DE2651003A1

DE2651003A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE THICKNESS OF A TRANSPARENT MATERIAL ON A BASE ELEMENT

Info

Publication number: DE2651003A1
Application number: DE19762651003
Authority: DE
Inventors: Arthur Hambrose Day
Original assignee: GV Planer Ltd
Current assignee: GV Planer Ltd
Priority date: 1975-11-07
Filing date: 1976-11-08
Publication date: 1977-05-18
Also published as: GB1566398A; NL7612285A

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER 2 6 5 Ί 0 QHOFFMANN · EITLE & PARTNER 2 6 5 Ί 0 Q

PATENTANWÄLTE DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K.HOFFMAN N · DIPL.-ING. W. LEH N D-8000 MDNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · TELEFON (089) 9Π087 · TELEX 05-29619 (PATHE)PATENT LAWYERS DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. EITLE DR. RER. NAT. K.HOFFMAN N DIPL.-ING. W. LEH N D-8000 MDNCHEN 81 ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) TELEFON (089) 9Π087 TELEX 05-29619 (PATHE)

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G-.V. Planer Limited, Sunbury-on-Thames, Middlesex /EnglandG-.V. Planer Limited, Sunbury-on-Thames, Middlesex / England

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Dicke von einem transparenten Material auf einem BasiselementMethod and apparatus for measuring the thickness of a transparent material on a base member

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Dicke von einem transparenten Material auf einem Basiselement. Sie bezieht sich insbesondere auf die Dickenmessung von Materialien, die für elektromagnetische Strahlung durchlässig sind.The invention relates to a method and a device for measuring the thickness of a transparent material a base element. It relates in particular to the measurement of the thickness of materials used for electromagnetic Radiation are permeable.

Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Dickenmessung von einem Film aus feuchter Druckerfarbe oder Tinte auf einer Metallwalze, wie er beim Drucken nach dem Intaglio-Verfahren verwendet wird. Jedoch ist auch die Dickenmessung von anderenOne field of application of the invention is thickness measurement from a film of wet printing ink or ink on a metal roller, such as that used in intaglio printing is used. However, the thickness measurement is also different

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und dickeren Materialien, z.B. das Ausmessen der Dicke von einer Farbbeschichtung vorgesehen.and thicker materials, e.g., measuring the thickness of a paint coating.

Beim Drucken nach dem Intaglio-Verfahren ist es erwünscht, dass die Dicke des auf die Druckwalze aufgegebenen Tintenfilms genau gesteuert wird. Diese Steuerung wird u.a. benötigt, dass der Drucker eine bleibende Qualität am fertigen Druck aufrechterhalten kann und ein übermässiger Verbrauch an Tinte vermieden wird. Ein Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Dicke von einem Tintenfilm auf einer sich drehenden Druckwalze zu schaffen, bei denen keine mechanische Berührung mit der Walze erforderlich ist, die unempfindlich gegenüber einer Exzentrizität der Walze sind, die eine Dickenmessung im Bereich von 0 bis 1oo ,u erlauben, die eine Dickenmessung innerhalb der gravierten Zonen der Walze ermöglichen, und die bei allen gewöhnlich verwendeten Tinten eingesetzt werden können.When printing using the intaglio method, it is desirable to that the thickness of the ink film applied to the platen is precisely controlled. This control is required, among other things, that the printer can maintain a lasting quality in the finished print and excessive consumption of ink is avoided. An object of the invention is therefore to provide a method and an apparatus for measuring the thickness of to create a film of ink on a rotating platen that has no mechanical contact with the Roll is required, which are insensitive to an eccentricity of the roll, a thickness measurement in the Allow a range from 0 to 100, u, which allow a thickness measurement within the engraved zones of the roller, and which can be used with all commonly used inks.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Lösung dieses Ziels zeichnet sich dadurch aus, dass eine elektromagnetische Strahlung auf eine Oberfläche des Materials unter einem Einfallswinkel gerichtet wird, der im wesentlichen gleich dem Brewster¹sehen Winkel ist, ein Detektor so angeordnet wird, dass die aus dem Material nach Hindurchgang durch dieses und Reflexion von dessen anderen Oberflächen austretende Strahlung aufgenommen wird, und dass ein Polarisator so angeordnet wird, dass die Strahlung, die im wesentlichen unter dem Brewster'sehen Winkel von der einen Oberfläche des Materials reflektiert wird, nicht den Detektor erreicht. Folglich handelt es sich bei der in das Material einfallenden und vom Detektor aufgenommenen Strahlung imThe method according to the invention for solving this goal is characterized in that electromagnetic radiation is directed onto a surface of the material at an angle of incidence which is essentially equal to the Brewster ¹ angle, and a detector is arranged in such a way that the from the material Radiation emerging through this and reflection from the other surfaces thereof is received, and in that a polarizer is arranged so that the radiation which is reflected from one surface of the material substantially at the Brewster's angle does not reach the detector. Consequently, the radiation which is incident on the material and is picked up by the detector is im

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wesentlichen nur um diejenige, die durch das Material hindurchgegangen ist. Der Detektor wird ferner so angeordnet, dass er einen Bezugsstrahl von der gleichen Quelle wie für die elektromagnetische Strahlung erhält, so dass ein Vergleich zwischen den Intensitäten von Bezugsstrahl und austretendem Strahl vorgenommen werden kann. Die Intensität der erfassten austretenden Strahlung in bezug auf die Referenz— oder Bezugsstrahlung wird somit im wesentlichen nur durch die Dicke des Materials modifiziert,und auf diese Weise ist die Dicke messbar.essential only to the one who has passed through the material. The detector is also arranged so that that it receives a reference beam from the same source as for the electromagnetic radiation, so that a Comparison between the intensities of the reference beam and the exiting beam can be made. The intensity the detected emerging radiation with respect to the reference or reference radiation is thus essentially only through the thickness of the material is modified, and that way is the thickness measurable.

