一種基于太赫茲脈沖光譜的漆膜厚度測量方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及漆膜厚度測量領域，尤其涉及一種基于太赫茲脈沖光譜技術的漆膜厚 度測量方法。
【背景技術】
[0002] 在汽車、船舶等的涂裝生產(chǎn)過程中，油漆系統(tǒng)一般是包括底漆、中涂、色漆、清漆的 多層結構，噴涂過程較為繁瑣，其中各層的漆膜厚度是涂裝質量最重要的控制因素，會直接 影響到產(chǎn)品的防腐蝕、防銹蝕、美觀等性能。膜厚不當會導致涂層產(chǎn)生流掛、漆花、打磨痕等 缺陷;漆膜的外觀質量指標(如光澤、色差、長波、短波和DOI等)都明顯受到膜厚的影響；涂 料是涂裝主要成本，合理的漆膜厚度不僅有利于涂裝質量的穩(wěn)定，還有利于節(jié)約涂料、降低 涂裝成本。因此，對涂裝生產(chǎn)而言，漆膜厚度管理是一項十分重要的工作。
[0003] 目前的涂層測厚方法主要有：渦流法、磁性法、超聲法、X射線法等。渦流、磁性、超 聲測厚儀都是接觸式的，不易于在線檢測。渦流測厚儀是根據(jù)電磁感應原理，利用涂層與基 底材料之間的導電性差異來實現(xiàn)金屬基材上的涂層厚度測量。磁性測厚包括磁吸力和磁感 應兩種方法，磁吸力測厚儀是基于永久磁鐵與導磁鋼材之間的吸力大小和距離的比例關系 的原理制成的;磁感應測厚儀是利用基底上非鐵磁性的涂層的厚度與線圈的磁感應強度之 間的關系實現(xiàn)測量的。因為渦流測厚與磁性測厚都有各自的缺點，現(xiàn)在很多產(chǎn)品是兩種測 量技術的綜合，進一步擴大測厚儀的適用范圍，適用于多種底材，但是也只能測量涂層的總 厚度，而不能直接測量各層厚度。超聲測厚儀具有多層涂層單層厚度檢測的能力，但是只有 國外極少數(shù)的廠家才有這種儀器，如美國DeFelsko公司和德國EPK公司。X射線測厚雖然是 一種非接觸型無損測厚技術，但是裝置昂貴，操作復雜，測量范圍小，而且使用人員需要采 取射線防護措施。現(xiàn)在已經(jīng)進入工業(yè)4.0時代，實現(xiàn)漆膜厚度的在線檢測是未來的發(fā)展趨 勢，傳統(tǒng)的涂層測厚儀大多數(shù)是接觸式的，無法進行在線測量，而且不能檢測多層結構中的 各層漆膜厚度，因此需要一種非接觸、可直接檢測各層漆膜厚度的檢測技術。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的問題是如何實現(xiàn)單層漆膜厚度以及多層漆膜的各層厚度的非 接觸檢測，以利于實現(xiàn)在線管理油漆的噴涂質量。為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明的技術方案如下：
[0005] -種基于太赫茲脈沖光譜的漆膜厚度測量方法，包括以下步驟：
[0006] 1)建立漆膜厚度測量模型，當太赫茲波垂直入射至表面覆蓋有油漆的樣品時，幾 何厚度d與反射峰的延遲時間差△ t之間的關系符合下述方程：
[0008] η是油漆的折射率，c是真空中的光速；
[0009] 2)利用太赫茲時域光譜裝置測量表面覆蓋有油漆的待測樣品的太赫茲脈沖光譜；
[0010] 3)根據(jù)太赫茲脈沖光譜，獲得獲得反射峰的延遲時間差；
[0011] 4)根據(jù)所建立漆膜厚度測量模型，計算待測樣品的漆膜厚度。
[0012] 作為優(yōu)選實施方式，所述的太赫茲光譜測量裝置是反射型的太赫茲時域光譜裝 置。
[0013] 當油漆折射率未知時，采用下列的方法獲得折射率：油漆樣品折射率未知的情況 下，在基材上噴涂不同幾何厚度的待測油漆漆膜的幾何厚度d，利用涂層測厚儀測量各個幾 何厚度d，根據(jù)光學厚度nd與反射峰的延遲時間差的線性關系，利用太赫茲時域光譜裝置測 量各個幾何厚度d待測油漆漆膜的反射峰的延遲時間差，獲得樣品的光學厚度，利用最小二 乘法擬合光學厚度與幾何厚度之間的線性關系，計算出樣品的折射率。
[0014] 本發(fā)明公開的基于太赫茲脈沖光譜技術的漆膜厚度測量方法，為漆膜厚度測量提 供了一種新的手段;在對不同的測量點進行非接觸檢測之后，可以檢測出單層及多層漆膜 厚度和分布的均勻性，為實現(xiàn)漆膜質量的在線監(jiān)控及管理提供了技術支持，更好的服務涂 裝工業(yè)。
【附圖說明】
[0015] 通過參考附圖會更清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應理解 為對本發(fā)明的任何限制，在附圖中
[0016] 圖1為反射型太赫茲時域光譜裝置的光路示意圖；
[0017] 圖2為油漆樣品的太赫茲脈沖光譜圖；
[0018] 圖3為三種油漆樣品的擬合直線結果圖；
[0019] 圖4為雙層漆膜樣品厚度分布的測量結果圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了對本發(fā)明的技術方案、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技 術方案進行詳細說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。
[0021] 首先，太赫茲波（Terahertz Wave，ITHz = IO12Hz)通常是指頻率在0 · 1~IOTHz(波 長在0.03~3mm)波段的電磁波。因為太赫茲波的頻率非常高，脈沖非常短(皮秒量級），所以 它的空間分辨率和時間分辨率都很尚；與X射線相比，太赫茲波的光子能量只有4暈電子伏 特，安全性高，可以實現(xiàn)無損、非接觸檢測。太赫茲波的一個重要特性就是具有透過非極性 物質的能力，而遇到金屬會發(fā)生反射。因此噴涂在金屬基材的非金屬漆油漆樣品與含有少 量金屬成分(銀粉、鋁粉等）的金屬油漆樣品的太赫茲脈沖光譜將會存在較大的差異，由于 太赫茲波對含有金屬顏料的油漆的穿透能力較差，對細小的金屬顆粒會發(fā)生散射，使傳播 光路變長，所以金屬漆的太赫茲時域波形中的反射峰之間的延遲時間會變更大。油漆的成 分大部分是非極性的，因此利用該性質可以用于金屬基底上的漆膜厚度檢測。因為不同的 油漆存在折射率差異，太赫茲波的會在油漆的分界面處發(fā)生發(fā)射和透射，而反射回波之間 的飛行時間差跟漆膜的厚度線性相關，因此通過太赫茲光譜系統(tǒng)可以得到特定厚度漆膜對 應的太赫茲脈沖光譜，建立相關的漆膜厚度測量模型，從而計算出漆膜的厚度;通過二維平 移裝置可移動樣品，進而對樣品的不同位置的漆膜厚度進行檢測，可以實現(xiàn)厚度分布的均 勻性分析。
[0022] 在詳細說明本發(fā)明的漆膜厚度測量方法之前，首先說明一下本發(fā)明采用的太赫茲 時域光譜裝置。如圖1所示，本發(fā)明利用太赫茲脈沖光譜技術的漆膜厚度測量方法所采用的 太赫茲時域光譜裝置，包括飛秒激光器1(中心波長為1560nm(納米），重復頻率為IOOMHz(兆 赫茲），脈沖寬度<90f