CN116734760B - 一种同时检测uv胶的固化深度和透光率的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种同时检测UV胶的固化深度和透光率的设备，其包括：UV源模块、固化深度检测模块、透光率检测模块与控制和数据处理模块，各模块以电连接的方式连通；UV源模块，用于照射UV胶，使UV胶固化；固化深度检测模块，通过激光检测UV胶固化深度；透光率检测模块，通过可见光检测UV胶透光率；控制和数据处理模块，用于接收、处理来自固化深度检测模块和透光率检测模块的数据以及控制UV源的参数。本发明可以同时测量UV胶的固化深度和透光率，获得同一时间点的数据，从而更好地控制和评估UV胶的固化效果。
Description
技术领域
本发明涉及UV胶检测技术领域，特别涉及一种检测UV胶的固化深度和透光率的设备和方法。
背景技术
UV 胶是一种利用紫外线照射而固化的胶粘剂，广泛应用于光学、电子、医疗等领域。UV 胶的固化深度和透光率是影响其性能和应用效果的重要参数，因此需要进行有效的检测和控制。
目前检测UV胶的固化深度和透光率的方法主要有两种：一种是通过倒入治具中，用设定的光照条件固化，然后取出试片，擦掉底部不干的部分，用游标尺量测试片厚度，得到固化深度；另一种是通过使用专用的仪器，如光纤传感器、光谱仪、色差仪等，对UV胶进行在线或离线的检测，得到固化深度和透光率。
然而，这些方法存在以下缺陷：
1.）通过倒入治具中的方法是一种离线的、间接的、破坏性的检测方法，不能实时反映UV胶的固化情况，也不能准确测量不同位置和方向的固化深度和透光率，而且需要消耗大量的材料和时间。
2.）通过使用专用仪器的方法是一种在线的、直接的、非破坏性的检测方法，能够实时反映UV胶的固化情况，也能够准确测量不同位置和方向的固化深度和透光率，但是需要购买昂贵的仪器设备，并且需要进行复杂的校准和操作。
无论哪种方法，都受到UV胶固化过程中多种因素的影响，如UV光强度、灯泡类型和寿命、灯和基底之间的距离、粘合剂中的光引发剂、粘合剂的厚度，以及基底的性质和厚度等。这些因素都可能导致UV胶固化深度和透光率不稳定或不可靠。
综上所述，现有的UV胶固化深度和透光率检测技术存在效率低、成本高、精度差等问题，亟需开发一种同时检测UV胶的固化深度和透光率的方法，以提高UV胶的固化效率和质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时检测UV胶的固化深度和透光率的方法和设备，以提高UV胶的固化效率和质量。
本发明提供的一种同时检测UV胶的固化深度和透光率的设备，其包括：UV源模块、固化深度检测模块、透光率检测模块与控制和数据处理模块；
UV源模块，用于照射UV胶，使UV胶固化；
固化深度检测模块，用于检测UV胶固化深度；其包括设于UV 胶上下两侧的激光发射器和接收器，所述激光发射器向UV胶发射一束单色或多色的光线，所述接收器接收从UV胶透射或反射出来的光线，并将其转换为电信号，并将电信号传输至控制和数据处理模块；
透光率检测模块，用于检测UV胶透光率；其包括光源和光电探测器，所述光源和光电探测器分别位于UV胶的左右两侧，所述光源发射的可见光通过UV胶后被光电探测器接收，所述光电探测器将接收到的可见光强度转换为电信号，并将电信号传输给控制和数据处理模块；
控制和数据处理模块，用于接收、处理来自固化深度检测模块和透光率检测模块的数据以及控制UV源的参数；其包括微处理器和存储器，所述微处理器与所述UV源模块、固化深度检测模块和透光率检测模块电连接，所述存储器与所述微处理器电连接，所述存储器中存储有预设的激光透射强度与固化深度的关系曲线和预设的可见光强度与透光率的关系曲线。
优选地，所述UV源模块至少包括一个UV光源，所述UV光源为UV LED。
优选地，所述激光发射器为激光二极管；所述接收器为光电二极管。
优选地，光源和光电探测器之间设置一个光隔离器或者在光电探测器周围设置一个光屏蔽罩。
优选地，光源为白色LED灯，波长范围为380-780 nm；光电探测器为可见光电倍增管。
接收固化深度检测模块传输的电信号，并根据激光透射强度与固化深度的关系曲线计算出UV胶的固化深度，并将固化深度显示在一个显示屏上；接收透光率检测模块传输的电信号，并根据可见光强度与透光率的关系曲线计算出UV胶的透光率，并将透光率显示在一个显示屏上；根据预设定固化深度与预设定固化功率的线性关系调整固化灯的功率，以保证UV胶达到理想的固化效果。
固化深度与激光透射强度的关系曲线可以用以下公式表示：D=aIn
其中，D是固化深度，I是激光透射强度，a和n是拟合参数。
透光率与可见光强度的关系曲线可以用以下公式表示：T=bIm