Das Verfahren erfordert keine mechanische Berührung mit dem transparenten Material und eignet sich daher inbesondere, wenn auch nicht ausschliesslich, für die Dickenmessung von feuchtem Material. Die Dicke einer trockenen Materialmasse kann,vorausgesetzt, dass sie für die Strahlung transparent ist, ebenfalls erfindungsgemäss gemessen werden.The process does not require any mechanical contact with the transparent material and is therefore particularly suitable although not exclusively, for measuring the thickness of moist material. The thickness of a dry mass of material can, provided that it is transparent to the radiation, also be measured according to the invention.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die eine elektromagnetische Strahlung auf eine Oberfläche des Materials unter einem Einfallswinkel richtet, der im wesentlichen gleich dem Brewster'sehen Winkel ist, eine Detektoreinrichtung zur Aufnahme der aus dem Material austretenden Strahlung,nachdem diese durch das Material hindurchgegangen und von der anderen Materialoberfläche reflektiert wurde, eine Einrichtung, die verhindert, dass die von der einen Oberfläche des Materials reflektierte Strahlung zur Detektoreinrichtung gelangen kann, und ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtung einen elektrischen Schaltkreis enthält, der ein Ausgangssignal entsprechend seinem optischen Eingangssignal schafft, das abhängig von der Materialdicke ist.The device according to the invention for carrying out the method is characterized by a device which emits electromagnetic radiation onto a surface of the material directs a detector means at an angle of incidence substantially equal to the Brewster's angle Absorption of the radiation emerging from the material after this has passed through the material and reflected from the other surface of the material, a device which prevents the radiation reflected from one surface of the material from reaching the detector device, and is further characterized in that the detector means includes an electrical circuit which creates an output signal corresponding to its optical input signal, which is dependent on the material thickness.

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Wenn die elektromagnetische Strahlung so ausgewählt wird, dass sie im infraroten Bereich des Spektrums liegt, dann kann es sich zweckmässigerweise bei der Strahlungsquelle um eine Wolframfaden-Lichtquelle handeln^ und in diesem Fall kann der Detektor ein Bleisulfid-Detektor sein, der gekoppelt mit einem Siliciumfilter eine Bandbreite zwischen etwa 1 und 3 ,u schafft. Die Einrichtung, die verhindert, dass die reflektierte Strahlung durch den Detektor aufgenommen wird, ist vorzugsweise ein Polarisator, der so angeordnet ist, dass ein Durchgang von elektromagnetischer Strahlung, die im wesentlichen unter dem Brewster'sehen Winkel reflektiert wurde, verhindert wird.If the electromagnetic radiation is chosen to be in the infrared region of the spectrum, then the radiation source can expediently be a tungsten filament light source ^ and in this In this case, the detector can be a lead sulfide detector which, coupled with a silicon filter, has a bandwidth between about 1 and 3, u creates. The device that prevents the reflected radiation from being picked up by the detector is preferably a polarizer, which is arranged so that a passage of electromagnetic radiation, those seen essentially at the Brewster's angle was reflected, is prevented.

Lediglich aus Gründen der Einfachheit wird nachfolgend das transparente Material in bezug auf einen Film erläutert, doch stellt dies keine Beschränkung hinsichtlich der Materialdicke dar.For the sake of simplicity, the following explains the transparent material in relation to a film, however, this is not a restriction on the material thickness.

Wenn ein Strahl aus nicht polarisiertem Licht eine Luft/Filmgrenzfläche unter einem Einfallswinkel trifft, der im wesentlichen gleich dem Brewster'sehen Winkel für den Film ist, dann wird ein gewisser Teil des Lichtes gebrochen, gelangt durch den Film, wird an der Oberfläche des Basiselementes zurück durch den Film reflektiert und wird an der Film/Luftgrenzfläche erneut gebrochen. Der Intensitätsverlust des hindurchgegangenen, austretenden Lichts in bezug auf die Intensität des einfallenden Lichtes hängt ab von der Absorption durch den Film, der Absorption bei Reflexion an der Grenzfläche zwischen Tinte und Basiselemente und vom Verlust durch Reflexion an einem bestimmten Basiselement. Für einen bestimmten Einfallswinkel sind die beiden letztgenannten Verluste konstant. Daher ist der IntensitätsverlustWhen a beam of unpolarized light crosses an air / film interface hits at an angle of incidence substantially equal to the Brewster's angle for the film, then some of the light is refracted, passes through the film, becomes on the surface of the base element reflected back through the film and refracted again at the film / air interface. The loss of intensity of the The light that has passed through and emerges with respect to the intensity of the incident light depends on the absorption through the film, absorption upon reflection at the interface between ink and base elements, and loss by reflection on a certain basic element. For a given angle of incidence, the two are the latter Losses constant. Hence the loss of intensity

