CN214374283U - 一种薄膜材料检测装置 - Google Patents

Abstract

一种薄膜材料检测装置，涉及红外线测量技术领域，所采用的技术方案包括机箱，所述机箱内设置有光源、接收光路结构、参照光路结构、测量光路结构、调整结构和控制器。本实用新型利用参照光路结构和测量光路结构将光源发出的光线分为两个光路，在调整结构作用下，仅使用一个红外线传感器，降低了成本，而且斩光盘的转动将两个光路中的连续式光线分割为一段段具有固定周期的脉冲式光线，形成多组数据，提高了测量数据的精确性和可靠性；利用光线进行测量的方式不会在薄膜材料表面造成划痕或撕裂，其测量结果也不受薄膜材料的抖动或粗糙度的影响；调整结构上还可以设置多个不同的滤光片，进一步提高了测量的精确性。

Description

一种薄膜材料检测装置

技术领域

本实用新型涉及红外线测量技术领域，尤其涉及一种薄膜材料检测装置。

背景技术

薄膜涂层材料的厚度是重要的生产参数。目前通用的厚度测量方式有射线法。射线法能够保证在薄膜生产过程中快速稳定的获取厚度信息，但是存在安全风险较高，维护、使用的成本高等缺点，而且射线法无法测量水分、胶量、干量等成分参数，无法为生产反馈更多的数据。

实用新型内容

针对现有技术方案中射线法存在安全风险较高，维护、使用的成本高,无法测量厚度、水分、胶量、干量等问题，本实用新型提供了一种薄膜材料检测装置。

本实用新型提供如下的技术方案：一种薄膜材料检测装置，包括机箱，所述机箱内设置有光源、接收光路结构、参照光路结构、测量光路结构、调整结构和控制器；所述光源包括中空的遮罩件，所述遮罩件内部设置有发光件，所述遮罩件上还设置有第一出光口和第二出光口；所述接收光路结构包括设置在所述机箱底面上的不透明的光井，所述光井中设置有红外线传感器，所述光井底端的机箱上设置有测量口，所述光井的顶端设置有用于将光线反射并汇聚向所述红外线传感器的主反射镜，所述光井朝向所述光源的一侧设置有第一透光口和第二透光口；所述参照光路结构用于使从所述第一出光口透出的光线穿过第一透光口并反射向所述主反射镜，形成参照光路；所述测量光路结构用于使从所述第二出光口透出的光线穿过第二透光口并反射出所述测量口，形成测量光路；所述调整结构包括设置在所述第一、第二透光口和光源之间用于不使参照光路和测量光路同时通过的斩光盘，所述斩光盘通过转轴连接有旋转电机，所述斩光盘上设置有开口，所述开口上设置有滤光片；所述控制器和所述红外线传感器信号连接。

优选地，所述遮罩件内部设置有球形反射腔，所述发光件设置在所述球形反射腔中心。

优选地，所述第一透光口和第二透光口沿所述光井轴向方向分布，且所述第一透光口设置在所述光井朝向所述主反射镜的一端，所述第二透光口设置在所述光井朝向所述测量口的一端；所述第二出光口的中心、第二透光口的中心和发光件处于一条直线上；所述第一出光口设置在所述遮罩件朝向所述第一透光口的一侧。

优选地，所述第二出光口中心和所述发光件的连线沿水平方向延伸，所述第一出光口中心、第二出光口中心分别与所述发光件的连线之间的夹角为直角。

优选地，所述参照光路结构包括设置在所述第一出光口上的支架、设置在所述支架第一端的第一聚光镜、设置在所述支架的第二端用于将光线反射向第一透光口的第一反射镜以及设置在所述光井内部用于将通过所述第一透光口的光线反射向所述主反射镜的第二反射镜；所述测量光路结构包括设置在所述第二出光口和所述第二透光口之间的第二聚光镜、设置在所述第二透光口上的第三聚光镜、设置在所述光井内用于将通过所述第二透光口的光线反射出所述测量口的第三反射镜。

优选地，所述第一、第二、第三聚光镜均为双凸透镜。

优选地，所述转轴设置在所述第一、第二透光口的中心连线的中点，且与所述第一、第二透光口的中心连线垂直；所述开口及滤光片设置在所述斩光盘对应所述第一透光口的位置上。

优选地，所述开口及滤光片的数量为多个，多个所述滤光片具有不同的波长选择范围；所述调整结构还包括用于测量所述斩光盘转动频率的霍尔传感器，所述斩光盘的边缘设置有至少一个感应齿。

