JP6207333B2 - Film thickness measuring method and film thickness measuring apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、膜厚測定方法および膜厚測定装置に関し、より詳細には、光輝材を含む層を間に挟む複層塗膜の膜厚を高精度で測定する方法および装置に関する。   The present invention relates to a film thickness measuring method and a film thickness measuring apparatus, and more particularly to a method and apparatus for measuring the film thickness of a multilayer coating film sandwiching a layer containing a bright material with high accuracy.

自動車等の工業製品や、建築物の内装材、外装材の表面には、素材の保護および美粧性を付与することを目的として、各種の塗料が塗装され、塗膜が形成されている。近年では、より美粧性を高めるために、複層塗膜(多層膜)を施した工業製品が増加している。複層塗膜を形成する場合、例えば、基材となるFRPやPP(ポリプロピレン)の表面に、下色となるベース層(隠蔽塗膜)と、アルミフレーク等の光輝材を含む層と、透明なクリア層とを順に形成している。このような複層塗膜を施した工業製品では、膜厚が薄いと所定の性能を発揮できず、また、膜厚が厚いと塗装の垂れが生じたり塗膜の割れが生じるため、製造現場において膜厚を一定の範囲内に管理することが必要とされている。   Various paints are applied to the surfaces of industrial products such as automobiles, and interior materials and exterior materials of buildings for the purpose of protecting the materials and providing cosmetics, thereby forming coating films. In recent years, industrial products to which a multilayer coating film (multilayer film) has been applied in order to further enhance cosmetics are increasing. When forming a multilayer coating film, for example, on the surface of FRP or PP (polypropylene) serving as a base material, a base layer (concealing coating film) serving as an undercolor, a layer containing a glitter material such as aluminum flakes, and transparent A clear layer is formed in order. In industrial products with such a multilayer coating film, if the film thickness is thin, the specified performance cannot be achieved, and if the film thickness is thick, the coating droops or the coating film cracks. However, it is necessary to manage the film thickness within a certain range.

塗膜の膜厚を測定する方法としては、例えば、塗膜表面の位置をレーザ変位計で測定する方法や、近年研究されている光干渉断層法(特許文献1)がある。   As a method for measuring the film thickness of the coating film, for example, there are a method of measuring the position of the coating film surface with a laser displacement meter, and an optical coherence tomography method (Patent Document 1) that has been studied recently.

特開2004−028618号公報JP 2004-028618 A

しかしながら、従来から公知の膜厚測定方法にも問題がある。例えば、膜厚を直接的に測定する方法として、塗膜表面の位置をレーザ変位計で測定する方法では、レーザ照射部を基点として膜厚を測定するので、レーザ照射部と塗膜との間の距離を厳密に管理する必要があった。またこれにより、測定システムが複雑化するという欠点があった。さらに、特許文献1に記載の光干渉断層法では、膜の深さ方向(厚さ方向)の分解能が不十分な上に、多数の光学素子を組み合わせるので、測定システムが複雑化かつ大型化するという欠点があった。   However, there are problems with the conventionally known film thickness measurement methods. For example, as a method of directly measuring the film thickness, the method of measuring the position of the coating film surface with a laser displacement meter measures the film thickness from the laser irradiation part as the base point. It was necessary to strictly manage the distance. This also has the disadvantage that the measurement system becomes complicated. Furthermore, in the optical coherence tomography described in Patent Document 1, since the resolution in the depth direction (thickness direction) of the film is insufficient, and a large number of optical elements are combined, the measurement system becomes complicated and large. There was a drawback.

さらに、特許文献1に記載の光干渉断層法であっても、測定対象である複層塗膜を構成するいずれかの塗膜中に、反射型の金属フレーク等の光輝材が含まれていると、各層間の界面における干渉強度が安定せずに、正しい膜厚を測定することが困難であった。   Furthermore, even in the optical coherence tomography described in Patent Document 1, a bright material such as a reflective metal flake is included in any coating film constituting the multilayer coating film to be measured. In addition, the interference intensity at the interface between the layers is not stable, and it is difficult to measure the correct film thickness.

図1は、光干渉断層法(Optical Coherence Tomography)を用いて複層塗膜の膜厚を測定する際の問題点を説明するための模式図である。図中、(A)は複層塗膜の塗膜構成を示す断面図であり、(B)は塗膜の干渉波形を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram for explaining problems in measuring the film thickness of a multilayer coating film using optical coherence tomography (Optical Coherence Tomography). In the figure, (A) is a cross-sectional view showing a coating film structure of a multilayer coating film, and (B) is a schematic diagram showing an interference waveform of the coating film.

ここでは説明のため、図1(A)に示すような、基材層(FRP)と、下色となるベース層(隠蔽塗膜層)と、アルミベース層(光輝材層)と、透明なクリア層CCとを順に積層した構造に対して、光干渉断層法により膜厚を測定する場合を例とする。   Here, for the sake of explanation, as shown in FIG. 1 (A), a base layer (FRP), a base layer (a concealing coating layer) serving as an undercolor, an aluminum base layer (bright material layer), a transparent layer A case where the film thickness is measured by the optical coherence tomography method for the structure in which the clear layer CC is sequentially laminated is taken as an example.

下色ベース層内には、塗膜の色相を特徴付けるための着色顔料が含まれている。アルミベース層内には、美粧性を付与するためにアルミフレーク101等の光輝材が含まれている。アルミベース層に着目して説明すると、入射光であるOCT光は、アルミフレーク101によって反射せずに、アルミベース層と下色ベース層との界面cまたは下色ベース層内で反射するケース(I)と、アルミフレーク101によって反射するケース(II)とがある。   A colored pigment for characterizing the hue of the coating film is contained in the undercolor base layer. In the aluminum base layer, a glittering material such as aluminum flake 101 is included in order to impart cosmetics. The description will focus on the aluminum base layer. The incident light OCT light is not reflected by the aluminum flakes 101 but reflected at the interface c between the aluminum base layer and the lower color base layer or within the lower color base layer ( I) and the case (II) reflected by the aluminum flake 101.

ケース(I)では、下色ベース層内に顔料として含まれている二酸化チタンによってOCT光が多重散乱することによって、符号102で示すように、波高の異なる複数のピークが、下色ベース層に相当する領域内に出現する。ケース(II)では、アルミベース層内のアルミフレーク101によってOCT光が反射することによって、符号103で示すように、波高の高いピークが、アルミベース層に相当する領域内にランダムに出現する。   In the case (I), the OCT light is multiply scattered by the titanium dioxide contained as a pigment in the lower color base layer, so that a plurality of peaks having different wave heights appear in the lower color base layer as indicated by reference numeral 102. Appears in the corresponding area. In the case (II), as the OCT light is reflected by the aluminum flakes 101 in the aluminum base layer, a peak having a high wave height appears randomly in a region corresponding to the aluminum base layer as indicated by reference numeral 103.

光干渉断層法を用いて塗膜の膜厚を測定する場合、測定により得られた複数の干渉波形のピーク信号間の間隔から、膜厚を算出している。しかしながら、複層塗膜が光輝材を含む層を間に挟む場合には、測定により実際に得られる干渉波形には、符号102および103で示すこれらケース(I)およびケース(II)の両方の干渉波形が混在するので、各層間の界面を特定することが困難となり、正しい膜厚を測定することが困難であった。   When measuring the film thickness of the coating film using the optical coherence tomography, the film thickness is calculated from the intervals between the peak signals of a plurality of interference waveforms obtained by the measurement. However, when the multilayer coating film sandwiches the layer containing the glitter material, the interference waveform actually obtained by the measurement includes both cases (I) and (II) indicated by reference numerals 102 and 103. Since interference waveforms are mixed, it is difficult to specify the interface between the layers, and it is difficult to measure the correct film thickness.

本発明は、上記説明した従来技術の問題を解決するために成されたものであり、その目的は、光輝材を含む層を間に挟む複層塗膜の膜厚を高精度で測定することができる膜厚測定方法および装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and its purpose is to measure the film thickness of a multilayer coating film sandwiching a layer containing a glittering material with high accuracy. The object is to provide a film thickness measuring method and apparatus capable of performing

上記目的を達成するための、本発明に係る第1の膜厚測定方法は、光干渉断層法により得られる干渉波形の複数の強度信号のピーク間の間隔から、複層塗膜の膜厚を算出する方法であって、複層塗膜が、基材層と、ベース塗膜層と、光輝材層と、クリア層とを順に積層した塗膜であり、前記ベース塗膜層内の顔料物質により光の多重散乱が生じ、前記複層塗膜に光源からの光を照射して、前記複層塗膜内のそれぞれの層または層間の界面からの反射光を含む干渉光の強度を検出して、前記複層塗膜内のそれぞれの前記層または前記層間の界面に対応する複数の強度信号の干渉波形を取得する干渉波形取得ステップと、前記複層塗膜上の所定の領域内の複数箇所において、前記干渉波形取得ステップを所定の回数繰り返し実行して、複数の前記干渉波形を取得する多点計測ステップと、複数の前記干渉波形を積算して、積算された干渉波形を求める積算ステップと、前記積算された干渉波形において、前記光輝材層と前記ベース塗膜層との界面に対応する第1の強度信号のピークの位置を特定する、第1の界面特定ステップと、前記積算された干渉波形または積算前の複数の前記干渉波形の何れかにおいて、前記複層塗膜の周囲の空気の層と前記クリア層との界面に対応する第2の強度信号のピークの位置を特定する、第2の界面特定ステップと、前記第1の強度信号のピーク位置と前記第2の強度信号のピーク位置との間隔から、前記クリア層の膜厚と前記光輝材層の膜厚との和に相当する膜厚を計算する膜厚計算ステップとを含む、膜厚測定方法である。   In order to achieve the above object, the first film thickness measurement method according to the present invention determines the film thickness of a multilayer coating film from the interval between peaks of a plurality of intensity signals of an interference waveform obtained by optical coherence tomography. A method of calculating, wherein the multilayer coating film is a coating film in which a base material layer, a base coating film layer, a glittering material layer, and a clear layer are sequentially laminated, and the pigment substance in the base coating film layer Multiple scattering of light occurs, and the multilayer coating film is irradiated with light from a light source to detect the intensity of interference light including reflected light from each layer or the interface between the layers in the multilayer coating film. An interference waveform acquisition step of acquiring an interference waveform of a plurality of intensity signals corresponding to each of the layers in the multilayer coating film or an interface between the layers, and a plurality in a predetermined region on the multilayer coating film In a place, the interference waveform acquisition step is repeatedly performed a predetermined number of times, and a plurality of the A multi-point measurement step of obtaining a interference waveform; an integration step of integrating a plurality of the interference waveforms to obtain an integrated interference waveform; and the glittering material layer and the base coating layer in the integrated interference waveform In the first interface specifying step for specifying the position of the peak of the first intensity signal corresponding to the interface with the multi-layer, either in the integrated interference waveform or in the plurality of interference waveforms before integration A second interface identifying step for identifying a position of a peak of a second intensity signal corresponding to an interface between the air layer surrounding the coating and the clear layer; and the peak position of the first intensity signal; A film thickness measurement method including a film thickness calculation step of calculating a film thickness corresponding to the sum of the film thickness of the clear layer and the film thickness of the glitter material layer from an interval from the peak position of the second intensity signal. It is.