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des austretenden Lichtes im wesentlichen nur von der Absorption durch den Film und damit von der Filmdicke abhängig. Das Licht wird auch von dem ursprünglichen Strahl an der Luft/Filmgrenzfläche reflektiert,und dieses Licht ist planpolarisiert. Es wird gewöhnlich festgestellt, dass ein Lichtdetektor, der so angeordnet ist, dass er das hindurchgegangene, austretende Licht empfängt, auch das direkt reflektierte Licht aufnimmt, das gewöhnlich wesentlich intensitätsstärker als das übertragene austretende Licht ist. Indem jedoch ein Polarisationsfilter vor dem Detektor angeordnet wird, und der Filter bezüglich der Polarisationsebene des reflektierten Lichtes so angeordnet wird, dass er querpolarisiert, kann der Effekt des direkt reflektierten Lichts auf dem Detektor beseitigt werden. Der Detektor kann dann so kalibriert werden, dass er ein Ausgangssignal schafft, das im wesentlichen für die Filmdicke kennzeichnend ist. of the emerging light essentially only from the absorption depends on the film and thus on the film thickness. The light is also from the original ray reflected at the air / film interface, and this light is plane polarized. It is usually found that a light detector arranged to do the receives light that has passed through and exits, also receives the directly reflected light, which is usually essential is more intense than the transmitted, exiting light. However, by using a polarizing filter in front of the Detector is arranged, and the filter is arranged with respect to the plane of polarization of the reflected light if it becomes transversely polarized, the effect of the directly reflected light on the detector can be eliminated. The detector can then be calibrated to provide an output signal that is substantially indicative of film thickness.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung und unter Bezugnahme auf die Dickenmessung von einem Film aus feuchter Tinte auf einer Druckwalze näher beschrieben. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawing and with reference to the measurement of the thickness of a film of wet ink on a platen. It demonstrate:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Theorie,Fig. 1 is a schematic representation for explanation the theory on which the invention is based,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der bei der Erfindung verwendeten Vorrichtung, undFig. 2 is a schematic representation of the device used in the invention, and

Fig. 3 einen elektrischen Schaltkreis für einen Detektor an der Vorrichtung,der ein optisches Eingangssignal in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt.3 shows an electrical circuit for a detector on the device, which receives an optical input signal converts it into an electrical output signal.

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Gemäss Fig. 1 ist die Oberfläche 1 einer gravierten, für das Intaglio-Druckverfahren verwendeten Druckwalze eine hoch reflektierende Metalloberfläche. Ein Film 2 aus Drucktinte ist auf der Walze zum Einsatz während des Drückens aufgegeben und hat gewöhnlich eine Dicke t bis zu 1oo ,u.According to Fig. 1, the surface 1 is an engraved, for The intaglio printing process used a pressure roller with a highly reflective metal surface. A film 2 made of printing ink is abandoned on the roll for use during spinning and is usually up to 100 in thickness t, u.

Ein Lichtstrahl 3 ist so angeordnet, dass er auf die obere Oberfläche 4 des Tintenfilms 2 unter einem Einfallswinkel auftrifft, der gleich dem Brewster'sehen Winkel für das Filmmaterial ist. Unter diesen Umständen ist der direkt reflektierte Strahl 5 planpolarisiert, wobei sein elektrischer Vektor senkrecht zur Einfallsebene steht. Der gebrochene Strahl 6 liegt unter rechtem Winkel zum reflektierten Strahl 5 und ist nur teilweise polarisiert. Der Strahl 6 wird unter einem Winkel 0 an der Oberfläche 1 der Walze reflektiert und zurück durch den Tintenfilm 2 geschickt und an der oberen Oberfläche 4 des Tintenfilms erneut gebrochen, so dass ein teilweise polarisierter austretender Strahl 7 vorliegt. Die beiden Strahlen 5 und 7, die den Tintenfilm 2 verlassen, liegen parallel zueinander, wobei der Strahl 5 planpolarisiert und der Strahl 7 Strahlen enthält, die senkrecht zur Polarisationsebene des Strahles 5 polarisiert sind. Der Strahl 7 ist durch den Tintenfilm 2 über eine WegstreckeA light beam 3 is arranged to hit the top surface 4 of the ink film 2 at an angle of incidence which is equal to the Brewster's angle for that Footage is. Under these circumstances, the directly reflected beam 5 is plane-polarized, its electrical Vector is perpendicular to the plane of incidence. The refracted ray 6 is at right angles to the reflected one Beam 5 and is only partially polarized. The jet 6 is at an angle 0 on the surface 1 of the roller reflected and sent back through the ink film 2 and refracted again on the upper surface 4 of the ink film, so that a partially polarized exiting beam 7 is present. The two rays 5 and 7, which the Leave ink film 2 lie parallel to one another, the jet 5 being plane polarized and the jet 7 jets which are polarized perpendicular to the plane of polarization of the beam 5. The jet 7 is through the ink film 2 over a distance

