1 电子科技大学航空航天学院, 四川 成都 611731
2 中国空气动力研究与发展中心, 四川 绵阳 621000
基于紫外诱导荧光的油膜厚度测量方法已被广泛应用于风洞油流实验,但在动态风洞实验中,承载荧光油膜的模型的位姿变化将会影响油膜厚度测量的精度。在紫外激发光源一次照明与油膜直接成像场景中,对模型位姿变化带来的成像荧光强度误差进行了理论及实验分析。研究了当被测模型发生平移和倾斜时,模型表面的辐照特性、接收荧光强度及成像接收荧光强度的变化,并利用成像荧光强度误差来表征油膜厚度测量精度。分析结果表明,当模型平移时,油膜厚度测量误差与平移距离有关,平移距离越大,误差越大。当模型小角度(-4°~4°)倾斜时,油膜厚度测量的相对误差小于1%。
测量 紫外诱导荧光 荧光强度 油膜测厚 模型位姿变化 误差分析 光学学报
2021, 41(23): 2312004
华中科技大学 材料科学与工程学院, 武汉 430074
激光测厚具有安全可靠、测量精度高、测量范围大等优点, 广泛应用于纸张、电池极片等薄膜类材料厚度的在线测量。带材宽幅方向扫描测厚时由于扫描架往复运动会产生机械振动, 影响在线测厚精度。针对该问题, 以锂离子电池极片厚度测量为例, 使用双激光差动式测厚平台对电池极片和铜箔分别进行厚度测量, 然后对测厚数据进行频谱分析, 探究其振动规律的相似性, 并基于频谱分析结果采用滑动带阻滤波方式对测厚数据进行处理, 滤波后极片和铜箔的厚度极差分别降低了33.4%和73.8%, 有效过滤了机械振动导致的测量误差, 可满足极片和铜箔厚度测量的精度要求。
激光测厚 振动 频谱 滤波 laser thickness measurement vibration frequency spectrum filtering
1 合肥学院先进制造工程学院, 安徽 合肥 230601
2 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250103
为了检测金属材料生产、使用过程中的厚度损失及表面裂缝损伤,对比分析了激光干涉仪和电磁超声换能器(EMAT)对金属激光超声信号探测的准确度和实用性。采用激光干涉仪表面波信号与纵波信号相结合的方法探测了铝板厚度,并根据背面纵波信号测量了铝板表面裂痕缺陷深度;采用EMAT表面波信号确定铝板裂痕缺陷的位置,纵波信号确定铝板的厚度。结果表明,相比激光干涉仪的复杂激光超声信号接收光路,EMAT铝板测厚及裂痕缺陷位置检测的误差均在4%以下,且裂痕缺陷位置的预测值不会随着表面裂痕缺陷深度的减小而增加。可见,采用激光超声与电磁超声相结合的方法可有效地降低检测条件的复杂性,提高激光超声的实用性。
测量 激光超声 电磁超声 无损检测 测厚 缺陷
1 武汉科技大学 冶金装备及其控制省部共建教育部重点实验室,武汉430081
2 武汉钢铁股份有限公司设备管理部,武汉430083
分析了传统的X射线荧光镀锌板锌层测量法,提出了基于全反射X射线荧光分析技术的镀锌板锌层测量方法,并在MCNP中建立X射线全反射模型进行模拟仿真。X射线全反射发生时锌层将原级X射线几乎反射,并在镀锌板法向方向伴随产生少量X射线荧光。针对此特征X射线荧光直接进行分析有效地减少了X射线源的散射本底,提高了测量精度,并且降低了所需源X射线的能量。模拟结果验证了镀锌板上发生X射线全反射的可行性,为实际应用提供了理论依据。
X射线荧光分析 全反射X射线荧光分析 MCNP模拟 镀层测厚 X-ray fluorescence analysis total reflection X-ray fluorescence analysis MCNP simulation measurement of coating thickness
华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室，武汉 430074
为了开发一种用于测量各向同性均匀薄膜介质厚度的紧凑型薄膜测厚仪，采用了共光路垂直入射设计，利用薄膜干涉原理，通过非线性优化算法对反射光谱进行了拟合，反演计算出了薄膜样品的厚度。采用该仪器测量部分SiO2/Si薄膜样件，测量结果与商业椭偏仪测量结果之间的相对偏差小于0.5%，而单次测量时间仅为70ms。结果表明，该薄膜测厚仪具有对测量距离不敏感、光路简洁、结构紧凑及重复性精度良好等优点，对实现在线实时测量功能具有积极意义。
测量与计量 光谱薄膜测厚仪 紧凑 逆问题 干涉 不确定度 measurement and metrology spectral thickness measurement instrument for thin compact inverse problem interference uncertainty
1 山东省科学院 激光研究所, 济南 250014
2 山东省汽车工业集团有限公司, 济南 250011
为了研究离焦量对激光超声信号幅值的影响,采用相同能量的脉冲激光辐照不同厚度的铝质试块进行了工件测厚的实验.光路会聚采用焦距100mm的平凸球面聚焦透镜,将该透镜固定于5维光学调整架上,调节水平轴旋钮以改变离焦量;利用中心频率5MHz的压电探头接收激光超声波信号,并记录所有试块在每个离焦量下的超声信号数据;依据信号之间的时间间隔,求出每个铝质试块的厚度.结果表明,测厚结果与工件实际厚度之间的相对误差均在3%范围内;在等量激光脉冲激励下,当工件表面处于离焦量-10mm时,获得信号的幅值最大.
