1. 介紹

粉末(mò)塗(tú)料(liào)是(shì)表(biǎo)麵處理工藝的(dí)環(huán)保(bǎo)型替(tì)代材(cái)料(liào)
，廣(guǎng)泛(fàn)應(yīng)用於(yú)各領域
，如汽(qì)車(chē)，建(jiàn)築和家用(yòng)電器(qì)行業等。在靜電作(zuò)用下(xià)施(shī)加粉(fěn)末塗料(liào)
，其(qí)中載有顆粒的流體(tǐ)經過(guò)噴槍(qiāng)內(nèi)的電(diàn)暈(yùn)對顆粒(lì)進行(háng)充電
，隨後將粉(fěn)末(mò)噴在接地(dì)基板上。此時產生(shēng)幾種(zhǒng)物理現象
：湍(tuān)流氣流(Re max ≈1.5e5, U max ≈20m/s)
，帶(dài)有相(xiāng)互(hù)作用(yòng)的聚合物(wù)顆粒 (2μm-180μm)
，疊(dié)加的靜電場 (ψ max ≤1.2e5V) 和重(zhòng)力場(cháng)。由於(yú)很(hěn)難(nán)能夠通過(guò)實驗和數(shù)據研(yán)究所(suǒ)涉及(jí)到(dào)的復(fù)雜(zá)相(xiāng)互(hù)作用
，所(suǒ)以(yǐ)該(gāi)領域的(dí)大(dà)多數(shù)研(yán)究(jiū)都(dū)靠過往經驗。為了能重(zhòng)新(xīn)設(shè)計研(yán)發出一種優化工(gōng)藝(yì)參數(shù)和(hé)提高技術的係統化方法
，不(bù)僅(jǐn)需要(yào)驗證(zhèng)數據工具
，也需要(yào)對噴塗(tú)工藝(yì)進(jìn)行全麵(miàn)的(dí)實(shí)驗(yàn)研究(jiū)。迄今發(fā)表的一些實驗(yàn)研究(jiū)側重(zhòng)於粉末的顆(kē)粒(lì)速度和(hé)尺(chǐ)寸(cùn)分布(bù)或靜(jìng)電(diàn)特性的細節。

為(wéi)了量化(huà)塗(tú)層質(zhì)量(liáng)
，試(shì)圖使用破壞(huài)式測量(liáng)方法是不能(néng)獲得顆粒在基(jī)板(bǎn)上(shàng)分(fēn)布情況(kuàng)
，要麼缺(quē)乏(fá)數據研(yán)究的(dí)實(shí)驗對(duì)比(bǐ)
，要麼(mó)是基於速度(dù)場分布(bù)來間接推(tuī)出塗層(céng)厚度。然而
，在(zài)實(shí)際(jì)應用(yòng)中得(dé)出(chū)塗層(céng)在基材(cái)上(shàng)的分布情況及(jí)其(qí)厚(hòu)度(dù)是(shì)十分(fēn)有(yǒu)必要(yào)的(dí)。現迫(pò)切需(xū)要(yào)一種(zhǒng)非接觸(chù)式測(cè)量方法對(duì)數據進(jìn)行(háng)收集(jí)以(yǐ)及(jí)後處理量(liáng)化
，該評估程(chéng)序(xù)將(jiāng)為數(shù)值求(qiú)解(jiě)器的驗(yàn)證(zhèng)過程奠定(dìng)基礎
，既(jì)能優化工業噴塗(tú)工(gōng)藝
，又能有(yǒu)助於(yú)技術(shù)的深入開(kāi)發(fā)。為(wéi)此
，本文提(tí)出(chū)了(liǎo)一種(zhǒng)新型(xíng)塗層厚(hòu)度(dù)和(hé)分布(bù)的測量方法(fǎ)——Coatmaster。本文(wén)也特(tè)別(bié)強(qiáng)調過濾收集(jí)到(dào)的(dí)數據(jù)以(yǐ)及(jí)量化噴(pēn)塗工藝的(dí)關鍵參(cān)數(shù)。

2. 材料和方(fāng)法

2.1. 實驗(yàn)裝置(zhì)的安裝

該(gāi)實驗裝(zhuāng)置由電(diàn)暈型(xíng)噴(pēn)槍組成
，噴(pēn)塗(tú)室(shì)內固(gù)定(dìng)該(gāi)噴(pēn)槍和安裝(zhuāng)有塑(sù)料(liào)欄杆
，該塑料欄杆(gān)支撐著10cm×10cm接(jiē)地(dì)的(dí)基板(bǎn)支(zhī)架(jià)。如(rú)圖1所(suǒ)示
，過(guò)濾處(chǔ)的(dí)通風係統(tǒng)發(fā)出(chū)空(kōng)氣(qì)
，收集剩餘(yú)粉(fěn)末。

圖(tú)1-實驗裝置安(ān)裝(zhuāng)。借助於(yú)夾具(jù)支架(2)將基板(bǎn)(1)固(gù)定(dìng)到塑(sù)料欄杆(gān)(3)上
，將噴槍(qiāng)(4)固定在該(gāi)欄杆(gān)上(5)。裝(zhuāng)有5克粉(fěn)末(6)噴(pēn)槍與基(jī)板中心對(duì)齊
，噴槍背麵(miàn)帶(dài)有滾(gǔn)輪支(zhī)架(jià)(7)。