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gelaufen_;und aufgrund der optischen Verluste längs dieser Weglänge hat er an Intensität abgenommen. Die Intensität des Strahles 7 hängt von der Dicke t des Films 2 ab, so dass die Messung der Intensität eine Messung der Dicke des Tintenfilms ermöglicht. Die Intensität des reflektierten Strahles 5 jedoch ist weit höher als die Intensität deswalked _; and because of the optical losses along this path it has decreased in intensity. The intensity of the jet 7 depends on the thickness t of the film 2, so that the measurement of the intensity enables the thickness of the ink film to be measured. The intensity of the reflected beam 5, however, is far higher than the intensity of the

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austretenden Strahles 7, so dass der Effekt des Strahles 5, der nicht durch den Tintenfilm 2 hindurchgegangen ist, beseitigt werden muss. Ein Polarisator 8 ist in den Weg der Strahlen 5 und 7 eingesetzt und so angeordnet, dass er zu der Polarisationsebene des reflektierten Strahles 5 quer polarisiert. Durch diese Massnahme ist das alleinige Licht, das durch den Polarisator 8 hindurchgelangt, das planpolarisierte mit einem elektrischen Vektor parallel zur Einfallsebene und somit das Licht von dem austretenden Strahl 7. Ein Detektor 9 mit einer Fotozelle ist so angeordnet, dass er den optischen Ausgang des Polarisators 8 empfängt und diesen in einen Wert für die Dicke t des Tintenfilms 2 umwandelt.exiting jet 7, so that the effect of the jet 5 that has not passed through the ink film 2 is eliminated must become. A polarizer 8 is inserted in the path of the beams 5 and 7 and arranged so that it is too the plane of polarization of the reflected beam 5 polarized transversely. Through this measure the only light is that passed through the polarizer 8, the plane polarized with an electrical vector parallel to the plane of incidence and thus the light from the exiting beam 7. A detector 9 with a photocell is arranged so that it receives the optical output of the polarizer 8 and converts this into a value for the thickness t of the ink film 2 converts.

Fig. 2 zeigt eine für die in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Theorie verwendete Vorrichtung, bei der eine Lichtquelle 1o und ein Detektor 11 so angeordnet sind, dass die Strahlung auf den Tintenfilm an der Oberfläche 12 einer Druckwalze 13 gerichtet bzw. die vom Tintenfilm austretende reflektierte Strahlung aufgenommen wird. Zwei Lochplatten 14, 15 sind nahe der Walze 13 so angeordnet, dass sie den Betrachtungswinkel der Lichtquelle 1o bzw. des Detektors 11 beschränken.FIG. 2 shows an apparatus used for the theory described in connection with FIG. 1, in which a light source 1o and a detector 11 are arranged so that the radiation hits the ink film on the surface 12 a pressure roller 13 or the reflected radiation exiting from the ink film is recorded. Two perforated plates 14, 15 are arranged near the roller 13 so that they limit the viewing angle of the light source 1o or of the detector 11.

Ein Polarisator 16 ist zwischen der Platte 15 und dem Detektor 11 angeordnet _f und ein mechanischer Unterbrecher 17 ist hinter dem Polarisator 16 angebracht. Der Unterbrecher 17 unterbricht oder zerhackt den Lichtausgang vom Polarisator 16 zweimal pro Umdrehung, wobei die wirksame Unterbrechungsfrequenz etwa 5o Hz ist. Dies wird in Verbindung mit einer stabilisierten Gleichstromquelle für die Lichtquelle 1o eingesetzt, um Variationen in derA polarizer 16 is disposed between _f the plate 15 and the detector 11 and a mechanical breaker 17 is mounted behind the polarizer sixteenth The interrupter 17 interrupts or chops the light output from the polarizer 16 twice per revolution, the effective interruption frequency being about 50 Hz. This is used in conjunction with a stabilized direct current source for the light source 1o to avoid variations in the

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Intensität des einfallenden Lichtes zu verringern. Der Ausgang des Detektors kann verstärkt und mittels des in Fig. 3 gezeigten Schaltkreises rektifiziert werden.To reduce the intensity of the incident light. The output of the detector can be amplified and measured using the in 3 can be rectified.

Gemäss Fig. 3 wird ein Verstärker 18 mit sehr hoher Eingangsimpedanz, z.B. ein RCA-Typ 313o, verwendet, um das Ausgangssignal der Fotozelle 19 des Detektors zu verstärken, da dies eine sehr geringe Belastung der Fotozelle auferlegt. Die Wechselstromkopplung zwischen Fotozelle und Verstärker und zwischen Verstärker und Gleichrichter 2o als auch die Rückkopplungskomponenten sind so ausgewählt, dass der Schaltkreis eine angemessene Empfindlichkeit bei der Unterbrechungsfrequenz (die anders als 5o Hz sein kann) schafft, und dennoch gegenüber viel höheren Frequenzen und Gleichstromsignalen unempfindlich ist.According to FIG. 3, an amplifier 18 with a very high input impedance, e.g. an RCA type 313o, used to amplify the output signal of the photocell 19 of the detector, as this places very little stress on the photocell. The AC coupling between the photocell and the amplifier and between amplifier and rectifier 2o as well as the feedback components are selected so that the Circuit adequate sensitivity to the interruption frequency (which can be other than 50 Hz), and yet against much higher frequencies and DC signals is insensitive.

Die abschliessende Ausgangsspannung, die proportional zur Spitzenintensität des in den Detektor eintretenden Lichtes ist, wird mit einem Digital-Voltmeter gemessen.The final output voltage, which is proportional to the The peak intensity of the light entering the detector is measured with a digital voltmeter.

