JPS6173006A - Thickness measuring method of transmission attenuation type thickness gauge - Google Patents

Thickness measuring method of transmission attenuation type thickness gauge

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JPS6173006A
JPS6173006A JP19393384A JP19393384A JPS6173006A JP S6173006 A JPS6173006 A JP S6173006A JP 19393384 A JP19393384 A JP 19393384A JP 19393384 A JP19393384 A JP 19393384A JP S6173006 A JPS6173006 A JP S6173006A
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JP
Japan
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signal
thickness
measurement
circuit
converter
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JP19393384A
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Japanese (ja)
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Katsuhiro Iguchi
勝啓 井口
Satoshi Nitta
諭 新田
Takayoshi Sano
孝義 佐野
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Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
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    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B15/02Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
    • G01B15/025Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness by measuring absorption

Abstract

PURPOSE:To take a high accuracy measurement while reducing an error in quantization accompanying digital conversion by adjusting a measurement signal to a proper signal level in a forecasted thickness area, and inputting the signal to an A/D converter. CONSTITUTION:The detection signal of a photodetector 12 is passed through a linear DC amplifier 16 and a main amplifier 18 and adjusted to the proper level by the signal adjusting circuit 40, composed of an offset circuit 44, amplifying circuit 46, and two multiplexers 48 and 50 set so as to obtain a desired output for estimated thickness, and an input signal protecting circuit 42. In this case, the signal adjusting circuit 40 performs switching control over the multiplexers 48 and 50 under the command of a CPU32 to input a level signal of one of three stages to the A/D converter 24. Consequently, part of the measurement signal is amplified to the proper level to reduce an error in quantization, thereby measuring the thickness with high accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、赤外線やβ線等を使用する透過減衰形厚さ
計における各種シートやフィルム等の厚さ測定方法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field to which the Invention Pertains] The present invention relates to a method for measuring the thickness of various sheets, films, etc. using an attenuated transmission thickness gauge using infrared rays, β-rays, or the like.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

従来の光学式厚さ計すなわち透過減衰形厚さ計としてア
ナログ形式とディジクル形式とが知られている。そこで
、従来のディジタル形厚さ計の厚さ測定方式として、例
えば第2図および第3図に示すものが提案されている。
Conventional optical thickness gauges, ie, transmission attenuation type thickness gauges, are known in analog type and digital type. Therefore, as a thickness measuring method of a conventional digital thickness gauge, for example, the method shown in FIGS. 2 and 3 has been proposed.

第2図に示す測定方式は、光源10と光検出器12との
間に被測定物14を配設し、前記光検出器12で検出さ
れた検出信号を1次直流増幅器16、主増幅器18、対
数増幅器20、零/スパン調整回路22を介してA/D
変換器24に供給し、被測定物14の厚さを計測し、適
宜表示器26により計測値を表示するよう構成したもの
である。なお、前記主増幅器18に対し、自動零調整回
路28が接続され、また前記A/D変換器24に対しX
Yレコーダ30が並列接続されている。さらに、前記A
/D変換器24で得られた信号は、CPU32を使用し
て吸光係数μ、反射率rその信金測定値の平均値および
偏差率を演算し、計測システムとしての機能の拡大が図
られる。
In the measurement method shown in FIG. 2, an object to be measured 14 is disposed between a light source 10 and a photodetector 12, and a detection signal detected by the photodetector 12 is transmitted to a primary DC amplifier 16 and a main amplifier 18. , logarithmic amplifier 20, and A/D via the zero/span adjustment circuit 22.
The thickness of the object to be measured 14 is measured by supplying it to a converter 24, and the measured value is displayed on a display 26 as appropriate. An automatic zero adjustment circuit 28 is connected to the main amplifier 18, and an X
Y recorders 30 are connected in parallel. Furthermore, the A
The CPU 32 uses the signal obtained by the /D converter 24 to calculate the extinction coefficient μ, the reflectance r, and the average value and deviation rate of the measured values of the Shinkin Bank, thereby expanding the function of the measurement system.

また、第3図に示す測定方式は、光源10と光検出器1
2との間に被測定物14を配設し、前記光検出器12で
検出された検出信号を1次直流増幅器16、主増幅器1
8を介してA/D変換r:t24に供給し、被測定物1
4の厚さを計測するよう構成される。この場合、A/D
変換器24で得られる計測信号ばCPU32でスケーリ
ングを行い、表示器等を含む周辺機器類34で計測値を
表示する。なお、前記cpu32には外部メモリ36を
設けてスケーリングの校正を適宜行うよう構成される。
In addition, the measurement method shown in FIG. 3 includes a light source 10 and a photodetector 1.
2, and the detection signal detected by the photodetector 12 is transmitted to the primary DC amplifier 16 and the main amplifier 1.
8 to the A/D converter r: t24, and
The device is configured to measure the thickness of 4. In this case, A/D
The measurement signal obtained by the converter 24 is scaled by the CPU 32, and the measured value is displayed on peripheral devices 34 including a display and the like. Note that the CPU 32 is configured to be provided with an external memory 36 to perform scaling calibration as appropriate.

