涂層，在我們的生產(chǎn)生活中處處可見，其中涂層的厚度很大程度上影響了涂層的功能，因此，許多行業(yè)對于涂層厚度都有嚴(yán)格的制造公差指標(biāo)。這需要我們采用精準(zhǔn)的測厚技術(shù)去檢驗(yàn)，從而達(dá)到不斷增長的質(zhì)量要求，以及節(jié)省人工和材料成本的目的。
目前檢測方法還主要是分為兩種，無損檢測和破壞性檢測。無損檢測例如磁性測量、渦流測量、超聲波測量以及千分尺測量等；此外還有破壞性的測量法，例如橫斷面測量法和重量分析法等。然而目前這些方法其實(shí)都存在弊端，例如：過于依賴人工造成的測量成本增高，接觸性測量導(dǎo)致的樣品件大量損耗，破壞性測量導(dǎo)致的產(chǎn)量降低。因此，非接觸式的自動(dòng)化無損測厚方法對于行業(yè)而言是更加重要的，今天小編為大家介紹一種基于光熱效應(yīng)的測厚方法，以及虹科光熱測厚方案的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例。

光熱測厚的工作原理

光熱涂層測量法是一種基于熱波的非接觸和非破壞性的油漆涂層厚度測定，其測量原理被稱為光熱效應(yīng)。光熱效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)至今已經(jīng)有100多年的歷史了，它指的是材料可以吸收光輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱量的效果。

圖1 光熱測厚技術(shù)的工作原理光熱法的測厚原理如下：首先利用調(diào)制后的激光/LED脈沖對涂層表層進(jìn)行加熱只是加熱1°~2°(對涂層不會(huì)有任何傷害和影響)，然后產(chǎn)生的熱量向涂層內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。當(dāng)?shù)竭_(dá)涂層和基材的分界面時(shí)，熱輻射會(huì)反射，從而被測量頭中的傳感器探測到。而這個(gè)特征時(shí)間取決于涂層的散熱效率，因此，利用紅外探測器探測紅外熱輻射（相移）的信號(hào)就可以獲得涂層的厚度信息。在設(shè)備中需要一個(gè)紅外光源，比如激光或者LED，其次需要一個(gè)紅外傳感器進(jìn)行探測，這些結(jié)構(gòu)都可以集成到一個(gè)單體的測量探頭中。

圖2 光熱法測厚的探頭結(jié)構(gòu)這種方法由于表征涂層厚度（或其他參數(shù)）的不是信號(hào)幅度而是信號(hào)相位，即輻射熱波相對于激發(fā)光波的時(shí)間偏移，因此這種測量方式對測量距離或探測角度的變化不敏感。對于曲面、粗糙表面以及干膜、濕膜，光熱紅外測厚技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的厚度測量，而不受涂層表面狀態(tài)的影響。這也是光熱紅外測厚方法相較于其他非接觸測厚方法的最大優(yōu)勢，并且從原理而言適合多種基底的檢測，因此可以應(yīng)用于多種應(yīng)用場景。

光熱測厚的工業(yè)應(yīng)用

光熱紅外技術(shù)被認(rèn)為是測量有機(jī)涂層厚度的最佳測量方法，其測量精度高，測量速度快，且不受涂層表面狀態(tài)的影響。虹科提供適配不同應(yīng)用場景的基于光熱紅外技術(shù)的PS系列涂層測厚儀，廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)。

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汽車涂裝行業(yè)

汽車行業(yè)對于涂層厚度的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)苛，因?yàn)橥繉雍穸葧?huì)明顯影響涂層的耐腐蝕性、耐磨性以及顏色的光澤度和紋理，因此在汽車生產(chǎn)和質(zhì)量控制流程中都需要專業(yè)的測厚技術(shù)對涂層厚度做出檢驗(yàn)。除此以外，整個(gè)車身的制造噴漆過程中都處于高度自動(dòng)化的車間中，需要能夠與機(jī)械臂集成的測厚設(shè)備，同時(shí)設(shè)備需要滿足工業(yè)防爆安全區(qū)的要求，這對產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性提出了較高的要求。

虹科PS工業(yè)測厚儀（機(jī)械臂版）設(shè)計(jì)用于使用機(jī)械臂測量涂層厚度，它主要用于在線測量涂層厚度，特別是在汽車車身上?？梢约傻綑C(jī)械臂上，每一臺(tái)防爆版本的設(shè)備都會(huì)單獨(dú)做符合國際標(biāo)準(zhǔn)的防爆測試，非常適合在惡劣條下測量涂裝產(chǎn)線的涂層厚度。在汽車涂裝產(chǎn)線應(yīng)用的優(yōu)勢在于光熱測厚儀對涂層表面狀態(tài)不敏感，因此其測量角度公差可達(dá)20°，測量距離公差可達(dá)50mm，并且測厚精度可優(yōu)于1um。

