CN104034250B - 涂层测厚仪温度补偿测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涂层测厚仪温度补偿测量方法，包括温度系数标定步骤、开机校零步骤和测厚工作步骤，最终计算出实际涂层厚度d_x的值；本发明利用电感线圈电磁场变化与温度的相关性，即在测量过程中测一次无穷远端的值，无穷远端处的温度变化系数与测量探头靠近被测物体基体进行测量时的温度变化系数是具有比例相关性的。利用这一特性实现温度补偿，可以最大可能的减小温度测量误差，该方法的测量误差基本可以控制在1％以内，而目前我们国家标准是要求3％内即可，通过比较，该方法的测量精度已经达到了国际品牌机器的测量精度，在国内尚属领先水平。

Description

涂层测厚仪温度补偿测量方法

技术领域

本发明涉及一种物体涂层厚度的检查方法，尤其涉及一种不依赖温度传感器的涂层测厚温度补偿检查方法。

背景技术

涂层测厚仪有两种原理。一种是磁性原理，主要是利用磁性基体对探头磁场的影响程度来判断基体与探头的距离来实现磁性基体上的非磁性涂镀层测厚。另一种是非磁性原理，主要是利用非磁性基体对探头交变电场(涡流)的影响程度来判断基体与探头的距离来实现金属基体上的非金属涂镀层测厚。

截至目前，大部分涂层测厚仪的探头制作是靠线圈实现的，在实际物理世界中没有分布电阻的电感是不存在的，既然有分布电阻，就很难避免温度的影响，从而导致振荡频率的偏移。这就会导致测量误差。尤其对于分体式涂层测厚仪，在使用的时候，使用者手拿着探头进行测量的时候，或者测量温度变化比较剧烈的工件上涂层的时候，温度造成的测量误差不可避免。实验证明这种误差至少是每摄氏度变化0.3％，这样的话只要是温度变化超过10度。测量误差就会超过3.3％，这已经超出了涂层测厚仪的误差范围。而在众多的温度变化比较剧烈的情况下，这种误差要远远超过3％。进口仪器如EPK还有某些国产仪器解决这个问题的办法，是在探头四周加隔温护套。这样一来，短时间手的接触对测试的影响可以基本消除，但是因其他因素造成的环境温度变化造成的误差难以消弥。而采用内部温度传感器进行温度补偿的一个问题是无论是怎样的多点测温，对线圈温度的检测基本都没有什么代表性，无法精确及时的感应到线圈因自身温度变化而产生的电磁特性的变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以避免温度影响造成涂层厚度检测误差的涂层测厚仪温度补偿测量方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：涂层测厚仪温度补偿测量方法，包括以下步骤：

步骤一、温度系数标定步骤：

任选一恒定温度环境作为第一标定温度，用检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_Linf；再用检测探头直接接触被测物体的表面，即在零距离d₀处检测，产生的信号振荡周期为C_L0；

任选另一恒定温度环境作为第二标定温度，所述第二标定温度不同于所述第一标定温度，用检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_Hinf；再用检测探头直接接触被测物体的表面，即在零距离d₀处检测，产生的信号振荡周期为C_H0；

将测量得到的参数代入温度系数计算公式中，得到温度系数K；所述温度系数K的计算公式为：

$K=\frac{CH0-CL0}{CHinf-CLinf}/\frac{CHinf-CH0}{CLinf-CL0}$

步骤二、开机校零步骤：

开机后，用所述检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_INF；再用检测探头直接接触被测物体的表面，即在零距离d₀处检测，产生的信号振荡周期为C₀；

步骤三、测厚工作步骤：

在任意测量温度下，用所述检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_inf；再用所述检测探头检测被测物体涂层厚度并获得对应的振荡周期值为X；

将所述温度系数标定步骤内涉及的各项参数、所述开机校零步骤内涉及的各项参数以及本步骤内涉及的信号振荡周期为Cinf和振荡周期值为X代入实际涂层厚度d_x对应的实际振荡周期公式中，获得实际涂层厚度对应的实际振荡周期Xcorrect，经过温度补偿后的实际振荡周期Xcorrect的计算公式为：

Xcorrect＝X-ΔC*K*(C_inf-X)/(C_INF-C₀)；

其中：ΔC＝C_inf-C_INF；

利用Xcorrect计算出实际涂层厚度d_x的值。

作为优选的技术方案，所述无穷远处为所述检测探头离开被测物体表面且继续增大测量距离后检测结果不再发生变化的距离；所述零距离为所述检测探头对应检测的涂层厚度为零时的距离。