把基板(bǎn)放(fàng)置在(zài)距離噴槍(qiāng)15厘米位置(zhì)
，並用不同電(diàn)壓對(duì)5克(kè)固(gù)定重(zhòng)量(liáng)的(dí)粉(fěn)末進(jìn)實驗(yàn)。當基(jī)板塗(tú)上一(yī)組(zǔ)設置好的(dí)參數(shù)塗層後(hòu)
，再(zài)用(yòng)Coatmaster測(cè)厚(hòu)係(xì)統測(cè)量(liáng)該(gāi)塗層(céng)厚度(dù)
，每(měi)個基(jī)板的(dí)前後(hòu)麵(miàn)分別測(cè)量(liáng)三次
，這(zhè)樣能(néng)使每次(cì)測量(liáng)之(zhī)間都有足(zú)夠的冷(lěng)卻(què)時(shí)間(jiān)。另(lìng)外
，每(měi)個電壓(yā)都(dū)設置在三(sān)個基(jī)板(bǎn)上
，這樣(yàng)就可以對每(měi)個(gè)電壓(yā)設置都(dū)進行(háng)九次(cì)測量(liáng)
，以便(biàn)進行(háng)統計分析(xī)。

2.2. 使(shǐ)用(yòng)Coatmaster 3D 非接(jiē)觸(chù)式測量(liáng)塗層厚(hòu)度(dù)

Coatmaster 3D 能在100cm內非接(jiē)觸式測(cè)試未固(gù)化的(dí)塗層(céng)厚度(dù)。該(gāi)係統(tǒng)基於(yú)先(xiān)進(jìn)的(dí)熱(rè)光(guāng)學技(jì)術(shù)
，計(jì)算(suàn)機控(kòng)製光(guāng)源以脈衝(chōng)方式加(jiā)熱待(dài)測(cè)塗層(céng)。然(rán)後(hòu)內置的高速(sù)紅外(wài)探測器(qì)以(yǐ)一(yī)定的距離記錄時間(jiān)序列中(zhōng)的溫(wēn)度(dù)分布。隨著(zhuó)表麵溫(wēn)度的降(jiàng)低(dī)(這與塗層厚度(dù)和塗(tú)層(céng)材料(liào)的(dí)熱性(xìng)能有關)
，將(jiāng)設備(bèi)檢測範圍內(nèi)的塗層(céng)厚度分(fēn)布推(tuī)斷為(wéi)一個場。(使用(yòng)Coatmaster 3D型號與Coatmaster普通型號(hào))。 Coatmaster也可以(yǐ)測量比基(jī)板形狀更復雜(zá)和尺寸更(gēng)小的(dí)零部件
，檢(jiǎn)測(cè)彈簧(huáng)樣品如(rú)圖(tú)2所(suǒ)示。由厚(hòu)度分布圖可(kě)知(zhī)
，彈(dàn)簧(huáng)外部比內(nèi)部(bù)的(dí)塗(tú)層厚度更(gēng)大。

圖2-由Coatmaster為形狀復雜的(dí)彈(dàn)簧外部及(jí)其(qí)內(nèi)部的塗(tú)層厚度量(liáng)化(huà)測量拍(pāi)攝的示例(lì)圖(tú)像。

首先(xiān)對固(gù)化後(hòu)的(dí)樣(yàng)品進行(háng)校(xiào)正測量
，目的是避免塗(tú)料本(běn)身(shēn)特性對測量結(jié)果的影響。為此(cǐ)
，可以使(shǐ)用(yòng)幹膜測厚儀(yí)獲(huò)得(dé)覆蓋樣品(pǐn)塗(tú)層(céng)厚(hòu)度範圍的數據
，再(zài)將它(tā)們(mén)記錄在 Coatmaster圖(tú)像上(shàng)
，最後將其用(yòng)作整個場(cháng)的(dí)校正(zhèng)數(shù)據(jù)。經過(guò)校(xiào)正後
，Coatmaster能在樣品塗層厚(hòu)度範圍內檢測(cè)和(hé)量化任何塗(tú)層厚度(dù)。

2.3. 測(cè)量(liáng)數據的評估(gū)

Coatmaster自(zì)動測量(liáng)粉(fěn)末(mò)塗(tú)層厚度(dù)和精(jīng)確(què)生成塗層(céng)厚(hòu)度分(fēn)布圖像後
，需(xū)要評估收(shōu)集到的數據(jù)和(hé)確定塗層(céng)工藝的關鍵(jiàn)參數(shù)。首先是(shì)基板(bǎn)表麵(miàn)的(dí)平(píng)均(jūn)厚度, 因(yīn)為(wéi)它(tā)反映(yìng)了塗層的(dí)效能(néng);在使用固定(dìng)數量(liáng)粉(fěn)末(mò)的每(měi)種(zhǒng)情(qíng)況(kuàng)下
，沉(chén)積(jī)在(zài)基(jī)板上(shàng)的顆(kē)粒(lì)與顆(kē)粒(lì)總(zǒng)數(shù)的(dí)比(bǐ)值(zhí)。第(dì)二個關注(zhù)參數(shù)是(shì)最(zuì)大塗層厚度的區域(yù)中心,它(tā)指的(dí)是相對(duì)於基板所達到的(dí)最厚塗層區域的幾(jī)何(hé)中(zhōng)心(xīn)。最(zuì)後(hòu)需要關(guān)注(zhù)與塗層均(jūn)匀(yún)性有聯係的參(cān)數(shù)。在多數情況下, 人們都希(xī)望塗料(liào)能(néng)在(zài)樣品(pǐn)上(shàng)均(jūn)匀(yún)噴(pēn)塗,以便(biàn)在實際(jì)應用中提供(gōng)優(yōu)秀的(dí)表(biǎo)麵特性或(huò)功(gōng)能。