また、上記目的を達成するための、本発明に係る第2の膜厚測定方法は、光干渉断層法により得られる干渉波形の複数の強度信号のピーク間の間隔から、複層塗膜の膜厚を算出する方法であって、複層塗膜が、基材層と、ベース塗膜層と、光輝材層と、クリア層とを順に積層した塗膜であり、前記ベース塗膜層内の顔料物質により光の多重散乱が生じ、前記複層塗膜に光源からの光を照射して、前記複層塗膜内のそれぞれの層または層間の界面からの反射光を含む干渉光の強度を検出して、前記複層塗膜内のそれぞれの前記層または前記層間の界面に対応する複数の強度信号の干渉波形を取得する干渉波形取得ステップと、前記複層塗膜上の所定の領域内の複数箇所において、前記干渉波形取得ステップを所定の回数繰り返し実行して、複数の前記干渉波形を取得する多点計測ステップと、複数の前記干渉波形を積算して、積算された干渉波形を求める積算ステップと、前記積算された干渉波形において、前記光輝材層と前記ベース塗膜層との界面に対応する第1の強度信号のピークの位置を特定する、第1の界面特定ステップと、積算前の前記干渉波形のそれぞれに含まれる複数の前記強度信号のそれぞれについて、前記強度信号が所定のしきい値よりも大きい干渉強度を有するか否かを判別することにより、前記クリア層と前記光輝材層との界面に対応する第3の強度信号のピークの位置を特定する、第3の界面特定ステップと、前記第1の強度信号のピーク位置と前記第3の強度信号のピーク位置との間隔から、前記光輝材層の膜厚を計算する光輝材層膜厚計算ステップとを含む、膜厚測定方法である。   In order to achieve the above object, the second film thickness measurement method according to the present invention provides a film of a multilayer coating film from an interval between peaks of a plurality of intensity signals of an interference waveform obtained by optical coherence tomography. A method of calculating a thickness, wherein the multilayer coating film is a coating film in which a base material layer, a base coating film layer, a glittering material layer, and a clear layer are laminated in order, Multiple scattering of light is caused by the pigment substance, and the multilayer coating film is irradiated with light from a light source to reduce the intensity of interference light including reflected light from each layer or the interface between the layers in the multilayer coating film. An interference waveform acquisition step of detecting and acquiring an interference waveform of a plurality of intensity signals corresponding to each of the layers in the multilayer coating film or the interface between the layers; and in a predetermined region on the multilayer coating film The interference waveform acquisition step is repeatedly executed a predetermined number of times at a plurality of locations. A multi-point measurement step of obtaining the interference waveform; an integration step of integrating a plurality of the interference waveforms to obtain an integrated interference waveform; and the glitter material layer and the base coating film in the integrated interference waveform A first interface specifying step for specifying a position of a peak of a first intensity signal corresponding to an interface with a layer, and each of the plurality of intensity signals included in each of the interference waveforms before integration; Identifying the position of the peak of the third intensity signal corresponding to the interface between the clear layer and the glitter material layer by determining whether the signal has an interference intensity greater than a predetermined threshold; A third interface specifying step; a bright material layer thickness calculating step for calculating a film thickness of the bright material layer from an interval between a peak position of the first intensity signal and a peak position of the third intensity signal; The No, a film thickness measuring method.

また、上記目的を達成するための、本発明に係る第1の膜厚測定装置は、光干渉断層法により得られる干渉波形の複数の強度信号のピーク間の間隔から、複層塗膜の膜厚を算出する装置であって、複層塗膜が、基材層と、ベース塗膜層と、光輝材層と、クリア層とを順に積層した塗膜であり、前記ベース塗膜層内の顔料物質により光の多重散乱が生じ、光源と、前記光源からの光を参照光と前記複層塗膜への入射光とに分岐する分岐手段と、前記参照光の光学距離を調整する参照光光学系と、前記入射光を前記複層塗膜へ入射させ、さらに、前記複層塗膜からの反射光を取り出す反射光光学系と、前記反射光光学系からの反射光と前記参照光光学系からの参照光とを干渉せしめる干渉手段と、前記干渉手段からの、前記反射光を含む干渉光を検出して前記干渉光の強度信号を出力する検出手段と、前記強度信号を解析する解析手段とを備え、前記検出手段が、前記複層塗膜内のそれぞれの層または層間の界面からの反射光を含む干渉光の強度を検出して、前記複層塗膜内のそれぞれの前記層または前記層間の界面に対応する複数の強度信号の干渉波形を取得し、前記複層塗膜上の所定の領域内の複数箇所において、前記干渉波形の取得を所定の回数繰り返し実行して、複数の前記干渉波形を取得し、前記解析手段が、複数の前記干渉波形を積算して、積算された干渉波形を求め、前記積算された干渉波形において、前記光輝材層と前記ベース塗膜層との界面に対応する第1の強度信号のピークの位置を特定し、前記積算された干渉波形または積算前の複数の前記干渉波形の何れかにおいて、前記複層塗膜の周囲の空気の層と前記クリア層との界面に対応する第2の強度信号のピークの位置を特定し、前記第1の強度信号のピーク位置と前記第2の強度信号のピーク位置との間隔から、前記クリア層の膜厚と前記光輝材層の膜厚との和に相当する膜厚を計算する、膜厚測定装置である。   In order to achieve the above object, a first film thickness measuring apparatus according to the present invention is a film of a multilayer coating film, based on an interval between peaks of a plurality of intensity signals of an interference waveform obtained by optical coherence tomography. An apparatus for calculating a thickness, wherein the multilayer coating film is a coating film in which a base material layer, a base coating film layer, a bright material layer, and a clear layer are laminated in order, Multiple scattering of light is caused by the pigment material, a light source, branching means for branching light from the light source into reference light and incident light to the multilayer coating film, and reference light for adjusting the optical distance of the reference light An optical system; a reflected light optical system that causes the incident light to be incident on the multilayer coating film; and that extracts reflected light from the multilayer coating film; and the reflected light from the reflected light optical system and the reference light optics Interference means for causing interference with the reference light from the system, and interference light including the reflected light from the interference means. A detection means for outputting the intensity signal of the interference light and an analysis means for analyzing the intensity signal, the detection means reflecting each layer in the multilayer coating film or reflected light from the interface between the layers And detecting interference waveforms of a plurality of intensity signals corresponding to the respective layers in the multilayer coating film or the interface between the layers, and detecting a predetermined intensity on the multilayer coating film. The acquisition of the interference waveform is repeatedly performed a predetermined number of times at a plurality of locations in the region to acquire a plurality of the interference waveforms, and the analysis unit adds up the plurality of interference waveforms and integrates the interference waveforms. In the integrated interference waveform, the position of the peak of the first intensity signal corresponding to the interface between the glitter material layer and the base coating layer is specified, and the integrated interference waveform or the pre-integration Any one of the plurality of interference waveforms And specifying the position of the peak of the second intensity signal corresponding to the interface between the air layer around the multilayer coating and the clear layer, and the peak position of the first intensity signal and the second It is a film thickness measuring device that calculates a film thickness corresponding to the sum of the film thickness of the clear layer and the film thickness of the glitter material layer from the interval from the peak position of the intensity signal.

また、上記目的を達成するための、本発明に係る第2の膜厚測定装置は、光干渉断層法により得られる干渉波形の複数の強度信号のピーク間の間隔から、複層塗膜の膜厚を算出する装置であって、複層塗膜が、基材層と、ベース塗膜層と、光輝材層と、クリア層とを順に積層した塗膜であり、前記ベース塗膜層内の顔料物質により光の多重散乱が生じ、光源と、前記光源からの光を参照光と前記複層塗膜への入射光とに分岐する分岐手段と、前記参照光の光学距離を調整する参照光光学系と、前記入射光を前記複層塗膜へ入射させ、さらに、前記複層塗膜からの反射光を取り出す反射光光学系と、前記反射光光学系からの反射光と前記参照光光学系からの参照光とを干渉せしめる干渉手段と、前記干渉手段からの、前記反射光を含む干渉光を検出して前記干渉光の強度信号を出力する検出手段と、前記強度信号を解析する解析手段とを備え、前記検出手段が、前記複層塗膜内のそれぞれの層または層間の界面からの反射光を含む干渉光の強度を検出して、前記複層塗膜内のそれぞれの前記層または前記層間の界面に対応する複数の強度信号の干渉波形を取得し、前記複層塗膜上の所定の領域内の複数箇所において、前記干渉波形の取得を所定の回数繰り返し実行して、複数の前記干渉波形を取得し、前記解析手段が、複数の前記干渉波形を積算して、積算された干渉波形を求め、前記積算された干渉波形において、前記光輝材層と前記ベース塗膜層との界面に対応する第1の強度信号のピークの位置を特定し、積算前の前記干渉波形のそれぞれに含まれる複数の前記強度信号のそれぞれについて、前記強度信号が所定のしきい値よりも大きい干渉強度を有するか否かを判別することにより、前記クリア層と前記光輝材層との界面に対応する第3の強度信号のピークの位置を特定し、前記第1の強度信号のピーク位置と前記第3の強度信号のピーク位置との間隔から、前記光輝材層の膜厚を計算する、膜厚測定装置である。   In order to achieve the above object, the second film thickness measuring device according to the present invention is a film of a multilayer coating film from the interval between peaks of a plurality of intensity signals of an interference waveform obtained by an optical coherence tomography method. An apparatus for calculating a thickness, wherein the multilayer coating film is a coating film in which a base material layer, a base coating film layer, a bright material layer, and a clear layer are laminated in order, Multiple scattering of light is caused by the pigment material, a light source, branching means for branching light from the light source into reference light and incident light to the multilayer coating film, and reference light for adjusting the optical distance of the reference light An optical system; a reflected light optical system that causes the incident light to be incident on the multilayer coating film; and that extracts reflected light from the multilayer coating film; and the reflected light from the reflected light optical system and the reference light optics Interference means for causing interference with the reference light from the system, and interference light including the reflected light from the interference means. A detection means for outputting the intensity signal of the interference light and an analysis means for analyzing the intensity signal, the detection means reflecting each layer in the multilayer coating film or reflected light from the interface between the layers And detecting interference waveforms of a plurality of intensity signals corresponding to the respective layers in the multilayer coating film or the interface between the layers, and detecting a predetermined intensity on the multilayer coating film. The acquisition of the interference waveform is repeatedly performed a predetermined number of times at a plurality of locations in the region to acquire a plurality of the interference waveforms, and the analysis unit adds up the plurality of interference waveforms and integrates the interference waveforms. In the integrated interference waveform, the peak position of the first intensity signal corresponding to the interface between the glitter material layer and the base coating layer is specified and included in each of the interference waveforms before integration. That of a plurality of said intensity signals Accordingly, by determining whether or not the intensity signal has an interference intensity greater than a predetermined threshold value, the peak of the third intensity signal corresponding to the interface between the clear layer and the glittering material layer is obtained. It is a film thickness measuring device which specifies a position and calculates the film thickness of the glittering material layer from the interval between the peak position of the first intensity signal and the peak position of the third intensity signal.