Beim Drucken nach dem Intaglio-Verfahren wird erwünscht, dass die Dicke des auf die Druckwalze aufgegebenen Tintenfilmes genau gesteuert werden kann, um dem Drucker eine Hilfe hinsichtlich der Aufrechterhaltung einer bleibenden Qualität am fertigen Druck zu geben und eine übermässige Vergeudung von Tinte zu vermeiden. Um diese Überwachung vorzunehmen, wird vorteilhafterweise die Dicke des Tintenfilms auf der sich drehenden Druckwalze gemessen, wobei es wichtig ist, dass die Messung unempfindlich gegenüber einer Exzentrizität der Walze ist.When printing according to the Intaglio process, it is desirable that the thickness of the ink film applied to the platen can be precisely controlled to give the printer a To give help in maintaining a lasting quality in the finished print and an excessive Avoid wasting ink. To make this monitoring, the thickness of the ink film is advantageously used measured on the rotating pressure roller, whereby it is important that the measurement is insensitive to is an eccentricity of the roller.

Als Alternative zur Bestimmung der Dicke des TintenfilmesAs an alternative to determining the thickness of the ink film

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aus nur dem austretendem Licht kann der Detektor auch so angeordnet werden, dass er das Licht von der Lichtquelle 1o direkt empfängt, d.h. das Licht, das nicht durch den Tintenfilm hindurchgelangt oder von diesem reflektiert ist. Vorzugsweise trifft dieses Licht, das als Referenzstrahl dient, auf den Detektor nach Reflexion von einer nicht tintenbehafteten Oberfläche der Druckwalze 13 auf, wodurch eine einfache Kompensation hinsichtlich der Reflexionseigenschaft der Walzenoberfläche geschaffen wird. Der austretende und Bezugsstrahl werden dann dem Detektor in zeitlich beabstandeter Folge zugeführt, der dann einen Intensitätsvergleich zwischen beiden Strahlen vornimmt, um die Dicke des Tintenfilmes zu bestimmen. Es ist auch möglich, den austretenden und Bezugsstrahl einschlägigen Detektoren zuzuführen, deren Ausgänge nachfolgend zur Ableitung der Filmdicke verglichen werden.the detector can do this from just the emerging light be arranged so that it receives the light from the light source 1o directly, i.e. the light that does not pass through the Ink film has passed through or is reflected from this. Preferably, this hits light, which acts as a reference beam serves, on the detector after reflection from a non-inked surface of the pressure roller 13, whereby a simple compensation with regard to the reflective property of the roller surface is created. Of the exiting and reference beam are then passed into the detector a temporally spaced sequence, which then compares the intensity between the two beams, to determine the thickness of the ink film. It is also possible to pertain the exiting and reference ray To supply detectors, the outputs of which are compared below to derive the film thickness.

Bei der Beschreibung des Verfahrens zur Dickenmessung anhand von Fig. 1 wurde von einem einzelnen, einfallenden Lichtstrahl ausgegangen. In der Praxis jedoch trifft eine Vielzahl von Lichtstrahlen auf den Tintenfilm/und dies erzeugt einen Bereich von Einfallswinkeln. Darüber hinaus kann sich der mittlere Einfallswinkel ändern, wenn die Tintenoberfläche gekräuselt ist. Diese beiden Faktoren in Kombination mit dem Umstand, dass Polarisatoren nicht ideal ausgebildet sind, indem sie keine scharfe Abtrennung schaffen, bedeuten, dass bei einer praktisch ausgeführten Vorrichtung das direkt von der oberen Oberfläche des Tintenfilms weg reflektierte Licht nicht vollständig daran gehindert wird, den Detektor zu erreichen. Die Genauigkeit der Messung wird dadurch nachteilig beeinflusst. Es wurde jedoch in der Praxis festgestellt, dass unter der Voraussetzung, dass die Durchlässigkeit des Tintenfilmes einige wenige Prozent übersteigt.In the description of the method for measuring the thickness with reference to FIG. 1, a single incident light beam was used went out. In practice, however, a plurality of light rays strike the ink film and this creates a range of angles of incidence. In addition, can become the mean angle of incidence change when the ink surface is ruffled. These two factors, combined with the fact that polarizers are not ideally designed, by not creating a sharp separation, mean that in one practical device that reflected directly off the top surface of the ink film Light is not completely prevented from reaching the detector. This increases the accuracy of the measurement adversely affected. However, it has been found in practice that provided that the permeability of the ink film exceeds a few percent.

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das Verfahren dennoch ausreichend für praktische Anwendungsfälle genau ist, wenn der Umstand, dass die Durchlässigkeit von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung abhängt, in Betracht gezogen wird. D. h. die Beziehung zwischen der Wellenlänge der Strahlung und der speziell verwendeten Tinte sollte vorzugsweise so gewählt werden, dass eine Durchlässigkeit des Films insgesamt von wenigstens 1o % (z.B.) vorliegt. Andererseits ist bei hohen Werten für die Durchlässigkeit des Filmes insgesamt die Empfindlichkeit der Vorrichtung nicht ausreichend, um eine praktische Filmdickenmessung zu erhalten.The method is nevertheless accurate enough for practical applications if the fact that the permeability depends on the wavelength of the incident radiation. I. E. the relationship between the The wavelength of the radiation and the specific ink used should preferably be chosen so that a permeability of the total film is at least 10% (e.g.). On the other hand, at high values for the permeability of the film, the overall sensitivity of the device is insufficient to allow a practical film thickness measurement to obtain.

