用于表征被涂覆主体的传感器系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明的方面涉及一种用于使用THz辐射、通过一个或多个涂敷参数来表征被涂 覆主体的方法。该主体通过聚合涂敷、例如涂料膜来涂覆，以及涂敷参数包括例如聚合涂敷 的厚度等。此外，本发明的方面涉及相应的传感器系统。
【背景技术】
[0002] 聚合涂敷、具体来说是涂料的施加对于主体的扩大保护和美学或者对于制备主体 供其他过程、例如（一个或多个）其他层的施加能够是有用的。下面主要论述聚合涂敷是 涂料膜的情况，但是本论述也适用于通过其他聚合所涂覆的主体。
[0003] 涂料膜通常以多个层施加于基底，每层具有不同目的。如果涂料施加于金属基底、 例如机动车组件上，例如，典型层序列（由底至顶）为电泳涂层（e-coat)、底漆（primer)、 底涂层（base coat)和透明涂层（clear coat)，其中电泳涂层和底漆例如防止生锈，底涂层 主要用于美学，以及透明涂层用于美学以及用于进一步环境保护。
[0004] 虽然涂料工业通过使用涂料机器人越来越自动化，但是许多涂料膜仍然在涂料的 均匀性或视觉外观方面呈现不足或者涂料在本身包含缺陷的基底上。由于这些原因，涂料 膜的准确质量控制是涂料过程的重要部分。质量控制的一个重要方面是涂料厚度的测量， 以便确保预定容差范围之内的均匀厚度。
[0005] 用于厚度确定的大多数现有技术只确定整个涂料膜的总厚度。此外，这些技术的 许多、例如声和磁感测仅在接触模式进行工作。此外，这些技术是涂料非特定的、即不能考 虑特定涂料组成的特定性质，这引起大误差条，特别是对于不同涂料的厚层和多层。
[0006] 为了克服这些限制的一部分，近来已经提出基于THz辐射的方法。这些基于THz 的新方法允许非接触测量，并且由此克服现有技术的重要缺点。例如，JP 2004028618 A和 EP 2213977 Al描述用于使用THz辐射来确定涂料膜的厚度的相应方法。厚度通过时域信 号的峰值位置的减少来得到。峰值位置连同涂料的已知群折射率一起允许厚度的计算。但 是，这种方法的健壮性留有改进的余地。另外，该方法仅对于具有已知折射率的已知涂料的 单层才是可靠的。
[0007] 因此，仍然需要进一步改进这些测量技术，例如以便得到更准确参数、例如（一个 或多个）单独层厚度和可能的涂料标识，以获得可靠质量控制。
【发明内容】
[0008] 鉴于以上所述，提供如权利要求1所述的方法以及如权利要求14所述的传感器系 统。
[0009] 按照第一方面，提供一种通过基于与物理模型的拟合的至少一个涂敷参数来表征 被涂覆主体的方法。被涂覆主体包括由聚合涂敷、例如涂料膜所涂覆的基底，聚合涂敷具有 至少一个层。该方法由传感器系统按照非接触方式来执行，传感器系统包括：发射器系统， 用于发射THz辐射；检测器系统，用于检测THz辐射；以及处理单元，操作上耦合到发射器 系统和检测器系统。该方法包括：由发射器系统将THz辐射信号发射到被涂覆主体，使得 THz辐射与聚合涂敷相互作用；由检测器系统检测作为与聚合涂敷相互作用的所检测THz 辐射信号的响应信号；通过优化模型参数来确定物理模型的模型参数，使得物理模型的预 测响应信号与所检测响应信号拟合，模型参数指示描述THz辐射信号与聚合涂敷的相互作 用的聚合涂敷的光学性质；以及从所确定模型参数来确定至少一个涂敷参数。
[0010] 模型参数包括至少一个层的折射率的参数化。在至少一个层为多个层的情况下， 所确定模型参数因而包括多个层的至少一个的相应折射率的参数化以及优选的多个层的 每个的相应折射率的参数化。至少一个涂敷参数包括聚合涂敷的厚度。
