[发明专利]用于散射仪的双光束设置

说明书

本公开总体上涉及表征材料光学性质的设备。更具体而言，本公开提供了一种用于对材料进行光学测量的双光束二次散射仪(parousiameter)。

在当前的全球经济中，产品的制造很少是在一家制造厂发生的。在全世界很多工厂制造部件并运输到最终制造点，在那里将所有部件组装成最终产品。这种全球制造供应链具有许多益处，最突出的是成本降低，这一益处可以被传递给消费者。不过，在这种分布式制造过程中存在缺点。

在分布式场所制造产品部件时遇到的一个问题是产品外壳的光学性质一致性(例如颜色、光泽、纹理等)。很多公司在市场研究上花费数百万以制造出吸引消费者并与竞争产品容易区分的产品(即品牌认知)，例如在鞋或T恤上加上Nike的“一撇”，或者是AppleiMac系列计算机的与众不同的案例设计。不幸的是，品牌的吸引力可能会受到使外观不一致的制造的影响。

例如，考虑电视机的制造：内部电路可能是在台湾制造的，CRT在韩国制造，前机壳在马来西亚制造，后机壳在菲律宾制造。即使使用相同的材料和染料，也常常难以制造光学性质相同的前机壳和后机壳。设备校准误差、机械磨损以及许多其他因素都会引起不一致。最终的结果是前机壳和后机壳外观不同的电视机。这种颜色、光泽、纹理等的不均匀很容易被消费者注意到，给人的印象就是一件低质量产品。

工业产品的很多表面具有特定属性的物理结构，以提高产品的功能或改善其外观。一些典型范例有：高质量光学部件的极光滑表面、刀具上的抗磨损层、油漆的表面、化妆品包装和装饰性个人护理产品表面的带精细纹理的塑料部件、金属片中制造的轧制织构的压制以及汽车工业的高光泽金属外观喷漆。

称这些和很多其他产品具有表面织构。人们把织构看成是决定人机界面的性质，换言之，即决定产品大致的手感和外观。织构的“目视部分”被称为光学外观。光学外观是表面与从环境入射到表面上的光作用的结果。在很多情况下入射光来自很多方向，并且由于表面粗糙度或结构、或存在小颗粒，入射光可能会被反射、透射、再发射、吸收、着色、漫射和散射。

通常用三种方法之一或多个进行对光学外观织构的评估：视觉比较、光泽和色彩测量以及机械表面几何图形测量。

视觉评估是由受过训练的人员将产品表面与特定标准织构表面进行视觉比较来完成的。视觉外观由表面的几何轮廓和材料自身的光学性质决定。浅色表面很难进行例如划痕的视觉织构评估，因为织构的影响被强反射所掩盖。对肉眼来说，白色的、中等粗糙的或中等精细的表面看起来并非悬殊很大。

光泽计是一种简单设备，其在表面上投射光束并测量镜面反射光束和镜面反射周围的晕中的漫射光之间的强度比。这是在固定入射角，常常为30或60度下进行的。

利用接触探头进行的机械微几何测量(表面测试)产生表面的1-D、2-D或3-D图。通过数学计算，通过这种方法可以获得很多统计变量，例如公知的粗糙度Ra、平均坡度或峰值计数。该方法试图找到表面光学外观及其几何结构之间的关系。

后两种方法试图定义品质的某些数字，这些数字是从与光学外观有关的观测数据统计推导出的。

总地说来，这些方法的局限性来自于所测参数的间接性。例如，从表面测量导出的精简统计数据包括一些能很好描述表面织构几何形状的品质数字。所提出的主张是，在几何数据和表面的肉眼观感之间存在关系。主观和人为因素使该关系不稳定并不能再现。

作为第二个问题，存在不完整数据区域的局限性。光泽计测量光学性质，但是以非常受限的方式进行测量的：仅一个入射角和两个(直接反射和前向散射)反射方向。这没有处理表面大量的变化、入射角效应、方位角效应和半球形杂散光。产品的光学外观取决于整个半球形中所有反射光(或由半透明材料再发射的光)之和，反射光源于来自整个半球形环境的入射光。

织构表面(具有自然或人为添加的织构的所有表面)的光学外观由反射离开该表面并进入眼睛的光形成。假设平行光束照射到诸如汽车仪表板的中等粗糙表面上，光的一部分沿某一方向镜面反射，但一部分还沿其他方向漫射。将这种表面称为非理想漫射。如图1所示，眼睛1俘获以不同角度从表面2的不同部分3、4漫射离开产品的光。在不同角度光可以具有不同的强度，从而在产品的不同部分表面可能看起来具有不同亮度，例如在角度较低处更暗。