專利名稱：薄膜厚度的測量方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于非接觸式厚度或紙的厚度(caliper)的測量， 和特別是涉及一種裝置，它投射激光產(chǎn)生的多點圖案，到沿著垂直間 隔的兩個傳感器頭之間的路徑運動的薄膜上表面上。該裝置測量薄膜 的傾斜度、在上傳感器頭和薄膜上表面之間的距離、在下傳感器頭和 薄膜下表面之間的距離、和兩個傳感器頭之間的距離以便測定移動巻 筒材料的厚度。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有很多方法來測量運動巻筒材料(web)或薄片，如紙的厚度。 兩種最通用的技術(shù)包括使用接觸的滑道或滑軌直接測量厚度，它們沿 著巻筒材料的兩個表面輕輕地滑過，和非接觸式的推理方法，應(yīng)用巻 筒材料的輻射吸收來測定巻筒材料單位面積的重量然后推理出厚度， 只要已知有足夠精度的該材料的密度。現(xiàn)有這些方法的許多變型和改 進，但是每種技術(shù)有很多潛在的缺點。接觸方法有3個基本的問題。第1,要測量材料的強度可能限制該 方法。例如，對薄紙這樣易碎的片，接觸的軌道有可能在片的表面上 磨出偏差，在片上造成傷痕或最終造成片的撕裂。第2,片本身可能傷 害紙厚度傳感器，由于在接觸元件上的磨損或者由于在片斷裂時引起 的實質(zhì)損害。對橫過該片的紙厚度傳感器，當傳感器跨過該片的邊緣 時也可能造成傷害。第3,由于在接觸元件上污染物的累積可能對接觸 式傳感器造成有害的影響，如對于有涂層的或有填料的片或者包含回 收材料的片都可能發(fā)生這種情況。非接觸式推理的厚度測量法避免了接觸式方法的許多問題，但是 仍有一組新的問題。例如，當已知產(chǎn)品的密度時厚度測量通用的放射 性源，在某些巻筒材料市場上是禁止使用的。還有放射性的測量是推 理式的，這意味著如果不能預(yù)測巻筒材料的密度，在計算得出的厚度 值可以有很大的誤差。幾個專利已經(jīng)提出使用激光測量運動巻筒材料的厚度與現(xiàn)有的其
他方法比較起來可能是很有前途的選擇。 一個這樣的系統(tǒng)是Kramer的 美國專利5,210,593號和另一個這樣的系統(tǒng)描述在Watson的美國專利 4,276,480中。在兩個系統(tǒng)中，激光紙厚度測定儀包括在巻筒材料兩側(cè) 的激光源，它們的光對準巻筒材料的表面接著被反射到接受器。然后 利用接受的激光信號的特征來測定每個接受器到巻筒材料表面的距 離。將這些距離加在一起，從兩個激光接受器之間已知的距離中減去 和值。所得的值代表巻筒材料的厚度。上述厚度測量的非接觸方法有所希望的特性，它們消除了接觸式 方法和非接觸式推理方法的許多缺點。但是，前面的非接觸式技術(shù)仍 有很多困難，可能限制它們的應(yīng)用在相對精度較低的場合。一個問題是巻筒材料不可能總是垂直于入射的光，這是由于巻筒 材料有跳動式間歇地成波浪運動的傾向。如果巻筒材料不是垂直于入 射光和從兩個相對光源來的光束不是精確地對準在巻筒材料上的同一 點，那么測量中就可能會產(chǎn)生很大的誤差。許多因素都可能造成這種 情況。首先，從第1激光測量點到第2激光測量點的實際巻筒材料厚 度變化可能造成不正確的厚度的測量。其次，如果巻筒材料不垂直于 入射光，那么測量技術(shù)將造成厚度值的誤差與巻筒材料的角度和在片 的表面上兩個測量點的位移成比例。巻筒材料的跳動和振蕩都可能進 一步加大這個誤差。投射激光到紙或薄膜上的另一個問題是，該表面通常不是完全限 定的以及紙或薄膜是半透明的。使用位置敏感的探測器，如側(cè)面作用 探測器(LEP) 、 4傳感器或2傳感器的探測器，的目前激光三角網(wǎng)傳 感器包含的信息不夠求出該表面的"實際"表面位置。部分是由測量儀器實際尺寸的熱效應(yīng)或由裝置標定造成的各種系 統(tǒng)幾何形狀的瞬間變化都可能使測量精度下降。這些效應(yīng)可能很難通 過測量在儀器中各點的溫度和應(yīng)用合適的校正裝置來直接定量表示。 當測量裝置的精度水平接近于測量和控制如新聞紙或其他薄的產(chǎn)品所 需的水平時，這些有害的影響實際上變得更加明顯。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明部分是根據(jù)測量薄膜厚度特別是厚度小于1毫米的運動薄 膜的非接觸技術(shù)開發(fā)出來的。本發(fā)明采用光學(xué)傳感器儀表，它有間隔