本発明によると、光輝材を含む層を間に挟む複層塗膜の膜厚を高精度で測定することができる。特に、本発明では、干渉波形のピークの出現頻度の差に着目して、複数の干渉波形を積算しているので、干渉波形の強度に影響されず、非常に干渉強度の低い塗膜(すなわち光の反射強度が低い塗膜)であっても、精度の高い膜厚測定が可能となる。   According to the present invention, the film thickness of a multilayer coating film sandwiching a layer containing a glittering material can be measured with high accuracy. In particular, in the present invention, since a plurality of interference waveforms are integrated by paying attention to the difference in the appearance frequency of peaks of the interference waveform, the coating film having a very low interference intensity (that is, not affected by the intensity of the interference waveform (that is, Even with a coating film having a low light reflection intensity, it is possible to measure the film thickness with high accuracy.

光干渉断層法(Optical Coherence Tomography)を用いて複層塗膜の膜厚を測定する際の問題点を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the problem at the time of measuring the film thickness of a multilayer coating film using the optical coherence tomography (Optical Coherence Tomography). 本発明の実施の形態において使用する塗膜の膜厚測定装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the film thickness measuring apparatus of the coating film used in embodiment of this invention. 図2に示す膜厚測定装置を用いて複層塗膜のサンプルに対して測定を行い、検出信号を解析する例を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the example which measures with respect to the sample of a multilayer coating film using the film thickness measuring apparatus shown in FIG. 2, and analyzes a detection signal. 本発明の実施の形態に係る膜厚測定方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the film thickness measuring method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る膜厚測定方法において行うデータ処理の概念を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the concept of the data processing performed in the film thickness measuring method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る膜厚測定方法により、図1に示す複層塗膜に対して干渉波形の計測を行った結果を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the result of having measured the interference waveform with respect to the multilayer coating film shown in FIG. 1 with the film thickness measuring method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る膜厚測定の結果と電磁膜厚計による膜厚測定結果との対応関係を表すグラフである。It is a graph showing the correspondence of the result of the film thickness measurement which concerns on embodiment of this invention, and the film thickness measurement result by an electromagnetic film thickness meter.

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面において、同じ符号は同じ又は類似の構成要素を示すこととし、よって、同じ又は類似の構成要素に関する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the following description and drawings, the same reference numerals indicate the same or similar components, and thus descriptions of the same or similar components are omitted.

以下ではまず、光干渉断層法を用いて塗膜の膜厚を測定する方法を説明し、次に、本発明の一実施の形態として、図1に示す塗膜構成と同じ塗膜構成を有する複層塗膜を測定対象として、光輝材を含む層を間に挟む複層塗膜の膜厚を測定する方法について説明する。   In the following, first, a method for measuring the film thickness of a coating film using the optical coherence tomography method will be described, and then, as one embodiment of the present invention, the coating film configuration shown in FIG. 1 is the same. A method for measuring the film thickness of a multilayer coating film sandwiching a layer containing a glittering material as a measurement target will be described.

(1)光干渉断層法による膜厚測定
本発明で使用する光干渉断層法では、位置分解能が高く、塗膜に対する透過性が高い近赤外線を測定光の好ましい光源とし、光源から2つに分岐された一方の測定系光路の光線を塗膜に照射し、他方の参照系光路の光線を参照光とし、少なくとも参照系光路の光学距離を制御しながら、2つの光路の光学距離が一致したときに生じる、塗膜からの反射光と参照光との重ね合わせによる干渉光を測定することにより、塗膜の膜厚を測定する。
(1) Film thickness measurement by optical coherence tomography In the optical coherence tomography method used in the present invention, near infrared light having a high position resolution and high transparency to the coating film is used as a preferred light source for measurement light, and the light source is branched into two. When the optical distance between the two optical paths coincides while irradiating the light beam of one measurement system optical path to the coating film and using the light beam of the other reference system optical path as the reference light and controlling at least the optical distance of the reference system optical path The film thickness of the coating film is measured by measuring the interference light generated by superimposing the reflected light from the coating film and the reference light.

本発明では光の干渉現象を利用するので、光が通過する距離を波長単位で評価することが必要である。本発明では、光は異なる媒質中(空気、塗膜中の各層)を通過するので波長が変化する。従って、本明細書において「距離」とは、特別な記載が無い限り、媒質の屈折率を考慮した「光学距離」を意味することとする。   In the present invention, since the light interference phenomenon is used, it is necessary to evaluate the distance that the light passes in wavelength units. In the present invention, since the light passes through different media (air, each layer in the coating film), the wavelength changes. Accordingly, in this specification, “distance” means “optical distance” in consideration of the refractive index of the medium unless otherwise specified.

(1−1)装置構成
図2は、本発明の実施の形態において使用する塗膜の膜厚測定装置の概略構成を示すブロック図である。
(1-1) Apparatus Configuration FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a coating film thickness measuring apparatus used in the embodiment of the present invention.

本実施の形態において使用する塗膜の膜厚測定装置は、マイケルソン干渉計の原理を用いるOCT(Optical Coherence Tomography:光干渉断層法)を採用し、光源部と、光源部からの光を用いて干渉を生じさせる第1光学部と、塗膜のサンプルに光を照射し、サンプルからの反射光を第1光学部に入射させる第2光学部と、参照光を制御する第3光学部と、干渉光を受光して増幅する受光増幅部と、増幅の結果を記録して解析する解析部とを備えて構成される。   The coating thickness measuring apparatus used in this embodiment employs OCT (Optical Coherence Tomography) using the principle of Michelson interferometer, and uses light from the light source and the light source. A first optical unit that causes interference, a second optical unit that irradiates the sample of the coating film with light and makes reflected light from the sample enter the first optical unit, and a third optical unit that controls the reference light And a light receiving and amplifying unit that receives and amplifies the interference light, and an analysis unit that records and analyzes the result of the amplification.

より具体的には、膜厚測定装置は、光源1と、ビームスプリッタ2と、集束レンズ3と、位置可変機構付き交差ミラー5と、固定ミラー6と、受光センサ7と、増幅器8と、コンピュータ9とを備える。ビームスプリッタ2は、光源1で発生させた光を入射光と参照光とに分岐し、後述の反射光と参照光とを重ね合わせ、干渉を生じさせる。集束レンズ3は、入射光を集束させてサンプル4に照射し、サンプル4からの反射光をビームスプリッタ2に戻させる。位置可変機構付き交差ミラー5は、参照光の光学距離を変化させ、且つ、参照光をビームスプリッタ2に戻させる。位置可変機構付き交差ミラー5の移動距離(物理距離)は、公知のインタフェースを介してコンピュータ9に送信される。固定ミラー6は、位置可変機構付き交差ミラー5に固定されているミラーである。受光センサ7は干渉光を受光する。増幅器8は受光センサ7の出力信号を増幅する。コンピュータ9は増幅した信号を解析する。   More specifically, the film thickness measuring apparatus includes a light source 1, a beam splitter 2, a focusing lens 3, a cross mirror 5 with a position variable mechanism, a fixed mirror 6, a light receiving sensor 7, an amplifier 8, and a computer. 9. The beam splitter 2 branches the light generated by the light source 1 into incident light and reference light, and superimposes reflected light and reference light described later to cause interference. The focusing lens 3 focuses the incident light and irradiates the sample 4, and returns the reflected light from the sample 4 to the beam splitter 2. The cross mirror 5 with a position variable mechanism changes the optical distance of the reference light and returns the reference light to the beam splitter 2. The moving distance (physical distance) of the crossing mirror 5 with a position variable mechanism is transmitted to the computer 9 via a known interface. The fixed mirror 6 is a mirror fixed to the intersecting mirror 5 with a position variable mechanism. The light receiving sensor 7 receives the interference light. The amplifier 8 amplifies the output signal of the light receiving sensor 7. The computer 9 analyzes the amplified signal.

本実施の形態では、ビームスプリッタ2が第1光学部に相当し、集束レンズ3が第2光学部に相当し、位置可変機構付き交差ミラー5および固定ミラー6が第3光学部に相当し、受光センサ7および増幅器8が受光増幅部に相当し、コンピュータ9が解析部に相当する。   In the present embodiment, the beam splitter 2 corresponds to the first optical unit, the focusing lens 3 corresponds to the second optical unit, the intersecting mirror 5 with a position variable mechanism and the fixed mirror 6 correspond to the third optical unit, The light receiving sensor 7 and the amplifier 8 correspond to a light receiving amplification unit, and the computer 9 corresponds to an analysis unit.

なお、後述するように、本実施形態では、本膜厚測定装置は持ち運び可能なポータブル測定器として実現され、複層塗膜表面の複数の箇所について測定(多点計測)を行う。測定者がサンプル4に対して膜厚測定装置を小刻みに移動させ、コンピュータ9が膜厚測定装置の各部の動作を制御することにより、膜厚測定の一連の手順が実行される。   As will be described later, in the present embodiment, the film thickness measuring device is realized as a portable portable measuring instrument, and performs measurement (multi-point measurement) at a plurality of locations on the surface of the multilayer coating film. A measurer moves the film thickness measuring device in small increments with respect to the sample 4, and the computer 9 controls the operation of each part of the film thickness measuring device, whereby a series of steps of film thickness measurement is executed.

