CN108571934A - 膜厚度测量方法和制造汽车的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及膜厚度测量方法和制造汽车的方法。在一个方面中，提供一种膜厚度测量方法，该膜厚度测量方法能够在保持破坏性的测量方法可以获得高测量精度的优点的同时在短时间内测量涂膜的膜厚度。根据本实施方式的膜厚度测量方法是在包括有层状地层压的多个膜的涂膜10中测量各层1至4的膜厚度的膜厚度测量方法，该方法包括：处理步骤，用于对涂膜10进行切削处理使得涂膜10具有预定的倾斜度；以及测量步骤，用于通过测量由于切削处理而裸露的涂膜10的各层1至4的边界15a至15e的距离来导出各层1至4的膜厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜厚度测量方法和一种制造汽车的方法，并且涉及例如一种测量包括有层状地层压的多个膜的涂膜的各层的膜厚度的膜厚度测量方法、以及一种制造汽车的方法。
背景技术
汽车的涂膜例如是多层膜，测量多层膜的各层的膜厚度的方法主要可以分为例如以破坏性的方式测量待测对象的破坏性的测量方法和以非破坏性的方式测量待测对象的非破坏性的测量方法。破坏性的测量方法例如是从涂布有待测涂膜的主体中切削样本，并通过放大显微镜直接测量其切削表面的方法。另一方面，例如在日本未经审查专利申请公报No.2015-178980中所公开的，非破坏性的测量方法是通过分析用照明光照射待测涂膜时的反射光的干涉光和通过分离照明光而获得的基准光来测量多层膜的各层的膜厚度的方法。
在破坏性的测量方法中，由于需要首先在涂膜的切削表面上进行打磨作为测量的准备，因此不能长时间进行测量。另一方面，在非破坏性的测量方法中，除非照明光在涂膜的每个层上反射，否则不能测量膜厚度。因此，可以测量的涂膜根据其类型而受到限制。此外，由于需要傅里叶变换等来分析干涉光，所以测量精度(空间分辨率)存在限制。考虑到这些问题，需要一种无论涂膜的类型如何都可以获得高测量精度并且可以在短时间内进行测量的膜厚度测量方法。
本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的在于提供一种克服上述破坏性的测量方法的缺点的膜厚度测量方法，使得无论涂膜的类型如何都可以在保持上述破坏性的测量方法可以获得高测量精度的优点的同时在短时间内进行测量。
发明内容
根据本发明的一个方面的膜厚度测量方法是用于测量包括有多个层状地层压的膜的涂膜中的各层的膜厚度的膜厚度测量方法，该方法包括：处理步骤，用于对涂膜进行切削处理使得涂膜具有预定的倾斜度；以及测量步骤，用于通过测量由于切削处理而裸露的涂膜中的各层的边界的距离来导出各层的膜厚度。根据上述结构，无论涂膜的类型如何，都能够在保持破坏性的测量方法可以获得高测量精度的优点的同时在短时间内测量涂膜的各层的膜厚度。
此外，在测量步骤中，通过使用传感器进行感测来测量边界的距离。根据上述结构，能够以更高的测量精度测量膜厚度。
此外，在测量步骤中，当边界被显微镜的物镜聚焦时，边界的距离是边界沿物镜的光轴的方向的距离。根据上述结构，可以通过聚焦边界来测量膜厚度，由此能够在短时间内进行测量。
此外，在测量步骤中，当边界被显微镜的物镜聚焦时，边界的距离是边界被从物镜的光轴的方向观察时的距离。根据上述结构，能够测量在倾斜表面上放大的边界的距离并且以高精度进行测量。
根据本发明的一方面的制造汽车的方法包括以下步骤：通过上述膜厚度测量方法来测量包括有层状地层压在车体构件中的多个膜的涂膜中的各层的膜厚度；以及修补经过切削处理以测量膜厚度的部分。根据上述结构，无论涂膜的类型如何都能够在保持破坏性的测量方法可以获得高测量精度的优点的同时在短时间内测量车体上的涂膜的膜厚度。
