JPS59228105A - フイルムの厚さ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔利用分野〕一 本発明は、赤外線等の光ビームのフィルムによる吸収量
に基いてフ５イルム厚さを測定するフィルムの厚さ測定
装置に関し、特に製造工程のように連続走行しているフ
ィルムの厚さ測定に好適なフィルムの厚さ測定装置に関
する。

〔従来技術〕

近年、フィルム−特にポリエステルフィルム等の高分子
フィルム−では、その適用分野が拡大しており、それに
つれてその品質に対する要求も厳しくなっている。フィ
ルムの厚さに対しても品質の一つとしてその均一化の要
求は強く。

従ってオンライン測定に、よる厚さ管理が必要となって
きている。

ところで、上述のオンライン測定ができる厚さ測定法と
しては、既に特開昭５３−３１１５５号公報等、の提案
がある。特開昭５３−３１１５５号公報に開示されたも
のは、フィルターを切換えて測定するフィルムの吸収ピ
ークの波長（吸収波長）の赤外線と該フィルムに殆んど
吸収されない波長（参照波長）の赤外線と交互に同一光
路を通すようＫした二色赤外線厚さ計であり安定な連続
測定が期待される優れたものであるが、以下の問題があ
る。すなわち、膜厚が大きく変化した場合あるいは温度
が変化した場合吸収波長と参照波長の透過率が同じよう
に変化せず膜厚の測定誤差が生ずる問題、厚さが薄くな
るとフィルムによる吸収量が小さくなり測定感度、精度
が低下する問題、さら如この為に厚み変化を監視するに
十分ではない問題がある。

〔発明の目的〕

かかる状況に対し、本発明者は、先に％願昭５６−２０
１５０６号において、１０μｍ以下の薄いフィルムから
数１００μｍの厚いフィルムまで精度よく且つオンライ
ンで測定できるフィルムの厚さ測定方法として第１図に
示す以下の方法を提案した。図において、Ｐは測定対象
の対象フィルムで１例えば生産中の走行しているポリエ
チレンテレフタレート（ＰＥＴ　）　　フィルムである
。

Ｓは基準フィルムで、生産条件の設定厚さと同じ厚さｔ
ｏの対象フィルムと同じ組成のフィルムである。

１は光源で、対象フィルムに適した波長の光ビームＩ０
（例えばＰＥＴフィルムの場合はその吸収率が略１とな
る波長５．８μｍの赤外線ビーム）を投光するよＭＫな
っている。２は光ビーム■。

を測定ビームＩｐと参照ビームＩｓとに分割して対象フ
ィルムＰと基準フィルムＳへに導く投光系で、レンズ２
ａ、ハーフミラ−２ｂ、及び反射ｉ　：９−２　ｃとか
らなる公知の光学系である。

３は、基準フィルムＳを透過した参照ビームＩ５と対象
フィルムＰを透過した測定ビームエ′ｐとを後述の光電
変換部４１Ｃ導（受光系で、レンズ３ａ、３ｂで構成さ
れている。

前述の光電変換部４は、Ｉｎ８ｂ半導体等の応答性の良
い光検出器４ａ、４ｂよりなり、受光した両ビームＩ′
ｐ、　ＴＩ、、　　を夫々受光量に比例した電気信号の
副官信号Ｅｐと参照信号Ｅｓに変換する。

５は両信号Ｅｐ　、　Ｅｓを処理して対象フィルムＰの
厚さｔＫ関係する厚さ信号ｇｔを得る信号処理部で、両
信号Ｅｐ　＋　Ｅｓの比Ｅｐ　／　Ｅｓを求めると共に
その比ｇｐ　／　Ｅｓの対数Ｅｇを求め出力する対数比
演算回路５ａと、出力ＥＩ　Ｋ基準フィルムＳの厚さｔ
ｏに対応する所定値を加算して厚さ信号Ｅｔを得る演算
回路５ｂとから構成されている。

すなわち、光ビーム■。で測定対象である対象フィルム
Ｐと基準フィルムＳとを照射すると共に夫々の透過光Ｔ
ｐ、Ｉ’ｓを光検出器４ａ、４ｂで検出してその光量比
Ｉ’ｐ　／　Ｉ’ｓ　Ｋ対応する比Ｅｐ／Ｅｌを測定し
、この比に基いて対象フィルムＰの厚さを測定するもの
である。従って、対角フィルムＰの厚さは基準フィルム
Ｓからの変動として検出されるので高ＩＰ！＆度で連応
性のある測定ができると共に光源１の変動等の環境変動
に対しても強い測定ができる。