2.3.1 數據的過濾

Coatmaster完(wán)成(chéng)測(cè)量任務(wù)後(hòu)
，在量化塗(tú)層的(dí)基本參(cān)數前(qián)必須(xū)使(shǐ)用(yòng)常見(jiàn)的圖(tú)像(xiàng)處理方法(fǎ)過濾(lǜ)Coatmaster收集(jí)的(dí)數(shù)據(jù)和消(xiāo)除(chú)與(yǔ)該研(yán)究無關的噪聲(shēng)。數據(jù)中的噪(zào)聲以像素形式(shì)出(chū)現(xiàn)
：a)達(dá)到Coatmaster校(xiào)準(zhǔn)過(guò)程中規(guī)定的上(shàng)限(xiàn)值(zhí);b)通過測(cè)量發(fā)現非常薄的塗層(céng)厚(hòu)度;除(chú)噪聲外
，還(huán)應(yīng)過濾與(yǔ)夾具或(huò)接地電纜得(dé)幾何(hé)區域。

2.3.1.1 閾值濾波

過(guò)濾(lǜ)的第一(yī)步(bù)是消除最(zuì)小閾值和最大(dà)閾值區間(jiān)以(yǐ)外(wài)的塗(tú)層厚(hòu)度數據。最(zuì)小(xiǎo)閾值(zhí)通常(cháng)可(kě)略(lüè)高於零
，因(yīn)為(wéi)基板外(wài)的(dí)噪(zào)聲像(xiàng)素(sù)往(wǎng)往包(bāo)含(hán)較小數(shù)值。最大(dà)閾(yù)值應(yīng)設(shè)置為略低於在(zài) Coatmaster校(xiào)正過程中的最(zuì)大值
，以(yǐ)消除(chú)基(jī)板上較薄(báo)塗層(céng)但(dàn)仍(réng)然呈現閾(yù)值的(dí)像(xiàng)素點
，如圖3中的區域A所示(shì)。

在圖3所(suǒ)示情(qíng)況下(xià)
，由(yóu)於(yú)大(dà)量數(shù)值沒(méi)有(yǒu)達到設(shè)備(bèi)閾值
，因此(cǐ)閾值濾波(bō)效果(guǒ)較好(hǎo)。然而
，特別是對(duì)於基板的背(bèi)麵圖像
，由(yóu)於角框效(xiào)應(這(zhè)是必要(yào)的(dí)步驟)
，導致(zhì)中間大(dà)麵積較薄(báo)塗(tú)層顯示不真實(shí)的高(gāo)值(zhí)。

圖(tú) 3-原始(shǐ)數據圖像的閾值濾波。

上圖(tú)是(shì)原(yuán)始圖像(xiàng), 像素(sù)或區域(yù)標記(jì)為
：A) 通過閾(yù)值(zhí)濾波消(xiāo)除(chú)了薄塗層達到相機(jī)最大閾(yù)值的像(xiàng)素(sù)集(jí)合(hé);B)通過幾(jī)何濾波消除(chú)基(jī)板外塗層厚度(dù)值(zhí)的像素集合(hé);C)用(yòng)相(xiāng)應(yīng)的濾波去除夾(jiā)具區(qū)域。下圖是經(jīng)過閾值濾波(bō)後(hòu)的基(jī)板(bǎn)圖(tú)像(xiàng)
，剔除(chú)了(liǎo)A型區域(yù)。適(shì)用於可用數(shù)據範圍的(dí)縮放(fàng)。

2.3.1.2 幾何(hé)濾波

閾(yù)值濾(lǜ)波不需要(yào)去除所(suǒ)有(yǒu)脫離(lí)基板的像(xiàng)素點
，如(rú)圖3所(suǒ)示包含(hán)區域B。由於這些像(xiàng)素(sù)通(tōng)常都(dū)比基材小
，所以可(kě)以(yǐ)根據(jù)幾何位置(zhì)進行幾何濾波。根(gēn)據圖像(xiàng)的行(háng)和列(liè)的(dí)位置(zhì)對(duì)剩(shèng)餘(yú)未(wèi)過濾的(dí)數(shù)據進行排(pái)序(xù)。行(háng)(r)和列(liè)(c)坐(zuò)標如圖5所(suǒ)示(shì)。然(rán)後在(zài)幾何位置的分布上(shàng),消(xiāo)除的(dí)像素位置坐標(biāo)低(dī)於或高(gāo)於百(bǎi)分比 ( 低和(hé)高 ) 中(zhōng)定(dìng)義的(dí)限製值(zhí)。