根据本发明，能够提供一种膜厚度测量方法，在该膜厚度测量方法中，无论涂膜的类型如何，膜厚度测量方法都能够在保持破坏性的测量方法可以获得高测量精度的优点的同时在短时间内测量涂膜的膜厚度，以及一种制造汽车的方法。
本发明的以上及其他目的、特征和优点将通过下文给出的详细说明以及附图而变得被更充分地理解，附图仅处于说明目的而给出并且因此不被认为是限制本发明。
附图说明
图1是示出了通过根据实施方式的膜厚度测量方法测量的涂膜的俯视图；
图2是示出了通过根据实施方式的膜厚度测量方法测量的涂膜的截面图并且示出了沿图1的线AA截取的截面图；
图3是示出了根据实施方式的膜厚度测量方法的概要的流程图；
图4是示出了根据实施方式的膜厚度测量方法中的边界的图；
图5是示出了通过根据实施方式的膜厚度测量方法中所测量的边界上的物镜的高度导出的膜厚度的图；
图6是示出了根据实施方式的改型示例的膜厚度测量方法中的倾斜表面的图；
图7是示出了根据实施方式的膜厚度测量方法的流程图；
图8是示出了根据实施方式的膜厚度测量方法中放置样本的样本台的立体图；
图9A至图9C是示出了根据该实施方式的膜厚度测量方法中使用钻头进行切削处理的图；
图10是示出了根据该实施方式的膜厚度测量方法中的放大显微镜的立体图；
图11是示出了根据比较示例的膜厚度测量方法的工序图；
图12A至图12C是示出了根据比较示例的膜厚度测量方法中嵌入到树脂中的样本的图；以及
图13是示出了根据另一实施方式的制造汽车的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图说明用于实施本发明的最佳方式。但是，本发明不限于以下实施方式。此外，为了使说明清楚，酌情简化以下的描述和附图。
(实施方式)
将对根据实施方式的膜厚度测量方法进行说明。根据该实施方式的膜厚度测量方法是测量包括多个在例如汽车等的主体或元件的表面上层状地层压的膜的涂膜的各层的膜厚度的方法。首先，将对待测涂膜的结构进行说明。
<待测涂膜的结构>
图1是示出了通过根据实施方式的膜厚度测量方法测量的涂膜的俯视图。图1是使用例如放大显微镜以30倍的放大率观察涂膜时的图。图2是示出了通过根据该实施方式的膜厚度测量方法测量的涂膜的截面图，并且示出了沿图1的线AA截取的截面图。应当指出的是，使图2所示的涂膜的各层的膜厚度较大，从而可以彼此地区分各层。
如图1和图2所示，通过根据该实施方式的膜厚度测量方法测量的涂膜10包括多个在基材20上层状地层压的膜。例如，四层膜，第四层4、第三层3、第二层2和第一层1从最接近基材20的层按此顺序层状地层压在基材20上。例如，第四层4形成为接触基材20的上表面，并且第三层3形成为接触第四层4的上表面。第二层2形成为接触第三层3的上表面，并且第一层1形成为接触第二层2的上表面。涂膜10的层数不限于四层。
基材20的材料例如包括金属。第一层1例如是透明层，并且第一层1的材料例如包括树脂。例如，第一层1的透明层的膜厚度在30至40μm的范围内。第二层2是金属基层，并且例如包括树脂和金属薄片。第二层2的金属基层的膜厚度例如约为15μm。第三层3是内涂层，并且例如包括树脂。第三层3的内涂层的膜厚度在30至40μm的范围内。第四层4是电泳涂层，并且例如包括树脂。第四层4的电泳涂层的膜厚度例如在10至15μm的范围内。通过使用根据该实施方式的膜厚度测量方法，能够准确地确定各层1至4的膜厚度。
如图1和图2所示，在通过膜厚度测量方法测量的涂膜10中形成经过切削处理的凹部11。从涂膜10的层压方向17观察时，凹部11呈圆形。层压方向17例如是向上的方向。从凹部11的底部12至凹部11的开口13形成倾斜的内表面14。因此，从涂膜10的层压方向17观察时，各层的边界15a至15e形成为同心的。