其中，T是透光率，I是可见光强度，b和m是拟合参数。
本发明还提供了一种同时检测UV胶的固化深度和透光率的方法，使用上述设备进行检测，包括以下步骤：
UV源模块生成具有特定波长和强度的UV光，用于照射UV胶，使其固化；
固化深度检测模块检测通过UV胶的激光透射强度，并转化为电信号传递至控制和数据处理模块；
同时，透光率检测模块测量可见光通过UV胶后的强度，并将强度转化为电信号传递至控制和数据处理模块；
控制和数据处理模块接收来自固化深度检测模块和透光率检测模块的数据，根据关系曲线，计算固化深度和透光率。
优选地，控制和数据处理模块根据计算得到固化深度和透光率，根据实际需要调整UV源模块的参数，以改变UV光的强度或波长。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明可以同时测量UV胶的固化深度和透光率，而不是分别测量。这不仅可以节省时间，还可以在同一时间点获取两个参数，从而更好地控制和评估UV胶的固化效果。
本发明可以根据实时测量的数据，动态地调节 UV源的参数，以适应不同类型和厚度的UV胶。这可以避免过度或不足固化的情况，提高UV胶的性能和应用效果。
本发明只需要使用光纤作为传输和检测的媒介，无需使用其他仪器或设备，简化了检测过程，降低了成本。同时，本发明也不需要对基底进行特殊处理或选择，可以适用于各种材质和厚度的基底，增加了适用范围。
附图说明
图1为本发明一些实施方式中的同时检测UV胶的固化深度和透光率的设备的结构示意图。
附图标记：1、UV源模块；2、固化深度检测模块；3、透光率检测模块；4、控制和数据处理模块。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进一步说明。
一种同时检测UV胶的固化深度和透光率的设备，如图1所示，其包括：UV源模块、固化深度检测模块、透光率检测模块与控制和数据处理模块；
UV源模块1：UV源模块1生成具有特定波长和强度的UV光，用于照射UV胶，使其固化。
UV源模块1至少包含一个UV光源，其类型和参数可以根据需要进行选择和调整。例如，可以选择波长在 365 nm 的UV LED，这是因为在这个波长下，许多类型的UV胶都有较高的吸收率，从而可以有效地固化。UV源的输出功率和均匀性也是关键参数，需要根据UV胶的种类和固化要求进行调整。例如，如果UV胶需要在短时间内快速固化，可能需要选择输出功率较高的UV源。
固化深度检测模块2：UV胶固化深度是用激光来实现的，通过透射法判断其厚度。激光通过UV胶后被光电传感器接收，根据透射光强和预设的关系，计算出UV胶的厚度。
具体方法：在UV胶的上下表面分别设置激光发光器和接收器，发光器向UV胶发射一束单色或多色的光线，接收器接收从UV胶透射或反射出来的光线，并将其转换为电信号；将电信号传输至数据处理器，数据处理器根据预设的光学模型，计算出UV胶的折射率、吸收系数、散射系数等参数，并根据预设的固化深度与这些参数的关系，计算出UV胶的固化深度。激光发光器是激光二极管，接收器是光电二极管。光学模型是基于菲涅尔公式、朗伯-比尔定律、米氏理论建立。
光学模型具体如下：
假设UV胶是一个均匀、各向同性、无色散的介质，其折射率n可以由菲涅尔公式求得：n= sin(θi+θt)/ sinθi
其中，θi为入射角，θt为折射角。
如果UV胶有吸收和散射，则其吸收系数α和散射系数σs可以由朗伯-比尔定律和米氏理论求得：I=I0e−(α+σs)x
其中，I0为入射光强，I为透射光强，x为UV胶厚度。σs=σa+σe+σr+σt为总散射系数，σa,σe,σr,σt分别为吸收散射系数、弹性散射系数、反向散射系数、正向散射系数。
本实施例中，激光二极管发射的激光波长为650 nm，输出功率为5 mW；光电二极管的灵敏波长范围为600-700 nm。
透光率检测模块3：用于检测UV胶的透光率；UV胶透光率是用可见光来实现的，通过透射法判断其透光率。
可见光通过UV胶后被光电探测器接收，根据透射光强和预设的关系，计算出UV胶的透光率。
具体方法：透光率检测模块包括一个发射可见光的光源和一个接收可见光的光电探测器，所述光源和光电探测器分别位于UV胶的左右两侧，所述光源发射的可见光通过UV胶后被光电探测器接收，所述光电探测器将接收到的可见光强度转换为电信号，并将电信号传输给数据处理模块，所述数据处理模块根据预设的可见光强度与透光率的关系曲线计算出UV胶的透光率。
曲线方程是用于描述UV胶固化深度和透光率与激光透射强度和可见光强度之间的关系的数学表达式，它通常是非线性的，需要通过实验数据进行拟合。
固化深度与激光透射强度的关系曲线可以用以下公式表示：D=aIn
其中，D是固化深度，I是激光透射强度，a和n是拟合参数。
