1．傳(chuán)統(tǒng)非(fēi)接觸式(shì)塗層(céng)厚度測(cè)量(liáng)方(fāng)法

當物(wù)質受到光，聲波，輻(fú)射等(děng)激發時，物(wù)質(zhì)會吸收一(yī)部(bù)分能(néng)量轉化為熱能(néng)。基(jī)於(yú)該(gāi)原理能通過(guò)光(guāng)源照射待測(cè)基材(cái)來(lái)測(cè)量(liáng)其光(guāng)熱反應(yīng)（紅(hóng)外輻(fú)射），從(cóng)而確(què)定(dìng)基(jī)材上(shàng)的塗(tú)層厚度(dù)。圖(tú)1展示了樣(yàng)品(pǐn)被(bèi)激發光源照射時(shí)發(fā)生的光(guāng)熱(rè)反應現象(xiàng)。除了特殊(shū)發(fā)光材料外，照射激發的光能主要轉化(huà)為熱(rè)能(néng)，造成樣品表麵(miàn)溫度發生(shēng)變(biàn)化(huà)。

圖(tú)1樣(yàng)品對光源照(zhào)射(shè)作(zuò)出熱(rè)反(fǎn)應(yīng)

如圖2所示，有(yǒu)幾(jī)種光(guāng)熱(rè)反應的測(cè)量方法。例如(rú)：檢測(cè)樣品表麵(miàn)紅外輻射的光(guāng)熱輻(fú)射法，利用麥克風(fēng)以聲(shēng)波形式(shì)檢(jiǎn)測(cè)樣品周圍氣體(tǐ)的(dí)熱膨脹(zhàng)方(fāng)法(麥克風光聲(shēng)法(fǎ))，利(lì)用壓(yā)電(diàn)元件(jiàn)檢測熱彈性波(bō)的壓電元件(jiàn)法(fǎ)，利用光學幹涉係(xì)統中的(dí)光(guāng)學(xué)探頭(tóu)檢測熱膨(péng)脹(zhàng)引起(qǐ)表麵位移(yí)的光熱位移(yí)測(cè)量(liáng)法(fǎ)等(děng)。

圖(tú)2各(gè)種(zhǒng)熱反(fǎn)應的(dí)檢測方(fāng)法(fǎ)

光(guāng)幹(gān)涉法(fǎ)和(hé)光(guāng)束偏振(zhèn)法是通過(guò)將(jiāng)激(jī)光(guāng)束(shù)照(zhào)射到(dào)樣品(pǐn)表麵(miàn)，用光(guāng)束位(wèi)置傳(chuán)感器檢測反(fǎn)射(shè)光因光(guāng)熱位移而產(chǎn)生的(dí)反射角(jiǎo)變化來測量塗層厚度，如圖3所示。

圖3通過激光束進行(háng)光束偏(piān)振的方法

但采用激光(guāng)束的測(cè)厚方(fāng)法要求樣品與測厚儀器的測量距(jù)離較短，且(qiě)照射(shè)激光束必須(xū)垂(chuí)直於樣品(pǐn)表(biǎo)麵(miàn)。當(dāng)待測(cè)樣品在塗裝生產綫(xiàn)上(shàng)的吊(diào)架(jià)或(huò)傳送帶上(shàng)運(yùn)動(dòng)時，運動(dòng)中的(dí)物體容易碰(pèng)撞探頭(tóu)，所以(yǐ)產綫上的在綫(xiàn)測厚(hòu)儀器需要(yào)滿(mǎn)足測(cè)試距離較(jiào)長並且(qiě)測(cè)試角度(dù)容差大(dà)的技(jì)術(shù)需(xū)求(qiú)。激光束(shù)的測厚(hòu)方(fāng)法明(míng)顯(xiǎn)不滿(mǎn)足這要(yào)求。

此外，考慮到激(jī)光(guāng)束強度的(dí)危害性，操作人(rén)員(yuán)必(bì)須(xū)擁有相(xiāng)關(guān)專(zhuān)業(yè)技(jì)能，以(yǐ)及(jí)激(jī)光儀(yí)器的(dí)維護(hù)費用(yòng)較高。使用激光束測厚方(fāng)法(fǎ)不利於(yú)對大(dà)批(pī)量(liáng)產品進(jìn)行(háng)塗(tú)裝工藝。

2．塗魔師(shī)ATO非接觸無損測厚(hòu)分(fēn)析技(jì)術(shù)