在第一层1的表面上的开口13的周边形成边界15a。在第一层1与第二层2之间形成边界15b。在第二层2与第三层3之间形成边界15c。在第三层3与第四层4之间形成边界15d。在第四层4与基材20之间形成边界15e。在该实施方式中，各层1至4的膜厚度是从边界15a至15e的距离测量的。
<膜厚度测量方法的概要>
接下来，将对根据该实施方式的膜厚度测量方法的概要进行说明。在对概要进行说明之后，将说明膜厚度测量方法的细节。图3是示出了根据该实施方式的膜厚度测量方法的概要的流程图。
首先，如图3的步骤S11所示，通过切削处理(处理步骤)在涂膜10中形成具有预定的倾斜度的凹部11。例如使用钻头进行切削处理。如图1和图2所示，通过对涂膜10进行切削处理，在涂膜10中形成研钵状的凹部11。通过这种方式，涂膜10经过切削处理使得涂膜10具有预定的倾斜度。从层压方向17观察时，凹部11呈圆形，并且基材20裸露在凹部11的中心。涂膜10的各层1至4的边界15a至15e以裸露的基材20为中心同心地裸露。
通过在切削处理中例如使用钻头，可以形成倾斜成圆锥体的侧表面形状的内表面14，内表面14的截面呈直线形状。倾斜的内表面14被称为倾斜表面19。由于存在倾斜表面19，因此能够放大并可视化各层1至4的边界15a至15e的距离，同时准确地保持各层1至4的边界15a至15e的距离的比例。此外，通过使用钻头进行切削处理，能够省略根据现有技术的膜厚度测量的准备，或者显著地减少准备根据现有技术的膜厚度测量所需的过程。根据现有技术的膜厚度测量的准备例如是指在涂膜10的切削表面上进行打磨等。
接下来，如图3的步骤S12所示，测量涂膜10的各层1至4的边界15a至15e的距离以导出膜厚度(测量步骤)。通过使用例如放大显微镜测量由于切削处理而裸露的涂膜10的各层1至4的边界15a至15e的距离。例如，当边界15a至15e被放大显微镜的物镜聚焦时，测量沿物镜的光轴18的方向的边界15a至15e的距离。物镜的光轴18例如是层压方向17。
图4是示出了根据该实施方式的膜厚度测量方法中的第三层3与第四层4之间的边界15d的图。图4是使用例如放大显微镜以1000倍的放大率观察边界15d时的图。如图4所示，通过放大显微镜从层压方向17观察第三层3与第四层4之间的边界15d。放大显微镜的物镜的光轴18被调整为沿待测涂膜10的层压方向17，即，沿与涂膜10的上表面垂直的方向。然后，调整物镜与边界15d之间的距离，使得边界15d被物镜聚焦。例如，当边界15d被聚焦时从物镜的位置读出边界15d的高度。或者，当边界15d被聚焦时从边界15d的位置读出边界15d的高度。
图5是示出了通过根据该实施方式的膜厚度测量方法中所测量的物镜的位置导出的膜厚度的图。如图5所示，由第一层1的上表面的边界15a的高度与第一层1和第二层2之间的边界15b的高度之差可以导出第一层1的膜厚度。由第一层1和第二层2之间的边界15b的高度与第二层2和第三层3之间的边界15c的高度之差可以导出第二层2的膜厚度。由第二层2和第三层3之间的边界15c的高度与第三层3和第四层4之间的边界15d的高度之差可以导出第三层3的膜厚度。由第三层3和第四层4之间的边界15d的高度与第四层4和基材20之间的边界15e的高度之差可以导出第四层4的膜厚度。
如上所述，通过使用放大显微镜测量由于切削处理而裸露的涂膜10的各层1至4的边界15a至15e的距离，可以测量各层1至4的膜厚度。当测量边界15a至15e的距离时，可以通过放大显微镜以外的装置测量。例如，可以通过使用诸如红外光的传感器进行感测来测量边界15a至15e的距离。
<改型示例>
接下来，将对实施方式的改型示例进行说明。
在该实施方式中，在测量步骤中，当边界15a至15e被放大显微镜的物镜聚焦时，边界15a至15e的距离是边界15a至15e沿物镜的光轴18的方向的距离。另一方面，在改型示例中，在测量步骤中，当边界15a至15e被放大显微镜的物镜聚焦时，边界15a至15e的距离是从物镜的光轴18的方向观察时的边界15a至15e的距离。