圖4 虹科PS工業(yè)測厚儀（機(jī)械臂版）應(yīng)用于汽車涂裝產(chǎn)線實(shí)景

特別的是，汽車行業(yè)的涂層并不僅僅是一層，很多時(shí)候需要測量每一層涂層的厚度。虹科PS工業(yè)測厚儀（機(jī)械臂版）可按照實(shí)際需求配置部分或者全部檢測站，不同位置的檢測站測量探頭均可通過網(wǎng)絡(luò)鏈接，可通終端軟件監(jiān)控不同涂層監(jiān)測站的探頭所測的涂層厚度值。因此，無論是涂層的總厚度，還是每一層涂層的厚度，都可以通過虹科PS工業(yè)測厚儀（機(jī)械臂版）得到精確的測量結(jié)果。

圖5 虹科PS工業(yè)涂層測厚儀（機(jī)械臂版）的多層測厚實(shí)現(xiàn)方案

目前，虹科PS工業(yè)涂層測厚儀（機(jī)械臂版）在國內(nèi)外的大眾、奔馳、寶馬以及法國標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)、法國雷諾汽車(Renault)、意大利菲亞特汽車公司(Fiat Chrysler Automobiles)都有廣泛應(yīng)用，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控涂裝過程，有效檢驗(yàn)涂裝質(zhì)量，確保最佳涂層厚度，有效節(jié)約涂裝成本。

02

汽車零部件行業(yè)

在眾多大型機(jī)械中，除了直觀可見的外殼涂層，實(shí)際上機(jī)械內(nèi)部也遍布了眾多小型的零部件。比如汽車大概由1萬多個(gè)部件組成，其中80%以上的部件帶有裝飾性或功能性涂層，這些部件的涂層同樣需要準(zhǔn)確的測量技術(shù)去檢驗(yàn)其厚度是否滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。然而，不同于較為平整的車身外殼，很多汽車的零部件是圓環(huán)狀，具有多個(gè)曲面半徑很小的面和折角，對于其內(nèi)壁涂層的檢測是常規(guī)技術(shù)檢測的盲區(qū)。

02

為了針對性解決零部件的檢測難題，虹科提供基于光熱紅外測厚技術(shù)的工件內(nèi)壁涂層檢測的標(biāo)準(zhǔn)解決方案。獨(dú)特的優(yōu)勢在于其探頭出光處具有一個(gè)手指形狀的偏轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒊錾涔夥瓷?90°，從而適用于各類直徑大于 18mm 的彎曲、環(huán)狀、圓柱形工件的內(nèi)部涂層檢測，探測深度可達(dá) 44mm。

虹科標(biāo)準(zhǔn)版涂層測厚儀目前已成功應(yīng)用于Vibracoustic（汽車減震系統(tǒng)），BOGE（壓縮機(jī)）等零部件生產(chǎn)廠商，適用于生產(chǎn)中的零部件測量、噴砂和非噴砂的金屬基材、適用于粘合劑或油漆涂層、金屬工件內(nèi)壁涂層檢測等多場景厚度檢測。

03

橡膠行業(yè)

隨著各類材料研究的發(fā)展，塑料、橡膠以及復(fù)合材料在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用率顯著提升，比如風(fēng)電葉片由玻璃纖維制成，橡膠材料在密封行業(yè)也是應(yīng)用廣泛，汽車的塑料部件也是必不可少。這些材料在生產(chǎn)應(yīng)用前，通常也需要涂敷各類功能涂層，比如防腐蝕、耐磨等，而傳統(tǒng)的測厚方法大多針對于金屬基底的涂層測厚，對于非金屬基底的涂層測厚設(shè)備可選擇的范圍并不大。

現(xiàn)階段的橡膠行業(yè)測厚技術(shù)大多仍采取傳統(tǒng)的破壞性手段，通過切割產(chǎn)品的橫截面與顯微鏡觀察來判斷涂層的厚度，存在大量人力成本和產(chǎn)品損耗的缺點(diǎn)。因此，多基底適配的涂層無損測厚設(shè)備對于現(xiàn)代的橡膠、塑料等行業(yè)來說是非常必需的。

光熱紅外測厚技術(shù)從原理而言，對基底材料的種類并無要求。然而需要注意的是，當(dāng)我們使用調(diào)制后的紅外光去照射涂層材料時(shí)，如果光源是高熱量的激光，有可能對非金屬基底造成燃燒損傷。為了避免這一潛在的危險(xiǎn)來源，虹科提供基于LED的光熱紅外測厚儀——PS燈工業(yè)測厚儀，采用 650nm 的 LED 光源，對眼睛安全，可以在沒有大量保護(hù)措施的情況下操作，這允許零件的最大吞吐量。并且可以在測厚過程中避免對塑料、復(fù)合材料等基底的燃燒損傷，因此特別適用于塑料、橡膠、復(fù)合材料基底的有機(jī)涂層測量。

