ES2901624T3 - Aparato de medición de terahercios para la determinación de un grosor de capa de un objeto de prueba y correspondiente procedimiento de medición - Google Patents
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Abstract
Aparato de medición de THz (1) para la determinación de al menos un grosor de capa (a1, a2, a3, a4) de un objeto de prueba (20, 120, 220), en donde el aparato de medición (1) presenta: una unidad de emisión y recepción de THz (14) para la emisión de radiación de THz (15) a lo largo de un eje óptico (A) y para la recepción de radiación de THz reflejada (16) a lo largo del eje óptico (A), una unidad de control (10) para controlar la unidad de emisión y recepción (14), una zona de agarre (34) para el agarre y colocación por el usuario, en donde en una zona de extremo delantera (5) presenta un contorno de apoyo (7) con varios puntos de contacto (P, P1, P2, P3, P4) para el contacto con una superficie curvada (18) del objeto de prueba (20, 120, 220) para la colocación perpendicular del eje óptico (A) sobre la superficie (18, 118, 218), caracterizado por que el contorno de apoyo (7) está diseñado de tal manera que al colocar el contorno de apoyo (7) sobre una superficie cilíndrica (18) del objeto de prueba (20, 120, 220) con un diámetro definido (D1, D2, D3) se apoyan exactamente cuatro puntos de contacto (P1, P2, P3, P4), en donde los cuatro puntos de contacto (P1, P2, P3, P4) se encuentran en un plano perpendicular al eje óptico (A), en donde el contorno de contacto (7) para una superficie (18) que se va a medir presenta dos líneas de contorno (7-1, 7-2; 7-3, 7-4) separadas entre sí en una dirección transversal perpendicular al eje óptico (A), en donde en cada línea de contorno (7-1, 7-2; 7-3, 7-4) en cada caso para la superficie definida que se va a medir están diseñados dos puntos de contacto (P1, P2; P3, P4), y en donde las líneas de contorno están diseñadas en paralelo o con simetría especular entre sí.
Description
DESCRIPCIÓN
Aparato de medición de terahercios para la determinación de un grosor de capa de un objeto de prueba y correspondiente procedimiento de medición
La invención se refiere a un aparato de medición de terahercios para la medición de objetos de prueba, así como a un correspondiente procedimiento.
Los aparatos de medición de terahercios emiten radiación de terahercios en el intervalo de frecuencia de 10 GHz a 10 THz sobre objetos de prueba. La radiación de THz se refleja parcialmente en superficies límite de materiales con diferente índice de refracción, de modo que a partir del tiempo de tránsito de la radiación de THz emitida y reflejada son posibles mediciones de distancia entre superficies límite y de este modo también mediciones de grosores de capa.
En este sentido se usan aparatos de medición de THz, por ejemplo, directamente tras la producción de productos de extrusión de plástico como tubos, láminas, etc., para examinar estos objetos de prueba en lo que se refiere a grosores de capa constantes. En este sentido permiten una medición sin contacto de los grosores de capa, a diferencia, por ejemplo, de aparatos de ultrasonidos, los cuales requieren medios de acoplamiento para un contacto corporal con objetos de prueba a medir.
Para una medición de tiempo de tránsito de THz el aparato de medición de THz ha de colocarse con su eje óptico en perpendicular a la superficie del objeto de medición para que la radiación reflejada se refleje de vuelta exactamente a lo largo del eje óptico. Por tanto los aparatos de medición de THz se disponen en general en bastidores exteriores con distancia u orientación angular exactas con respecto al objeto de prueba y, por ejemplo, se pivotan alrededor del objeto de prueba por un carril en forma de arco circular para posibilitar mediciones completas, sin contacto, del objeto de prueba.
Además, se conocen sistemas de medición de THz ópticos, por ejemplo, para medir capas de laca, en cuyo caso un cabezal de medición manejable por parte del usuario está conectado con un sistema detector de THz óptico estacionario a través de una conexión de conductor de ondas de luz, de modo que el usuario puede colocar adecuadamente el cabezal de medición.
El video disponible en el portal de Internet de YouTube "Single Point Gauge" describe un aparato de medición de THz, el cual puede ser agarrado manualmente por un usuario y colocado sobre objetos a examinar para medir un grosor de capa. En este sentido pueden disponerse diferentes piezas sobrepuestas sobre el aparato de prueba, las cuales sirven para la colocación sobre los objetos de medición.
En "Terahertz pulsed Imaging in vivo" de E. Pickwell-Macpherson, 2011, Proc. of SPIE, vol. 7897 se describe un sistema para la representación de piel in vivo, en cuyo caso un usuario coloca un cabezal de medición sobre la piel para examinar la capa de piel superior.
El documento US 6,873,931 B1 describe un equipo de medición para la medición de la orientación angular de un objeto giratorio o rotativo en relación con un punto, usando un sensor de aceleración para detectar la orientación del objeto giratorio en el espacio.
La invención se basa en el objetivo de crear un aparato de medición de THz y procedimiento de medición de THz, que permitan con esfuerzo reducido mediciones de grosor de capa seguras de objetos de prueba, en particular objetos de prueba esféricos o cilíndricos.
Este objetivo se resuelve mediante un aparato de medición de THz, así como un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones secundarias describen perfeccionamientos preferentes. En este sentido está prevista además de ello una disposición de medición a partir del aparato de medición de THz y el objeto de prueba a medir.
