JPH0623650B2 - 厚さ/密度測定装置 - Google Patents

厚さ/密度測定装置

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JPH0623650B2 JP2105162A JP10516290A JPH0623650B2 JP H0623650 B2 JPH0623650 B2 JP H0623650B2 JP 2105162 A JP2105162 A JP 2105162A JP 10516290 A JP10516290 A JP 10516290A JP H0623650 B2 JPH0623650 B2 JP H0623650B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は厚さまたは密度測定装置に係わり、詳細にはフ
イルムの厚さまたは密度の測定に適した装置に関する。
本発明は特に、もつともこれに限定するものではない
が、プラステイツク処理工業分野で有用であり、ここで
は押しだし成形されたプラステイツフイルムの厚さそし
て/または密度を製造規格範囲内に制御しなければなら
ない。本発明はまた繊維のデニール測定にも使用でき
る。
〔従来の技術〕 厚さそして/または密度測定装置は当該技術分野に於い
ては種々の型の検出器を測定のために使用するものとし
て知られている。厚さ測定に関しては機械式ゲージ型装
置が知られておりこれは被測定物質や被測定対象に直接
接触し、厚さの読み取り値を提供しこれはその物質そし
て/または対象物製造装置の制御に使用でき希望する厚
さが得られるようにしている。同様に密度測定装置が知
られており、対象物の密度は通常対象物を放射線の中を
通過させて測定する。密度の変化は対象物を通過する放
射線の透過率の変化として現れる。
多くの製造環境に於いて、特にプラステイツクフイルム
およびプラステイツク薄膜が製造される分野に於いては
原料の使い過ぎ防止および製品品質の制御は、物質の厚
さが正確に測定されるならば非常に強化される。このこ
とは特に測定がオンライン方式で行える場合に顕著であ
る、すなわち測定装置が製造機械に直接取り付けられる
かまたはきわめて近くに設置できて、厚さ情報がプロセ
スのフイードバツク制御系で使用でき、希望するフイル
ム製品の製造機の最適パラメータを決定できるような場
合である。そのような環境下では測定装置の出力は厚さ
変動に即座に応答しなければならず、またその出力は人
手を介することなく電気的にまたは機械的に制御機械に
フイードバツクされなければならない。これを実現する
ためには、装置は過酷な製造環境に耐え得るように本質
的に堅固であり、その寸法も測定を一番必要とする箇所
に適合できるように十分小さく、そして計算制御装置と
容易に組み合わせられるように最低限の入出力端子を備
えていなければならない。
現在製作されている多くの厚さ測定装置は、線源から放
射される放射線および原子の検出原理を使用している。
合衆国特許第4,047,029号はその代表であつ
て、ベータ線、エツクス線およびガンマ線を含む種々の
線源について言及している。これらの放射線は物質を通
過する際に、物質中の原子や原子核との相互干渉の結果
減衰したり散乱したりする。相互干渉の量は放射線通過
路中に含まれる原子および原子核の数と、使用される放
射線の種類とそれに干渉する物質との干渉度とに依存し
て決まる。物質と放射線の種類とが決まると、干渉量は
物質の密度と厚さとによつて決まるがその理由は、密度
は放射線が通過する単位体積に含まれる原子と原子核と
の数を定め、厚さは通常平らな表面に対して直角に入射
される放射線が物質を通過する長さを定めるためであ
る。
分子検出原理に基づく今日の厚さ測定装置は、物質試料
を透過する個々の分子を検出並びに計数し、未知の試料
に対して観測された計数値を厚さが既知の試料に於ける
計数値と比較する。物質の厚さは、既知および未知の試
料の密度を等しいものと仮定して、典型的には、線形関
係を計数値と物質厚さとの間に適用する。この関係は非
常に広い範囲では線形関係とはならないが、一般的に製
造環境で遭遇するような厚さの範囲では、かなりの精度
を保ちながら線形関係を仮定することが出来る。
現在用いられている、このような放射を検出するための
方法は、シンチレーシヨン計数器またはガス封入式電離
計数器を使用している。電離計数器はガス封入された箱
で構成されており、このガスは放射を受けて電離するよ
うに造られていて、発生した電荷は箱壁とその箱の中央
部に張られた細い電線との間に印加された高電圧を用い
て集められる。電離された電子と原子の対は、印加され
た電圧に応じて反対極性、壁または電線、に電場の影響
を受けて引き寄せられる。この電荷は集められ、電荷感
応増幅器内で増幅され、電圧閾値と比較されて検出が有
効であるか否かの判断がなされる。製造環境で使用する
場合の電離箱の欠点は、ガスが箱から漏れ出したり使用
中に破壊したり、性能が低下する可能性があることと、
通常効率を良くするためには電離箱は非常に大きくな
り、多くの環境で適用するのが難しくなることである。
さらに、電離箱は非常な高電圧、典型的には1,000
から3,000ボルト、を必要とするためこれはまた高
価となり厚さ測定装置としてのさらに広範な使用を難し
くしている。
シンチレーシヨン検出器もまたこの技術分野に於て厚さ
を測定するものとして知られており、シンチレータと呼
ばれる物質を使用している、このシンチレータは単位量
の放射を吸収すると活性化し、シンチレーシヨン過程を
経て紫外領域の光を発光しながら、不活性化する。この
紫外線は光電子増倍管として知られている非常に高感度
な検出器で検出される。光電子増倍管はシンチレータ物
質に近接して、紫外線がその中を通過するように結合さ
れている。光電子増倍管内の第一次光電陰極からの検出
信号は、直列に並べられた数段のダイノードで増幅され
るが、これらのダイノードでは前段に比べて電子量が順
に増加するように並べられている。増幅された信号が出
力として取り出される。シンチレーシヨン計数器の欠点
はこれもまた致死的な1,000から3,000ボルト
の範囲の高電圧を使用することに加えて、光電子増倍管
特性が使用量および使用年数または高電圧レベルの変動
に依つて変化したりドリフトしたりすることである。こ
の種の検出器はまた排気されたガラス管を使用している
ため壊れ易く、その寸法、重量および価格が適正でない
のでこの型の検出器もまた多くの環境下で使用する事は
出来ない。
半導体式粒子検出器もまた知られている。これらはp型
層、n型層および中間にある任意の真性層とで構成され
ている。このダイオードは光および原子核および原子の
放射がダイオード当たつた場合に敏感に応答する。この
型の検出器で発生される信号は、放射が検出器内の敏感
な領域でエネルギーを失う際に放出された電荷を集積し
たものから成り立つている。この電荷はp型およびn型
物質で集積され高性能電荷増幅器で増幅される。
概してこれらの型の検出装置の出力信号は非常に小さ
い。その出力信号の小ささは、シリコン材中の熱効果ま
たは不純物および欠陥に起因する雑音の方が信号より強
いぐらいである。このためこのような検出器は一般的に
極低温で運転され、通常液体窒素を冷媒とし十分な性能
に達するようにしている。この種の検出器は研究機関で
は使用できるが、製造環境で実際的に使用することはで
きない。
〔発明の目的と要約〕
本発明のひとつの目的は、小型コンパクト、堅固の低価
格な粒子放射検出式厚さ/密度測定装置の提供である。
本発明の他の目的は、低電圧で作動する粒子放射検出式
厚さ/密度測定装置の提供である。
本発明のもうひとつの目的は、分割可能な粒子放射検出
式厚さ/密度測定装置の提供であり、その一方は粒子を
検出しその計数値を記録するのに必要な素子を含む検出
部で構成され、もう一方は別の場所に置かれた厚さ/密
度測定結果を監視するための処理表示部であり両者が簡
単な低電圧ケーブルで接続されている装置の提供であ
る。
本発明のさらに別の目的は、線源と検出部との間に固定
の隙間を有しその間に厚さが未知の被測定物質を挿入で
きるように構成された、可搬型低価格粒子放射検出式厚
さ/密度測定装置の提供である。
本発明のさらに別の目的は、複数の簡単で低価格の粒子
放射検出式厚さ測定装置を製造工程で使用しながら押し
だしフイルムの厚さを監視および制御するための制御装
置の提供である。
本発明のさらに別の目的は、基本層または基板に塗られ
た塗料層の厚さを測定するように動作する粒子放射検出
式塗料厚さ測定装置の提供である。
本発明のさらに別の目的は、粒子放射検出式ばたつき補
正装置の提供であり、これは測定中の織物のばたつきに
より生じる物質厚さまたは密度の測定誤差を補正するた
めのものである。
本発明のさらに別の目的は、粒子放射検出式紡績糸また
は繊維デニール測定装置の提供である。
本発明は新型のシリコンダイオード検出器を特に使用し
ており、これはp型層、n型層およびそれらの間の真性
層を有し、室温でも放射線検出動作が可能である。
PINダイオードと呼ばれるこの素子は、最初レーザおよ
び紫外線検出を意図された物であるが、その後この検出
器は例えばベータ線、X線およびガンマ線の様な原子核
および原子放射にも感応することが発見された。
本発明ではPINダイオードを特定の機械的または回路的
構成として使用し、その粒子検出能力のみが強化される
ようにしている。光遮蔽窓がPINダイオードを光放射か
ら遮蔽するために使用されており、その出力信号は電荷
感応前置増幅器に接続されている。次に高性能増幅器が
前置増幅器出力に接続されており閾値検出器に供給出来
るような好適な信号を生成し、この閾値検出器出力はパ
