KR20180097609A - 측정 대상물의 층 두께 또는 거리를 결정하기 위한 테라헤르츠 측정 방법 및 테라헤르츠 측정 장치 - Google Patents

측정 대상물의 층 두께 또는 거리를 결정하기 위한 테라헤르츠 측정 방법 및 테라헤르츠 측정 장치 Download PDF

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이노엑스 게엠베하 이노바티오넨 운트 아우스뤼스툰겐 퓌어 디 익스트루션스테크닉
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Abstract

본 발명은 층 두께 및/또는 거리를 측정하기 위한 방법 및 테라헤르츠 측정 장치에 관한 것이며, 적어도 하나의 테라헤르츠 빔(7a)이 광축(C)을 따라 테라헤르츠 송수신 유닛(4)으로부터 측정 대상물(2, 102) 상에 조사되고, 측정 대상물(2, 102)의 적어도 하나의 층(3)을 통과하고 그리고 반사된 테라헤르츠 방사선(7)이 검출되어, 검출된 반사 테라헤르츠 방사선(7b)의 측정 신호(A)가 평가되고, 층 두께(d)가 층(3)의 경계 층(2a, 2b)에서 반사된 방사선(7)의 전파 시간차(t2-t1)로부터 확인된다.
이러한 경우에, 상이한 광축(C)을 사용하여 다수의 측정이 수행되도록 제공되며, 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 광축(C)은 측정 동안에 또는 측정 사이에서 조정되고, 다수의 측정 중 하나의 측정이 층 두께(d)를 확인하는데 사용된다.
바람직하게는, 광축은 조정 각도 범위(α) 내에서 연속적으로 및/또는 주기적으로 조정되고, 이 프로세스에서, 다수의 측정이 기록되며, 이로부터 최대 진폭을 갖는 측정이 층 두께를 확인하기 위한 측정으로서 사용된다.

Description

측정 대상물의 층 두께 또는 거리를 결정하기 위한 테라헤르츠 측정 방법 및 테라헤르츠 측정 장치
본 발명은 측정 대상물(measurement object)의 층 두께 또는 거리를 측정하기 위한 방법 및 테라헤르츠(terahertz) 측정 장치에 관한 것이다.
여기서, 테라헤르츠 방사선은 테라헤르츠(THz) 방사선에 대해 투명한 재료, 예를 들어 테라헤르츠 방사선에 대해 공기 또는 진공에 비해 현저히 높은 굴절률을 갖는 플라스틱으로 제조된 측정 대상물 상에 광축을 따라 조사된다. 그러한 재료는 특히 플라스틱 재료뿐만 아니라, 예를 들어 목재, 세라믹 또는 섬유 강화 재료, 예컨대 CFK(탄소 섬유 강화 플라스틱) 또는 GFK(유리 섬유 강화 플라스틱)일 수도 있다. 입사한 테라헤르츠 방사선의 일부는 재료 층에 진입할 때 반사되고, 이 재료 층을 투과한 테라헤르츠 방사선의 일부는 후속 경계면, 예를 들어 공기 중으로 전이할 때의 재료 층의 배면 또는 후방면에서 반사된다. 따라서, 경계 층에서 반사된 방사선의 진폭의 측정 피크가 검출될 수 있고, 2개의 측정 피크의 시간차가 재료 층의 이중 전이의 실행 시간으로 평가될 수 있다. 이에 의해, 조사중인 지점에서 재료 층의 층 두께가 결정될 수 있다. 또한, 측정 대상물과 송신기-수신기 유닛의 거리가 결정될 수 있고, 그에 따라 예를 들어 외경과 같은 측정 대상물의 외측 치수도 또한 결정될 수 있다.
이러한 유형의 테라헤르츠 층 두께 측정은, 제조 라인의 종점에서 측정 대상물이 이송 장치에 의해 측정 장치를 통해 또는 측정 장치로 직접 반송된다는 점에서, 특히 플라스틱 대상물의 제조 후에, 예를 들어 제조 직후에, 플라스틱 대상물의 품질을 검사하기 위해 실행될 수 있다.
그러나, 여기서, 특히 제조 라인의 종점에서 측정 대상물을 연속 측정하는 경우에, 화상 대상물에 대한 테라헤르츠 측정 장치의 정확한 정렬이 항상 가능하지는 않다는 것이 명백해졌다. 측정 대상물의 부정확한 중심설정(centring)의 경우, 예를 들어 측정 장치에서의 플라스틱 파이프의 튜브 중심설정의 결여의 경우에, 광축을 갖는 입사 테라헤르츠 방사선은 더 이상 측정 대상물의 표면에 수직하게 충돌하지 않으며, 그에 따라 경계 층에서 반사된 방사선은 더 이상 광축을 따라 송신기-수신기 유닛으로 다시 반사되지 않고, 신호 강도 또는 진폭 강도는 측방향 조사로 인해 현저히 감소된다.