また、前記A/D変換器24で得られた信号は、周辺機
器類30を使用して、吸光係数μ、反射率rその信金測
定値の平均値および偏差率を演算し、計測システムとし
ての機能の拡大が図られる。
Further, the signal obtained by the A/D converter 24 is used to calculate the average value and deviation rate of the absorption coefficient μ, reflectance r, and the measured values of the credit union using peripheral equipment 30, and is used as a measurement system. Functions will be expanded.

しかるに、前述した2つの測定方式における基本的な相
違は、信号の線形化処理と計器校正方法にある。例えば
、前者の第2図に示す測定方式では、線形化処理を対数
増幅器20によって行い、また計器校正を零/スパンに
1回路22を用いてハードウェア的に行う。すなわち、
光源10から光検出器12に至る光路をオープン状態に
して、零調整(表示値=0)し、次いで被測定物として
特定の標準サンプルをセットしてスパン調整(表示値=
サンプル厚さ)を行う。この場合、主として光検出器1
2の部分に比較的大きなドリフト(レンズの曇りや汚れ
による経時ドリフトもしくは周囲温度によるドリフト)
があるため、定期的に光検出器12の測定ヘッドを基準
位置に退避させ、光路のオープン状態時の電圧を測定し
、自動零調整回路28により自動的にドリフト補正を行
う必要がある。
However, the basic difference between the two measurement methods described above lies in the signal linearization process and the instrument calibration method. For example, in the former measurement method shown in FIG. 2, linearization processing is performed by a logarithmic amplifier 20, and instrument calibration is performed by hardware using one circuit 22 for zero/span. That is,
Open the optical path from the light source 10 to the photodetector 12, perform zero adjustment (display value = 0), then set a specific standard sample as the object to be measured and perform span adjustment (display value =
sample thickness). In this case, mainly the photodetector 1
Relatively large drift in part 2 (drift over time due to fogging or dirt on the lens or drift due to ambient temperature)
Therefore, it is necessary to periodically retreat the measurement head of the photodetector 12 to the reference position, measure the voltage when the optical path is open, and automatically perform drift correction using the automatic zero adjustment circuit 28.

また、ゼロ調整は光路のオープン状態で行うことを原則
としているため、反射率rの処理ができず、誤差を生じ
易く、一方スパン調整は、ディジタル表示器26の表示
値標準サンプルの基準値と一致するよう人為的にダイヤ
ル等を操作することによって行うため、多数のサンプル
の平均値による精密な校正が困難になる等の欠点がある
Additionally, since the zero adjustment is performed in principle with the optical path open, the reflectance r cannot be processed and errors are likely to occur.On the other hand, the span adjustment is performed by adjusting the display value of the digital display 26 to the reference value of the standard sample. Since this is done by manually operating a dial or the like to match, there are drawbacks such as difficulty in accurate calibration using the average value of a large number of samples.

これに対し、後者の第3図に示す測定方式では、線形化
処理と計器校正をCPU32においてコンピュータプロ
グラムに基づきソフトウェア的に行う。すなわち、この
測定方式では、全てCPU32でプログラム6Q算によ
り行うため、前者の第2図に示す測定方式に比べ、反射
率rの厳書処理、ノイズの統計的処理(ディジタルフィ
ルタリング)、多数の標準サンプルをベースとする精密
校正が可能である。なお、自動零調整を行うため、光路
のオープン状態時の電圧の上限値をA/D変換器の定格
電圧以下に抑制しているのと、ヘヤーの式に忠実であろ
うとするためにし一■(遮断)でV=0とするので、デ
ィジタル変換に伴う■子化誤差は低減しない。
On the other hand, in the latter measurement method shown in FIG. 3, linearization processing and instrument calibration are performed by software in the CPU 32 based on a computer program. That is, in this measurement method, all calculations are performed by the program 6Q in the CPU 32, so compared to the former measurement method shown in FIG. Precise sample-based calibration is possible. In addition, in order to perform automatic zero adjustment, the upper limit of the voltage when the optical path is open is suppressed to below the rated voltage of the A/D converter, and in order to be faithful to Hair's equation. Since V=0 (cutoff), the digitization error accompanying digital conversion is not reduced.