[0011] 按照第二方面，提供一种用于表征被涂覆主体的传感器系统。该传感器系统包括： 发射器系统，用于将THz辐射发射到被涂覆主体；检测器系统，用于检测来自被涂覆主体的 THz辐射；定位系统，用于相对于上涂料主体来定位发射器系统和检测器系统；以及处理单 元，操作上耦合到发射器系统和检测器系统。该传感器系统配置用于通过按照第一方面的 方法来表征被涂覆主体。
[0012] 按照本发明的实施例的传感器组合件和方法允许可靠地得到（一个或多个）涂敷 参数的准确和有意义集合，特别是涂敷或者其至少一个层的厚度。这通过利用来自被涂覆 主体的所检测THz辐射响应的大量信息、通过使物理模型的预测响应与所检测THz响应信 号拟合来实现。由此，优选地，所检测THz辐射信号的整个时间轨迹用于拟合（例如通过使 用响应预测与测量响应之间的任何偏差的误差函数）。通过使用整个时间轨迹，该方法甚至 相对THz辐射与聚合涂敷的小相互作用、例如小反射分波也极为灵敏，并且因此允许（一个 或多个）单独涂敷参数的确定，即使层之间的光学对比度极小。
[0013] 本发明的实施例的另一个优点在于，折射率包含在与所检测响应信号拟合的模型 参数中。因此，不需要折射率的先前知识。
[0014] 由此，甚至对于具有小光学对比度的多个层的多层结构也能够可靠地得到涂敷参 数。因此，分析方法能够从所检测THz响应信号来得到聚合涂敷或者其（一个或多个）层 的厚度以及可选的其他涂敷参数。优选地，这些参数能够从单个测量对所有层来确定。
[0015] THz辐射的优点在于，聚合涂敷通常对THz辐射至少是部分透明的，使得得到深度 信息。
[0016] 通过从属权利要求、描述和附图，能够与本文所述实施例相结合的其它优点、特 征、方面和细节是显而易见的。
【附图说明】
[0017] 下面将参照附图来描述细节，附图包括 图1是按照本发明的一实施例的传感器系统的示意侧视图； 图2a和图2b是图1的传感器系统可能的其他细节和变体的不意侧视图； 图3是示出具有被涂覆主体、按照本发明的一实施例、由传感器系统所发射的THz辐射 的相互作用的示意图； 图4是示出按照本发明的一实施例、表征被涂覆主体的方法的框图； 图5是表示由图1所示的系统在时域所测量的响应信号和相关量的简图； 图6是表示与图5相似、但是在频域的响应信号的简图； 图7是表示由图1所示的系统在时域所测量的响应信号和相关量的简图； 图8是表示与图7相似、但是在频域的响应信号的简图； 图9a和图9b是将通过按照本发明的方法所得到的厚度与通过其他方法所得到的相应 厚度进行比较的简图； 图10是表示能够存在于聚合涂敷中的各种类型的层的频率相关折射率的简图； 图11是表示与图7相似的、对于机械缺陷的不同大小（厚度）的响应信号的简图；以 及 图12是将通过按照本发明的方法所得到的机械缺陷的大小与通过其他方法所得到的 相应大小进行比较的简图。
【具体实施方式】
[0018] 下面描述本发明的一些更详细方面。除非另加明确说明，否则这些方面相互无关 并且能够按照任何方式相结合。例如，本文档所述的任何方面或实施例能够与任何其他方 面或实施例相结合。
[0019] 首先描述一些一般方面。按照本发明的一个方面，该方法由传感器系统按照非接 触方式、即在没有任何传感器组件要求与被涂覆主体的直接物理接触的情况下执行。这并 不排除保持被涂覆主体的支架或者除了与被涂覆主体相接触的THz发射器和接收器之外 的任何其他传感器组件。
[0020] 按照另一方面，除了厚度之外，涂敷参数对于每个或者至少对于涂敷的至少一个 层的一部分还包括下列（a)-(d)的至少一个： (a)表征涂敷的至少一个层中包含的一种类型的涂料、例如水型或溶剂型涂料的涂料 类型标识符。其他标识符可包括吸收谱的特性和/或色素、添加剂和溶剂的至少一个的类 型。涂料类型标识符可选地从表征相应层的折射率（或者与折射率相关的量、例如透射或 反射率）的频率相关性的参数来得到（可能还有其他）。
[0021] (b)涂敷的至少一个层的比重，其中该层的比重可选地从该层的折射率和涂料类 型