El procedimiento de acuerdo con la invención puede llevarse a cabo en particular con un aparato de medición de THz de acuerdo con la invención y/o en caso de una disposición de medición de acuerdo con la invención. El aparato de medición de THz de acuerdo con la invención puede usarse en particular para la realización de un procedimiento de acuerdo con la invención.
De este modo el aparato de medición de THz está configurado con un contorno de apoyo para el apoyo sobre la superficie del objeto de prueba y con una zona de agarre. Es preferentemente portátil, es decir, la totalidad del aparato de medición puede ser portada por el usuario, pudiendo ser agarrado, por ejemplo, por su zona de agarre con una o dos manos y posicionarse. El usuario puede agarrar de este modo el aparato de medición de THz y posicionarlo mediante contacto con el objeto de medición. A diferencia de en el caso de sistemas de medición con únicamente cabezal de medición portátil, en este sentido es portátil la totalidad del aparato de medición de THz, de modo que el usuario puede recorrer sin limitación espacial mediante un cable de conexión o conductor de ondas de luz hasta un
sistema detector estacionario, también distancias mayores, por ejemplo, en el caso de inspección en una nave de almacenamiento.
El aparato de medición de THz es preferentemente autárquico energéticamente mediante un dispositivo de almacenamiento de energía, preferentemente es accionado por batería, es decir, está alimentado con energía a través de una batería o acumulador. En el caso de un sistema completamente electrónico puede usarse, por ejemplo, un chip transceptor con una alimentación de energía en el intervalo de microvoltios.
El contorno de apoyo sirve para la colocación perpendicular exacta, es decir, la colocación perpendicular del eje óptico del aparato de medición de THz con respecto a la superficie. El contorno de apoyo presenta en este sentido exactamente cuatro puntos de contacto, que quedan apoyados sobre la superficie de un cuerpo definido, en particular de un tubo cilíndrico con diámetro definido. El contorno de apoyo está configurado para ello con un par de líneas de contorno, las cuales están separadas entre sí en una dirección transversal con respecto al eje y configuran en caso de contacto con el cuerpo cilíndrico, o también esférico, los cuatro puntos de contacto.
Los cuatro puntos de contacto tienen de este modo en particular la misma separación del eje óptico y están dispuestos preferentemente de forma simétrica entre sí, pudiendo estar diseñadas las dos líneas de contorno, en las cuales están diseñados respectivamente dos puntos de contacto, en paralelo o con simetría especular entre sí.
El contorno de apoyo con sus líneas de contorno puede posibilitar en particular también un contacto con tubos o cuerpos esféricos con diferentes diámetros. De este modo un contorno de contacto con dos líneas de contorno cóncavas, es decir, que discurren hacia atrás hacia el centro, para el contacto con, por ejemplo, un primer tubo con un primer diámetro más pequeño y un segundo tubo con un segundo diámetro más grande, puede servir para diseñar los puntos de contacto respectivamente en diferentes puntos definidos de las líneas de contorno.
De este modo la línea de contorno preferentemente no está diseñada esféricamente para el contacto exacto con una superficie cilíndrica o esférica, sino de tal modo que se diseñan únicamente los cuatro puntos de contacto definidos. En este sentido puede verse de acuerdo con la invención que en particular una configuración de este tipo de puntos de contacto únicos definidos, en particular de cuatro puntos de contacto, permite ventajas con respecto a contornos de apoyo con diseño complementario a la superficie de prueba del objeto de prueba, en particular también la medición de objetos de prueba con diferentes diámetros.
El usuario puede llevar a cabo de este modo durante la producción, por ejemplo, pruebas puntuales en diferentes puntos con esfuerzo reducido. Puede agarrar el aparato de medición de THz, colocarlo en una primera posición angular de medición junto con objeto de prueba tubular o esférico y llevar a cabo una medición de grosor de capa, la cual se indica, por ejemplo, directamente en un equipo de visualización del aparato de medición, por ejemplo, como valor numérico, para la indicación del grosor de capa determinado, o sobre un dispositivo de visualización externo, por ejemplo, con transmisión de datos inalámbrica. El valor de medición puede además de ello, por ejemplo, compararse y emitirse una señal sobre si el grosor de capa determinado es correcto o incorrecto.
De este modo se permite ya una comprobación rápida y segura con orientación exactamente perpendicular con el objeto de prueba. Este tipo de mediciones intencionadamente no hacen uso de la ventaja de una medición sin contacto, la cual permite una medición de THz con respecto a, por ejemplo, una medición por ultrasonidos; se reconoce, no obstante, que un contacto de este tipo en caso de una medición manual o a mano con el aparato de medición de THz puede llevarse a cabo de forma rápida y segura y que tampoco daña el objeto de prueba.
De acuerdo con una configuración preferente pueden diseñarse varios pares de líneas de contacto, por ejemplo, dos pares de líneas de contorno desplazadas entre sí a razón de 90°, de modo que pueda medirse una cantidad mayor de diámetros diferentes. El contorno de contacto puede presentar, por ejemplo, esquinas anteriores y líneas de contorno que transcurren desde las esquinas hacia el centro de forma cóncava en diferentes diámetros de tubo o diámetros esféricos. Un usuario puede colocar de este modo el aparato de medición con una primera orientación con el primer par de líneas de contorno, o pivotado a razón de 90° alrededor del eje óptico con respecto a éste con otro par de líneas de contorno en la superficie del objeto de prueba.
En este sentido pueden impedirse manejos erróneos en particular ya en gran medida, dado que el usuario nota durante el contacto si se adopta una posición estable con exactamente cuatro puntos de contacto o si el aparato de medición tiende a volcar o deslizarse.
