1.本发明涉及涂层厚度红外检测技术领域，尤其涉及一种涂层厚度红外检测仪。
背景技术：2.涂覆涂层的铝箔是一种广泛使用的包装材料。铝箔涂覆有机涂层材料生产过程中，需要实时测量和控制铝箔表面涂层的厚度。
3.目前常用的测量方法是称重法：取面积1m2的铝箔，用天平称出涂覆有机涂层前后的质量增量，可以得到单位面积的涂层涂覆量厚度(g/m2)。
4.现有方法测量速度慢、效率低，不便于在生产线上连续测量，难以通过厚度的实时测量进行涂层厚度的及时反馈控制。
技术实现要素：5.针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种涂层厚度红外检测仪。
6.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
7.提供一种涂层厚度红外检测仪，包括暗盒，暗盒靠近待测表面的一侧开设有朝向待测表面的光线出口和光线进口，暗盒内设置有光源和光电探测器，光源的照射光路上设置有第一分光镜，第一分光镜用于将光源的光路分割为测量光路和对比光路；光电探测器的前方设置有第二分光镜，测量光路依次经过暗盒的光线出口、光线进口、第二分光镜和光电探测器，对比光路依次经过第二分光镜和光电探测器；
8.其中，暗盒内设置有用于对光线出口上游的测量光路和对比光路控制通断并对光路上光线进行调制的调制组件，暗盒内设置有若干用于对测量光路和对比光路进行反射导向的反射镜。
9.进一步的，调制组件包括转盘片和驱动源，转盘片转动设置在暗盒内，转盘片的盘面上沿自身周向间隔开设有至少两个安装孔，安装孔均位于转盘片的一侧盘面上，安装孔内均安装有滤光镜片，滤光镜片至少包括一个用于透过涂层高吸收率的特征谱线红外光的滤光片和一个用于透过涂层低吸收率的特征谱线红外光的滤光片，驱动源用于驱使转盘片转动。
10.进一步的，转盘片的盘面上沿自身周向间隔开设有多个安装孔，多个安装孔均安装有滤光镜片，滤光镜片包括一个用于透过涂层高吸收率的特征谱线红外光的滤光片和若干个用于透过涂层低吸收率的特征谱线红外光的滤光片。
11.进一步的，转盘片的边缘开设有若干个同步槽，暗盒内位于转盘片的一侧设置有光电开关，光电开关用于检测同步槽的通过时刻。
12.进一步的，暗盒内位于光源与第一分光镜之间设置有第一镜组，第一镜组用于将光源发出的光束准直为平行光束，暗盒内位于第二分光镜与光电探测器之间设置有第二镜组，第二镜组用于将经过第二分光镜后的平行光束聚焦。
13.进一步的，暗盒内位于调制组件与光线出口之间设置有第三镜组，第三镜组用于
将测量光路的平行光束聚焦，暗盒内位于光线进口与第二分光镜之间设置有第四镜组，第四镜组用于将测量光路的光束准直为平行光束。
14.进一步的，暗盒中位于光线进口与光电探测器之间设置有偏振滤光片，偏振滤光片用于过滤测量光路中的s偏振光。
15.进一步的，暗盒的光线出口和光线入口均设置有窗口片，暗盒内部密封设置。
16.进一步的，暗盒内位于第二分光镜的一侧设置有指示光源，指示光源输出可见光束，可见光束经过第二分光镜分光后沿测量光路和对比光路回到光源。
17.本发明的有益效果为：
18.1、使用多条涂层低吸收率的参考谱线与一条涂层高吸收率特征谱线比较，消除环境因素对测量光路的影响；
19.2、在仪器内部设计一条状态稳定的对比光路与测量光路进行比较，消除光源的光谱和强度变化对测量的影响；
20.3、采用偏振滤波技术，消除待测表面的涂层前表面反射光对涂层透射光测量的影响；
21.4、采用折叠光路设计，使光学和结构系统更加紧凑，减小仪器的体积和重量；
22.5、整个光学系统和光路封装在气密暗盒结构中，设计了气密的窗口片透过发射的测量光和接收样品的信号光。
附图说明
23.图1为本技术实施例的涂层厚度红外检测仪光路布局示意图。
24.图2为某物质典型红外透射光谱，以及选择的测量谱线λ1和参考谱线λ2、λ3示意图。
