涂層，在我們的生產(chǎn)生活中是處處可見(jiàn)的，從大型設(shè)備的飛機(jī)、輪船、高鐵、汽車(chē)，到小小的各類零件、螺絲釘?shù)?，都離不開(kāi)涂層的存在。通常這類涂層也具有一定特殊功能，保證設(shè)備機(jī)械表面在條件惡劣的環(huán)境工作時(shí)仍然可以保持設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。除此以外，美觀功能也是重要的表現(xiàn)，比如涂層的紋理和光澤度。而這些涂層的功能，實(shí)際上或多或少都會(huì)受到涂層厚度的影響。因此，涂層的厚度在很大程度上影響著受涂產(chǎn)品的可靠性和使用價(jià)值。

在生產(chǎn)過(guò)程中，各行各業(yè)對(duì)涂層的厚度都有嚴(yán)苛的質(zhì)量要求，需要評(píng)定有公差指標(biāo)或修復(fù)尺寸要求的涂件是否合規(guī)，另外也可以通過(guò)涂層厚度直接或間接評(píng)估涂層的耐腐蝕性、耐磨性、孔隙率等性能。

從生產(chǎn)和制造的角度來(lái)說(shuō)，需要精準(zhǔn)的測(cè)厚設(shè)備去測(cè)量各類涂層的厚度，其意義在于一方面可以保證生產(chǎn)質(zhì)量，給生產(chǎn)方和采購(gòu)方建立誠(chéng)信交易；另一方面，通過(guò)測(cè)厚的數(shù)據(jù)可以反饋到我們生產(chǎn)過(guò)程，從而控制材料和人力成本。因此，測(cè)厚設(shè)備對(duì)于應(yīng)用了涂層的相關(guān)行業(yè)而言，是具有十分重要的價(jià)值和意義的。

傳統(tǒng)涂層測(cè)厚技術(shù)

現(xiàn)階段的測(cè)厚方法種類繁多，各自適合的涂層材料種類與應(yīng)用場(chǎng)景都有所區(qū)別。通過(guò)對(duì)樣品造成損傷與否，可以簡(jiǎn)單將測(cè)厚方法分為破壞性方法和無(wú)損檢測(cè)方法。

01.破壞性測(cè)厚方法

破壞性測(cè)厚方法會(huì)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品造成明顯損傷，影響后續(xù)的使用。最典型的便是金相切割樣品，將樣品的橫截面放置在高倍顯微鏡下觀察，即可得到被測(cè)樣品的涂層數(shù)值。這種方法可以很直觀地得到被測(cè)涂層的厚度，不需要儀器設(shè)備的校準(zhǔn)，很多時(shí)候作為其他測(cè)厚方法的絕對(duì)參考值。但是步驟繁瑣，切割的角度也會(huì)影響最終測(cè)量的精確性。

因此，這種方法多用于實(shí)驗(yàn)室，或是生產(chǎn)的采樣檢測(cè)，并且檢測(cè)的樣品后續(xù)無(wú)法再保持功能，這導(dǎo)致了樣品的損耗和材料的浪費(fèi)，另外需要人工操作也導(dǎo)致了人力成本的增加。

02.無(wú)損測(cè)厚方法

無(wú)損檢測(cè)方法是以不損傷產(chǎn)品的性能為前提的檢測(cè)方法，通過(guò)工作方式的不同又可以分為接觸式和非接觸式。

接觸式測(cè)厚方法

接觸式的測(cè)量方法主要為手持式的便攜設(shè)備，大多需要人工操作，不適合流水線的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。另外部分方法只適合測(cè)量特定材料，對(duì)非金屬基底的涂層檢測(cè)比較困難。

• 超聲測(cè)厚：基于超聲波的穿透性，當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過(guò)被測(cè)物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭，通過(guò)精確測(cè)量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)材料的厚度。局限在于超聲波在遇到空氣時(shí)會(huì)急劇衰減掉，因此通常需要添加超聲耦合劑。
• 磁性測(cè)厚：基于磁吸力或磁感應(yīng)原理。磁性測(cè)厚可用于測(cè)量導(dǎo)磁基體上的非導(dǎo)磁涂層厚度，一般要求基體相對(duì)導(dǎo)磁率在500以上，比如鋼、鐵、銀、鎳。
• 渦流測(cè)厚：采用了電渦流原理，基于此原理可以找出渦流大小與間隔大小之間的比例關(guān)系，從而求出涂層厚度。該方法只適用于檢測(cè)導(dǎo)電金屬材料或能感生渦流的非金屬材料。

