DE6810362U - DEVICE FOR MEASURING THE LAYER THICKNESS OF A METAL COVERING ON A SHEET OF INSULATION - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING THE LAYER THICKNESS OF A METAL COVERING ON A SHEET OF INSULATIONInfo
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GbraH 68 10 362.8GbraH 68 10 362.8
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"Vorrichtung zur Messung der Schichtdicke eines Metallbelages auf einer Isolierstoffbahn""Device for measuring the layer thickness of a metal coating on an insulating strip"
Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur indirekten Messung der Schichtdicke eines auf eine bewegte Isolierstoffbahn kontinuierlich aufgebrachten Metallbelages durch Ermittlung seiner Leitfähigkeit ohne mechanische Berührung. Indirekte bzw. berührungslose Verfahren zur Messung von Schichtdicken sind hinreichend bekannt. Sie dienen im allgemeinen als Ersatz für mechanische Meßverfahren, d.h. für solche Meßverfahren, bei denen die Dicke eines Bandes, einer Bahn oder einer Platte durch einen Meßfühler direkt bestimmt wird. Für kontinuierlich bewegte Materialien scheidet eine mechanische Schichtdickenmessung meist schon aus dem Grunde aus, weil die Relativbewegung zwischen dem zu messenden Gut und dem Leßwerkzeug eine exakte Erfassung des Meßwertes unmöglich macht. Ausserdem setzen der unvermeidbare Verschleiß des Messwerkzeugs und/oder des zu messenden Gutes einem solchen Meßverfahren enge Grenzen.The innovation relates to a device for the indirect measurement of the layer thickness of a moving insulating material web continuously applied metal coating by determining its conductivity without mechanical contact. Indirect and non-contact methods for measuring layer thicknesses are well known. They generally serve as a substitute for mechanical measuring methods, i.e. for those measuring methods in which the thickness of a strip, a web or a plate is determined directly by a probe. For continuously moving materials, a mechanical one is different Layer thickness measurement mostly for the reason that the relative movement between the item to be measured and the measuring tool makes an exact recording of the measured value impossible. In addition, the unavoidable wear of the measuring tool set and / or the goods to be measured have narrow limits to such a measuring method.
In Erkenntnis dieser Tatsache hat man auch schon versucht, direkte Meßverfahren durch indirekte, wie beispielsweise optische, radioaktive und elektrische Meßverfahren zu er-In recognition of this fact, attempts have already been made to convert direct measurement methods through indirect ones, such as, for example optical, radioactive and electrical measuring methods
setzen. Die optischen Meßverfahren sind nur bei ganz oder teilweise licht-durchlässigen T/'erkstoffen anwendbar. Radioaktive Meßverfahren sind relativ ungenau bei extrem dünnen Schichten, bedingen aufwendige Meßvorrichtungen und zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen zun Schutz des Bedienungspersonals.set. The optical measuring methods can only be used with completely or partially light-permeable materials. Radioactive Measurement methods are relatively imprecise in the case of extremely thin layers and require expensive and additional measuring devices Safety measures to protect the operating personnel.