El contorno de apoyo está diseñado preferentemente en una pieza sobrepuesta reemplazable, la cual puede disponerse de forma rígida y en una posición angular definida. De este modo pueden colocarse diferentes piezas sobrepuestas en dependencia del objeto de prueba, lo cual permite una alta flexibilidad con costes reducidos y rápido reequipamiento. La conexión de la pieza sobrepuesta sobre el cabezal de medición o también la carcasa de base puede ser, por ejemplo, una conexión de bayoneta u otra conexión de enganche. La pieza sobrepuesta puede ser en particular una pantalla conformada preferentemente metálica, la cual sirve de este modo también para el apantallamiento de radiación dispersa. De este modo la pieza sobrepuesta sirve por un lado para el contacto definido a través del contorno o líneas de contorno y por otro lado para el apantallamiento de radiación dispersa.
La pieza sobrepuesta está diseñada preferentemente de forma rígida, es decir, no flexible, para permitir el contacto definido.
El aparato de medición de THz está diseñado en particular con una carcasa alargada, la cual forma también la zona de agarre y presenta preferentemente equipos de mando como conmutadores, teclas o similares, por ejemplo, con una longitud de 25 a 50 cm. En este sentido unidades de emisión y recepción de THz por completo electrónicas son en particular lo suficientemente ligeras como para que el aparato de medición de THz sea portátil y pueda ser manejado por el usuario, por ejemplo, con una o con las dos manos manualmente o de forma manual. La radiación de THz se encuentra en el intervalo de frecuencias de entre 0,01 y 10 THz, en particular 100 GHz a 3 THz y se emite en particular por completo electrónicamente mediante un dipolo de emisión y recepción, en particular con modulación de frecuencia o radiación pulsada. De este modo son posibles mediciones de tiempo de tránsito directamente en el periodo de tiempo o correspondientemente en el espacio de frecuencia, siendo posible básicamente también un sistema óptico con medición de tiempo de tránsito.
En particular un aparato de medición de THz completamente electrónico portátil accionado por batería o acumulador es en este sentido ventajoso, dado que la configuración completamente electrónica con chip transceptor de THz sin componentes de potencia ópticos como un láser permite una absorción de potencia reducida y de este modo un diseño portátil compacto.
De acuerdo con una configuración preferente pueden llevarse a cabo mediciones en varias posiciones angulares de medición o posiciones de medición para la medición circunferencial, en particular también completa, del objeto de prueba, en cuanto que en las mediciones de grosor de capa individuales se mide adicionalmente la posición de ángulo de medición del aparato de medición de THz. Preferentemente se usa para ello un sensor de aceleración (longitudinal) interno, el cual mide una aceleración, la cual se configura como componente de la aceleración debida a la gravedad. En caso de colocación vertical del aparato de medición de THz se mide por lo tanto la aceleración gravitacional completa como aceleración longitudinal, positiva o negativa, en caso de, por ejemplo, orientación horizontal del sensor de aceleración longitudinal de este modo ningún componente de aceleración; en medio resultan componentes de la aceleración debida a la gravedad (aceleración gravitacional) en correspondencia con el coseno de la relación del ángulo de inclinación con respecto a la vertical.
De este modo se posibilita con esfuerzo menor una detección precisa de la posición de ángulo de medición, posibilitando sensores de aceleración longitudinal convencionales suficiente precisión de la medición.
En este sentido pueden disponerse, por ejemplo, también dos sensores de aceleración longitudinal en direcciones opuestas entre sí, por ejemplo, desplazadas también a razón de 90° o 45°, para diferenciar entre sí posiciones simétricas, a izquierda y derecha.
El usuario puede llevar a cabo de ese modo una medición en varias posiciones de ángulo de medición que se suceden, o también en caso de un movimiento de deslizamiento alrededor del objeto de prueba de forma casi continua como sucesión de mediciones rápidas que se suceden.
Cada medición de tiempo de tránsito permite en este sentido en primer lugar la medición de la distancia de la superficie con la unidad de emisión y recepción, dado que la radiación THz al incidir sobre la superficie experimenta una diferencia del índice de refracción, en caso de plástico, por ejemplo, un índice de refracción de n = 1,5, a continuación una medición de grosor de capa del grosor de pared delantera, dado el caso en tubos de varias capas, de las varias capas. Además de ello puede medirse, por ejemplo, un diámetro interior como columna de aire posterior, y además también un grosor de capa de la pared de tubo trasera.
El aparato de medición de THz forma con el objeto de prueba a medir una disposición de medición de THz. Esta muestra una alta efectividad, dado que el contorno de apoyo del aparato de medición está adaptado a la forma exterior, en particular forma exterior cilíndrica, del objeto de prueba.
La invención se explica a continuación con mayor detalle mediante los dibujos que acompañan a través de una forma de realización. Muestran:
La Fig. 1 la zona delantera de un dispositivo de medición de terahercios en caso de pantalla conformada retirada;
La Fig. 2 el dispositivo de medición de terahercios en caso de contacto con un primer tubo con primer diámetro definido más pequeño, en diferentes vistas;
La Fig. 3 una vista correspondiente a la Fig. 2c) del contacto del dispositivo de medición con el primer tubo;
La Fig. 4 el dispositivo de medición de terahercios en caso de contacto sobre un segundo tubo con segundo diámetro más grande;
La Fig. 5 una vista en perspectiva de la disposición de la Fig.4;
La Fig. 6 un contacto del dispositivo de medición de terahercios con un tercer tubo con tercer diámetro grande en posición desplazada con respecto a la Fig. 5 a razón de 90°;
La Fig. 7 una vista lateral de la disposición de la Fig. 6;
La Fig. 8 varias posiciones de ángulo de medición del dispositivo de medición de terahercios de acuerdo con otra forma de realización para la medición circunferencial del tubo;
La Fig. 9 dispositivos de medición de terahercios con dos sensores de aceleración de acuerdo con diferentes configuraciones en las imágenes parciales a), b), c);
La Fig. 10 la medición de un objeto de prueba en varias posiciones de ángulo de medición mediante el dispositivo de medición de terahercios de la Fig. 9a;
La Fig. 11 las orientaciones y ángulos de los sensores de aceleración de acuerdo con la Fig. 9 en relación con el eje óptico.