的兩個傳感器頭來限定定位薄膜的路徑。將已知幾何形狀的圖案映射 到薄膜的表面上和用圖案識別算法分析該圖像以便測定傳感器頭到薄 膜的距離和薄膜的傾斜度。不象原有的技術(shù)，本發(fā)明不需要檢測光束 最大程度的重疊以便補償紙的傾斜，這是目前的方法采用在紙片的兩 側(cè)有Z距離的單點激光距離測量所要求的。本方法也不需要對所測紙 張兩側(cè)上的激光束對準度作出嚴格的容限要求。形成圖像的 一種優(yōu)選 方法是僅將激光束圖案投射在一個表面和在另一表面上使用單點激 光?？晒┻x擇的另一種方法是在每個表面上的投射不同的激光束圖 案?？梢允褂帽景l(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的許多代替的 方法來產(chǎn)生和投射激光圖案，如線條、點的矩陣或圓形，例如這些包括(a)衍射光學(xué)元件(DOE) ， (b)聲光束偏導(dǎo)器，(c)電流計 驅(qū)動的掃描鏡(檢流計鏡)，和(d)基本的光學(xué)元件，如分光器、鏡 子、和棱鏡。在一個實施例中，本發(fā)明目標是用于測量有第1表面和第2表面 的巻筒材料厚度的一種系統(tǒng)，它包括(a) 設(shè)置在巻筒材料第l表面附近的第l傳感器頭，其中第l傳 感器頭包括(i)產(chǎn)生和投射圖像到巻筒材料第l表面上的機構(gòu)和(ii) 檢測該圖像和將該圖像轉(zhuǎn)換成與電子圖像相對應(yīng)的電信號的機構(gòu)；(b) 分拆該電子圖像以便測定第1傳感器頭與巻筒材料第1表面 所選位置之間距離的才幾構(gòu)；(c) 設(shè)置在巻筒材料第2表面附近的第2傳感器頭，其中第2傳 感器頭包括測量從第2傳感器頭到第2表面上所選位置之間距離的機 構(gòu)；(d) 測量從第1傳感器頭到第2傳感器頭的距離的機構(gòu)；(e) 計算該巻筒材料厚度的機構(gòu)。在另一個實施例中，本發(fā)明目標是測量有第1和第2表面的巻筒 材料厚度的非接觸方法，所述方法包括如下各步驟(a) 將第1傳感器頭定位在巻筒材料的第l表面附近；(b) 將第2傳感器頭定位在巻筒材料的第2表面附近；(c) 測量從第1傳感器頭到第2傳感器頭的距離；(d) 將有圖案的圖像投射到巻筒材料的第l表面上；(e) 檢測和分析該圖像，應(yīng)用局部光強最大來定義該圖像，以便
測定巻筒材料表面相對第l傳感器頭、第2傳感器頭、或者兩者的取向；(f) 檢測和分析該圖像，應(yīng)用局部光強最大來測定巻筒材料表面 和第1傳感器頭之間的距離；(g) 測量從第2傳感器頭到巻筒材料第2表面上某位置的距離；(h) 測量垂直于第1 (上)和第2 (下)傳感器頭連線的方向上 的距離偏差；和(i) 計算該巻筒材料的厚度。


圖l和圖2是非接觸式厚度測定儀；和其修改方案的剖面圖； 圖3說明被投射到運動紙片上表面上圖案的平面圖。具體實施方表面24和表面44優(yōu)選地是互相平行和互相分隔一段 記為Z的距離。式如在圖1中所示，本發(fā)明非接觸式巻筒材料或片的厚度測量裝置 包括第1和第2機殼或頭10和20,它們是垂直間隔的。該頭不必有機 械平的表面。各傳感器的平面最好是平行的。每個傳感器頭包括各種 光學(xué)傳感器如這里要進一步描述的那樣用于測量選定的尺寸。定位在 傳感器頭之間的巻筒材料18在y軸方向線性運動。由于很難機械地約束運動的巻筒材料，巻筒材料18不是必定沿著 平行于平表面24、 44的直線運動。在這個例子中，巻筒材料18是傾 斜的；將巻筒材料18的上或第1表面24與X軸之間的夾角記為6 。 