前述したように、後者の測定方式は前者の測定方式に比
べて明らかに優れているが、A/D変換に伴う分解能の
点では両者共共通の欠点を育している。光検出器によっ
て検出される電圧は、A/D変換器によってディジタル
信号に変換される。この場合、第4図において、電圧の
分解能ΔVはA/D変換器の定格電圧vp、とビット数
nによって次式により決定される。
As mentioned above, although the latter measurement method is clearly superior to the former measurement method, both have a common drawback in terms of resolution associated with A/D conversion. The voltage detected by the photodetector is converted into a digital signal by an A/D converter. In this case, in FIG. 4, the voltage resolution ΔV is determined by the following equation based on the rated voltage vp of the A/D converter and the number of bits n.

FS ΔV= −、、、、、(11 2′″ −1 しかし、厚さの分解能Δtは、第4図からも明らかなよ
うに一定でなく、同一材料であれば厚くなる程悪くなる
。こような傾向は透過減衰形厚さ計の基本的特徴になっ
ている。
FS ΔV= −, , , , (11 2′″ −1 However, as is clear from FIG. 4, the thickness resolution Δt is not constant, and for the same material, the thicker it is, the worse it becomes. This tendency is a basic feature of transmission attenuation type thickness gauges.

一般に、測定感度係数をβとすれば、分解能ΔLは次式
で求められる。
Generally, if the measurement sensitivity coefficient is β, the resolution ΔL is obtained by the following equation.

■ES Δt 、=           、 、 、 、 (
2)β(2f′−1) そこで、βはベヤ−とランバートの式 7式%(3) : ■o:光路がオープンの時の測定電圧 μ:サンプルの吸光係数 r:サンプルの反射率 t:サンプルの厚さ より、次式で求められる。
■ES Δt ,= , , , , (
2) β (2f'-1) Therefore, β is Bayer and Lambert's equation 7 % (3): o: Measured voltage when the optical path is open μ: Absorption coefficient of the sample r: Reflectance of the sample t : Obtained from the thickness of the sample using the following formula.

)V β=    =−μV、、、141 つt 例えば、定格電圧V、q’= l OV (L OmV
 )、ビット数n=12の場合、分解能Δtは前記式(
2)に基づいて次のようになる。
)V β= =-μV,,,141 t For example, rated voltage V, q'= l OV (L OmV
), and when the number of bits n=12, the resolution Δt is calculated using the above formula (
Based on 2), it is as follows.

2.44 Δt −、、、、(5) β 従って、前記式(5)から明らかなように、被測定物の
厚さの分解能Δtは、感度係数βの低下と共に悪く (
粗く)なる。
2.44 Δt −, , , (5) β Therefore, as is clear from the above equation (5), the resolution Δt of the thickness of the object to be measured deteriorates as the sensitivity coefficient β decreases (
rough)

しかるに、被測定物の厚さが、例えば第5図に示すよう
にt、〜t、の範囲にあるとすれば、測定電圧はV、〜
v2の間で変化する。この時、A/D変換器の定格電圧
VEXをIOV、ビット数nを12とすると、殆ど僅か
の領域を使って測定しているに過ぎない。すなわら、フ
ィルムの場合、薄い程感度係数β(=μV)が高いので
、分解能の絶対値はかなり小さく、通常は問題とならな
い。しかし、相対分解能は薄くなる程悪くなるため、量
子化誤差が無視できなくなることがある。そこで、各種
フィルムについて、特に薄い領域における相対分解能の
低下を計算したところ、第6図および第7図に示すよう
な特性が得られた。
However, if the thickness of the object to be measured is, for example, in the range t, ~t, as shown in FIG. 5, the measurement voltage will be V, ~t.
V2. At this time, if the rated voltage VEX of the A/D converter is IOV and the number of bits n is 12, the measurement is performed using almost a small area. That is, in the case of a film, the thinner the film, the higher the sensitivity coefficient β (=μV), so the absolute value of the resolution is quite small and usually does not pose a problem. However, the relative resolution worsens as the thickness becomes thinner, so quantization errors may become impossible to ignore. Therefore, when we calculated the decrease in relative resolution, especially in thin regions, for various films, we obtained the characteristics shown in FIGS. 6 and 7.

第6図は、サンプルとしてポリプロピレンフィルムを使
用し、これを従来の第3図に示す測定方式で厚さ10μ
m付近を測定するものであり、この場合絶対分解能は0
62μmで問題ないが、相対分解能は2%にも達し、測
定精度上無視できない程の値となることが示されている
Figure 6 uses a polypropylene film as a sample, and measures it to a thickness of 10 μm using the conventional measurement method shown in Figure 3.
It measures around m, and in this case the absolute resolution is 0.
Although 62 μm is acceptable, the relative resolution reaches as high as 2%, which is shown to be a value that cannot be ignored in terms of measurement accuracy.

また、第7図は、サンプルとしてポリエチレンフィルム
を使用し、第6図の場合と同様にして厚さ5μm以下の
精密な極薄フィルムを測定するものであり、この場合も
前記と同様にして相対分解能が問題になることが示され
ている。
In addition, in Figure 7, a polyethylene film is used as a sample, and a precision ultra-thin film with a thickness of 5 μm or less is measured in the same manner as in Figure 6. Resolution has been shown to be an issue.