优选地，所述滤光片的数量n为奇数，且多个滤光片围绕所述转轴均匀分布。

优选地，所述滤光片的数量n为偶数，则n+1个所述开口围绕所述转轴均匀分布，且将1个所述开口封闭。

本实用新型的有益效果是：本实用新型使用现有的红外线测量技术来完成薄膜材料厚度、水分、胶量、干量的测量，通用性广，灵敏度高，精度高，测量过程快捷方便；参照光路结构和测量光路结构将光源发出的光线分为两个光路，在调整结构作用下，仅使用一个红外线传感器就能将两个光路区分开，并使两个光路的电信号按时间顺序进行排列，降低了成本；而且斩光盘的转动将两个光路中的连续式光线分割为一段段具有固定周期的脉冲式光线，形成多组数据，提高了测量数据的精确性和可靠性；利用光线进行测量的方式不会在薄膜材料表面造成划痕或撕裂，其测量结果也不受薄膜材料的抖动或粗糙度的影响；调整结构上还可以设置多个不同的滤光片，进一步提高了测量的精确性。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的剖面图。

图2为图1的A部放大图。

图3为本实用新型中斩光盘的一个实施例的示意图。

附图标记：1-机箱，2-光源，21-遮罩件，211-球形反射腔，22-发光件，23-第一出光口，24-第二出光口，3-接收光路结构，31-光井，32-红外线传感器，33-测量口，34-主反射镜，35-第一透光口，36-第二透光口，4-参照光路结构，41-支架，42-第一反射镜，43-第二反射镜，44-第一聚光镜，5-测量光路结构，51-第二聚光镜，52-第三聚光镜，53-第三反射镜，6-调整结构，61-斩光盘，611-开口，612-滤光片，62-霍尔传感器，63-转轴，64-旋转电机，65-感应齿。

具体实施方式

以下结合附图及附图标记对本实用新型的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了如图1-3所示的一种薄膜材料检测装置，包括机箱1，所述机箱1内设置有光源2、接收光路结构3、参照光路结构4、测量光路结构5、调整结构6和控制器；所述光源2包括中空的遮罩件21，所述遮罩件21内部设置有发光件22，所述遮罩件21上还设置有第一出光口23和第二出光口24；所述接收光路结构3包括设置在所述机箱1底面上的不透明的光井31，所述光井31中设置有红外线传感器32，所述光井31底端的机箱1上设置有测量口33，所述光井31的顶端设置有用于将光线反射并汇聚向所述红外线传感器32的主反射镜34，所述光井31朝向所述光源2的一侧设置有第一透光口35和第二透光口36；所述参照光路结构4用于使从所述第一出光口23透出的光线穿过第一透光口35并反射向所述主反射镜34，形成参照光路；所述测量光路结构5用于使从所述第二出光口24透出的光线穿过第二透光口36并反射出所述测量口33，形成测量光路；所述调整结构6包括设置在所述第一、第二透光口和光源2之间用于不使参照光路和测量光路同时通过的斩光盘61，所述斩光盘61通过转轴63连接有旋转电机64，所述斩光盘61上设置有开口611，所述开口611上设置有滤光片612；所述控制器和所述红外线传感器32信号连接。

本实用新型适用于薄膜材料，特别是聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、双向拉伸聚丙烯、单向拉伸聚丙烯薄膜等面材的厚度、水分、干量、胶量等数据的测量，包括机箱以及设置在机箱内的光源、接收光路结构、参照光路结构、测量光路结构、调整结构和控制器。

机箱用于集成上述组件，并且提供不透光的封闭环境，防止外界光线对测量结果产生干扰。光源包括遮罩件和发光件。发光件用于产生光线，可采用卤素灯或者LED灯珠，安装在遮罩件内部。遮罩件上设置有第一出光口和第二出光口，用于遮蔽其他方向上的光线，使光线只能从第一出光口和第二出光口射出；两个出光口的位置决定了光线的照射方向；遮罩件可采用不透光的塑料或金属材料制作。进一步地，发光件可与控制器信号连接，用于调整发光件的发光强度。

接收光路结构包括光井、红外线传感器、主反射镜和测量口。光井底端固定在机箱上，且设置有测量口，其顶端设置有主反射镜，在光井内部还设置有红外线传感器。具体地，光井可采用不透光的材料制作成井状或筒状；测量口可为形状规则的开口，比如圆形或方形，测量光路通过检测口照射在被检测的薄膜材料上，薄膜材料吸收掉一定波长的光线后将其他波长的光线反射回光井内；主反射镜可采用凹面反射镜，用于将被薄膜材料反射的光线和参考光路中的光线反射并汇聚到红外线传感器上；红外线传感器用于将光信号转化为电信号并传递给控制器。