Un dispositivo de medición de terahercios 1 de acuerdo, por ejemplo, con la Fig. 1 y la Fig. 2 presenta una carcasa de base 2, un cabezal de medición 3 con pernos de guía salientes radialmente 4, así como una pantalla conformada 5 que sirve como pieza sobrepuesta, que de acuerdo con esta forma de realización presenta ranuras de bayoneta 6, con las cuales se fija a los pernos de guía 4 del cabezal de medición 3. De este modo los pernos de guía 4 y el apoyo de bayoneta 6 forman una conexión de bayoneta, la cual permite una orientación definida a lo largo del eje óptico A, que representa también el eje de simetría del dispositivo de medición de terahercios 1. Por su extremo opuesto a las ranuras de bayoneta 6, la pantalla conformada 5 presenta un contorno de contacto 7 para el contacto con objetos de prueba, que a continuación se describe de forma más detallada.
El dispositivo de medición de terahercios 1 puede ser portado por un usuario; está configurado con una longitud L de 25 a 50 cm y presenta en la carcasa de base 2 un dispositivo de almacenamiento de energía 11, por ejemplo, una celda galvánica (batería, acumulador), además de ello un equipo de control 10, un equipo de mando 35, preferentemente un equipo de visualización 12, y además de ello una electrónica de medición de terahercios con un chip de emisión y recepción de terahercios 14, el cual emite radiación de terahercios (THz) en el rango de frecuencia de 10 GHz a 10 THz. El dispositivo de medición de terahercios o su electrónica de medición de terahercios 14 está configurado en este sentido preferentemente por completo de forma electrónica (sin elementos ópticos como, por ejemplo, láser de femtosegundo) y puede dimensionarse por lo tanto de este modo compacto. El chip de emisión y recepción 14 emite de este modo radiación de terahercios 15 a lo largo del eje óptico A y detecta radiación de terahercios reflejada 16. En este sentido la radiación de terahercios emitida se refleja en particular al menos parcialmente durante el paso entre capas con diferente índice de refracción n para la radiación de terahercios 15. En caso de que las superficies límite, por ejemplo, la superficie 18 de un objeto de prueba 20, estén colocadas de este modo perpendicularmente (en perpendicular) con respecto a la radiación de terahercios emitida 15 a lo largo del eje óptico A, se refleja la radiación de terahercios reflejada 16 por su parte a lo largo del eje óptico A de vuelta y es recogida por el chip de emisión y recepción 14.
En este sentido el dispositivo de medición de terahercios 1 posibilita una medición de distancia de distancias con superficies límite del objeto de prueba 20 y siguientes, en particular mediante solapamiento de la radiación de terahercios emitida 15 y de la radiación de terahercios recibida 16. En este sentido puede estar previsto en particular una modulación de frecuencia o radiación pulsada.
En caso de medición de un tubo de plástico cilíndrico como objeto de prueba 20 pueden determinarse de este modo en caso de una orientación perpendicular del eje óptico A del dispositivo de medición de terahercios 1 con respecto al eje de tubo B, grosores de capa del tubo 20 a partir de la señal de medición, es decir, la distancia a1 de la superficie delantera o del lado delantero del tubo de prueba 20 con el chip de emisión y recepción 14, además el grosor de capa a2 de la pared de tubo del tubo 20, a continuación el diámetro interior de tubo a3 como grosor de la capa de aire hasta la pared opuesta, y a continuación el grosor de pared a4 como grosor de la capa de plástico de la pared opuesta.
La orientación vertical exacta del eje óptico A con respecto al eje de tubo B se asegura mediante la pantalla conformada 5 con su contorno de contacto 7. El contorno de contacto 7 está configurado de tal modo que en caso de contacto con la superficie 18 del objeto de prueba 20 está en contacto por exactamente cuatro puntos de contacto P, es decir, P1, P2, P3, P4, con la superficie 18. Para ello el contorno de contacto 7 está configurado por una parte simétricamente para que presente dos líneas de contorno 7-1 y 7-2 desplazadas, por ejemplo, curvadas, en dirección transversal, es decir, en perpendicular con respecto al eje óptico A. Los puntos de contacto P1, P2, P3, P4 están configurados de este modo de tal forma que en caso de contacto del contorno de contacto 7 sobre la superficie 18 cilíndrica con primer diámetro definido D1, por ejemplo, 40 mm, se logra una orientación perpendicular del eje óptico A con respecto al eje de tubo B. Para ello los puntos de contacto P1, P2, P3, P4 se encuentran preferentemente en un plano perpendicular
con respecto al eje óptico A. Las líneas de contorno 7-1, 7-2 no están configuradas de este modo esféricamente para el contacto de gran superficie, sino para el contacto definido en dos puntos de contacto P1, P2.
