运动的卷筒材料或片的非接触式厚度或纸的厚度测量技术采用包括第１传感器头和第２传感器头的传感器装置，两传感器头互相分离以便限定运动的卷筒材料通过的路径。传感器装置将激光产生的多点图案投射到运动卷筒材料的上表面上。图案的图案识别算法分析确定运动卷筒材料的取向、如倾斜度。该装置还测定薄膜的倾斜度、在第１传感器头和第１卷筒材料表面之间的距离、在第２传感器头和第２卷筒材料表面之间的距离和两个传感器头之间的距离以便提供高精度的运动卷筒材料在线厚度测量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用于非接触式厚度或纸的厚度(caliper)的测量， 和特别是涉及一种装置，它投射激光产生的多点图案，到沿着垂直间 隔的两个传感器头之间的路径运动的薄膜上表面上。该装置测量薄膜 的倾斜度、在上传感器头和薄膜上表面之间的距离、在下传感器头和 薄膜下表面之间的距离、和两个传感器头之间的距离以便测定移动巻 筒材料的厚度。
技术介绍
现有很多方法来测量运动巻筒材料(web)或薄片，如纸的厚度。 两种最通用的技术包括使用接触的滑道或滑轨直接测量厚度，它们沿 着巻筒材料的两个表面轻轻地滑过，和非接触式的推理方法，应用巻 筒材料的辐射吸收来测定巻筒材料单位面积的重量然后推理出厚度， 只要已知有足够精度的该材料的密度。现有这些方法的许多变型和改 进，但是每种技术有很多潜在的缺点。接触方法有3个基本的问题。第1,要测量材料的强度可能限制该 方法。例如，对薄纸这样易碎的片，接触的轨道有可能在片的表面上 磨出偏差，在片上造成伤痕或最终造成片的撕裂。第2,片本身可能伤 害纸厚度传感器，由于在接触元件上的磨损或者由于在片断裂时引起 的实质损害。对横过该片的纸厚度传感器，当传感器跨过该片的边缘 时也可能造成伤害。第3,由于在接触元件上污染物的累积可能对接触 式传感器造成有害的影响，如对于有涂层的或有填料的片或者包含回 收材料的片都可能发生这种情况。非接触式推理的厚度测量法避免了接触式方法的许多问题，但是 仍有一组新的问题。例如，当已知产品的密度时厚度测量通用的放射 性源，在某些巻筒材料市场上是禁止使用的。还有放射性的测量是推 理式的，这意味着如果不能预测巻筒材料的密度，在计算得出的厚度 值可以有很大的误差。几个专利已经提出使用激光测量运动巻筒材料的厚度与现有的其他方法比较起来可能是很有前途的选择。 一个这样的系统是Kramer的 美国专利5,210,593号和另一个这样的系统描述在Watson的美国专利 4,276,480中。在两个系统中，激光纸厚度测定仪包括在巻筒材料两侧 的激光源，它们的光对准巻筒材料的表面接着被反射到接受器。然后 利用接受的激光信号的特征来测定每个接受器到巻筒材料表面的距 离。将这些距离加在一起，从两个激光接受器之间已知的距离中减去 和值。所得的值代表巻筒材料的厚度。上述厚度测量的非接触方法有所希望的特性，它们消除了接触式 方法和非接触式推理方法的许多缺点。但是，前面的非接触式技术仍 有很多困难，可能限制它们的应用在相对精度较低的场合。一个问题是巻筒材料不可能总是垂直于入射的光，这是由于巻筒 材料有跳动式间歇地成波浪运动的倾向。如果巻筒材料不是垂直于入 射光和从两个相对光源来的光束不是精确地对准在巻筒材料上的同一 点，那么测量中就可能会产生很大的误差。许多因素都可能造成这种 情况。首先，从第1激光测量点到第2激光测量点的实际巻筒材料厚 度变化可能造成不正确的厚度的测量。其次，如果巻筒材料不垂直于 入射光，那么测量技术将造成厚度值的误差与巻筒材料的角度和在片 的表面上两个测量点的位移成比例。巻筒材料的跳动和振荡都可能进 一步加大这个误差。投射激光到纸或薄膜上的另一个问题是，该表面通常不是完全限 定的以及纸或薄膜是半透明的。使用位置敏感的探测器，如侧面作用 探测器(LEP) 、 4传感器或2传感器的探测器，的目前激光三角网传 感器包含的信息不够求出该表面的"实际"表面位置。部分是由测量仪器实际尺寸的热效应或由装置标定造成的各种系 统几何形状的瞬间变化都可能使测量精度下降。这些效应可能很难通 过测量在仪器中各点的温度和应用合适的校正装置来直接定量表示。 当测量装置的精度水平接近于测量和控制如新闻纸或其他薄的产品所 需的水平时，这些有害的影响实际上变得更加明显。
技术实现思路