本発明は、−上述の方法を実施する装置を目的とするも
ので、特忙製造工程でのオンライン測定に適した耐環境
性に優れたフィルムの厚さ測定装置を目的としたもので
ある。

〔発明の構成及び作用〕

本発明は上述の目的を達成するもので、以下の構成を特
徴とするものである。

すなわち、本発明は、同一光源からの光ビームを投光系
により測定対象の対象フィルムと所定の基準フィルムと
に導（と共に、両フィルムからの透過光を光電変換部で
電気信号に変換してその比を求め、この比に基いて対象
フィルムの厚さを測定するよ５になしたフィルムの厚さ
測定装置において、対象フィルムが通るための間隙を隔
てて一組のヘッドを対向配置すると共に、一方のヘッド
には前記光源、前記投光系及び基準フィルムからの透過
光を受光して光電変換する参照変換系を収納し、他方の
ヘッドには対象フィルムからの透過光を受光して光電変
換する測定変換系を収納したことを特徴とするフィルム
の厚さ測定装置である。

なお、上述の所定の基準フィルムとは、前述の原理から
明らかの如く、対象フィルムの厚さ以外の因子の測定へ
の影響を補償する参照信号を生ずるフィルム′を云い、
具体的に対象フィルムと光学特性特に使用する光ビーム
に対する光透過特性が同じフィルムとなる。従って、対
象フィルムと組成が同じフィルムが適用できる。

また平面性等表面特性の同じフィルムは反射特性も同じ
となり好ましい。これらの点から同じ製造条件で製造さ
れた同じ組成のフィルムが好ましい。なお、基準フィル
ムの厚さは、目的に応じて適宜選択する。後述するオン
ライン測定においては、製造条件の厚さに近いものを選
定するのが一般である。

以上の本発明の詳細をＰＥＴフィルムの製造工程での連
続測定に適した実施例に基い【説明する。

第２図は上記実施例の正面図、第３図はその側面図であ
る。

図示の通り、本実施例は、測定対象フィルムＰの上側忙
上部ヘッド２００を、その下側忙下部ヘッド３００を配
し、共通の架台１００の上部アーム１０１と下部アーム
１０２により保持しである。

従って、上部ヘッド２００と下部ヘッド３００は床面等
からの振動に対して一体的に振動し、光軸外れ等の発生
がない。

上部ヘッド２００及び下部ヘッド３００の内部は第４図
、第５図に示す通りに構成されている。

第４図は上部ヘッド２００と下部ヘッド３００の光軸面
での側断面図、第５図は第３図のＡ　−Ａ線からの矢視
図である。

まず、上部ヘッド２００の構成を説明する。図の１は光
源で、図示の通り上部ケース２０１の上側面の所定位置
に取着され、鉛直下方に赤外線ビームＩ０を放射する。

光源１は、下側が小径の放射口１１となった所定長で所
定頂角の円錐台形状で局面が鏡面となった集光路１２を
形成したジャケット構成の集光カバー１３と、集光路１
２に接続した局面が回転放物面９球面等の鏡面である反
射空間１４を形成したジャケット構造の反射カバー１５
と、反射空間１４の焦点を通るよ５に、横方向から配置
した棒状の発熱体１６とからなる。発熱体１６は、セラ
ミックコーティングしたシーズ型電熱ヒータで、ヒータ
素線と共に熱電対を埋め込み、一定温度に制御できるよ
５　Ｋ’してある。また、各ジャケットには一定温度の
空気を供給し、集光路１２及び反射空間１４の温度の安
定化を計っている。従って、低温で目的の赤外線ビーム
■。を効果的に安定して発生できる。本実施例で発熱体
１６の温度を２９０℃にした時、ビーム径８φでタング
ステンランプ１５００℃相当の強度の波長５．８μｍの
赤外線ビームが得られた。また、ビーム径の設定が自由
で、細いビームでも上側の通り強度の大となる利点もあ
る。その上、他の光源に比較して安価となる実用上の利
点もある。

放射口１１から放射された赤外線ビームＩ０はチョッパ
ー装置６０により所定周期（本例では５００Ｈｚ）のパ
ルス光に変換される。チョッパー装置６０は、所定の透
孔６１を適当間隔で同一円周上に配設した回転円板６２
をモータ６３で一定速度で回転させる公知の構成となっ
ている。なお、モータ６３は遮光カバー６４と、共に上
部ケース２０１の後壁２０１ａＫ設けた定盤２０２に取
着部材６５１Ｃより取着され位置決めされている。