Um den unterschiedlichen Eigenschaften von Tinten oder anderen flüssigen Filmen, die zu unterschiedlichen Durchlässigkeiten führen, Rechnung zu tragen, muss die Vorrichtung kalibriert werden und kann mit einem Steuerknopf versehen werden, der in Durchlässigkeitseinheiten für den der Untersuchung unterliegenden speziellen flüssigen Film abgestuft ist.To reflect the different properties of inks or other liquid films that lead to different permeabilities lead to take into account, the device must be calibrated and can be provided with a control button which is graded in units of permeability for the particular liquid film under investigation is.

Ferner kann anstelle von monochromatischem Licht ein Band von Wellenlängen verwendet werden. Dies führt zu dem Vorteil, dass ein weniger kompliziertes optisches System, höhere verwendbare Lichtintensitäten und der Einsatz bei Filmen mit Strahlentransmissionsbändern vorgesehai werden können. Durch Einsatz eines Filters, z.B. eines Filters mit einem Transmissionsbereich von 1 ,1 ,u bis 3,3,u, wurde festgestellt, dass Durchlässigkeiten ähnlich denen für monochromatisches Licht erhalten werden können.Furthermore, a band of wavelengths can be used instead of monochromatic light. This leads to the advantage that a less complicated optical system, higher usable light intensities and the use of Films with radiation transmission ribbons can be provided can. By using a filter, e.g. a filter with a transmission range of 1, 1, u to 3.3, u, found that transmittances similar to those for monochromatic light can be obtained.

Die Bestimmung des Brewster¹sehen Winkels für das spezielle verwendete transparente Material kann auf irgendeine geeignete bekannte Weise erfolgen und braucht hier nicht näher beschriebenThe determination of the Brewster ¹ angle for the particular transparent material used can be made in any suitable known manner and need not be described in further detail here

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zu werden. Es wurde jedoch festgestellt, dass wenigstens für typische, beim Intaglio-Drucken verwendete Tinten eine Änderung des Einfallswinkels zwischen etwa 45° und etwa 62° die Genauigkeit der Ablesung nicht ernstlich beeinflusst. Daher kann bequemerweise der Einfallswinkel für alle derartigen Tinten bei 55 angenommen werden, was im wesentlichem gleich dem Brewster' sehen Winkel is^und daher für alle Tinten das optische System entsprechend eingestellt werden.to become. However, it has been found that at least one change for typical inks used in intaglio printing of the angle of incidence between about 45 ° and about 62 ° does not seriously affect the accuracy of the reading. Therefore, the angle of incidence for all such inks can conveniently be taken at 55, which is essentially equal to the Brewster 'see angle is ^ and therefore for all inks the optical system can be adjusted accordingly.

Es wurde ferner festgestellt, dass bei gewissen Tinten, die gewöhnlich beim Intaglio-Drucken verwendet werden, ein spezielles einfaches Verfahren zum Kalibrieren der Vorrichtung bei all diesen Tinten möglich ist. Durch Beschränkung des Filmdickenbereichs auf beispielsweise 15 bis 35/U kann die optische, den einfallenden Strahl definierende öffnung oder der elektronische Verstärkungsfaktor des Verstärkers so gewählt werden, dass das Ausgangsspannungssignal der Vorrichtung direkt für die Filmdicke kennzeichnend ist. Ein Steuerknopf an der Vorrichtung verändert dann die optische Öffnung oder den elektronischen Verstärkungsfaktor entsprechend der jeweiligen untersuchten Tinte. Der Dickenbereich wird dann durch einen zweiten separaten Verstärkungsregler eingestellt.It has also been found that certain inks commonly used in intaglio printing a special simple method of calibrating the device for all of these inks is possible. By limitation of the film thickness range to for example 15 to 35 / U can be the optical one defining the incident beam opening or the electronic gain of the amplifier can be chosen so that the output voltage signal of the device is directly indicative of the film thickness. A control button on the device changed then the optical aperture or the electronic gain according to the respective ink tested. The thickness area is then separated by a second Gain control set.

Bei der praktischen Anwendung der Erfindung auf die Messung der Dicke von Tinte beim Intaglio-Drucken, kann die Vorrichtung durchaus zum Arbeitseinsatz an einer Tinte mit einer Temperatur von 6o bis 7o° kommen, und es ist wichtig, dass die Temperaturänderung mit in Betrachtung gezogen wird, da sich die Durchlässigkeit von Filmen durchaus mit derIn practicing the invention for measuring the thickness of ink in intaglio printing, the apparatus can definitely work on an ink with a temperature of 6o to 7o °, and it is important that the change in temperature is also taken into account, since the permeability of films varies with the

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Temperatur ändern kann. Entweder kann eine Korrektur am Ausgang der Vorrichtung vorgenommen werden, oder das Kalibrieren erfolgt bei Betriebstemperatur.Temperature can change. Either a correction can be made at the output of the device, or that Calibration takes place at operating temperature.

