Determinación de superficie y de grosor.

Un dispositivo de medición para determinar la superficie de un objeto que se está midiendo (116) utilizandoradiación óptica,

comprendiendo el dispositivo de mediciónuna parte de transmisor (100) y una parte de receptor (102) que están separadas una de la otra, yla parte de transmisor (100) comprende

una fuente óptica (104);

una primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) en una unidad de tratamiento de la radiación óptica(112);

estando dispuesta la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) para dirigir la radiación óptica alobjeto que se está midiendo (114);

comprendiendo la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) un componente dispersivo (400) queestá dispuesto para dispersar cromáticamente la radiación óptica dirigida al objeto que se está midiendo (114)en una dirección no axial;

comprendiendo la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) un primer componente defocalización (408) que está dispuesto para enfocar las diferentes longitudes de onda de la radiación óptica nodispersa axialmente en diferentes alturas en la dirección de la normal (118) de la superficie (116 ) del objeto quese está midiendo (114); y

comprendiendo la parte de receptor (102) una segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) en launidad de tratamiento de la radiación óptica (112), estando configurada la segunda parte de tratamiento de laradiación óptica (110) para combinar distintas longitudes de onda de la radiación óptica que se puede reflejardel objeto que se está midiendo (114);

un detector (108) para el cual la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) de la unidad detratamiento de la radiación óptica (112) se encuentra dispuesta para dirigir la radiación óptica que puede serrecibida desde el objeto que se está midiendo (114) por lo menos desde la dirección de reflexión especulardiferente de la dirección de la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116);

una unidad de tratamiento de señales (124) dispuesta para determinar a partir de la radiación óptica detectadaen base a la señal proporcionada por el detector (108), la longitud de onda en la que la intensidad de laradiación óptica es la más alta y para determinar la localización de la superficie que se está midiendo (116)utilizando la longitud de onda determinada.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FI2007/050561.

Solicitante: VALTION TEKNILLINEN TUTKIMUSKESKUS.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: Vuorimiehentie 3 02150 Espoo FINLANDIA.

Inventor/es: KERÄNEN,HEIMO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • D21F7/06 SECCION D — TEXTILES; PAPEL.D21 FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA.D21F MAQUINAS DE FABRICAR PAPEL; METODOS DE PRODUCCION DEL PAPEL.D21F 7/00 Otras partes constitutivas de máquinas para fabricar hojas continuas de papel. › Indicación o regulación del espesor de las capas; Dispositivos de señalización.
  • G01B11/06 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01B MEDIDA DE LA LONGITUD, ESPESOR O DIMENSIONES LINEALES ANALOGAS; MEDIDA DE ANGULOS; MEDIDA DE AREAS; MEDIDA DE IRREGULARIDADES DE SUPERFICIES O CONTORNOS.G01B 11/00 Disposiciones de medida caracterizadas por la utilización de medios ópticos (instrumentos de los tipos cubiertos por el grupo G01B 9/00 en sí G01B 9/00). › para la medida del espesor.
  • G01B11/14 G01B 11/00 […] › para la medida de la distancia o la separación entre objetos espaciados o entre aberturas espaciadas (G01B 11/26 tiene prioridad; telémetros G01C 3/00).
  • G01N21/21 G01 […] › G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 21/00 Investigación o análisis de los materiales por la utilización de medios ópticos, es decir, utilizando rayos infrarrojos, visibles o ultravioletas (G01N 3/00 - G01N 19/00 tienen prioridad). › Propiedades que afectan a la polarización (G01N 21/19 tiene prioridad).
  • G01N21/25 G01N 21/00 […] › Color; Propiedades espectrales, es decir, comparación del efecto del material sobre la luz para varias longitudes de ondas o varias bandas de longitudes de ondas diferentes.
  • G01N21/55 G01N 21/00 […] › Reflexión especular.
  • G01S17/32 G01 […] › G01S LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION; DETERMINACION DE LA DISTANCIA O DE LA VELOCIDAD MEDIANTE EL USO DE ONDAS DE RADIO; LOCALIZACION O DETECCION DE PRESENCIA MEDIANTE EL USO DE LA REFLEXION O RERRADIACION DE ONDAS DE RADIO; DISPOSICIONES ANALOGAS QUE UTILIZAN OTRAS ONDAS.G01S 17/00 Sistemas que utilizan la reflexión o rerradiación de ondas electromagnéticas que no sean ondas de radio, p. ej. sistemas lidar. › que utilizan la transmisión de ondas continuas no moduladas, ondas moduladas en amplitud, en frecuencia o en fase.

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Determinación de superficie y de grosor.