例として、吸光係数μ=0.OO1、反射率r=0.1
のポリプロピレンフィルムを、t、= 20μm−L2
= 30μmの範囲で測定する場合、測定電圧の範囲は
V、=8.82V〜V2= 8.73Vとなり、僅か9
0mVの領域しか使われない。この時、平均分解能は絶
対値では0.28μmであるが、相対値では1%を越え
るため、要求精度が厳しくなるに従って不都合が往じる
問題がある。
As an example, extinction coefficient μ=0. OO1, reflectance r=0.1
A polypropylene film of t, = 20 μm-L2
When measuring in the range of = 30 μm, the measurement voltage range is V, = 8.82V to V2 = 8.73V, which is only 9
Only the 0 mV region is used. At this time, the average resolution is 0.28 μm in absolute value, but exceeds 1% in relative value, which causes problems as the required accuracy becomes stricter.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、被測定物の測定信号の線形化処理と計
器校正とをコンピュータプログラムに基づきソフトウェ
ア的に行う従来の透過減衰形厚さ計における厚さ測定方
法において、前記測定信号を予め設定した予想される厚
さ領域での適正な信号レベルに調整してA/D変換器に
入力することにより、ディジタル変換に伴う量子化誤差
を減少させて測定精度の向上を図り、例えば透過率が大
きく感度係数が高くなって相対分解能が悪くなる薄いフ
ィルム等の厚さをより高+a度に計測することができる
厚さ測定方法を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a thickness measurement method using a conventional transmission attenuation type thickness gauge in which linearization processing of a measurement signal of a measured object and instrument calibration are performed using software based on a computer program, in which the measurement signal is set in advance. By adjusting the signal level to an appropriate level for the expected thickness region and inputting it to the A/D converter, the quantization error associated with digital conversion is reduced and measurement accuracy is improved. It is an object of the present invention to provide a thickness measuring method capable of measuring the thickness of a thin film, etc., which has a large sensitivity coefficient and poor relative resolution, to a higher degree of +a.

〔発明の要点〕[Key points of the invention]

前記の目的を達成するため、本発明の透過減衰形厚さ計
における厚さ測定方法においては、被測定物に対し光源
より透過された光量を検出測定し、得られた測定信号を
増幅すると共にA/D変換した後スケーリング演算処理
を行って被測定物の厚さを測定する光学式透過減衰形厚
さ計による計測システムにおいて、A/Dim器に入力
される測定信号のうら一部の測定領域内の信号を適切な
分解能が得られるようにレベル調整することを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, in the thickness measurement method using the transmission attenuation type thickness gauge of the present invention, the amount of light transmitted from the light source to the object to be measured is detected and measured, the obtained measurement signal is amplified, and In a measurement system using an optical transmission attenuation type thickness gauge that measures the thickness of a workpiece by performing scaling calculation processing after A/D conversion, measurement of the back part of the measurement signal input to the A/Dim device It is characterized by adjusting the level of signals within the region to obtain appropriate resolution.

前記の厚さ測定方法において、A/D変換器に入力され
る測定信号が厚さの極めて薄い領域での信号である場合
に適正な信号レベルとなるよう前記測定信号を所定のオ
フセット電圧で比較し所定の増幅率で増幅し、切替スイ
ッチにより選択するようにすれば好適である。この場合
、前記オフセット電圧を設定するオフセット回路と増幅
回路とを設け、A/D変換器に入力される測定信号の信
号レベルに応じて前記オフセット回路の出力および増幅
回路の出力をそれぞれマルチプレクサにより手動または
自動的に切替えて選択的に取出すようにすれば好適であ
る。
In the thickness measurement method described above, when the measurement signal input to the A/D converter is a signal in an extremely thin area, the measurement signal is compared with a predetermined offset voltage to obtain an appropriate signal level. It is preferable that the signal be amplified at a predetermined amplification factor and selected by a changeover switch. In this case, an offset circuit and an amplifier circuit are provided to set the offset voltage, and the output of the offset circuit and the output of the amplifier circuit are manually controlled by a multiplexer according to the signal level of the measurement signal input to the A/D converter. Alternatively, it is preferable to automatically switch and selectively take out.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