圖9 虹科PS燈涂層測厚儀

虹科PS燈涂層測厚儀具有實(shí)驗(yàn)室桌面版本和工業(yè)的單體版本，其中工業(yè)版本已應(yīng)用于海達(dá)、薩固密的密封膠條生產(chǎn)廠中，可以完美替代傳統(tǒng)的破壞性測厚方法。測厚儀能夠輕松安裝在工業(yè)產(chǎn)線中，為橡膠行業(yè)的涂層檢測帶來在線實(shí)時(shí)檢測的高精度測量，顯著節(jié)省了人力資源和材料成本。圖10 虹科PS燈涂層測厚儀應(yīng)用于橡膠廠

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卷材行業(yè)

金屬卷材用于廣泛的多元化終端市場，從汽車和運(yùn)輸、建筑和施工、家用電器和一般工業(yè)到電力和電氣以及食品和飲料。比如彩色涂層鋼(鋁)板,是國際上發(fā)展速度較快的產(chǎn)品之一,它以冷軋鋼板、鍍鋅鋼板、鋁板或其它金屬板材為基板，表面進(jìn)行清洗、預(yù)處理、涂漆后烘干成膜。有機(jī)涂層在這里起著美觀、防腐蝕以及提升機(jī)械性能的作用。涂層的涂布采用的卷涂方法，基材在傳送帶上進(jìn)行高速的移動(dòng)，保證快速的涂布效率。而針對于此應(yīng)用場景的測厚設(shè)備盡量要滿足高速移動(dòng)樣品的在線測量需求，從而不影響生產(chǎn)的效率。另外，基材在移動(dòng)過程中肯定會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和偏移，對傳統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性也有明顯的負(fù)面影響。

光熱紅外測厚技術(shù)針對于卷材涂層測厚具有明顯優(yōu)勢：首先從原理而言，因?yàn)椴捎孟辔惶崛『穸龋?strong>抗干擾能力強(qiáng)，不受震動(dòng)角度距離的影響，測試結(jié)果不受鋁箔材厚度和粗糙度的影響。此外，使用操作步驟簡單，對同樣的基材和材料只要一次校準(zhǔn)，校準(zhǔn)信息可轉(zhuǎn)移到別的設(shè)備上或別的測量位置，可自動(dòng)儲(chǔ)存測量數(shù)據(jù)。因此，移動(dòng)的被測樣品所帶來的振動(dòng)并不會(huì)影響光熱測厚技術(shù)的準(zhǔn)確性，且可測量產(chǎn)線上多種涂層材料。圖12 虹科PS工業(yè)涂層測厚儀（速度版）應(yīng)用于卷材行業(yè)實(shí)景

除此以外，為了適配卷材涂裝產(chǎn)線的高速要求，虹科提供PS工業(yè)涂層測厚儀（速度版）。該版本采用了10.6um的CO2激光器和帶集成冷卻器的紅外檢測器，專利的“雙光束技術(shù)”能夠是測量頭適配最高180m/min的傳送帶速度，對于高速傳送的材料也可以快速測量得到優(yōu)于1um的測厚精度，同時(shí)沒有卷材變化對測量的影響，是金屬卷材行業(yè)涂層測厚的標(biāo)準(zhǔn)解決方案，目前在Tata steel等鋼鐵公司成功應(yīng)用。

虹科光熱測厚方案

光熱測厚技術(shù)具有無損無接觸式、測量精度高、不受涂層表面狀態(tài)影響的高穩(wěn)定性等的技術(shù)優(yōu)勢。虹科提供基于此技術(shù)原理的PS涂層測厚方案，包括適用于非金屬基底的PS燈涂層測厚儀、適用于工件內(nèi)壁涂層測厚的PS標(biāo)準(zhǔn)版涂層測厚儀、適用于汽車與航空航天噴涂產(chǎn)線的PS工業(yè)涂層測厚儀（機(jī)械臂版），以及適配高速卷材涂層測厚的PS工業(yè)涂層測厚儀（速度版）。

經(jīng)過客戶數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到，通過使用虹科PS系列涂層測厚儀，能夠節(jié)省人工檢測成本約95%，每年可為客戶節(jié)約噴涂成本約30%，每年可提升噴涂標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)量約30%，每年降低噴涂廢品率約28%，為相關(guān)行業(yè)帶來顯著的高質(zhì)量檢測與低成本損耗的效果。