25.图3为本技术实施例的转盘的结构示意图。
26.其中，1、暗盒；11、光线出口；12、光线进口；13、测量光路；14、对比光路；15、反射镜；16、窗口片；2、光源；21、第一分光镜；22、第二分光镜；23、第一镜组；24、第二镜组；25、第三镜组；26、第四镜组；3、光电探测器；4、调制组件；41、转盘片；411、同步槽；42、驱动源；43、安装孔；5、偏振滤光片；6、指示光源；7、待测表面。
具体实施方式
27.为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
28.参与检测的待测物体包括一层反光层和若干层待测透光层，若干待测透光层相互层叠，反光层位于层叠后的透光层的一侧，透光层可以为独立的透光实物，也可以为反光层表面喷涂的透光涂层。参与测量时，使反光层带有透光层的一侧朝向检测仪，检测结果为层叠后的透光层厚度。
29.本发明实施例通过提供一种涂层厚度红外检测仪，参照图1，包括暗盒1，暗盒1靠近待测表面7的一侧开设有光线出口11和光线进口12，光线进口12的中心线和光线出口11的中心线呈夹角，在对涂层厚度进行检测时，需将待测的涂层表面放置于暗盒1的一侧，使光线进口12的中心线、光线出口11的中心线组成夹角中线垂直于待测表面7。暗盒1内设置有光源2、第一分光镜21、第二分光镜22、光电探测器3、调制组件4和若干反射镜15，第一分
光镜21设置于光源2照射光路上，第一分光镜21用于将光源2的光路分割为折射通过的测量光路13和反射出的对比光路14，调制组件4用于对光线出口11上游的测量光路13和对比光路14控制通断并对光路上光线进行调制，第二分光镜22设置在光电探测器3的接收口的前方。
30.参照图2，其中，光源2具体采用宽谱红外辐射光源2，通过加电至高温可发出至少包含λ1、λ2……
λn波长的红外光。测量光路13上光束依次经过暗盒1的光线出口11、光线进口12、第二分光镜22和光电探测器3，在光束从暗盒1的光线出口11穿出后，照射在待测涂层表面，经反射后再次从光线进口12进入暗盒1，并在第二分光镜22处经过折射后照射向光电探测器3。对比光路14依次经过第二分光镜22和光电探测器3，对比光路14的光束在经过第二分光镜22时经过反射后照射向光电探测器3。反射镜15由玻璃或金属基底镀制红外高反膜制成，布置在暗盒1中，用于对测量光路13和对比光路14进行反射导向，在转折光路后使仪器结构紧凑，并让信号光束经过后续元件传输到光电探测器3中。光电探测器3具体可采用红外探测器，用于将红外光信号转换成电信号，以测量光谱强度。
31.利用有机涂层材料具有特征吸收谱线的特点，采用涂层的红外特征谱线的光谱透射率与涂层厚度呈负相关的原理，在启动光源2后，通过调至组件先后控制测量光路13和对比光路14连通，使得光电探测器3先后获得经过涂层反射衰弱的特征谱线和对比参考谱线的红外光谱透射率，从而检测出待测涂层的厚度，以实现生产线上的涂层厚度连续实时检测和控制。
32.本实施例采用的检测思路在于，根据比尔定律，波长为λ的光，在吸收系数为α(λ)厚度为l的均匀物质内传播，其光强衰减满足：i(l)＝i0e-αl
，其中i0为入射光强，i(l)是传输距离l后的光强。因此光强透射率i(l)/i0＝e-αl
与通过的物质厚度具有确定的关系。
33.参照图3，调制组件4包括转盘片41和驱动源42，转盘片41转动安装在暗盒1内，位于第一分光镜21与光线出口11之间的测量光路13以及对比光路14均垂直经过转盘片41，并且测量光路13和对比光路14分别照射于转盘片41的两侧。转盘片41的盘面上沿自身周向间隔开设有至少两个安装孔43，在本技术的一种实施例中，转盘片41上的安装孔43设有两个。两个安装孔43均位于转盘片41上的同一半侧，两个安装孔43中均安装有滤光镜片，两个安装孔43中的滤光镜片包括一个用于透过涂层高吸收率的特征谱线红外光的滤光片和一个用于透过涂层低吸收率的特征谱线红外光的滤光片。驱动源42可以采用伺服电机或步进电机，驱动源42通过螺栓、铆钉等固定安装在暗盒1内，驱动源42的输出轴与转盘片41同轴固定连接，驱动源42用于驱使转盘片41转动。