따라서, 예를 들어 측정 대상물을 기계적으로 안내함으로써, 위치설정을 위한 큰 노력이 필요하며; 또한, 때때로 아직은 연한 플라스틱 재료를 포함하는 플라스틱 대상물을 제조한 후의 즉각적인 측정은 때로는 불가능하다.
본 발명은 측정 대상물의 확실한 테라헤르츠 측정 및 층 두께 및/또는 거리의 정확한 결정을 가능하게 하는 목적에 기초하고 있다.
이러한 과제는 청구항 1에 따른 측정 방법뿐만 아니라, 독립 청구항에 따른 테라헤르츠 측정 장치에 의해 해결된다. 바람직한 다른 개발예가 하위-청구항에 기재되어 있다.
여기서, 본 발명에 따르면, 특히 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 테라헤르츠 측정 장치가 제공되며, 본 발명에 따른 방법은, 특히 본 발명에 따른 테라헤르츠 측정 장치를 사용하거나 이용하여 실행된다.
따라서, 측정 장치는 광축이 조정 가능하고 측정 대상물의 측정 동안에 조정되는 적어도 하나의 테라헤르츠 송수신 유닛을 구비한다.
여기서, 일 실시예에 따르면, 측정 대상물은 측정 대상물의 표면을 비접촉식 또는 접촉식으로 검출하는 추가적인 센서에 의해 감지될 수 있으며, 센서의 센서 신호는 제어기 장치에 의해 수신되고 송수신 유닛의 광축을 조정하는데 사용된다.
대안적으로, 바람직한 실시예에 따르면, 송신된 테라헤르츠 방사선의 광축은 조정 범위에 대해 연속적으로 또는 주기적으로 조정되고, 조정 범위의 다양한 조정 위치에서 측정이 실행된다. 조정은, 광축이 조정 각도에 의해 조정되고 조정 각도의 다양한 각도 위치에서 측정이 실행되도록, 특히 선회 또는 회전시킴으로써 실행될 수 있다. 또한, 병진 조정도 가능하다. 측정 후에, 조정 범위 내에서 실행된 몇몇 측정의 진폭이 비교되고, 수신된 테라헤르츠 방사선의 최대 진폭을 갖는 측정이 최상의 측정, 또는 수직 입사하는 것에 가장 근접한 입사각을 갖는 측정으로서 사용된다. 이러한 측정은 측정 방법의 측정으로서 직접 사용될 수 있거나, 광축을 조정하는데 사용될 수도 있다.
따라서, 조정 범위, 예를 들어 조정 각도 내에서의 광축의 그러한 연속적인 조정에 따르면, 몇 가지 이점이 달성된다:
높은 신호 및 정확한 측정을 야기하는 테라헤르츠 방사선의 정확하게 또는 본질적으로 수직한 입사에 의한 측정이 거의 노력 없이 실행될 수 있다.
여기서, 특히 연한 재료가 포함된 제조 직후의 일부 플라스틱 제품에 대한 큰 기술적인 노력이 필요할 수 있는 측정 대상물 자체의 조정 또는 트래킹(tracking)이 필요하지 않다. 따라서, 본 발명에 따르면, 예컨대 플라스틱 파이프 또는 플라스틱 시트와 같은, 특히 연속적인 플라스틱 제품 또는 무한 절차(endless procedure)로 제조된 제품은 연속 제조 직후에 측정 장치에 의해 측정될 수 있다.
또한, 조정 범위 내에서의 광축의 주기적인 조정을 사용하여, 예를 들어 매번 측정 헤드를 결정된 조정 불량(mal-adjustment)에 대해 구체적으로 조정할 필요 없이, 연속 조정 절차가 달성될 수 있으며; 어떤 측정이 최대 진폭을 나타내는지에 대한 후속 결정은 이러한 측정이 직접 사용될 수 있도록 하기에 충분하다. 또한, 여기서, 예를 들어 상이한 조정 위치 또는 측정 위치에서 개별적인 측정을 수행하기 위해 조정 모터의 중간 정지가 요구되지 않으며; 오히려, 테라헤르츠 방사선의 실행 시간이 매우 짧고 하나의 측정 내에서 광축의 관련 기계적 시프트(shift)가 없기 때문에, 측정은 조정 모터의 어떠한 정지도 없이 주기적인 조정 동안에 실행될 수 있다.