Unter den elektrischen Verfahren zur Messung von Schichtdicken sind in erster Linie die kapazitätiven Meßverfahren ζ'' nennen. So ist es beispielsweise bekannt, ein hinsichtlich seiner Dicke zu messendes Dielektrikum zwischen zwei Kondensatorplattcn, von denen eine auch eine Rolle sein kann, hindurchzuführen,die in einem Zweig einer Brückenschaltung liegen, wobei im anderen Brückenzweig ein den Sollwert vorgebender Verglcichskondensator liegt. Die Brücke wird mit Wechselstrom gespeist, und ihre Ausgangsspannung dient als Stellwert für das die Schichtdicke regelnde Stellglied. Eine solche Anordnung ist zwar geeignet, die Schichtdicke eines Dielektrikums messen, auch wenn das Dielektrikum aus mehreren Schichten unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten besteht, sie müßte jedoch versagen, wenn eine der Schichten hinsicht-lich ihrer Dicke im Mikrometerbereich liegt und ausserdem aus Metall besteht. Selbst relativ grosse Schwankungen der Dicke der Metallschicht hatten nur geringe Veränderungen der Kapazität zwischen den Kondensatorplatten zur Folge, die auch dann als Meßwert oder Regelsignal* nicht brauchbar sind, wenn sie verstärkt werden. Geringfügige, aber unvermeidliche Dickenschwankungen des Trägers der Metallschicht würden die Veränderung der Kapazität aufgrund der Dickenänderung der Metallschicht überdecken.Among the electrical methods for measuring layer thicknesses, the capacitive measuring methods ζ '' should be mentioned in the first place. For example, it is known to place a dielectric between two capacitor plates of one of which can also be a role to pass, which are in one branch of a bridge circuit, and in the other Bridge branch is a reference capacitor specifying the setpoint. The bridge is powered by alternating current, and yours The output voltage is used as a control value for the actuator regulating the layer thickness. Such an arrangement is suitable Measure the layer thickness of a dielectric, even if the dielectric consists of several layers with different dielectric constants exists, but it would fail if one of the layers is in the micrometer range with regard to its thickness and is also made of metal. Even relatively large fluctuations in the thickness of the metal layer only had result in slight changes in the capacitance between the capacitor plates, which are then also used as a measured value or control signal * are not useful if they are amplified. Slight but unavoidable fluctuations in the thickness of the support of the metal layer would mask the change in capacitance due to the change in thickness of the metal layer.
Es ist auch schon bekannt, die elektrische Leitfähigkeit einer strömenden Flüssigkeit dadurch zu bestimmen, daß diese unter Zwischenschaltung einer Rohrwand an zwei Kondensatorplatten vorbeiströmt, die mit Abstand voneinander außen auf der RohrwandIt is also already known the electrical conductivity of a to determine the flowing liquid by the fact that it flows past two capacitor plates with the interposition of a pipe wall, at a distance from each other on the outside of the pipe wall
angeordnet sind. Eine solche Vorrichtung ist jedoch für Meßzwecke an laufenden Bändern oder Bahnen unbrauchbar.are arranged. However, such a device is useless for measuring purposes on moving belts or webs.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Dicke einer extrem dünnen metallischen Schien auf einer bewegten Isolierstoff bahn rait hoher Genauigkeit und ohne Beschädigung von Bahn oder Metallschicht messen kann.The object of the innovation is to create a device that has the thickness of an extremely thin metallic rail on a moving insulating material track rait high accuracy and can measure without damaging the web or metal layer.
Die gestellte Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Führung der Isolierstoffbahn und gleichzeitigen ^Messung . der Leitfähigkeit ihres Metallbelages auf der nichtmetallischen Seite der Isolierstoffbahn mit Abstand voneinander zwei mindestens an ihrer Oberfläche metallische, voneinander isolierte, drehbare V/alzen angeordnet sind, die .als Kondensatorplatten für die kapazitive Ankopplung eines Widerstandsmeßgerätes dienen.The problem posed is achieved according to the invention in that for guiding the insulating sheet and simultaneous ^ measurement. the conductivity of their metal coating on the non-metallic side of the insulating material at a distance of two from each other at least on their surface metallic, insulated from each other, rotatable V / alzen are arranged, the .als capacitor plates for the capacitive coupling of an ohmmeter to serve.
Mit der neuerungsgemässen Vorrichtung ist es möglich, die Schichtdicken von im Vakuum auf Isolierstoff bahnen aufgebracht c Metallbelägen zu messen und bei Einspeisung des Meßwertes in eine Regelvorrichtung auch zu regeln. Als Anwendungsgebiet kommt beispielsweise die Herstellung von Folien für elektrische Kondensatoren in Frage, bei denen die Dicke des aufgedampften Metallbelages zwischen 10~ und 10~ mm liegt. Als zu steuernde oder zu regelnde Parameter kommen die Verdampfungsrate des aufzubringenden Metalls und/oder die Bandgeschwindigkeit der Isolierstoffbahn in Frage. Aber auch für die Anwendung bei der Steuerung oder Regelung von Prozessen mit Kathodenzerstäubung und bei anderen Beschichtungsverfahren einschließlich galvanischer Verfahren ist das erfindungsgemässe Verfahren vorteilhaft anwendbar.With the innovation according to the device, it is possible to Layer thicknesses of layers of insulation material applied in a vacuum c To measure metal coatings and also to regulate them when the measured value is fed into a control device. As a field of application For example, the production of foils for electrical capacitors in which the thickness of the vapor-deposited Metal covering is between 10 ~ and 10 ~ mm. The parameters to be controlled or regulated are the evaporation rate of the metal to be applied and / or the belt speed of the insulating material web in question. But also for use in the Control or regulation of processes with cathode sputtering and other coating processes including galvanic Method, the method according to the invention is advantageous applicable.