34.通过驱使转盘片41转动，可以使得转盘片41上的两个滤光片均先后转动经过测量光路13和对比光路14。设其中一个滤光片透过的涂层高吸收率的λ1特征谱线红外光，另一个滤光片透过的涂层低吸收率的λ2特征谱线红外光，则经调制后λ1光在测量光路13上最终由光电探测器3测量得到的光信号为λ
1m
，调制后λ1光在对比光路14上最终由光电探测器3测量得到的光信号为λ
1r
，经调制后λ
2r
光在测量光路13上最终由光电探测器3测量得到的光信号为λ
2m
，调制后λ2光在对比光路14上最终由光电探测器3测量得到的光信号为λ
2r
。则可推导出透射率为(λ
1m
/λ
1r
)/(λ
2m
/λ
2r
)，进而推导出涂层厚度。
35.进一步的，为了提高测量精度，可以增加测量过程中涂层低吸收率的特征谱线红外光的对比例。具体的，转盘片41的盘面上沿自身周向间隔开设有多个安装孔43，多个安装
孔43均安装有滤光镜片，在转盘片41转动时应使得测量光路13和光电光路同一时刻只能有一个从安装孔43处导通。多个安装孔43内均安装有滤光镜片，该些滤光镜片中，应至少包括一个用于透过涂层高吸收率的特征谱线红外光的滤光片和若干个用于多个透过涂层低吸收率的特征谱线红外光的滤光片。设其中一个滤光片透过的涂层高吸收率的λ1特征谱线红外光，若干个滤光片依次透过的涂层低吸收率的λ2、λ3、
……
λn特征谱线红外光.则经调制后λ1光在测量光路13上最终由光电探测器3测量得到的光信号为λ
1m
，调制后λ1光在对比光路14上最终由光电探测器3测量得到的光信号为λ
1r
，经调制后λ2光在测量光路13上最终由光电探测器3测量得到的光信号为λ
2m
，调制后λ2光在对比光路14上最终由光电探测器3测量得到的光信号为λ
2r
，后续依次推导。则可推导出透射率为(λ
1m
/λ
1r
)/[(λ
2m
/λ
2r
+λ
3m
/λ
3r
+
…
λ
nm
/λ
nr
)/(n-1)]，进而推导出涂层厚度。
[0036]
在本技术实施例中，转盘片41上的安装孔43为三个，三个安装孔43均位于转盘片41的同一侧。转盘片41的边缘开设有若干个同步槽411，在暗盒1内还安装有光电开关(图中未示出)，光电开关正对转盘片41的边缘，用于检测同步槽411的通过时刻。具体地，光电开关和驱动源42均与处理终端电连接，处理终端可以为计算机处理器，光电开关记录同步槽411通过时刻后，处理器获得驱动源42的转速，并且处理器可以计算出各个安装孔43与各个光路之间通光时刻，将该时刻作为光电探测器3探测记录通光信号强弱的同步信号。
[0037]
为了增大测量效果，暗盒1内位于光源2与第一分光镜21之间设置有第一镜组23，第一镜组23用于将光源2发出的光束准直为平行光束，通过采用平行光束在暗盒1内通过，能够将能量集中传输，测量效果更较好。同时，为了使光电探测仪能够获得较强的能量，以展现清晰结果，暗盒1内位于第二分光镜22与光电探测器3之间设置有第二镜组24，第二镜组24用于将通过第二分光镜22后的平行光束聚焦，第二镜组24将光束聚焦后光电探测仪的探头位于焦点处。本技术中的第一镜组23、第二镜组24以及其余镜组均采用单片或多片透镜构成，用以实现的光线的平行光合发散光变化。
[0038]