광축의 조정은 상이한 실시예에 따라 실행될 수 있다:
따라서, 한편으로는, 광축을 갖는 측정 헤드는 예를 들어 각도 조정 모터, 또는 예컨대 병진 조정 모터를 사용하여 전체적으로 조정될 수 있다. 대안적으로, 테라헤르츠 방사선의 송신기 및 수신기는 고정된 상태로 유지될 수 있고, 테라헤르츠 방사선은 광학 어레이, 예를 들어 적어도 하나의 조정 가능한 미러, 예컨대 금속 미러, 프리즘 또는 다른 반사 표면을 포함하는 미러 어레이를 통해 조정될 수 있어, 조정될 질량이 낮아진다. 따라서, 예를 들면, 빔 경로 내의 조정 가능한 미러는 조정 각도의 절반만큼 연속적으로 조정될 수 있다. 여기서, 테라헤르츠 빔의 광축을 나타내기 위해서, 예를 들어 가시광 범위의 레이저 빔을 추가로 포함하는 것도 가능하다.
조정은 단일 축 또는 2개의 축에서 일어날 수 있다. 조정이 하나의 축에서만 일어나는 경우, 조정은, 특히 이송 방향에 대해 수직하게, 즉 이송 방향에 평행한 조정 축에 대해 조정이 실행될 수 있다. 또한, 축을 조정하는 것 이외에, 예를 들면, 측정 헤드와 측정 대상물 사이의 거리도 변경될 수 있다. 예를 들어 2개의 축에 대한 조정의 경우에, 검사될 측정 대상물에 따라, 2개의 축에 대한 조정 각도 또는 방향이 상이할 수 있으며; 따라서 검사될 측정 대상물의 이송 방향 또는 반송 방향에 수직인 조정 각도가 보다 커질 수 있는데, 이는, 이러한 경우에, 조정 불량 또는 위치설정 오차, 예를 들어 검사될 플라스틱 파이프의 튜브 위치설정 오차가 이송 방향을 따른 측정 대상물의 표면의 부정확한 위치설정보다 큰 각도 오차를 초래할 수 있기 때문이다.
둘레 방향 주위에 배열된, 예를 들어 분포된 몇몇의 테라헤르츠 송신기/수신기 장치를 포함하는 측정 장치의 경우에, 측정 결과 또는 측정으로부터 결정된 값은 또한 서로 비교되고, 다른 테라헤르츠 송신기/수신기 장치에 사용될 수 있다. 따라서, 테라헤르츠 신호의 실행 시간을 사용하여, 표면과 송수신 유닛 또는 그것의 측정 헤드 사이의 거리, 및 이로부터 예를 들어, 측정 장치의 축 중심으로부터 플라스틱 파이프의 대칭축의 위치 또는 편차를 또한 결정하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 특히, 측정 대상물의 층 두께 및/또는 거리, 예를 들어 또한 외측 치수가 결정될 수 있다. 층은 예를 들어 측정 대상물의 벽뿐만 아니라, 자유 공간, 예를 들어 공기 충진 층으로서의 튜브의 내부 틈새일 수도 있다.
특히, 테라헤르츠 방사선은 0.01 THz 내지 50 THz, 특히 0.05 THz 내지 20 THz의 주파수 범위에서 이용될 수 있다. 여기서, 테라헤르츠 방사선은 특히 송신기/수신기 쌍극자(dipole)에 의해 완전히 전자적으로 송신 및 수신될 수 있다.
측정 및 평가는 시간 영역(time domain)에서 실행되거나, 대안적으로 주파수 영역(frequency domain)에서 푸리에(Fourier) 변환될 수 있다.
이어서, 본 발명의 몇몇 실시예가 첨부된 도면에 의해 예시된다.
도 1은 각도 위치의 조정없이 또는 조정 이전에 부정확한 중심설정의 경우에 튜브 형태의 측정 대상물을 측정하기 위한 측정 장치의 단면도를 도시하고;
도 2는 측정 장치의 최적의 중심설정을 갖는 테라헤르츠 벽 두께 측정을 적용하는 경우에 플라스틱으로 제조된 측정 대상물의 층 두께 또는 벽 두께를 결정하는 측정 원리를 도시하고;
도 3은 측정 장치의 부정확한 중심설정을 갖는 도 2로부터의 측정 원리를 도시하고;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 층 두께 측정 방법에 의한 측정 상황을 도시하고;
도 5는 부정확한 각도 조정을 갖는 측정 장치의 일 실시예를 도시하고;
도 6은 측정 장치의 각도 조정에 의한 후속 보상을 갖는 도 5의 실시예에 대응하는 실시예를 도시하고;
도 7 및 도 8은 미러 어레이의 병진 조정을 갖는 일 실시예를 도시하고;
도 9 및 도 10은 테라헤르츠 측정 장치의 측정 헤드의 병진 조정을 갖는 일 실시예를 도시하며;
도 11 및 도 12는 측정 장치의 지지 링의 병진 조정을 갖는 일 실시예를 도시한다.