光井朝向光源的侧壁上还设置有第一透光口和第二透光口。参照光路结构和测量光路结构均用于控制光线的传播方向。参照光路结构将光线从第一出光口经过第一透光口导向主反射镜，再经主反射镜反射到红外线传感器上，形成参照光路。测量光路结构将光线从第二出光口经过第二透光口并导向检测口，照射在被检测的薄膜材料上，形成测量光路。

在仅用一个红外线传感器的前提下，为了避免参考光路和测量光路的光线同时照射到红外线传感器，使两个光路产生的电信号获得时间上的差异以便于排序，本实用新型还设置有调整结构，包括斩光盘、转轴、旋转电机和霍尔传感器。斩光盘设置在第一、第二透光口和光源之间，可采用不透光材料制成圆形，并且设置有供光线通过的开口，开口上设置有滤光片，滤光片可采用带通型滤光片，用于缩小光线的波长范围，只让特定波长范围的光线通过，此特定波长范围为检测所需的波长范围，根据现有的红外线测量原理，此波长范围可为780nm~2526nm的近红外光。旋转电机可采用伺服电机，通过转轴带动斩光盘匀速转动，使滤光片的开口及滤光片在一个时间点最多只允许参照光路和测量光路中的一个通过，以赋予两个光路时间差异，便于红外线传感器将两者区分开来以及控制器能够按照时间顺序将两个光路的电信号的波形进行排列、叠加，同时，斩光盘的转动将连续的光线分割为一段段具有固定周期的脉冲式光线，形成多组数据，提高了测量数据的精确性和可靠性。

本实用新型在使用时，可首先将被检测的薄膜材料置于测量口下方，打开光源，光源通过第一出光口和第二出光口分别发射出两路光线。两路光线经过调整结构，通过滤光片选择特定波长范围的光线通过。具体地，一路光线通过参照光路结构形成参照光路，此光路中的光线未经过被检测的薄膜材料，波长完整，被红外线传感器接收后产生标准电信号，作为校准和对比的基础；另一路光线通过测量光路结构从测量口射出到薄膜材料上，一定波长范围内的光线被薄膜材料吸收掉，其他波长范围的光线被薄膜材料经测量口反射回光井内，再通过主反射镜反射、汇聚到红外线传感器，产生测量电信号。在调整结构的作用下，红外线传感器按时间顺序交替产生标准电信号和测量电信号，并将两者分别传递给控制器，控制器按时间顺序将两个电信号的波形叠加、排列。根据现有的红外线的成分、厚度测量原理，测量、参照电信号叠加后的波形与薄膜材料的干量、水分、胶量等成分含量及厚度有关，控制器可采用单片机，内部存储有现有的薄膜材料不同成分含量、厚度与上述波形对应关系的数据库，由此可测出薄膜材料的成分含量和厚度。

优选地，所述遮罩件21内部设置有球形反射腔211，所述发光件22设置在所述球形反射腔211中心。

光线可在球形反射腔内部不断反射，以增强从第一、第二出光口射出的光线强度，减少能量损失。具体地，球形反射腔可采用球形玻璃反射镜。

优选地，所述第一透光口35和第二透光口36沿所述光井31轴向方向分布，且所述第一透光口35设置在所述光井31朝向所述主反射镜34的一端，所述第二透光口36设置在所述光井31朝向所述测量口33的一端；所述第二出光口24的中心、第二透光口36的中心和发光件22处于一条直线上；所述第一出光口23设置在所述遮罩件21朝向所述第一透光口35的一侧。

在一个实施例中，第一、第二透光口以及第一、第二出光口按上述方式布置，充分利用光井轴向方向上的空间，减少机箱的体积。

优选地，所述第二出光口24中心和所述发光件22的连线沿水平方向延伸，所述第一出光口23中心、第二出光口24中心分别与所述发光件22的连线之间的夹角为直角。

具体地，如图1所示，遮罩件外形可为正方体，第二出光口可设置在所述遮罩件朝向所述光井的侧壁中心，发光件、第二出光口、第二透光口处于水平直线上，第一出光口可设置在遮罩件的顶部中心。

优选地，所述参照光路结构4包括设置在所述第一出光口23上的支架41、设置在所述支架41第一端的第一聚光镜44、设置在所述支架41的第二端用于将光线反射向第一透光口35的第一反射镜42以及设置在所述光井31内部用于将通过所述第一透光口35的光线反射向所述主反射镜34的第二反射镜43；所述测量光路结构5包括设置在所述第二出光口24和所述第二透光口36之间的第二聚光镜51、设置在所述第二透光口36上的第三聚光镜52、设置在所述光井31内用于将通过所述第二透光口36的光线反射出所述测量口33的第三反射镜53。