圖 4- 基於幾(jī)何(hé)位置分布(bù)函數的幾(jī)何濾波(bō)。

借助(zhù)公式(shì)(1)中定義(yì)的濾(lǜ)波(bō)函(hán)數δ進(jìn)行數(shù)學(xué)表(biǎo)示
，該函(hán)數(shù)乘(chéng)以與(yǔ)之相關(guān)的(dí)像(xiàng)素i, D i 為塗層(céng)厚度值。

該(gāi)濾波過程(chéng)的效果(guǒ)如圖(tú)5所示(shì)
，取(qǔ)極限(xiàn)值分別(bié)為坐(zuò)標(biāo)的(dí)2.5和(hé)97.5%
，消(xiāo)除含有非(fēi)零(líng)塗(tú)層厚度的(dí)數值(zhí)。

圖5—在(zài)像(xiàng)素(sù)坐標的2.5-97.5%之(zhī)間(jiān)的(dí)幾(jī)何(hé)閾值(zhí)。上方圖是基板的原圖(tú)像
，下方圖是(shì)經過(guò)幾何(hé)濾波。圖(tú)3中B類型的大(dà)部分像素都(dū)被(bèi)消除(chú)
，除了(liǎo)包含(hán)在白框中(zhōng)的(dí)像素(sù)
，以及圖3中的一部分 C區(qū)域。適(shì)用於可(kě)用數據範圍的(dí)縮放。

在(zài)這種情(qíng)況下(xià)
，可(kě)以觀(guān)察到圖5中的(dí)白色框並(bìng)不(bù)能消除(chú)所(suǒ)有(yǒu)位(wèi)於基板(bǎn)外部(bù)的像素
，最(zuì)明顯(xiǎn)表現在圖(tú)像的(dí)底(dǐ)部像(xiàng)素。此外
，在(zài)圖像中(zhōng)仍然(rán)可見(jiàn)部分夾(jiā)具區(qū)域。如(rú)果(guǒ)在(zài) 5-95%的(dí)坐(zuò)標值之(zhī)間(jiān)進行閾(yù)值化(huà)
，則對所(suǒ)有(yǒu)的(dí)情(qíng)況進行更好(hǎo)濾(lǜ)波(bō)
，如圖6所示。因此
，較佳(jiā)極(jí)限閾(yù)值(zhí)可以經驗(yàn)所得。

圖(tú)6—在像素坐(zuò)標的 5-95% 之間(jiān)的幾(jī)何(hé)閾值。上方圖(tú)是基(jī)板(bǎn)的(dí)原圖像(xiàng)
，下(xià)方(fāng)圖是(shì)經過幾何濾(lǜ)波(bō)。圖3中(zhōng)的區域B的大(dà)多數像素以及圖3中的區域C都(dū)已消除。適(shì)合可用(yòng)數據(jù)範圍的縮(suō)放(fàng)。

2.3.1.3 過濾夾(jiā)具區(qū)域(yù)

在塗(tú)裝(zhuāng)過程中(zhōng)用於固定(dìng)基板(bǎn)的(dí)夾(jiā)具(jù)通(tōng)常具有(yǒu)較(jiào)高的(dí)塗層厚(hòu)度。因為它不(bù)屬(shǔ)於基材
，所(suǒ)以(yǐ)需要濾去(qù)該(gāi)區域(yù)。此(cǐ)外也要消(xiāo)除基板(bǎn)附(fù)近由(yóu)夾具幹擾(rǎo)造(zào)成(chéng)的(dí)塗層像素(sù)。根據圖7所示原理圖(tú)來(lái)消(xiāo)除夾具區(qū)域(yù)
，其中用藍色填(tián)充夾(jiā)具的對(duì)應(yīng)區域(yù)。基板(bǎn)中(zhōng)心的識(shí)別以及基板的行坐(zuò)標和列(liè)坐(zuò)標(biāo)的(dí)範圍
，在定義(yì)夾具(jù)區域中(zhōng)起(qǐ)著(zhuó)關鍵作(zuò)用(yòng)。

圖(tú) 7- 夾具(jù)區域(yù)示意圖(tú)

識別(bié)控製(zhì)區域的(dí)兩個比(bǐ)值
，如式(shì)(2)所(suǒ)示(shì)。

如果(guǒ)行坐(zuò)標小於(yú)最小行(háng)加(jiā)上(shàng)夾具的高度(dù)
，並且列坐(zuò)標小(xiǎo)於基板中心的(dí)坐(zuò)標減(jiǎn)去寬度(dù) w2或大於(yú)基板(bǎn)中心加w1的坐(zuò)標
，則該(gāi)數據將(jiāng)作(zuò)為(wéi)夾具區(qū)域(yù)消除。此(cǐ)過濾效果如圖(tú)8所示(shì)。為了達(dá)到演示目(mù)的
，本(běn)次實(shí)驗消除(chú)比夾(jiā)具(jù)區域更(gēng)大(dà)的(dí)區域
，這(zhè)會有效(xiào)避免(miǎn)夾(jiā)具(jù)引(yǐn)起的幹擾。

圖 8- 過(guò)濾夾具(jù)區域(yù)

2.3.2 平均塗(tú)層(céng)厚(hòu)度(dù) (ACT)