图6是示出了根据实施方式的改型示例的膜厚度测量方法中的倾斜表面19的图。如图6所示，从边界15a至边界15e形成倾斜表面19。倾斜表面19形成为相对于各层1至4的上表面具有预定角度θ。倾斜表面19例如通过使用钻头等的切削处理而形成。
具有预定角度θ的倾斜表面19不限于从边界15a至边界15e形成，也可以仅在特定部分例如仅在边界15c与边界15d之间形成。形成倾斜表面19的方式不限于使用钻头的切削处理。切削处理可以通过另一种方法进行从而形成倾斜表面19。
测量从物镜的光轴18的方向观察时的边界15a至15e的距离X。此外，倾斜表面19的角度θ根据钻头角度，即，圆锥形状的母线与涂膜10的上表面之间形成的角度来计算，圆锥形状的母线的顶点为钻头旋转时所形成的钻头的尖端。使用所测量的距离X和计算出的角度θ，可以由以下表达式(1)导出膜厚度D。
膜厚度D＝距离X·tan(倾斜表面的角度θ) (1)
如上所述，可以测量涂膜10的各层1至4的边界15a至15e的距离，并且可以导出各层1至4的膜厚度。根据改型示例，能够放大倾斜表面19上的边界15a至15e的距离，并且能够以高精度进行测量。<膜厚度测量方法的细节>
接下来，将对根据实施方式的膜厚度测量方法的细节进行说明。图7是示出了根据实施方式的膜厚度测量方法的流程图。图8是示出了根据实施方式的膜厚度测量方法中放置样本的样本台的立体图。图9A至图9C是示出了根据该实施方式的膜厚度测量方法中使用钻头进行切削处理的图。图10是示出了根据该实施方式的膜厚度测量方法中的放大显微镜的立体图。
首先，如图7的步骤S21所示，从于涂覆车体或涂覆元件切削出的切削主体切削出用于膜厚度测量的样本。用于膜厚度测量的样本不限于从车体切削出的样本。汽车车体的一部分，诸如形成有涂膜10的引擎罩，可以直接用作用于膜厚度测量的样本，而无需从车体切削出该部分。此外，其膜厚度待测量的涂膜10不限于应用于汽车车体，也可以应用于所需的物体，诸如任何种类的车辆或任何种类的家用产品。
接下来，如图7的步骤S22和图8所示，将样本30放置在样本台31上。接下来，如图7的步骤S23和图8所示，旋转手柄32以使钻头33的尖端34接近其上形成有涂膜10的涂覆表面16。
待使用的钻头33例如包括碳化钨作为材料。钻头角度例如是5.7°。钻头33例如包括从其尖端延伸至其周边而具有预定的曲面形状的两个刀片。钻头33的头部的直径例如为5mm。钻头33的细节仅是示例，并且可以根据涂膜10的类型和厚度酌情改变。
接下来，如图7的步骤S24所示，打开钻头33的电源和电动机开关以旋转钻头33。然后，如图9A所示，将钻头33的尖端34调整至涂覆表面16。
接下来，如图7的步骤S25和图9B所示，将手柄32例如旋转10°，并且切削涂覆表面16。通过这种方式，能够使用通过操纵手柄32升高或降低钻头33的机构来切削涂覆表面16。例如，通过钻头33将涂覆表面16切削一分钟。钻头33的转速例如为50rpm。钻头33的转速、手柄32的旋转角度以及切削时间不限于此，酌情选择最佳的条件。
接下来，如图7的步骤S26和图9C所示，例如在将涂覆表面16切削一分钟之后，手柄32返回以使钻头33远离涂覆表面16。接下来，如图7的步骤S27所示，通过鼓风来除去在用钻头33切削涂覆表面16时产生的切屑。
接下来，如图7的步骤S28和图10所示，将样本30放置在放大显微镜35的镜台36上。如图7的步骤S29所示，将观察位置调整至涂覆表面16被钻头33切削的切削位置。放大显微镜35的放大率可以设定为例如20至2000倍。因此，能够以μm为单位测量涂膜10的各层1至4的膜厚度。