테라헤르츠 측정 장치(1)는 벽 두께(d)를 갖는 원통형 또는 튜브형 벽(3)을 갖는 측정 대상물(2), 본 경우에는 플라스틱 파이프(2)를 측정하는 역할을 한다. 측정 장치(1)는 특히 제조 프로세스, 예를 들어 압출기의 종점에 인라인으로 직접 제공될 수 있으며, 이에 따라 플라스틱 파이프(2)는 테라헤르츠 측정 장치(1)를 통해 길이 방향, 즉 제조 방향 및 반송 방향으로 안내된다.
이상적으로, 플라스틱 파이프(2)는 축방향으로 또는 중심으로, 즉 테라헤르츠 측정 장치(1)의 대칭축(A) 상에 그 튜브 축(B)을 갖지만; 도 1에 따르면, 중심에서 벗어난 위치, 즉 튜브 축(B)이 대칭축(A)으로부터 벗어난 파이프 위치설정 오차가 존재할 수 있다. 그러한 위치설정 오차는 플라스틱 파이프(2)의 새깅(sagging) 동안에, 또는 새롭게 압출된 플라스틱 파이프(2)의 탄성 재료의 진동으로 인해 나타날 수 있다.
테라헤르츠 측정 장치(1)는 테라헤르츠 측정 장치(1)의 둘레부에 걸쳐서 분포되고, 내부를 향하여, 도 1에 따르면 대칭축(A)을 향하여 정렬된 몇몇의 테라헤르츠 송수신 유닛(4)을 포함한다.
테라헤르츠 송수신 유닛(4) 각각은, 특히, 0.01 THz 내지 50 THz, 특히 0.05 THz 내지 20THz, 특히 0.1 THz 내지 10 THz의 주파수 범위에서 테라헤르츠 방사선(7a)을 송신하기 위한, 도 1에 도시된 테라헤르츠 송신기뿐만 아니라, 전술한 주파수 범위에서 역 반사된 테라헤르츠 방사선(7b)을 수신하기 위한 도시된 수신기 장치(6)를 포함한다. 제어기 유닛(8)에서 결정이 일어나며, 테라헤르츠 송수신 유닛(4) 각각은 자체의 제어기 유닛(8)을 가질 수 있거나, 공통 제어기 유닛(8)이 몇몇의 테라헤르츠 송수신 유닛(4)에 제공된다. 도 2 내지 도 4는 측정 원리를 보다 상세하게 도시한다:
도 2는 정확한 정렬에서의 측정을 도시하고 있다. 도 2의 a)에 따르면, 송수신 유닛(4)은 테라헤르츠 방사선(7a)을 플라스틱 파이프(2) 상의 중심에 방사하고; 도 2의 b)에 따르면, 그에 따라 테라헤르츠 방사선(7a)이 측정 대상물로서 작용하는 플라스틱 시트(102) 상에 수직으로 조사된다. 2개의 측정 대상물(2 및 102)의 플라스틱 재료는 테라헤르츠 방사선(7)에 대해 각각 투명하지만; 진공 또는 공기가 n=1의 굴절률을 나타내는 반면, 플라스틱 재료는 약 n=1.5의 굴절률을 갖는다. 따라서, 경계면 전이부에서, 즉 튜브 벽(2a)의 외측 및 튜브 벽(2b)의 내측, 또는 시트(102a)의 외측 및 시트(102b)의 내측에서, 각각 테라헤르츠 방사선(7)의 부분적인 반사가 존재할 것이다. 도 2의 c)는 수신된 테라헤르츠 방사선의 진폭(A)의 측정 다이어그램을 도시하는데, 여기서 측정 피크 p1은 시간 t1에서 나타나고, 측정 피크 p2는 시간 t2에서 나타날 수 있으며, t2-t1의 시간차는 벽 두께(d)와 굴절률(n)을 갖는 파이프 벽(3)을 2회 통과할 때의 테라헤르츠 방사선(7)의 전파 시간차를 나타내며, 즉 예를 들면,
d = c(t2-t1)/2n
이다.