通常巻筒材料的上和下的平的表面是互相平行的，所以與上表面形成 的夾角6與下表面形成的夾角cl)是相等的。定位在巻筒材料18的第1表面26上面的第1頭10包括激光源 12、和生成圖案的鏡片13,鏡片把圖像14投射到巻筒材料18的第1 表面26上。圖像14可以是任何的圖案，例如包括幾何圖形、線條、 十字、 一組點、和類似的圖形?？梢允褂靡阎脑S多代替的方法在生 成圖案的鏡片中產(chǎn)生和投射激光圖案，如線條、點的矩陣或圓形，這 些方法包括但不局限于(a)衍射的光學(xué)元件(DOE)，其中轉(zhuǎn)變激光束到預(yù)定角度的衍
射產(chǎn)生圖案，如從MEMS Optical公司(Huntsville AL )或Stoker Yale 公司(Salem，NH )可以獲得的那些元件。(b) 聲光束偏導(dǎo)器，其中由轉(zhuǎn)變激光束衍射產(chǎn)生圖案和通過使用 合適的驅(qū)動電子設(shè)備可以動態(tài)調(diào)節(jié)衍射角，如從Isomet公司(Springfield, VA )可以獲得的那些元件。(c) 電流計驅(qū)動的掃描鏡(檢流計鏡)，其中通過合適的控制電 子設(shè)備驅(qū)動的電流計操縱的鏡子將激光束反射到預(yù)定的角度來產(chǎn)生圖 案，如乂人Cambridge Technology 7〉司(Cambridge, MA ),或Nutfield Technology公司(Nutfield， NH )可以獲得的那些元件。(d) 基本的光學(xué)元件，例如包括光束分光器、鏡子、和棱鏡。 一般來說，只需測量和分析3個離散的點來測定空間取向和巻筒材料第1表面26相對第1傳感器平面24的距離。例如，可以產(chǎn)生和 投射的一個圖案是圓形，由投射的光圓錐體與同圓錐軸垂直的表面相 交時產(chǎn)生。該圓的直徑正比于光源與該表面之間的距離和當投射到傾 斜的表面上時和當偏離軸線位置觀察時它轉(zhuǎn)變成橢圓。橢圓的數(shù)學(xué)方 程式是簡單的和可以用曲線擬合算法相對容易地實現(xiàn)。圖像檢測器 16,如固態(tài)攝像機，檢測圖像14并將圖像轉(zhuǎn)換成與電子圖像對應(yīng)的電 信號。合適的圖像檢測器是硅電荷耦合器件(CCD)相機或互補型金 屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)相機。與檢測器16電氣連接的計算機系統(tǒng) (50)包括圖像識別軟件以便對電子圖像進行處理如這里要進 一 步描 述的那樣。定位在巻筒材料18的下或第2表面28下的第2頭20有激光距離 傳感器，它測量從頭44到巻筒材料18表面28的距離。投射點(它是 表面26上的"C"點)應(yīng)在檢測器16的視野內(nèi)，它有要計算的在傳感 器平面內(nèi)上下投射軸線之間的偏差距離(dx)(偏差距離也可看作是上、 下頭的不對準造成的)。該偏差距離也被用于如這里所述的巻筒材料厚 度計算中。獲得XY頭不對準值的另一種方法是使用磁控電阻橋網(wǎng)絡(luò) (magnetoresistor bridge network)， 它從Honeywell International公司 (Morristown, NJ)可以購得，型號為Honeywell XY-Sensor部件號 08696700。這種裝置特別適合測量厚的或不透明的產(chǎn)品如板或金屬。 在圖1所示的這個例子中，垂直距離傳感器32C測量到巻筒材料18下 表面28上"B"點的垂直距離、垂直距離傳感器可以是常規(guī)的激光三