接下来，如图7的步骤S30所示，调整物镜37的位置，使各层1至4的边界15a至15e被聚焦。通过在显示器38上显示例如边界15a至15e来聚焦边界15a至15e。然后，测量沿物镜37的光轴18的方向的物镜37的位置。通过这种方式，测量沿物镜37的光轴18的方向的边界15a至15e的距离。接下来，使用所测量的边界15a至15e的距离来导出各层1至4的膜厚度。通过这种方式，如图7的步骤S31所示，可以导出各层1至4的膜厚度。
此外，在边界15a至15e被放大显微镜35的物镜37聚焦时，测量从光轴18的方向观察时的沿垂直于边界15a至15e的方向的物镜37的位置。通过这种方式，测量从物镜37的光轴18的方向观察时的边界15a至15e的距离。此外，计算各层1至4的下表面与倾斜表面19之间的角度θ。因此，如图7的步骤S31所示，可以测量各层1至4的膜厚度。
接下来，在说明该实施方式的效果之前，将对比较示例进行说明。之后，将说明该实施方式相比于比较示例的效果。
<比较示例>
图11是示出了根据比较示例的膜厚度测量方法的工序图。如图11所示，在根据比较示例的膜厚度测量方法中，首先获得样本30(工序1)。使用切削主体或元件来获得样本30。所获得的样本30例如约为2平方厘米(2cm square/2cm角)。该过程需要1小时。
接下来，将所获得的样本30嵌入到树脂中(工序2)。例如，将样本30嵌入到树脂中使得样本30的切削表面是裸露的。该过程需要9小时。接下来，对样本30的切削表面进行截面抛光(工序3)。例如，通过#240至#1200抛光盘中的一个减少切削表面上的抛光划痕。该过程需要1小时。此外，通过金刚石抛光盘消除抛光划痕。该过程需要0.5小时。接下来，测量在切削表面上裸露的各层1至4的膜厚度(工序4)。通过使用放大显微镜放大各层1至4的截面，测量各层1至4的膜厚度。
在比较示例中，对于每个样本30而言，从获得样本30(工序1)到测量膜厚度(工序4)需要12小时。12小时的工时例如对应于1.5天的工时。因此，在比较示例中，测量膜厚度需要很长时间。
图12A至图12C是示出了根据比较示例的膜厚度测量方法中嵌入到树脂中的样本30的图。如图12A所示，在比较示例中，观察表面41被抛光，使得切削表面39位于硬化的树脂40的观察表面41上。为了以μm为单位准确地测量各层1至4的膜厚度，需要通过抛光使观察表面41平滑。因此，在进行膜厚度测量(工序4)之前，需要进行从获得样本30(工序1)到截面抛光(工序3)的预处理工作。
如图12B所示，当嵌入树脂时(工序2)，样本30可能是倾斜的，并且涂膜10的各层1至4的膜厚度可能大于真实值。此外，如图12C所示，当对切削表面进行截面抛光(工序3)时，由于切削表面不能被均匀地抛光，所以切削表面可能是倾斜的，并且涂膜10的各层1至4的膜厚度可能大于真实值。
如上所述，在根据比较示例的膜厚度测量方法中，当进行树脂嵌入(工序2)和截面抛光(工序3)时，样本30是倾斜的，并且测量值大于真实值。因此，不可能准确地测量膜厚度。当样本30倾斜例如2°时，膜厚度大于真实值不少于3.5％。
接下来，将对该实施方式的效果进行说明。
在根据该实施方式的膜厚度测量方法中，通过测量由于切削处理而裸露的涂膜10的各层1至4的边界15a至15e的距离来测量各层1至4的膜厚度。由于无需如比较示例那样，从获得样本30(工序1)到截面抛光(工序3)进行处理作为膜厚度测量的准备，因此，能够在短时间内进行测量。例如，根据比较示例，测量每个样本的膜厚度需要12小时，但是根据该实施方式，测量每个样本的膜厚度仅需要0.5小时。
此外，测量由于切削处理而裸露的边界15a至15e的距离。因此，由于在该实施方式中未产生在比较示例的树脂嵌入(工序2)和截面抛光(工序3)时产生的倾斜度，所以能够以高精度进行测量。
此外，在测量边界15a至15e的距离时，可以仅通过聚焦边界15a至15e来确定物镜37的位置，并且可以在短时间内测量边界15a至15e的距离。