表征(zhēng)塗(tú)層質(zhì)量的(dí)首要性能參數是(shì)平均塗層厚度(dù)。在使用相(xiāng)同數量的(dí)粉(fěn)末進行工(gōng)藝(yì)比(bǐ)較時會直接(jiē)反映(yìng)效能
，因(yīn)為(wéi)基板(bǎn)的(dí)平均塗層(céng)厚(hòu)度越大
，沉積的粉(fěn)末比例就越(yuè)大(dà)。因(yīn)此使用上(shàng)述各節(jié)的(dí)過濾過程
，通過計(jì)算剩(shèng)餘(yú)像素(sù)的塗(tú)層(céng)厚度(dù)的(dí)平(píng)均(jūn)值(zhí)
，就可(kě)以計算(suàn) ACT
，如(rú)公(gōng)式(shì) (4) 所示(shì)。任何塗(tú)裝(zhuāng)工藝的目的都是盡可(kě)能提高效(xiào)能
，因(yīn)此需要盡可(kě)能提高(gāo) ACT。

公式(shì)(4)中
，針對較(jiào)薄(báo)塗(tú)層(céng)特別(bié)引入了麵積縮放因(yīn)子。在較(jiào)薄塗(tú)層中
，未(wèi)過濾(lǜ)像(xiàng)素數量(liáng)(N unfilter )遠遠小(xiǎo)於(yú)覆蓋整個(gè)基板(bǎn)的像素(sù)數量。在(zài)這些(xiē)情(qíng)況下(xià)
，如果不對整個(gè)基板麵(miàn)積進(jìn)行縮(suō)放
，而是(shì)直(zhí)接(jiē)計算(suàn)單個(gè)未(wèi)過(guò)濾像素(A i )麵積(jī)的(dí)平均(jūn)厚度
，這將(jiāng)導致錯(cuò)誤(wù)結(jié)果。基(jī)板麵(miàn)積(A plate )是由(yóu)行坐標和列坐(zuò)標的(dí)範圍(wéi)確定的。在不(bù)同(tóng)測量值與基板(bǎn)之(zhī)間的(dí)範(fàn)圍(wéi)時
，從(cóng)基板麵積範(fàn)圍的(dí)麵積(jī)(A plate )在所(suǒ)有標(biāo)準化情(qíng)況(kuàng)下求(qiú)平均值(zhí)
，以消除變(biàn)化影(yǐng)響
，對於每種情況
，變(biàn)化通常(cháng)很(hěn)小。

2.3.3 中心(xīn)偏移(yí)量(liáng)

下(xià)一個性能參(cān)數(shù)是(shì)中(zhōng)心(xīn)偏移(yí)量。量化(huà)該(gāi)參(cān)數需(xū)要(yào)識別(bié)最(zuì)高塗(tú)層(céng)厚度區域(yù) (RHCT)。這區域(yù)包含一定比例(lì)的(dí)未過(guò)濾(lǜ)像素
，反映出(chū)最(zuì)高(gāo)的(dí)塗層(céng)厚(hòu)度。然後(hòu)根(gēn)據(jù)基(jī)板幾(jī)何(hé)中心(式(5))和區域幾何中(zhōng)心(式(6))的行(háng)，列坐(zuò)標差(chà)值(zhí)計算(suàn)中心偏移(yí)量(liáng)
，如圖9所示。

圖(tú)9中
，基(jī)板(bǎn)的幾何(hé)中心用紫色表(biǎo)示
，區(qū)域的(dí)幾(jī)何中心用棕色表(biǎo)示。可以觀(guān)察(chá)到幾何(hé)中(zhōng)心向(xiàng)板(bǎn)底以(yǐ)及右(yòu)邊緣(yuán)移動
，這表(biǎo)明(míng)塗(tú)層具有(yǒu)某(mǒu)種(zhǒng)不(bù)對稱性。因此
，中心偏移量將表(biǎo)征塗層的不(bù)對(duì)稱(chēng)。

圖 9- 基(jī)板(bǎn)的(dí)幾何中心相對於RHCT的中(zhōng)心。

朝向(xiàng)底(dǐ)部(bù)的中心(xīn)偏(piān)移(yí)量(liáng)表示基板遠(yuǎn)離噴槍(qiāng)位置(zhì)
，而(ér)在(zài)列坐(zuò)標(biāo)方(fāng)向的(dí)偏(piān)移量(liáng)通常(cháng)表示基(jī)板不(bù)一定(dìng)垂(chuí)直於噴(pēn)槍(qiāng)。

2.3.4 不均(jūn)匀(yún)性(xìng)

最(zuì)後(hòu)的性能參(cān)數是(shì)不均匀性。無(wú)論是盡(jìn)可能(néng)得(dé)到均匀塗(tú)層
，還(huán)是基(jī)於(yú)應用得到(dào)完全(quán)相(xiāng)反塗(tú)層
，量化不均匀性(xìng)都是(shì)至(zhì)關重(zhòng)要。根據塗層(céng)厚(hòu)度(dù)直方圖量化參(cān)數
，如圖 10 所示。