(1−2)装置の動作
図2に示す膜厚測定装置の動作の一例を説明する。なお、ここでは装置の動作を説明することを意図しているので、説明を簡単にするために、サンプル4の複層塗膜は、光輝材を含む層を間に挟んでいない態様を例として説明する。
(1-2) Operation of Apparatus An example of the operation of the film thickness measuring apparatus shown in FIG. 2 will be described. Here, since the operation of the apparatus is intended to be described, in order to simplify the description, the multilayer coating film of sample 4 is an example in which a layer including a glittering material is not sandwiched therebetween. explain.

サンプル4は、例えば被塗物D上に塗膜層A〜Cの3層で形成された複層塗膜(図3(A))であり、所定の台(図示せず)に載置されている。光源1であるSLD(Super Luminescent Diode)から発せられた光は、ビームスプリッタ2によって、直進する参照光と進行方向が変更された入射光とに分岐される。入射光は、集束レンズ3によってサンプル4に入射し、サンプル4からの反射光はまた、集束レンズ3を介してビームスプリッタ2に入射する。一方、位置可変機構付き交差ミラー5は、図2に矢印Xで示す方向に例えば左から右へ移動させられながら、すなわち、参照光の光学距離を変化させながら、参照光の方向を変更して参照光をビームスプリッタ2に入射させる。このとき、ビームスプリッタ2において、サンプル4からの反射光と位置可変機構付き交差ミラー5からの参照光とが重なり合い、干渉が生じる。このように形成された干渉光は、受光センサ7によって受光される。増幅器8は受光センサ9の出力を増幅し、コンピュータ9は、増幅器8の出力を解析して、塗膜の膜厚を後述する方法で算出する。   Sample 4 is a multilayer coating film (FIG. 3A) formed of, for example, three coating film layers A to C on an object D to be coated, and is placed on a predetermined table (not shown). ing. Light emitted from an SLD (Super Luminescent Diode) that is the light source 1 is branched by the beam splitter 2 into reference light that travels straight and incident light whose traveling direction has been changed. Incident light is incident on the sample 4 by the focusing lens 3, and reflected light from the sample 4 is also incident on the beam splitter 2 via the focusing lens 3. On the other hand, the crossing mirror 5 with a variable position mechanism changes the direction of the reference light while being moved, for example, from the left to the right in the direction indicated by the arrow X in FIG. 2, that is, while changing the optical distance of the reference light. Reference light is incident on the beam splitter 2. At this time, in the beam splitter 2, the reflected light from the sample 4 and the reference light from the intersecting mirror 5 with a position variable mechanism overlap each other, causing interference. The interference light thus formed is received by the light receiving sensor 7. The amplifier 8 amplifies the output of the light receiving sensor 9, and the computer 9 analyzes the output of the amplifier 8 and calculates the film thickness of the coating film by a method described later.

上記した位置可変機構付き交差ミラー5を移動する理由、すなわち位置可変機構付き交差ミラー5の位置を走査する理由は、参照光の光学距離を変化させるためである。ビームスプリッタ2においてサンプル4からの反射光と重ね合う際に、参照光は、その光学距離に応じたサンプル4の深さ方向の、所定の距離からの反射光と干渉を生じる。すなわち、参照光の光学距離と入射光および反射光の光学距離とが等しいときに、干渉光の強度が増大する。   The reason for moving the cross mirror 5 with the position variable mechanism, that is, the reason for scanning the position of the cross mirror 5 with the position variable mechanism is to change the optical distance of the reference light. When the beam splitter 2 overlaps the reflected light from the sample 4, the reference light interferes with the reflected light from a predetermined distance in the depth direction of the sample 4 according to the optical distance. That is, the intensity of the interference light increases when the optical distance of the reference light is equal to the optical distances of the incident light and the reflected light.

例えば、まず、図2に示す配置において、ビームスプリッタ2から位置可変機構付き交差ミラー5を介した固定ミラー6までの距離を、ビームスプリッタ2からサンプル4の表面までの距離と同じ距離に設定する。次に、この状態から、位置可変機構付き交差ミラー5を右へ、第1層である塗膜層Aの厚さほど移動させると、参照光は、塗膜層Aの底面の界面で生じた反射光と干渉を生じる。   For example, first, in the arrangement shown in FIG. 2, the distance from the beam splitter 2 to the fixed mirror 6 via the crossing mirror 5 with a position variable mechanism is set to the same distance as the distance from the beam splitter 2 to the surface of the sample 4. . Next, from this state, when the cross mirror 5 with a position variable mechanism is moved to the right by the thickness of the coating layer A which is the first layer, the reference light is reflected at the interface of the bottom surface of the coating layer A. Causes interference with light.

従って、塗膜層Aの膜厚を計測するには、位置可変機構付き交差ミラー5の位置を最小でも、塗膜層Aの全体の厚さほど走査(スキャン)する必要がある。   Therefore, in order to measure the film thickness of the coating layer A, it is necessary to scan the entire thickness of the coating layer A even if the position of the intersecting mirror 5 with the position variable mechanism is at a minimum.

本膜厚測定装置を安価で簡便なポータブルな装置として実現する場合は、例えばTD(Time Domain)法と組み合わせて装置を構成する。TD法の場合、参照ミラーである交差ミラー5を一定速度で移動し、参照系光路の光学距離と測定系光路の光学距離とが一致した位置で起こる干渉を観察し、干渉光すなわち反射光の時間軸の情報を得る。反射光は時間軸に沿って並ぶ(後述する図3(B)の横軸が時間軸になる)ので、得られた反射光の数から塗膜の枚数情報を得る。さらに、時間軸の情報から距離情報を得る。すなわち、時間軸の情報を、参照ミラーの移動した物理距離に変換し、さらに光学距離に変換し、さらに膜の物理距離に変換することで、複層膜間の物理距離(膜厚)を得ることができる。例えば、最表面との干渉を測定した時間をt0として、走査速度を一定のvとすると、時間t1で測定した次の界面までの参照ミラーの移動距離Zは、Z=(t1−t0)/vで求めることができる。   When this film thickness measuring apparatus is realized as an inexpensive and simple portable apparatus, the apparatus is configured in combination with, for example, a TD (Time Domain) method. In the case of the TD method, the crossing mirror 5 which is a reference mirror is moved at a constant speed, and interference occurring at a position where the optical distance of the reference system optical path coincides with the optical distance of the measurement system optical path is observed. Get time-axis information. Since the reflected light is arranged along the time axis (the horizontal axis in FIG. 3B described later becomes the time axis), the number information of the coating films is obtained from the number of the obtained reflected lights. Further, distance information is obtained from time-axis information. That is, the information on the time axis is converted into the physical distance moved by the reference mirror, further converted into the optical distance, and further converted into the physical distance of the film, thereby obtaining the physical distance (film thickness) between the multilayer films. be able to. For example, if the time when the interference with the outermost surface is measured is t0 and the scanning speed is constant v, the moving distance Z of the reference mirror to the next interface measured at time t1 is Z = (t1−t0) / It can be obtained by v.

(1−3)膜厚測定方法
図2に示す膜厚測定装置を使用して得られる典型的な測定結果に基づいて、複層塗膜の膜厚測定方法を説明する。なお、以下の説明では、説明を簡単にするためにサンプルの一箇所を測定する場合を説明するが、後述するように本実施形態では、膜厚測定装置は、サンプル上の所定の範囲内の複数箇所において反射光を測定する。塗膜の複数箇所を線状にまたは平面的に測定するために、本膜厚測定装置は持ち運び可能なポータブル測定器として実現されている。
(1-3) Film thickness measuring method The film thickness measuring method of a multilayer coating film is demonstrated based on the typical measurement result obtained using the film thickness measuring apparatus shown in FIG. In the following description, a case where one part of a sample is measured will be described for the sake of simplicity. However, in the present embodiment, as described later, the film thickness measuring device is within a predetermined range on the sample. Measure reflected light at multiple locations. In order to measure a plurality of portions of the coating film linearly or planarly, the film thickness measuring apparatus is realized as a portable portable measuring instrument.

図3は、図2に示す膜厚測定装置を用いて複層塗膜のサンプルに対して測定を行い、検出信号を解析する例を説明する模式図である。図中、(A)は塗膜層A〜Cからなる複層塗膜のサンプルを示し、(B)は干渉光強度と光学距離との関係表すプロファイルを示している。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an example in which a sample of a multilayer coating film is measured using the film thickness measuring apparatus shown in FIG. 2 and a detection signal is analyzed. In the figure, (A) shows a sample of a multilayer coating film composed of coating film layers A to C, and (B) shows a profile representing the relationship between interference light intensity and optical distance.

サンプル中の隣接する各層間の屈折率が異なるため、図2に示す光源1からサンプルに測定用の光(測定光)を照射すると、測定光はサンプルの各層の上面で反射されて、反射光a、b、c、dを生じる。   Since the refractive index between adjacent layers in the sample is different, when the sample is irradiated with measurement light (measurement light) from the light source 1 shown in FIG. 2, the measurement light is reflected on the upper surface of each layer of the sample and reflected light is reflected. a, b, c, d are generated.

これらの反射光のそれぞれは、干渉が生じるように調整された光学距離を持つ参照光と干渉し強め合い、受光センサ7によって受光されて、図3(B)に示す4つのピーク信号が得られる。ここで、図3(B)の横軸は、得られた干渉光間の光学距離を表し、縦軸は、受光した干渉光の強度を表している。図3(B)においてピーク信号に付した参照符号a〜dは、図3(A)における反射光a〜dに対応する。図3(B)に示すように、4つのピーク信号a〜dで規定される3つのピーク間の間隔のうち、ピーク信号a〜b間の間隔が、反射光a、bを生じた膜の膜厚(すなわち塗膜層Aの膜厚)に相当し、ピーク信号b〜c間の間隔が、反射光b、cを生じた膜の膜厚(すなわち塗膜層Bの厚さ)に相当し、ピーク信号c〜d間の間隔が、反射光c、dを生じた膜の膜厚(すなわち塗膜層Cの厚さ)に相当する。   Each of these reflected lights interferes with and strengthens the reference light having an optical distance adjusted to cause interference, and is received by the light receiving sensor 7 to obtain the four peak signals shown in FIG. . Here, the horizontal axis of FIG. 3B represents the optical distance between the obtained interference lights, and the vertical axis represents the intensity of the received interference light. Reference numerals a to d attached to the peak signal in FIG. 3B correspond to the reflected lights a to d in FIG. As shown in FIG. 3B, among the intervals between the three peaks defined by the four peak signals a to d, the interval between the peak signals a and b is that of the film that generates the reflected lights a and b. It corresponds to the film thickness (that is, the film thickness of the coating film layer A), and the interval between the peak signals b to c corresponds to the film thickness of the film that generates the reflected lights b and c (that is, the thickness of the coating film layer B). The interval between the peak signals c to d corresponds to the film thickness (that is, the thickness of the coating film layer C) of the film that generates the reflected lights c and d.