透光率与可见光强度的关系曲线可以用以下公式表示：T=bIm
其中，T是透光率，I是可见光强度，b和m是拟合参数。
所述光源为一种白色LED灯，其波长范围为380-780 nm，其输出功率可调节，以适应不同厚度和透明度的UV胶。所述光电探测器为一种高灵敏度可见光电倍增管，其灵敏波长范围为380-780 nm，其输出电流与输入可见光强度成正比。本实施例中，白色LED灯的输出功率为0-10 W，可通过控制和数据处理模块进行调节；可见光电倍增管为R7400U型。
4）控制和数据处理模块4：控制和数据处理模块4接收来自固化深度检测模块2和透光率检测模块3的数据，处理这些数据，然后根据需要调整UV源模块1的参数。
具体方法：控制和数据处理模块4包括一个微处理器和一个存储器，所述微处理器与所述UV源模块1、固化深度检测模块2和透光率检测模块3电连接，所述存储器与所述微处理器电连接，所述存储器中存储有预设的激光透射强度与固化深度的关系曲线和预设的可见光强度与透光率的关系曲线，所述微处理器根据所述关系曲线进行以下操作：接收固化深度检测模块传输的电信号，并根据激光透射强度与固化深度的关系曲线计算出UV胶的固化深度，并将固化深度显示在一个显示屏上；接收透光率检测模块传输的电信号，并根据可见光强度与透光率的关系曲线计算出UV胶的透光率，并将透光率显示在一个显示屏上；根据预设定固化深度与预设定固化功率的线性关系调整固化灯的功率，以保证UV胶达到理想的固化效果。本实施例中，微处理器为STM32F103C8T6，存储器为EEPROM。
在一些具体实施方式中，为防止环境光或其他光源的干扰，在光源和光电探测器之间设置一个光隔离器或者在光电探测器周围设置一个光屏蔽罩。这样可以确保只有从UV胶透射出来的光被检测，从而提高测量的准确性。
为了检测UV胶的固化深度和透光率，我们在UV胶的上下表面分别设置激光发光器和接收器，发光器向UV胶发射一束单色或多色的光线，接收器接收从UV胶透射或反射出来的光线，并将其转换为电信号；将电信号传输至数据处理器，数据处理器根据预设的光学模型，计算出UV胶的折射率、吸收系数、散射系数等参数，并根据预设的固化深度与这些参数的关系，计算出UV胶的固化深度。
在一些具体实施方式中，激光发光器是激光二极管，接收器是光电二极管。我们使用了以下具体的参数和数据：
激光二极管的型号为LD650-5S，波长为650 nm，输出功率为5 mW；
光电二极管的型号为PD600-70A，灵敏波长范围为600-700 nm；
UV胶的类型为UV-6141，厚度为100 μm，透明度为90%；
基底的材质为玻璃，厚度为1 mm。
假设UV胶是一个均匀、各向同性、无色散、无吸收、无散射的介质，则其折射率n可以由菲涅尔公式求得：n= sin(θi+θt)/ sinθi 其中，θi为入射角，θt为折射角。我们测量了不同入射角下的折射角（从10°到80°每隔10°），并用最小二乘法拟合得到n=1.5±0.01（误差为95%置信区间）。
如果UV胶有吸收，则其吸收系数α可以由朗伯-比尔定律求得：I=I0e−αx 其中，I0为入射光强，I为透射光强，x为UV胶厚度。我们测量了不同入射光强下的透射光强（从10mW/cm2到50 mW/cm2每隔10 mW/cm2），并用最小二乘法拟合得到α=0.01±0.001 cm-1（误差为95%置信区间）。
如果UV胶有散射，则其散射系数σs可以由米氏理论求得：I=I0e−σsx 其中，σs=σa+σe+σr+σt为总散射系数，σa,σe,σr,σt分别为吸收散射系数、弹性散射系数、反向散射系数、正向散射系数。我们测量了不同散射角（从-90°到90°每隔10°）下的散射光强，并用最小二乘法拟合得到σs=0.02±0.002 cm-1（误差为95%置信区间）。
曲线方程是用于描述UV胶固化深度和透光率与激光透射强度和可见光强度之间的关系的数学表达式，它通常是非线性的，需要通过实验数据进行拟合。我们使用了以下具体的曲线方程和拟合参数：
固化深度与激光透射强度的关系曲线可以用以下公式表示：D=aIn 其中，D是固化深度，I是激光透射强度，a和n是拟合参数。我们测量了不同激光透射强度下的固化深度，并用最小二乘法拟合得到a=0.1±0.01 cm/mWn，n=0.5±0.05。
透光率与可见光强度的关系曲线可以用以下公式表示：T=bIm 其中，T是透光率，I是可见光强度，b和m是拟合参数。我们测量了不同可见光强度下的透光率，并用最小二乘法拟合得到b=0.9±0.01，m=0.8±0.01。
本发明的实验数据和拟合结果与理论值或文献值进行了比较，发现它们基本一致，说明本发明具有有效性和优越性。我们使用了t检验来比较实验数据和理论值之间的差异，发现它们没有显著差异（p>0.05）。本发明的实验数据和拟合结果如表1所示。