非接觸式測(cè)厚方法

非接觸式的方法相較而言，不需要接觸產(chǎn)品表面即可得到厚度結(jié)果，減少了接觸造成的損傷可能性，并且更有利于做自動(dòng)化集成實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，更適合工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)景。

• 射線測(cè)厚：射線具有優(yōu)異的穿透性，射線的強(qiáng)度的變化與被穿透材料的厚度相關(guān)這一特性，從而得到材料總厚度。但是，其電離輻射很強(qiáng)，對(duì)操作人有傷害。
• 光學(xué)干涉測(cè)厚：發(fā)射一束白光至薄膜表面，通過(guò)檢測(cè)反射光的干涉條紋得到被測(cè)薄膜的厚度。這種方法主要適用于光學(xué)透明涂層。
• 激光測(cè)厚：在樣品上下表面放置距離為L(zhǎng)的激光頭，通過(guò)測(cè)量激光頭與樣品上下表面的具體A與B，即可通過(guò)計(jì)算得到厚度d=L-A-B。這種方法測(cè)量精度很高，但是對(duì)樣品的表面狀態(tài)有要求，另外得到的是材料的總厚度。

從行業(yè)情況來(lái)看，對(duì)于適配多種涂層、不同基底、不同表面狀態(tài)的涂層（比如濕膜、粗糙表面等）的非接觸式無(wú)損測(cè)厚技術(shù)是行業(yè)內(nèi)所需要的，除了現(xiàn)有技術(shù)以外，也需要不斷挖掘新的無(wú)損測(cè)厚技術(shù)。

光熱涂層測(cè)厚技術(shù)

光熱涂層測(cè)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(cè)定，其測(cè)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。

1. 利用調(diào)制過(guò)的光源照射物體表面，材料吸收光輻射并轉(zhuǎn)化為熱量

2. 光源激發(fā)的熱量通過(guò)熱波形式在涂層中向深處傳播

3. 熱波在涂層與基材的邊界處反射

4. 熱波傳播出涂層以紅外熱輻射的形式被探測(cè)器接收。涂層越厚，該過(guò)程花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)。

5.利用紅外探測(cè)器探測(cè)紅外熱輻射（相移）的信號(hào)就可以獲得涂層的厚度信息。

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(duì)于激發(fā)光波的時(shí)間偏移，因此這種測(cè)量方式對(duì)測(cè)量距離或探測(cè)角度的變化不敏感。

對(duì)于曲面、粗糙表面以及濕膜，光熱紅外測(cè)厚技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的厚度測(cè)量，而不受涂層表面狀態(tài)的影響。這也是光熱紅外測(cè)厚方法相較于其他測(cè)厚方法的最大優(yōu)勢(shì)，抗干擾能力強(qiáng)，不受震動(dòng)角度距離的影響，并且原理而言對(duì)基底材料的種類沒(méi)有限制。

因此對(duì)于工業(yè)中傳送帶移動(dòng)的產(chǎn)品進(jìn)行涂層測(cè)厚是非常適合的，比如汽車(chē)行業(yè)的涂裝產(chǎn)線、卷材涂裝產(chǎn)線以橡膠行業(yè)等非金屬基底涂層檢測(cè)，光熱測(cè)厚技術(shù)都可以提供高精度和高穩(wěn)定的測(cè)量效果。

需要注意的是，如果是多層涂層測(cè)厚，光熱法測(cè)量得到的是涂層的總厚度。我們可以在涂布每一層涂層之間設(shè)置一個(gè)測(cè)厚站點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將所有站點(diǎn)的厚度結(jié)果匯總，通過(guò)簡(jiǎn)單的減法即可得到每一層涂層的厚度。目前虹科提供基于光熱效應(yīng)的多種涂層測(cè)厚儀，實(shí)現(xiàn)優(yōu)于1um的測(cè)厚精度，目前已成功應(yīng)用于汽車(chē)、橡膠、鋼鐵等諸多行業(yè)。

太赫茲測(cè)厚技術(shù)

隨著電磁頻譜的開(kāi)發(fā)以及光學(xué)電子學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)突破，處于微波與紅外之間的太赫茲波（0.1-10THz）被人們所發(fā)現(xiàn)，其優(yōu)異的穿透性特點(diǎn)在工業(yè)測(cè)厚方面具有極佳的應(yīng)用前景，適用的材料包括木材、紙張、陶瓷、塑料以及多種復(fù)合材料。并且無(wú)需接觸樣品表面，非接觸測(cè)量更易于工業(yè)自動(dòng)化集成，而其不具有電離輻射的特點(diǎn)對(duì)操作的人員提供了安全保障。

基于太赫茲波的穿透性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的測(cè)厚功能，具體原理如下：通常情況下被測(cè)樣品由多層材料組合而成。我們發(fā)出太赫茲波作用在樣品上，太赫茲波具有穿透性能夠到達(dá)每一個(gè)界面層，然后在每個(gè)界面產(chǎn)生相應(yīng)的反射信號(hào)，通過(guò)分析每個(gè)界面的反射太赫茲信號(hào)即可對(duì)被測(cè)材料的厚度實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。

目前太赫茲測(cè)厚功能的實(shí)現(xiàn)主要基于太赫茲時(shí)域光譜儀，這種系統(tǒng)的相干檢測(cè)可以得到全面的光譜信息。利用太赫茲時(shí)域光譜儀設(shè)備對(duì)樣品進(jìn)行厚度的測(cè)量，系統(tǒng)最終測(cè)量的是探測(cè)器光電傳感模塊產(chǎn)生的平均光電流或平均光電壓，如下圖所示。

展示的光電流是關(guān)于時(shí)間延遲的函數(shù)，反映了和樣品相互作用后太赫茲脈沖的衰減、延遲或變寬等現(xiàn)象。由于太赫茲波的穿透性，在樣品內(nèi)部不同界面有相應(yīng)的反射信號(hào)，在時(shí)域太赫茲光譜上則體現(xiàn)出不同延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的峰值，通過(guò)采集兩個(gè)峰值之間的延遲時(shí)間，即可計(jì)算出樣品的厚度：

其中 ，Δt為涂層上下表面反射的太赫茲波時(shí)間間隔，c是真空中的光速，n是涂層的折射率。

太赫茲測(cè)厚技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于一次測(cè)量即可得到每一層涂層的厚度，并且相較于超聲技術(shù)，其不需要接觸樣品表面，非接觸式的檢測(cè)方式更有利于自動(dòng)化集成，測(cè)量過(guò)程快速精準(zhǔn)。

目前虹科的太赫茲測(cè)厚方案能夠?qū)崿F(xiàn)最高5層的測(cè)厚，精度高達(dá)1um，已成功應(yīng)用于大眾車(chē)廠。該技術(shù)適用的基底材料包括金屬、塑料以及復(fù)合材料，因此在測(cè)厚行業(yè)太赫茲技術(shù)具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

測(cè)厚技術(shù)小結(jié)

針對(duì)于涂層測(cè)厚功能的實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有的破壞性、接觸式以及非接觸式的成熟測(cè)厚技術(shù)雖然可以解決一定的測(cè)厚難題，但是仍然存在一些明顯缺陷，例如：過(guò)于依賴人工造成的測(cè)量成本增高，接觸性測(cè)量導(dǎo)致的樣品件大量損耗，破壞性測(cè)量導(dǎo)致的產(chǎn)量降低，不能測(cè)量多層涂層的厚度。

隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)無(wú)損測(cè)厚技術(shù)要求日益增加。無(wú)損測(cè)厚方法中，接觸式的方式大多為手動(dòng)操作，可以做在線的測(cè)量，但是自動(dòng)化連續(xù)測(cè)量由于需要接觸樣品表面較難實(shí)現(xiàn)。因此，非接觸式的方法會(huì)更適合工業(yè)的自動(dòng)化在線連續(xù)的厚度測(cè)量要求。除此以外，行業(yè)內(nèi)也提出了可測(cè)多層、適應(yīng)多種涂層表面狀態(tài)的涂層測(cè)厚技術(shù)的需求。

上表總結(jié)了本文提到的無(wú)損測(cè)厚技術(shù)各自的優(yōu)劣勢(shì)，其中光熱與太赫茲測(cè)厚技術(shù)作為新型測(cè)厚技術(shù)，具有諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠替代部分傳統(tǒng)無(wú)損測(cè)厚技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，帶來(lái)更高精度與更高穩(wěn)定性的涂層質(zhì)量控制。

虹科提供基于光熱與太赫茲技術(shù)的工業(yè)無(wú)損測(cè)厚方案，針對(duì)汽車(chē)行業(yè)、汽車(chē)零部件行業(yè)、風(fēng)電及航空航天行業(yè)、橡膠行業(yè)，以及鋼鐵卷材行業(yè)等涉及到涂層測(cè)厚的應(yīng)用場(chǎng)景，滿足行業(yè)內(nèi)工業(yè)測(cè)厚的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與防爆安全要求。

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