激光技术 激光超声 超声测厚 离焦量 圆盘波源 laser technique laser ultrasound thickness measurement using ultrasound defocusing amount disk source
宁夏师范学院 物理与信息技术学院, 宁夏 固原 756000
对薄膜测厚系统进行了详尽剖析, 从整体上论述了膜厚测量系统, 研究了测厚系统中薄膜测厚仪的关键硬件电路, 对薄膜测厚仪的软件流程进行了离散设计。以AVR单片机为核心处理器进行了数据采集和处理, 设计并生产出了在线式光学薄膜厚度测量与监控系统。通过与实际膜厚进行对比实验, 验证了薄膜测厚系统具有高精度、高稳定性和高可靠性, 可应用于实际工业生产。
光学测厚 高精度 AVR单片机 测量与监控 optical thickness high precision AVR single chip microcomputer measurement and monitoring
华中科技大学 机械科学与工程学院 仪器科学与技术系, 武汉 430074
红外测厚是薄膜在线测厚的主要方法之一, 为了解决传统的红外测厚方法中尚存在的易受光源稳定性的影响、不适用于高速薄膜生产线等缺点,采用双光路参比测量的方法设计了一种双光路红外测厚系统, 系统将光源的光分成测量路和参考路两路, 并使用单个CCD同时收集两路光作为光强传感器。描述了系统的成像原理, 讨论了系统对朗伯定律的适用性, 最后通过对聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜的标定实验论证了系统的精度。结果表明, 该方法精度高、鲁棒性好, 且能够有效避免光源不稳定带来的影响。
测量与计量 薄膜测厚 红外 双光路 measurement and metrology film thickness measurement infrared dual-light path
彭松 1,2,3,*刘志国 1,2,3孙天希 1,2,3李玉德 1,2,3[ ... ]丁训良 1,2,3
1 北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室, 北京100875
2 北京师范大学核科学与技术学院, 北京100875
3 北京市辐射中心, 北京100875
为了实现对薄膜和镀层材料厚度的微区无损分析, 利用多毛细管X光会聚透镜和多毛细管X光平行束透镜设计并搭建了普通实验室X射线光源的共聚焦微束X射线荧光测厚仪, 对该共聚焦测厚仪的性能进行了系统表征。 利用该测厚仪测定了厚度约为25 μm的Ni独立薄膜样品和压于硅基表面厚度约为15 μm的Ni薄膜样品厚度, 对应它们的相对测量误差分别为3.7%和6.7%。 另外, 还对厚度约为10 μm Ni薄膜样品的厚度均匀性进行了测量。 该共聚焦测厚仪可以对样品进行微区深度分析, 并且具有元素分辨能力, 从而使得该谱仪可以测量多层膜样品不同层的膜厚, 在薄膜和镀层厚度表征领域具有潜在的应用。
X射线光学 共聚焦测厚 毛细管X光透镜 X射线荧光 X-ray optics Confocal technology for measuring thickness Polycapillary X-ray lens X-ray fluorescence 光谱学与光谱分析
2013, 33(8): 2223
华中科技大学 机械科学与工程学院 测控装备研究所, 武汉 430074
为了精确测量薄板类材料的厚度, 分析了双光路激光三角法测厚原理, 建立了一种单镜头激光三角法厚度测量系统。该系统以半导体激光器为光源, 配以单镜头成像系统、图像采集与数据处理系统。描述了系统的检测原理、检测方法和实验装置, 讨论了激光器光束轴心线与成像透镜光轴夹角与系统分辨率的关系, 并基于最小二乘法拟合得出了光斑距离与被测物厚度的函数关系式, 最后通过标定实验对系统精度进行了实验论证。结果表明, 该系统消除了双光路激光三角法上下测量系统难以同步的问题, 分辨率高, 精度控制在10μm, 良好地满足了工业测量的需求。
测量与计量 激光测厚 重心法 分辨率 measurement and metrology laser thickness measurement centroid method distinguishability