このようにして得られた干渉光の強度と光学距離との関係図(プロファイル)を参照して、測定されたピーク(シグナル)の個数から複層塗膜の層の数が分かり、ピーク間の間隔からそれらの層の相対的な厚さが分かる。   With reference to the relationship diagram (profile) between the intensity of interference light and the optical distance obtained in this way, the number of layers of the multi-layer coating film can be determined from the number of measured peaks (signals). The relative thickness of the layers can be seen from the spacing.

複層塗膜における個々の膜の実際の物理的な厚さTは、下記の式1および式2により求めることができる。   The actual physical thickness T of each film in the multilayer coating film can be obtained by the following formulas 1 and 2.

膜の厚さT = 光学距離L / 屈折率n (式1)
光学距離L = Z×n (式2)
ここで、Zは膜の厚さTを得るのに位置可変機構付き交差ミラー5が移動した物理距離であり、nは空気の屈折率であり、nは膜の屈折率である。図3(B)に示すピーク間の間隔が各層の光学距離に相当する。ピーク間の間隔とは、言い換えると、隣接するピーク間において、ピークを得るのに要した位置可変機構付き交差ミラー5の移動距離(光学距離)である。このようにして、複層塗膜の各層の厚さを計算することができる。
Film thickness T = Optical distance L / Refractive index n (Formula 1)
Optical distance L = Z × n * (Formula 2)
Here, Z is a physical distance traveled by the cross mirror 5 with a position variable mechanism to obtain the film thickness T, n * is the refractive index of air, and n is the refractive index of the film. The interval between peaks shown in FIG. 3B corresponds to the optical distance of each layer. In other words, the interval between peaks is the moving distance (optical distance) of the cross mirror 5 with a position variable mechanism required to obtain a peak between adjacent peaks. In this way, the thickness of each layer of the multilayer coating can be calculated.

なお、膜厚の測定に使用する光源として、780nm以下の波長(可視光)では、水分等の不純物による吸収や散乱の影響を受ける場合があるので好ましくない。一方、3000nm以上の波長では、膜厚測定装置の空間分解能が、塗膜の層間を分離して検出するために必要な距離よりも大きくなってしまうので、複層塗膜を正確に解析できない。このような空間分解能および透過率の配慮から、本願発明において使用する光源は、波長が780nm〜3000nmの範囲内、好ましくは1300nm〜2000nmの範囲内の近赤外線である。   Note that, as a light source used for measuring the film thickness, a wavelength of 780 nm or less (visible light) is not preferable because it may be affected by absorption and scattering due to impurities such as moisture. On the other hand, at a wavelength of 3000 nm or more, the spatial resolution of the film thickness measuring device becomes larger than the distance necessary for separating and detecting the layers of the coating film, so that the multilayer coating film cannot be analyzed accurately. In consideration of such spatial resolution and transmittance, the light source used in the present invention is near infrared light having a wavelength in the range of 780 nm to 3000 nm, preferably in the range of 1300 nm to 2000 nm.

(2)複層塗膜が光輝材を含む層を間に挟む場合の膜厚測定
次に、上記説明した光干渉断層法による膜厚測定の方法を踏まえて、複層塗膜が光輝材を含む層を間に挟む場合の膜厚測定方法を説明する。
(2) Film thickness measurement when the multilayer coating film sandwiches the layer containing the glittering material Next, based on the above-described method of measuring the film thickness by the optical coherence tomography method, the multilayer coating film becomes the glittering material. A method for measuring a film thickness in the case where a layer including the layer is interposed will be described.

図1を参照して説明したように、複層塗膜が光輝材を含む層を間に挟む場合には、入射光であるOCT光が、アルミフレーク101によって反射せずにアルミベース層と下色ベース層との界面cまたは下色ベース層内で反射するケース(I)と、アルミフレーク101によって反射するケース(II)との両方のケースがあり、測定により実際に得られる干渉波形には、符号102および103で示すこれらケース(I)およびケース(II)の両方の干渉波形が混在するので、各層間の界面を特定することが困難となり、正しい膜厚を測定することが困難であった。本願発明では、測定により得られた干渉波形のデータを積算することにより、この干渉波形が混在することで生じる問題、すなわち、界面bおよび界面cを特定することができなかったという問題を解決している。   As described with reference to FIG. 1, when the multilayer coating film sandwiches the layer containing the glittering material, the OCT light that is incident light is not reflected by the aluminum flakes 101 and is not reflected by the aluminum base layer. There are both cases (I) of reflecting in the interface c with the color base layer or the lower color base layer and cases (II) of reflecting by the aluminum flakes 101. The interference waveform actually obtained by measurement is as follows. Since the interference waveforms in both cases (I) and (II) indicated by reference numerals 102 and 103 are mixed, it is difficult to specify the interface between the layers, and it is difficult to measure the correct film thickness. It was. In the present invention, by integrating the data of the interference waveform obtained by the measurement, the problem caused by mixing of the interference waveforms, that is, the problem that the interface b and the interface c could not be specified is solved. ing.

(2−1)測定方法の概要
図4は、本発明の実施の形態に係る膜厚測定方法の手順を示すフローチャートである。
(2-1) Outline of Measurement Method FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the film thickness measurement method according to the embodiment of the present invention.

測定方法の概要について、図4のフローチャートを参照して説明する。まず、ステップS1において、塗膜上の一箇所において干渉波形の測定を行い、複層塗膜内の界面a〜cにそれぞれ対応する強度ピークを有する干渉波形を得る。次に、ステップS2において、このようなステップS1の干渉波形の取得を、塗膜上の複数箇所において行い、ステップS3において、このような多点計測により得た複数の干渉波形を積算(S3)する。次に、ステップS4において、光輝材層とベース塗膜層との界面cに対応する干渉波形の強度ピークの位置を特定し、ステップS5において、塗膜表面の空気層とクリア層との界面aに対応する干渉波形の強度ピークの位置を特定する。そして、これら特定した界面aおよび界面cにそれぞれ対応する強度ピーク間の間隔から、ステップS6において、界面a〜c間に対応する、クリア層の膜厚と光輝材層の膜厚との和に相当する膜厚を計算する。   An outline of the measurement method will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S1, an interference waveform is measured at one location on the coating film, and interference waveforms having intensity peaks respectively corresponding to the interfaces a to c in the multilayer coating film are obtained. Next, in step S2, such interference waveform acquisition in step S1 is performed at a plurality of locations on the coating film, and in step S3, a plurality of interference waveforms obtained by such multipoint measurement are integrated (S3). To do. Next, in step S4, the position of the intensity peak of the interference waveform corresponding to the interface c between the glitter material layer and the base coating film layer is specified, and in step S5, the interface a between the air layer and the clear layer on the coating film surface. The position of the intensity peak of the interference waveform corresponding to is specified. Then, from the intervals between the intensity peaks respectively corresponding to the specified interface a and interface c, in step S6, the sum of the film thickness of the clear layer and the film thickness of the glittering material layer corresponding to the interface a to c is obtained. Calculate the corresponding film thickness.

図5は、本発明の実施の形態に係る膜厚測定方法において行うデータ処理の概念を説明する模式図である。   FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the concept of data processing performed in the film thickness measuring method according to the embodiment of the present invention.

塗膜上の任意の一点での干渉波形の計測結果(ステップS1)の一例は、図5(A)に示す通りである。本願発明では、図5(B)に示すように、塗膜上の所定の範囲内(例えば、1cm)で干渉波形の複数回の測定(多点計測)を行い(ステップS2)、この複数の計測により得られた複数の干渉波形を積算する(ステップS3)ことで、精度の高い膜厚測定を実現する。図5(C)に多点計測の計測結果の一例を示す。 An example of the measurement result (step S1) of the interference waveform at an arbitrary point on the coating film is as shown in FIG. In the present invention, as shown in FIG. 5B, the interference waveform is measured a plurality of times (multi-point measurement) within a predetermined range (for example, 1 cm 2 ) on the coating film (step S2). Accurate film thickness measurement is realized by integrating a plurality of interference waveforms obtained by the above measurement (step S3). FIG. 5C shows an example of the measurement result of multipoint measurement.

図5(C)に示すグラフでは、干渉波形のピークの位置を縦軸にプロットしている。すなわち、図5(C)のグラフの縦軸は図5(A)のグラフの横軸(光学距離)に対応し、図5(C)のグラフの横軸は、多点計測により干渉波形の測定を行った塗膜上の点の数に対応する。図5(B)に示すように、持ち運び可能な膜厚測定装置を測定者が一定の速度で移動させて多点計測を行う場合、図5(C)のグラフの横軸は時間軸に対応するともいえる。   In the graph shown in FIG. 5C, the peak position of the interference waveform is plotted on the vertical axis. That is, the vertical axis of the graph of FIG. 5C corresponds to the horizontal axis (optical distance) of the graph of FIG. 5A, and the horizontal axis of the graph of FIG. Corresponds to the number of points on the film where the measurements were made. As shown in FIG. 5 (B), when the measurer moves the portable film thickness measuring device at a constant speed and performs multipoint measurement, the horizontal axis of the graph of FIG. 5 (C) corresponds to the time axis. I can say that.

図1または図5(B)に示すように、空気の層と透明なクリア層CCとの界面をa、クリア層CCとアルミベース層との界面をb、アルミベース層と下色ベース層との界面をc、下色ベース層と基材層との界面をdと表すと、図5(C)中の符号41で示すラインが界面aに対応し、符号42で示すラインが界面bに対応し、符号43で示すラインが界面cに対応する。すなわち、図5(C)のグラフ中でこれらライン41〜43のそれぞれの位置を特定すれば、ピーク間の間隔から、クリア層CCの膜厚と、アルミベース層の膜厚とをそれぞれ個別に算出することができる。   As shown in FIG. 1 or FIG. 5B, the interface between the air layer and the transparent clear layer CC is a, the interface between the clear layer CC and the aluminum base layer is b, the aluminum base layer and the undercolor base layer are 5 represents the interface between the lower color base layer and the base material layer, and the line denoted by reference numeral 41 in FIG. 5C corresponds to the interface a, and the line denoted by reference numeral 42 corresponds to the interface b. Correspondingly, a line indicated by reference numeral 43 corresponds to the interface c. That is, if the positions of these lines 41 to 43 are specified in the graph of FIG. 5C, the film thickness of the clear layer CC and the film thickness of the aluminum base layer are individually determined from the intervals between the peaks. Can be calculated.