ルス繰り返し数計数器に送られる。パルス繰り返し数計
数器の出力は本発明を使用し厚さが既知の物質に対して
予め実施されたキヤリブレーシヨンの結果得られたパル
ス繰り返し数情報とともに使用でき、厚さが未知の物質
を線源とPINダイオード検出器との間に挿入した時に得
られたパルス繰り返し数に基づいて厚さ測定を行なう。
同様のキヤリブレーシヨンおよび検出過程は本発明を用
いて密度測定器や、繊維または紡績糸のデニール測定装
置にも適用できる。
本発明で使用されるPINダイオードは好適に電気遮蔽で
囲まれており、この遮蔽は電荷感応前置増幅器の接地点
に好適に接地されており、比較的低レベルであるPINダ
イオード出力信号へのスプリアス信号の影響を最小とし
ている。
PINダイオードおよびそれに関連する小型の電子回路を
使用することにより、現在の粒子放射原理に基づいた厚
さ測定装置では到達できない、多くの用途での使用を可
能とした小型でコンパクトな検出器を提供できる。一般
的にこのような検出器は、押しだし成形、吹き出しフイ
ルムおよび吹き出し成形分野や同様に薄膜製造およびフ
イルム押しだし製造分野でも使用できる。さらに本発明
による測定装置は低電圧回路しか必要としないので、安
全を脅かすものはないし、関連する重量絶縁電力ケーブ
ルや接続器も不用であり、従つて今日使用されている機
器への新たな装着の可能性を開くものである。まださら
に小型でコンパクトな固体素子による構成は高い信頼性
と安定性とを与える一方、従来技術による装置では必配
であつたガラス管またはガラス箱破損といつた損害の可
能性を最小限にする。この構成にすれば、キヤリブレー
シヨン作業も修理も少なくて済む。最終的にそのコンパ
クトで固体素子を使用した構成と比較的廉価な部品を使
用していることにより、検出器を今日使用されている厚
さ測定装置に比べて低価格で製造することが出来る。
低価格でコンパクトな構成のため、複数の測定装置をひ
とつの押しだしフイルムに並べて配置し、物質の厚さを
その横幅方向に異なる点で同時に測定することが可能で
ある。今日使用されている装置ではその複雑さと寸法の
ため、今のところこのような使用法は出来ないので、そ
の代わり薄膜の横方向に厚さ測定装置を機械的にスキヤ
ンする方法を採用せねばならず、これには機械的スキヤ
ン機構に特有の不便さが伴う。並べて配置された複数の
厚さ測定装置の各々を製造設備のそれぞれに対応する箇
所の制御に使用できる、すなわち例えば押しだしダイス
のそれぞれに対応するリツプ部に対して要求仕様を満足
する製品が押し出されるように制御するといつた具合い
である。
本発明の以上述べた目的およびその他の目的、長所およ
び特徴は、本発明に関する添付図を参照してなされる以
下の詳細記述からさらに良く理解されるであろう。
〔実施例〕
第1図は、本発明による厚さ/密度測定装置を、一部分
は電子回路図としてまた一部分は模式図で示したもので
ある。厚さ/密度測定装置7は第1図に、検出器本体部
11と処理表示部13と示されているように二つの構成
部品で構成されている。これらの部分は低電圧ケーブル
37で接続されており、その詳細は後に記述する。
検出器本体部11は厚さ/密度測定のための検出電子回
路を有し、一方処理表示部13は処理表示を有しこれは
厚さ/密度測定結果のデイジタル表示そして/または厚
さ/密度測定結果を表わす制御で使用できる出力信号を
提供する。
検出器本体部11に戻ると、これは格納容器に窓19を
有し光線が格納容器内に入射するのを防止しながら粒子
は透過させる働きを持つ。窓19として使用できる好適
な物質には、アルミニウム被覆強化ポリエステルフイル
ムがある。格納容器11の内側で窓19の後方には、PI
Nダイオード21があつてこれは光放射および粒子放射
の両方に敏感に感応する。先に述べたように、窓19は
光放射を通さないので、PINダイオード21は例えばX
線、ベータ線およびガンマ線のような粒子放射のみを検
知できる。この粒子放射は窓19から離されて設置され
た放射線源15から放出される。被測定物質17は放射
線源15と窓19との間に置かれている。
PINダイオード21の出力は電荷感応型前置増幅器23
に接続されており、この出力は第一高域フイルタ25に
接続されている。高域フイルタ25の出力は順に低雑音
演算増幅器27の入力に送られ、その出力は次に第二の
高域フイルタ29に送られる。高域フイルタ29の出力
はPINダイオード21で検出された電荷に対応する電圧
パルスを表わしている。高域フイルタ29の出力は比較
器31の入力に接続され、この比較器はもう一方の入力
に抵抗回路網33から与えられる閾値を有する。二つの
高域フイルタは低周波雑音成分を除去する一方、比較器
31の閾値は正当な検出パルスとはならない雑多な雑音
が装置の読み取りに影響を与えないように設定されてい
る。高域フイルタ29の出力が比較器31で設定されて
いる閾値を越えるとパルス出力がなされ、これは光絶縁
ライン駆動回路35に供給される。光絶縁回路35の出
力は次に検出器本体部11の端子部に接続され、デイジ
タル式処理表示部13内の別の処理電子回路に接続可能
とする。
デイジタル式処理表示部13の説明にはいる前に検出器
本体部11に具備されている残りの回路について説明す
る。検出器本体部11内の種々の電子部品に作動電力を
供給するための電源装置が内部に組み込まれている。PI
Nダイオードは検出器本体に含まれるその他の電子部品
とは、必要とする電圧が異なるので複数の一次巻線41
および43と複数の二次巻線45,47および49とを
有する変圧器39形状の多電圧電源装置が具備されてい
る。二次巻線はそれぞれダイオードとキヤパシタとで構
成された回路に接続されていて検出器本体部11内部の
種々の回路部品に必要な作動直流電圧を供給している。
一次巻線41の一方の端は検出器本体部11の入力端子
部36にデイジタル式処理表示部13から供給される未
調整入力電圧を受電する。この未調整供給電圧はパルス
幅変調器53で制御されているトランジスタスイツチン
グ素子42でスイツチングされている。パルス幅変調器
53はまた直流電圧入力をダイオードキヤパシタ回路を
通して一次基準巻線43から受電しており、パルス幅変
調器53、回路網51およびスイツチング素子42と同
様に一次巻線との接続によつて調整済み電圧を二次端部
46,48および50に供給する。
本発明の重要な特徴のひとつとして、検出器本体部11
を非常に小型に造ることが出来ことおよび検出器本体へ
の電源装置が低い直流電圧、概ね±30ボルト以下、で
動作することが挙げられ、その結果高電圧そして/また
は巨大で複雑な装置を設置できないような多くの環境下
に検出器本体部を適用することが可能となる。
デイジタル式処理表示部13は、検出器本体部11への
低電圧電源装置を具備し、交流電力入力67を受電する
電源回路57経由で給電する。もちろん直流電力入力も
可能である。デイジタル式処理表示部13はさらにタイ
マ59も有しこれは時間幅を規定して、この時間幅の間
だけデイジタル式パルス計数器61が検出器本体部11
内の光絶縁回路35の出力であるパルスの計数を行える
ようにしている。パルス計数器61の出力は順にマイク
ロプロセツサ63のゲートに送られるが、このマイクロ
プロセツサはプログラムおよびデータを記憶するための
ROMおよびRAMメモリ回路を有する。複数の入力スイツチ
またはキーおよび入力設定素子を含む手動操作入力パネ
ル71もまたマイクロプロセツサ63に入力情報を供給
するために具備されている。マイクロプロセツサはまた
出力信号として端子69に厚さまたは密度測定結果を表
わすデイジタル信号を供給し、デイジタル式処理表示部
13内に用意されているデイジタル表示器65にこれま
た厚さまたは密度測定結果を表わす出力信号を供給す
る。
検出器本体部11を処理表示部13から分離することに
よつて、先に述べたように検出器本体部の寸法をかなり
小さくできる。さらにもし必要であれば、複数の検出器
本体部11を多重切り替え手法を用いひとつの共通処理
表示部13に接続することによりさらに価格を下げるこ
とが出来る。
この時点で注意しておかなければならないのは、本発明
による第一の実施例は後で詳しく述べるようにマイクロ
プロセツサ63のプログラムによつて厚さ測定用または
密度測定用またはデニール測定用に使用できるというこ
とである。
マイクロプロセツサ63はデイジタル式パルス計数器6
1から入力された計数値に基づいて厚さ、密度またはデ
ニールを測定するためのアルゴリズムを含んでいる。最
初に必要なのはマイクロプロセツサ63を既知の厚さ、
密度またはデニールに対応する基準データおよび、その
既知の厚さ、密度またはデニールに対して測定された計
数値とでキヤリブレーシヨンし、後の測定結果をこのキ
ヤリブレーシヨン基準値と関係付けられるようにする事
である。キヤリブレーシヨン方法とフイルムの厚さが未
知の場合の測定について最初に記述する。
第2図はマイクロプロセツサ63のプログラムをフロー
図形式で示したものであつて、最初にキヤリブレーシヨ
ンを実行し続いて厚さ測定を行えるものである。第2図
に示されている操作は二個試料キヤリブレーシヨン技法
に基づいたものである。処理の第一ステツプ101に於
て、キヤリブレーシヨン操作と測定操作のいずれが要求
されているかの判断を行なうために第1図の前面パネル
入力素子71上のスイツチを読み込む。ステツプ103
に於てマイクロプロセツサはどのタイプの処理が要求さ
れているかの判断を行なう。前面パネル入力素子71で
キヤリブレーシヨンが選択されているとマイクロプロセ
ツサはステツプ105に進みここではデイジタル表示器
65に運転員に対する表示を行い、基準試料を放射線源
15と窓19との間の測定路に挿入するよう促す。さら