角網(wǎng)傳感器，例如它有能發(fā)射激光束到下表面28上某點的固態(tài)激光源和以傾斜角度定位的檢測器，檢測器在該點顯像激光點并測量它的反射角。這樣的傳感器從日本的Osaka市的Keyence Corporation />司購 得。傳感器32A到32N代表可能取代的傳感器位置，它們都在檢測器 16的視野范圍內(nèi)。在下頭20上優(yōu)選地有單個傳感器。為了區(qū)別由第l 頭10中激光投射的圖案和由第2頭20中激光的圖案，可將圖像識別 能力設(shè)計到分析軟件中。另一種是，可以選擇激光操作在兩個不同的 波長，或者還有一種是，可以由電子裝置或軟件交替循環(huán)地開和關(guān)它 們來控制圖像的獲取和分析。為了測定隨著巻筒材料取向變化的6角，計算機系統(tǒng)50包括圖像 識別軟件，它連續(xù)分析由圖像傳感器檢測到的投射圖案14。由于投射 的圖案14檢測到的圖像包括已經(jīng)穿透到通常半透明的巻筒材料材料中 和接著反向散射和再散射的光直到它在檢測器16方向從表面射出，所 以在檢測到的圖像中任何線或點的尺寸都將比實際投射到巻筒材料18 上表面26上的要大。通過使用數(shù)學(xué)的曲線擬合算法來限定跨過圖案元 件光強分布圖的最大光強位置可以減小這種測量誤差源，即在垂直于 直線的方向上或跨過點形成的圓盤找到光強分布中的最大值。由于這 些位置代表沒有發(fā)生多重散射的位置它們構(gòu)成投射的圖案在巻筒材料 18表面26上的軌跡。軟件使用數(shù)學(xué)的曲線擬合算法或者它可以比較圖像與存儲在數(shù)據(jù)庫中的圖案來測定e角。特別是，軟件使用相關(guān)函數(shù)將實際的、獲得的圖像14與代表圖像和它們對應(yīng)的傾斜角的參考數(shù)據(jù) 進行比較?？梢赃M行實驗來創(chuàng)立數(shù)據(jù)庫、如將激光產(chǎn)生的圖案投射到 薄膜上并操縱該薄膜改變它的取向。特別是，操縱薄膜經(jīng)過很大范圍 的傾斜角并檢測它們對應(yīng)的圖案。記錄下角度和對應(yīng)的圖案兩者。另 一種是，可以用數(shù)學(xué)模型技術(shù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫，如對給定的傾斜角計算出 投射圖案，以便產(chǎn)生 一 組圖案代表在不同的傾斜角下該圖案的幾何形 狀。從圖1中清楚可見，投射到表面26上的圖像14的尺寸取決于圖 案生成鏡片13與巻筒材料18之間的距離。因此，巻筒材料18越靠近 第2傳感器頭20,那么投射到表面26上的圖像14的橫截面就越大。 圖案識別程序可以讀取的數(shù)據(jù)庫也可以包括使特定圖案圖像與第1傳 感器頭和巻筒材料18上表面26之間距離如垂直距離d2，相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，d2是在圖案生成鏡片13和上表面26之間的距離。這個數(shù)據(jù)庫的 數(shù)據(jù)可以通過實驗收集或者也可由數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生。從圖1中清楚可見，給定的第1傳感器頭表面24和第2傳感器頭 表面44是平行的，所以可相對任一個表面來測量傾斜角。為了方便， 術(shù)語"傾斜角"衡量由巻筒材料表面即在其上面投射圖像的表面限定 的平面與由設(shè)置在該表面附近的傳感器頭限定的平面之間的夾角。在圖1的厚度測定儀的這種情況下，相對第1傳感器頭10的表面24和 相對巻筒材料18的上表面26來測量該傾斜角。當?shù)?傳感器頭的表 面24平行于巻筒材料18的上表面26時該傾斜角為零。圖3說明由圖1的圖案生成鏡片13投射到巻筒材料18上表面26 上的圓形圖案在巻筒材料上表面26的上的平面圖。當6角為零時產(chǎn)生 圖案4，即當巻筒材料18的上表面26平行于傳感器表面24時。很清 楚，圓形圖案是對稱的和點"A"對應(yīng)于幾何的圓心。當上表面傾斜時 產(chǎn)生的圖案14相對圖案4是歪斜的。換句話說，當表面26傾斜時圓 形圖案4轉(zhuǎn)換成圖案14。從圖1清楚可見，投射到上表面26上的圖案 14的尺寸也與圖案生成鏡片13和巻筒材料18上表面上直接在其下面 的A點之間的距離成比例，該距離標記為d2。當d2減小時投射的圖案 14的尺寸減小而當d2增加時該尺寸也增加。