圖 10- 塗(tú)層厚(hòu)度(dù)直(zhí)方(fāng)圖

為了(liǎo)生(shēng)成塗(tú)層厚度(dù)直(zhí)方(fāng)圖
，將所有(yǒu)塗(tú)層(céng)值(zhí)收集(jí)到指定數(shù)量的bin中(zhōng)
，如圖10所示
，使用了(liǎo)20個(gè)bin。因(yīn)此(cǐ)
，每(měi)條柱(zhù)子表示在bin範圍內包含(hán)厚度值(zhí)的(dí)像素(sù)的(dí)數(shù)量。利用該直方(fāng)圖中最大(dà)計(jì)數數，N max 以(yǐ)及對應(yīng)的bin D max 的(dí)平均厚(hòu)度值(zhí)定義不均匀(yún)性
，如式(shì) (7)所示。

因此(cǐ)
，不均(jūn)匀(yún)性是某(mǒu)種形式的標準化加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差
，其中偏差值(zhí)越(yuè)大(dà)
，表明(míng)塗(tú)層分(fēn)布較不(bù)均匀。bin i ，N i 中計數數的權重(zhòng)(按(àn)最(zuì)大計數數(shù))可(kě)確保與最(zuì)大計數厚度(dù)有較大偏差的(dí)少(shǎo)量像素(sù)不會支配(pèi)不(bù)均匀值。

3. 結(jié)果(guǒ)與驗證

如圖 11 所示
，在(zài)方(fāng)框圖中可(kě)以(yǐ)觀(guān)察(chá)到(dào) ACT 與(yǔ)電壓的(dí)變化(huà)關係。框(kuàng)圖(tú)的(dí)數據由(yóu)三個基(jī)板的(dí)數(shù)據組成
，每(měi)個基板測(cè)有三(sān)個測量值
，因此共(gòng)進行了 9 次測量
，如第(dì) 2.1 節所述(shù)。ACT值呈(chéng)緩慢(màn)增(zēng)長(cháng)趨勢
，在電壓約(yuē)為29 kV 的(dí)恒定(dìng)值時使(shǐ)用(yòng)噴槍(qiāng)。

圖 11- 平均(jūn)塗層(céng)厚(hòu)度(dù)與電(diàn)壓變化曲綫和(hé)厚(hòu)度(dù)等值綫(xiàn)關(guān)係。底部(bù)特征區(qū)域標記為 A) 上(shàng)邊緣(yuán)薄(báo)帶(dài), B) 中心(xīn)厚帶, C) 底(dǐ)部(bù)厚層(céng), D) 極薄角(jiǎo)落(là), E) 中(zhōng)心擴散(sàn)帶(dài).

即使(shǐ)ACT在高壓下(xià)趨於(yú)穩(wěn)定
，但(dàn)中值(zhí)的厚(hòu)度輪廓等值綫(框綫圖中的(dí)紅綫(xiàn))明(míng)顯(xiǎn)不同(tóng)。將(jiāng) 24 kV 與 52 kV 輪廓(kuò)綫進行比(bǐ)較(jiào)可(kě)以看出(chū)
，在前(qián)一(yī)種(zhǒng)情(qíng)況(kuàng)下可以(yǐ)看到(dào)中心帶 (B) 和底部邊緣(yuán)帶 (C) 處的(dí)塗層(céng)厚度(dù)較(jiào)高
，基(jī)板的(dí)上邊(biān)緣帶 (A) 的塗(tú)層厚(hòu)度較(jiào)低
，而在中(zhōng)心(xīn)擴散(sàn)帶(dài)(E)將(jiāng)較(jiào)低塗層(céng)厚(hòu)度區(qū)域限(xiàn)製在角落(là)(D) 上(shàng)
，從而產生(shēng)更(gēng)均匀(yún)的塗層。這(zhè)也可(kě)以通(tōng)過圖12中(zhōng)的不均匀圖(tú)進行(háng)定量(liáng)驗證。從圖(tú)中可以(yǐ)看出
，在10kV的最(zuì)低(dī)電壓(yā)下(xià)
，不(bù)均(jūn)匀性處(chǔ)於(yú)低(dī)值
，在24kV左(zuǒ)右不(bù)均匀(yún)性升(shēng)到峰值(zhí)
，然(rán)後在最高(gāo)兩(liǎng)個電(diàn)壓(yā)時達到(dào)最低值
，這(zhè)與(yǔ)中(zhōng)值(zhí)情(qíng)況下描述的(dí)厚(hòu)度輪(lún)廓一致。

考慮10kv，24kv和52kv三種(zhǒng)情(qíng)況下塗層厚(hòu)度的直方圖(tú)
，可以(yǐ)解釋(shì)最(zuì)低和(hé)最高電(diàn)壓(yā)不均匀性(xìng)處於同一(yī)水(shuǐ)平的(dí)現(xiàn)象
，如圖(tú)13所(suǒ)示。

圖 12- 電(diàn)壓(yā)變化曲綫(xiàn)和(hé)厚度等值(zhí)綫(xiàn)的不均(jūn)匀(yún)性

圖(tú) 13- 在(zài)特(tè)定電壓下(xià)塗層厚(hòu)度(dù)分布的直方(fāng)圖(tú)