に、マイクロプロセツサは前面パネル入力素子71上の
厚さ設定素子、例えばデイジタルスイツチ、を読み取り
この試料の実際の厚さT1を表わす信号を得る。ステツ
プ107に続いてマイクロプロセツサはステツプ109
に進み、ステツプ109に於て厚さが既知の試料に対す
る計数値C1を測定する。これに続いてマイクロプロセ
ツサはデイジタル表示器65に表示を行い、第二試料を
放射線源15と窓19との間に置くように運転員に促
す。さらにマイクロプロセツサは前面パネル入力素子7
1に入力された第二試料の厚さT2を受信する。その後
マイクロプロセツサはステツプ115に進み第二試料の
計数値C2を測定し、この後ステツプ117に進んで下
記の式に基づいて傾きの値Mを計算する: M=(T2−T1)/(C2−C1) (1) これに続いてマイクロプロセツサはステツプ119に進
みここでは切片の値Bを次のように計算する、 B=T1−(M×C1) (2) 傾きMおよび切片Bは次にステツプ121で記憶され、
後ほど未知の厚さの試料の厚さを計算する際に使用され
る。
ステツプ103に戻つてもしも実際の測定が要求されて
いる場合には、マイクロプロセツサはステツプ103か
ら123へ進み、ここで未知の厚さの試料に対する計数
値Cuを測定する。その後下記の式を用いて実際の厚さTu
を算出する、 Tu=(M×Cu)+B (3) ここでMおよびBは先のキヤリブレーシヨンステツプで
得られた値である。これは厚さ測定値を示しておりこの
値は次にステツプ127でデイジタル表示器65に表示
されるかまたはデイジタル式処理表示部13の線路69
に接続されている制御装置に出力される。
第3図は別の厚さキヤリブレーシヨンおよび測定プログ
ラムを示しており、これはマイクロプロセツサ63で使
用可能なものである。この処理手順に於て、装置のキヤ
リブレーシヨンに単一のキヤリブレーシヨン試料が用い
られている。第一ステツプ201に於て前面パネル入力
素子71が読み込まれるがこれは、キヤリブレーシヨ
ン、測定または物質種類入力処理のいずれの処理を実行
するかの判断を行なうためである。入力素子71の全面
パネルスイツチがキヤリブレーシヨン処理要求を示して
いると、ステツプ203はキヤリブレーシヨンサブルー
チンの検索と実行を指示する。従つてマイクロプロセツ
サはステツプ205に進みデイジタル表示器65上に運
転員に対する表示を行い、キヤリブレーシヨン試料を放
射線源15と窓19との間に挿入するように促す。さら
に物質試料の厚さT8がステツプ207に於て前面パネ
ル入力素子71上に入力されこのステツプに引き続いて
マイクロプロセツサはステツプ209に進み計数値C8
を測定する。次に測定された計数値C8と挿入された試
料厚さT8とをステツプ211で記録し、ステツプ20
1に戻る。第3図に示すキヤリブレーシヨン技法では物
質種類の入力、例えばポリエステル、ナイロン、アクリ
ル、等もまた入力素子71で行なわれなけばならない。
物質種類入力が前面パネル入力素子71上に表示される
とマイクロプロセツサ63はこれをステツプ203で検
知しステツプ223に飛んでデイジタル表示器65上に
運転員に対する表示を行い、キヤリブレーシヨンで使用
した物質の種類を前面パネル入力素子71経由で入力す
るように促す。前面パネル入力素子71に設定された物
質種類は次にマイクロプロセツサ63によりステツプ2
25で読み込まれステツプ227で記憶される。この段
階で実際の物質厚さ測定を実行するために、マイクロプ
ロセツサに必要な全てのキヤリブレーシヨンが揃つたこ
とになる。従つて前面パネル入力素子71が実測定に設
定されると、マイクロプロセツサで実行されるステツプ
203は測定処理をステツプ213から開始するように
指示し、ここでは放射線源15と窓19との間に置かれ
た未知試料の計数値Cuが測定される。この後ステツプ2
15に於てキヤリブレーシヨンルーチンであらかじめ得
られていた値CsおよびTsが呼び出され、これに引き続い
てステツプ217でM値がマイクロプロセツサ内部に記
憶されている、計数値Cs、設定された厚さTsおよび挿入
された物質種類の相互関係を示す表に基づいて求められ
る。この表は予め記憶されているルツクアツプテーブル
であり、値Cs,Tsおよび物質種類の種々の組合せに対応
する種々のM値を有している。ルツクアツプからM値を
求めたステツプ217に引き続いて、ステツプ219で
は下記の式に基づいて厚さの計算がなされる、 Tu=(M×(Cu−Cs))+Ts (4) 次に厚さの値はステツプ221で表示器65上に表示さ
れるかまたは線路69を経由してさらに別の処理制御装
置に出力される、この処理に続いてマイクロプロセツサ
はプログラムの先頭に戻る。
第2図および第3図で述べたキヤリブレーシヨン技法は
それぞれ長所および短所を有する。第2図のキヤリブレ
ーシヨン技法は分かりやすく運転員に対して既知の厚さ
の値の入力を要求するのみであるが、キヤリブレーシヨ
ンのために厚さが既知の試料を二つ必要とする。この方
法は装置に非常に良好なキヤリブレーシヨン結果を与え
る一方、僅かに厚さの異なる二つの試料を必要とするた
め、これは困難な場合も多く時には不可能でさえある。
次に第3図の技法であるが、これは実行するのはいくら
かわずらわしいがひとつの試料しか必要としないため利
点を有する。第3図に示す技法が立脚している理論は、
ある与えられた環境下で観測される計数値は以下に示す
いくつかの要因で影響されるというものである、これら
の要因とは、線源強度、線源と検出器との距離および配
置、検出器窓に於ける損失、検出器窓の汚れ、電子回路
の感度および閾値設定、それに当然物質組成および厚さ
である。単一のキヤリブレーシヨン試料を観測すればあ
る特定の点のある時点でのこれらのパラメータの組合せ
の結果の値が得られる。製造現場での使用を考えると、
実際に関心のある変数はある道理にかなつた期間に於け
る未知の物質厚さのみである。道理にかなつた期間と
は、放射源の半減期、これは一般に製造期間に比べて非
常に長い、とか電子回路のドリフト期間および窓の汚れ
の速度等によつて決められる。第3図に示すキヤリブレ
ーシヨン技法は与えられた厚さのある種類の物質に対し
て線源強度、線源および検出器間距離等の条件が決めら
れたある環境下に於て一度計数値が確定すると、先の式
(4)のMで表わされる物質厚さの変化と計数値変化の係
数は予め求めることが出来、製造工程での測定に備えて
永久に装置内部に記憶して置くことが出来るという事実
に基づいている。Mは公称計数値と被測定物質の種類に
依存するのでいくつかのMの値を予め定めマイクロプロ
セツサ63内に記憶しておくことができて、作動条件に
最も近いMの値をマイクロプロセツサ63で選択でき
る。物質の種類は前面パネル入力素子71を介して運転
員が選択可能であり、公称計数値も試料計数のキヤリブ
レーシヨン中にマイクロプロセツサ63が好適なM値を
選定できるように採ることが出来る。マイクロプロセツ
サ63に恒久的に記憶しておくMの初期値を決定するた
めに、物質とその厚さの指定範囲に対して先の式(1)を
繰り返し適用する。これらの結果は表形式に配列するこ
とが出来、特定のキヤリブレーシヨン試料の厚さおよび
物質種類が入力されその計数値が測定された時にこれら
の条件に最も近いMの値が選択使用できるようにしてい
る。
要約すると、第3図に示すキヤリブレーシヨン技法は製
造する物質の、厚さを手動計測した単一の試料のみをキ
ヤリブレーシヨン試料として使用し、アルゴリズムで使
用するための製品の公称計数値を求め、後で行なう厚さ
測定用の好適なM値を選択するという長所がある。熟練
していない運転員にも容易に使用できる単一ステツプキ
ヤリブレーシヨン手順がこのように用意される。
第4図は第1図に示す検出器本体部11に部分的な変更
を加えたものである。この実施例に於て、製造機械に容
易に取り付け取り外し可能な検出器本体部が実現でき
る。PINダイオード21はエポキシ305または同等の
接着剤で雄ネジ付き導体円筒303の内縁に接着されて
いる。フイルム309状のアルミニウム被覆強化ポリエ
ステルフイルム製入力窓がネジ付き円筒303の一方の
端に用意されていて、o−リングシール313が強化ポ
リエステルフイルム窓とネジ付き円筒303との間に具
備されている。導電性固定キヤツプ301ネジ付き円筒
303の外壁にねじ込まれており強化ポリエステルフイ
ルム309を固定すると同時に、ネジ付き円筒が部分1
1の開口内に挿入される距離を制限している。強化ポリ
エステルフイルム309の導電化(アルミ被覆)層は導
電性固定キヤツプ301に圧接により電気的に接続され
ている。この場合フイルム309のアルミ被覆層は検出
器本体部の外側を向いている。キヤツプ301は強化ポ
リエステル窓309が配置されている位置に対応するよ
うにその前面に開口302を有する。裏あてナツト31
1がネジ付き軸303に検出器本体部11の壁の裏側で
ねじ込まれており、検出器本体全体を固定している。PI
Nダイオード21のリード線はネジ付き円筒303の内
空部303bの板状の裏壁303aに開けられた少なく
ともひとつの穴を通されている。リード線は絶縁されて
いるため裏壁303aと電気的には接続されていない。
PINダイオードのリード線はつづいて第1図に示す検出
器本体部の電子回路の残りの部分を含む回路基板に接続
されている。導電性裏ナツト311は固定キヤツプ30
1とネジ付き軸303とを好適に導電性を有する本体5
01に固定している。本体501、裏ナツト311、固
定キヤツプ301およびネジ付き軸303はこれら全て
でPINダイオード21および検出器装置の回路基板の格
納容器を構成している。強化ポリエステルフイルム30