Bei der Anordnung, bei der ein Bezugs- oder Referenzstrahl erzeugt wird, ist es ebenfalls möglich, dass die gesamte Quellenstrahlung von dem gleichen Teil des Lampenfadens abgeleitet wird, wenn es sich bei der Quelle beispielsweise um eine Wolframfadenlampe handelt, wobei davon zwei Strahlen mittels eines optischen Systems mit Teilerspiegel abgeleitet werden. Der Strahl, der als Bezugsstrahl verwendet werden soll, wird dann auf eine nicht benetzte Oberfläche des Basiselementes für den Film, d.h. auf die Druckwalze gemäss gegebenem Beispiel gerichtet, wobei die reflektierte Strahlung durch eine erste Fotozelle erfasst und deren Intensität gemessen wird. Der Strahl, der in den Film hineingelangt und dann vom Basiselement zurück durch den Film reflektiert wird, wird von einer zweiten Fotozelle empfangen. Die Intensität der Strahlungsquelle kann in bequemer Weise durch die erste Fotozelle überwacht und durch Anordnung eines Servoverstärkers in der Rückführschleife zwischen der ersten Fotozelle und der Strahlungsquelle auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten werden.In the arrangement in which a reference or reference beam is generated, it is also possible that the entire source radiation is derived from the same part of the lamp filament if the source is, for example, a tungsten filament lamp, two of which are beams can be derived by means of an optical system with a splitter mirror. The ray used as the reference ray is then to be applied to a non-wetted surface of the base element for the film, i.e. the pressure roller directed according to the example given, the reflected radiation being detected by a first photocell and whose intensity is measured. The beam that goes into the film and then back through from the base element the film is reflected is received by a second photocell. The intensity of the radiation source can be conveniently monitored by the first photocell and by placing a servo amplifier in the feedback loop held at a substantially constant value between the first photocell and the radiation source will.

Die verwendete Strahlung ist vorzugsweise eine Infrarot-Strahlung mit breitem Spektrum, da dies Transmissionsbandeffekte verhindert.The radiation used is preferably a broad spectrum infrared radiation as this has transmission band effects prevented.

Ferner sind die Fotozellen und die Verstärker so ausgelegt, dass sie mit Gleichstrom gekoppelt werden können, so dass Änderungen in der Dicke des Films aufgrund derFurthermore, the photocells and the amplifiers are designed so that they can be coupled with direct current, so that changes in the thickness of the film due to the

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Form der Flüssigkeit/Luftgrenzfläche, z.B. aufgrund von Kräuselung der Tintenoberfläche, gemessen werden können, ohne dass hierzu ein sehr rasches optisches Unterbrechungssystem vorgesehen werden braucht. Shape of the liquid / air interface, e.g. due to Ripple of the ink surface, can be measured without the need for a very rapid optical interruption system.

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Claims

PatentansprücheClaims

1 . Verfahren zum Messen der Dicke von transparentem Material auf einem Basiselement, dadurch g e k e η η zeichnet, dass elektromagnetische Strahlung auf eine Oberfläche des Materials unter einem Einfallswinkel gerichtet wird, der im wesentlichem gleich dem Brewster¹sehen Winkel ist, ein Detektor angeordnet wird, der die aus dem Material nach Hindurchgang durch dieses und Reflexion von der anderen Materialoberfläche austretende Strahlung empfängt, und dass ein Polarisator so angeordnet wird, dass Strahlung, die im wesentlichen unter dem Brewster'sehen Winkel von der einen Oberfläche des Materials reflektiert wird, daran gehindert wird, den Detektor zu erreichen.1 . A method for measuring the thickness of transparent material on a base element, characterized in that electromagnetic radiation is directed onto a surface of the material at an angle of incidence which is substantially equal to the Brewster ¹ angle, a detector is arranged which has the receives radiation emerging from the material after passing through it and reflection from the other surface of the material, and that a polarizer is arranged so that radiation which is reflected from one surface of the material at substantially the Brewster's angle is prevented from doing so, to reach the detector.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichne t, dass ein Teil der auf das Material gerichteten elektromagnetischen Strahlung davon abgelenkt und auf den Detektor auftreffen gelassen wird, wobei dieser Teil als Bezugsstrahl verwendet wird, und dass der Detektor so ausgelegt ist, dass er einen Vergleich zwischen den Intensitäten von dem besagten Teil der Strahlung und der austretenden Strahlung vornimmt, um die Dicke des Materials zu bestimmen.2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e η η draw t that part of the electromagnetic radiation directed at the material is deflected by it and impinging on the detector, this Part is used as a reference beam, and that the detector is designed so that it allows a comparison between the intensities of said part of the radiation and the exiting radiation makes the thickness of the material to determine.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Bezugsstrahl von einem Teil des Basiselementes vor Erreichen des Detektors weg reflektiert wird, der nicht durch das transparente Material bedeckt ist.3. The method according to claim 2, characterized in that the reference beam from part of the Base element reflected away before reaching the detector that is not covered by the transparent material.

