一種金屬薄帶厚度的測量方法及測量裝置的製作方法
2023-05-22 14:41:11 1
專利名稱：一種金屬薄帶厚度的測量方法及測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及以採用光學方法為特徵的計量設備，尤其涉及一種金屬薄帶厚度的測量方法及測量裝置。
背景技術：
金屬精密薄帶一般厚度在100um以下，目前主要在100um-10um之間，屬於高附加值產品。在金屬帶材的生產過程中，厚度的控制至關重要，是必不可少的關鍵技術。目前，國內外測厚方面的主要技術有1.射線法測量厚度。根據同種金屬不同厚度的薄帶與射線的作用程度不同可測量出薄帶的厚度。由於不同金屬與射線的作用程度(吸收、色散)各不相同，因此測量時對每種金屬都要用各自的標準片進行標定(多重標定)，實際應用中比較複雜，而且射線應用過程中危險程度較高限制了它的廣泛使用。2.應用電渦流效應測量厚度。這是一種較廣泛使用的技術，安全、方便，但由於電渦流效應與金屬種類有關，該方法對一部分金屬失效，對那些有效的金屬，被測對象厚度不能太薄，另外也存在多重標定問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種金屬薄帶厚度的測量方法及測量裝置，用麥可遜幹涉儀串聯組成差分幹涉系統，能夠測量薄至微米級、無基板支撐或透明基板支撐的金屬薄帶的厚度。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案如下測量方法將被測金屬薄帶放置在兩個麥可遜幹涉儀之間，被測金屬薄帶的兩個對應表面分別作為每個幹涉儀中的一個反射面；這兩個麥可遜幹涉儀串聯組成差分幹涉系統；一個低相干度光源經第一傳光系統照射至第一個麥可遜幹涉儀，第一個麥可遜幹涉儀的輸出光經第二傳光系統作為光源照射至第二個麥可遜幹涉儀，第二個麥可遜幹涉儀的輸出光經第三傳光系統被光電接收器接收，經信號處理器處理得被測薄帶的厚度。
測量裝置包括低相干度光源、第一個麥可遜幹涉儀、第二個麥可遜幹涉儀、第一、第二、第三傳光系統，光電接收器，信號處理器；第一個麥可遜幹涉儀、第二個麥可遜幹涉儀放置在被測金屬薄帶的兩側，一個低相干度光源經第一傳光系統照射至第一個麥可遜幹涉儀中的分光器，幹涉光經第二傳光系統至第二個麥可遜幹涉儀中的分光器，幹涉光經第三傳光系統、光電接收器接至信號處理器。
所說的分光器為分束鏡或光纖耦合器；低相干度光源為寬帶光源，第一、第二、第三傳光系統分別為傳光光纖，光電接收器是單元光電接收器，陣列光電接收器，CCD陣列光譜儀，信號處理器為數據處理PC機。
本發明與背景技術相比，具有的有益的效果是利用兩個麥可遜幹涉儀串聯構成差分幹涉儀，兩個幹涉儀的測量反射面由薄帶的兩個對應表面承擔，這種幹涉系統的最後輸出信號只與薄帶的厚度有關，而與薄帶在測量光路的位置無關，這樣儀器既有幹涉測量的高精度、高靈敏度，又具有較強的抗幹擾能力。鑑於上述，本發明提出的金屬極薄帶厚度測量系統具有非接觸性、非破壞性、高精度、快速檢測、結構緊湊、安全、抗幹擾能力強等特點。適合那些不透明，兩面都有較高光學反射率、無基底支撐或透明基底支撐的極薄帶材的厚度測量。
圖1是本發明測量裝置的原理框圖；圖2是本發明測量裝置的實施例框圖。
具體實施例方式
如圖1所示，包括低相干度光源、第一個麥可遜幹涉儀、第二個麥可遜幹涉儀、第一、第二、第三傳光系統，光電接收器，信號處理器；第一個麥可遜幹涉儀、第二個麥可遜幹涉儀放置在被測金屬薄帶的兩側，一個低相干度光源經第一傳光系統照射至第一個麥可遜幹涉儀中的分光器，幹涉光經第二傳光系統至第二個麥可遜幹涉儀中的分光器，幹涉光經第三傳光系統、光電接收器接至信號處理器。