9、裏壁303aを含む導電性ネジ付き円筒303およ
び導電性固定キヤツプ301はPINダイオード21を完
全に囲む導電遮蔽を実現している。この遮蔽は検出器本
体部11内に含まれる回路の接地点502に好適に接地
されており、さらに好適には電荷感応型前置増幅器23
(第1図)の接地点505に接続されている。第4図は
そのような接地例のひとつを示し電気的な接続503を
ネジ付き円筒303と検出器回路基板上の接地端子50
2との間に用意したものである。この接地端子はまた好
適に前置増幅器23の接地導体でもある。本体501を
導電性に作ることもできて必要であれば検出器回路基板
に接地して導電性遮蔽が検出器回路全体を覆うように構
成することもできる。もしも本体501が導電性であり
軸303の接地点に接地されているとすると、ネジ付き
軸303の裏壁303aは不用であるが、PINダイオー
ド単体での電気的遮蔽を可能とするために残しておくの
が好適である。
第4図を参照して説明したPINダイオード遮蔽は第1図
に示す型の構成にも適用できて、第1図のPINダイオー
ド21を取り囲む点線で示す遮蔽513の様になる。こ
れとは別にPINダイオード21の遮蔽を検出器本体部1
1格納容器全体を導電性材料で作り導電性層の窓19、
好適にアルミ被覆強化ポリエステルフイルム、を格納容
器の穴を塞ぎアルミ被覆層が導電性格納容器に電気的に
接続するように配置して実現することも出来る。
第4図に示す格納容器設計は、PINダイオードを含む実
際の検出器本体部の取り替えを、格納容器13内部の全
ての部品の取り外しを必要としないで簡単に行えるとい
う目立つた長所がある。
第1図および第4図に示す、アルミ被覆強化ポリエステ
ル窓19およびフイルム309は2.5から12.5マイクロ
メートルの厚さの強化ポリエステルフイルムで形成でき
る。使用目的によつてはもつと薄い窓を使用し窓による
吸収や散乱を最小とするのが望ましいものがあるであろ
う。今回の場合は2.5から12.5マイクロメートルの範囲
の薄さが適当である。窓19およびフイルム309の各
々は例えば薄いアルミやステンス鋼箔といつた別の導電
性材で作ることもできる。さらに第1図および第4図に
示されるPINダイオードは窓なし構成のものであつて、
活性PIN領域を覆う保護層はその製造者からは提供され
ておらずこれは放射線感度を最大にするためである。従
つて強化ポリエステル窓19またはフイルム309はPI
Nダイオード21の主要保護体を形成している。第4図
の強化ポリエステルフイルム309は第1図のアルミ被
覆フイルムと同じ構成を有しており、これは光線がPIN
ダイオード21に直接入射するのを防止しこれによつて
粒子放射検出の信頼性を改善している。
以上述べた本発明の実施例では、ガンマ線、X線または
ベータ線を照射する放射線源は、別々の支持具に装着す
ることに依つて検出器本体部11から固定した距離に置
かれている。検出器本体部11の上に線源取り付け用一
体形保持具を具備することも可能であり、この方式では
線源とPINダイオードとの間に固定長の隙間も用意でき
てその間に厚さを測定する物質を配置できる。この実施
例は第5図および第6図により詳細に示されており、そ
れぞれは第1図および第4図の実施例に対応している
が、延長腕315は本体11に一体接続されそこからL
字形に延びて放射線源と放射線検出器との間に隙間を形
成している。この一体形構成により検出器装置全体を簡
単な可搬形構造にする事が可能である。さらに検出装置
は低電圧で作動するので第1図の部分13で用意されて
いるデイジタル式処理表示装置に含まれる電子回路を単
一格納器に入れて構成することも可能であり、このよう
にすれば異なる使用環境にも容易に運べる。
第7図は本発明の部分修正を示し、ここでは検出本体部
11′は後方散乱放射検出技術で使用されている。この
実施例に於てPINダイオード21は部位11の一方の端
の比較的厚い部分に装着されている。さらに放射線源1
5′もまた格納容器の同じ側に装着されており、格納容
器は放射線源15からの放射の全てではなくてもそのほ
とんどが容器の外側に向かつて放射され直接PINダイオ
ード21に向かわない構造に作られている。その結果被
測定物質は部位11の一方の端で放射線源15とPINダ
イオード21との前面に引き延ばされ線源からの後方散
乱放射はPINダイオードによつて検出される。発生する
後方散乱の量は、被測定物質の厚さに依存するので装置
の後方散乱に基づく放射計数値に対するキヤリブレーシ
ヨンは、さきに第2図および第3図を参照して説明した
キヤリブレーシヨン技法を用いて行える。第7図の実施
例に於て、PINダイオードは導電性PINダイオードホルダ
26の中に装着されており、これはその外壁に導電性ネ
ジ溝を有しこのネジは導電性材で形成された検出器本体
部11の一方の端に用意された導電性のネジ付き内空2
8と螺合する。窓19は導電性の表面を有しこれは導電
性の検出器本体部11と組み合わされてPINダイオード
がもう一度遮蔽のために導体によつて完全に囲まれるよ
うにしている。PINダイオードのリード線はホルダ26
に具備された穴をとおり検出器本体部の電子回路を含む
回路基板に取り付けられている。PINダイオードを囲む
遮蔽はこの回路基板に接地されておりそしてこれは好適
に電荷感応型前置増幅器23の接地端子505に接地さ
れている。
マイクロプロセツサ63のプログラムで後方散乱方が採
用された際の唯一の違いは、キヤリブレーシヨンを実行
する際の係数Mの傾きの符号が正となることのみであ
る。これは後方散乱モードでは被測定物質の厚さが増す
につれて計数値も増加するのに反して、透過モードでは
被測定物質の厚さが増すにつれて計数値は減少するとい
う事実のためである。
第8図および第9図は本発明による厚さ測定装置7を特
に適切に採用している制御装置を示す。制御装置はフイ
ルム押しだし装置の唇状ダイス制御に使用されている。
第8図は装置の側面図であつてこれは可塑化された材料
をダイス403に供給しプラステイツク材の薄い膜を押
し出すための押し出し機胴部401を有する。ダイス4
03は唇状ダイス405をその出口の端に有しておりこ
れはその二つの唇部で定められる隙間を調節できてこれ
によつてダイスを離れる物質の厚さを調節する。一般的
にはボルト407が手動時の唇状ダイスの祖調整に用い
られ、装置が唇状ダイスの隙間の微調整を行なう。多く
の例では微調整はボルト407を実際に加熱してなさ
れ、唇状ダイス隙間の微調整を行なう。この加熱は制御
装置413で制御され、これは典型的なPID(比例、積
分、微分)制御器を有し、これは第1図に示す厚さ測定
装置7の特に端子69に接続されている。唇状ダイスか
ら吐き出されたフイルム411は引出しローラ409の
上に取り出される。厚さを測定するために放射線源15
がフイルムの一方の側に用意されており、格納容器11
および13を含む検出器がフイルムの反対側に用意され
ている。これとは別に第7図に示すような後方散乱技術
も使用できる。どちらの場合も厚さ測定装置の出力信号
はPID制御器413に供給され次にボルト407の加熱
を制御しこれは最終的に唇状ダイス405の隙間を制御
する。第9図に示すように相当な幅を有する薄膜では唇
状ダイス405は複数の唇状ダイス部405a……40
5fに分割されており、その各々がそれぞれのダイスボ
ルト407a……407fで制御されており、各々のダ
イスボルトの加熱はそれぞれのPID制御器413a……
413fで制御されている。これらの制御器の各々の入
力はそれぞれさきに前述した様に構成された個々の厚さ
測定装置7a……7fから入力される。この構成配置に
於て各々の測定装置7はフイルム411の横方向の広が
りの一部分を測定し、自分自身に対応する加熱ボルト4
07を個別に制御するのでフイルムの横幅方向の各部分
は個々に、別々に制御される。
ここまでのところは、本発明を厚さ測定を例として原理
的に説明した。しかしながら同一装置を密度測定に使用
することもまた可能である。密度測定を行なうために
は、三つの条件を考慮せねばならない、すなわち線源と
検出器との間に置かれた物質の厚さは一定で無ければな
らない、または液状の媒体中のように物質が線源と検出
器との間の空間を完全に満たさなければならない、また
は厚さが既知であつて外部の厚さ測定装置からアルゴリ
ズムに供給されれば測定された厚さと既知の物質特性と
から密度計算が出来る。
第10図は第1図に示す装置を密度測定装置として使用
できるように第2図のフロー図を部分的に変更したもの
である。ここに示されるようにステツプ107は新しい
ステツプ107′に変更され、ステツプ113は新しい
ステツプ113′に変更され、そしてステツプ117,
119および125は全て新しいステツプ117′,1
19′および125′に変更されている。
第2図に描かれていて第10図と共通なステツプの全て
を再び説明するのを避けるために、共通なステツプは同
一参照番号とした。変更されたステツプはプライム符号
(′)を付けて示した。第10図のステツプ107′に
於て、第一物質試料の密度D1が入力され、ステツプ1
13′では第二物質試料の密度D2が入力される。ステ
ツプ117’に於て傾きMが次の公式を用いて計算され
る。
M=(D2−D1)/(C2−C1) (5) ステツプ119′で切片が次のように計算される B=D1−(M×C1) (6) いま記憶されたMおよびBのキヤリブレーシヨン値を用
い、ステツプ125′で行なわれる下記の密度計算に従
つて密度測定が実行される。
Du=(M×Cu)+B (7) 第11図は密度測定を行なうために第3図に対して必要
な変更を示している。
第11図に示された密度測定のために必要なキヤリブレ
