185306. lajstromszámú szabadalom • Berendezés mozgó anyag felületi minőségének érintkezésmentes meghatározására
I 185 306 2 A találmány tárgya berendezés mozgó anyag felületi minőségének (érdesség, illetve simaság) érintkezésmentes, folyamatos meghatározására, amelynek optikai heterodyn egysége, fényérzékelője és a fényérzékelővel összekapcsolt jelfeldolgozó egysége van. A felületi minőség érintkezésmentes vizsgálatára számos eljárás és berendezés ismeretes. Ezek közül a legelterjedtebben a pneumatikus módszereket használják, amikor a felületi minőséget azzal az időegységenként .áthaladó levegőmennyiséggel jellemzik, amely meghatározott nyomáson az anyag felületi alakzatai és valamilyen mérőfej (például sík ellenfelület) közötti résen áthalad. Ilyen vagy hasonló elven működnek a Parker-Print Surf (PPSa), a Bekk, a Bendtsen és a Sheffield cégek berendezései. Közös hiányosságuk, hogy a felület alakzatainak alakjára, eloszlására nem nyújtanak információt, a felületminőség mérőszáma azonos lehet különböző mikrogeometriák esetén is. Ezenkívül a különböző berendezések azonos felület mérésekor különböző mérőszámokat szolgáltatnak, vagyis az egyes készülékekkel kapott eredmények egymással nem korrelálnak. Továbbá, méréskor a minősítendő felület nem mozoghat, tehát folyamatos, gyártás közbeni ellenőrzés (például a papírgyártásnál) nem végezhető el. Egy másik ismert módszer az ún. érintkezési részarány vizsgálata optikai úton, melyet például a Fogra-KAM márkanevű készülékkel lehet elvégezni. E módszer lényege, hogy a minősítendő anyagot a felületére nyomott prizmán keresztül megvilágítják, s azt vizsgálják, hogy a megvilágított felület hány százalékán nem következik be teljes fényviszszaverés a prizma és a vizsgált felület tökéletes érintkezése következtében. Ilyenkor százalékban megadott simasági értékhez jutnak. Tehát ez a módszer is egyetlen mérőszámot szolgáltat. Előnye mégis a pneumatikus módszerekkel szemben, hogy például papírfelületek vizsgálatánál a Íygra-KAM készülékkel nyert mérési adatok és a nyomatselejt között igen jó korrelációt állapítottak meg. Ugyanígy hátránya azonban, hogy a mérések elvégzéséhez a vizsgálandó anyagból előzőleg mintát kell venni, vagyis gyártás közbeni mérésre vagy folyamatos ellenőrzésre nem alkalmazható. Az 1 507 702 sz. kanadai szabadalmi leirás olyan eljárást és berendezést ismertet, amely ez utóbbi hiányosságot kiküszöböli, és például a papir felületi minőségét gyártás közben folyamatosan tudja vizsgálni. A megoldás lényege, hogy a mozgó objektum (például papír) felületét valamilyen közönséges fényforrással megvilágítják, a felületről a különböző irányokba szórt fényt egy detektor felületére gyűjtik, majd a detektornak a szórt fény intenzitásával arányos elektromos jelét oly módon dolgozzák fel, hogy különválasztják az egyen- (DC) és a váltakozóáramú (AC) komponenst, s ezek hányadosával definiálnak egy, a felület minőségét jellemző, mérőszámot. Az általuk kapott eredményeket a Sheffield- készülék (pneumatikus módszer) mérőszámaival korreláltatják. Mivel bármely pneumatikus módszer mérőszáma lényegében a felületnek csak akadálytulajdonságát jellemzi a gázárammal szemben, jó korreláció nem várható - ez látszik a szabadalmi leírásban bemutatott grafikonon is. Mégis nem ez jelenti a megoldás fő hiányosságát, hanem az, hogy egyetlen mérőszámmal jellemzi a felületi minőséget, mely a többi módszerek mérőszámaival nehezen korreláltatható, s ugyanakkor a papírfelület különböző mikrogeometriája esetén azonos mérőszámok nyerhetők. Problémát jelent az is, hogy mivel a szórt fény intenzitása igen kicsiny, a megfelelő jel/zaj viszony eléréséhez biztosítani kell, hogy a detektorba a környezetből ne kerülhessen fény, vagyis az optikát és a detektort a mérendő felület felszínéhez szorosan egy fényzáró burkolatban kell elhelyezni. Összefoglalva, a hagyományos módszerek mindegyike a gyártásban nem megkövetelhető két feltétel valamelyikének teljesítését igényli. Ezek a feltételek: a vizsgált felületnek a gyártás folyamatából való kivétele, ami nem tesz lehetővé folyamatos vizsgálatot; a folyamatos vizsgálatot lehetővé tevő 1 507 702 sz. kanadai szabadalom szerinti eljárás esetében pedig a külső zavaró fények hatásának kiküszöbölése. Ez utóbbi probléma kiküszöbölhető, ha fényforrásként koherens fényt (például lézert) használunk és a szórt fény detektálását heterodyn módszerrel végezzük. Ilyen típusú eljárás és berendezés ismerhető meg a T/24 697 sz. alatt közzétett magyar szabadalmi bejelentésből. A megoldás révén kis fényintenzitások nagy érzékenységgel detektálhatok, s az elrendezés nem igényel interferometrikus beállítási pontosságot. A szabadalmi leírásban szerepel, hogy abban az esetben, ha a vizsgált felület jól definiált elemekből áll, ezen elemeknek a mozgás irányába eső mérete a heterodyn jel feldolgozásával meghatározható. A felületek többsége (s így például a papírfelület is) azonban nem ilyen, egyenetlenségei széles mérettartományban változnak, mely mérettartomány a fény hullámhosszánál jóval nagyobb, és a jelben fellépő hullámcsomagok hossza nem egyértelműen meghatározott. Egy ilyen felület a fényszórásra nézve makroszkopikusan durvának tekinthető, s a szórt fény vizsgálatára statisztikus értékelést kell adni. Ilyen felületek felületi minőségét az említett szabadalmi bejelentésben ismertetett eljárás és berendezés közvetlen felhasználásával nem lehet meghatározni és nem ad lehetőséget kompresszibilis adatok előállítására sem. Célunk, hogy találmányunkkal olyan berendezést alakítsunk ki, amelynek segítségével az előzőleg ismertetett hagyományos felületminősítések során felmerülő problémák kiküszöbölhetők és a mérés ipari környezetben is végrehajthatóvá válik. Felismertük, hogy a T/24 697 szám alatt közzétett magyar szabadalmi bejelentésben foglalt megoldás heterodyn mérési mérőberendezés alkalmazásával fejleszthető tovább, és így folyamatos mérés is lehetővé válik: a felületet gyártás közben, folyamatosan lehet vizsgálni és a külső zavaró fények nem befolyásolják a mérést. Hasonlóan célunk az is, hogy az eljárás ipari körülmények között is alkalmazható legyen; ez szintén megoldható a találmányunk szerinti berendezéssel, amelynek lényege a következő: Ismeretes, hogy ha egy felületre elektromágneses 5 10 15 2C 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
