッド部１１が、非常に小型にでき、検出器ヘッ ドの電源が直流低電圧によって作動し、これにより、高電圧、および／または、 かさばって、複雑な設備を設けることのできない多くの環境において、検出器ヘ ッドを好適に設置することができることである。

デジタル処理表示部１３は、交流入力電源６７を受ける電源回路５７を介して検 出器ヘッド１１にたいして低電圧電源入力を供給する。これに代えて、直流電源 を設けることができる。デジタル処理表示部１３は、ざらに、検出器ヘッド部１ １の光遮断回路３５の出力から受けるパルスを計数するために、デジタルパルス 計数器が附勢される期間、時間窓を画定するタイマ５９を含む。パルス計数器６ １は、タイマ５９にゲートされて、一定期間における計数パルスを与えるパルス 率計数回路を作成する。デジタバルス計数器６１の出力は、プログラムおよびデ ータを記憶する通常のＲＯＭおよびＲＡＭを含むマイクロプロセッサ６３にゲー トされる。手動操作可能の入力１１７１も、複数の入力スイッチまたはキーおよ び入力設定器を含み、マイクロプロセッサ６３に入力情報を供給するために設け られる。マイクロプロセッサは、また、出力信号として、厚さまたは濃度測定値 を表すデジタル信号を端子６９に発生するとともに、同様に厚さまたは濃度測定 値を表すデジタル処理表示部１３内のデジタル表示部６５に出力信号を供給する 。

ここで、本発明の第一の実施例は、以下にさらに詳述するように、マイクロプロ セッサ６３のプログラミングに応じて、厚さまたは濃度の測定に使用することが できることに注意すべきである。

マイクロプロセッサ６３は、デジタルパルス計数器６１から受ける計数値に基づ く厚さまたは濃度測定値計算のためのアルゴリズムを含む。まず、既知の厚さま たは濃度を示す基準データに対応する基準データおよび当該既知厚さまたは濃度 にたいする測定計数値によって、マイク０プロセツサを校正し、その後の測定を 、この校正基準と関係付けることが必要である。ｊｌ−初に、フィルムの未知の 厚さの測定値の校正について説明する。

第２図は、最初の校正、および、その後の厚さ測定を可能とするマイクロプロセ ッサ６３のプログラミングを示す７０−チャートである。第２図に示す動作は、 二段サンプリング校正法に基づいている。処理の最初のステップ１０１で、第１ 図の正面盤の入力装置７１のスイッチを読み、校正または測定動作のいずれが望 ましいかを決定する。ステップ１０３において、マイクロプロセッサは、必要な 処理の種類を決定する。正面盤の入力装置７１によって、校正処理が選択された 場合には、ステップ１０５に進み、デジタル表示部６５に、発生源１５と窓１９ １１の測定路に、基準試料を挿入するように、操作者を促す指示メツセージを表 示する。さらに、マイクロプロセッサは、この試料の実際の厚ざＴ、を表す信号 を得るために、正面盤入力装置７１の厚さ設定入力装置、例えばデジタル値スイ ッチを読む。ステップ１０７に続いて、マイクロプロセッサはステップ１０９に 進み、既知の厚さの試料についての計算値ｃ１を測定する。これに続いて、マイ クロプロセッサはデジタル表示部６５を附勢し、既知の厚さの第二の試料を放射 源１５と窓１９間に載置するように操作者に指示メツセージを与える。

さらに、マイクロブ０セツサは、正面型入力８！ｔ７１の入力として、第二の試 料に対応する記憶厚さＴ２を受ける。その後、マイクロプロセッサはステップ１ １５に進み、第二の試料についての計数値Ｃ２を測定し、その後、ステップ１１ ７に進み、下記の式を用いて、勾配値Ｍを計算する。

Ｍ−（Ｔ２−７１’）／　（Ｃ２−Ｃ，）　＋１）これに続いて、マイクロプロ セッサはステップ１１９に進み、下記の割り込み値Ｂを計算する。

Ｂ−７１−（ＭｘＣｌ）　（２１ 勾配値Ｍおよび割り込み値Ｂは、後行において、未知の厚さの試料の厚さ計算の ために装置が使用できるように、ステップ１２１において記憶される。

