當(dāng)物質(zhì)受到光、聲波、輻射等激發(fā)時(shí)，物質(zhì)會(huì)吸收一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能。基于該原理能通過(guò)光源照射待測(cè)基材來(lái)測(cè)量其光熱反應(yīng)（紅外輻射），從而確定基材上的涂層厚度。圖1展示了樣品被激發(fā)光源照射時(shí)發(fā)生的光熱反應(yīng)現(xiàn)象。除了特殊發(fā)光材料外，照射激發(fā)的光能主要轉(zhuǎn)化為熱能，造成樣品表面溫度發(fā)生變化。
圖1樣品對(duì)光源照射作出熱反應(yīng)
如圖2所示，有幾種光熱反應(yīng)的測(cè)量方法。例如：檢測(cè)樣品表面紅外輻射的光熱輻射法、利用麥克風(fēng)以聲波形式檢測(cè)樣品周?chē)鷼怏w的熱膨脹方法(麥克風(fēng)光聲法)、利用壓電元件檢測(cè)熱彈性波的壓電元件法、利用光學(xué)干涉系統(tǒng)中的光學(xué)探頭檢測(cè)熱膨脹引起表面位移的光熱位移測(cè)量法等。
圖2各種熱反應(yīng)的檢測(cè)方法
光干涉法和光束偏振法是通過(guò)將激光束照射到樣品表面，用光束位置傳感器檢測(cè)反射光因光熱位移而產(chǎn)生的反射角變化來(lái)測(cè)量涂層厚度，如圖3所示。
圖3通過(guò)激光束進(jìn)行光束偏振的方法
但采用激光束的測(cè)厚方法要求樣品與測(cè)厚儀器的測(cè)量距離較短，且照射激光束必須垂直于樣品表面。當(dāng)待測(cè)樣品在涂裝生產(chǎn)線(xiàn)上的吊架或傳送帶上運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的物體容易碰撞探頭，所以產(chǎn)線(xiàn)上的在線(xiàn)測(cè)厚儀器需要滿(mǎn)足測(cè)試距離較長(zhǎng)并且測(cè)試角度容差大的技術(shù)需求。激光束的測(cè)厚方法明顯不滿(mǎn)足這要求。
此外，考慮到激光束強(qiáng)度的危害性，操作人員必須擁有相關(guān)專(zhuān)業(yè)技能，以及激光儀器的維護(hù)費(fèi)用較高。使用激光束測(cè)厚方法不利于對(duì)大批量產(chǎn)品進(jìn)行涂裝工藝。
如圖4所示，涂魔師采用ATO光熱法專(zhuān)利技術(shù)；該項(xiàng)技術(shù)采用氙燈安全光源代替激光束進(jìn)行激發(fā)，并以脈沖方式短暫加熱待測(cè)涂層，內(nèi)置高速紅外傳感器將記錄涂層表面溫度分布并生成溫度衰減曲線(xiàn)，最后利用專(zhuān)門(mén)研發(fā)的算法分析表面動(dòng)態(tài)溫度曲線(xiàn)計(jì)算待測(cè)涂層厚度。
圖4涂魔師ATO測(cè)量原理
通常，涂層厚度越大，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)（例如1-2秒）；涂層厚度越小，反應(yīng)時(shí)間越短（例如0.02-0.3秒），如圖5所示。
圖5涂層厚度不同導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間不同
相比于傳統(tǒng)非接觸式測(cè)厚儀，涂魔師ATO測(cè)厚技術(shù)明顯降低了儀器維護(hù)成本，而且涂魔師能更加快速精準(zhǔn)和簡(jiǎn)單測(cè)厚，無(wú)需嚴(yán)格控制樣品與測(cè)厚儀器之間的測(cè)試角度和距離，即使是細(xì)小部位、彎角、產(chǎn)品邊緣、凹槽等難測(cè)部位也能精準(zhǔn)測(cè)厚，并且對(duì)操作人員的專(zhuān)業(yè)要求低。
另外，涂魔師容易集成到涂裝系統(tǒng)中，與機(jī)械臂或其他移動(dòng)裝置配合使用能方便精準(zhǔn)測(cè)量工件膜厚，實(shí)現(xiàn)不間斷連續(xù)膜厚監(jiān)控，提高生產(chǎn)效率。
涂魔師非接觸膜厚分析儀器不僅適用于測(cè)量粉末涂層厚度，還能精準(zhǔn)測(cè)量液體涂料、粘膠劑、熱噴涂、潤(rùn)滑涂層等多種涂層類(lèi)型的膜厚。
對(duì)于粉末涂料涂裝，未固化涂層厚度與固化后膜厚差異通常相差約1%～3%，而涂魔師測(cè)厚系統(tǒng)能自動(dòng)計(jì)算并補(bǔ)償該差值，因此涂魔師能在產(chǎn)品進(jìn)入烤爐前精準(zhǔn)測(cè)量未固化涂層實(shí)時(shí)得出干膜厚度，無(wú)需等到粉末涂層固化后才進(jìn)行測(cè)厚。
目前大多數(shù)廠(chǎng)家使用渦流法、電磁感應(yīng)法等干膜測(cè)厚儀測(cè)量粉末涂料膜厚，他們必須等到產(chǎn)品進(jìn)入烤爐完全固化涂層后才能接觸測(cè)厚。如果等到涂層固化后才發(fā)現(xiàn)膜厚值不能滿(mǎn)足合格范圍，則需要進(jìn)行返工，時(shí)效性和生產(chǎn)效率與成本都不符合經(jīng)濟(jì)效益。
使用涂魔師非接觸膜厚分析系統(tǒng)能輕松解決上述問(wèn)題。涂魔師不僅能非接觸、非破壞性、無(wú)損測(cè)厚，而且在涂層未固化（濕膜）狀態(tài)下就能快速精準(zhǔn)得出干膜厚度，高效協(xié)助生產(chǎn)廠(chǎng)家及時(shí)調(diào)整噴涂參數(shù)、降低不良率、穩(wěn)定涂裝質(zhì)量并節(jié)省涂料用量。
除了測(cè)量粉末涂層厚度，涂魔師也能精準(zhǔn)測(cè)量液體涂料漆膜厚度；金屬、碳纖維、MDF中纖板、橡膠、硅片等基材上潤(rùn)滑涂層、粘合劑等涂層厚度；柔性印刷電路板上導(dǎo)體油墨膜厚等等。