Das Vi'iderstandsmeßgerät besteht im einfachsten Fall aus je einem Spannungs- und Strommesser, die die elektrischen Daten eines von Kondensatorplatte zu Kondensatorplatte fließenden, vorzugsweise hochfrequenten Stromes messen. Vorteilhafter ist jedoch wegen der Möglichkeiten des Abgleichs und der Ein-i'eichun ein Meßgerät mit einer Brückenschaltung. Die Ankopplung des WiderStandsmeßgeräts erfolgt zweckmäßig der Weise, daß die drehbaren Walzen mit der metallisierten Isolierstoffbahn in einem Zweig einer Brückenschaltung liegen, daß im gegenüberliegenden Zweig eine Kapazität angeordnet ist, die der Gesamtkapazität der Anordnung aus Walzen und LIetallbelag entspricht, sowie ein vorzugsweise einstellbarer ohmscher Widerstand der dem ohm'sehen Widerstand des Metallbelages entspricht bzw. entsprechend einstellbaijfist, und daß die Diagonalsnaanung der Brücke einem Meßgerät zugeführt wird. Bei Verwendung eines einstellbaren, ohm'sehen Widerstandes wird zweckmässigerweise die Verstellvorrichtung mit einer Sk ilenteilung versehen. Wird jetzt die Diagonalspannung der Brücke durch Veränderung des Widerstandes auf Null abgeglichen, so entspricht die räumliche Lage der Verstellvorrichtung bei gegebener Stärke der Isolierstoffbahn einer ganz bestimmten Stärke des Metallbelages. Die Skalenteilung der Verstellvorrichtung läßt sich auf unterschiedliche Dicken und Metallbeläge eichen.In the simplest case, the resistance measuring device consists of each a voltmeter and ammeter, which the electrical data of a flowing from capacitor plate to capacitor plate, preferably measure high-frequency current. Is more advantageous but because of the possibilities of comparison and calibration a measuring device with a bridge circuit. The coupling of the resistance measuring device is expediently carried out in such a way that the rotatable rollers with the metallized insulating material in a branch of a bridge circuit that a capacitance is arranged in the opposite branch, which is the total capacitance corresponds to the arrangement of rollers and metal covering, as well as a preferably adjustable ohmic resistance which corresponds to the ohmic resistance of the metal covering or accordingly einstellbaijfist, and that the diagonal approximation of the Bridge is fed to a measuring device. When using an adjustable, ohmic resistor, it is advisable the adjustment device is provided with a ski division. If the diagonal tension of the bridge is now increased by changing the Resistance adjusted to zero, the spatial position of the adjusting device corresponds to the given thickness of the insulating material web a very specific thickness of the metal covering. The graduation of the adjustment device can be different Calibrate thicknesses and metal coverings.
Die Meßeinrichtung gemäß der Neuerung läßt sich zu einer Regeleinrichtung erweitern, wenn die Diagonalspannung der Brücke hinsichtlich ihrer Phasenlage einem Stellglied zugeführt wird, das auf einen oder mehrere Parameter des Beschichtungsverfahrens einwirkt.The measuring device according to the innovation can be expanded to a control device if the diagonal voltage of the Bridge is fed to an actuator in terms of its phase position, which is based on one or more parameters of the coating process acts.