如上所述，根据该实施方式的膜厚度测量方法克服了破坏性的测量方法的缺点，使得无论涂膜10的类型如何，都可以在保持破坏性的测量方法可以获得高测量精度的优点的同时在短时间内测量膜厚度。
此外，测量各层1至4的膜厚度，边界15a至15e的距离是从物镜37的光轴18的方向观察时的边界15a至15e的距离。由于可以在处理步骤中通过切削处理在涂膜10中形成倾斜表面19，因此可以在倾斜表面19上放大并可视化涂膜10的各层1至4的距离，同时保持涂膜10的各层1至4的距离的准确比例。因此，能够以高精度测量各层1至4的膜厚度。
可以测量各层1至4的膜厚度，边界15a至15e的距离是边界15a至15e沿物镜37的光轴18的方向的距离。即使在通过切削处理形成的倾斜表面19的截面例如不是严格的直线并且因此从上表面观察时的裸露的涂膜10的各层1至4的距离的比例与各层1至4的膜厚度的比例有偏差的情况下，也能够以高精度测量各层1至4的膜厚度，而不会受到偏差的影响。
<制造汽车的方法>
接下来，作为另一实施方式，将对制造汽车的方法进行说明。根据该实施方式的制造汽车的方法测量涂覆在车体构件上的涂膜10中包括的各层1至4的膜厚度。图13是示出了根据另一实施方式的制造汽车的方法的流程图。
首先，如图13的步骤S41所示，测量涂覆在车体构件上的涂膜10的各层1至4的膜厚度。涂膜10包括层状地层压在车体构件上的多个膜。使用上述实施方式的膜厚度测量方法来测量涂膜10的各层1至4的膜厚度。使用钻头等对车体构件进行切削处理，而无需将构件从车体切削出来。例如，将引擎罩直接放置在样本台31上，然后进行切削处理。此外，通过放大显微镜35测量引擎罩的经过切削处理的部分。
接下来，如图13的步骤S42所示，修补为了测量膜厚度而进行过切削处理的部分。由于在该实施方式中进行过切削处理的部分是小面积，所以通过修补可以使切削处理的结果不明显。
根据该实施方式，在包括层压在车体构件中的多个膜的涂膜10中，无论涂膜10的类型如何，都能够在保持破坏性测量方法的能够以高测量精度测量各层1至4的膜厚度的优点的同时在短时间内进行测量。
尽管上文已经说明了根据本发明的实施方式，但是本发明不限于上述结构，并且在不背离本发明的技术理念的情况下可以酌情改变实施方式。
根据如此描述的本发明，将明显的是，本发明的实施方式可以以许多方式进行变型。这些变型不被认为是背离本发明的主旨和范围，并且对于本领域技术人员而言明显的是所有这些改型都旨在包括在所附权利要求的范围内。
Claims (5)
1.一种膜厚度测量方法，所述方法用于在包括有层状地层压的多个膜的涂膜中测量各层的膜厚度，所述方法包括：
处理步骤，所述处理步骤用于对所述涂膜进行切削处理使得所述涂膜具有预定的倾斜度；以及
测量步骤，所述测量步骤用于通过测量由于所述切削处理而裸露的所述涂膜中的各层的边界的距离来导出各层的膜厚度。
2.根据权利要求1所述的膜厚度测量方法，其中，在所述测量步骤中，通过使用传感器进行感测来测量所述边界的距离。
3.根据权利要求1所述的膜厚度测量方法，其中，在所述测量步骤中，当所述边界被显微镜的物镜聚焦时，所述边界的距离是所述边界沿所述物镜的光轴方向的距离。
4.根据权利要求1所述的膜厚度测量方法，其中，在所述测量步骤中，当所述边界被显微镜的物镜聚焦时，所述边界的距离是所述边界被从所述物镜的光轴方向观察时的距离。
5.一种制造汽车的方法，所述方法包括以下步骤：
通过根据权利要求1至4中的任一项所述的膜厚度测量方法来测量包括有层状地层压在车体构件中的多个膜的所述涂膜中的各层的膜厚度；以及
修补经过切削处理以测量所述膜厚度的部分。
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