ーシヨン技法に於て、入力試料密度がステツプ207′
で装置に入力されこの値は試料に対する係数値Csと共に
ステツプ211′で記憶される。試料物質の種類もまた
ステツプ227で入力され記憶される。最終的に密度測
定を計算するためにステツプ213で計測された係数値
Cuが最初に採取されこれに続いてキヤリブレーシヨン手
順中に入力された値CsおよびDsを使用し傾きMの値をC
s、Dsおよび物質種類に基づく表から導き出す。ここか
ら密度測定値はステツプ213,215,217′,2
19′および221′で表わされるサブルーチンを用い
次の手順で計算できる。ステツプ213に於て計数値が
測定されこれに続いてステツプ215′でCsおよびDsの
値が読みだされる。これからMの値が、内部で記憶され
ているCs,Dsおよび物質種類に基づく表から得られる。
ステツプ219′で密度Duは次の公式で計算される。
Du=(M×(Cu−Cs))+Ds (8) 密度の値は次にステツプ221′に於て、デイジタル表
示器65上に表示されるかまたは出力端子69に送られ
る。
試料の厚さが既知であるか測定されている場合には密度
を次の式から計算することも出来る。
Du=Ts/Tu((M(Cu−Cs))+Ds (9) ここでDsはキヤリブレーシヨンで使用する試料の密度で
あり、Mは第11図のステツプ213……221′に述
べた方法で計算された傾きの係数であり、Tuは検出器の
前にある試料の厚さでありそしてTsは密度標準の厚さで
ある。
これもまた述べておかねばならないのは、本発明による
装置が物質の欠陥または欠落検出装置としても使用でき
るということであるがこれは欠陥および欠落は密度値の
変化として認識できるからである。
以上の記述から明らかなように、本発明は広範な環境で
使用できるコンパクトな厚さ/密度測定装置を提供して
おり、特に高電圧そして/または複雑で巨大な装置が使
用できない環境でも使用できるものである。測定装置は
コンパクトで容易に運搬でき可搬装置として構成でき
る。
ここまでのところ記述は対象物または物質の厚さまたは
密度を測定するための本発明による実施例に付いてなさ
れてきた。本発明は基板に塗布されたコーテイングの厚
さ測定にもまた使用できる。
コーテイングに適用する場合には例えばコーテイングを
均一にするために、基板に塗布されたコーテイング層の
厚さを測定することが望まれる。多くの場合コーテイン
グ材の密度は基板の密度と異なつているため、さきに述
べた厚さ測定装置を単純に使用して、一台をコーテイン
グがなされる上流に置き、もう一台をその下流に置い
て、コーテイング厚さを表わす信号を引算(すなわち下
流物質厚さ−上流物質厚さ=コーテイング厚さ)で求め
ることは出来ない。物質の密度が異なるために測定誤差
を生じてしまう。そのようなコーテイング装置では基板
物質もコーテイング物質も種々の厚さを取り得て、それ
らは全て測定を必要とするものである。
第12図および第13図は本発明のひとつの実施例を示
し、第1図に示す粒子放射検出装置を用いてコーテイン
グ厚さを正確に求めるためのものである。
第12図に於て、基板または裏打ち物質層601は供給
ロール603から引き出され第一の粒子放射厚さ検出器
605を通過するが、これは線源607から基601を
通過する粒子放射を検出する。検出器605を通過後基
板層601はコーテイング塗布器609を通かしここで
コーテイング層610が基板層601に塗布される。コ
ーテイング塗布器609は良く知られている、例えばノ
ズル、ローラ、ブレード等のいずれであつても良い。ま
たこれは物質層610を基板601の上に薄く重ね合わ
せるラミネータでも良い。コーテイング塗布器609の
下流には第二の粒子放射式厚さ検出器611があつて、
これは線源613から二つの層601,610を通過す
る放射量を検出する。
異なる密度の物質内での放射線吸収効果が非線形である
ため放射線検出器605の厚さ出力を単純に放射線検出
器611の厚さ出力から差し引いてコーテイング層61
0の厚さに相当する値を求めることは出来ない。コーテ
イング610に於ける放射線減衰量は基板601とは異
なり一般的にはこれよりも小さい。第13図は基板層6
01および組み合わせ層601および610を通過する
放射線の指数減衰曲線を示す。
指数減衰法則R=e−uxは各々の層に個別にあてはま
り、ここでRは相対放射強度、uは各々の層に於ける減
衰係数そしてxは放射線が物質中を通過する距離であ
る。
もしも検出器605が検出器611に接近して配置され
同じ基板厚さが両者で検出され、検出器605で記憶さ
れて検出器611に送られるのであれば、コーテイング
厚さは次のように求められる。
検出器605で検出される放射強度は次の式で与えられ
る、 ここでusは基板の減衰係数であり、xsは基板の厚さであ
る。検出器611で検出される放射強度は次の式で与え
られる、 ここでRcは検出器611で測定される放射強度であり、
ucおよびxcはそれぞれコーテイングの減衰係数および厚
さである。減衰係数ucは測定可能であつたり、コーテイ
ング層610に使用される特定物質については既知であ
る。求める必要があるのはxc、コーテイング層610の
厚さである。式(10)を式(11)に代入すると次のようにな
る: 対数を取ると、 ln(Rc/Rs)=−ucxc (13) これより: xc=−1/uc ln(Rc/Rs) (14) Rsは検出器605で検出された計数値、ucは既知、そし
てRcは検出器611で検出された計数値であるので式(1
4)はコーテイング厚さxcについて解くことが出来る。
第14図はマイクロプロセツサ63のフロー図であり、
これは検出器605および611から計数値出力を受信
し、コーテイング層610の厚さを決定するように働
く。それぞれの検出器605および611の計数値出力
は好適に単一のマイクロプロセツサ13に多重送信され
る。ステツプ703で計数値Rsが検出器605から得ら
れ、ステツプ706で記憶され、引き続いてステツプ7
09で計数値Rcが検出器611から得られ記憶される。
ステツプ713に於て、値Rsと、さきに記憶されたコー
テイング物質に対応する値ucが呼び出されてステツプ7
15で式(14)の計算に使用され続いてステツプ717で
コーテイング層の計算された厚さxcの値が記憶され表示
される。
先の第12図での議論に於て、検出器/線源の対、60
5/607および611/613は整合が取れていると
仮定した、すなわち、同一の粒子放射検出および計数特
性を有するものと仮定した。もしも検出器/線源の対、
605/607および611/613の整合が取れてい
ない場合は、それらの相対計数特性を測定し、補正計数
を検出器605または611の計数出力のどちらか一方
に加える。この補正は第14図の計数値Rs,Rcが測定さ
れるステツプ703またはステツプ709で実行され
る。一般的にこの補正は次のようになされる、すなわち
測定隙間になにも入れない状態で両方の検出器で計数値
を測定し、計数値の差を求めひとつの検出器の計数値の
もう一方の検出器の計数値に対する割合を求めこの差の
割合を、実際の物質測定中に検出された計数値に対して
適用する。
織物状の物質を厚さ検出器に通して物質の厚さ測定を行
なう場合、しばしば「ばたつき」が生じることがある、
これは織物状の物質が測定検出器に対して相対的に上下
動する事をいう。透過モード放射厚さ測定に於いては、
織物状の物質は放射線源と放射検出器との間の隙間(例
えば第1図、第5図、第6図および第8図の隙間)に置
かれている。測定中の物質は放射線源からの放射の一部
を散乱するので、検出器部での放射計数値は物質が隙間
の間で上下動をすると変化する。たとえ物質の厚さまた
は密度が一定であつても、織物の動揺のため放射計数値
が変化するので検出された厚さまたは密度の値は変化す
る。織物の「ばたつき」は従つて、好ましくない測定誤
差の原因となる。
仮に織物の「ばたつき」を原因とする測定誤差が隙間内
の物質の位置の関数として、一定の厚さまたは密度を有
する試料物質に付いてプロツトされたとすると、その関
係は単調であり通常試料が線源に近く検出器から離れて
いる場合には低い計数値(またはより厚いまたは濃い密
度の状態)を示し;試料が線源から遠く離れ検出器に近
い場合には高い放射計数値(または薄い状態または薄い
密度)を示す。厚さまたは密度放射計数値変化の実際量
は色々な要因、例えば放射量、隙間の大きさ、検出領域
等々に依存する。しかしながら、与えられる条件が固定
すれば「ばたつき」誤差は再現性があり第15図に示す
ようになる。図に示すように測定誤差はほぼリニアな関
係にある。仮に表示された物質厚さまたは密度の読みが
(I)で、隙間中の物質位置が(x)で、第15図の厚
さ/密度グラフの傾きが(m)で、そして切片が(b)
で表わされるとすると、次のようになる、 I=T+e=mx+b (15) ここで(I)は表示された厚さ/密度測定値、(T)は
物質の真の厚さ/密度、そして(e)は誤差(I−T=
e)である。
本発明のひとつの特徴に、粒子放射検出装置内を移動す
る織物の厚さまたは密度測定時に生じるばたつき誤差補
正装置の提供がある。
第16図は本発明のひとつの実施例を示し、ここでは二
つの放射検出器803,805が移動する織物状物質8
01の対向する側に配置されており、その厚さまたは密
度はそれぞれの線源807,809から送出される放射
によつて測定される。検出器803,805は互いに十
分接近して配置されており、織物状物質が各々の検出器
/線源の隙間の間で同一の真の厚さまたは密度を有する
と仮定できるようにしている。
検出器803,805を織物状物質801の対向する側
に置くことに依つて、検出器805は織物が隙間の間で
