一种基于太赫兹脉冲光谱的漆膜厚度测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及漆膜厚度测量领域，尤其涉及一种基于太赫兹脉冲光谱技术的漆膜厚 度测量方法。
【背景技术】
[0002] 在汽车、船舶等的涂装生产过程中，油漆系统一般是包括底漆、中涂、色漆、清漆的 多层结构，喷涂过程较为繁琐，其中各层的漆膜厚度是涂装质量最重要的控制因素，会直接 影响到产品的防腐蚀、防锈蚀、美观等性能。膜厚不当会导致涂层产生流挂、漆花、打磨痕等 缺陷;漆膜的外观质量指标(如光泽、色差、长波、短波和DOI等)都明显受到膜厚的影响；涂 料是涂装主要成本，合理的漆膜厚度不仅有利于涂装质量的稳定，还有利于节约涂料、降低 涂装成本。因此，对涂装生产而言，漆膜厚度管理是一项十分重要的工作。
[0003] 目前的涂层测厚方法主要有：涡流法、磁性法、超声法、X射线法等。涡流、磁性、超 声测厚仪都是接触式的，不易于在线检测。涡流测厚仪是根据电磁感应原理，利用涂层与基 底材料之间的导电性差异来实现金属基材上的涂层厚度测量。磁性测厚包括磁吸力和磁感 应两种方法，磁吸力测厚仪是基于永久磁铁与导磁钢材之间的吸力大小和距离的比例关系 的原理制成的;磁感应测厚仪是利用基底上非铁磁性的涂层的厚度与线圈的磁感应强度之 间的关系实现测量的。因为涡流测厚与磁性测厚都有各自的缺点，现在很多产品是两种测 量技术的综合，进一步扩大测厚仪的适用范围，适用于多种底材，但是也只能测量涂层的总 厚度，而不能直接测量各层厚度。超声测厚仪具有多层涂层单层厚度检测的能力，但是只有 国外极少数的厂家才有这种仪器，如美国DeFelsko公司和德国EPK公司。X射线测厚虽然是 一种非接触型无损测厚技术，但是装置昂贵，操作复杂，测量范围小，而且使用人员需要采 取射线防护措施。现在已经进入工业4.0时代，实现漆膜厚度的在线检测是未来的发展趋 势，传统的涂层测厚仪大多数是接触式的，无法进行在线测量，而且不能检测多层结构中的 各层漆膜厚度，因此需要一种非接触、可直接检测各层漆膜厚度的检测技术。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的问题是如何实现单层漆膜厚度以及多层漆膜的各层厚度的非 接触检测，以利于实现在线管理油漆的喷涂质量。为实现此目的，本发明的技术方案如下：
[0005] -种基于太赫兹脉冲光谱的漆膜厚度测量方法，包括以下步骤：
[0006] 1)建立漆膜厚度测量模型，当太赫兹波垂直入射至表面覆盖有油漆的样品时，几 何厚度d与反射峰的延迟时间差△ t之间的关系符合下述方程：
[0008] η是油漆的折射率，c是真空中的光速；
[0009] 2)利用太赫兹时域光谱装置测量表面覆盖有油漆的待测样品的太赫兹脉冲光谱；
[0010] 3)根据太赫兹脉冲光谱，获得获得反射峰的延迟时间差；
[0011] 4)根据所建立漆膜厚度测量模型，计算待测样品的漆膜厚度。
[0012] 作为优选实施方式，所述的太赫兹光谱测量装置是反射型的太赫兹时域光谱装 置。
[0013] 当油漆折射率未知时，采用下列的方法获得折射率：油漆样品折射率未知的情况 下，在基材上喷涂不同几何厚度的待测油漆漆膜的几何厚度d，利用涂层测厚仪测量各个几 何厚度d，根据光学厚度nd与反射峰的延迟时间差的线性关系，利用太赫兹时域光谱装置测 量各个几何厚度d待测油漆漆膜的反射峰的延迟时间差，获得样品的光学厚度，利用最小二 乘法拟合光学厚度与几何厚度之间的线性关系，计算出样品的折射率。
[0014] 本发明公开的基于太赫兹脉冲光谱技术的漆膜厚度测量方法，为漆膜厚度测量提 供了一种新的手段;在对不同的测量点进行非接触检测之后，可以检测出单层及多层漆膜 厚度和分布的均匀性，为实现漆膜质量的在线监控及管理提供了技术支持，更好的服务涂 装工业。
【附图说明】
[0015] 通过参考附图会更清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解 为对本发明的任何限制，在附图中
[0016] 图1为反射型太赫兹时域光谱装置的光路示意图；
[0017] 图2为油漆样品的太赫兹脉冲光谱图；
[0018] 图3为三种油漆样品的拟合直线结果图；
[0019] 图4为双层漆膜样品厚度分布的测量结果图。
【具体实施方式】
[0020] 为了对本发明的技术方案、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技 术方案进行详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
[0021] 首先，太赫兹波（Terahertz Wave，ITHz = IO12Hz)通常是指频率在0 · 1~IOTHz(波 长在0.03~3mm)波段的电磁波。因为太赫兹波的频率非常高，脉冲非常短(皮秒量级），所以 它的空间分辨率和时间分辨率都很尚；与X射线相比，太赫兹波的光子能量只有4晕电子伏 特，安全性高，可以实现无损、非接触检测。太赫兹波的一个重要特性就是具有透过非极性 物质的能力，而遇到金属会发生反射。因此喷涂在金属基材的非金属漆油漆样品与含有少 量金属成分(银粉、铝粉等）的金属油漆样品的太赫兹脉冲光谱将会存在较大的差异，由于 太赫兹波对含有金属颜料的油漆的穿透能力较差，对细小的金属颗粒会发生散射，使传播 光路变长，所以金属漆的太赫兹时域波形中的反射峰之间的延迟时间会变更大。油漆的成 分大部分是非极性的，因此利用该性质可以用于金属基底上的漆膜厚度检测。因为不同的 油漆存在折射率差异，太赫兹波的会在油漆的分界面处发生发射和透射，而反射回波之间 的飞行时间差跟漆膜的厚度线性相关，因此通过太赫兹光谱系统可以得到特定厚度漆膜对 应的太赫兹脉冲光谱，建立相关的漆膜厚度测量模型，从而计算出漆膜的厚度;通过二维平 移装置可移动样品，进而对样品的不同位置的漆膜厚度进行检测，可以实现厚度分布的均 匀性分析。
[0022] 在详细说明本发明的漆膜厚度测量方法之前，首先说明一下本发明采用的太赫兹 时域光谱装置。如图1所示，本发明利用太赫兹脉冲光谱技术的漆膜厚度测量方法所采用的 太赫兹时域光谱装置，包括飞秒激光器1(中心波长为1560nm(纳米），重复频率为IOOMHz(兆 赫兹），脉冲宽度<90f