CN1252445C - 一种金属薄带厚度的测量方法及测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属薄带厚度的测量方法及测量装置。将被测金属薄带放置在两个迈克尔逊干涉仪之间，被测金属薄带的两个对应表面分别作为每个干涉仪中的一个反射面；这两个迈克尔逊干涉仪串联组成差分干涉系统；一个低相干度光源经第一传光系统照射至第一个迈克尔逊干涉仪，第一个迈克尔逊干涉仪的输出光经第二传光系统作为光源照射至第二个迈克尔逊干涉仪，第二个迈克尔逊干涉仪的输出光经第三传光系统被光电接收器接收，经信号处理器处理得被测薄带的厚度。本发明这种差分测量方法具有测量灵敏度高，抗振动等优点。适合那些不透明，两面都有较高光学反射率、无基底支撑或透明基底支撑的极薄带材的厚度测量。
Description
技术领域
本发明涉及以采用光学方法为特征的计量设备，尤其涉及一种金属薄带厚度的测量方法及测量装置。
背景技术
金属精密薄带一般厚度在100um以下，目前主要在100um-10um之间，属于高附加值产品。在金属带材的生产过程中，厚度的控制至关重要，是必不可少的关键技术。目前，国内外测厚方面的主要技术有：1.射线法测量厚度。根据同种金属不同厚度的薄带与射线的作用程度不同可测量出薄带的厚度。由于不同金属与射线的作用程度(吸收、色散)各不相同，因此测量时对每种金属都要用各自的标准片进行标定(多重标定)，实际应用中比较复杂，而且射线应用过程中危险程度较高限制了它的广泛使用。2.应用电涡流效应测量厚度。这是一种较广泛使用的技术，安全、方便，但由于电涡流效应与金属种类有关，该方法对一部分金属失效，对那些有效的金属，被测对象厚度不能太薄，另外也存在多重标定问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属薄带厚度的测量方法及测量装置，用迈克尔逊干涉仪串联组成差分干涉系统，能够测量薄至微米级、无基板支撑或透明基板支撑的金属薄带的厚度。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
测量方法：将被测金属薄带放置在两个迈克尔逊干涉仪之间，被测金属薄带的两个对应表面分别作为每个干涉仪中的一个反射面；这两个迈克尔逊干涉仪串联组成差分干涉系统；一个低相干度光源经第一传光系统照射至第一个迈克尔逊干涉仪，第一个迈克尔逊干涉仪的输出光经第二传光系统作为光源照射至第二个迈克尔逊干涉仪，第二个迈克尔逊干涉仪的输出光经第三传光系统被光电接收器接收，经信号处理器处理得被测薄带的厚度。
测量装置：包括低相干度光源、第一个迈克尔逊干涉仪、第二个迈克尔逊干涉仪、第一、第二、第三传光系统，光电接收器，信号处理器；第一个迈克尔逊干涉仪、第二个迈克尔逊干涉仪放置在被测金属薄带的两侧，一个低相干度光源经第一传光系统照射至第一个迈克尔逊干涉仪中的分光器，第一干涉光经第二传光系统至第二个迈克尔逊干涉仪中的分光器，第二干涉光经第三传光系统、光电接收器接至信号处理器。
所说的分光器为分束镜或光纤耦合器；低相干度光源为宽带光源，第一、第二、第三传光系统分别为传光光纤，光电接收器是单元光电接收器，阵列光电接收器，CCD阵列光谱仪中的一种，信号处理器为数据处理PC机。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：利用两个迈克尔逊干涉仪串联构成差分干涉仪，两个干涉仪的测量反射面由薄带的两个对应表面承担，这种干涉系统的最后输出信号只与薄带的厚度有关，而与薄带在测量光路的位置无关，这样仪器既有干涉测量的高精度、高灵敏度，又具有较强的抗干扰能力。鉴于上述，本发明提出的金属极薄带厚度测量系统具有非接触性、非破坏性、高精度、快速检测、结构紧凑、安全、抗干扰能力强等特点。适合那些不透明，两面都有较高光学反射率、无基底支撑或透明基底支撑的极薄带材的厚度测量。