Las líneas de contorno 7-1 y 7-2 pueden discurrir además de ello de tal modo que pueden detectar diferentes curvaturas de superficie, es decir, diferentes diámetros de tubo, tal como muestran las Figs. 3 y 4: de acuerdo con la Fig. 3 se detecta como objeto de prueba 20 un tubo con primer diámetro D1 pequeño en puntos de contacto P1 y P2 en una zona central de la línea de contorno 7-1 (y desplazado con respecto al plano de dibujo también en correspondencia con la línea de contorno 7-2), de acuerdo con la Fig. 4 por el contrario como objeto de prueba 120 un segundo tubo con segundo diámetro D2 más grande, por ejemplo, D2 = 125 mm, que está en contacto por puntos de contacto P1 y P2 con la línea de contorno 7-1, que están desplazados más hacia el exterior con respecto al centro o eje óptico. Con una línea de contorno 7-1 adecuada, y la línea de contorno 7-2 desplazada con respecto a ésta, idéntica o simétrica, pueden de este modo detectarse de forma definida varios tubos de prueba 20, 120 con diferentes diámetros o el aparato de medición de THz 1 puede colocarse respectivamente de forma definida y en perpendicular con respecto al eje de tubo D.
La carcasa de base 2 está configurada con una zona de agarre 34, de modo que el usuario puede agarrar el dispositivo de medición de terahercios 1, por ejemplo, con únicamente una mano, y empujar con la pantalla conformada 5 hacia delante (en dirección hacia el eje óptico A) contra el objeto de prueba 20, 120, es decir, contra la superficie 18, 118. Se ajusta automáticamente un contacto estable de la pantalla conformada 5 a partir de los cuatro puntos de contacto P1, P2, P3, P4, evitándose debido a la suficiente separación lateral, entre P1, P2, por una parte y P3, P4 por otra parte, durante la presión con ligera fuerza de contacto de forma segura un tambaleo y de este modo se logra una colocación más exacta.
La pantalla conformada 5 puede ser en este sentido de metal y recoger de este modo también preferentemente radiación dispersa, es decir, servir como pantalla conformada y para la configuración del contorno.
De este modo son posibles ya a través de las dos líneas de contorno 7-1 y 7-2 distanciadas entre sí en dirección transversal, mediciones precisas de tubos 20, 120 con diferentes diámetros D1, D2.
Además de ello, con la misma pantalla conformada 5 puede producirse también una medición de tubos más grandes, por ejemplo, de acuerdo con las Figs. 6 y 7 del tercer tubo 220 con diámetro D3, por ejemplo, D3= 315 mm. Para ello el aparato de medición de THz 1 se pivota únicamente a razón de 90° y de este modo se pone en contacto con las demás líneas de contorno 7-3 y 7-4 con la superficie 218 del objeto de prueba 220, la cual está configurada correspondientemente con curvatura mayor. Las líneas de contorno 7-1 y 7-2 adicionales no influyen negativamente en esta medición, dado que se configuran por su parte puntos de contacto P1, P2, P3, P4 únicamente en las líneas de contorno 7-3 y 7-4. También con las líneas de contorno 7-3 y 7-4 pueden medirse en este sentido básicamente por su parte tubos con varios diámetros, en cuanto que se configura una curvatura cóncava adecuada de las líneas de contorno 7-3 y 7-4, que permiten la detección de tubos con diferentes diámetros, en diferentes puntos de contacto P.
Básicamente es posible también la configuración de la pantalla conformada 5 con más de dos pares de líneas de contorno. No obstante, es ventajoso básicamente, reemplazar durante la medición de una cantidad mayor de diferentes tubos la pantalla conformada mediante el cierre de bayoneta arriba descrito a partir de pernos de guía 4 y ranuras de bayoneta 6.
Con el aparato de medición de THz 1 portátil es posible preferentemente también una medición circunferencial completa del objeto de prueba 20 120, 220, en cuanto que el dispositivo de medición de THz 1 presenta un sistema de sensores para la determinación de una posición o inclinación:
De acuerdo con la forma de realización de la Fig. 8 el aparato de medición de THz 1 presenta un sensor de aceleración 30, el cual es lo suficientemente sensible para medir la aceleración debida a la gravedad g o partes de g. El sensor de aceleración 30 presenta una dirección de detección o dirección longitudinal, la cual puede ser en particular el eje óptico A. Esta dirección longitudinal presenta en cada posición o situación una posición de ángulo de medición a definida con respecto a la vertical, es decir, la dirección de la aceleración gravitacional g. De este modo el dispositivo de medición de THz 1 puede posicionarse sucesivamente en varias posiciones angulares de medición a, a lo largo de la circunferencia del objeto de prueba 20. En caso de contacto vertical, es decir, con el lado superior (posición más superior), es entonces a = 0, en caso de contacto con exactamente el lado inferior es entonces a = 180° o n. En la posición horizontal mostrada en la Fig. 8 arriba a la izquierda resulta de este modo a = 270°.
El sensor de aceleración 30 mide de este modo respectivamente una aceleración ac, la cual resulta de
ac = g * arc cos a.