所以，當計算4幾50將才殳 射的圖案與它數(shù)據(jù)庫中那些數(shù)據(jù)比較時，比較將提供角6和d2的值。 很清楚，當觀察軸線不是垂直于巻筒材料上表面26時那么圖3中的圓 形圖案4將變成橢圓和幾何中心將是在橢圓長軸和短軸的交叉點。在 根據(jù)傳感器觀察角簡單地變換圖像數(shù)據(jù)之后可以進行矩離和取向的分 析，或者另一種是，在數(shù)據(jù)庫中可以包括由非垂直觀察角引起的變形 失真。圖l說明傳感器頭IO的圖案生成鏡片13和傳感器頭20激光傳感 器32C的投射軸線(先通過的路線)不一致的幾何表示。它們不一致 的水平距離在圖1中記為4。如果巻筒材料光學(xué)上是足夠的薄，如用 輕薄涂覆(LWC)紙或新聞紙將是這種情況，由頭20上激光三角網(wǎng)傳 感器32C投射的激光點到巻筒材料18的下表面28上的"B"點，在巻 筒材料18的上表面26上將是可見的。通過定位出傳感器32C投射到 上表面26上圖像中激光點的光強最大處和計算出在投射的激光點和第 1傳感器頭10的圖案生成鏡片13的投射軸線之間的分離距離，然后用
圖像傳感器測量該距離4。可將圖案識別能力設(shè)計到分析軟件中以便區(qū)別由上頭10投射的圖案還是由下頭20投射的圖案。另一種是，用顏色敏感的傳感器可以選擇激光源操作在兩個不同的波長上。還有一 種是，由圖像獲取控制電子設(shè)備和軟件可以選擇地開和關(guān)激光源。如上所述由巻筒材料18上表面26中的圖像計算得到"A"點表示第l傳 感器頭10圖案生成鏡片13投射軸線的位置。另外一種獲得上下激光 頭XY偏差的方法將是^f吏用磁控電阻傳感器(magnetoresitive sensor)、 如Honeywell型號08696700。這種方法不只限于測量光學(xué)上薄的材料。 還如圖1中所示，在第1傳感器頭10和第2傳感器頭20之間的 垂直距離記為Z，在開始操作非接觸式厚度測定儀之前可以精確地測定 這個距離。如果在整個操作中Z保持恒定，就不必進行進一步的測量。 但是，兩個傳感器頭之間分離的距離由于熱膨脹、振動和其他因素可 以輕微地改變，因此對精密測量來說優(yōu)選地進行傳感器頭之間間隔的 動態(tài)測量?？梢圆捎酶鞣N技術(shù)進行動態(tài)測量，例如包括RF(射頻)源 和才矣受線圈、Hall裝置、和i茲控電阻裝置(magnetoresistive device)。 Holmgren等人的美國專利4,160,204號中描述了采用電磁感應(yīng)的一種 傳感器，將它插入這里作為參考。另一種優(yōu)選的Z傳感器是在傳感器 10上的RF線圏系統(tǒng)，它在相反的傳感器頭20中感應(yīng)出渦流電流和測 量系統(tǒng)的阻抗以便獲得距離Z的指示。圖中表示的動態(tài)垂直距離傳感 器30裝在第2頭20中，但是應(yīng)該理解傳感器!30可以設(shè)置在其他地方 或者該傳感器可以包括設(shè)置在兩個頭10、 20中或其他地方的多個部 件。盡管對本發(fā)明的實踐應(yīng)用不是必需的，但在巻筒材料接近片厚度 測定裝置之前為了穩(wěn)定運動的巻筒材料，可在測量裝置的上游優(yōu)選地 采用巻筒材料穩(wěn)定器。在Moeller等人的美國專利申請2003/0075293 號中描述了合適的非接觸式穩(wěn)定器，它包括用于連續(xù)的巻筒材料材料 的空氣夾持穩(wěn)定器，該專利申請未插入此處作為參考。該穩(wěn)定器防止量i置的任一:傳感器頭:本發(fā)明;降低這些類溫的裝置對公差的要求。在操作中，如在圖1中所示，當巻筒材料18橫向通過傳感器頭10 和20之間時，將圖像14投射到巻筒材料18的上表面26上。然后按