動いた場合に検出器803と同様な厚さまたは密度検出
誤差を有することになる。検出器805で生じる誤差の
実際量は検出器803で生じる誤差とは異なるであろう
が、これらの誤差は共に傾きと切片の値が違う線形関係
に従う。本発明ではコンパクト低電圧そして比較的廉価
なPINダイオード型放射検出器を採用しているので検出
器803,805を第16図に示すように互いに比較的
接近して固定配置する事が出来る。
検出器803,805を第16図に示すように配置する
事により、未知のばたつき誤差を測定された厚さまたは
密度から補正して取り除き隙間内のどの場所に於いて
も、真の物質厚さまたは密度を得るように出来る。仮に
第一および第二検出器803,805で指示される誤差
をそれぞれe1およびe2とすれば、 e1=m1x+b1=T−I1 (16) そして; e2=m2x+b2=T−I2 (17) となる。真の厚さまたは密度(T)は検出器803,8
05が接近して配置されているので各々の検出器対80
3/807,805/809に対して同一のはずであ
る。
式(16)および(17)を組み合わせて(x)、隙間内での位
置に付いて解くと次のようになる: e1=m1x+b1=(m2x+b2)+I2−I1
(18) (x)に付いて解くと: x=((I2−I1)+(b2−b1))/(m1−m2
(19) となる。
ここで(x)が解つたので誤差は式(16)または(17)のい
ずれかから次のように(式16)使用した場合)表わさ
れる: e1=m1x+b1 (16) したがつて、 T=I1−e1 (20) これは真の厚さまたは密度の測定値(T)を与えてい
る。
最も簡単な場合として、仮に各々の線源および検出器対
のそれぞれの線形関係の傾きと切片が互いにもう一方の
線源/検出器の対と鏡像関係にあるとすると(各々の線
源/検出器の対の特性が同一の場合生じ得る)、測定さ
れた厚さまたは密度の真値、隙間の中心での測定値と定
義する、は二つの測定された厚さまたは密度の値の平均
値として与えられる、すなわち、 T=(I1+I2)/2 である。
第7図はマイクロプロセツサ63のフロー図であり、上
述の手順にしたがつて測定された厚さまたは密度誤差の
補正を行なうためのものである。ステツプ1001に於
て装置はm1,m2,b1およびb2を得るように較正
される。検出器が二つ含まれているので各々を較正して
m1,m2,b1およびb2を得る必要がある。各々の
検出器に対する較正は、試料物質を線源・検出器との隙
間の二つの異なる位置(x)に置き、二つの位置の各々
の場所で厚さまたは密度測定を行なう。この結果第15
図に示す測定された厚さ/密度対隙間内位置を示すグラ
フ上の二点が定まる。この線形グラフから検出器803
の傾きm1と切片b1とが求められ、同様に検出器80
5に対するm2,b2も求まる。その後ステツプ100
3に於て、ひとつの線源/検出器(例えば807,80
3)に対して厚さまたは密度測定I1が、第2図のステ
ツプ123−127(厚さ測定)または第10図のステ
ツプ123−127(密度測定)を参照して先に述べた
方法で実施される。次にステツプ1005に於てもう一
方の線源/検出器対(809,805)に対する厚さま
たは密度測定I2が同じ手順で実施される。ステツプ1
007に於てマイクロプロセツサは線源/検出器の対8
07,803および809,805とが完全に整合して
いるか否かの判定を行なう。この情報はマイクロプロセ
ツサに対して前面パネル入力素子71から運転員により
外部入力されるが、例えばスイツチで(例えば“1”は
整合している、“0”は整合していないという具合い
に)入力される。もしも線源/検出器の対が整合してい
ると、マイクロプロセツサはステツプ1009に進みこ
こで真の厚さまたは密度の値を厚さまたは密度測定値の
平均(I1+I2)/2として決定し、この値はステツ
プ1017で記憶され表示される。
もしも線源/検出器の対が整合していない場合は、マイ
クロプロセツサは1011に進み、そこで(x)の値を
式(19)を使用して求め、次にステツプ1013に進み誤
差値(e1)が計算される(式(16))。この後真の厚さ
または密度の値(T)がステツプ1015で式(20)を計
算することで求められ、この値はステツプ1017で記
憶され表示される。
今までは本発明によるPINダイオード粒子放射検出器
(第1図)を対象物または物質の厚さまたは密度測定に
付いて述べてきた。本発明のPINダイオード粒子放射検
出器を紡績糸および同様の繊維のデニール測定に使用す
ることも可能である。紡績糸および繊維状物質および例
えばレーヨン、ナイロン、絹、綿糸等々の製造工程に於
て物質の単位長さ当りの重さを知ることが要求される。
単位長さ当りの重さの測定単位がデニールである。1デ
ニールは紡績糸または繊維450メートル当り50ミリ
グラムに等しい。繊維のデニール値を知ることは繊維の
強度の評価、繊維製造条件の制御、繊維径の評価そして
より一般的に、製造される繊維の品質管理にとつて重要
である。
従来光学的センサーがデニール測定に使用されてきた
が、その信頼性は低くその主な理由は、デニールが一定
に保たれていても紡績糸または繊維の断面が大きく変化
するためである。これは一般的に多数の細い繊維束で構
成されている繊維の圧縮具合いは、かかつている張力に
依つて変化するが、単位長さ当りの重さは、個々の細い
繊維がかなり引き延ばされない限り影響を受けないため
である。これは第18A図および第18B図に示されて
おり、試料の繊維は同じ数の細い繊維束で構成されてい
る。第18A図の断面が第18B図に比べてかなり大き
いことは明かである。束径が大きく変化しても第18A
図および第18B図の繊維束に対するデニールは同一で
あろう。
キヤパシタンス技術もまたデニール測定に使用すること
が試みられたが、温度やキヤパシタンスプローブの機械
的公差を原因とするドリフトを受け易い傾向がある。
第1図に示すPINダイオード放射検出器は、信頼性を持
つて紡績糸または繊維束のデニール測定に使用できる。
第19図および第20図は、それぞれ側断面図および上
面図であつて、放射線源901およびそれに関連するPI
Nダイオード検出器903を使用して紡績糸または繊維
905のデニール測定を行なつている状態を示す。検出
器903は第1図に示す電子回路を有する。線源901
からの放射は繊維束905のデニール測定に使用できる
が、それは放射は放射線路にある物質の前質量と相互作
用するのであつて、繊維束905が固く束ねられている
か否かには影響されないためである。束ねられた繊維が
第19図の断面の外側にはみ出していない限り、放射線
計数値は放射線ビーム中にある繊維の全質量に応答しそ
の値を示す。すなわち、粒子線は測定される繊維または
繊維束の断面を越えて広がる十分な高(h)さを有して
いなければならず、粒子検出器はビーム高さ(h)の全
てを検出するのに十分大きな検出領域を有していなけれ
ばならない。ビームは決められた高さ(第19図のh)
と長さ(第20図のl)を有しているので、ビーム中に
存在する繊維束905の質量は単位長さ当りの繊維束質
量に直接比例する、したがつてこれは直接デニールの単
位に変換出来る。
第21図はデニール測定用のマイクロプロセツサ63の
フロー図である。これは第2図の厚さ測定フローズに似
ているが、デニール測定用に若干の変更を加えている。
とりわけステツプ107″および113″に於て、第一
および第二紡績糸または繊維試料が装置のキヤリブレー
シヨンに使用される。それ以外は第21図のキヤリブレ
ーシヨン過程は第2図と同様である。
同様に、ステツプ123,125″および127に於け
る、実デニール測定はステツプ125″で、デニール値
(DNu)が計算される点を除いて第2図のステツプ12
3,125および127と同様である。
以上述べた測定装置の全ての実施例に置いて、厚さ、密
度またはデニールの測定に係わらず、測定された値は表
示されるかそして/または別の処理装置で制御信号とし
て使用されることに注意されたい。
ここまで本発明の種々の実施例を添付図を参照しながら
記述してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱する
こと無く、本発明に多くの修正変更を行えることは明か
である。したがつて本発明は以上の記述に依つて限定さ
れるものではなく、添付の発明の範囲のみに依つて限定
される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第一の実施例を電子回路図と模式図
とで示す図; 第2図は、第1図に示す実施例で使用するキヤリブレー
シヨンおよび未知の厚さ測定方法のためのマイクロプロ
セツサプログラムを示すフロー図; 第3図は、もうひとつのキヤリブレーシヨンおよび未知
の厚さ測定方法のためのマイクロプロセツサプログラム
を示すフロー図; 第4図は、第1図に示す実施例の部分修正であり粒子放
射検出器の異なる装着方法を示す図; 第5図は、第1図に示す実施例の別の部分修正を示す
図; 第6図は、第4図に示す実施例の部分修正を示す図; 第7図は、後方散乱放射技術を使用した第1図に示す実
施例の別の部分修正を示す図; 第8図は、本発明を使用した押しだしダイスの制御装置
を示す図; 第9図は、押しだしフイルムの厚さ制御を行なう制御装
置で使用される厚さ測定検出器の配列を示す図; 第10図は、第1図に示す実施例で使用するキヤリブレ
ーシヨンおよび未知の密度測定方法のためのマイクロプ
ロセツサプログラムを示すフロー図; 第11図は、また別のキヤリブレーシヨンおよび未知の
密度測定方法のためのマイクロプロセツサプログラムを
示すフロー図; 第12図は、基本層または基板に塗布されたコーテイン