次に、本発明に係る透過減衰形厚さ針における厚さ測定
方法の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細
に説明する。
Next, an embodiment of the method for measuring thickness using a transmission attenuation type thickness needle according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明における厚さ測定方法を実施する透過
減衰形厚さ計の測定回路の一実施例を示すブロック回路
図である。第1図に示す回路構成は、基本的に前記第3
図に示す回路構成と同一であるため、第3図に示す構成
部分と同一の構成部分には同一の参照符号を付してその
詳細な説明は省略する。すなわち、光源10と光検出器
12との間に被測定物14を配設し、前記光検出器12
で検出された検出信号を1次直流増幅器16、主増幅器
18を介してA/D変換器24へ供給するよう構成する
点は、従来方式と同一である。また、前記A/D変換器
24の出力側にはCPU32を設けて、A/D変換器2
4で得られる計測信号のスケーリングを行うと共に外部
メモリ36を設けて前記スケーリングの校正を行うよう
構成される。
FIG. 1 is a block circuit diagram showing an embodiment of a measurement circuit of a transmission attenuation type thickness gauge that implements the thickness measurement method of the present invention. The circuit configuration shown in FIG.
Since the circuit configuration is the same as that shown in the figure, the same reference numerals are given to the same components as those shown in FIG. 3, and detailed explanation thereof will be omitted. That is, the object to be measured 14 is disposed between the light source 10 and the photodetector 12, and the photodetector 12
The present invention is the same as the conventional system in that the detection signal detected in the above is configured to be supplied to the A/D converter 24 via the primary DC amplifier 16 and the main amplifier 18. Further, a CPU 32 is provided on the output side of the A/D converter 24, and the A/D converter 2
The measurement signal obtained in step 4 is scaled, and an external memory 36 is provided to calibrate the scaling.

しかるに、本実施例においては、前記主増幅器18とA
/D変換器24との間に信号調整回路40と入力信号保
護回路42とを設けて信号を適正なレベルとなるよう調
整することを特徴とする。すなわち、前記信号調整回路
40は、オフセット回路44と増幅回路46と2個のマ
ルチプレクサ48.5りとによって構成されている。こ
の場合、信号調整回路40は、CPU32からの制御指
令によってマルチプレクサ48.50を切替制御し、A
/D変換器24に対し3段階のうちいずれかのレベルの
信号が入力されるよう構成される。3段階のレベル信号
は、次のように定置される。
However, in this embodiment, the main amplifier 18 and A
A signal adjustment circuit 40 and an input signal protection circuit 42 are provided between the /D converter 24 and the signal is adjusted to an appropriate level. That is, the signal adjustment circuit 40 includes an offset circuit 44, an amplifier circuit 46, and two multiplexers 48.5. In this case, the signal adjustment circuit 40 switches and controls the multiplexers 48 and 50 according to a control command from the CPU 32, and
The /D converter 24 is configured to receive a signal at one of three levels. The three level signals are placed as follows.

Vぜ:主増幅器18の出力信号を全く増幅しない場合の
出力 V2.(= G −V、−)  :主増幅器18の出力
信号をオフセット回路44を介さないで増幅回路46 
(増幅率G)で増幅した場合の出力 V、 (=G l:Vl−V、s) )  :主増幅器
18の出力信号をオフセット回路44 (オフセット電
圧V。S)を介して増幅回路46 (増幅率G)により
増幅した場合の出力 次に、前記構成からなる本実施例回路の基本的動作につ
き説明する。
Vze: Output V2 when the output signal of the main amplifier 18 is not amplified at all. (= G −V, −): The output signal of the main amplifier 18 is sent to the amplifier circuit 46 without passing through the offset circuit 44.
Output V when amplified by (amplification factor G), (=Gl:Vl-V,s)): The output signal of the main amplifier 18 is passed through the offset circuit 44 (offset voltage V. Output when amplified by amplification factor G) Next, the basic operation of the circuit of this embodiment having the above configuration will be explained.

例えば、10〜200μmの各種ポリプロピレンフィル
ムの厚さを計測するものとする。この場合、10μmか
ら50μmの厚さに対しては前記v3の出力を得るよう
マルチプレクサ48゜50をセントする。また、50μ
m以上は相対分解能が余り問題とならないので、前記v
2の出力を得るようマルチプレクサ48.50をセント
する。さらに、必要に応じて光路のオープン状態や遮断
状態の基本信号を調べる場合は、前記Vt“の出力を直
接得るようマルチプレクサ48゜50をセットする。こ
の場合、主増幅器18、オフセット回路44、増幅回路
46および入力信号保護回路42の各出力特性v、・、
 v、、 vJ、 vはそれぞれ第1図の下方に示す特
性を有する。
For example, assume that the thickness of various polypropylene films of 10 to 200 μm is to be measured. In this case, for a thickness of 10 μm to 50 μm, the multiplexer 48°50 is set to obtain the output of v3. Also, 50μ
Since the relative resolution is not much of a problem for m or more, the above v
multiplexer 48.50 to obtain an output of 2. Furthermore, when checking the basic signal of the open state or cut-off state of the optical path as necessary, the multiplexer 48 and 50 are set to directly obtain the output of the Vt". In this case, the main amplifier 18, the offset circuit 44 Each output characteristic v of the circuit 46 and the input signal protection circuit 42
v, , vJ, and v each have the characteristics shown in the lower part of FIG.