De manera complementaria puede estar previsto, por ejemplo, un segundo sensor de aceleración 30-2, el cual está orientado en una segunda dirección de detección C2 no paralela, desplazada con respecto a una primera dirección de detección C1 del primer sensor de aceleración 30-1, de modo que también desde el punto de vista del valor, pueden diferenciarse ángulos de inclinación iguales, simétricos (izquierda y derecha). La Fig. 9 muestra en las figuras parciales a), b), c) diferentes configuraciones de este tipo con dos sensores de aceleración 30-1, 30-2, cuyas direcciones de
detección C1, C2 están respectivamente desplazadas entre sí. De acuerdo con la Fig. 9a) una primera dirección de detección C1 del primer sensor de aceleración 30-1 y una segunda dirección de detección C2 del segundo sensor de aceleración 30-2 están desplazadas a razón de un desplazamiento angular p, siendo de acuerdo con la Fig. 9a) 13 = 90°. La Fig. 11 muestra esta disposición de forma más detallada: las direcciones de detección C1 y C2 se encuentran de acuerdo con esta forma de realización simétricamente con respecto al eje óptico A, es decir, la primera distancia angular y1 de la primera dirección de detección C1 con respecto al eje óptico A es, en lo que al valor se refiere, igual a la segunda distancia angular y2 de la segunda dirección de detección C2 con respecto al eje óptico A; de este modo los sensores de aceleración 30-1 y 30-2 están inclinados o reflejados alrededor del eje óptico. Son particularmente preferentes en este sentido configuraciones con y1 e y2 < 90°, de modo que ambas direcciones de detección C1 y C2 están dirigidas hacia el objeto de prueba 20.
La Fig. 9b) muestra una configuración alternativa a ello, en cuyo caso las direcciones de detección C1 y C2 presentan distancias angulares y1, y2 desiguales con respecto al eje óptico A, estando desplazadas preferentemente en relación con el eje óptico en diferentes direcciones. De acuerdo con la configuración de la Fig. 9c) la primera dirección de detección C1 se encuentra en dirección del eje óptico A y la segunda dirección de detección C2 en una dirección no paralela con ésta, por ejemplo, ortogonalmente, de modo que las direcciones de detección C1, C2 forman el desplazamiento angular de p = 90°.
Es ventajoso de este modo de acuerdo con la representación de la Fig. 10 en particular que las direcciones de detección C1, C2 forman el plano, en el cual se encuentra también el eje óptico A. En el caso de las diferentes mediciones mostradas en la Fig. 10 resultan de este modo pares de valores de medición de las aceleraciones ac1, ac2 medidas de los dos sensores de aceleración 30-1 y 30-2, que en combinación posibilitan una determinación inequívoca de la posición de ángulo de medición. De este modo las dos posiciones horizontales I y II mostradas en la Fig. 10 pueden diferenciarse entre sí, dado que el primer sensor de aceleración 30-1 mide en la posición izquierda I una primera aceleración ac1, orientada hacia arriba, es decir, negativa, por el contrario en la posición derecha II una primera aceleración ac1, orientada hacia abajo, es decir, positiva, y correspondientemente a la inversa el segundo sensor de aceleración 30-2 en la posición izquierda I una segunda aceleración ac2, orientada hacia abajo, es decir, positiva y en la posición derecha II una segunda aceleración ac2, orientada hacia arriba, es decir, negativa.
Un ejemplo de ello: en caso de medición del ángulo de inclinación a en las figuras en dirección horaria con respecto a la vertical hacia abajo (dirección de aceleración gravitacional g) resulta en la forma de realización de la Fig. 9a) con y1 = y2 = 45° de este modo preferentemente en la posición horizontal izquierda I una primera aceleración ac1 = g * cos(135°) = - g * cos(45°) y una segunda aceleración ac2 = g * cos(315°) = g * cos(45°).
Y en la posición horizontal derecha a la inversa.
Estas mediciones pueden ser llevadas a cabo también con los dispositivos de medición de terahercios de acuerdo con la Fig. 9b) y Fig. 9c).
De este modo los dos sensores de aceleración 30-1 y 30-2 son suficientes en orientación no paralela en este plano, ofreciendo los sensores de aceleración 30-1 y 30-2 respectivamente como valor de medición un valor y un signo previo para la definición inequívoca de la posición de ángulo de medición en el objeto de prueba 20.
De este modo pueden combinarse mediciones de grosor de capa con mediciones de la posición de ángulo de medición a. Para una medición de acuerdo con la Fig. 8 para la medición circunferencial completa de un objeto de prueba 20 se llevan a cabo de este modo las siguientes etapas:
proporcionar el dispositivo de medición de THz 1 con pantalla conformada 5 adecuada (etapa St1),
colocar el aparato de medición de THz 1con la pantalla conformada 5 de tal modo que dos líneas de contorno 7-1 y 7-2 separadas una de la otra, entren en contacto de forma definida con respectivamente dos puntos de contacto, es decir, P1, P2, P3, P4. Para ello un usuario empuja el dispositivo de medición de THz 1 con su pantalla conformada 5 con ligera fuerza contra la superficie 18 del objeto de prueba 20; esto ocurre manualmente o a mano por parte del usuario sin más medios auxiliares (etapa St2),
iniciar una medición, por ejemplo, mediante activación de un equipo de mando 35 en la carcasa de base 2, debido a lo cual se emite radiación de THz 15 y se mide radiación de THz 16 reflejada, detectándose además de ello la posición de ángulo de medición a del sensor de aceleración 30 y asignándose a las señales de medición de THz, (etapa St3) evaluar la señal de medición, es decir, de la radiación THz 16 recibida para la determinación de tiempos de tránsito y de este modo grosores de capa a1, a2, a3, a4 y de la posición de ángulo de medición a (etapa St4), volver a la etapa St2 desplazando la posición de ángulo de medición a mediante reposicionamiento o deslizamiento a lo largo de la superficie 18,
hasta que el objeto de prueba 20 queda medido por la totalidad de la circunferencia.