このうち、ライン41に相当する界面aの位置については、塗膜が平坦である限り、空気の層とクリア層CCとの界面aでの干渉波形のピーク位置は多点計測を通じて一定であるので、これにより界面aの位置を特定することができる。したがって、ライン42およびライン43のうち、ライン43の位置を特定すれば、クリア層CC+アルミベース層の膜厚を算出することができ、後述する本願発明の変形例として説明するように、さらにライン42の位置を特定すれば、クリア層CCの膜厚とアルミベース層の膜厚とをそれぞれ個別に算出することができる。なお、図5(A)中、クリア層CCとアルミベース層との界面bには干渉波形のピークが現れていない。その理由は、これらの層の屈折率の差が小さく、OCT光の干渉が実質的に無視できる大きさであるからである。   Among these, as for the position of the interface a corresponding to the line 41, as long as the coating film is flat, the peak position of the interference waveform at the interface a between the air layer and the clear layer CC is constant through multipoint measurement. Thereby, the position of the interface a can be specified. Therefore, if the position of the line 43 is specified among the lines 42 and 43, the film thickness of the clear layer CC + the aluminum base layer can be calculated. If the position 42 is specified, the film thickness of the clear layer CC and the film thickness of the aluminum base layer can be calculated individually. In FIG. 5A, the peak of the interference waveform does not appear at the interface b between the clear layer CC and the aluminum base layer. The reason is that the difference in refractive index between these layers is small, and the interference of OCT light is substantially negligible.

図5(C)を参照すると、複層塗膜の断面構造(断面イメージ)が可視化されていることを理解することができる。ライン41とライン42との間の領域はクリア層CCに相当し、この領域には干渉波形のピークの位置がプロットされていない。これは、クリア層CC内に欠陥や不純物が無いことを意味する。   Referring to FIG. 5C, it can be understood that the cross-sectional structure (cross-sectional image) of the multilayer coating film is visualized. The area between the line 41 and the line 42 corresponds to the clear layer CC, and the peak position of the interference waveform is not plotted in this area. This means that there are no defects or impurities in the clear layer CC.

ライン42とライン43との間の領域はアルミベース層に相当し、この領域では、干渉波形のピークの位置がランダムに分布している。これは、アルミベース層内においてアルミフレーク101がランダムに分布していること(図1の符号103)を表している。また、プロット(点)の数もライン43以下の領域と比較して少ない。これは、後述する下色ベース層内において、OCT光の多重散乱が生じているためである。また、アルミフレークの濃度も比較的低く、参考に、本実施形態では、アルミフレークの濃度は約0.1phr(Per Hundred Resin:重量部)〜3phr程度である。   A region between the line 42 and the line 43 corresponds to an aluminum base layer, and in this region, the peak positions of the interference waveform are randomly distributed. This indicates that the aluminum flakes 101 are randomly distributed in the aluminum base layer (reference numeral 103 in FIG. 1). Also, the number of plots (points) is small compared to the area below the line 43. This is because multiple scattering of OCT light occurs in the undercolor base layer described later. The concentration of aluminum flakes is also relatively low. For reference, in the present embodiment, the concentration of aluminum flakes is about 0.1 phr (Per Hundred Resin: part by weight) to about 3 phr.

ライン43以下の領域は下色ベース層および基材層に相当し、この領域でも、干渉波形のピークの位置がランダムに分布している。しかし、アルミベース層に相当する領域と比較して、プロット(点)の数は多い。測定データから得られるこれらの事実は、下色ベース層内に顔料として含まれている二酸化チタンによって、OCT光が多重散乱していること(図1の符号102)を表している。   The area below the line 43 corresponds to the lower color base layer and the base material layer, and the peak positions of the interference waveform are also randomly distributed in this area. However, the number of plots (points) is large compared to the region corresponding to the aluminum base layer. These facts obtained from the measurement data indicate that the OCT light is multiply scattered by the titanium dioxide contained as a pigment in the undercolor base layer (reference numeral 102 in FIG. 1).

(2−2)各層間の界面の決定手順
図5(C)のグラフ中に示すライン42およびライン43の位置を特定する手順について説明する。前述の通り、界面aでの干渉波形のピーク位置は多点計測を通じて一定であるので、ライン41の位置(すなわち界面a)についてはこれにより特定することができる。
(2-2) Procedure for Determining Interface between Each Layer A procedure for specifying the positions of the lines 42 and 43 shown in the graph of FIG. 5C will be described. As described above, since the peak position of the interference waveform at the interface a is constant throughout the multipoint measurement, the position of the line 41 (that is, the interface a) can be specified by this.

界面cに相当するライン43の位置を特定する態様について説明する。本実施形態では、多点計測により得られた複数の干渉波形を積算することにより、界面cの位置を特定する。下色ベース層内においてOCT光の多重散乱が生じているか、或いは、アルミベース層に含まれているアルミフレーク101の濃度が、下色ベース層の二酸化チタンの濃度よりも低いと、アルミフレーク101によって反射する頻度が相対的に低く、二酸化チタンによって反射する頻度が相対的に高くなる。したがって、アルミフレーク101の反射による干渉強度が二酸化チタンによる干渉強度よりも相対的に高くとも、二酸化チタンによって反射する頻度が支配的であるので、多点計測により得られた複数の干渉波形を積算すると、積算後の干渉波形では、二酸化チタンを含む下色ベース層内での反射(I)が支配的となる。   A mode for specifying the position of the line 43 corresponding to the interface c will be described. In the present embodiment, the position of the interface c is specified by integrating a plurality of interference waveforms obtained by multipoint measurement. If multiple scattering of OCT light occurs in the lower color base layer or the concentration of the aluminum flake 101 contained in the aluminum base layer is lower than the concentration of titanium dioxide in the lower color base layer, the aluminum flake 101 The frequency of reflection is relatively low, and the frequency of reflection by titanium dioxide is relatively high. Therefore, even if the interference intensity due to the reflection of the aluminum flake 101 is relatively higher than the interference intensity due to the titanium dioxide, the frequency of reflection by the titanium dioxide is dominant. Therefore, a plurality of interference waveforms obtained by multipoint measurement are integrated. Then, in the interference waveform after integration, reflection (I) in the lower color base layer containing titanium dioxide becomes dominant.

図6は、本発明の実施の形態に係る膜厚測定方法により、図1に示す複層塗膜に対して干渉波形の計測を行った結果を示す模式図である。図6(A)は、複層塗膜上の任意の一点での干渉波形の計測結果を表す模式図であり、図6(B)は、複層塗膜上の所定の範囲内で干渉波形の多点計測(例えば、200点)を行い、得られた複数の干渉波形を積算した結果を表す模式図である。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the result of measuring the interference waveform for the multilayer coating film shown in FIG. 1 by the film thickness measurement method according to the embodiment of the present invention. FIG. 6A is a schematic diagram showing a measurement result of an interference waveform at an arbitrary point on the multilayer coating film, and FIG. 6B is an interference waveform within a predetermined range on the multilayer coating film. It is a schematic diagram showing the result of having performed multipoint measurement (for example, 200 points) and integrating a plurality of obtained interference waveforms.

図6(A)に示すように、計測結果には、入射光であるOCT光が、アルミフレーク101によって反射せずにアルミベース層と下色ベース層との界面cまたは下色ベース層内で反射するケース(I)と、アルミフレーク101によって反射するケース(II)との両方のケースの干渉波形が混在している。図6(A)に符号(I)で示す干渉波形が、図1のケース(I)に相当する干渉波形であり、符号(II)で示す干渉波形が、図1のケース(II)に相当する干渉波形である。   As shown in FIG. 6A, the measurement result shows that the OCT light, which is incident light, is not reflected by the aluminum flakes 101, but at the interface c between the aluminum base layer and the lower color base layer or in the lower color base layer. The interference waveforms of both the case (I) that reflects and the case (II) that reflects by the aluminum flake 101 are mixed. The interference waveform indicated by symbol (I) in FIG. 6A is an interference waveform corresponding to case (I) in FIG. 1, and the interference waveform indicated by symbol (II) is equivalent to case (II) in FIG. It is an interference waveform.

ここで、図5(C)を参照して説明したように、多点計測を行った場合、アルミベース層に相当する領域では、プロットの数は、下色ベース層に相当する領域でのプロットの数と比較して少ない。これに対して、下色ベース層に相当する領域では、OCT光が多重散乱することによる影響により、プロットの数は、アルミベース層に相当する領域でのプロットの数と比較して多い。これはすなわち、下色ベース層内においてOCT光の多重散乱が生じているか、或いは、アルミフレークの濃度が0.9phrと比較的低い場合には、アルミベース層内でアルミフレークによって反射する頻度が低く、下色ベース層内で二酸化チタンによって反射する頻度が高いことを意味している。   Here, as described with reference to FIG. 5C, when multipoint measurement is performed, in the region corresponding to the aluminum base layer, the number of plots is plotted in the region corresponding to the undercolor base layer. Less than the number of. On the other hand, in the region corresponding to the undercolor base layer, the number of plots is larger than the number of plots in the region corresponding to the aluminum base layer due to the influence of multiple scattering of the OCT light. That is, when multiple scattering of OCT light occurs in the lower color base layer, or when the concentration of aluminum flakes is relatively low at 0.9 phr, the frequency of reflection by aluminum flakes in the aluminum base layer is low. Low, meaning that the frequency of reflection by titanium dioxide in the undercolor base layer is high.

したがって、このような頻度の違いに着目して図6(B)に示す干渉波形の積算結果を参照すると、頻度の高い下色ベース層内での反射(I)が支配的であることから、図中の符号51で示す積算後の干渉波形の強度ピークが、ケース(I)の反射、すなわち、アルミベース層と下色ベース層との界面cに相当するといえる。したがって、この符号51で示す強度ピークの位置がライン43の位置(すなわち界面c)に対応する。   Therefore, when focusing on such a frequency difference and referring to the integration result of the interference waveform shown in FIG. 6 (B), the reflection (I) in the undercolor base layer having a high frequency is dominant. It can be said that the intensity peak of the interference waveform after integration indicated by reference numeral 51 in the drawing corresponds to the reflection in case (I), that is, the interface c between the aluminum base layer and the undercolor base layer. Therefore, the position of the intensity peak indicated by the reference numeral 51 corresponds to the position of the line 43 (that is, the interface c).