チ式ツバー装Ｒ６０を出た赤外線ビームＩ。は、投光系
２に入り、測定ビームＩｐと参照ビームＩ＠に分割され
る。すなわち、投光系２は、垂直方向に貫通した円柱状
の局面を鏡面とした垂直光路と誼垂直光路に直交する同
じく円柱状で局面が鏡面の水平光路とを形成した鏡胴ブ
ロック２１と、垂直光路の入口九着脱自在に螺着された
フィルターユニット２２と、水平光路の左側から着脱可
能に嵌着された保持ユニット２３により垂直光路６４５
度の角度で交差するように配置されたハーフミー’、−
２ｂとからなり、ハーフミラ−２ｂにより垂直方向の測
定ビームＩｐと水平方向の参照ビームＩｓに分割する。

なお、フィルターユニット２２のフィルターは本例では
５．８μｍを透過中心波長としたバンドパスフィルター
となっている。又図の２４は、適当の径のリングからな
る測定ビームエ８の径を設定するビーム径設定ユニット
で垂直光路の出口ＶＣｍ着されている。鏡胴ブロック２
１の位置決めは上部ケース２０１の後壁２０１ａの定盤
２（１３Ｖｃ定寸プａツク２０４を介してノックビン合
せＫより固定することによりなされている。従つ【、組
み立ては非常に簡単であると共に、主要光路を鏡胴でカ
バーし外来光等の環境条件の影響を排除するようＫしで
ある。

鏡胴ブロック２１の水平光路には前述の参照信号Ｅｇを
生成する参照系が接続されている。

すなわち、水平光路の出口には、所定の基準フィルムＳ
をセットしたホルダーＳ、が螺着されている。なお、基
準フィルムＳとしては対象フィルムと同じ組成で厚さも
その製造条件に同じ厚さのフィルム具体的にはＰＥＴフ
ィルムを用いた。

基準フィルムＳを透過した参照ビームＩ’ｓ　　は以下
の参照変換系により参照信号Ｆ’ｓ　Ｋ変換される。す
なわち、鏡胴プルツク２１の水平光路の出口に、ノック
ピン合せにより内面が鏡６面の所定長の円筒体からなる
レンズホルダー３１が着脱可能にセットされ、ゲルマニ
ウムの凸レンズからなる集光用のレンズ３ｂが固定リン
グ３２の螺着によりレンズホルダー３１に固定されて、
前述の受光系を構成している。

そして、レンズ３ｂで集光された参照ビームＩ’ｓ　　
は、レンズ３ｂの焦点位置に配置した赤外線用の光検出
器４ｂＫ入力、参照信号Ｅ８　Ｋ変換される。レンズ３
ｂから光検出器４Ｐまでの光路は内面が鏡面である円筒
カバー４１ｂで囲い、外来光等の環境条件の影響を受け
ないよう処しである。なお、光検出器４ｂとしては富士
通■製ｌＲ８−３１１８を用いた。図の４２．ｂは、光
検出器４ｂの放熱器であり、４３ｂは光検出器４ｂＫ用
いたｌＲ８−３１１８の温度フン）ｐ−小回路と前置増
中器を収納した回路ユニットである。光検出器４ｈの位
置決めは、鏡胴ブロック２１と全く同様であり説明を省
略する。

図の２０５は、上部ヘッド２００　ｔＶｔ発熱源毎の小
室に区画する隔壁の仕切板で、光源装ＷＬ１と光検出器
４ｂ関連とを分離するように設けである。

そして１区画された各真を一定温湿度忙制御した空気で
個々にエアパージすると共に、同じ空気で＠月ブロック
２１の下部ロ部及γド基勉フィルムＳの前後の光路をエ
アパージし、測定条件特に温湿輿の安定化を計っている
。なお１図の２０６は、−Ｅ部ヘッド２００の前部カバ
ー板である。

次に下部ヘッド３００を説明する。下部ヘッド３００　
Ｋは測定対象フィルムＰを透過した測定ビームＩ′ｐ　
　を受光し、電気信号Ｅｐ忙変換する工測定変換系が収
納されている。その受光系は、円筒体からなるブロック
本体３３と、ブロック本体３３の光路を拡大した受部へ
組み込まれたゲルマニウムの凸レンズからなる集光用の
レンズ３ａと、ブロック本体３３の光路上端部に螺着さ
れた局面が鏡面の円錐状の集光路を有する集光ユニット
３４と、集光ユニット３４０入口側に取着された測定ビ
ーム昨　の大きさを調整するマスクユ諷ット３５とから
なり、下部ケース３０１の後１１１３０１ａＫ設けた定
盤３０２　Ｋ定寸プ１ツク３０３を介して取着され、上
部ヘッド２００からの測定ビームＩｐの光軸に受光系の
光軸が一致するように配置されている。