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die elektromagnetische Strahlung von einer Wolframfadenlichtqmelle erhalten wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic radiation from a tungsten filament light source is obtained.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geke nnzeichnet, dass es sich, bei der elektromagnetischen Strahlung um eine Infrarot-Strahlung handelt.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic radiation is infrared radiation acts.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein Bleisulfid—Detektor ist.6. The method according to claim 5, characterized in that the detector is a lead sulfide detector is.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet , dass der Bleisulfid-Detektor wirkungsmässig mit einem Siliciumfilter gekoppelt wird, um die Bandbreite der erfassten Strahlung zu begrenzen.7. The method according to claim 6, characterized in that g e k e η η shows that the lead sulfide detector is effective is coupled to a silicon filter to limit the bandwidth of the detected radiation.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Jtosprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die austretende Strahlung vor Erreichen des Detektors periodisch unterbrochen wird, um die Auswirkung von irgendwelchen Variationen in der Intensität der auf das Material einfallenden elektromagnetischen Strahlung auf die Messung zu reduzieren.8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the emerging radiation is periodically interrupted before reaching the detector is to the effect of any variations in the intensity of the electromagnetic incident on the material Reduce radiation on the measurement.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Dicke des Materials weniger als 1oo,u beträgt.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the material is less than 100 µ.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Materials zwischen 10. The method according to claim 9, characterized in that the thickness of the material is between

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- J* -3- J * -3

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15 und 35 ,u liegt.15 and 35, u lies.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Material eine Drucktinte ist und das Basiselement die Oberfläche von einer Druckwalze ist.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the material is a printing ink and the base element is the surface of is a pressure roller.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass es sich bei der Tinte um Intaglio-Drucktinte handelt und der Einfallswinkel 55° beträgt.12. The method according to claim 11, characterized in that the ink is intaglio printing ink acts and the angle of incidence is 55 °.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (1o) vorgesehen ist, um eine elektromagnetische Strahlung auf eine Oberfläche (4, 12) des Materials unter einem Einfallswinkel zu richten, der im wesentlichen gleich dem Brewster'sehen Winkel ist, dass eine Detektoreinrichtung (11) so angeordnet ist, dass sie die vom Material nach Hindurchgang durch dieses und ; Reflexion von dessen anderen Oberfläche (1) austretende Strahlung aufnimmt, und dass eine Einrichtung (8, 16) so angeordnet ist, dass die von der einen Oberfläche (4) des Materials reflektierte Strahlung daran gehindert wird, zur Detektoreinrichtung (11) zu gelangen, wobei die Detektoreinrichtung (11) einen elektrischen Schalkreis (Fig. 3) enthält, der ein Ausgangssignal entsprechend seinem optischen Eingangssignal schafft, das von der Dicke des Materials abhängt.13. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that a device (1o) is provided for directing electromagnetic radiation onto a surface (4, 12) of the material at an angle of incidence which is substantially equal to the Brewster's angle that a detector device (11) Is arranged so that it is affected by the material after passing through this and; Reflection from its other surface (1) absorbs radiation emitted, and that a device (8, 16) is arranged so that it is reflected from the one surface (4) of the material Radiation is prevented from reaching the detector device (11) to arrive, the detector device (11) having a electrical circuit (Fig. 3) contains an output signal corresponding to its optical input signal that depends on the thickness of the material.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der elektromagnetischen, auf die eine Oberfläche (4) des Materials gerichteten Strahlung davon abgelenkt und so ausgelegt ist, dass der Teil auf dem Detektor (11) auftrifft und als Bezugsstrahl dient, und14. The device according to claim 13, characterized in that part of the electromagnetic, on the one surface (4) of the material directed radiation deflected therefrom and designed so that the part on the Detector (11) impinges and serves as a reference beam, and

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dass der Detektor (11) eine Einrichtung aufweist, um die Intensitäten von austretendem (7) und Bezugsstrahl zu vergleichen, so dass das Ausgangssignal geschaffen wird.that the detector (11) has a device to the Compare the intensities of the exiting (7) and reference beams so that the output signal is created.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , dass eine Einrichtung (17) so angeordnet ist, dass sie einen der Strahlen unterbricht, so dass der Detektor (11) die Strahlen in zeitmässig beabstandeten Intervallen empfängt.15. The device according to claim 14, characterized in that a device (17) is arranged is that it interrupts one of the beams, so that the detector (11) the beams at time-spaced intervals receives.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (1o) für die elektromagnetische Strahlung Infrarot-Strahlung aussendet.16. Device according to one of claims 13 to 15, characterized in that the source (1o) for the electromagnetic radiation is infrared radiation sends out.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (11) ein Bleisulfid-Detektor ist.17. The device according to claim 16, characterized in that the detector (11) is a lead sulfide detector is.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch g e k e η η zeichnet , dass der Bleisulfid-Detektor (11) arbeitsmässig mit einem Siliciumfilter verbunden ist, um die Bandbreite an erfasster Strahlung zu begrenzen.18. The device according to claim 17, characterized in that g e k e η η shows that the lead sulfide detector (11) is working connected to a silicon filter to limit the bandwidth of detected radiation.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet , dass die Quelle (1o) für die elektromagnetische Strahlung eine Wolframfadenlampe ist.19. Device according to one of claims 14 to 18, characterized in that the source (1o) for the electromagnetic radiation is a tungsten filament lamp is.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 2o, dadurch gekennzeichnet , dass diese weiter eine Metalldruckwalze (13) umfasst, auf der das transparente Material in Form von Drucktinte aufgegeben wird.20. Device according to one of claims 14 to 2o, characterized in that it further comprises a metal pressure roller (13) on which the transparent Material in the form of printing ink is applied.

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