これにより、ライン41の位置については既に特定されているので、ライン41に対応する界面aの干渉ピークの位置とライン43に対応する界面cの干渉ピークの位置との間の間隔から、界面a〜界面c間に対応するクリア層CC+アルミベース層の膜厚を算出することができる。   Thereby, since the position of the line 41 has already been specified, the interface a is determined from the interval between the position of the interference peak of the interface a corresponding to the line 41 and the position of the interference peak of the interface c corresponding to the line 43. The film thickness of the clear layer CC + aluminum base layer corresponding to between the interfaces c can be calculated.

図7は、本発明の実施の形態に係る膜厚測定の結果と電磁膜厚計による膜厚測定結果との対応関係を表すグラフである。グラフ中、本願発明により得られた膜厚の測定値をグラフの縦軸にプロットし、電磁膜厚計により得られた膜厚の測定値をグラフの横軸にプロットしている。   FIG. 7 is a graph showing a correspondence relationship between the film thickness measurement result and the film thickness measurement result obtained by the electromagnetic film thickness meter according to the embodiment of the present invention. In the graph, the measured value of the film thickness obtained by the present invention is plotted on the vertical axis of the graph, and the measured value of the film thickness obtained by the electromagnetic film thickness meter is plotted on the horizontal axis of the graph.

図7のグラフに示されているように、本願発明による膜厚測定の結果は、電磁膜厚計による膜厚測定の結果と非常に良い対応関係を示している。したがって、本願発明による膜厚測定の方法は、電磁膜厚計による膜厚測定に代わる高精度な測定方法であることが示された。   As shown in the graph of FIG. 7, the result of the film thickness measurement according to the present invention shows a very good correspondence with the result of the film thickness measurement by the electromagnetic film thickness meter. Therefore, it was shown that the film thickness measurement method according to the present invention is a highly accurate measurement method that can replace the film thickness measurement by the electromagnetic film thickness meter.

このように、本発明によると、光輝材を含む層を間に挟む複層塗膜の膜厚を高精度で測定することができる。特に、本発明では、干渉波形のピークの出現頻度の差に着目して、複数の干渉波形を積算しているので、干渉波形の強度に影響されず、非常に干渉強度の低い塗膜(すなわち光の反射強度が低い塗膜)であっても、精度の高い膜厚測定が可能となる。   Thus, according to the present invention, the film thickness of the multilayer coating film sandwiching the layer containing the glittering material can be measured with high accuracy. In particular, in the present invention, since a plurality of interference waveforms are integrated by paying attention to the difference in the appearance frequency of peaks of the interference waveform, the coating film having a very low interference intensity (that is, not affected by the intensity of the interference waveform (that is, Even with a coating film having a low light reflection intensity, it is possible to measure the film thickness with high accuracy.

以上、本発明を特定の実施の形態によって説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。図2に示す膜厚測定装置並びに上記説明した実施の形態はあくまでも例示に過ぎず、当業者であれば、本発明の技術的思想の範囲内で様々な変更や置換をすることができる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by specific embodiment, this invention is not limited to above-described embodiment. The film thickness measuring apparatus shown in FIG. 2 and the above-described embodiment are merely examples, and those skilled in the art can make various changes and substitutions within the scope of the technical idea of the present invention.

例えば、上記した界面cに相当するライン43の位置の特定に加えて、さらに界面bに相当するライン42の位置を特定することができる。この態様では、アルミフレークの反射による干渉波形のピークの頻度分布を統計処理することにより、アルミフレークによって反射するケース(II)の干渉波形を抽出する。   For example, in addition to specifying the position of the line 43 corresponding to the interface c described above, the position of the line 42 corresponding to the interface b can be specified. In this aspect, the interference waveform of case (II) reflected by the aluminum flakes is extracted by statistically processing the frequency distribution of the peak of the interference waveform due to the reflection of the aluminum flakes.

光干渉断層法を用いて塗膜の膜厚を測定する場合、塗膜表面では空気との屈折率差によって光が干渉し、塗膜表面での干渉波形が最も強度の強い干渉波形となる。様々な複層塗膜に対する本願発明者による観測の結果、塗膜表面での干渉強度を1とすると、塗膜間の界面での干渉強度は0.4未満であることが見い出された。光輝材であるアルミフレーク101による光の反射強度が、塗膜間の界面での干渉強度よりも比較的強いという事実を考慮すると、アルミフレーク101による反射、すなわち、図1のケース(II)に相当する干渉波形を抽出する際の統計処理でのしきい値としては、干渉強度を例えば0.5〜1.5程度とすることができる。   When the film thickness of the coating film is measured using the optical coherence tomography method, light interferes with the difference in refractive index from the air on the coating film surface, and the interference waveform on the coating film surface has the strongest interference waveform. As a result of observation by the inventors of the present invention for various multilayer coating films, it was found that the interference intensity at the interface between the coating films was less than 0.4, assuming that the interference intensity on the coating film surface was 1. Considering the fact that the reflection intensity of light by the aluminum flake 101, which is a bright material, is relatively stronger than the interference intensity at the interface between the coating films, the reflection by the aluminum flake 101, that is, the case (II) in FIG. As a threshold value in statistical processing when extracting a corresponding interference waveform, the interference intensity can be set to about 0.5 to 1.5, for example.

この干渉強度が0.5〜1.5程度であるというしきい値の条件により、多点計測により得られたそれぞれの干渉波形について、干渉波形を選別し、選別された干渉波形の複数のピークの位置に基づいて、界面bの位置(ライン42の位置)特定する。この場合、3つの界面a〜cの位置がすべて特定されるので、クリア層CCの膜厚とアルミベース層の膜厚とをそれぞれ個別に算出することが可能となる。 Based on the threshold condition that the interference intensity is about 0.5 to 1.5, the interference waveform is selected for each interference waveform obtained by multipoint measurement, and a plurality of peaks of the selected interference waveform are selected. The position of the interface b (the position of the line 42) is specified based on the position of . In this case, since all the positions of the three interfaces a to c are specified, the film thickness of the clear layer CC and the film thickness of the aluminum base layer can be calculated individually.

ここで、上記実施の形態では、多点計測により得られた複数の干渉波形を積算することにより、界面cの位置を特定しているが、複数の測定点についての複数の干渉波形を積算する前に、1点について測定を行う度に、しきい値を用いた統計処理により、図1のケース(II)に相当する干渉波形(アルミフレーク101による反射)を予め抽出しておき、測定点1点について得られた干渉波形から、この抽出した干渉波形を予め差し引いたうえで、複数の測定点についての複数の干渉波形を積算してもよい。これにより、図1のケース(I)に相当する干渉波形がより支配的となり、より厳密に界面cの位置を特定することも可能となる。   Here, in the above embodiment, the position of the interface c is specified by integrating a plurality of interference waveforms obtained by multipoint measurement. However, a plurality of interference waveforms at a plurality of measurement points are integrated. Before each measurement at one point, an interference waveform (reflection by the aluminum flake 101) corresponding to case (II) in FIG. 1 is extracted in advance by statistical processing using a threshold, and the measurement point After subtracting this extracted interference waveform from the interference waveform obtained for one point in advance, a plurality of interference waveforms for a plurality of measurement points may be integrated. Thereby, the interference waveform corresponding to case (I) in FIG. 1 becomes more dominant, and the position of the interface c can be specified more strictly.

また、上記実施の形態では、ライン41に相当する界面aの位置を、多点計測後の積算された干渉波形のピーク位置から算出しているが、界面aの位置は、塗膜上の任意の一点での干渉波形のピーク位置から算出してもよい。塗膜が平坦である限り、空気の層とクリア層CCとの界面aでの干渉波形のピーク位置は一定である。   In the above embodiment, the position of the interface a corresponding to the line 41 is calculated from the peak position of the integrated interference waveform after multipoint measurement, but the position of the interface a is arbitrary on the coating film. It may be calculated from the peak position of the interference waveform at one point. As long as the coating film is flat, the peak position of the interference waveform at the interface a between the air layer and the clear layer CC is constant.

また、図2に示す膜厚測定装置について、干渉光を得るには測定系の光学距離と参照系の光学距離とが一致すれば十分であるので、図2に示す装置におけるビームスプリッタ2、集束レンズ3や、交差ミラー5および固定ミラー6の配置は、相対的に自由に配置することができる。すなわち、それらの構成要件の配置は、2つの光学系の光路長を一致させる任意の配置であればよい。また、光学系自体も、例えば、ハーフミラーを配置したり、全反射ミラーを配置したりする種々のシステムとして実現してもよい。   Further, in the film thickness measuring apparatus shown in FIG. 2, it is sufficient that the optical distance of the measuring system and the optical distance of the reference system coincide with each other in order to obtain interference light. The lens 3, the crossing mirror 5, and the fixed mirror 6 can be relatively freely arranged. That is, the arrangement of these constituent elements may be any arrangement that matches the optical path lengths of the two optical systems. Further, the optical system itself may be realized as various systems in which, for example, a half mirror or a total reflection mirror is arranged.

また、上記の実施形態では、参照光の光学距離を制御する構成を、線形の往復運動が可能な位置可変機構付き交差ミラー5としている。すなわち、交差ミラー5の移動機構は線形運動の機構である。しかしながら、例えば、交差ミラーを回転ディスク上に固定し、回転ディスクとモータ・シャフトとを接続し、モータを定速で回転させることで、安定な位置走査が可能な回転機構を実現して、参照光の光学距離を制御してもよい。位置可変機構付き交差ミラー5は、例えばステッピングモータで位置の制御が可能であり、高精度の位置制御が可能である。ステッピングモータに代えてサーボモータを使用してもよく、この場合、ステッピングモータを使用する場合と比較して、より高精度の位置制御が可能となる。   Moreover, in said embodiment, the structure which controls the optical distance of a reference beam is made into the crossing mirror 5 with a position variable mechanism in which a linear reciprocation is possible. That is, the moving mechanism of the crossing mirror 5 is a linear motion mechanism. However, for example, a rotating mechanism capable of stable position scanning is realized by fixing the crossing mirror on the rotating disk, connecting the rotating disk and the motor shaft, and rotating the motor at a constant speed. The optical distance of light may be controlled. The position of the crossing mirror 5 with a position variable mechanism can be controlled by, for example, a stepping motor, and highly accurate position control is possible. A servo motor may be used in place of the stepping motor. In this case, position control with higher accuracy is possible compared to the case of using the stepping motor.