Fragmento de la descripción:

Determinación de superficie y de grosor

Campo La invención se refiere a un método para determinar la superficie de un objeto que se está midiendo y un método para determinar el grosor de un objeto que se está midiendo. Además, la invención se refiere a un dispositivo de medición para determinar la superficie de un objeto que se está midiendo y a un dispositivo de medición para determinar el grosor de un objeto que se está midiendo.

Antecedentes En la fabricación de papel, por ejemplo, el grosor del papel se mide en una banda de papel en movimiento. En esta medición, se pueden utilizar soluciones en las que el sensor del dispositivo de medición toca la superficie del papel,

o soluciones en las que el sensor no toca la superficie. Las soluciones que no tocan la superficie incluyen mediciones capacitivas y mediciones ópticas. El contacto del sensor con la superficie que se está midiendo puede causar errores en la superficie y, por lo tanto, se evitan las soluciones en las que el sensor toca la superficie del objeto que se está midiendo.

Las mediciones ópticas utilizan la aberración cromática para determinar la superficie que se está midiendo. En esta solución, la luz es enfocada sobre la superficie por medio de un elemento óptico cuya distancia focal depende de una manera conocida, de la longitud de onda de la luz. La luz reflejada desde la superficie es recogida coaxialmente en un detector con el mismo elemento óptico. El detector, que puede ser un analizador de espectros, analiza el espectro de la luz reflejada. La longitud de onda con la que la superficie está mejor enfocada también se refleja de la manera más eficiente, y representa la mayor intensidad en el espectro. Debido a que en la base del dimensionado del dispositivo de medición, la localización del punto focal de esta longitud de onda es conocida, esto ayuda a definir la localización de la superficie. Si la superficie es determinada en ambas caras del papel, también es posible medir el grosor del objeto. El documento de patente DE 10325942 presenta un método sin contacto para medir el grosor de un cuerpo transparente, por ejemplo una lente, usando un espectrógrafo, por lo que la unidad de evaluación también considera las características de dispersión del material del objeto que se está midiendo. El documento de patente norteamericana US 2006/0215177 presenta un sistema y un método para determinar una forma de una superficie de un objeto y un método de fabricación de un objeto que tiene una superficie de una forma predeterminada. Los documentos de patente DE 102004052205 y DE 102005006724 presentan un método interferométrico para registrar la separación y la forma y la tomografía de coherencia óptica (OCT) , que implica tener una fuente de múltiples longitudes de onda o una fuente sintonizable y formación de imágenes en el receptor por sistemas de focalización. El documento de patente norteamericana US 20010043333 presenta sistemas ópticos para medir la forma y dimensiones geométricas de piezas de ingeniería de precisión.

Sin embargo, existen problemas relacionados con la solución conocida que utiliza aberración cromática. Cuando el objeto que se está midiendo es de un material difuso, la luz se refleja no sólo de la superficie, sino también desde el interior del objeto. Esto provoca un error de medición. Por ejemplo, en objetos medidos en los que la luz penetra menos, la medición da sistemáticamente un grosor mayor que en los objetos medidos del mismo grosor en los que la luz penetra más. Se han realizado intentos para corregir el error de medición por medio de cálculos mediante la alteración del resultado de la medición de acuerdo con la calidad de los objetos medidos. Sin embargo, las correcciones extensas de resultados de medición reducen la precisión y la fiabilidad de la medición, y un objeto que no ha sido determinado con antelación no se puede medir con precisión.

Breve descripción Es un objeto de la invención implementar un método para determinar la superficie de un objeto que se está midiendo, un dispositivo de medición que implementa el método, así como un dispositivo de medición para medir el grosor de un objeto que se está midiendo.

Esto se consigue mediante un dispositivo de medición para determinar la superficie de un objeto que se está midiendo utilizando radiación óptica de acuerdo con la reivindicación 1. El dispositivo de medición comprende

una parte de transmisor (100) y una parte de receptor (102) que están separadas una de la otra, y

la parte de transmisor (100) comprende una fuente óptica (104) ;

una primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) en una unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) ;

estando dispuesta la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) para dirigir la radiación óptica al objeto que se está midiendo (114) ;

comprendiendo la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) un componente dispersivo (400) que está dispuesto para dispersar cromáticamente la radiación óptica dirigida al objeto que se está midiendo (114) en una dirección no axial;

comprendiendo la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) un primer componente de focalización (408) que está dispuesto para enfocar las diferentes longitudes de onda de la radiación óptica dispersa no axialmente en diferentes alturas en la dirección de la normal (118) de la superficie (116) del objeto que se está midiendo (114) ; y