Ausführungsbeispiele neuerungsgemässer Vorrichtungen seien nachfolgend an Hand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigea:Embodiments of devices according to the innovation are explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 3. It shows a:
Fig. 1 und 2 den prinzipiellen mechanischen Aufbau der Heßvorrichtung,
Fig. 3 das elektrische Ersatzbild hierzu.Fig. 1 and 2 the basic mechanical structure of the heating device,
3 shows the electrical equivalent image for this.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Isolierstoffbahn bezeichnet, die sich. aus einer nicht dargestellten Bedampfungsvorrichtung kommend, in Pfeilrichtung bewegt. Die Isolierstoffbahn wird dabei über, zwei gegeneinander isolierte elektrisch leitende Führungskörper 2 und 3 in Form von rotierenden V'alzen geführt, die in Transportrichtung der Isolierstoßfbahn hintereinander liefen. Die falzen sind mit Schleifkontakten 4 und 5 versehen, die zu den Anschlußklemmen 6 und 7 hochfrequenter Spannungsauelle führen. Die Isolierstoff bahn 1 ist auf der den Y/alzen 2 und 3 abgekehrten Seite mit einem im Vakuum aufgedampften Itfetallbelag 8 versehen. Dieser IJetallbelag b<*ildet zusammen mit den V/alzen 2 und 3 im Bereich des Umschlingsungswinkels OC einen Kondensator, bei dem die Isolierstoffbahn als Dielektrikum wirkt. Die angelegte, hochfrequente Spannung läßt einen Strom von der /nschlußklemme 6 über den Schleifkontakt 4 zur Welle 2 und von hier durch das Dielektrikum zum lletallbelag 8 fliessen. Infolge der elektrischen Leitfähigkeit des Metallbelages fließt der Strom entlang des Belages bis zum Führungskörper 3 und von hier über den Schleifkontakt 5 zur Anschlußklemme 7. Es ist ersichtlich, daß der Strom auf diesem Wege zu Spannungsabfällen führt. Die Spannungsabfälle im Dielektrikum sind nur Mittel zum Zweck, sie ermöglichen aber einen berührungslosen Stromübergang auf den mit der IsoIierstoffbahn 1 bewegten Metallbelages 8. Durch den Spannungsabfall im IJetallbelag kann man auf elektrischem T.?ege, da sich aus dem ohm'sehen Widerstand des Metallbelages bei gegebenem Querschnitt und bekann-In Fig. 1, 1 denotes a sheet of insulating material, which. Coming from a steaming device, not shown, moved in the direction of the arrow. The insulating material web is guided over two mutually insulated electrically conductive guide bodies 2 and 3 in the form of rotating rollers which run one behind the other in the transport direction of the insulating butt joint. The folds are provided with sliding contacts 4 and 5, which lead to the terminals 6 and 7 high-frequency voltage sources. The insulating material sheet 1 is provided on the side facing away from the Y / cylinders 2 and 3 with an Itfetallbelag 8 which is vapor-deposited in a vacuum. This metal covering b <* ig together with the rollers 2 and 3 in the area of the wrap angle OC a capacitor in which the insulating material acts as a dielectric. The applied high-frequency voltage allows a current to flow from the connection terminal 6 via the sliding contact 4 to the shaft 2 and from here through the dielectric to the metallic covering 8. As a result of the electrical conductivity of the metal coating, the current flows along the coating to the guide body 3 and from here via the sliding contact 5 to the connection terminal 7. It can be seen that the current leads to voltage drops in this way. The voltage drops in the dielectric are only means to an end, but they allow a non-contact power transfer to the moving with the IsoIierstoffbahn one metal coating 8. The voltage drop in IJetallbelag can be electrically T.? Ege because of the ohm'sehen resistance of the metal coating with a given cross-section and known
torn Leitwert auf seine Stärke eindeutig schließen läßt, die Schichtdicke des Metallbelages bestimmen. Die kapazitiven V/iderstände im Dielektrikum sind rechnerisch erfaßbare, konstante Werte, die man bei der Auswertung des Meßergebnisses berücksichtigen kann. Zum Zwecke der Messung wird der durch die gesamte Vorrichtung fliessende Strom mittels eines Amperemeters 9 und der gesamte Spannungsabfall zwischen den Anschlußklemmen 6 und 7 mittels eines Spannungsmessers 10 ermittelt. Aus den Meßwerten läßt sich der Scheinwiderstand berechnen, aus dem sich bei gegebener Frequenz der ohm'sche Widerstand des Metallbelages bestimmen läßt. Bei einer Eichung "der Vorrichtung ist diese Maßnahme überflüssig, da der Scheinwiderstand in jedem Falle ein Maß für die Schichtdicke des Metallbelages ist. torn conductance allows conclusions to be drawn clearly about its strength, determine the layer thickness of the metal covering. The capacitive V / i resistances in the dielectric are computationally detectable, constant values that can be taken into account when evaluating the measurement result. For the purpose of measurement, the current flowing through the entire device is determined by means of an ammeter 9 and the total voltage drop between the connection terminals 6 and 7 is determined by means of a voltmeter 10. The impedance can be calculated from the measured values, from which the ohmic resistance of the metal coating can be determined at a given frequency. When calibrating the device, this measure is superfluous, since the impedance is always a measure of the layer thickness of the metal coating.