결과적으로, 도 1의 테라헤르츠 송수신 유닛(4)의 대부분에 존재하는 도 3에 따른 부정확한 중심설정의 경우에, 테라헤르츠 송수신 유닛(4)의 광축(C)은, 도 3의 a)에 따르면 플라스틱 파이프(2)의 튜브 축(B)을 통과하지 않거나, 도 3의 b)에 따르면 플라스틱 시트(102)에 수직하지 않아서, 반사된 테라헤르츠 빔(7b)은 정확하게 광축(C)으로 역 반사되지 않고, 오히려 광축(C)에 대해 시프팅된 오차 위치 각도 β≠0으로 역 반사된다. 따라서, 도 3의 c)에 따르면, 측정 신호의 약한 진폭이 인식되고, 이것은 큰 오차 위치 각도의 경우에 전체적으로 사라질 수도 있다. 약한 신호 외에도, 측정에서의 오차가 발생할 수 있다.
본 발명에 따르면, 표면(2a 또는 102a)에 대한 테라헤르츠 송수신 유닛(4)의 광축(C)의 각도 위치 또는 조정 불량이 결정되고 교정되거나, 수직 측정이 상이한 각도 위치에서의 측정 및 비교에 의해 결정된다.
여기서, 광축의 수직 정렬을 갖는 측정이 달성되는 상이한 실시예가 제공된다.
제1 대안예 A에 따르면, 표면(2a 또는 102a)은 위치 센서로서 작용하는 다른 센서에 의해 덮인다. 위치 센서는 측정 대상물(2 또는 102)의 정확한 위치를 비접촉식 또는 접촉식으로 검출할 수 있어, 측정 헤드(4a) 및 그에 따른 광축(C)의 위치가 대응적으로 자동으로 조정되고 표면(2a 또는 102a) 상에 수직으로 정렬되게 한다.
대안예 B에 따르면, 몇몇의 측정이 조정 각도 범위(α) 내에서 실행되고, 적절한 위치, 즉 측정된 표면(2a 또는 102a)에 대한 광축(C)의 수직 입사가 측정으로부터 결정된다. 여기서, 또한 몇몇의 실시예가 가능하다:
도 4에서, 측정 헤드(4a)는 그 각도 위치가 1개 또는 2개의 축에서 모터-조정 가능하여, 측정 헤드(4a)의 광축(C)이 하나의 방향 또는 두 방향으로 조정된다. 여기서, 1개의 축을 조정하는 것 이외에도, 측정 헤드(4a)로부터 검사 대상물(2 또는 102)까지의 거리(d4)를 변경하는 것도 가능하다.
따라서, 도 4의 실시예에 따르면, 각각의 테라헤르츠 송수신 유닛(4)의 측정 헤드(4a)는 도 4의 c)에 따른 신호를 측정하면서 조정 각도 범위(α)에서 축에 대해 조정함으로써 개별적으로 조정될 수 있으며, 연속적인 측정에서, 최적의 각도 위치는 최대 세기(I)의 피크에 존재하고, 따라서 도 4의 c)에 따르면, 피크(p1b, p2b), 즉 3개의 측정 중 제2 측정에 존재한다. 따라서, 피크(p1b, p2b)를 나타내는 제2 측정에서 이러한 축을 스캐닝할 때, 최적의 각도 위치 또는 수직 각도 위치가 도달되고, 이어서 통과된다. 일반적으로, 측정 대상물(2 또는 102)에 대한 최적 정렬은 조정 각도 범위(α)의 완전한 선회 절차 또는 스캔에서 도달되거나 충분히 정확하게 도달되어, 그 후에 추가 측정이 더 필요하지 않고, 최대 진폭을 갖는 측정이 직접 사용될 수 있다.
각도 위치를 변경함으로써, 즉 조정 각도 범위(α)에서 광축(C)을 조정함으로써 이러한 스캔은 예를 들어 2개의 축에서 연속적으로 실행될 수 있다.
테라헤르츠 방사선(7)의 입사 위치, 즉 광축(C)과 표면(2a 또는 102a)의 교차점은 또한, 테라헤르츠 전파 시간 신호와 조합하여, 테라헤르츠 방사선(7) 또는 광축(C)의 조정 또는 위치 센서의 조정의 측정된 각도 또는 병진 위치에 의해 계산 및 결정될 수도 있다.