附图说明
图1是本发明测量装置的原理框图；
图2是本发明测量装置的实施例框图。
具体实施方式
如图1所示，包括低相干度光源、第一个迈克尔逊干涉仪、第二个迈克尔逊干涉仪、第一、第二、第三传光系统，光电接收器，信号处理器；第一个迈克尔逊干涉仪、第二个迈克尔逊干涉仪放置在被测金属薄带的两侧，一个低相干度光源经第一传光系统照射至第一个迈克尔逊干涉仪中的分光器，第一干涉光经第二传光系统至第二个迈克尔逊干涉仪中的分光器，第二干涉光经第三传光系统、光电接收器接至信号处理器。
如图2所示，是本发明的一个实施例，该装置包括宽带光源1、透镜L1、传光光纤5，包括由分束镜BS1、参考反射镜M和被测薄带4的一个表面组成的第一个迈克尔逊干涉仪2、透镜L2、传光光纤6，透镜L3、包括由分束镜BS2、参考反射镜M2和被测薄带4的另一个对应表面组成的第二个迈克尔逊干涉仪3、透镜L4、传光光纤7，CCD阵列光谱仪8，和数据处理PC机9。宽带光源1通过透镜L1准直后经传光光纤5照射第一个迈克尔逊干涉仪2，该干涉仪的测量反射镜是被测薄带4的一个表面，干涉仪的参考反射镜M1调整到与被测薄带成平行平板，且光程差(记为x)可调。该干涉仪的输出光经透镜L2会聚到传光光纤6，再经过透镜L3照射第二个迈克尔逊干涉仪3，该干涉仪的测量反射镜是被测薄带4的另一个对应表面，它的参考反射镜M2也调整到与被测薄带成平行平板，且光程差(记为y)可调。两个干涉仪照射到薄带两个对应表面的光的位置应处于薄带被测点垂直厚度的两个表面对应点。调整x和y使得当薄带厚度为零时x与y相等，放入薄带时x，y都远大于光源的相干长度。迈克尔逊干涉仪3输出光经透镜L4会聚到传光光纤7后送入CCD阵列光谱仪8，这时光谱仪8接收到的干涉光谱信号就只与薄带厚度有关，数据处理PC机9处理干涉光谱信号并计算出薄带厚度。
当每个干涉仪的参考反射镜以及两个干涉仪的相对位置固定时，仪器的测量范围在1um到40um之间。改变两个光程差x，y中任意一个等效于把薄带增加或减少相应的厚度，因此可改变测量范围。
Claims (3)
1.一种金属薄带厚度的测量方法，其特征在于：将被测金属薄带放置在两个迈克尔逊干涉仪之间，被测金属薄带的两个对应表面分别作为每个干涉仪中的一个反射面；这两个迈克尔逊干涉仪串联组成差分干涉系统；一个低相干度光源经第一传光系统照射至第一个迈克尔逊干涉仪，第一个迈克尔逊干涉仪的输出光经第二传光系统作为光源照射至第二个迈克尔逊干涉仪，第二个迈克尔逊干涉仪的输出光经第三传光系统被光电接收器接收，经信号处理器处理得被测薄带的厚度。
2.用于权利要求1所述的一种金属薄带厚度测量方法的装置，其特征在于包括低相干度光源、第一个迈克尔逊干涉仪、第二个迈克尔逊干涉仪、第一、第二、第三传光系统，光电接收器，信号处理器；第一个迈克尔逊干涉仪、第二个迈克尔逊干涉仪对称放置在被测金属薄带的两侧，一个低相干度光源经第一传光系统照射至第一个迈克尔逊干涉仪中的分光器，第一干涉光经第二传光系统至第二个迈克尔逊干涉仪中的分光器，第二干涉光经第三传光系统、光电接收器接至信号处理器。
3.根据权利要求2所述的一种金属薄带厚度测量方法的装置，其特征在于：所说的分光器为分束镜或光纤耦合器；低相干度光源为宽带光源(1)，第一、第二、第三传光系统分别为传光光纤(5、6、7)，光电接收器是单元光电接收器，阵列光电接收器，CCD阵列光谱仪(8)中的一种，信号处理器为数据处理PC机(9)。
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