ステップ１０３に戻り、実際の測定を行いたいときには、マイクロプロセッサは ステップ１０３がら１２３に進み、未知の厚さ試料の計数値Ｃｕを測定する。そ の後、マイクロプロセッサは、下記の等式を用いて、実際の厚ざＴｕを計算する 。

Ｔｕ　−（ＭｘＣｕ　＞　−８（３ン ここで、ＭおよびＢは、計算処理により、すでに得られている数値である。これ によって厚さ測定値が得られ、ステップ１２７でデジタル表示部６５に表示され 、または、それに代えて、デジタル処３！’表示７ｇ１１３のｗｊ６９の２１１ ｍｇｍに出力される。

第３図は、マイクロプロセッサ６３とともに使用可能な別の厚さ校正および測定 プログラムを示す。この処理行程においては、装置の校正のために、単一の校正 試料が使用される。第１のステップ２０１において、正面型入力装置１７１を読 み、校正、測定または材料種類入力ルーチンのいずれを実行すべきかを決定する 。入力装置７１の正面盤スイッチが、校正ルーチンをめている場合には、ステッ プ２０３で校正サブルーチンの検索および実行を開始する。こうして、マイクロ プロセッサはステ１９問に校正試料を挿入するように、デジタル表示部６５に指 示メツセージを行う、さらに、材料試料の厚ざＴＳがステップ２０７で正面型入 力装置に入力され、これに続いて、マイクロプロセッサはステップ２０９に進み 、計数値Ｃｓを測定する。つぎに、測定された計測値Ｃ３Ｊ５よび挿入された試 料の厚ざＴＳをステップ２１１で記録し、再びステップ２０１に戻る。第３図の 校正法によれば、材料種類の入力、たとえば、ポリエステル、ナイロン、アクリ ルなどもまた入力装ａｔ７１によりおこなわなければならない。材料種類入力が 正面型入力装置７１に表示されると、マイクロプロセッサ６３はこれをステップ ２０３で感知し、ステップ２２３に分岐し、そこでデジタル表示部６５に指示メ ツセージを表示して、操作者にたいして、正面盤入力装Ｗ１７１を介して、校正 に使用する材料種類を入力するように促す。正面盤入力装置７１に設定された材 料種類は、次に、ステップ２２５でマイクロプロセッサに読み取られ、ステップ ２２７で記録、記憶される。これで、マイクロプロセッサが、材料の厚さの正確 な測定のための校正に必要なすべてのデータが揃ったことになる。こうして、正 面型入力装置７１は、測定のための設定を終わり、マイクロプロセッサにより実 行されるステップ２０３で、測定ルーチンをステップ２１３から開始し、ステッ プ２１３で、発生源１５と′Ｍ１９間に載置された未知試料の計１６ｉＨｃｕが 取られる。この後、ステップ２１５で、校正ルーチンにおいて得られたＣＳおよ びＴＳの値が取り込まれ、それに続いて、ステップ２１７で、Ｍｉａが、マイク ロプロセッサに記憶されたテーブルに基づき決定され、計数値Ｃｓ。

設定厚さＴＳおよび挿入材料種類が相互に関係付けられる。このテーブルは記憶 された索引テーブルであり、Ｃｓ、Ｔｓおよび材料種類の値の種々の組み合わせ に基づく種種のＭ値を含む。ステップ２１７でＭ値を索引から得た後、厚さ計算 を、下記の公式に基づき、ステップ２１９で行う。

Ｔｕ＝　（ＭＸ　（Ｃｕ−Ｃｓ））＋Ｔｓ　（４１厚さの値は、次にステップ２ ２１で、表示部６５に表示され、または、１ａ６９により、さらに別の処理また はｉ制御装置に出力され、続いて、マイクロプロセッサは、プログラムの最初に 戻る。

第２図および第３図で説明した校正法には、長所と短所がある。第２図の校正法 は直裁的であり、操作者が既知厚さの値を入力するだけで済むが、２個の異なる 既知厚さの校正試料を必要とする。これは装置の極めてすぐれた校正を可能とす るが、厚さが近似しているにもかかわらず、測定可能程度の異なる２個の試料を 遅遅することは困難な場合が多く、不可能な場合もある。その結果、ａＩ３図の 校正法は、実行がより面倒であるが、試料は１個のみで足るという利点がある。