如图1所示，参照光路结构包括支架、第一反射镜、第二反射镜和第一聚光镜。支架设置在第一出光口上，用于支撑第一反光镜，且不遮挡光路，支架的第一端朝向遮罩件，且安装有第一聚光镜，用于汇聚、收束光线；支架的第二端远离遮罩件，安装有第一反射镜。第一反射镜用于将从第一出光口射出的光线反射向第一透光口，光线通过第一透光口后，由第二反射镜反射到主反射镜上，再由主反射镜反射给红外线传感器，形成参照光路。测量光路结构包括第二聚光镜、第三聚光镜和第三反射镜，光线经过第二聚光镜汇聚、收束，再经过第三聚光镜修型后，经第三反射镜反射出测量口照射在薄膜材料上，形成测量光路。

具体地，在一个实施例中，第一出光口可为直径3mm的圆形开口，第一聚光镜可为通径7mm、焦距60mm的双凸透镜，第一反射镜与水平面的夹角可为45°，第二反射镜和水平面的夹角可为47.2°；第二出光口可为直径3mm的圆形开口，第二聚光镜可为通径23mm、焦距29.29mm的双凸透镜，第三聚光镜可为通径10mm、焦距87.15mm的双凸透镜，第三反射镜设置在光井内，与水平面的夹角可为45°；主反射镜可为通径100mm、焦距78mm的凹面反射镜，红外线传感器可设置在主反射镜的焦点上。

优选地，所述第一、第二、第三聚光镜均为双凸透镜。

双凸透镜的特征在于透镜面的中间部的焦距较长，端部的焦距较短，主要用于汇聚来自点光源的光。

优选地，所述转轴63设置在所述第一、第二透光口的中心连线的中点，且与所述第一、第二透光口的中心连线垂直；所述开口611及滤光片612设置在所述斩光盘61对应所述第一透光口35的位置上。

具体地，在一个实施例中，斩光盘的转轴设置在第一、第二透光口的中心连线的中点，且开口及滤光片设置在斩光盘上对应第一透光口的位置上，使滤光片转动到第一或第二透光口时，可作用在参照光路或测量光路上，发挥滤光作用。

优选地，所述开口611及滤光片612的数量为多个，多个所述滤光片612具有不同的波长选择范围；所述调整结构还包括用于测量所述斩光盘61转动频率的霍尔传感器62，所述斩光盘61的边缘设置有至少一个感应齿65。

斩光盘上可设置多个具有不同波长选择范围的滤光片，将光线波长范围进一步细分为多个波段。由于不同物质对不同波段的光线具有不同的吸收特性，且薄膜材料的组成成分为已知量，根据这一特点，针对薄膜材料中每一种物质选取特定的波段及滤光片，提高测量精度。

斩光盘匀速转动时，多个滤光片作用在测量光路和参照光路中产生多种电信号，并存在固定的顺序和时间差异。斩光盘每转动一圈，多个电信号的排列顺序就形成一个周期。为了控制器能够自动识别此周期，以便于分析和对比，调整结构还设置有霍尔传感器，斩光盘的边缘设置有至少一个感应齿用于和霍尔传感器配合，当感应齿每一次经过霍尔传感器，霍尔传感器便产生一个周期信号，两个相邻周期信号之间的区间即为一个周期，控制器将此周期信号与测量、参照光路的电信号叠加，即可自动对两个相邻的周期进行分段，并能将其中一个周期的电信号叠加波形单独提取出来进行分析和对比，从而更精确地识别出薄膜材料的成分含量和厚度。

优选地，所述滤光片612的数量n为奇数，且多个滤光片612围绕所述转轴63均匀分布。

滤光片及相应开口的数量n为奇数，并围绕转轴均匀分布时，在斩光盘的一条直径上，最多只会存在一个滤光片，从而使参照光路和测量光路不会同时到达红外线传感器，使两者产生时间差异，同时均匀分布的滤光片使光路的电信号更具有规律性。在光速下，因参照光路和测量光路的距离不同而产生的时间差可忽略。

优选地，所述滤光片612的数量n为偶数，则n+1个所述开口611围绕所述转轴63均匀分布，且将1个所述开口611封闭。

当滤光片的数量n为偶数时，则取n+1个开口的数量围绕转轴均匀分布，并将其中1个开口封闭，其余n个开口上设置滤光片，避免斩光盘的一条直径上同时存在两个滤光片。在一个具体实施例中，如图3所示，滤光片的数量为4个，则其中三对相邻的滤光片的中心轴之间的夹角为72°，其中一对相邻的滤光片中轴线之间的夹角为144°。