グ厚さを測定するために二台の厚さ測定装置を使用する
装置を示す図; 第13図は、第12図に示す装置の動作説明を行なうた
めのグラフを示す図; 第14図は、コーテイング厚さ測定のためのマイクロプ
ロセツサプログラムのフロー図; 第15図は、織物厚さ測定時に生じるばたつき誤差を設
明するためのグラフを示す図; 第16図は、織物物質の厚さまたは密度の測定を行なう
と同時にばたつき誤差をも補正する装置を示す図; 第17図は、織物のばたつきによる誤差が補正された織
物物質の厚さまたは密度の測定を行なうためのマイクロ
プロセツサプログラムのフロー図; 第18A図および第18B図は、異なる張力下における
繊維束の断面図; 第19図は、繊維または紡績糸のデニール測定装置の横
断側面図; 第20図は、第19図に示す装置の上面図;そして 第21図は、デニール測定用マイクロプロセツサプログ
ラムのフロー図。 〔符号の説明〕 7……厚さ/密度測定装置、11……検出器本体部、1
3……処理表示部、15……放射線源、17……被測定
物質、19……窓、26……PINダイオードホルダ、2
8……ネジ付き内空、37……低電圧ケーブル、39…
…変圧器、301……導伝性固定キヤツプ、302……
開口、303……ネジ付き円筒、309……ポリエステ
ルフイルム、315……延長腕、401……押し出し機
胴部、403……ダイス、405……唇状ダイス、40
7……調整ボルト、409……引き出しローラ、411
……フイルム、413……制御装置、501……検出器
本体、505……接地端子、601……裏打ち物質層、
603……供給ロール、605……粒子放射厚さ検出
器、607……放射線源、609……コーテイング塗布
器、610……コーテイング層、611……放射線検出
器、613……放射線源、803,805……放射線検
出器、807,809……放射線源。

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】厚さ/密度測定装置に於て: 粒子放射線源と; 前記放射線源から離れて配置され、PINダイオードを有
    する粒子放射線検出器と; 前記ダイオードに光の入射は防止するが、前記放射線源
    からの粒子放射のダイオードへの入力は防止せず、さら
    に低抵抗導伝物質を前記線源と前記検出器との間の粒子
    が通過する道筋に具備する装置と; 前記ダイオードに接続された電荷感応型前置増幅器と; 前記前置増幅器の出力に接続された第一高域フイルタ
    と; 前記第一高域フイルタ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二高域フイルタと; 前記第二高域フイルタ出力を受信し前記第二高域フイル
    タ出力レベルが予め定められた閾値を超えたときに信号
    を出力する比較器と;それに 前記比較器の出力に応答し前記粒子放射源と粒子放射検
    出器との間に置かれた物質の、厚さおよび密度の少なく
    ともひとつを表わす信号を発生する装置とで構成されて
    いることを特徴とする前記厚さ/密度測定装置。
  2. 【請求項2】請求項第1項記載の厚さ/密度測定装置に
    於て、前記厚さまたは密度信号を発生する装置が、前記
    比較器出力に接続されたパルス繰り返し数計数器と、該
    パルス繰り返し数計数器の出力に応答して前記信号を発
    生するための装置とで構成されていることを特徴とする
    前記厚さ/密度測定装置。
  3. 【請求項3】請求項第2項記載の厚さ/密度測定装置に
    於て、前記信号発生装置がパルス繰り返し数計数値を前
    記信号に変換するためのマイクロプロセツサを有するこ
    とを特徴とする前記厚さ/密度測定装置。
  4. 【請求項4】請求項第1項記載の厚さ/密度測定装置に
    於て、さらに前記比較器出力を前記信号発生装置に接続
    するための光絶縁器を有することを特徴とする前記厚さ
    /密度測定装置。
  5. 【請求項5】請求項第1項記載の厚さ/密度測定装置に
    於て、さらに前記ダイオード、前置増幅器、増幅器およ
    び比較器に動作電源を供給するための電源装置を有し、
    該電源装置が第一の値の第一の未調整直流電圧出力装置
    と、前記未調整直流電圧から複数の調整済み直流電圧を
    出力するための装置とで構成されていることを特徴とす
    る前記厚さ/密度測定装置。
  6. 【請求項6】請求項第5項記載の厚さ/密度測定装置に
    於て、前記複数の調整済み直流電圧を出力する装置が前
    記未調整直流電圧をその一次巻線に受電し、前記調整済
    み直流電圧を複数の二次巻線に供給する変圧器と、前記
    一次巻線を流れる電流をスイツチングするための装置
    と、該スイツチング装置に動作するパルス幅変調器と、
    それに該パルス幅変調器を前記変圧器の二次巻線に結合
    するための装置とで構成されていることを特徴とする前
    記厚さ/密度測定装置。
  7. 【請求項7】検出器ユニツト、該検出器ユニツトから離
    れて置かれた処理ユニツトおよび前記検出ユニツトと処
    理ユニツトとの通信リンクとで構成された厚さ/密度測
    定装置に於て: 前記検出器ユニツトが: 光は遮断し粒子放射は透過させる窓を有し、該窓が低抵
    抗導電性物質層を含む格納容器と; 該格納容器内の前記窓近くにあつて、粒子放射を受信す
    るための平板なPINダイオードと; 該PINダイオード出力に接続された電荷感応型前置増幅
    器と; 前記前置増幅器出力に結合された高域フイルタと; 該フイルタ出力に接続され、前記フイルタ出力を予め定
    められた閾値と比較するための比較器と; 該比較器出力を前記検出器ユニツトのひとつの出力端子
    に結合するための装置とで構成されており、 前記処理ユニツトが: 前記比較器出力を受信し、前記比較器出力を物質の厚さ
    および密度の少なくともひとつを表わす測定信号に変換
    するための装置とで構成されていることを特徴とする前
    記厚さ/密度測定装置。
  8. 【請求項8】請求項第7項記載の厚さ/密度測定装置に
    於て、前記通信リンクが前記検出器ユニツトと前記処理
    ユニツトとの間のワイヤリング接続であることを特徴と
    する前記厚さ/密度測定装置。
  9. 【請求項9】請求項第7項記載の厚さ/密度測定装置に
    於て、前記処理ユニツトがさらに、前記測定信号を表示
    するための装置を有することを特徴とする前記厚さ/密
    度測定装置。
  10. 【請求項10】請求項第7項記載の厚さ/密度測定装置
    に於て、前記受信し変換するための装置が、前記比較器
    出力に接続されたパルス繰り返し数計数器と、該パルス
    繰り返し数計数器出力に応答し前記測定信号を発生する
    ための装置とで構成されていることを特徴とする前記厚
    さ/密度測定装置。
  11. 【請求項11】請求項第10項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、前記測定信号発生装置がパルス繰り返し数を
    前記測定信号に変換するためのマイクロプロセツサを有
    することを特徴とする前記厚さ/密度測定装置。
  12. 【請求項12】請求項第10項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、さらに前記比較器出力を前記処理ユニツトに
    接続するための光絶縁器を有することを特徴とする前記
    厚さ/密度測定装置。
  13. 【請求項13】請求項第7項記載の厚さ/密度測定装置
    に於て、さらに前記ダイオード、前置増幅器、増幅器お
    よび比較器に動作電源を供給するための電源装置を有
    し、該電源装置が前記処理ユニツトの中に配置されて第
    一の値の第一の未調整直流電圧を出力する装置と、前記
    検出器ユニツト内部に配置されて前記未調整直流電圧か
    ら複数の調整済み直流電圧を出力するための装置とで構
    成されており、前記通信リンクが前記装置同志を接続
    し、前記第一の未調整直流電圧を前記複数の調整済み直
    流電圧供給装置に供給することを特徴とする前記厚さ/
    密度測定装置。
  14. 【請求項14】請求項第13項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、前記複数の調整済み直流電圧を出力する装置
    が前記未調整直流電圧をその一次巻線に受電し、前記調
    整済み直流電圧を複数の二次巻線に供給する変圧器と、
    前記一次巻線を流れる電流をスイツチングするための装
    置と、該スイツチング装置に動作するパルス幅変調器
    と、それに該パルス幅変調器を前記変圧器の二次巻線に
    結合するための装置とで構成されていることを特徴とす
    る前記厚さ/密度測定装置。
  15. 【請求項15】厚さ/密度測定装置に於て: PINダイオードを有し、粒子放射を受信するための粒子
    放射検出器と; ダイオードを光から遮断するが粒子放射は透過させ、さ
    らに低抵抗導電性物質層を前記PINダイオードへの粒子
    通過路中に有する装置と; 前記PINダイオード出力に接続された電荷感応型前置増
    幅器と; 前記前置増幅器出力に結合された増幅器と; 該増幅器出力に接続され、前記増幅器出力を予め定めら
    れた閾値と比較するための比較器と; 前記比較器出力に応答しパルス繰り返し数信号を発生す
    る装置と;それに 前記パルス繰り返し数信号を、前記粒子放射線源から前