第３図の校正の理論的根拠は、一定の情況において観測される計数値は、放射１ ａ源の強さ、検出器と放射ａ源と間隔、検出器窓の損失、検出器窓における塵埃 の堆積、電子的感度、しきい値設定、および、それに勿論、材料の成分および厚 さを含む多くの要因によって決定されることである。単一校正試料による観測は 、特定時点におけるこれのパラメータの組み合わせの直接的結果を確定する。製 造用途においては、実際に関係のある唯一の変数は、相当期間における未知の材 料厚さに限られる。相当期間は、製造期間に比較して、通常、極めて長い放射線 源の半減期、電子のドリフト速度および窓における塵埃堆積率などの要因によっ て確定される。第３図の校正法は、一定厚さの材料種類について、一定の放射Ｉ ｉ源の強さ、検出器と放射線源との間隔などの条件下において、一度、計数値が 確定すると、前記第４式のＭに代表される材料厚さに伴う変動および計数値は、 あらかじめ決定し、製造計測時に使用するために恒久的に記憶することができる 。Ｍは名目的計数値および測定される材料の種類に多少依存するため、複数のＭ 値をあらかじめ決定し、マイクロプロセッサ６３に記憶し、作動状態に最も合致 するＭｌをマイクロプロセッサ６３によって選択することができる。このように 、材料種類は、操作者が、正面型入力装置７１を介して選択し、校正試料計数時 に名目的計数値をとることができ、したがって、マイクロプロセッサ６３は、適 切なＭ値を選択することができる。マイクブＯセッサ６３に恒久的に記憶するこ とのできる当初のＭ値を決定するために、材料種類および厚さ範囲にわたって、 第１式を繰り返し適用することができる。これらの結果はテーブルに整理して、 特定の校正試料厚さおよび材料種類が入力され、計数値が観１ｉ１１されたとき 、これらの条件に最も近いＭ値を選択して、使用することができる。

要するに、第３図に示す校正法の利点は、手動で厚さを測定する製造材料の単一 試料を校正試料として使用し、後行の厚さ測定に適当なＭ値を選択するアルゴリ ズムのための製造用名目的計数値を確定することができることである。このよう に、未熟練操作者でも容易に使用可能な単一処理による校正法が提供される。

第４図は、第１図に示す検出器ヘッド１１の変更例を示す。この実施例において は、製造機械に容易に固定できる、容易に取り外し可能なヘッド構造体が提供さ れる。

ピンダイオード２１は、エポキシ３０５または同様の接着剤によって、外部ねじ 付きスリーブ３０３の内周部に長者される。フィルム３０９としてのアルミめつ きマイラ入口窓が、ねじ付きスリーブ３０３の一端に設けられ、０リングシール ３１３が、マイラ窓とねじ付きスリーブ３０３の一端との間に設けられる。止め キャップ３０１がねじ付きスリーブ３０３の外周に螺着され、マイラフィルム３ ０９を所定位置に保持するとともに、ねじ付きスリーブの検出器ヘッド部１１内 の開口部への進入量を制限する安全装置の働きをする。キャップ３０１はその正 面部のマイラ窓３０９に対応する位置に開口部３０１壁部後方のねじ付き軸３０ ３に螺着され、検出器全体を所定位置に保持する。ピンダイオード２１の引き出 し線は、第１図に示す検出器ヘッド構造体の残りの電子部品を含む電子回路盤に 固定される。第４図に示す国体の設計は、特に、ピンダイオードを含む実際の検 出器ヘッド自体を、圧体１３内部の校正部品を完全に分解することなく、容易に 取り替えることができるので有利である。