集光ユニット３４の受光口は、測定ビームＩｐの投射口
径すなわちビーム径設定ユニット２４０口径の１．５〜
３倍となっている。そして受光口には第５図に示すマス
クユニット３５が取着されている。マスクユニット３５
は図示の通り対象フィルムＰの走行方向と直交する所定
巾のスリン）３５ａと、その両側に設けた所定中の所定
の透過率のマスク板３５ｂと、光を遮断する遮蔽板３５
ｃとからなる。そしてマスク板３Ｆｉｂは所定厚さ具体
的には対象フィルムと略同じ厚さのＰＥＴフィルムを用
いた。

なお、ブロック本体３３の測定用ビーム■′ｐが直接当
たる光路は全て鏡面となっている。

上述の受光系からの測定用ビームＩ′ｐ　　を電気信号
Ｅｐ　Ｖｃ変換する光電変換部は、前述の参照用ビーム
Ｉ’ｓ　　の光電変換部と全く同じ構成となっている。

すなわち、レンズ３ａの焦点位置に配置されたｌＲ８−
３１１８を用いた光電検出器４ａと、円筒カバー４１ａ
と、放熱器４２αと、回路ユニット４３ａとからなり、
定盤３０２に定寸ブロック３０４により取着され位置決
めされている。

なお、図の３０５は、前述した仕切板で、仕切板３０５
で区画した各室は、上部ヘッド２００の工゛７バージに
用いた空気と同や件のものでエアパージしである。また
、前述の測定用ビームＩ′ｐの受光系の光路も同様にエ
アパージされている。

図の３０６は、前面のカバー板である。

ところで、上部ヘッド２００と下部ヘッド３００の測定
用ビームＩｐの前方すなわちフィルムの走行方向で上流
側には、測定対象フィルムＰの巾方向に測定用ビームｔ
ｐの径より充分長い空気吹出し口１１１を２連に設（す
たエアカーテンブーツク１１０が設けられ、前述したエ
アパージと同条件の空気を測定対象フィルムＰの両面に
吹き付け、随伴気流を遮断するようになっている。

以上の構成から１本実施例は以下の作用効果を奏する。

上部ヘッド２００と下部ヘッド３００と忙２分割し、上
部ヘッド２００は光源１、投光系２％及び参照系を収納
し、下部ヘッド３００　Ｋは測定変換系を収納するよ５
Ｋしたので、両ヘッドがコンパクトになると共に、光学
系の光軸合せ等の目整が非常に容易である。そして、両
ヘッドを同一架台で保持するよう産したので、耐振性に
優れ【いる。

又、上部ヘッド２００、下部ヘッド３００　＃ｃＩｃ　
。

発熱源毎に小室に区画して、温湿度を一定に制御した空
気によりエアパージしたので、測定雰囲気の影響を大巾
に排除することができた。更に、測定部の上流側にエア
カーテンユニット１１０を配し、測定対象フィルムＰＫ
随伴する気流を遮断し一定条件の空気がフィルムに随伴
されるようにしたので、測定条件が安定した。雰囲気に
敏感な赤外線を用いる本例では、測定雰囲気の安定は非
常ＶＣ重要である。

上部ヘッド２００、下部ヘッド３００共密閉構造とする
と共内部は全て黒色塗装等により黒化処理しであるので
、外来光等の外乱光の影響は殆んど除去される。

又、光路の主要部は全て鏡胴で構成し【あるので、光路
による光損失が少ない上前述の外乱光の影響が少ない。

光源ｌが回転放物面からなる反射面と円錐面からなる集
光面を組合せた空胴内の反射面の焦点位置を横方向に通
るよう棒状発熱体１７を設けた構成であるので、黒体の
空胴放射と同様、前述の通り効果的に赤外線を発生させ
ることができる。そして、得られる赤外線は方向及び位
相がランダムな混合光であるので、走行する対象フィル
ムＰの波打つ現象に対して対象フィルムＰの測定ビーム
Ｉｐ　Ｋ対する角度が変化しても散乱光が平均化され、
影響が小さいという利点がある。なお、発熱体１７に熱
電対等を埋め込み温度制御するよ５１Ｃしたので、得ら
れる赤外線が安定化する。

