[發明專利]干涂層厚度測量方法和儀器

有效

• 申請號: 201080023246.0
• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN102449430A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 烏多·W·布赫
• 申請（專利權）人: 烏多·W·布赫
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;C23C2/14;G01B15/02
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 郭鴻禧

本發明的背景

本發明涉及在基底表面上涂層的厚度的測量方法和使用這些方法的儀器。該發明特別但不僅僅應用于持續性或間歇性、基本上實時的干涂層厚度的測量，而涂層在涂裝生產線上被施加在基底上。

本發明的領域

涂料在種類繁多的貨物和產品的制造和加工中施加，這些產品包括金屬板材和卷材，木地板，汽車，飛機，柵網，玻璃，包裝，等等。在金屬板材和卷材領域，基底通常是鍍鋅鋼，鋁，不銹鋼，或鋅合金涂層鋼材，包括鋁鋅涂層鋼和鎂鋅涂層鋼。

有可用來測量這些產品上的涂層厚度的設備，以避免昂貴的涂層材料的浪費，并確保成品的質量。這些設備包括磁傳感器，超聲波傳感器，和諸如市售的DJH儀表系統(DJH設計公司，奧克維爾，安大略省，加拿大)的機械-光學設備。該系統涉及機械地鉆一個淺的弧坑穿過帶涂層的表面進入位于下面的樣品基底。樣品然后放置在顯微鏡下，在高分辨率顯示器上觀看弧坑，以確定涂層厚度。類似地，通過從帶涂層的產品切割下來的樣品取斷面，并在高放大倍率下觀看樣品來確定涂層厚度。其他方法包括使用千分尺來測量帶涂層的物件厚度，剝離涂層，重新測量物件，并計算兩個讀數之間的差異，從而計算涂層厚度。然而，這些技術的精確度有限，或他們耗費時間和勞力。此外，他們沒有在涂覆過程中測量或監控涂層厚度。

在過去激光也被用于涂層厚度測量，例如，美國848785(EP?2?031347A1)中所描述的。這涉及到在涂覆之前，使用激光傳感器來測量基底的尺寸，并在施加/沉積涂層過程中監視涂層厚度，以確定涂層沉積過程的終點。類似地，美國2005/0137829介紹了利用激光位移傳感器在基底表面涂上涂層前后測量距離基底表面的距離的厚度測量系統。

美國5757498描述了光噴涂監控系統，其采用激光位移傳感器和數據采集系統來監測噴槍操作者的涂料施加技術，并確定涂層厚度。該系統包括2個激光器，裝在噴槍本身上，其中之一用于測量到基底的距離，另一個用于在涂層被施加到基底上的時候測量到濕的涂層表面的距離。

美國6092419描述了采用短脈沖激光在基底上的濕或干的涂料膜中產生超聲信號，并采用檢測激光來檢測涂料膜中感應的超聲信號引起的涂料膜表面的細微運動的涂層厚度測量系統。干涉儀用來記錄檢測激光的激光脈沖頻率調制信號，以確定薄膜的厚度，涂料膜的諧振與其厚度直接相關。

美國6120833描述了一個系統，用于測量涂層厚度，其利用電感式傳感器、電容式傳感器來的信號測量在支撐輥上運動的基底上的涂層厚度。

美國5409732描述了調節施加到網狀基底上的濕涂層厚度的方法。該系統采用光密度傳感器來測量網上涂層厚度的周期性變化。自動控制器分析來自傳感器的信息，并調整計量桿和基底表面的間隙，以去除施加到網狀基底的多余涂層。光密度傳感器的替代品包括β-測量計和電容式測量傳感器，或合并的網狀基底和涂層厚度的物理測量。

發明內容

概括地說，本發明涉及測量和/或監測施加到基底的涂層厚度的儀器和方法。使用傳感器裝置來測量到一個涂層表面的至少一維數值，和到至少一個參考面的至少一維數值，以確定涂層厚度，涂層厚度使用測量的維度數值來計算。

具體說，在本發明的一個方面，提供施加到基底表面的涂層的厚度的測量儀器，包括：

涂層去除裝置，用于去除一些涂層，部分暴露基底表面；

傳感器裝置，用于發射信號和檢測從涂層表面和基底的暴露的表面反射的信號，以生成一個或多個數據組，數據組包括表明涂層表面的位置和基底的表面的位置的數據，傳感器裝置設置成，遠離涂層與基底，適于在基底和傳感器裝置之間相對運動時檢測從基底表面反射的信號；和

處理由傳感器裝置生成的數據組的處理裝置，以確定在基底上的涂層的厚度。

在本發明的另一個方面，提供施加到基底表面的涂層的干厚度的測量方法，包括：

提供用于發射信號和檢測從涂層的外表面和基底的表面反射的信號的傳感器裝置，以生成一個或多個數據組，數據組包括表明涂層表面的位置的數據和表明基底的表面的位置的另外的數據；

去除一些涂層，部分暴露基底表面；

在基底和傳感器裝置之間相對運動時，使用傳感器裝置來測量涂層表面和基底的暴露的表面的位置，從而生成數據組，傳感器裝置遠離涂層與基底，并用于發射和檢測信號；以及

處理由傳感器裝置產生的數據組，以確定涂層厚度。

通常，涂層表面和基底表面中的至少一個的位置是在涂層和/或基底的多個不同的地點上測定的，以確定涂層的厚度。