在(zài)電壓(yā)為(wéi)10kv情況下
，單(dān)個“bin”的(dí)像素(sù)較(jiào)多
，表明不均匀性較(jiào)低(dī)。事實(shí)上
，這種情況下(xià)的(dí)不(bù)均匀性比(bǐ)52 kv要(yào)低(dī)。但(dàn)是
，與最高(gāo)“count”相關的塗層厚度值較小
，因(yīn)此 10 kv與(yǔ)最高“count”的(dí)偏差(chà)相(xiāng)對較大。而(ér)在52kV的情況下這(zhè)種偏(piān)差(chà)很(hěn)小(xiǎo)
，因為較(jiào)大的(dí)塗(tú)層厚度(dù)與最(zuì)高“count”有(yǒu)關(guān)
，導致出現類似的(dí)不均(jūn)匀值。對於(yú)中壓情(qíng)況
，從(cóng)直方圖(tú)中(zhōng)也可(kě)以看出
，塗(tú)層厚(hòu)度值(zhí)分布較大(dà)
，計數(shù)較大(dà)
，兩者(zhě)的結合(hé)導(dǎo)致(zhì)了(liǎo)不均匀(yún)性(xìng)的(dí)峰值。

圖14描述了(liǎo)基板上的行坐(zuò)標和列坐(zuò)標的(dí)中(zhōng)心(xīn)偏(piān)移量。列(liè)坐標(biāo)的(dí)負值(zhí)表示RHCT的中心位(wèi)於基板中(zhōng)心(xīn)左(zuǒ)側
，列(liè)坐標負值(zhí)表(biǎo)示(shì)位於基板中(zhōng)心下(xià)方。可以看出列坐標的(dí)中(zhōng)值(zhí)均為正(zhèng)
，但趨勢不明顯
，行(háng)坐標的中值(zhí)均為負(fù)
，電壓(yā)越大越接(jiē)近板(bǎn)心。

列(liè)坐(zuò)標(biāo)的(dí)三個(gè)選定情(qíng)況(kuàng)
，即圖 14 左側的(dí) 18，35，52 kV
，在18 kV 處列坐標幾乎與(yǔ)基板(bǎn)中(zhōng)心(xīn)對齊
，然(rán)後(hòu)在 35 kV 處比在(zài) 52 kV 時偏移更多(duō)。在(zài)右側(cè)
，同(tóng)樣可(kě)以看(kàn)到(dào)行坐(zuò)標在隨著電(diàn)壓(yā)的增(zēng)加(jiā)越接近(jìn)基板(bǎn)中心
，電(diàn)壓(yā)從(cóng) 20 到 29 和 48 kV
，這(zhè)反映在(zài)行(háng)坐標中心(xīn)偏移(yí)圖中。需(xū)要(yào)注意的是
，特(tè)別(bié)是在(zài)中(zhōng)壓下
，板底邊緣(yuán)通常有(yǒu)一個厚的(dí)塗層(céng)區域(yù) (參見圖(tú) 11 中(zhōng)的 C 區域)
，將(jiāng) RHCT 中(zhōng)心(xīn)推(tuī)向(xiàng)底部
，在 20 kV 的(dí)情況(kuàng)下(xià)最(zuì)為(wéi)明(míng)顯。

中心(xīn)偏(piān)移量還(huán)可以提供與(yǔ)塗裝工(gōng)藝相(xiāng)關(guān)的(dí)重要(yào)信息。在圖14中(zhōng)
，觀察(chá)到列(liè)坐(zuò)標(biāo)的(dí)中心偏移以及(jí)範(fàn)圍(wéi)框的大部分(fēn)都位於正值範圍內
，這(zhè)意味著(zhuó)偏(piān)移量(liáng)係統地朝向基(jī)板中心的右側(cè)
，否(fǒu)則
，範圍框將包(bāo)含(hán)偏移值0。

圖 14- 列坐標和行坐標(biāo)的中(zhōng)心偏移(yí)量(liáng)隨電(diàn)壓(yā)的(dí)變化(huà)。

造成(chéng)這(zhè)種係統效應(yīng)的原因可(kě)能是(shì)在這種情況下的(dí)通風(fēng)。在考慮(lǜ)行坐標的(dí)偏(piān)移時
，除了(liǎo)10kV的(dí)極(jí)低電(diàn)壓外
，所有(yǒu)偏(piān)移量都低(dī)於基(jī)板中(zhōng)心
，增(zēng)加電壓進行接(jiē)近。這(zhè)與預期一致(zhì)
，因(yīn)為這裏(lǐ)的(dí)係統效應(yīng)是重(zhòng)力
，其效果下降(jiàng)
，因(yīn)為(wéi)靜(jìng)電力成(chéng)為主導地位
，由(yóu)於(yú)采(cǎi)用更(gēng)高的(dí)電壓將(jiāng)RHCT的(dí)中(zhōng)心推向基板中心(xīn)。

4. 摘要和結(jié)論(lùn)