第１図および第４図に示すアルミめつきマイラ窓１９および３０９は、厚さ０． ５ないし５．０ミリのマイラフィルムにより校正できる。窓は、薄いアルミニュ ームまたはステンレススチール箔によっても構成できる。さらに、第１図および 第４図に示すピンダイオードは、窓成しＩＩＩＪ造であり、最大の放射！１１感 度を確保するために、ピン作動領域を覆う保護層は、製造者によって設けられな い。したがって、マイラ窓１９または３０９が、ピンダイオード２１の主たる保 護手段となる。第４図のマイラ窓３０９は、第１図のアルミ構造と同一の構造を 有しており、放射光がピンダイオードに衝突することを防ぎ、粒子放ｔＩ４１ｍ 検出の信頼性を向上している。

前記の本発明実施例において、ガンマ線、Ｘ線またはベータ線を放出することの できる放射線源は、別の支持台に取り付けることにより、検出器ヘッド部１１と 所定間隔をおいて配置される。検出器ヘッド部１１と検出器源を一体に設けるこ とも可能であり、その場合には、放射１１１源とピンダイオードとの間に一定幅 の空隙を形成し、厚さ測定対象となる材料をそこに載置できる。この実施例は、 それぞれ、第１図および第４図の実施例に対応する第５図および第６図にさらに 詳細に示されているが、本実施例においては、ヘッド部１１と一体に結合された 延長腕３１５がＬ形に延びて、放射線源と放射線検出器との間に空隙を形成して いる。この一体構造によって、検出器装置全体を、簡単な携帯型構造体として構 築することが可能である。さらに、検出器装璽は低電圧で動作するため、デジタ ル処理装置および第１図の装置１３に設けられた装置を含むすべての電子部品を 、異なる使用環境に容易に持ち運びできるように、単一の国体に一体化すること ができる。

第７図は、検出器ヘッド部１１を後方散乱放射線検出技術に使用する場合の、本 発明の変更例を示す。本実施例において、ピンダイオード２１は、ヘッド部１１ の一端の比較的厚い材料部分内に取り付けられている。ざらに、放射ａｍｉｓ’ もまた、国体の同一端に取り付けられるが、国体は、発生源１５からのすべてで なくとも、はとんどの放射線が、直接ピンダイオード２１の方向でなく、国体の 外方に投射されるように構成される。その結果、材料は、放射線源１５およびピ ンダイオード２１の正面において、ヘッド部１１の一端を横切って延在し、後方 散乱放射線は、ピンダイオードによって発生源から検出することができる。発生 する後方散乱の最は、材料厚さに依存し、したがって、計測装置は、第２図また は第３図で説明した校正法のいずれかを用いて、後方散乱に基づく族１１ｍ計数 について校正することができる。第７図の実施例において、ピンダイオードは、 ピンダイオード保持部２６に取り付けられる。保持部２６には、検出器ヘッド部 １１の一端に設けられたねじ付き穴２８と螺合する外周ねじ部が設けられる。

後方散乱法を用いて厚さ値計算を行うマイクロプロセッサ６３のプログラミング の唯一の差異は、勾配定数Ｍの符号が、続いて校正をおこなう場合には、正と評 価されることである。これは、接方散乱時においては、材料厚さの増大に応じて 計数値が増大し、一方、透過時においては、材料厚さの増大に応じて、それが減 少することによる。

第８図および第９図は、本発明による厚さ測定装置７を用いるのに特に好適な制 御装置を示す。ＩＩＪ　１１］装置は、フィルム押出し装置の型リップ各部分の 制御に使用される。第８図は、可塑化された材料を型４０３に供給して、薄い可 塑性板材を押し出すための押出機バレル４０１を含む装置の側面図である。型４ ０３は、リップによって画定される空隙について調整し、型を離れる材料の厚さ を調整することのできる出口端に設けられた型リップ４０５を含む。典型的には 、ボルト４０７を用いて、手動操作で型リップを調節し、粗調整を行い、別の装 置と共に用いて、型リップ門の空隙のＩＩ整を行う。多くの場合において、型リ ップの微調整は、実際にボルト４０７を加熱して行なわれる。この加熱は、第１ 図に示す厚さ測定装Ｗ７の出力、特に、端子６９に設けられた出力に接続された 通常のＰＩＤ（比例、積分、微分）制御器を含む制御装置によって制御される。