进一步的，为了减小光束在从光线出口11照射向待测表面7时的能量损失，暗盒1内位于调制组件4与光线出口11之间设置有第三镜组25，第三镜组25用于将测量光路13的平行光束聚焦，使得光束照射在待测表面7时仍然以聚合光束状态进行照射。从待测表面7上反射回光线进口12的光线以散射形态，为了减少测量光路13上的能量损失，暗盒1内位于光线进口12与第二分光镜22之间设置有第四镜组26，第四镜组26用于将测量光路13的光束准直为平行光束。
[0039]
测量光路13上，光线在待测表面7的透光层表面发生折射的同时，还发生了反射，其反射光容易影响测量结果的准确性。因此，本技术实施例进一步的在暗盒1中位于光线进口12与光电探测器3之间设置有偏振滤光片5，偏振滤光片5用于透过测量光路13中由待测表面7下方反射层反射出的p偏振光，吸收掉透光层表面反射出的s偏振光，从而使得光电探测器3接收经透光层透射并由反射层反射回的p偏振光。减小了待测表面7上透光层的反射光干扰，提高仪器测量精度。
[0040]
同时，在本技术实施例中，暗盒1的光线出口11和光线入口均设置有窗口片16，窗口片16可采用红外窗口片16，用以透射红外测量光，通过粘接剂等粘连在暗盒1的光线出口11和光线出口11，使得暗盒1内部密封设置。暗盒1密封有利于保护暗盒1内的光学元件不被灰尘、水汽、油污等影响，延长仪器使用寿命，并提高测量精度。
[0041]
为了便于试验人员找准放置待测表面7的位置，使得测量光路13中的测量光能准确照射入光电探测器3中，在本技术实施例中，暗盒1内位于第二分光镜22的一侧设置有指示光源62。指示光源62可采用可见激光二极管，输出点状的可见光束，指示光源62照射在第二分光镜22上后，被分割为两条光束，两条光束分别沿测量光路13和对比光路14回到光源2。指示光源62用于实验人员在装配检测仪时用人眼检查光路安装精度是否在设计范围内。
[0042]
本发明的工作过程为：将待测表面7移动到测量位置，使待测涂层朝向检测仪，启动光源2，并启动驱动源42，驱使转盘片41转动，使得光电检测仪分别获得转盘片41上每个安装孔43位于测量光路13和对比光路14时，测量光和对比光经滤光镜片调制后沿各自光路最终被光电检测仪检测到的光谱强度，利用有机涂层材料具有特征吸收谱线的特点，采用涂层的红外特征谱线的光谱透射率与涂层厚度呈负相关的原理，通过测量特征谱线和参考谱线的红外光谱透射率，检测生产线上的铝箔涂层厚度。同时，采用偏振滤波技术，消除待测表面7的涂层前表面反射光对涂层透射光测量的影响。采用折叠光路设计，使光学和结构系统更加紧凑，减小仪器的体积和重量。整个光学系统和光路封装在气密暗盒1结构中，设计了气密的窗口片16透过发射的测量光和接收样品的信号光。
[0043]
本领域内的技术人员应明白，尽管已经描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性的概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围内的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求机器等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
技术特征：1.一种涂层厚度红外检测仪，其特征在于，包括暗盒(1)，所述暗盒(1)靠近待测表面(7)的一侧开设有朝向待测表面(7)的光线出口(11)和光线进口(12)，所述暗盒(1)内设置有光源(2)和光电探测器(3)，所述光源(2)的照射光路上设置有第一分光镜(21)，所述第一分光镜(21)用于将光源(2)的光路分割为测量光路(13)和对比光路(14)；所述光电探测器(3)的前方设置有第二分光镜(22)，所述测量光路(13)依次经过暗盒(1)的光线出口(11)、光线进口(12)、第二分光镜(22)和光电探测器(3)，所述对比光路(14)依次经过第二分光镜(22)和光电探测器(3)；其中，所述暗盒(1)内设置有用于对光线出口(11)上游的测量光路(13)和对比光路(14)控制通断并对光路上光线进行调制的调制组件(4)，所述暗盒(1)内设置有若干用于对测量光路(13)和对比光路(14)进行反射导向的反射镜(15)。