次に、前述した本実施例回路の要部である信号調整回路
40の基本動作につき詳述する。
Next, the basic operation of the signal adjustment circuit 40, which is the main part of the circuit of this embodiment described above, will be explained in detail.

まず、基本式(ベヤ−とランハートの式)により、主増
幅器1日の出力Vビは次式の通りであり、その出力特性
は第8図に示される通りである。
First, according to the basic formula (Beyer and Langhart's formula), the daily output Vbi of the main amplifier is as shown in the following formula, and its output characteristics are as shown in FIG.

vl、=v、(1−1)8−/−t609.(6)次い
で、この主増幅器18をオフセット回路44に入力して
、測定範囲(1,〜1.)を限定すると共に所定のオフ
セット電圧−VOS<このオフセット電圧は厚さ範囲1
.−t2の上限t2の測定電圧とする)を加える。この
結果、オフセット回路44の出力vLは次式の通りであ
り、その出力特性は第9図に示される通りである。
vl,=v,(1-1)8-/-t609. (6) Next, this main amplifier 18 is input to the offset circuit 44 to limit the measurement range (1, to 1.) and set a predetermined offset voltage -VOS<this offset voltage in the thickness range 1.
.. −t2, which is the upper limit of t2 measured voltage). As a result, the output vL of the offset circuit 44 is as shown in the following equation, and its output characteristics are as shown in FIG.

v、6= v、 (1r ) e2′’  ・・・・(
7)V1=Vビーvas        ・・・・(8
)このようにして、オフセットされた出力Vを増幅回路
46を通して増幅する。この結果、増幅回路の出力Vj
は次式の通りであり、その出力特性は第10図に示され
る通りである。
v, 6= v, (1r) e2''...(
7) V1=V vas...(8
) In this way, the offset output V is amplified through the amplifier circuit 46. As a result, the output Vj of the amplifier circuit
is as shown in the following equation, and its output characteristics are as shown in FIG.

V3=G−V1=G (V、(1−r) e−”−V、
、 )・ ・ ・ ・(9) 一方、増幅回路の出力v3を測定範囲t、〜t2間で直
接近似すれば、出力v3は次式で示され、その出力特性
は第11図に示される通りである。
V3=G-V1=G (V, (1-r) e-"-V,
, )・・・・・(9) On the other hand, if the output v3 of the amplifier circuit is directly approximated between the measurement range t, ~t2, the output v3 is expressed by the following equation, and its output characteristics are as shown in Figure 11. It is.

8−・1−μt      ・・・・α0)VJ =p
 G Vo (1N )  ’+ G Vo (1r 
)  Vo5 ・・・(11)前記式(11)において
、Vj、を以外は定数であるため、これを変形すれば次
式で表わせる。
8-・1-μt・・・α0)VJ=p
G Vo (1N) '+ G Vo (1r
) Vo5...(11) In the above equation (11), since everything except Vj is a constant, if this is transformed, it can be expressed as the following equation.

L=AV+B        ・・・ (12)すなわ
ち、A、Bは電気信号を厚さに換算する変換係数であり
、複数の標準サンプルの信号測定(計器校正)により定
めることができる。
L=AV+B (12) That is, A and B are conversion coefficients for converting electrical signals into thickness, and can be determined by signal measurement (instrument calibration) of a plurality of standard samples.

また、このような直線近似による誤差は、一般に量子化
誤差に比べれば極めて小さい。但し、測定範囲t1〜L
2を広くとり過ぎると誤差が大きくなり問題となること
がある。なお、吸光係数゛μ= 0.001 、反射率
r−0,1のサンプルを前述した本発明方法により、オ
フセット電圧V。S=8.734 V、増幅率G = 
113.9として処理した場合の誤差分析を行ったとこ
ろ、第1表に示す結果がinられた。
Furthermore, errors caused by such linear approximation are generally extremely small compared to quantization errors. However, the measurement range t1~L
If 2 is set too wide, the error will become large, which may cause problems. Note that the offset voltage V was obtained by using the method of the present invention described above for a sample with an extinction coefficient ゛μ = 0.001 and a reflectance r-0.1. S=8.734 V, amplification factor G=
When an error analysis was performed when processing as 113.9, the results shown in Table 1 were obtained.

前記第1表の結果から、線形化誤差は零と見做せるもの
であり、またA/D変換に伴う分解能は従来の1.1%
から0.01%になり大幅に減少されることが確認され
た。
From the results in Table 1 above, the linearization error can be considered zero, and the resolution associated with A/D conversion is 1.1% of the conventional one.
It was confirmed that there was a significant decrease from 0.01% to 0.01%.