更に、対象フィルムＰを透過した測定ビームｌ争　　を
そのビーム径の１．５〜３倍の口径の逆円錐状の集光ユ
ニット３４で受光するようになしたので、前述の対象フ
ィルムＰの波打ち現象の１影響を低減で鯉、測定が安定
化した。

また、電光ユ＝ット３４前面に適当な光透過率のマスク
板３５ｂとスリット３５ａを有するマスクユニット３５
を設けたので、光検出器４ａの受光量レベルをＳ／Ｎ比
が大きく低下しないレベルに保持しつつ、スリット効果
により検出の分解能を向上させることができた。又、動
的特性においても、オンライン測定に要求される数Ｉ　
Ｉ）　Ｔ（ｙ、以上の厚み変化に対して、マスクユニッ
ト３５は空間フィルターとして作用し８／Ｎ比のｌい検
ＩＥができた。具体的には、スリット３５　ａ　（Ｄ　
巾カ２　ｍ　、スリット３５ｇを含むマスク板３５ｂの
両側での巾が５ｆｉで、その長さｉｓｍのマスクユニッ
ト３５１Ｃより数１０　Ｈｚの厚み変化が効果的に検出
できた。なお、この際のマスク板３５ｂは、前述の通り
対象フィルムと同じ厚さであり、従ってマスク板３５ｂ
の透過光量はスリツ）３５ａの約半分となる。

以上、本発明を実施例に基いて説明したが、本発明はか
かる実施例に限定されるものではなＸ、１゜ フィルムの中方向の厚みも検出する必要がある場合には
、上部ヘッドと下部ヘッドとを同期して中方向に移送す
るよ５１Ｃすれば良く、Ｘ線厚み計で公知の構成により
簡単に実現できる。

この場合、上述の構成のため、移動に際し測定系の光軸
ずれのみに注意すれば良く、且つ前述の対象フィルムの
波打ち現象と光軸のずれとは測定誤差に対する影響糾−
等価であるので光軸ずれの影響も小さいという利点があ
る。

また、製造工程で測定個所近くに高温ヒータ等があり測
定雰囲気が大きく変動する場合の如く、実施例のエアパ
ージのみでは温度東件の安定化が難しい場合には、隔壁
及び側壁等をジャケット構造として水等の冷媒による温
度安定化を計ると良い。

以上の通り１本発明は製造工程でのフィルムの厚みのオ
ンライン測定に適したもので、種々の態様で実施できる
非常に有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す説明図、第２図は実施例の
概略を正面全体図、第３図を家その側面全体図、第４図
はその要部の正面断面図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面
矢視図、第６図（′！、マスクユニットの説明図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同一光源からの光ビームを投光系により測定対象の
   対象フイ・ルムと所定の基準フィルムとに導くと共に、
   両フィルムからの透過光を光電変換部で電気信号に変換
   してその比を求め、この比ｔｃ３いて対象フィルムの厚
   さを測定するようＫなしたフィルムの厚さ測定装置にお
   いて、対象フィルムが通るだめの間隙を隔てて一組のヘ
   ッドを対向配置すると共に。 一方のヘッドには前記光源１曲射投光系及び基準フィル
   ムからの透過光を受光して光電変換する参照変換系を収
   納し、他方のヘッドにはＭ１１ｙイルムからの透過光を
   受光して充電変換する測定変換系を収納したことを特徴
   とするフィルムの厚さ測定装置。 ２、前記−間のヘッドが共通架台九対向配置された特許
   請求の範囲第１項記載のフィルムの厚さ測定装置。 ３、前記各ヘッドが光源、光電変換部の熱源毎に隔壁で
   小室に区画され、一定温湿度の空気でエアパージされて
   いる特許請求の範囲第１項若しくは第２項記載のフィル
   ムの厚さ測定装置。 ４、　前記測定変換系の受光口径が投光系の対象フィル
   ムへの投射口径の１．５〜３倍である特許請求の範囲第
   １項、、第２項、若しくは第３項記載のフィルムの厚さ
   測定装置。 ５、前記測定変換系の受光口及び前記投光系の対象フィ
   ルムへの投射口の゛対象フィルムの走行方向の上流側Ｋ
   、対象フィルムの随伴気流を遮断するエアカーテンブロ
   ックを有する特許請求の範囲第１項、第２項、第３項若
   （、＜は第４項記載のフィルムの厚さ測定装置。