照上述的方法測量Z、d1、d2、 6和dx。巻筒材料18的厚度可以按下 面的方程式計算厚度<formula>formula see original document page 13</formula>。圖1還說明測量巻筒材料18厚度的另一個實施例，其中不需要dx 距離而當測量垂直距離是沿著同 一 軸線進行時產(chǎn)生這種情況。例如， 當測量d！和d3時，巻筒材料18的厚度簡單地等于<formula>formula see original document page 13</formula>。通過閉環(huán)控制圖案生成鏡片13的投射軸線和從圖像檢測器來的信息可以做到這一點。通過很容易購買到的光束調(diào)整裝置如2維的電流 計驅(qū)動掃描鏡裝置和輔助的鏡片、2維的聲光掃描裝置和輔助的鏡片，或另一種是，通過簡單地實際移動該頭，可以完成光束的調(diào)整。圖2說明巻筒材料18傾斜在另一個方向的情況。如圖所示定位在 傳感器頭10、 20之間的巻筒材料18沿著Y軸的方向運動。巻筒材料 18上表面26和X軸的夾角記為P。與前面一樣該裝置測量各變量Z、 山、d2、 6和dx,但是在這個實施例中，優(yōu)選地是采用"G"和"F" 點。特別是，用垂直距離傳感器32N測量d!。雖然結(jié)合紙片測量已經(jīng)說明了薄膜厚度測量裝置的各個優(yōu)點，應(yīng) 該理解該裝置可以應(yīng)用在必須測定運動巻筒材料材料厚度的任何環(huán)境 中。例如在制造塑料和織物中可以很容易地使用厚度測量裝置。該裝 置特別適合測量厚度在10至1000 pm (微米)范圍內(nèi)的薄膜。該薄膜 可在高速下運動通常在約800米/分鐘到2100米/分鐘的范圍內(nèi)，或更 快。上面已經(jīng)描述了本發(fā)明各個原理、優(yōu)選的實施例和操作模式。但 是，不應(yīng)認為本發(fā)明僅限于所討論的特定實施例。因此，應(yīng)將上述各 實施例看作是說明性的而不是限制，應(yīng)該理解本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的面的權(quán)利要求;定義的范疇。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，用于測量有第1表面(26)和第2表面(28)的卷筒材料厚度，它包括(a)設(shè)置在卷筒材料(18)第1表面(26)附近的第1傳感器頭(10)，其中第1傳感器頭(10)包括(i)投射圖案(13)到卷筒材料(18)第一表面(26)上的機構(gòu)和(ii)檢測所投射圖案的圖像(14)和將該圖像(14)轉(zhuǎn)換成與電子圖像(16)相對應(yīng)的電信號的機構(gòu)；(b)分析該電子圖像(50)以便測定第1傳感器頭(10)與卷筒材料(18)第1表面(26)上所選位置之間距離的機構(gòu)；(c)設(shè)置在卷筒材料(18)第2表面(28)附近的第2傳感器頭(20)，其中第2傳感器頭(20)包括測量從第2傳感器頭(20)到第2表面(28)上所選位置之間距離(32C)的機構(gòu)；(d)測量從第1傳感器頭(10)到第2傳感器頭(20)的距離(30)的機構(gòu)；(e)測量卷筒材料(18)傾斜角(50)的機構(gòu)；(f)測量第1和第2傳感器頭(10、20)相對不對準度(16、32C)的機構(gòu)；和(g)計算卷筒材料(18)厚度(50)的機構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于用于檢測圖像(14)和 將圖像(14)轉(zhuǎn)換成與電子圖像(16)相對應(yīng)的電信號的機構(gòu)，包括 布置在第1表面(24)附近的用于接受被投射到巻筒材料(l8)第1 表面(26)上的圖像(l4)的檢測器(16);和用于分析電子圖像(50)的機構(gòu)包括計算機系統(tǒng)(50),它與檢 測器(16)電氣連接和包括圖案識別程序以便處理電子圖像和確定巻 筒材料的取向。