前述した本発明方法において、信号レベルの上昇に伴っ
てノイズ成分も増幅されるが、これらはCPU32にお
ける簡単な統計的処理(ディジクルフィルタリング とができる。すなわち、計器校正時には1枚の標準サン
プルについて、例えば100回連続的にサンプリングし
、これらの平均値を算出し通用しているため、ノイズの
影響は殆ど受けない。
In the method of the present invention described above, noise components are also amplified as the signal level increases, but these can be processed through simple statistical processing (digital filtering) in the CPU 32. In other words, when calibrating the instrument, one standard sample is , for example, 100 times in a row, and the average value is calculated and used, so it is hardly affected by noise.

このようにして、本発明によれば、被測定物の厚さ計測
の出力信号の変化が微小であっても、信号2□□□整回
路40によって一部の領域を適正レベルまで増幅し、量
子化誤差を低減し、精度の高い厚さ測定を達成すること
ができる。なお、マルチプレクサ48.50は、何れの
検出出力を選択するかCPU3 2で自在にプログラム
可能であるが、原則としてA/D変換器24の定格電圧
を越えない範囲でなるべく高いレベルの信号が得られる
よう設定すれば好適である。また、信号調整回路40の
ドリフトも多少あるが、光検出器12のドリフトに比べ
れば極めて少ないので、自動零調整回路28は、信号調
整回路40の前段に設けでおけば充分である。
In this way, according to the present invention, even if the change in the output signal for measuring the thickness of the object to be measured is minute, the signal 2□□□ adjustment circuit 40 amplifies a part of the region to an appropriate level, It is possible to reduce quantization errors and achieve highly accurate thickness measurements. Note that the multiplexers 48 and 50 can be freely programmed by the CPU 32 to select which detection output, but as a general rule, it is important to obtain a signal of as high a level as possible without exceeding the rated voltage of the A/D converter 24. It is preferable to set it so that Further, although there is some drift in the signal adjustment circuit 40, it is extremely small compared to the drift in the photodetector 12, so it is sufficient to provide the automatic zero adjustment circuit 28 before the signal adjustment circuit 40.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
厚さの変化によって検出される信号の変化に対し、特に
薄いフィルムの測定信号のレベル調整を適正に行うこと
により、量子化誤差を低減して17を度の高い厚さ測定
を実現することができる。しかも、この信号レベルの調
整は、被測定物に応じてその測定範囲を限定して自動的
に適正レベルへの変換を行うことが可能である。この場
合、レベル調整は手動で行うように構成することもでき
、その取扱い操作は極めて簡便である。また、本発明測
定方法を実施する場合、自動零調整や計器校正は従来と
全く同一の方法で行うことができる。
As is clear from the embodiments described above, according to the present invention,
In response to changes in the signal detected due to changes in thickness, by appropriately adjusting the level of the measurement signal for thin films in particular, it is possible to reduce quantization errors and achieve highly accurate thickness measurements. can. Moreover, this signal level adjustment can be performed automatically by limiting the measurement range depending on the object to be measured and converting it to an appropriate level. In this case, the level adjustment can be configured to be performed manually, and the handling operation is extremely simple. Furthermore, when implementing the measuring method of the present invention, automatic zero adjustment and instrument calibration can be performed in exactly the same manner as in the past.

なお、前述した実施例においては、測定信号をA/D変
換器へ入力するに際し、3段階に設定した信号レベルを
選択して人力するよう構成した信号調整回路を示したが
、本発明はこの種の実施例に限定されることなく、例え
ばオフセット回路および増幅回路の設定電圧や増幅率の
種類の変更並びにその接続回路の変更、A/D変換器の
定格電圧の切替による変更等を行うよう回路構成するこ
とによっても同様の効果が得   ゛られるものである
In the above-mentioned embodiment, a signal adjustment circuit was shown in which a signal level set in three levels was selected manually when inputting a measurement signal to an A/D converter. For example, without being limited to the specific embodiments, it is possible to change the setting voltage and amplification factor type of the offset circuit and amplifier circuit, change the connection circuit thereof, change the rated voltage of the A/D converter, etc. A similar effect can be obtained by configuring the circuit.