如圖(tú)4所示，塗魔(mó)師采(cǎi)用ATO光(guāng)熱法(fǎ)專利技術；該項技(jì)術(shù)采用氙燈安(ān)全光(guāng)源(yuán)代(dài)替(tì)激光束進(jìn)行激發，並(bìng)以脈衝(chōng)方(fāng)式(shì)短暫加(jiā)熱待(dài)測塗(tú)層(céng)，內(nèi)置(zhì)高(gāo)速紅外傳(chuán)感器(qì)將記(jì)錄塗層表(biǎo)麵溫(wēn)度分布並生成溫度衰(shuāi)減曲綫，最(zuì)後利用(yòng)專(zhuān)門(mén)研發(fā)的算法分(fēn)析(xī)表麵動態(tài)溫度曲綫(xiàn)計(jì)算待(dài)測(cè)塗(tú)層厚(hòu)度(dù)。

圖(tú)4塗(tú)魔師ATO測量原(yuán)理

通常，塗層(céng)厚(hòu)度越大(dà)，反應(yīng)時(shí)間越長（例(lì)如(rú)1-2秒）；塗層厚(hòu)度(dù)越小，反應時間越短(duǎn)（例(lì)如0.02-0.3秒），如(rú)圖5所示。

圖5塗層(céng)厚(hòu)度不同(tóng)導(dǎo)致(zhì)反(fǎn)應時間不(bù)同

相(xiāng)比於傳統非接(jiē)觸式測厚儀(yí)，塗(tú)魔(mó)師ATO測(cè)厚技(jì)術明顯降低了(liǎo)儀(yí)器(qì)維(wéi)護(hù)成本，而且塗(tú)魔師能更加(jiā)快速精準和簡單測厚(hòu)，無(wú)需嚴(yán)格控製樣品(pǐn)與測厚儀(yí)器(qì)之間的測(cè)試角度和距(jù)離，即使(shǐ)是細小(xiǎo)部(bù)位，彎(wān)角，產(chǎn)品(pǐn)邊緣，凹(āo)槽等難(nán)測部位也能精準測厚，並(bìng)且對操(cāo)作人(rén)員(yuán)的(dí)專(zhuān)業(yè)要求低(dī)。

另外(wài)，塗魔師容易集成到(dào)塗裝係統中，與(yǔ)機械(xiè)臂(bì)或(huò)其(qí)他(tā)移動裝置(zhì)配合使(shǐ)用能方便(biàn)精(jīng)準測(cè)量工(gōng)件(jiàn)膜(mó)厚，實現不間斷連續膜厚(hòu)監(jiān)控(kòng)，提高(gāo)生產(chǎn)效率(shuài)。

3．塗(tú)魔(mó)師(shī)ATO無接(jiē)觸測(cè)厚(hòu)儀(yí)在粉(fěn)末塗料的應用實(shí)例

塗魔師(shī)非接觸膜厚分(fēn)析儀器(qì)不僅適用於測量(liáng)粉末(mò)塗(tú)層(céng)厚度，還能精準測量液(yè)體塗料，粘(nián)膠劑，熱噴塗(tú)，潤滑塗層(céng)等多種(zhǒng)塗層(céng)類型(xíng)的膜(mó)厚。

對於(yú)粉(fěn)末(mò)塗(tú)料塗裝，未固(gù)化(huà)塗層厚度(dù)與固化(huà)後(hòu)膜(mó)厚差異通常相(xiāng)差(chà)約(yuē)1%～3%，而(ér)塗(tú)魔(mó)師(shī)測厚係統能(néng)自(zì)動(dòng)計算並補償該差值，因(yīn)此(cǐ)塗(tú)魔(mó)師(shī)能在產品進入(rù)烤(kǎo)爐前精(jīng)準(zhǔn)測量(liáng)未(wèi)固化塗(tú)層實(shí)時得(dé)出幹(gān)膜(mó)厚(hòu)度(dù)，無需等(děng)到粉(fěn)末塗層固(gù)化後才(cái)進行測厚(hòu)。

目(mù)前大(dà)多數廠家(jiā)使用渦(wō)流(liú)法(fǎ)，電磁(cí)感(gǎn)應法等(děng)幹膜測厚儀測量粉末塗(tú)料膜(mó)厚，他們必須等到產(chǎn)品進(jìn)入烤(kǎo)爐(lú)完全固(gù)化塗(tú)層後才(cái)能(néng)接觸(chù)測厚(hòu)。如果等(děng)到(dào)塗(tú)層(céng)固化(huà)後才(cái)發(fā)現膜(mó)厚值不能(néng)滿足(zú)合(hé)格(gé)範圍(wéi)，則需要(yào)進行(háng)返(fǎn)工，時(shí)效性和生產效(xiào)率與(yǔ)成(chéng)本都(dū)不(bù)符(fú)合經(jīng)濟效益。