comprendiendo la parte de receptor (102) una segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) en la unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) , estando configurada la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) para combinar distintas longitudes de onda de la radiación óptica que se puede reflejar del objeto que se está midiendo (114) ;

un detector (108) en el cual está dispuesta la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) de la unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) para dirigir la radiación óptica que se puede recibir desde el objeto que se está midiendo (114) al menos desde la dirección de reflexión especular que es diferente de la dirección de la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) ;

estando dispuesta una unidad de tratamiento de señales (124) para determinar a partir de la radiación óptica detectada en base a la señal proporcionada por el detector (108) , la longitud de onda con la cual la intensidad de la radiación óptica es la más alta y para determinar la localización de la superficie que se está midiendo (116) utilizando la longitud de onda determinada.

La invención también se refiere a un dispositivo de medición para medir el grosor de un objeto que se está midiendo de acuerdo con la reivindicación 10.

La invención se refiere, además, a un método para determinar la superficie de un objeto que se está midiendo por medio de radiación óptica de acuerdo con la reivindicación 12. El método comprende:

dispersar cromáticamente, por medio de un componente dispersivo (400) de una primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) , la radiación óptica dirigida al objeto que se está midiendo (114) , en una dirección no axial;

enfocar, por medio de un primer componente de focalización (408) de una primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) , las diferentes longitudes de onda de la radiación óptica dispersa no axialmente en diferentes alturas en la dirección de la normal (118) de la superficie (116) del objeto que se está midiendo (114) ;

recibir (1304) la radiación óptica al menos desde la dirección de la reflexión especular que difiere de la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) ;

combinar, por medio de una segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) en una unidad de tratamiento por radiación óptica (112) , diferentes longitudes de onda de la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) ;

dirigir, por medio de la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) de la unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) , la radiación óptica a un detector (108) que puede ser recibida por el objeto que se está midiendo (114) al menos desde la dirección de la reflexión especular diferente de la dirección de la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) ;

determinar (1306) , por medio de una unidad de tratamiento de señales (124) , a partir de la radiación óptica detectada en base a la señal proporcionada por el detector (108) , la longitud de onda en la cual la intensidad de la radiación óptica es la más alta... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo de medición para determinar la superficie de un objeto que se está midiendo (116) utilizando radiación óptica, comprendiendo el dispositivo de medición una parte de transmisor (100) y una parte de receptor (102) que están separadas una de la otra, y

la parte de transmisor (100) comprende una fuente óptica (104) ;

una primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) en una unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) ;

estando dispuesta la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) para dirigir la radiación óptica al objeto que se está midiendo (114) ;

comprendiendo la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) un componente dispersivo (400) que está dispuesto para dispersar cromáticamente la radiación óptica dirigida al objeto que se está midiendo (114) en una dirección no axial;

comprendiendo la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) un primer componente de focalización (408) que está dispuesto para enfocar las diferentes longitudes de onda de la radiación óptica no dispersa axialmente en diferentes alturas en la dirección de la normal (118) de la superficie (116 ) del objeto que se está midiendo (114) ; y

comprendiendo la parte de receptor (102) una segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) en la unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) , estando configurada la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) para combinar distintas longitudes de onda de la radiación óptica que se puede reflejar del objeto que se está midiendo (114) ;

un detector (108) para el cual la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) de la unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) se encuentra dispuesta para dirigir la radiación óptica que puede ser recibida desde el objeto que se está midiendo (114) por lo menos desde la dirección de reflexión especular diferente de la dirección de la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) ;

una unidad de tratamiento de señales (124) dispuesta para determinar a partir de la radiación óptica detectada en base a la señal proporcionada por el detector (108) , la longitud de onda en la que la intensidad de la radiación óptica es la más alta y para determinar la localización de la superficie que se está midiendo (116) utilizando la longitud de onda determinada.

2. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el dispositivo de medición comprende al menos un polarizador (120, 122, 302) , y el al menos un polarizador (120, 122, 302) está dispuesto para polarizar la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) en una dirección perpendicular a la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) .

3. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) comprende, además, un reflector (300) y un divisor de haz direccional (302) ;

la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) está dispuesta para dirigir la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) al reflector (300) que está dispuesto para reflejar la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) de retorno al objeto que se está midiendo (114) a través de la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) que está dispuesta para dirigir diferentes longitudes de onda de radiación óptica al objeto que se está midiendo (114) desde una dirección que difiere de la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) , de tal manera que las diferentes longitudes de onda se enfoquen en diferentes alturas en la dirección de la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) , mientras que una longitud de onda se enfoca en la superficie que se está midiendo (116) ;

la primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) está dispuesta para dirigir la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) hacia la fuente óptica (104) ; y

el divisor de haz direccional (302) está dispuesto para dirigir al menos parte de la radiación óptica dirigida hacia la fuente óptica (104) al detector (108) .

4. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el divisor de haz (302) está dispuesto para actuar como un polarizador.

5. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) comprende un segundo componente dispersivo (500) que está dispuesto para combinar las longitudes de onda propagadas a lo largo de diferentes trayectorias ópticas del objeto que se está midiendo (114) ; y

la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) comprende un segundo componente de focalización (508) que está dispuesto para enfocar la radiación óptica.

6. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el segundo componente de focalización (508) está dispuesto para enfocar la radiación óptica dispersa no axialmente reflejada por el reflector (300) en diferentes alturas en la dirección de la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) .

7. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el detector (108) es un detector de línea con una longitud de onda diferente de la radiación óptica no dispersa dirigida a cada uno de sus elementos.

8. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la unidad de tratamiento de señales

(124) está dispuesta para modular la fuente óptica (104) y demodular la señal procedente del detector (108) , que corresponde a la radiación óptica detectada.

9. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el detector (108) comprende una primera parte de detector (802) , una segunda parte de detector (804) , un divisor de haz del detector (800) , un primer filtro (806) , y un segundo filtro (808) ;

la respuesta del primer filtro (806) se dispone para que sea diferente de la del segundo filtro (808) en la banda de medición;

el divisor de haz del detector (800) está dispuesto para distribuir la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) de tal manera que parte de la radiación óptica se dirija a la primera parte de detector (802) a través del primer filtro (806) y parte de la misma se dirija a la segunda parte de detector (804) a través del segundo filtro (808) ; y

la unidad de tratamiento de señales (124) está dispuesta para determinar a partir de la relación de las radiaciones ópticas detectadas por la primera (802) y segunda (804) partes de detector, la longitud de onda con la intensidad más alta.

10. Un dispositivo de medición para medir el grosor de un objeto que se está midiendo (114) , comprendiendo el dispositivo de medición el dispositivo de medición de la reivindicación 1 con el propósito de medir una primera superficie del objeto que se está midiendo (116) y comprende el dispositivo de medición de la reivindicación 1 con el propósito de medir un segundo lado del objeto que se está midiendo (116B) .

11. Un dispositivo de medición de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el dispositivo de medición comprende al menos un polarizador (120, 122, 302) , y el al menos un polarizador (120, 122, 302) está dispuesto para polarizar la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) en una dirección perpendicular a la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) , y el dispositivo de medición comprende al menos un polarizador del segundo lado (120B, 122B, 302B) , y el al menos un polarizador del segundo lado (120, 122, 302) está dispuesto para polarizar la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) en una dirección perpendicular a la normal (118) de la segunda superficie que se está midiendo.

12. Un método para determinar la superficie de un objeto que se está midiendo (116) por medio de radiación óptica, comprendiendo el método

dispersar por medio de un componente dispersivo (400) de una primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) , la radiación óptica dirigida al objeto que se está midiendo (114) , cromáticamente en una dirección no axial;

enfocar por medio de un primer componente de focalización (408) de una primera parte de tratamiento de la radiación óptica (106) , las diferentes longitudes de onda de la radiación óptica dispersa no axialmente en diferentes alturas en la dirección de la normal (118) de la superficie (116) del objeto que se está midiendo (114) ;

recibir (1304) la radiación óptica al menos desde la dirección de la reflexión especular que difiere de la normal

(118) de la superficie que se está midiendo (116) ;

combinar por medio de una segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) en una unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) , diferentes longitudes de onda de la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) ;

dirigir por medio de la segunda parte de tratamiento de la radiación óptica (110) de la unidad de tratamiento de la radiación óptica (112) , la radiación óptica a un detector (108) que puede ser recibida desde el objeto que se está midiendo (114) por lo menos desde la dirección de la reflexión especular diferente de la dirección de la normal (118) de la superficie que se está midiendo (116) ;

determinar (1306) por medio de una unidad de tratamiento de señales (124) , a partir de la radiación óptica detectada en base a la señal proporcionada por el detector (108) , la longitud de onda en la que la intensidad de 5 la radiación óptica es la más alta y determinar la localización de la superficie que se está midiendo (116) utilizando la longitud de onda determinada.

13. Un método como se ha reivindicado en la reivindicación 12, comprendiendo el método, además, polarizar (1302) la radiación óptica reflejada por el objeto que se está midiendo (114) en una dirección perpendicular a la normal

(118) de la superficie que se está midiendo (116) .


 

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