따라서, 예를 들어 도 1에 따른 어레이에서, 테라헤르츠 송수신 유닛(4)을 통한 실행 시간 측정은, 이러한 테라헤르츠 송수신 유닛(4), 또는 선택적으로 또한 조정 가능한 측정 헤드(4a)를 조정하는 것 이외에도, 또한 전파 시간 측정에 의해, 테라헤르츠 송수신 유닛(4)에 대한 측정 대상물(2)의 거리를 결정하는 역할을 할 수 있어, 절대 위치가 알려지고, 그에 따라 측정 장치(1)의 대칭축(A)에 대한 튜브 축(B)의 이상 위치설정이 결정될 수 있고, 이에 기초하여, 다른 테라헤르츠 송수신 유닛(4)을 또한 정렬 또는 교정하는 것도 가능하다. 따라서, 둘레 방향으로 배열된 몇몇의 테라헤르츠 송수신 유닛(4)을 갖는 테라헤르츠 측정 장치(1)를 가지는 도 1에 따른 실시예에서는, 모든 테라헤르츠 송수신 유닛(4)이 위치의 보상 또는 교정을 실행하기 위해 그러한 각도 위치의 보상 또는 이상 위치의 결정을 실행하는 것이 불필요하다.
도 5 및 도 6은 다른 실시예를 도시하고 있으며, 여기서 테라헤르츠 송수신 유닛(4)의 광축(C)의 각도 위치의 보상이 교정되고, 본 경우에, 측정 헤드(4a)가 조정되는 것이 아니라, 테라헤르츠 빔(7)이 하나 이상의 미러(10, 11), 예를 들어 고정 미러(10) 및 조정 가능한 미러(11)를 통해 편향된다. 조정 가능한 미러(11)를 조정함으로써, 그에 따라 각도 위치를 보상하도록 광축(C)이 조정될 수 있다. 따라서, 이러한 실시예에 있어서, 또한 도 4의 c)의 다이어그램에 따른 연속적인 측정에서, 최적 각도 위치를 결정하기 위해 광축(C)이 조정 각도 범위(α)를 스캐닝하도록 조정 각도 범위(α)의 절반만큼 조정 가능한 미러가 조정되고, 이에 의해 최적의 측정은 관련 측정으로서 즉시 이용될 수 있다.
도 5 및 도 6에 따르면, 예를 들어 고정 미러(10)는 프리즘 또는 반투명 미러로서 설계되고, 그에 따라 여기 - 또는 다른 지점에서 - 광학 레이저(12)가 위치 마커로서 테라헤르츠 빔(7) 상에 중첩될 수 있다. 이 중첩은 시각적 검사를 위한 것일 수 있고, 또한 원칙적으로, 측정 장치(1)는 위치 마커에 의해 생성된 지점을 검출하고 측정 대상물(2, 102)의 위치를 결정하기 위한 광학 카메라를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 측정 대상물, 예를 들어 도 1에 도시된 플라스틱 파이프(2) 또는 플라스틱 시트(102)의 제조 동안에 모든 테라헤르츠 송수신 유닛(4)의 각도 위치를 인라인으로 연속적으로 교정하는 것이 가능하다.
그러한 각도 조정 이외에, 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 광축(C)의 병진 조정이 여전히 가능하다. 도 7 내지 도 12는 그러한 병진 조정의 다양한 실시예를 도시하고 있다:
도 7 및 도 8에 따르면, 조정 가능한 미러(11)는 선회되지 않고, 병진적으로 조정된다. 따라서, 고정 미러 및 조정 가능한 미러(11)의 미러 표면은, 예를 들어 항상 서로 평행하게 연장된다. 따라서, 조정 가능한 미러(11)는 예를 들어 도 7에 따른 시작 위치로부터 병진적으로 조정되고, 도 8의 위치에서, 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)이 측정 대상물(2)의 벽에 수직하게 충돌하는 측정 위치에 도달하고, 이 방사선이 최대 진폭 또는 최대 검출 신호로서 결정된다. 따라서, 다시, 측정이 실행되는 조정 가능한 미러(11)의 몇몇의 측정 위치에 도달한다. 도 7 및 도 8에 따른 도시된 실시예에서, 고정 미러(10)는 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)을 직각으로 재지향시키고; 그러한 실시예의 경우, 광축(C)에 수직하게 또한 측정 대상물(2)의 튜브 축(B)에 수직하게 연장되는 이러한 조정 방향(E)으로 조정 가능한 미러(11)를 조정하는 것이 또한 합리적이지만, 다른 병진 조정 방향이 가능하다. 도 8에 따르면, 측정 대상물(2) 상에의 테라헤르츠 방사선(7a)의 수직 입사를 갖는 측정 위치에 도달할 때까지, 예를 들어 조정 가능한 미러(11)의 조정 범위(s)가 설정된다. 전술한 실시예에 관한 추가의 예시는 도 7 및 도 8의 실시예와 유사하게 적용된다.