    記検出器に到達する放射量の影響を受ける位置に配置さ
    れた測定物質の厚さまたは密度測定値の少なくともひと
    つに変換するための装置とで構成されていることを特徴
    とする前記厚さ/密度測定装置。
  16. 【請求項16】請求項第15項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、さらに前記検出器から離れて配置された放射
    線源を有することを特徴とする前記厚さ/密度測定装
    置。
  17. 【請求項17】請求項第16項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、前記検出器が格納容器内に装着され、前記線
    源が前記格納容器から延びる腕上でかつ前記検出器に対
    向する位置に装着され、これによつて被測定物質を安置
    する隙間が前記線源と前記検出器との間に形成されるこ
    とを特徴とする前記厚さ/密度測定装置。
  18. 【請求項18】請求項第16項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、さらに前記検出器で検出される粒子放射が前
    記被測定物質で後方散乱されたものとなるように、前記
    放射線源を前記検出器に対して装着するための装置を有
    することを特徴とする前記厚さ/密度測定装置。
  19. 【請求項19】請求項第16項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、前記検出器が格納容器の内側で、粒子放射線
    は透過させるが光線は遮断する窓の後方に装着されるこ
    とを特徴とする前記厚さ/密度測定装置。
  20. 【請求項20】請求項第19項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、前記窓が薄膜フイルムの窓であることを特徴
    とする前記厚さ/密度測定装置。
  21. 【請求項21】請求項第20項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、前記窓がアルミニウム被覆強化ポリエステル
    フイルムで形成されることを特徴とする前記厚さ/密度
    測定装置。
  22. 【請求項22】請求項第16項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、さらに前記前置増幅器と増幅器との間に接続
    された第一の高域フイルタを有することを特徴とする前
    記厚さ/密度測定装置。
  23. 【請求項23】請求項第22項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、さらに前記増幅器と比較器との間に接続され
    た第二の高域フイルタを有することを特徴とする前記厚
    さ/密度測定装置。
  24. 【請求項24】請求項第15項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、さらに前記比較器と前記パルス繰り返し数信
    号発生器との間に接続された光絶縁器をゆうすることを
    特徴とする前記厚さ/密度測定装置。
  25. 【請求項25】請求項第15項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、前記装置が厚さ測定に使用でき、さらに前記
    装置を厚さ測定装置としてキヤリブレーシヨンするため
    の装置を有し、該キヤリブレーシヨン装置はキヤリブレ
    ーシヨン物質試料の厚さの真値(Ts)を入力するための
    装置、前記試料物質の試料パルス計数値(Cs)を決定す
    る装置、(Cs)および(Ts)を記憶するための装置、被
    測定物質の種類を入力するための装置、前記入力された
    物質種類を記憶するための装置、それに試料パルス計数
    値(Cs)と、入力された実際の厚さ値(Ts)と入力され
    た物質種類の種々の組合せに対する複数の傾き値(M)
    を記憶するための装置とで構成されることを特徴とする
    前記厚さ/密度測定装置。
  26. 【請求項26】請求項第25項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、前記変換装置が厚さ値を下記の式、 Tu=(Mx(Cu−Cs))+Ts ここでTuは未知の厚さ値、Cuはパルス繰り返し数信号、
    Tsはキヤリブレーシヨンに使用された物質試料の実際の
    厚さ、Cuは前記物質試料のパルス計数値、そしてMは入
    力されたTs値、求められたCs値および入力された物質種
    類に関連する前記複数の傾き値から選択された値である
    ような、前記式にしたがつて前記変換装置が厚さ値を計
    算する装置を有することを特徴とする前記厚さ/密度測
    定装置。
  27. 【請求項27】請求項第15項記載の厚さ/密度測定装
    置に於て、前記PINダイオードが前記遮光装置と自分自
    身の上の粒子放射に感応する領域との間に保護層を有さ
    ないことを特徴とする前記厚さ/密度測定装置。
  28. 【請求項28】その厚さが一対の唇状ダイスで定まる隙
    間を通して定められるフイルムを押しだし、前記唇状ダ
    イスがその長さ方向に複数の唇状ダイス部に分割されて
    いる押しだしフイルム厚さ制御装置に於て、各々粒子放
    射源を有し各々の唇状ダイス部の厚さを測定するための
    装置と;前記線源から離れて配置され、PINダイオード
    を有する粒子放射検出器と;前記PINダイオードを光線
    から防ぎ、一方粒子放射は透過させる装置と、前記ダイ
    オード出力に接続された電荷感応型前置増幅器と;該電
    荷感応型前置増幅器出力に結合された増幅器と;該増幅
    器出力に結合され前記増幅器の出力が予め設定された閾
    値を超えると信号を出力する比較器と;該比較器の出力
    に応答して、前記線源から前記検出器へ到達する放射線
    の影響を受ける位置に置かれた物質の厚さを表わす信号
    を出力するための前記厚さ測定装置; 前記唇状部の各々の隙間を個別に制御するための装置
    と;それに 厚さ測定装置の出力を測定装置によつて測定されるフイ
    ルム部分を製造するそれぞれの唇状ダイスに関連付ける
    ための装置とで構成されていることを特徴とする前記制
    御装置。
  29. 【請求項29】請求項第28項記載の制御装置に於て、
    前記制御器が各々の唇状ダイス部に対して、それぞれの
    厚さ測定装置殻の出力信号で駆動される加熱ボルトを有
    することを特徴とする前記制御装置。
  30. 【請求項30】物質厚さ制御装置であつて; 物質を連続的に少なくともひとつの希望する厚さに形成
    するための装置と; 該形成装置を制御し前記物質を少なくともひとつの希望
    する厚さで製造させる制御装置と; 前記形成された物質の厚さを測定し、前記形成装置の下
    流側に配置された少なくともひとつの厚さ測定装置とで
    構成された前記物質厚さ制御装置に於て、前記測定装置
    が; 粒子放射線源と;該線源から離れて配置され、PINダイ
    オードを有する粒子放射検出器と; 前記PINダイオードを光線から防ぎ、一方粒子放射は透
    過させる装置と、前記ダイオード出力に接続された電荷
    感応型前置増幅器と;該電荷感応型前置増幅器出力に結
    合された増幅器と;該増幅器出力に結合され前記増幅器
    の出力が予め設定された閾値を超えると信号を出力する
    比較器と;該比較器の出力に応答して、前記線源から前
    記検出器へ到達する放射線の影響を受ける位置に置かれ
    た物質の厚さを表わす信号を出力するための装置とで構
    成され; 前記制御装置が前記形成装置を少なくともひとつの前記
    測定装置から供給される厚さ信号に応じて制御されるこ
    とを特徴とする前記物質厚さ制御装置。
  31. 【請求項31】請求項第30項記載の物質厚さ制御装置
    に於て、前記物質が押しだし成形物質であり、前記形成
    装置が押しだし機であることを特徴とする前記物質厚さ
    制御装置。
  32. 【請求項32】請求項第30項記載の物質厚さ制御装置
    に於て、前記押しだし成形物質が押しだしフイルムであ
    ることを特徴とする前記物質厚さ制御装置。
  33. 【請求項33】請求項第31項記載の物質厚さ制御装置
    に於て、前記形成装置が押しだしダイスであることを特
    徴とする前記物質厚さ制御装置。
  34. 【請求項34】請求項第30項記載の物質厚さ制御装置
    に於て、各々の測定装置に対する前記遮光装置が遮光低
    抵抗導電性物質で形成されていることを特徴とする前記
    物質厚さ制御装置。
  35. 【請求項35】請求項第30項記載の物質厚さ制御装置
    に於て、前記制御器がPID制御器で構成されていること
    を特徴とする前記物質厚さ制御装置。
  36. 【請求項36】請求項第30項記載の物質厚さ制御装置
    に於て、さらに複数の前記測定装置を、形成される物質
    に対して互いに離して配置し、前記制御器は前記複数の
    離れて配置された測定装置からの厚さ信号に応答するこ
    とを特徴とする前記物質厚さ制御装置。
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