従って、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々
の設計変更をなし得ることは勿論である。
Therefore, it goes without saying that various design changes can be made without departing from the spirit of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る透過減衰形厚さ計における厚ざ測
定方法の一実施例を示す測定回路図、第2図および第3
図はそれぞれ従来の典型的な透過減衰形厚さ計の測定回
路図であって、それぞれ測定方法の異なるものを示し、
第4図は従来の測定回路のA/D変換器における厚さ分
解能と量子化誤差の関係を示す特性線図、第5図は被測
定物の所定の厚さの範囲における測定電圧の変化を示す
説明図、第6図および第7図は特に厚さの薄い被測定物
の相対分解能特性をそれぞれ示す特性曲線図、第8図乃
至第11図は第1図に示す本発明方法を実施する信号調
整回路の動作特性をそれぞれ示す特性線図である。 io、 、 、光源     12. 、 、光検出器
14、 、 、被測定物   16.、、1次直流増幅
器18、 、 、主増幅器   20.、、対数増幅器
22)、、雰/スパン調整回路 24、、、 A/D変換器 26.、、表示器28、、
、自動零調整回路 30.、XYレコーダ32)、、 
CPU    、 34.、、周辺機器類36、、、外
部メモリ  40.、、信号調整回路42) 、 、入
力信号保護回路 44、 、 、オフセット回路  46.、、増幅回路
48.50.、、マルチプレクサ 、111定電圧V 測定゛電圧V 分解随% 分解能% L O L
FIG. 1 is a measurement circuit diagram showing an embodiment of a thickness measurement method in a transmission attenuation type thickness gauge according to the present invention, and FIGS.
The figures are measurement circuit diagrams of typical conventional transmission attenuation type thickness gauges, each showing a different measurement method.
Fig. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between thickness resolution and quantization error in the A/D converter of a conventional measurement circuit, and Fig. 5 shows the change in measurement voltage in a predetermined thickness range of the object to be measured. FIGS. 6 and 7 are characteristic curve diagrams showing the relative resolution characteristics of a particularly thin object to be measured, and FIGS. 8 to 11 are diagrams for carrying out the method of the present invention shown in FIG. 1. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the operating characteristics of the signal adjustment circuit. io, , , light source 12. , , photodetector 14 , , object to be measured 16. , , primary DC amplifier 18 , , main amplifier 20. , logarithmic amplifier 22), atmosphere/span adjustment circuit 24, A/D converter 26. ,,display unit 28,,
, automatic zero adjustment circuit 30. , XY recorder 32),
CPU, 34. ,,Peripheral devices 36,,,External memory 40. , , signal adjustment circuit 42) , , input signal protection circuit 44, , , offset circuit 46. ,,amplifier circuit 48.50. ,, Multiplexer, 111 Constant voltage V Measurement voltage V Resolution % Resolution % L O L

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)被測定物に対し光源より透過された光量を検出測
定し、得られた測定信号を増幅すると共にA/D変換し
た後スケーリング演算処理を行って被測定物の厚さを測
定する光学式透過減衰形厚さ計による計測システムにお
いて、A/D変換器に入力される測定信号のうち一部の
測定領域内の信号を適切な分解能が得られるようにレベ
ル調整することを特徴とする透過減衰形厚さ計における
厚さ測定方法。
(1) An optical system that detects and measures the amount of light transmitted from a light source to the object to be measured, amplifies the obtained measurement signal, performs A/D conversion, and then performs scaling calculation processing to measure the thickness of the object to be measured. In a measurement system using a transmission attenuation type thickness gauge, the level of a signal within a part of the measurement area input to an A/D converter is adjusted so as to obtain an appropriate resolution. Thickness measurement method using a transmission attenuation type thickness gauge.
(2)特許請求の範囲第1項記載の厚さ測定方法におい
て、A/D変換器に入力される測定信号が厚さの極めて
薄い領域での信号である場合に適正な信号レベルとなる
よう前記測定信号を所定のオフセット電圧で比較し所定
の増幅率で増幅し、切替スイッチにより選択することか
らなる透過減衰形厚さ計における厚さ測定方法。
(2) In the thickness measuring method according to claim 1, when the measurement signal input to the A/D converter is a signal in an extremely thin region, the signal level is adjusted to be appropriate. A method for measuring thickness in a transmission attenuation type thickness gauge, comprising comparing the measurement signal with a predetermined offset voltage, amplifying the signal with a predetermined amplification factor, and selecting the resultant signal using a changeover switch.
(3)特許請求の範囲第2項記載の厚さ測定方法におい
て、オフセット回路と増幅回路とを設け、A/D変換器
に入力される測定信号の信号レベルに応じて前記オフセ
ット回路の出力および増幅回路の出力をそれぞれマルチ
プレクサにより手動または自動的に切替えて選択的に取
出すことからなる透過減衰形厚さ計における厚さ測定方
法。
(3) In the thickness measuring method according to claim 2, an offset circuit and an amplifier circuit are provided, and the output of the offset circuit and A thickness measurement method using a transmission attenuation type thickness gauge, which consists of selectively taking out the outputs of amplifier circuits by manually or automatically switching each output using a multiplexer.
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JPH0371005A (en) * 1989-08-09 1991-03-26 Sunstar Eng Inc Method and device for inspecting thin film-shaped coating agent
JPH0371006A (en) * 1989-08-09 1991-03-26 Sunstar Eng Inc Device for inspecting thin film-shaped coating agent

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