作为优选的技术方案，所述温度系数标定步骤在涂层测厚仪出厂时标定；所述开机校零步骤在测厚工作步骤前开机后进行；所述测厚工作步骤在开机校零步骤后即可进行重复测量工作。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：利用电感线圈电磁场变化与温度的相关性，即在测量过程中测一次无穷远端的值，无穷远端处的温度变化系数与测量探头靠近被测物体基体进行测量时的温度变化系数是具有比例相关性的，这种比例相关性具体表现为，无穷远点振荡周期的温度变化系数为K_inf，零点振荡周期的温度变化系数为K₀，则中间各点的温度系数在K_inf到K₀之间随距离而单调比例变化，这是因为：(1)物理世界中的振荡周期-厚度曲线是单调的；(2)这些曲线是连续而没有突变的。利用这一特性实现温度补偿，可以最大可能的减小温度测量误差，该方法的测量误差基本可以控制在1％以内，而目前我们国家标准是要求3％内即可，通过比较，该方法的测量精度已经达到了国际品牌机器的测量精度，在国内尚属领先水平。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的原理示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，涂层测厚仪温度补偿测量方法，本方法是利用电感线圈电磁场变化与温度的相关性来实施的，即无穷远端处的温度变化系数与探头靠近基体进行测量时的温度变化系数是具有比例相关性的，利用这一特性实现温度补偿可以最大可能的减小温度测量误差，本测量方法主要包括以下步骤：

步骤一、温度系数标定步骤：

任选一恒定温度环境作为第一标定温度，用检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_Linf；再用检测探头直接接触被测物体的表面，即在零距离d₀处检测，产生的信号振荡周期为C_L0；

任选另一恒定温度环境作为第二标定温度，所述第二标定温度不同于所述第一标定温度，用检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_Hinf；再用检测探头直接接触被测物体的表面，即在零距离d₀处检测，产生的信号振荡周期为C_H0；

将测量得到的参数代入温度系数计算公式中，得到温度系数K；所述温度系数K的计算公式为：

$K=\frac{CH0-CL0}{CHinf-CLinf}/\frac{CHinf-CH0}{CLinf-CL0}---\left(1\right)$

上述公式的物理意义表征为由于温度引起的振荡周期变化率对由于厚度引起的振荡周期变化率之间的比值。

步骤二、开机校零步骤：

开机后，用所述检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_INF；再用检测探头直接接触被测物体的表面，即在零距离d₀处检测，产生的信号振荡周期为C₀。

步骤三、测厚工作步骤：

在任意测量温度下，用所述检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_inf；再用所述检测探头检测被测物体涂层厚度并获得对应的振荡周期值为X。

将所述温度系数标定步骤内涉及的各项参数、所述开机校零步骤内涉及的各项参数以及本步骤内涉及的信号振荡周期为Cinf和振荡周期值为X代入实际涂层厚度d_x对应的实际振荡周期公式中，获得实际涂层厚度对应的实际振荡周期Xcorrect，经过温度补偿后的实际振荡周期Xcorrect的计算公式为：

Xcorrect＝X-ΔC*K*(C_inf-X)/(C_INF-C₀)； (2)

其中：ΔC＝C_inf-C_INF；

利用Xcorrect计算出实际涂层厚度d_x的值，且该计算方式为本技术领域内普通技术人员所熟知的内容，在这里不再详述。

式(2)中(C_inf-X)/(C_INF-C₀)是厚度从无穷远变化到d_x的振荡周期变化率,而是整个厚度范围的振荡周期变化比率，两者意义相同，在量纲上是可以相互约掉，而ΔC是无穷远处的温度变化引起的振荡周期的变化量,恰好可以将(CHinf‐CLinf))的量纲约掉，由此上述涂层厚度d_x对应的实际振荡周期值为：

$Xcorrect=X-\mathrm{\Δ}C*\frac{CH0-CL0}{CH\inf -CLinf}*\frac{\frac{C_{inf}-X}{C_{INF}-C_0}}{\frac{C_{H\inf }-C_{H0}}{C_{Linf}-C_{L0}}}$