型リップから送られるフィルム４１１は、搬出ローラ４０９に取り上げられる。

厚さを測定するために、フィルムの片側に放射線源１５が設けられ、国体部１１ および１３を含む検出器がフィルムの使方の側に設けられる。これに代えて、第 ７図に示すように、後方散乱法を用いることができる。いずれの場合にも、厚さ 測定ｉＡ段の出力信号はボルト４０７の加熱をＩＩＩＩｍするために、ＰＩＤｉ １１御器に印加され、最終的に、型リップ４０５の空隙を制御する。第９図に示 すように、相当幅の板については、型リップ４０５を複数の型リップ４０５ａ、 ・・・・・・４０５　ｆに分割し、それぞれを型ポルト４０７ａ、・・・・・・ ４０７ｆによってυｊＩＩｌシ、各型ポルトの加熱を、ＰＩＤ制−器４１３ａ、 ・・・・・・４１３ｆによって、それぞれ１」御するようにする。これら各ＩＩ Ｉ　ｔａｌｌ器の入力は、それぞれ、前述した構成の個別厚さ測定装置１７ａ、 ・・・・・・７ｆから供給される。この構成において、各測定装置は７は、フィ ルム４１１の幅方向伸長部分を測定し、それぞれのボルト４０７を個別に制御す ることによって、フィルムの幅方向寸法にたいする各部の厚さを、個別に、かつ 、別個に測定する。

以上、本発明を、主として厚さ測定に関して説明したが、同装置を、Ｉｌｒ！！ 測定にも使用することができる。濃度測定のためには、３個の状態が存在しなけ ればならない。それらは、放射線源と検出器間に載置される材料の厚さが一定で あること、または、材料が、流体の媒体のように、故ｔＪ４１ａ源と検出器間の 容積を完全に充填すること、または、厚さが既知で、外部厚さ測定装置によって アルゴリズムに供給され、測定厚さと既知の材料特性から濃度計算が可能なこと である。

第１０図は、第１図の装置を濃度測定に使用するための第２図の変更例を示す。

図示したように、ステップ１０７はステップ１０７′に、ステップ１１３はステ ップ１１３′に、ステップ１１７．１１９および１２５はステップ１１７’、１ １９’および１２５′に、それぞれすべて新しく変更されている。

第２図に示すステップと共通のステップの説明はすべて省略するが、それぞれ同 一の参照番号が与えられている。変更されたステップは、プライム符号（′）に よって示される。第１０図のステップ１０７′において、第一の試料について濃 度Ｄ１が入力され、ステップ１１３′において、第二の試料について濃度Ｄ２が 入力される。ステップ１１７′に６いて、下記の公式を用いて勾配値Ｍが計算さ れる。

Ｍ＝　（Ｏ２−Ｄｌ）／　＜Ｃ２−Ｃ，）　（５１ステツプ１１９′において、 割り込み値が、下記のように計算される。

Ｂ＝Ｄ　−（ＭＸＣｌ）　（６１ こうして記憶されたＭおよびＢの校正値を用いて、ステップ１２５′で濃度計算 を下記のように行う。

Ｄｕ−（ＭＸＣｕ）＋８　（７１ 第１１図は、濃度測定を行うため、第３図のフローチャートに必要な変更例を示 す。

第１１図に示す濃度測定の校正技術において、ステップ２０７′で入力試料濃度 を装置に入力し、当該試料の検出済み計数値Ｃ８とともに、ステップ２１１′で 記録する。試料の材料種類もまた、ステップ２２７で記録、記憶される。最後に 、濃度測定値を計算するために、ステップ２１３における測定済み計数値Ｃｕを 取り上げ、次いで、校正過程で入力した値Ｃ９および（）Ｓを用いて、Ｃ５およ び［）Ｓに基づくテーブルから勾配ＷｉＭおよび材料種類をめる。これから、ス テップ２１３．２１５．２１７’　、２１９’および２２１′によって表される サブルーチンを用いて、次のように濃度測定値を計算することができる。ステッ プ２１３で計数値を測定し、つぎに、ステップ２１５′で、値ＣＳおよび□ｓを 取り込む。