使用(yòng)塗(tú)魔師(shī)非(fēi)接觸(chù)膜(mó)厚分析係(xì)統能(néng)輕(qīng)鬆解(jiě)決(jué)上(shàng)述問題(tí)。塗魔師不僅能(néng)非(fēi)接觸，非破壞性，無(wú)損(sǔn)測(cè)厚(hòu)，而(ér)且在塗層未(wèi)固(gù)化(huà)（濕膜(mó)）狀(zhuàng)態下(xià)就能(néng)快速(sù)精(jīng)準得出(chū)幹膜(mó)厚(hòu)度，高效協助生(shēng)產廠(chǎng)家及(jí)時調(tiáo)整噴(pēn)塗(tú)參(cān)數(shù)，降低不(bù)良率，穩定(dìng)塗裝(zhuāng)質(zhì)量並(bìng)節(jié)省塗料(liào)用量。

4．塗魔師(shī)ATO無(wú)接觸(chù)測厚儀(yí)的其(qí)他(tā)應用實例

除了測(cè)量粉末塗(tú)層(céng)厚(hòu)度，塗魔師(shī)也能(néng)精準測量液體(tǐ)塗(tú)料(liào)漆膜厚度(dù)；金屬，碳(tàn)纖(xiān)維，MDF中(zhōng)纖板，橡(xiàng)膠，矽片(piàn)等基材上潤滑塗層，粘合劑(jì)等塗(tú)層厚度(dù)；柔性印刷電路板(bǎn)上導體(tǐ)油(yóu)墨(mò)膜厚等等。

5．塗(tú)魔師ATO無(wú)接(jiē)觸測厚(hòu)儀(yí)的(dí)所(suǒ)有(yǒu)機型（圖(tú)6）

塗(tú)魔(mó)師共有四種(zhǒng)型(xíng)號：塗(tú)魔師(shī)FLEX手(shǒu)持(chí)非(fēi)接(jiē)觸式(shì)膜厚分析(xī)儀(yí)；塗魔師ATLINE實驗(yàn)室型(xíng)非(fēi)接(jiē)觸式(shì)膜厚(hòu)測量(liáng)係統(tǒng)；塗魔師INLINE在(zài)綫式膜(mó)厚分(fēn)析(xī)係(xì)統，與機(jī)器臂配備(bèi)使(shǐ)用能(néng)自動(dòng)測厚；塗(tú)魔師(shī)3D整體膜(mó)厚(hòu)成(chéng)像測(cè)厚係統(tǒng)，3D係(xì)統(tǒng)能一次性(xìng)測量產品整體膜厚真實(shí)分布情況，並(bìng)以熱量成(chéng)像模式(shì)顯示測量結果(guǒ)。

圖6塗魔師(shī)所(suǒ)有機型(xíng)

6．塗魔師非接觸(chù)測厚(hòu)儀的測(cè)量(liáng)可(kě)靠性符合(hé)AIAG（MSA）/IATF16949標準

隨(suí)著(zhuó)ISO9001:2008標(biāo)準普及，越(yuè)來越(yuè)多(duō)塗(tú)裝廠(chǎng)家(jiā)要(yào)求在(zài)生產現場(cháng)測量與控(kòng)製(zhì)產品塗(tú)層(céng)厚度(dù)，或者需要在塗(tú)裝工藝全過(guò)程記錄與存(cún)檔(dàng)膜厚(hòu)數據(jù)，然後從測量(liáng)數據中(zhōng)運用各種統(tǒng)計方法(fǎ)持續對(duì)產品(pǐn)進行質(zhì)量控(kòng)製。此外(wài)塗(tú)裝部(bù)門(mén)也(yě)需(xū)要定(dìng)期(qī)檢查(chá)和校準正在(zài)使用的(dí)測(cè)量係統。

由於現(xiàn)場(cháng)測量(liáng)條件(jiàn)，測(cè)量(liáng)方(fāng)法，操作工(gōng)人(rén)對(duì)測(cè)量(liáng)的(dí)熟練(liàn)程(chéng)度都(dū)存在差(chà)異(yì)性，故必(bì)須事(shì)先對測量係統(tǒng)的可靠(kào)性進行(háng)檢(jiǎn)查和(hé)確(què)認(rèn)其(qí)測(cè)量結果(guǒ)的重復性(xìng)和再(zài)現(xiàn)性。

汽(qì)車工(gōng)業(yè)行動(dòng)組(zǔ)（AIAG）是(shì)由通(tōng)用汽車(chē)，克萊斯(sī)勒，福特，卡(qiǎ)特(tè)彼(bǐ)勒(lè)等美(měi)國主要(yào)汽車製造商於(yú)1982年成(chéng)立。隨後，AIAG在ISO/TS 16949係列汽(qì)車(chē)行業(yè)質量管理標(biāo)準(zhǔn)的(dí)基礎上(shàng)製(zhì)定了新的(dí)AIAG（MSA）/IATF 16949標準(zhǔn)，因此ISO/TS 16949於2018年9月18日(rì)停(tíng)止使用。