Lista de referencias
1 Dispositivo de medición de terahercios
2 Carcasa de base
4 Perno de guía
3 Cabezal de medición
5 Pantalla conformada
6 Ranuras de bayoneta
7 Contorno de apoyo
7-1, 7-2, 7-3, 7-4 Líneas de contorno
10 Equipo de control
11 Dispositivo de almacenamiento de energía, preferentemente batería o acumulador
12 Equipo de visualización
14 Equipo de emisión y recepción de terahercios 15 Radiación de terahercios
16 Radiación de terahercios reflejada
18 Superficie
20 Primer objeto de prueba
30 Sensor de aceleración
30-1 Primer sensor de aceleración
30-2 Segundo sensor de aceleración
34 Zona de agarre
35 Equipo de mando
40 Disposición de medición de THz
118 Superficie
218 Superficie
120 Segundo objeto de prueba
220 Tercer objeto de prueba
ac, Aceleración longitudinal
ac1, ac2 Primera, segunda aceleración longitudinal
g Aceleración gravitacional
A Eje óptico
B Eje de tubo
C1 Primera dirección de detección
C2 Segunda dirección de detección
P, P1, P2, P3, P4 Puntos de apoyo
a1 Distancia de la superficie 18 con el equipo de emisión,
recepción
a2 Grosor de capa de la pared de tubo 21
a3 Diámetro interior de tubo
a4 Grosor de pared de la pared opuesta
D1 Primer diámetro
D2 Segundo diámetro
D3 Tercer diámetro
I Posición izquierda
II Posición derecha
L Longitud
a Posición de ángulo de medición
13 Desplazamiento angular
Y1, y2 Primera distancia angular, segunda distancia angular
Claims (16)
1. Aparato de medición de THz (1) para la determinación de al menos un grosor de capa (a1, a2, a3, a4) de un objeto de prueba (20, 120, 220), en donde el aparato de medición (1) presenta:
una unidad de emisión y recepción de THz (14) para la emisión de radiación de THz (15) a lo largo de un eje óptico (A) y para la recepción de radiación de THz reflejada (16) a lo largo del eje óptico (A),
una unidad de control (10) para controlar la unidad de emisión y recepción (14),
una zona de agarre (34) para el agarre y colocación por el usuario, en donde en una zona de extremo delantera (5) presenta un contorno de apoyo (7) con varios puntos de contacto (P, P1, P2, P3, P4) para el contacto con una superficie curvada (18) del objeto de prueba (20, 120, 220) para la colocación perpendicular del eje óptico (A) sobre la superficie (18, 118, 218), caracterizado por que
el contorno de apoyo (7) está diseñado de tal manera que al colocar el contorno de apoyo (7) sobre una superficie cilíndrica (18) del objeto de prueba (20, 120, 220) con un diámetro definido (D1, D2, d 3) se apoyan exactamente cuatro puntos de contacto (P1, P2, P3, P4),
en donde los cuatro puntos de contacto (P1, P2, P3, P4) se encuentran en un plano perpendicular al eje óptico (A), en donde el contorno de contacto (7) para una superficie (18) que se va a medir presenta dos líneas de contorno (7-1, 7-2; 7-3, 7-4) separadas entre sí en una dirección transversal perpendicular al eje óptico (A),
en donde en cada línea de contorno (7-1, 7-2; 7-3, 7-4) en cada caso para la superficie definida que se va a medir están diseñados dos puntos de contacto (P1, P2; P3, P4), y en donde las líneas de contorno están diseñadas en paralelo o con simetría especular entre sí.
2. Aparato de medición de THz (1) según la reivindicación 1,
caracterizado por que el aparato de medición de THz (1) es portátil, por ejemplo, con una longitud (L) de 25 cm a 50 cm.
3. Aparato de medición de THz (1) según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por que
el contorno de apoyo (7) está diseñado sobre una pieza sobrepuesta (5) intercambiable, que puede fijarse rígidamente en una posición angular definida.
4. Aparato de medición de THz (1) según la reivindicación 3,
caracterizado por que la pieza sobrepuesta (5) es una pantalla conformada (5) de metal, que está prevista para el apantallamiento de radiación dispersa, preferentemente para la fijación a un cabezal de medición (3) del aparato de medición de THz (1).
5. Aparato de medición de THz (1) según la reivindicación 3 o 4,
caracterizado por que la pieza sobrepuesta (5) en su extremo trasero presenta un equipo de conexión, por ejemplo, ranuras de bayoneta (6) para una colocación definida sobre pernos de guía (4) del cabezal de medición (3) o del cuerpo de base (2), y en su extremo delantero el contorno de apoyo (7).
6. Aparato de medición de THz (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que con un par de líneas de contorno (7-1,7-2) se pueden medir por contacto en cada caso al menos dos superficies (18, 118) distintas,
en donde los puntos de contacto (P1, P2) de las superficies (18, 118) distintas están diseñados en posiciones diferentes de las líneas de contorno (7-1, 7-2), en particular con distancia diferente entre sí, en donde las líneas de contorno (7-1, 7-2; 7-3, 7-4) están diseñadas de manera esencialmente cóncava y discurren hacia atrás hacia su centro.
7. Aparato de medición de THz (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que presenta dos pares de líneas de contorno (7-1, 7-2; 7-3, 7-4) que, en el contorno de contacto (7), en una dirección de pivote (s) alrededor del eje óptico (A), están desplazadas en particular 90° entre sí, para la medición de superficies cilíndricas o esféricas (18, 118, 218) con diámetros diferentes (D1, D2, D3).