涂魔師共有四種型號(hào)：涂魔師FLEX手持非接觸式膜厚分析儀；涂魔師ATLINE實(shí)驗(yàn)室型非接觸式膜厚測(cè)量系統(tǒng)；涂魔師INLINE在線(xiàn)式膜厚分析系統(tǒng)，與機(jī)器臂配備使用能自動(dòng)測(cè)厚；涂魔師3D整體膜厚成像測(cè)厚系統(tǒng)，3D系統(tǒng)能一次性測(cè)量產(chǎn)品整體膜厚真實(shí)分布情況，并以熱量成像模式顯示測(cè)量結(jié)果。
圖6涂魔師所有機(jī)型
隨著ISO9001:2008標(biāo)準(zhǔn)普及，越來(lái)越多涂裝廠(chǎng)家要求在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與控制產(chǎn)品涂層厚度，或者需要在涂裝工藝全過(guò)程記錄與存檔膜厚數(shù)據(jù)，然后從測(cè)量數(shù)據(jù)中運(yùn)用各種統(tǒng)計(jì)方法持續(xù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制。此外涂裝部門(mén)也需要定期檢查和校準(zhǔn)正在使用的測(cè)量系統(tǒng)。
由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件、測(cè)量方法、操作工人對(duì)測(cè)量的熟練程度都存在差異性，故必須事先對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行檢查和確認(rèn)其測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性。
汽車(chē)工業(yè)行動(dòng)組（AIAG）是由通用汽車(chē)、克萊斯勒、福特、卡特彼勒等美國(guó)主要汽車(chē)制造商于1982年成立。隨后，AIAG在ISO/TS 16949系列汽車(chē)行業(yè)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定了新的AIAG（MSA）/IATF 16949標(biāo)準(zhǔn)，因此ISO/TS 16949于2018年9月18日停止使用。
在日本，豐田汽車(chē)、日產(chǎn)汽車(chē)、本田汽車(chē)等聞名汽車(chē)企業(yè)都執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)。在A(yíng)IAG(MSA)/IATF16949中，測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性(GR&R)被定義為測(cè)量系統(tǒng)可靠性的分析方法。
本文將不對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的變化作出詳細(xì)解釋?zhuān)渲性摲治龇椒ǘx了："EV"=重復(fù)性(測(cè)量系統(tǒng)差異)；"AV"=再現(xiàn)性(操作者差異)；"PV"=過(guò)程差異之和，GR&R=SQRT(EV^2+AV^2)。在該方法中，GR&R≤10%視為合格，10%≤GR&R<30%視為可以接受（此時(shí)必須考慮被測(cè)量特征的重要程度和測(cè)量成本等因素，同時(shí)需要得到客戶(hù)認(rèn)可），30%≤GR&R視為不合格，測(cè)量系統(tǒng)需要改進(jìn)。
涂魔師非接觸測(cè)厚系統(tǒng)的GR&R≤10%，視為合格。
粉末涂料膜厚的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為ISO 2808:2007第4版《涂料和清漆--漆膜厚度的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)由日本涂料制造商協(xié)會(huì)（JPMA）和日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（JSA）共同提出。
根據(jù)日本涂料工業(yè)協(xié)會(huì)（JPMA）和日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（JSA）提出的建議，JIS K5600《涂料的試驗(yàn)方法-第1部分：通則》最終發(fā)布為JIS K 5600-1-7:2014《涂料的試驗(yàn)方法-第1部分：通則》。
其中，JIS K 5600-1-7:2014 標(biāo)準(zhǔn)中的附件C"利用熱性能測(cè)量方法"，詳細(xì)說(shuō)明了利用光熱原理的非接觸涂層厚度測(cè)量方法。這是以ISO 2808:2019中的"§4.4光熱法 "作為依據(jù)。
在標(biāo)準(zhǔn)“ISO 2808-2007 油漆與清漆的膜厚測(cè)量”中，附件A展示了幾種濕膜測(cè)厚方法的精度對(duì)比。如下圖可見(jiàn)，精度最差的是梳齒儀，精度最高的是光熱法，而采用光熱法的涂魔師非接觸測(cè)厚系統(tǒng)測(cè)量精度可達(dá)到0.2%。
（1）ISO 2808:2007 Edition 4 "Paints and varnishes -Determination of film thickness"
（2）JIS K5600 塗裝―一般試験方法第一部：通則（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）高松弘行、吉田尚幸、綱木英俊：計(jì)測(cè)と制御、37(6)、(1998)
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品: