[发明专利]基于光学透明导电介质材料的电涡流探头及薄膜厚度测量系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于光学透明导电介质材料的电涡流探头及薄膜厚度测量系统和方法，将电涡流探头中的线圈结构进行了扁平化的绕线方式设计，节省纵向空间，以适应狭小的测量环境。该电涡流探头结构设计轻巧，使用和加工都非常便利，本发明公开的薄膜厚度测量系统利用固定夹具、螺旋调节器、集线夹具使光谱共焦传感器与电涡流探头组合为整体且使信号发射面保持平行，以使光路与电磁波能够平行或共轴；螺旋调节器用以调节电涡流传感器与光谱共焦传感器信号发射面之间距离，从而适应不同型号传感器的工作距离，保证其测量值在有效量程及灵敏度等要求范围内。在测量方法上，通过光谱共焦传感器和电涡流传感器组合测量，在精度和分辨率上得到了改善。

技术领域

本发明属于薄膜(涂层)厚度测量领域，涉及一种基于光学透明导电介质材料的电涡流探头和其组成的非接触式薄膜厚度无损测量系统和方法。

背景技术

为了满足飞机、汽车制造等领域的一些零部件表面质量，及相应的防腐、绝缘、隔热、隔振、防雷达波反射等要求，加之现代化设计理念对工业品美观、图案个性化的追求，往往会在这些零部件表面涂覆功能性薄膜，如防锈漆膜、隔热层、绝缘涂层、防反射层等。其中，涂层的厚度检测是衡量涂层隔离能力、涂层寿命以及喷涂质量的一项重要指标，涂层太厚或者太薄都会影响相应的性能，或引发其他问题，如装配公差超出范围等。另外对于一些芯片制造领域的PCB板、芯片板等零件，也需要进行精确的厚度测量，否则影响其性能指数与装配的精密性。

以上领域的功能性薄膜，通常其厚度及喷涂均匀性要求高，且往往涂覆在一些非平面结构表面；为避免划伤、磨损、压痕，或避免接触式测量方法对一些软材料涂覆层测量不准问题，通常需要非接触式测量方法进行测量。目前绝大部分非接触式测量方案主要通过光学与电磁学原理测量，如激光干涉法、椭圆偏振法、电容/电感法、计算成像等；激光干涉法与椭圆偏振法基于光波长与相位进行测量，其对实验仪器和测量环境要求高，如防振、恒温等，不利于实时检测；电磁场易受干扰，因此纯粹基于电磁学的测量方法也对测量装置和测量环境要求高，在面对非平面结构时，精度和灵敏度下降，在工作距离较远时，分辨率不够，并且其往往只能借助于被测物的导电性质，无法完成绝缘物体表面涂层或绝缘零部件厚度的测量；计算成像法虽可以通过反射成像、透射成像精确的计算位移等参数，但其成本高昂，解算复杂，不适于大规模应用。

综上所述，现有的相对成熟的技术很难满足对许多精密制造领域的薄膜厚度非接触测量的需求，其测量方法的复杂性、成本、及对测量环境的要求受限很多，不适合大规模实时检测；现有的电涡流探头基本由非透明材料制成，难以和光学传感器配合以进行共轴测量；同时，线圈整体结构未进行扁平化设计，线圈出线方式也未设计为侧方接线，不仅使安装方式单一，且难以压缩探头体积，不适用于在一些空间有限的环境下进行精密测量。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于光学透明导电介质材料的电涡流探头和其组成的非接触式薄膜厚度无损测量系统和方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种基于光学透明导电介质材料的电涡流探头，包括绝缘透明探头和固定在绝缘透明探头一侧的集线夹具，所述绝缘透明探头由导电透明线圈嵌入光学透明材料中构成，所述导电透明线圈是由扁状导线绕制而成，导电透明线圈两边的出线接头由绝缘透明探头侧向伸出并与集线夹具相连。

优选地，在集线夹具上还设有装夹定位器，用于定位安装角度和安装距离。

优选地，用以制作探头外部结构的光学透明介质材料为绝缘材料。

进一步优选地，所述绝缘材料如玻璃、透明高分子材料等。

优选地，导电透明线圈采用扁平化绕线方式，导电透明线圈中心轴线与探头上下表面保持垂直。

优选地，所述扁状导线的横截面为矩形。

优选地，扁状导线采用光学导电透明材料制成。