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光热测厚技术的工业应用
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光热测厚的工作原理


这种方法由于表征涂层厚度(或其他参数)的不是信号幅度而是信号相位,即辐射热波相对于激发光波的时间偏移,因此这种测量方式对测量距离或探测角度的变化不敏感。对于曲面、粗糙表面以及干膜、湿膜,光热红外测厚技术都可以实现精准的厚度测量,而不受涂层表面状态的影响。这也是光热红外测厚方法相较于其他非接触测厚方法的最大优势,并且从原理而言适合多种基底的检测,因此可以应用于多种应用场景。
光热测厚的工业应用
光热红外技术被认为是测量有机涂层厚度的最佳测量方法,其测量精度高,测量速度快,且不受涂层表面状态的影响。虹科提供适配不同应用场景的基于光热红外技术的PS系列涂层测厚仪,广泛应用于多种行业。
一、汽车涂装行业
汽车行业对于涂层厚度的质量标准要求严苛,因为涂层厚度会明显影响涂层的耐腐蚀性、耐磨性以及颜色的光泽度和纹理,因此在汽车生产和质量控制流程中都需要专业的测厚技术对涂层厚度做出检验。除此以外,整个车身的制造喷漆过程中都处于高度自动化的车间中,需要能够与机械臂集成的测厚设备,同时设备需要满足工业防爆安全区的要求,这对产品的质量和安全性提出了较高的要求。

虹科PS工业测厚仪(机械臂版)设计用于使用机械臂测量涂层厚度,它主要用于在线测量涂层厚度,特别是在汽车车身上。可以集成到机械臂上,每一台防爆版本的设备都会单独做符合国际标准的防爆测试,非常适合在恶劣条下测量涂装产线的涂层厚度。在汽车涂装产线应用的优势在于光热测厚仪对涂层表面状态不敏感,因此其测量角度公差可达20°,测量距离公差可达50mm,并且测厚精度可优于1um。


图4 虹科PS工业测厚仪(机械臂版)应用于汽车涂装产线实景
特别的是,汽车行业的涂层并不仅仅是一层,很多时候需要测量每一层涂层的厚度。虹科PS工业测厚仪(机械臂版)可按照实际需求配置部分或者全部检测站,不同位置的检测站测量探头均可通过网络链接,可通终端软件监控不同涂层监测站的探头所测的涂层厚度值。因此,无论是涂层的总厚度,还是每一层涂层的厚度,都可以通过虹科PS工业测厚仪(机械臂版)得到精确的测量结果。

目前,虹科PS工业涂层测厚仪(机械臂版)在国内外的大众、奔驰、宝马以及法国标致雪铁龙集团、法国雷诺汽车(Renault)、意大利菲亚特汽车公司(Fiat Chrysler Automobiles)都有广泛应用,能够实时监控涂装过程,有效检验涂装质量,确保最佳涂层厚度,有效节约涂装成本。
二、汽车零部件行业
在众多大型机械中,除了直观可见的外壳涂层,实际上机械内部也遍布了众多小型的零部件。比如汽车大概由1万多个部件组成,其中80%以上的部件带有装饰性或功能性涂层,这些部件的涂层同样需要准确的测量技术去检验其厚度是否满足生产标准。然而,不同于较为平整的车身外壳,很多汽车的零部件是圆环状,具有多个曲面半径很小的面和折角,对于其内壁涂层的检测是常规技术检测的盲区。



图6 汽车上多种零部件
为了针对性解决零部件的检测难题,虹科提供基于光热红外测厚技术的工件内壁涂层检测的标准解决方案。独特的优势在于其探头出光处具有一个手指形状的偏转镜结构,能够将出射光反射 90°,从而适用于各类直径大于 18mm 的弯曲、环状、圆柱形工件的内部涂层检测,探测深度可达 44mm。


图7 虹科标准版涂层测厚仪的偏转镜结构
虹科标准版涂层测厚仪目前已成功应用于Vibracoustic(汽车减震系统),BOGE(压缩机)等零部件生产厂商,适用于生产中的零部件测量、喷砂和非喷砂的金属基材、适用于粘合剂或油漆涂层、金属工件内壁涂层检测等多场景厚度检测。
三、橡胶行业
随着各类材料研究的发展,塑料、橡胶以及复合材料在工业生产中应用率显著提升,比如风电叶片由玻璃纤维制成,橡胶材料在密封行业也是应用广泛,汽车的塑料部件也是必不可少。这些材料在生产应用前,通常也需要涂敷各类功能涂层,比如防腐蚀、耐磨等,而传统的测厚方法大多针对于金属基底的涂层测厚,对于非金属基底的涂层测厚设备可选择的范围并不大。


图8 各类非金属零件
光热红外测厚技术从原理而言,对基底材料的种类并无要求。然而需要注意的是,当我们使用调制后的红外光去照射涂层材料时,如果光源是高热量的激光,有可能对非金属基底造成燃烧损伤。为了避免这一潜在的危险来源,虹科提供基于LED的光热红外测厚仪——PS灯工业测厚仪,采用 650nm 的 LED 光源,对眼睛安全,可以在没有大量保护措施的情况下操作,这允许零件的最大吞吐量。并且可以在测厚过程中避免对塑料、复合材料等基底的燃烧损伤,因此特别适用于塑料、橡胶、复合材料基底的有机涂层测量。


图9 虹科PS灯涂层测厚仪
虹科PS灯涂层测厚仪具有实验室桌面版本和工业的单体版本,其中工业版本已应用于海达、萨固密的密封胶条生产厂中,可以完美替代传统的破坏性测厚方法。测厚仪能够轻松安装在工业产线中,为橡胶行业的涂层检测带来在线实时检测的高精度测量,显著节省了人力资源和材料成本。


图10 虹科PS灯涂层测厚仪应用于橡胶厂
四、卷材行业

光热红外测厚技术针对于卷材涂层测厚具有明显优势:首先从原理而言,因为采用相位提取厚度,抗干扰能力强,不受震动角度距离的影响,测试结果不受铝箔材厚度和粗糙度的影响。此外,使用操作步骤简单,对同样的基材和材料只要一次校准,校准信息可转移到别的设备上或别的测量位置,可自动储存测量数据。因此,移动的被测样品所带来的振动并不会影响光热测厚技术的准确性,且可测量产线上多种涂层材料。

除此以外,为了适配卷材涂装产线的高速要求,虹科提供PS工业涂层测厚仪(速度版)。该版本采用了10.6um的CO2激光器和带集成冷却器的红外检测器,专利的“双光束技术”能够是测量头适配最高180m/min的传送带速度,对于高速传送的材料也可以快速测量得到优于1um的测厚精度,同时没有卷材变化对测量的影响,是金属卷材行业涂层测厚的标准解决方案,目前在Tata steel等钢铁公司成功应用。
虹科光热测厚方案
光热测厚技术具有无损无接触式、测量精度高、不受涂层表面状态影响的高稳定性等的技术优势。虹科提供基于此技术原理的PS涂层测厚方案,包括适用于非金属基底的PS灯涂层测厚仪、适用于工件内壁涂层测厚的PS标准版涂层测厚仪、适用于汽车与航空航天喷涂产线的PS工业涂层测厚仪(机械臂版),以及适配高速卷材涂层测厚的PS工业涂层测厚仪(速度版)。

经过客户数据统计得到,通过使用虹科PS系列涂层测厚仪,能够节省人工检测成本约95%,每年可为客户节约喷涂成本约30%,每年可提升喷涂标准件产量约30%,每年降低喷涂废品率约28%,为相关行业带来显著的高质量检测与低成本损耗的效果。