在日(rì)本，豐田(tián)汽(qì)車，日產汽車(chē)，本田汽車(chē)等(děng)聞(wén)名汽車(chē)企業都(dū)執(zhí)行(háng)該(gāi)標準(zhǔn)。在(zài)AIAG(MSA)/IATF16949中，測(cè)量(liáng)係(xì)統(tǒng)的重復性(xìng)和再(zài)現(xiàn)性(GR&R)被定(dìng)義(yì)為測量(liáng)係統(tǒng)可靠性(xìng)的(dí)分析(xī)方(fāng)法(fǎ)。

本(běn)文將(jiāng)不對(duì)測量(liáng)數據的變化作出詳細解(jiě)釋，其中(zhōng)該(gāi)分析方法(fǎ)定義了(liǎo)："EV"=重(zhòng)復性(測量係統差(chà)異)；"AV"=再現性(操(cāo)作者(zhě)差異)；"PV"=過程(chéng)差(chà)異之(zhī)和，GR&R=SQRT(EV^2+AV^2)。在該(gāi)方法中(zhōng)，GR&R≤10%視為合(hé)格(gé)，10%≤GR&R<30%視為可以接受（此時(shí)必須考(kǎo)慮被測量(liáng)特征(zhēng)的重要程(chéng)度和測量成(chéng)本(běn)等(děng)因素，同時(shí)需(xū)要得(dé)到(dào)客戶認(rèn)可(kě)），30%≤GR&R視為(wéi)不(bù)合(hé)格，測(cè)量(liáng)係(xì)統需要改(gǎi)進(jìn)。

塗(tú)魔師非(fēi)接觸測(cè)厚係統的GR&R≤10%，視為(wéi)合(hé)格(gé)。

7．非接觸(chù)式塗(tú)層厚(hòu)度的(dí)ISO和JIS測(cè)量(liáng)標準

粉(fěn)末塗(tú)料膜厚(hòu)的測量(liáng)標準為ISO 2808:2007第(dì)4版《塗(tú)料和清漆--漆膜(mó)厚度(dù)的測(cè)定標準(zhǔn)》，該(gāi)標準由日本塗料(liào)製造商協會(huì)（JPMA）和(hé)日(rì)本標準協會(huì)（JSA）共同提出。

根(gēn)據日本塗料工(gōng)業協會（JPMA）和日本(běn)標(biāo)準(zhǔn)協會（JSA）提出的建議(yì)，JIS K5600《塗料的(dí)試驗方法(fǎ)-第1部(bù)分：通則》最(zuì)終發布(bù)為JIS K 5600-1-7:2014《塗料(liào)的(dí)試驗方(fāng)法-第(dì)1部分(fēn)：通(tōng)則》。

其(qí)中，JIS K 5600-1-7:2014 標(biāo)準(zhǔn)中的(dí)附件(jiàn)C"利(lì)用熱性能測量(liáng)方(fāng)法"，詳(xiáng)細說明(míng)了利用光熱原(yuán)理(lǐ)的非接觸塗層(céng)厚度測量(liáng)方(fāng)法。這是以ISO 2808:2019中的"§4.4光熱法(fǎ) "作(zuò)為(wéi)依(yī)據。

在(zài)標(biāo)準(zhǔn)“ISO 2808-2007 油(yóu)漆與清漆的(dí)膜(mó)厚測(cè)量(liáng)”中(zhōng)，附(fù)件A展示了幾種濕(shī)膜測(cè)厚(hòu)方法的(dí)精度(dù)對比。如(rú)下圖可(kě)見(jiàn)，精度最(zuì)差的是梳齒(chǐ)儀(yí)，精(jīng)度最高的(dí)是(shì)光(guāng)熱法(fǎ)，而采(cǎi)用光(guāng)熱法(fǎ)的塗魔師非接(jiē)觸測(cè)厚(hòu)係(xì)統測(cè)量精度可(kě)達到(dào)0.2%。

參考文(wén)獻(xiàn)

（1）ISO 2808:2007 Edition 4 "Paints and varnishes -Determination of film thickness"

（2）JIS K5600 塗裝―一般(bān)試(shì)験(yàn)方法第一(yī)部：通(tōng)則(zé)（Testing methods for paints-Part 1: General rule）

（3）EN 15042-2 "Thickness Measurement of Coatings and Characterization of Surface with Surface Wave Part 2: Guide to the thickness measurement of coating by photothermic Method"

（4）高鬆(sōng)弘(hóng)行(háng)，吉田(tián)尚(shàng)幸(xìng)，綱木(mù)英俊(jùn)：計(jì)測(cè)と製御(yù)，37(6)，(1998)

翁開(kāi)爾是瑞士塗(tú)魔師(shī)ATO非接觸(chù)測厚儀中國總(zǒng)代理(lǐ)，歡迎致電【400-6808-138】咨詢。