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于投射到巻筒材料(18) 第1表面(26)上的圖像(l4)有限定的外形并且第1傳感器頭(10) 包括(i) 測量從第l傳感器頭(10)上第l位置到沿第l垂直軸線垂 直定位的巻筒材料(18)第1表面(26)上某位置的垂直距離(l2、 16、 50)的才幾構(gòu)；和(ii) 測量從巻筒材料(l8)第1表面(26)上某參考點到第1垂 直軸線的水平距離(32C、 16)的機構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第1傳感器頭(10)是 上傳感器頭和第2傳感器頭(20)是下傳感器頭；和其中，測量相對不對準度(16、 32C)的機構(gòu)用磁控電阻位移傳感 器(magnetoresistive displacement sensor)觀寸量在上下傳感器頭(10、 20)的傳感器平面中上下投射軸線之間的偏差距離。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第1傳感器頭(10)是 上傳感器頭和第2傳感器頭(20)是下傳感器頭；和其中，測量相對不對準度U6、 32C)的機構(gòu)通過下激光點穿過片 (18)的發(fā)射圖像和用圖像傳感器(16)檢測它來測量在上下傳感器 頭(10、 20)的傳感器平面中上下投射軸線之間的偏差距離。
6. 測量有第1表面和第2表面(26、 28 )的巻筒材料(18 )厚度 的一種非接觸方法，所述方法包括如下各步驟(a) 將第1傳感器頭(10)定位在巻筒材料(18)的第l表面(26)附近；(b) 將第2傳感器頭(20)定位在巻筒材料(l"的第2表面(28)附近；(c) 測量從第1傳感器頭(10)到第2傳感器頭(20)的距離；(d) 將包含圖案(l4)的圖像投射到巻筒材料(18)的第1表面 (26)上；(e) 檢測和分析圖像(l4)以便測定巻筒材料U8)相對第l傳 感器頭(10)、第2傳感器頭(20)、或者兩者的取向；(f) 測量從第2傳感器頭(20)到巻筒材料(l8)第2表面(28) 上某位置的距離；和(g) 計算巻筒材料(18)的厚度。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟(e)包括將檢測 到的圖像與參考圖像比較以便測定巻筒材料(18)的取向。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟(e)采用電荷耦 合器件相機或CMOS相機裝置(16)來檢測圖像和將圖像(14)轉(zhuǎn)換 成與電子圖像對應(yīng)的電信號。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟(e)包括采用圖 案識別程序來比較檢測到的圖像和參考圖像以便測定巻筒材料(18) 的傾斜角。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟(d)中投射到巻筒材料(18)第1表面(26)上的圖像(")有限定的外形和該方法 還包括如下各步(i)測量從第l傳感器頭(10)上第l位置到沿第 1垂直軸線垂直定位的巻筒材料(18)第1表面(26)上某位置的垂直 距離和(ii)測量從巻筒材料U8)第l表面(26)上某參考點到第1 垂直軸線的水平距離。
全文摘要
運動的卷筒材料或片的非接觸式厚度或紙的厚度測量技術(shù)采用包括第1傳感器頭和第2傳感器頭的傳感器裝置，兩傳感器頭互相分離以便限定運動的卷筒材料通過的路徑。傳感器裝置將激光產(chǎn)生的多點圖案投射到運動卷筒材料的上表面上。圖案的圖案識別算法分析確定運動卷筒材料的取向、如傾斜度。該裝置還測定薄膜的傾斜度、在第1傳感器頭和第1卷筒材料表面之間的距離、在第2傳感器頭和第2卷筒材料表面之間的距離和兩個傳感器頭之間的距離以便提供高精度的運動卷筒材料在線厚度測量。
文檔編號G01B11/06GK101120230SQ200580048299
公開日2008年2月6日 申請日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月21日
發(fā)明者F·M·哈蘭, T·W·賈辛斯基 申請人:霍尼韋爾國際公司