これから、ｃｓ、ｏｓの値および材料種類に基づく記憶テーブルからＭ値をめる 。ステップ２１９′において、濃度Ｑｕを、次の式から計算する。

Ｄｕ−（Ｍｘ　（Ｃｕ−Ｃｓ））＋Ｄｓ　（Ｅｌ）濃度値は、次にステップ２２ １′でデジタル表示部６５に表示されるか、または、出力端子６９に送られる。

試料の厚さが既知、または、次の式から測定される場合にも、濃度を計算するこ とができる。

Ｄｕ−Ｔｓ／ＴｕＸ　（（Ｍ　（Ｃｕ−ＣＳ））＋Ｑｓ）ここで、Ｏ５は校正試 料の濃度、Ｍは第１１図のステップ２１３．−・・・・・２２１′で述べる方法 で計算した勾配係数、７ｕは検出器前面の試料の厚さ、ＴＳは濃度標準物質の厚 さである。

傷または空洞は濃度値の変化として知ることができるので、本発明の装置はまた 、材料の傷または空洞検出装置としても使用することができる。

前記の説明から明らかなように、本発明は、広範囲の環境、特に、高電圧および ／または複雑で嵩ばる構造を使用できない環境において使用可能な小型の厚さ／ １１度測定装置を提供する。この測定装置は小型で、容易に持ち運びでき、携帯 用として構成できる。

本発明の種々の実施例を図について説明し、示したが、前述したように、本発明 の精神および範囲を逸脱することなく多くの変更を行うことがきる。したがって 、本発明は、前記に限定されず、本明細書に添付した請求の範囲によってのみ制 限される。

浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、２ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、３ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ　、４ ＾〜＾／、Ｊ−−一＋−？−菅）−１１偽、１ｔ／ｒｂ　か−−ｓＩ「６　）１ 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　ｌ○ ＦＩＧ、　Ｉ＋ 手　続　ネ削　正　壺（方式） １．事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８ｇ１００９７５ ２、発明の名称 厚き／濃度測定装置 ８−補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏名（名称） ペティット、ジ３ン、ダブリュ。

４、代理人 ６−補正により増加する請求項の数 ７、補正の対象 明細書及び請求の範囲翻訳文 図面の翻訳文　ＣＦＩ（ｒ　／ｉ、２．３．４．　ｔｏ、り代理権を証明する書 面 国際調査報告