本专利技术部分是根据测量薄膜厚度特别是厚度小于1毫米的运动薄 膜的非接触技术开发出来的。本专利技术采用光学传感器仪表，它有间隔的两个传感器头来限定定位薄膜的路径。将已知几何形状的图案映射 到薄膜的表面上和用图案识别算法分析该图像以便测定传感器头到薄 膜的距离和薄膜的倾斜度。不象原有的技术，本专利技术不需要检测光束 最大程度的重叠以便补偿纸的倾斜，这是目前的方法采用在纸片的两 侧有Z距离的单点激光距离测量所要求的。本方法也不需要对所测纸 张两侧上的激光束对准度作出严格的容限要求。形成图像的 一种优选 方法是仅将激光束图案投射在一个表面和在另一表面上使用单点激 光。可供选择的另一种方法是在每个表面上的投射不同的激光束图 案。可以使用本专利技术所属
的普通技术人员已知的许多代替的 方法来产生和投射激光图案，如线条、点的矩阵或圓形，例如这些包括(a)衍射光学元件(DOE) ， (b)声光束偏导器，(c)电流计 驱动的扫描镜(检流计镜)，和(d)基本的光学元件，如分光器、镜 子、和棱镜。在一个实施例中，本专利技术目标是用于测量有第1表面和第2表面 的巻筒材料厚度的一种系统，它包括(a) 设置在巻筒材料第l表面附近的第l传感器头，其中第l传 感器头包括(i)产生和投射图像到巻筒材料第l表面上的机构和(ii) 检测该图像和将该图像转换成与电子图像相对应的电信号的机构；(b) 分拆该电子图像以便测定第1传感器头与巻筒材料第1表面 所选位置之间距离的才几构；(c) 设置在巻筒材料第2表面附近的第2传感器头，其中第2传 感器头包括测量从第2传感器头到第2表面上所选位置之间距离的机 构；(d) 测量从第1传感器头到第2传感器头的距离的机构；(e) 计算该巻筒材料厚度的机构。在另一个实施例中，本专利技术目标是测量有第1和第2表面的巻筒 材料厚度的非接触方法，所述方法包括如下各步骤(a) 将第1传感器头定位在巻筒材料的第l表面附近；(b) 将第2传感器头定位在巻筒材料的第2表面附近；(c) 测量从第1传感器头到第2传感器头的距离；(d) 将有图案的图像投射到巻筒材料的第l表面上；(e) 检测和分析该图像，应用局部光强最大来定义该图像，以便测定巻筒材料表面相对第l传感器头、第2传感器头、或者两者的取向；(f) 检测和分析该图像，应用局部光强最大来测定巻筒材料表面 和第1传感器头之间的距离；(g) 测量从第2传感器头到巻筒材料第2表面上某位置的距离；(h) 测量垂直于第1 (上)和第2 (下)传感器头连线的方向上 的距离偏差；和(i) 计算该巻筒材料的厚度。附图说明图l和图2是非接触式厚度测定仪；和其修改方案的剖面图； 图3说明被投射到运动纸片上表面上图案的平面图。具体实施方表面24和表面44优选地是互相平行和互相分隔一段 记为Z的距离。式如在图1中所示，本专利技术非接触式巻筒材料或片的厚度测量装置 包括第1和第2机壳或头10和20,它们是垂直间隔的。该头不必有机 械平的表面。各传感器的平面最好是平行的。每个传感器头包括各种 光学传感器如这里要进一步描述的那样用于测量选定的尺寸。定位在 传感器头之间的巻筒材料18在y轴方向线性运动。由于很难机械地约束运动的巻筒材料，巻筒材料18不是必定沿着 平行于平表面24、 44的直线运动。在这个例子中，巻筒材料18是倾 斜的；将巻筒材料18的上或第1表面24与X轴之间的夹角记为6 。 通常巻筒材料的上和下的平的表面是互相平行的，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种系统，用于测量有第１表面（２６）和第２表面（２８）的卷筒材料厚度，它包括：（ａ）设置在卷筒材料（１８）第１表面（２６）附近的第１传感器头（１０），其中第１传感器头（１０）包括（ｉ）投射图案（１３）到卷筒材料（１８）第一表面（２６）上的机构和（ｉｉ）检测所投射图案的图像（１４）和将该图像（１４）转换成与电子图像（１６）相对应的电信号的机构；（ｂ）分析该电子图像（５０）以便测定第１传感器头（１０）与卷筒材料（１８）第１表面（２６）上所选位置之间距离的机构；（ｃ）设置在卷筒材料（１８）第２表面（２８）附近的第２传感器头（２０），其中第２传感器头（２０）包括测量从第２传感器头（２０）到第２表面（２８）上所选位置之间距离（３２Ｃ）的机构；（ｄ）测量从第１传感器头（１０）到第２传感器头（２０）的距离（３０）的机构；（ｅ）测量卷筒材料（１８）倾斜角（５０）的机构；（ｆ）测量第１和第２传感器头（１０、２０）相对不对准度（１６、３２Ｃ）的机构；和（ｇ）计算卷筒材料（１８）厚度（５０）的机构。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：TW贾辛斯基，FM哈兰，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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