2.根据权利要求1所述的一种涂层厚度红外检测仪，其特征在于：所述调制组件(4)包括转盘片(41)和驱动源(42)，所述转盘片(41)转动设置在暗盒(1)内，所述转盘片(41)的盘面上沿自身周向间隔开设有至少两个安装孔(43)，所述安装孔(43)均位于转盘片(41)的一侧盘面上，所述安装孔(43)内均安装有滤光镜片，所述滤光镜片至少包括一个用于透过涂层高吸收率的特征谱线红外光的滤光片和一个用于透过涂层低吸收率的特征谱线红外光的滤光片，所述驱动源(42)用于驱使转盘片(41)转动。3.根据权利要求2所述的一种涂层厚度红外检测仪，其特征在于：所述转盘片(41)的盘面上沿自身周向间隔开设有多个安装孔(43)，多个安装孔(43)均安装有滤光镜片，所述滤光镜片包括一个用于透过涂层高吸收率的特征谱线红外光的滤光片和若干个用于透过涂层低吸收率的特征谱线红外光的滤光片。4.根据权利要求2所述的一种涂层厚度红外检测仪，其特征在于：所述转盘片(41)的边缘开设有若干个同步槽(411)，所述暗盒(1)内位于转盘片(41)的一侧设置有光电开关，所述光电开关用于检测同步槽(411)的通过时刻。5.根据权利要求1所述的一种涂层厚度红外检测仪，其特征在于：所述暗盒(1)内位于光源(2)与第一分光镜(21)之间设置有第一镜组(23)，所述第一镜组(23)用于将光源(2)发出的光束准直为平行光束，所述暗盒(1)内位于第二分光镜(22)与光电探测器(3)之间设置有第二镜组(24)，所述第二镜组(24)用于将经过第二分光镜(22)后的平行光束聚焦。6.根据权利要求5所述的一种涂层厚度红外检测仪，其特征在于：所述暗盒(1)内位于调制组件(4)与光线出口(11)之间设置有第三镜组(25)，所述第三镜组(25)用于将测量光路(13)的平行光束聚焦，所述暗盒(1)内位于光线进口(12)与第二分光镜(22)之间设置有第四镜组(26)，所述第四镜组(26)用于将测量光路(13)的光束准直为平行光束。7.根据权利要求1所述的一种涂层厚度红外检测仪，其特征在于：所述暗盒(1)中位于光线进口(12)与光电探测器(3)之间设置有偏振滤光片(5)，所述偏振滤光片(5)用于过滤测量光路(13)中的s偏振光。8.根据权利要求1所述的一种涂层厚度红外检测仪，其特征在于：所述暗盒(1)的光线出口(11)和光线入口均设置有窗口片(16)，所述暗盒(1)内部密封设置。9.根据权利要求1所述的一种涂层厚度红外检测仪，其特征在于：所述暗盒(1)内位于第二分光镜(22)的一侧设置有指示光源(6)(2)，所述指示光源(6)(2)输出可见光束，所述可见光束经过第二分光镜(22)分光后沿测量光路(13)和对比光路(14)回到光源(2)。
技术总结本发明提供了一种涂层厚度红外检测仪，属于涂层厚度红外检测技术领域。包括暗盒，暗盒靠近待测表面的一侧开设有光线出口和光线进口。暗盒内设置有光源、第一分光镜、第二分光镜、光电探测器、调制组件和若干反射镜。第一分光镜用于将光源的光路分割为折射通过的测量光路和反射出的对比光路，调制组件用于对光线出口上游的测量光路和对比光路控制通断并对光路上光线进行调制，第二分光镜设置在光电探测器的接收口的前方。通过使用多条涂层低吸收率的参考谱线，并在仪器内部设计一条状态稳定的对比光路，以及采用偏振滤波技术、折叠光路设计和密封测量环境，使检测仪结构布局紧凑,体积小重量轻,测量精度高，工作稳定可靠，环境适应性强。适应性强。适应性强。
技术研发人员：张国正
受保护的技术使用者：绵阳海天新测控技术有限公司
技术研发日：2022.07.21
技术公布日：2022/11/1