Fig. 2 zeigt eine Variante der Ausführung nach Fig. 1, bei der beide Führungskörper baulich vereint sind. Die Baugruppe hat die Form eines Zylinders der in Längsrichtung unterteilt ist und aus zwei metallischen bzw. leitfähigen Führungskörpern 2 und 3 und einem isolierenden Zwischenstück 22 sämtlich in Form von T.'alzen gleichen Durchmessers besteht. Im Gegensatz zu der Einrichtung nach Fig. 1, bei der die Tiiderstandsmessung des Metallbelages in Längsrichtung der Isolierstoffbahn erfolgt, wird bei der Einrichtung nach Fic 2 der Widerstand in Quer- richtung gemessen. Die Anordnung besitzt den zusätzlichen Vorteil kleinerer Abmessungen.FIG. 2 shows a variant of the embodiment according to FIG. 1, in which the two guide bodies are structurally combined. The assembly has the shape of a cylinder which is divided in the longitudinal direction and of two metallic or conductive guide bodies 2 and 3 and an insulating intermediate piece 22 all in the form of T. 'salts of the same diameter. In contrast to the Device according to Fig. 1, in which the Tiidstands measurement of the Metal covering takes place in the longitudinal direction of the insulation sheet, When setting up according to Fic 2, the resistance in the transverse direction becomes measured. The arrangement has the additional advantage of smaller dimensions.
Fig. 3 zeigt das elektrische Ersatzbild bei den Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2. Die von den Führungskörpern 2 bzw. 3 mit dem Metallbelag 3 gebildeten Kapazitäten sind hier mit C1 br.w. CJ bezeichnet und als Kondensatoren dargestellt. Der I.ietallbelag 3 selbst ist durch den ohm1sehen Widerstand R^ verkörpert. Die Anordnung der Meßgeräte 9 und 10 ist identisch mit der in Fig. 1 bzw. 2.Fig. 3 shows the electrical equivalent image in the arrangements according to Figs. 1 and 2. The capacitances formed by the guide bodies 2 and 3 with the metal coating 3 are here with C 1 br.w. CJ and shown as capacitors. The I.ietallbelag 3 itself is embodied by the ohm 1 see resistor R ^. The arrangement of the measuring devices 9 and 10 is identical to that in FIG. 1 and 2, respectively.
2 Schutzansprüche2 claims for protection
3 Figuren3 figures
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE6810362U DE6810362U (en) | 1968-12-07 | 1968-12-07 | DEVICE FOR MEASURING THE LAYER THICKNESS OF A METAL COVERING ON A SHEET OF INSULATION |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE6810362U DE6810362U (en) | 1968-12-07 | 1968-12-07 | DEVICE FOR MEASURING THE LAYER THICKNESS OF A METAL COVERING ON A SHEET OF INSULATION |
Publications (1)
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| DE6810362U true DE6810362U (en) | 1970-08-27 |
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ID=33559604
Family Applications (1)
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| DE6810362U Expired DE6810362U (en) | 1968-12-07 | 1968-12-07 | DEVICE FOR MEASURING THE LAYER THICKNESS OF A METAL COVERING ON A SHEET OF INSULATION |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE6810362U (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3815009A1 (en) * | 1988-04-30 | 1989-11-09 | Leybold Ag | DEVICE AND METHOD FOR NON-DESTRUCTION-FREE MEASUREMENT OF THE Ohmic RESISTANCE OF THIN LAYERS IN ACCORDANCE WITH THE Eddy Current Principle |
-
1968
- 1968-12-07 DE DE6810362U patent/DE6810362U/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3815009A1 (en) * | 1988-04-30 | 1989-11-09 | Leybold Ag | DEVICE AND METHOD FOR NON-DESTRUCTION-FREE MEASUREMENT OF THE Ohmic RESISTANCE OF THIN LAYERS IN ACCORDANCE WITH THE Eddy Current Principle |
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