如圖2所示，是本發明的一個實施例，該裝置包括寬帶光源1、透鏡L1、傳光光纖5，包括由分束鏡BS1、參考反射鏡M和被測薄帶4的一個表面組成的第一個麥可遜幹涉儀2、透鏡L2、傳光光纖6，透鏡L3、包括由分束鏡BS2、參考反射鏡M2和被測薄帶4的另一個對應表面組成的第二個麥可遜幹涉儀3、透鏡L4、傳光光纖7，CCD陣列光譜儀8，和數據處理PC機9。寬帶光源1通過透鏡L1準直後經傳光光纖5照射第一個麥可遜幹涉儀2，該幹涉儀的測量反射鏡是被測薄帶4的一個表面，幹涉儀的參考反射鏡M1調整到與被測薄帶成平行平板，且光程差(記為x)可調。該幹涉儀的輸出光經透鏡L2會聚到傳光光纖6，再經過透鏡L3照射第二個麥可遜幹涉儀3，該幹涉儀的測量反射鏡是被測薄帶4的另一個對應表面，它的參考反射鏡M2也調整到與被測薄帶成平行平板，且光程差(記為y)可調。兩個幹涉儀照射到薄帶兩個對應表面的光的位置應處於薄帶被測點垂直厚度的兩個表面對應點。調整x和y使得當薄帶厚度為零時x與y相等，放入薄帶時x，y都遠大於光源的相干長度。麥可遜幹涉儀3輸出光經透鏡L4會聚到傳光光纖7後送入CCD陣列光譜儀8，這時光譜儀8接收到的幹涉光譜信號就只與薄帶厚度有關，數據處理PC機9處理幹涉光譜信號並計算出薄帶厚度。
當每個幹涉儀的參考反射鏡以及兩個幹涉儀的相對位置固定時，儀器的測量範圍在1um到40um之間。改變兩個光程差x，y中任意一個等效於把薄帶增加或減少相應的厚度，因此可改變測量範圍。
權利要求
1.一種金屬薄帶厚度的測量方法，其特徵在於將被測金屬薄帶放置在兩個麥可遜幹涉儀之間，被測金屬薄帶的兩個對應表面分別作為每個幹涉儀中的一個反射面；這兩個麥可遜幹涉儀串聯組成差分幹涉系統；一個低相干度光源經第一傳光系統照射至第一個麥可遜幹涉儀，第一個麥可遜幹涉儀的輸出光經第二傳光系統作為光源照射至第二個麥可遜幹涉儀，第二個麥可遜幹涉儀的輸出光經第三傳光系統被光電接收器接收，經信號處理器處理得被測薄帶的厚度。
2.用於權利要求1所述的一種金屬薄帶厚度測量方法的裝置，其特徵在於包括低相干度光源、第一個麥可遜幹涉儀、第二個麥可遜幹涉儀、第一、第二、第三傳光系統，光電接收器，信號處理器；第一個麥可遜幹涉儀、第二個麥可遜幹涉儀對稱放置在被測金屬薄帶的兩側，一個低相干度光源經第一傳光系統照射至第一個麥可遜幹涉儀中的分光器，幹涉光經第二傳光系統至第二個麥可遜幹涉儀中的分光器，幹涉光經第三傳光系統、光電接收器接至信號處理器。
3.根據權利要求2所述的一種金屬薄帶厚度測量方法的裝置，其特徵在於所說的分光器為分束鏡或光纖耦合器；低相干度光源為寬帶光源(1)，第一、第二、第三傳光系統分別為傳光光纖(5、6、7)，光電接收器是單元光電接收器，陣列光電接收器，CCD陣列光譜儀(8)，信號處理器為數據處理PC機(9)。
全文摘要
本發明公開了一種金屬薄帶厚度的測量方法及測量裝置。將被測金屬薄帶放置在兩個麥可遜幹涉儀之間，被測金屬薄帶的兩個對應表面分別作為每個幹涉儀中的一個反射面；這兩個麥可遜幹涉儀串聯組成差分幹涉系統；一個低相干度光源經第一傳光系統照射至第一個麥可遜幹涉儀，第一個麥可遜幹涉儀的輸出光經第二傳光系統作為光源照射至第二個麥可遜幹涉儀，第二個麥可遜幹涉儀的輸出光經第三傳光系統被光電接收器接收，經信號處理器處理得被測薄帶的厚度。本發明這種差分測量方法具有測量靈敏度高，抗振動等優點。適合那些不透明，兩面都有較高光學反射率、無基底支撐或透明基底支撐的極薄帶材的厚度測量。
文檔編號G01B11/06GK1563885SQ200410017678
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月12日 優先權日2004年4月12日
發明者嚴惠民, 杜豔麗, 施柏煊 申請人:浙江大學