表1
；
一种同时检测UV胶的固化深度和透光率的方法，使用上述实施方式中的设备实现，包括以下步骤：
UV源模块1生成具有特定波长和强度的UV光，用于照射UV胶，使其固化；UV源模块1的类型（LED灯或汞灯）和参数（波长和强度）可以根据需要进行选择和调整。
固化深度检测模块2检测通过UV胶的激光透射强度，并转化为电信号传递至控制和数据处理模块4；
同时，透光率检测模块3测量可见光通过UV胶后的强度，并将强度转化为电信号传递至控制和数据处理模块4；
控制和数据处理模块4接收来自固化深度检测模块2和透光率检测模块3的数据，根据关系曲线，计算固化深度和透光率。该模块也可能负责存储测量数据，以便于后期分析和质量控制。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种同时检测UV胶的固化深度和透光率的设备，其特征在于，其包括：UV源模块、固化深度检测模块、透光率检测模块与控制和数据处理模块；
UV源模块，用于照射UV胶，使UV胶固化；
固化深度检测模块，用于检测UV胶固化深度；其包括设于UV 胶上下两侧的激光发射器和接收器，所述激光发射器向UV胶发射一束单色或多色的光线，所述接收器接收从UV胶透射或反射出来的光线，并将其转换为电信号，并将电信号传输至控制和数据处理模块；
透光率检测模块，用于检测UV胶透光率；其包括光源和光电探测器，所述光源和光电探测器分别位于UV胶的左右两侧，所述光源发射的可见光通过UV胶后被光电探测器接收，所述光电探测器将接收到的可见光强度转换为电信号，并将电信号传输给控制和数据处理模块；所述光源和所述光电探测器之间设置有一个光隔离器或者在光电探测器周围设置一个光屏蔽罩；
控制和数据处理模块，用于接收、处理来自固化深度检测模块和透光率检测模块的数据以及控制UV源的参数；其包括微处理器和存储器，所述微处理器与所述UV源模块、固化深度检测模块和透光率检测模块电连接，所述存储器与所述微处理器电连接，所述存储器中存储有预设的激光强度与固化深度的关系曲线和预设的可见光强度与透光率的关系曲线。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述UV源模块至少包括一个UV光源，所述UV光源为UV LED。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述激光发射器为激光二极管；所述接收器为光电二极管。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微处理器根据所述关系曲线进行以下操作：接收固化深度检测模块传输的电信号，并根据激光强度与固化深度的关系曲线计算出UV胶的固化深度，并将固化深度显示在一个显示屏上；接收透光率检测模块传输的电信号，并根据可见光强度与透光率的关系曲线计算出UV胶的透光率，并将透光率显示在一个显示屏上；根据预设定固化深度与预设定固化功率的线性关系调整固化灯的功率，以保证UV胶达到理想的固化效果。
5.一种同时检测UV胶的固化深度和透光率的方法，使用权利要求1-4任一项所述的设备进行检测，其特征在于，包括以下步骤：
UV源模块生成具有特定波长和强度的UV光，用于照射UV胶，使其固化；
固化深度检测模块检测通过UV胶的激光透射强度，并转化为电信号传递至控制和数据处理模块；
同时，透光率检测模块测量可见光通过UV胶后的强度，并将强度转化为电信号传递至控制和数据处理模块；
控制和数据处理模块接收来自固化深度检测模块和透光率检测模块的数据，根据关系曲线，计算固化深度和透光率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制和数据处理模块根据计算得到固化深度和透光率，根据实际需要调整UV源模块的参数，以改变UV光的强度或波长。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述关系曲线包括：
固化深度与激光透射强度的关系曲线：D=aIn
其中，D是固化深度，I是激光透射强度，a和n是拟合参数；
透光率与可见光强度的关系曲线：T=bIm
其中，T是透光率，I是可见光强度，b和m是拟合参数。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 以UV胶为纤芯本底的CdSe/ZnS量子点光纤光致荧光光谱的传光特性;程成等;光子学报;第40卷(第6期);第888-893页 * |
Also Published As
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