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. １．粒子放射線源と、 前記放射線源と一定間隔を置いて設けられ、ピンダイオードからなる粒子放射線 検出器と、 前記ダイオードヘの光の衝突を防ぐとともに、前記放射線源からの粒子放射線の 前記ダイオードヘの衝突を許容する手段と、 前記ダイオードの出力に接続された電荷感応前置増幅器と、 前記前置増幅器の出力に接続された第１高域ろ過器と、前記第１高域ろ過器の出 力に接続された演算増幅器と、前記増幅器の出力に接続された第２高域ろ過器と 、前記第２高域ろ過器の出力を受け、前記第２高域ろ過器の出力の高さが設定し きい値を超過すると出力信号を出力する比較器と、 前記比較器に応答して、前記粒子放射線源と粒子放射線検出器間に載置された材 料の厚さおよび濃度の少なくともいずれか一方を表す信号を発生する手段、を備 えた厚さ／濃度測定装置。
2. ２．請求範囲第１記載の厚さ／濃度測定装置において、前記発生手段は、前記比 較器手段の出力に接続されたパルス率計数器および前記パルス率計数器の出力に 応答して前記信号を発生する手段とを含む。
3. ３．請求範囲第２項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記発生手段は、パル ス計数率を前記信号に変換するためのマイクロプロセツサを含む。
4. ４．請求範囲第１項記載の厚さ／濃度測定装置において、さらに、前記比較器の 出力を前記発生手段に接続する光アイソレータを備える。
5. ５．請求範囲第１項記載の厚さ／濃度測定装置において、さらに、前記ダイオー ド、前置増幅器、増幅器および比較器に作動電力を供給する電源を備え、前記電 源は第１の値の第１未調整直流電圧を発生する手段と、前記未調整直流電圧から 複数の調整済み直流電圧を発生する手段を備える。
6. ６．請求範囲第５項記載の厚さ／濃度測定装置において、複数の調整済み直流電 圧を発生する前記手段は、第１の一次巻き線で前記未調整直流電圧を受け、複数 の第２巻き線で前記調整済み直流電圧を供給する変圧器と、前記第１巻き線を介 して電流を切り替える手段と、前記切り替え手段を作動するパルス幅変調器と、 前記パルス幅変調器を前記変圧器の第２一次巻き線に接続する手段とを含む。
7. ７．検出器装置と、前記検出装置と一定間隔を置いた処理装置と、前記検出器と 処理装置を接続する通信路とを備えた厚さ／濃度測定装置において、前記検出器 装置は、 光を遮断し、粒子放射線を透過する窓を内部に備えた圧体と、 粒子放射線を受けるために、前記圧体と、それに隣接する前記窓に設けられた平 面領域ピンダイオードと、前記ピンダイオードの出力に接続された電荷感応前置 増幅器と、 前記前置増幅器の出力に接続された演算増幅器と、前記増幅器の出力に接続され た高域ろ過器と、前記ろ過器の出力と設定しきい値を比較するために、前記ろ過 器の出力に接続された比較器と、前記比較器の出力を前記検出器装置の出力端子 に接続する手段とを含み、 前記処理装置は、 前記比較器の出力を受けて、前記比較器の出力を、対象物の厚さおよび濃度の少 なくともいずれか一方を表す測定信号に変換する手段を含む。
8. ８．請求範囲第７項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記通信路は、前記検 出器装置と前記処理装置間における結線接続である。
9. ９．請求範囲第７項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記処理装置は、さら に、前記測定信号の内容を表示する手段を含む。
10. １０．請求範囲第７項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記受け入れ変換手 段は、前記比較器の出力に接続されたパルス率計数器と、前記パルス率計数器の 出力に応答して前記測定信号を発生する手段とを含む。
11. １１．請求範囲第１０項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記発生手段は、 パルス計数率を前記測定信号に変換するマイクロプロセツサを含む。
12. １２．請求範囲第１０項記載の厚さ／濃度測定装置において、さらに、前記比較 器の出力を前記処理装置に接続する光アイソレータを備える。
13. １３．請求範囲第７項記載の厚さ／濃度測定装置において、さらに、前記ダイオ ード、前置増幅器、増幅器および比較器に作動電力を供給する電源を備え、前記 電源は、第１の値の第１未調整直流電圧を発生するために前記処理装置内に載置 された手段と、前記未調整直流電圧から複数の調整済み直流電圧を発生するため に、前記検出器装置内に載置された手段とを含み、前器通信路は、前記第１未調 整直流電圧発生手段を前記複数調整済み直流電圧発生手段に接続する。
14. １４．請求範囲第１３項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記複数調整済み 直流電圧発生手段は、第１一次巻き線で前記未調整直流電圧を受けて複数の二次 巻き線で前記調整済み直流電圧を供給する変圧器と、前記第１一次巻き線を介し て電流を切り替える手段と、前記切り替え手段を作動するためのパルス幅変調器 と、前記パルス幅変調器を前記変圧器の第２一次巻き線に接続する手段を含む。