以上为本实用新型的一种或多种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种薄膜材料检测装置，包括机箱（1），其特征在于：所述机箱（1）内设置有光源（2）、接收光路结构（3）、参照光路结构（4）、测量光路结构（5）、调整结构（6）和控制器；

所述光源（2）包括中空的遮罩件（21），所述遮罩件（21）内部设置有发光件（22），所述遮罩件（21）上还设置有第一出光口（23）和第二出光口（24）；

所述接收光路结构（3）包括设置在所述机箱（1）底面上的不透明的光井（31），所述光井（31）中设置有红外线传感器（32），所述光井（31）底端的机箱（1）上设置有测量口（33），所述光井（31）的顶端设置有用于将光线反射并汇聚向所述红外线传感器（32）的主反射镜（34），所述光井（31）朝向所述光源（2）的一侧设置有第一透光口（35）和第二透光口（36）；

所述参照光路结构（4）用于使从所述第一出光口（23）透出的光线穿过第一透光口（35）并反射向所述主反射镜（34），形成参照光路；

所述测量光路结构（5）用于使从所述第二出光口（24）透出的光线穿过第二透光口（36）并反射出所述测量口（33），形成测量光路；

所述调整结构（6）包括设置在所述第一、第二透光口和光源（2）之间用于不使参照光路和测量光路同时通过的斩光盘（61），所述斩光盘（61）通过转轴（63）连接有旋转电机（64），所述斩光盘（61）上设置有开口（611），所述开口（611）上设置有滤光片（612）；

所述控制器和所述红外线传感器（32）信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜材料检测装置，其特征在于：所述遮罩件（21）内部设置有球形反射腔（211），所述发光件（22）设置在所述球形反射腔（211）中心。

3.根据权利要求1所述的一种薄膜材料检测装置，其特征在于：所述第一透光口（35）和第二透光口（36）沿所述光井（31）轴向方向分布，且所述第一透光口（35）设置在所述光井（31）朝向所述主反射镜（34）的一端，所述第二透光口（36）设置在所述光井（31）朝向所述测量口（33）的一端；所述第二出光口（24）的中心、第二透光口（36）的中心和发光件（22）处于一条直线上；所述第一出光口（23）设置在所述遮罩件（21）朝向所述第一透光口（35）的一侧。

4.根据权利要求3所述的一种薄膜材料检测装置，其特征在于：所述第二出光口（24）中心和所述发光件（22）的连线沿水平方向延伸，所述第一出光口（23）中心、第二出光口（24）中心分别与所述发光件（22）的连线之间的夹角为直角。

5.根据权利要求3所述的一种薄膜材料检测装置，其特征在于：所述参照光路结构（4）包括设置在所述第一出光口（23）上的支架（41）、设置在所述支架（41）第一端的第一聚光镜（44）、设置在所述支架（41）的第二端用于将光线反射向第一透光口（35）的第一反射镜（42）以及设置在所述光井（31）内部用于将通过所述第一透光口（35）的光线反射向所述主反射镜（34）的第二反射镜（43）；所述测量光路结构（5）包括设置在所述第二出光口（24）和所述第二透光口（36）之间的第二聚光镜（51）、设置在所述第二透光口（36）上的第三聚光镜（52）、设置在所述光井（31）内用于将通过所述第二透光口（36）的光线反射出所述测量口（33）的第三反射镜（53）。

6.根据权利要求5所述的一种薄膜材料检测装置，其特征在于：所述第一、第二、第三聚光镜均为双凸透镜。

7.根据权利要求3所述的一种薄膜材料检测装置，其特征在于：所述转轴（63）设置在所述第一、第二透光口的中心连线的中点，且与所述第一、第二透光口的中心连线垂直；所述开口（611）及滤光片（612）设置在所述斩光盘（61）对应所述第一透光口（35）的位置上。

8.根据权利要求7所述的一种薄膜材料检测装置，其特征在于：所述开口（611）及滤光片（612）的数量为多个，多个所述滤光片（612）具有不同的波长选择范围；所述调整结构还包括用于测量所述斩光盘（61）转动频率的霍尔传感器（62），所述斩光盘（61）的边缘设置有至少一个感应齿（65）。

9.根据权利要求8所述的一种薄膜材料检测装置，其特征在于：所述滤光片（612）的数量n为奇数，且多个滤光片（612）围绕所述转轴（63）均匀分布。

10.根据权利要求8所述的一种薄膜材料检测装置，其特征在于：所述滤光片（612）的数量n为偶数，则n+1个所述开口（611）围绕所述转轴（63）均匀分布，且将1个所述开口（611）封闭。

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