本文(wén)是基於CoatMaster的先進熱光學(xué)技術收(shōu)集(jí)塗(tú)層厚度數據
，介(jiè)紹了收(shōu)集(jí)和處理(lǐ)粉末(mò)塗裝工(gōng)藝(yì)實驗數據的(dí)過濾過程(chéng)。本次研究的一(yī)個(gè)關鍵(jiàn)點(diǎn)是量(liáng)化(huà)塗層(céng)質(zhì)量的(dí)性(xìng)能(néng)參(cān)數。這(zhè)三個方(fāng)麵構成(chéng)了一(yī)個廣(guǎng)泛的(dí)數(shù)值求(qiú)解器驗(yàn)證的基礎
，從而成(chéng)為優(yōu)化(huà)工藝(yì)參數的關鍵(jiàn)因素;電(diàn)壓，流(liú)量和基板相對(duì)於噴槍(qiāng)的幾(jī)何方向
，根(gēn)據平(píng)均(jūn)塗(tú)層(céng)厚度和不均匀性給(gěi)出性能(néng)標準(zhǔn)。

在本研(yán)究中(zhōng)
，得到了性能參(cān)數(shù)的重(zhòng)要性(xìng)及其相(xiāng)互(hù)關(guān)係。為(wéi)此
，人們可能傾(qīng)向於僅通(tōng)過 ACT 值來評估塗層(céng)的質量
，這(zhè)將導(dǎo)致以下結論:高(gāo)於(yú)約 29 kV電(diàn)壓(達到圖 11 所(suǒ)示的極(jí)限(xiàn)值(zhí))
，不會影(yǐng)響塗(tú)層(céng)的(dí)質(zhì)量。但考慮到(dào)塗(tú)層(céng)的不均(jūn)匀性
，這(zhè)一(yī)結(jié)論是(shì)錯誤(wù)的。如(rú)圖 12 所(suǒ)示
，隻(zhī)有在施加(jiā)最(zuì)高(gāo)的(dí)兩(liǎng)個電(diàn)壓時(shí)
，塗層才(cái)會(huì)變(biàn)得均匀。

因(yīn)此
，在評(píng)估(gū)塗層工(gōng)藝質量(liáng)時(shí)
，應同(tóng)時(shí)考慮塗層的均(jūn)匀性(xìng)。當(dāng)ACT值幾乎相(xiāng)同時塗層(céng)的(dí)均匀性(xìng)可(kě)能會(huì)有很大的(dí)不同。從圖(tú)11和(hé)圖(tú)12所(suǒ)示(shì)的ACT和不均匀性對(duì)電(diàn)壓的(dí)關(guān)係(xì)圖(tú)中
，可以根據應(yīng)用(yòng)推(tuī)斷(duàn)出(chū)理想的電壓範圍。例(lì)如
，要求得到(dào)均匀(yún)薄塗層的工藝(yì)應保持在(zài)10-14kv左(zuǒ)右(yòu)的低壓值
，而(ér)電(diàn)壓值在24kv以(yǐ)上(shàng)會產生薄塗層
，並(bìng)且(qiě)在(zài)基(jī)板的(dí)中(zhōng)間出現更厚(hòu)塗層(céng)。在29-40kV範圍內可以(yǐ)得(dé)到相(xiāng)同(tóng)的(dí)分布
，但(dàn)與(yǔ)較(jiào)大的ACT值有關
，之後塗(tú)層(céng)會隨(suí)著電壓的增加(jiā)而(ér)變得(dé)更加均(jūn)匀(yún)。

另一(yī)個性能(néng)參(cān)數
，即RHCT的中(zhōng)心(xīn)偏(piān)移(yí)
，將針(zhēn)對塗(tú)層(céng)厚(hòu)度(dù)的對(duì)稱性(xìng)提供(gōng)參考
，並可能(néng)是(shì)係統(tǒng)次級效應的(dí)指(zhǐ)標(biāo)。在這(zhè)項研究中(zhōng)針對基板
，由於評估該(gāi)參(cān)數導(dǎo)致了(liǎo)對稱的(dí)係統(tǒng)偏(piān)差
，其中基(jī)板的(dí)左(zuǒ)側比右(yòu)側塗層塗層更薄。這很可能(néng)是(shì)由於通風(fēng)係(xì)統驅動的(dí)氣流。此外
，這參數(shù)間接有(yǒu)力(lì)表明靜電(diàn)力(lì)與重力(lì)哪個要(yào)強
，因為朝(zhāo)向基(jī)板底(dǐ)部的(dí)偏(piān)移(yí)量(liáng)越(yuè)大(dà)
，表明(míng)靜電(diàn)力越弱(ruò)。這是一(yī)個(gè)調整(zhěng)基(jī)板和(hé)噴(pēn)槍(qiāng)較(jiào)佳(jiā)距離(lí)的重要參數。

本文(wén)所(suǒ)述(shù)的(dí)基板(bǎn)過(guò)濾方法適用(yòng)於(yú)Coatmaster 測量任何復雜形(xíng)狀的(dí)零部(bù)件(jiàn)
，該測量方法(fǎ)提供了(liǎo)二(èr)維的(dí)數據(jù)集(jí)。

為(wéi)了(liǎo)概(gài)括在實踐中(zhōng)經常遇(yù)到復雜形(xíng)狀(zhuàng)的方法(fǎ)
，需要擴(kuò)展該(gāi)過程(chéng)來(lái)處理可(kě)能位(wèi)於特(tè)定(dìng)基板凹部的噪聲數據。常(cháng)見的圖(tú)像(xiàng)處理(lǐ)技術
，如中值濾波和高(gāo)斯(sī)濾波將作為下(xià)一步進行深(shēn)入研(yán)究(jiū)。