도 9 및 도 10의 실시예에 따르면, 미러 어레이의 조정 가능한 미러(11)뿐만 아니라 전체 측정 헤드(4a)는 가이드 장치(17)를 따라, 예를 들어 다시 광축(C)에 수직이고 각각의 측정 대상물(2)의 대칭축 또는 튜브 축(B)에 수직인 조정 방향(E)으로 병진적으로 조정되고, 그에 따라 상이한 조정 위치 또는 측정 위치에서 다시 측정이 수행되고, 전술한 실시예에 따른 측정의 대응하는 평가로 서로 비교될 수 있어, 도 10에 따르면, 조정 거리(s)의 경우에, 테라헤르츠 방사선의 수직 입사가 달성된다.
도 11 및 도 12의 실시예에서, 단일의 측정 헤드(4a)뿐만 아니라 테라헤르츠 송수신 유닛(4)이 링 형상으로 배열된 전체 측정 장치(1) 또는 지지 링(14)은 예를 들어 테라헤르츠 측정 장치(1)의 프레임(15) 또는 베이스(15)에 대해 병진적으로 조정된다. 여기서, 예를 들어 측정 장치(1)의 대칭축(A) 및 튜브 축(B)에 수직인 평면 또는 2개의 축에서의 조정이, 즉, 예컨대, 조정 방향(E) 및 광축(C)을 따른 조정 방향, 또는 이러한 평면 내의 다른 축으로 도시된 바와 같이, 실행될 수 있다.
또한, 조정 각도에 대한 선회, 즉 조정, 및 병진 조정의 임의의 조합이 가능하다.

Claims (15)

  1. 테라헤르츠 방사선(7)에 의해 측정 대상물(2, 102)의 층 두께(d) 또는 거리를 측정하기 위한 방법으로서, 적어도 하나의 테라헤르츠 빔(7a)이 광축(C)을 따라 테라헤르츠 송수신 유닛(4)으로부터 상기 측정 대상물(2, 102) 상에 조사되고, 상기 측정 대상물(2, 102)의 적어도 하나의 층(3)을 통과하거나 그에 도달하는, 그리고 반사되는 테라헤르츠 방사선(7)이 검출되어, 검출된 반사 테라헤르츠 방사선(7b)의 측정 신호(A)가 평가되고, 층 두께(d) 및/또는 거리가 상기 층(3)의 적어도 하나의 경계면(2a, 2b)에서 반사된 상기 방사선(7)의 전파 시간차(t2-t1)로부터 확인되는, 측정 방법에 있어서,
    다수의 측정이 상이한 광축(C)을 사용하여 실행되고, 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 광축(C)은 상기 측정 동안에 또는 상기 측정 사이에서 조정되고, 상기 다수의 측정 중 하나의 측정이 층 두께(d) 및/또는 거리를 확인하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 대상물의 표면(2a, 102a)은 센서에 의해 검출되고, 상기 방사된 테라헤르츠 방사선(7)의 광축(C)은, 상기 센서의 측정값에 따라, 상기 센서에 의해 결정되는 최소 거리의 위치에 정렬 및 재조정되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 광축(C)은 조정 범위(α, s), 특히 조정 각도 범위(α)에 걸쳐서 연속적으로 그리고 주기적으로 조정되고, 다수의 측정이 상기 조정 동안에 기록되고, 상기 다수의 측정은 서로 비교되고, 최대 진폭(A) 또는 최대 검출 신호를 갖는 측정이 층 두께(d)를 확인하기 위한 측정으로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 광축(C)은 조정 범위(α, s), 특히 조정 각도 범위(α)만큼, 서로에 대해 평행하지 않은 2개의 방향, 바람직하게는 2개의 직교 방향으로 주기적으로 조정되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 광축(C)은 상기 조정 각도(α)만큼의 방향으로 주기적으로 조정되고, 또한 상기 측정 대상물(2)에 테라헤르츠 방사선(7)을 방사하는 측정 헤드(4a)의 거리도 주기적으로 조정되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 광축(C)은 상기 조정 각도(α)만큼 상기 테라헤르츠 송수신 유닛(4)의 측정 헤드(4a)를 선회시킴으로써 조정되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠 송수신 유닛(4)은 방사되고 반사된 테라헤르츠 방사선(7, 7a, 7b)을 편향시키기 위한 조정 가능한 미러(11)를 포함하는 미러 어레이(mirror array; 10, 11)를 포함하며, 상기 조정 가능한 미러는 상기 광축(C)을 변경시키도록 조정되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 대상물(2, 102)의 표면(2a, 102a) 상에 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 입사 위치는 상기 측정, 특히 전파 시간의 결정으로부터 결정 및 식별되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 광축(C)은 상기 측정 동안에 또는 상기 측정 사이에서 병진적으로, 예를 들어 상기 광축(C)에 수직인 조정 방향(E)으로 조정되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제조 장치에서 생성된 플라스틱 제품, 예를 들어 플라스틱 파이프(2) 또는 플라스틱 시트(102)는, 제조된 후에, 적어도 하나의 테라헤르츠 송수신 유닛(4)을 갖는 측정 장치(1)를 따라 이송 방향으로 연속적으로 안내되고, 층 두께, 예를 들어 벽 두께(d)에 대해 상기 테라헤르츠 송수신 유닛(4)에 의해 검사되어,