15. １５．粒子放射線を受けるための粒子放射線検出器であつて、ピンダイオードを 含む検出器と、前記ダイオードヘの放射光の衝突を防ぎ、前記ダイオードヘの粒 子放射線の衝突を許容する手段と、前記ピンダイオードの出力に接続された電荷 感応前置増幅器と、 前記前置増幅器の出力に接続された増幅器と、前記増幅器の出力に接続され、前 記増幅器の出力の高さが設定しきい値を超過すると出力信号を発生する比較器と 、 前記比較器の出力に応答して、パルス率信号を発生する手段と、 粒子放射線源から前記検出器に到達する放射線の量に影響をあたえる場所に載置 された材料の厚さまたは濃度の一方に、前記パルス率信号を変換する手段、とを 備えた厚さ／濃度測定装置。
16. １６．請求範囲第１５項記載の厚さ／濃度測定装置において、さらに、前記検出 器から所定間隔を置いて配置された放射線源を備える。
17. １７．請求範囲第１６項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記検出器は圧体 内に取り付けられ、前記放射線源を、前記検出器に対向する位畳において、前記 圧体から延在する腕に設けることによつて、前記放射線源と前記検出器間に、測 定対象材料を収容する空隙が形成される。
18. １８．請求範囲第１６項記載の厚さ／濃度測定装置において、さらに、前記検出 器によつて検出される粒子放射線が、前記測定対象材料によつて後方散乱するよ うな相対的位置に、前記放射線源と、前記検出器を配置する手段を備える。
19. １９．請求範囲第１６項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記検出器は、前 記圧体に設けられた粒子放射線を透過し、放射光を阻止する窓の後方の前記圧体 内部に取り付けられる。
20. ２０．請求範囲第１９項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記窓は薄膜窓で ある。
21. ２１．請求範囲第２０項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記窓はアルミめ つきマイラで形成される。
22. ２２．請求範囲第１６項記載の厚さ／濃度測定装置において、さらに、前記前置 増幅器と増幅器間に接続された第１高域ろ過器を備える。
23. ２３．請求範囲第２２項記載の厚さ／濃度測定装置において、さらに、前記増幅 器と前記比較器間に接続された第２高域ろ過器を備える。
24. ２４．請求範囲第１５項記載の厚さ／濃度測定装置において、さらに、前記比較 器と前記パルス率信号発生手段との間に接続された光アイソレータを備える。
25. ２５．請求範囲第１５項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記装置は厚さ測 定に使用可能であり、さらに、厚さ測定のために前記装置を校正する手段を備え 、前記校正手段は、校正試料の実際の厚さ値（Ｔｓ）を入力する手段と、前記試 料の標本パルス計数率（Ｃｓ）を決定する手段と、値（Ｃｓ）および（Ｔｓ）を 記値する手段と、測定剤み材料の種類を示すための入力を行う手段と、入力した 前器材料種類を記憶する手段と、標本パルス計数率（Ｃｓ）、入力した実際の厚 さ値（Ｔｓ）および入力した材料種類との種々の組み合わせについての複数の勾 配値（Ｍ）を記憶する手段とを備える。
26. ２６．請求範囲第２５項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記変換手段は、 等式 Ｔｕ＝（Ｍ×（Ｃｕ−Ｃｓ））−Ｔｓにしたがつて厚さ値を計算する手段を含み 、前記等式において、Ｔｕは未知の厚さ値、Ｃｕはパルス率信号、Ｔｓは校正に 用いる試料の実際の厚さ、Ｃｓは前記試料のパルス計数率、ＭはＴｓの入力値、 決定したＣｓの値および入力した材料種類に対応する前記複数の勾配値から選択 された勾配値である。
27. ２７．請求範囲第１５項記載の厚さ／濃度測定装置において、前記ピンダイオー ドは、前記防止手段とその粒子放射線感応領域との間に保護層を含まない。
28. ２８．長さ方向において複数の型リツブに分割された一対の型リツブによつて画 定される空隙を介して一定厚さのフイルムを押し出す手段と、 各型リツブ断面の厚さ計測装置であつて、粒子放射線源と、訂記放射線源から一 定間隔を置いて配置された粒子放射線検出器であつて、ピンダイオードを有する 検出器と、前記ピンダイオードにたいする放射光の衝突を防止し、前記ダイオー ドにたいする粒子放射線の衝突を許容する手段と、前記ダイオードの出力に接続 された電荷感応前置増幅器と、前記前置増幅器の出力に接続された増幅器と、前 記増幅器の出力に接続され、前器増幅器の出力高さが設定しきい値を超過すると 出力信号を発生する比較器と、前記比較器の出力に応答して、前記粒子放射線源 と粒子放射線検出器間に載置された材料の厚さの少なくとも一方を表す信号を発 生する手段とを含む厚さ測定装置と、 前記各リツブ断面の空隙を個別に制御する手段と、測定装置の出力と各型リツブ 断面とを連動させて、測定装置によつて測定されたフイルム断面を表す信号を発 生する手段、 とを備えた押出しフイルム厚さ制御装置。
29. ２９．請求範囲第２８項記載の制御装置において、前記制御手段は、各型リツブ 断面について、各厚さ測定装置からの出力信号によつて駆動される加熱ボルトを 含む。