8. Aparato de medición de THz (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que presenta además uno o varios elementos del siguiente grupo:
- un dispositivo de almacenamiento de energía (11), en particular batería o acumulador, para el suministro eléctrico autárquico del equipo de emisión y recepción de THz (14) y el equipo de control (10), preferentemente suministro de energía totalmente autárquico del aparato de medición de THz (1),
- un equipo de mando (35), por ejemplo, conmutador, para iniciar una medición de grosor de capa,
- un cuerpo de base alargado (2),
- un equipo de visualización (12).
9. Aparato de medición de THz (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que presenta un equipo de medición de posición angular (30, 30-1, 30-2) para la medición de una posición de ángulo de medición (a) cuando está en contacto con el objeto de prueba (20, 120, 220), para la medición completa del objeto de prueba (20, 120, 220) cuando se mide en varias posiciones de ángulo de medición (a) a lo largo de la circunferencia.
10. Aparato de medición de THz (1) según la reivindicación 9,
caracterizado por que
el equipo de medición de posición angular presenta al menos un sensor de aceleración (30, 30-1, 30-2) para medir una aceleración longitudinal (ac, ac1, ac2), por ejemplo, a lo largo del eje óptico (A), como componente de la aceleración debida a la gravedad (g), y
el equipo de control (10) está diseñado para determinar la posición de ángulo de medición (a) a partir de la relación de la aceleración longitudinal medida (ac) con respecto a la aceleración debida a la gravedad (g), en particular teniendo en cuenta un signo de la aceleración longitudinal medida (ac, ac1, ac2).
11. Aparato de medición de THz (1) según la reivindicación 10,
caracterizado por que
el equipo de medición de posición angular presenta dos sensores de aceleración (30-1, 30-2), cuyas direcciones de detección (C1, C2) no están orientadas en paralelo, por ejemplo, con un desplazamiento angular (li) de 45° o 90° entre sí, para la determinación inequívoca de la posición de ángulo de medición (a) a partir de las dos aceleraciones longitudinales (ac1, ac2) de los dos sensores de aceleración (30-1, 30-2).
12. Aparato de medición de THz (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que el equipo de control (10) está diseñado para determinar tiempos de tránsito de la radiación de THz emitida y reflejada (15, 16), preferentemente en el periodo de tiempo o espacio de frecuencia, y a partir de ello al menos un grosor de capa (a1, a2, a3, a4), preferentemente un grosor de pared delantera (a2), un diámetro interior (a3) y un grosor de pared trasera (a4) de un tubo como objeto de prueba (20, 120220).
13. Aparato de medición de THz (1) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la unidad de emisión y recepción de terahercios (3) emite radiación de terahercios (15) en el intervalo de frecuencia entre 0,01 y 10 THz, en particular de 100 GHz a 3 THz, en particular de forma totalmente electrónica por medio de un dipolo, por ejemplo, con modulación de frecuencia o pulsada.
14. Disposición de medición de THz (40) que presenta un aparato de medición de THz (1) según una de las reivindicaciones anteriores y el objeto de prueba (20, 120, 220) que se va a medir, en donde el contorno de apoyo (7) con los varios puntos de contacto (P, P1, P2, P3, P4) está diseñado para el contacto con la superficie curvada (18, 118, 218) del objeto de prueba (20, 120, 220) y para la colocación perpendicular del eje óptico (A) sobre la superficie (18, 118, 218).
15. Procedimiento para medir al menos un grosor de capa (a1, a2, a3, a4) de un objeto de prueba (20, 120, 220) con un aparato de medición de THz (1), con al menos las siguientes etapas:
- proporcionar un aparato de medición de THz portátil (1) según una de las reivindicaciones 1 a13, con la unidad de emisión y recepción de THz (14), una carcasa de base (2) y el contorno de contacto (7) formado en un extremo delantero (St1),
- colocar el aparato de medición de THz (1) con el contorno de contacto (7) en la superficie (18) del objeto de prueba (20, 120, 220) mediante compresión de tal manera que el contorno de contacto (7) se apoya con exactamente cuatro puntos de contacto (P1, P2, P3, P4) sobre la superficie (18) y un eje óptico (A) de la unidad de emisión y recepción (14) está orientado en perpendicular a la superficie (18), (St2),
- llevar a cabo al menos una medición de distancia emitiendo radiación de THz (15) sobre el objeto de prueba (20, 120, 220) con reflexión parcial en al menos dos superficies límite del objeto de prueba (20, 120, 220) y detectar radiación de THz reflejada (16) (St3),
- determinar al menos un grosor de capa (a2, a3, a4) del objeto de prueba (20, 120, 220) a partir de una medición del tiempo de tránsito de la radiación de THz emitida y reflejada (15, 16) (St4).
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado por que el objeto de prueba (20, 120, 220) es un tubo, por ejemplo, tubo de plástico y las etapas de colocar (St2) y llevar a cabo la medición de distancia (St2) se llevan a cabo sucesivamente en varias posiciones de ángulo de medición (a) a lo largo de la circunferencia del objeto de prueba (20, 120, 220), por ejemplo, en etapas diferenciadas o continuamente,
en donde en la etapa de llevar a cabo la medición de distancia (St2), se determina además una posición de ángulo de medición (a) del aparato de medición de THz (1), en particular midiendo una aceleración longitudinal (ac) como componente de la aceleración gravitacional (g).
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