其中，直接温度变化的修正量，即温度补偿测量方法的补偿量，将该补偿量计入后，可以提高涂层测厚的准确性。

上述步骤中所述无穷远处为所述检测探头离开被测物体表面且继续增大测量距离后检测结果不再发生变化的距离；所述零距离为所述检测探头对应检测的涂层厚度为零时的距离。

在涂层测厚仪的实际使用过程中，所述温度系数标定步骤在涂层测厚仪出厂时标定；所述开机校零步骤在测厚工作步骤前开机后进行；当环境温度变化较小时，所述测厚工作步骤在开机校零步骤后即可进行重复测量工作。

本实施例在测量过程中检测探头内的线圈处的温度不能产生突变，因此在同一次测量中，测量无穷远点处与测量被测物体表面的温度是相同的，涂层测量的基本原理是检测探头内的线圈参与形成振荡电路，振荡频率或者周期与检测探头离基体的距离成一个函数关系。本方法不依赖温度传感器，也不依赖对涂层探头进行改造进行，仅仅利用温度系数的相关性进行温度补偿，可以达到很好的测试效果。在不增加仪器成本、不改动任何硬件的情况下，通过温度补偿消除了温度变化引起的测量误差，在现有硬件基础上进行软件的升级与调整即可。

本发明利用电感线圈电磁场变化与温度的相关性，即在测量过程中测一次无穷远端的值，无穷远端处的温度变化系数与测量探头靠近被测物体基体进行测量时的温度变化系数是具有比例相关性的，这种比例相关性具体表现为，无穷远点振荡周期的温度变化系数为K_inf，零点振荡周期的温度变化系数为K₀，则中间各点的温度系数在K_inf到K₀之间随距离而单调比例变化，这是因为：(1)物理世界中的振荡周期-厚度曲线是单调的；(2)这些曲线是连续而没有突变的。利用这一特性实现温度补偿，可以最大可能的减小温度测量误差，该方法的测量误差基本可以控制在1％以内，而目前我们国家标准是要求3％内即可，通过比较，该方法的测量精度已经达到了国际品牌机器的测量精度，在国内尚属领先水平。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.涂层测厚仪温度补偿测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、温度系数标定步骤：

任选一恒定温度环境作为第一标定温度，用检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_Linf；再用检测探头直接接触被测物体的表面，即在零距离d₀处检测，产生的信号振荡周期为C_L0；

任选另一恒定温度环境作为第二标定温度，所述第二标定温度不同于所述第一标定温度，用检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_Hinf；再用检测探头直接接触被测物体的表面，即在零距离d₀处检测，产生的信号振荡周期为C_H0；

将测量得到的参数代入温度系数计算公式中，得到温度系数K；所述温度系数K的计算公式为：

$K=\frac{CH0-CL0}{CHinf-CLinf}/\frac{CHinf-CH0}{CLinf-CL0}$

步骤二、开机校零步骤：

开机后，用所述检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_INF；再用检测探头直接接触被测物体的表面，即在零距离d₀处检测，产生的信号振荡周期为C₀；

步骤三、测厚工作步骤：

在任意测量温度下，用所述检测探头在无穷远d_inf处检测被测物体产生的信号振荡周期为C_inf；再用所述检测探头检测被测物体涂层厚度并获得对应的振荡周期值为X；

将所述温度系数标定步骤内涉及的各项参数、所述开机校零步骤内涉及的各项参数以及本步骤内涉及的信号振荡周期为Cinf和振荡周期值为X代入实际涂层厚度d_x对应的实际振荡周期公式中，获得实际涂层厚度对应的实际振荡周期Xcorrect，经过温度补偿后的实际振荡周期Xcorrect的计算公式为：

Xcorrect＝X-ΔC*K*(C_inf-X)/(C_INF-C₀)；

其中：ΔC＝C_inf-C_INF；

利用Xcorrect计算出实际涂层厚度d_x的值。

2.如权利要求1所述的涂层测厚仪温度补偿测量方法，其特征在于：所述无穷远处为所述检测探头离开被测物体表面且继续增大测量距离后检测结果不再发生变化的距离；所述零距离为所述检测探头对应检测的涂层厚度为零时的距离。

3.如权利要求1或2所述的涂层测厚仪温度补偿测量方法，其特征在于：所述温度系数标定步骤在涂层测厚仪出厂时标定；所述开机校零步骤在测厚工作步骤前开机后进行；所述测厚工作步骤在开机校零步骤后即可进行重复测量工作。