    상기 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 광축(C)은 상기 이송 방향에 수직하게 정렬되고 상기 이송 방향에 수직인 평면에서 조정되며,
    상기 층 두께(d)는, 상기 테라헤르츠 방사선(7a)이 상기 층(d)의 표면(2a, 102a)에 진입할 때의 반사의 제1 측정 피크(p1)와, 나중에, 상기 층(d)의 투과 및 상기 층(d)으로부터의 빠져나갈 때의 반사 이후의 제2 측정 피크(p2) 사이의 시간차(t2-t1)가 결정되는 전파 시간 측정에 의해 결정되고, 상기 층 두께(d)는
    d = c(t2-t1)/2n
    으로부터 확인되며, 여기서, c는 진공에서의 빛의 속도이고, n은 테라헤르츠 방사선(7)에 대한 플라스틱 재료의 굴절률이며, (t2-t1)은 제1 측정 피크(p1)와 제2 측정 피크(p2) 사이의 시간차인 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
  11. 플라스틱으로 제조된 측정 대상물(2, 102)의 층 두께(d) 및/또는 거리를 측정하기 위한 테라헤르츠 측정 장치(1)로서, 테라헤르츠 방사선(7a)을 광축(C)을 따라 상기 측정 대상물(2, 102) 상에 방사하기 위한 송신기(5), 상기 측정 대상물(2, 102)로부터 반사된 테라헤르츠 방사선(7b)을 수신하기 위한 수신기(6), 및 상기 층의 제1 경계면 또는 외부 표면(2a)에서 반사된 테라헤르츠 방사선과 상기 층을 통과한 후에 제2 경계면에서 반사된 테라헤르츠 방사선의 전파 시간차로부터 층 두께(d)를 확인하기 위한 제어기 유닛(8)을 갖는 테라헤르츠 송수신 유닛(4)을 포함하는, 테라헤르츠 측정 장치(1)에 있어서,
    상기 테라헤르츠 송수신 유닛(4)의 적어도 일부는 조정 범위(α, s)에 대해 상기 광축(C)을 조정하기 위해 조정 가능하도록 설계되고, 상기 제어기 유닛(8)은 상기 광축(C)의 상이한 조정에서의 몇몇의 측정의 비교로부터 상기 층 두께(d)를 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 테라헤르츠 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 테라헤르츠 측정 장치(1)의 측정 헤드(4a)는 상기 조정 각도(α)에 대해 적어도 하나의 선회 축에서 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 테라헤르츠 측정 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 테라헤르츠 측정 장치(1)는 방사된 테라헤르츠 방사선(7a)의 광축(C)을 조정하기 위한 적어도 하나의 조정 범위(α, s), 바람직하게는 조정 각도 범위(α)에 대해 조정할 수 있는 적어도 하나의 조정 가능한 미러(11)를 갖는 미러 어레이(10, 11)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 테라헤르츠 측정 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테라헤르츠 측정 장치(1)는 상기 측정 대상물(2, 102)의 표면(2a, 102a)의 위치(position) 및/또는 장소(location)를 검출하기 위한 센서를 포함하며, 상기 제어기 유닛(8)은 상기 센서에 의해 검출된 장소에 따라 상기 광축(C)을 추적하는 것을 특징으로 하는, 테라헤르츠 측정 장치.
  15. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기 유닛(8)은 조정 범위(α, s), 바람직하게는 조정 각도 범위(α) 내에서 주기적으로 상기 광축(C)을 조정하고, 상기 조정 범위에서의 측정 신호를 연속적으로 기록하며, 상기 제어기 유닛(8)은 상기 측정 대상물(2, 102)의 표면(2a, 102a) 상으로의 수직 입사를 갖는 측정으로서 최대 진폭을 갖는 측정을 이용하는 것을 특징으로 하는, 테라헤르츠 측정 장치.
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