また、上記の実施形態では、測定用の光源にSLD(Super Luminescent Diode)を使用したが、SLD以外にも、LED(Light Emitting Diode)などコヒーレンシを必要としない種々の光を使用することができる。   In the above-described embodiment, an SLD (Super Luminescent Diode) is used as a measurement light source. However, in addition to the SLD, various lights that do not require coherency such as an LED (Light Emitting Diode) can be used. .

受光センサとしては、光電子増倍管、フォトダイオード等を用いることができる。受光センサの出力を増幅する増幅方法についても特に規定しないが、精度を高めるためにロックインアンプを用いることができる。   As the light receiving sensor, a photomultiplier tube, a photodiode, or the like can be used. An amplification method for amplifying the output of the light receiving sensor is not particularly defined, but a lock-in amplifier can be used to increase accuracy.

また、上記実施の形態では、干渉光の強度がピークとなる位置に位置可変機構付き交差ミラー5の位置を調整した際に、位置可変機構付き交差ミラー5の位置を取得しコンピュータ9に送信しているが、位置可変機構付き交差ミラー5の位置を、測定対象の複層塗膜の厚さ方向に向けて連続的に走査(スキャン)して、干渉光の強度と、位置可変機構付き交差ミラー5の移動距離(物理距離)とをセットにしたデータをコンピュータ9に随時送信し、走査終了後に、このセットにされたデータをコンピュータ9が解析して、干渉光の強度がピークとなるときの位置可変機構付き交差ミラー5の位置を決定してもよい。   In the above embodiment, when the position of the cross mirror 5 with a position variable mechanism is adjusted to a position where the intensity of the interference light reaches a peak, the position of the cross mirror 5 with a position variable mechanism is acquired and transmitted to the computer 9. However, the position of the cross mirror 5 with the position variable mechanism is continuously scanned in the thickness direction of the multilayer coating film to be measured, and the intensity of the interference light and the cross with the position variable mechanism are crossed. When the set of the moving distance (physical distance) of the mirror 5 is transmitted to the computer 9 as needed, and after the scan is completed, the computer 9 analyzes the set data and the intensity of the interference light reaches a peak. The position of the crossing mirror 5 with the position variable mechanism may be determined.

1 光源
2 ビームスプリッタ
3 集束レンズ
4 複層塗膜のサンプル
5 位置可変機構付き交差ミラー
6 固定ミラー
7 受光センサ
8 増幅器
9 コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Beam splitter 3 Focusing lens 4 Sample of multilayer coating 5 Crossing mirror with position variable mechanism 6 Fixed mirror 7 Light receiving sensor 8 Amplifier 9 Computer

Claims (20)

光干渉断層法により得られる干渉波形の複数の強度信号のピーク間の間隔から、複層塗膜の膜厚を算出する方法であって、
複層塗膜が、基材層と、ベース塗膜層と、光輝材層と、クリア層とを順に積層した塗膜であり、前記ベース塗膜層内の顔料物質により光の多重散乱が生じ、
前記複層塗膜に光源からの光を照射して、前記複層塗膜内のそれぞれの層または層間の界面からの反射光を含む干渉光の強度を検出して、前記複層塗膜内のそれぞれの前記層または前記層間の界面に対応する複数の強度信号の干渉波形を取得する干渉波形取得ステップと、
前記複層塗膜上の所定の領域内の複数箇所において、前記干渉波形取得ステップを所定の回数繰り返し実行して、複数の前記干渉波形を取得する多点計測ステップと、
複数の前記干渉波形を積算して、積算された干渉波形を求める積算ステップと、
前記積算された干渉波形において、前記光輝材層と前記ベース塗膜層との界面に対応する第1の強度信号のピークの位置を特定する、第1の界面特定ステップと、
前記積算された干渉波形または積算前の複数の前記干渉波形の何れかにおいて、前記複層塗膜の周囲の空気の層と前記クリア層との界面に対応する第2の強度信号のピークの位置を特定する、第2の界面特定ステップと、
前記第1の強度信号のピーク位置と前記第2の強度信号のピーク位置との間隔から、前記クリア層の膜厚と前記光輝材層の膜厚との和に相当する膜厚を計算する膜厚計算ステップとを含む、膜厚測定方法。
From the interval between peaks of a plurality of intensity signals of the interference waveform obtained by the optical coherence tomography method,
The multilayer coating film is a coating film in which a base material layer, a base coating film layer, a glittering material layer, and a clear layer are sequentially laminated, and multiple scattering of light occurs due to the pigment substance in the base coating film layer. ,
The multilayer coating film is irradiated with light from a light source to detect the intensity of interference light including reflected light from each layer in the multilayer coating film or an interface between the layers, and the multilayer coating film Obtaining an interference waveform of a plurality of intensity signals corresponding to each of the layers or the interface between the layers; and
In a plurality of locations in a predetermined region on the multilayer coating film, the interference waveform acquisition step is repeatedly performed a predetermined number of times to obtain a plurality of interference waveforms, and
An integration step of integrating a plurality of interference waveforms to obtain an integrated interference waveform;
A first interface specifying step for specifying a position of a peak of a first intensity signal corresponding to an interface between the glitter material layer and the base coating film layer in the integrated interference waveform;
The peak position of the second intensity signal corresponding to the interface between the air layer around the multilayer coating film and the clear layer in either the integrated interference waveform or the plurality of interference waveforms before integration. A second interface identification step that identifies
A film for calculating a film thickness corresponding to the sum of the film thickness of the clear layer and the film thickness of the glittering material layer from the interval between the peak position of the first intensity signal and the peak position of the second intensity signal A method for measuring a film thickness, comprising a thickness calculating step.
前記光輝材層に含まれている光輝材による干渉強度が、前記顔料物質による干渉強度より高い、請求項1に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measuring method according to claim 1, wherein an interference intensity caused by the glitter material contained in the glitter material layer is higher than an interference intensity caused by the pigment substance. 前記光輝材が金属フレークであり、前記顔料物質が二酸化チタンである請求項2に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measuring method according to claim 2, wherein the bright material is metal flakes and the pigment substance is titanium dioxide. 光干渉断層法により得られる干渉波形の複数の強度信号のピーク間の間隔から、複層塗膜の膜厚を算出する方法であって、
複層塗膜が、基材層と、ベース塗膜層と、光輝材層と、クリア層とを順に積層した塗膜であり、前記ベース塗膜層内の顔料物質により光の多重散乱が生じ、
前記複層塗膜に光源からの光を照射して、前記複層塗膜内のそれぞれの層または層間の界面からの反射光を含む干渉光の強度を検出して、前記複層塗膜内のそれぞれの前記層または前記層間の界面に対応する複数の強度信号の干渉波形を取得する干渉波形取得ステップと、
前記複層塗膜上の所定の領域内の複数箇所において、前記干渉波形取得ステップを所定の回数繰り返し実行して、複数の前記干渉波形を取得する多点計測ステップと、
複数の前記干渉波形を積算して、積算された干渉波形を求める積算ステップと、
前記積算された干渉波形において、前記光輝材層と前記ベース塗膜層との界面に対応する第1の強度信号のピークの位置を特定する、第1の界面特定ステップと、
積算前の前記干渉波形のそれぞれに含まれる複数の前記強度信号のそれぞれについて、前記強度信号が所定のしきい値の範囲内の干渉強度を有するか否かを判別前記範囲内の干渉強度を有すると判別された複数の前記強度信号に基づいて、前記クリア層と前記光輝材層との界面に対応する第3の強度信号のピークの位置を特定する、第3の界面特定ステップと、
前記第1の強度信号のピーク位置と前記第3の強度信号のピーク位置との間隔から、前記光輝材層の膜厚を計算する光輝材層膜厚計算ステップとを含み、
前記複層塗膜表面での干渉波形の強度信号の大きさを1.0とした場合に、前記しきい値が0.5以上1.5以下である、膜厚測定方法。
From the interval between peaks of a plurality of intensity signals of the interference waveform obtained by the optical coherence tomography method,
The multilayer coating film is a coating film in which a base material layer, a base coating film layer, a glittering material layer, and a clear layer are sequentially laminated, and multiple scattering of light occurs due to the pigment substance in the base coating film layer. ,
The multilayer coating film is irradiated with light from a light source to detect the intensity of interference light including reflected light from each layer in the multilayer coating film or an interface between the layers, and the multilayer coating film Obtaining an interference waveform of a plurality of intensity signals corresponding to each of the layers or the interface between the layers; and
In a plurality of locations in a predetermined region on the multilayer coating film, the interference waveform acquisition step is repeatedly performed a predetermined number of times to obtain a plurality of interference waveforms, and
An integration step of integrating a plurality of interference waveforms to obtain an integrated interference waveform;
A first interface specifying step for specifying a position of a peak of a first intensity signal corresponding to an interface between the glitter material layer and the base coating film layer in the integrated interference waveform;
For each of a plurality of said intensity signals included in each of the interference waveform before integration, the intensity signal is determined whether or not having an interference intensity in a range of a predetermined threshold, the interference intensity in the range A third interface specifying step for specifying a position of a peak of a third intensity signal corresponding to the interface between the clear layer and the glitter material layer based on the plurality of intensity signals determined to have :
Wherein the distance between the peak position of the peak position of the first intensity signal third intensity signals, viewed contains a luminous material layer thickness calculating step of calculating the film thickness of the luminous material layer,
The film thickness measuring method , wherein the threshold value is 0.5 or more and 1.5 or less when the magnitude of the intensity signal of the interference waveform on the surface of the multilayer coating film is 1.0 .
前記積算された干渉波形または積算前の複数の前記干渉波形の何れかにおいて、前記複層塗膜の周囲の空気の層と前記クリア層との界面に対応する第2の強度信号のピークの位置を特定する、第2の界面特定ステップと、
前記第2の強度信号のピーク位置と前記第3の強度信号のピーク位置との間隔から、前記クリア層の膜厚を計算するクリア層膜厚計算ステップと、
をさらに含む、請求項4に記載の膜厚測定方法。
The peak position of the second intensity signal corresponding to the interface between the air layer around the multilayer coating film and the clear layer in either the integrated interference waveform or the plurality of interference waveforms before integration. A second interface identification step that identifies
A clear layer thickness calculation step for calculating a thickness of the clear layer from an interval between a peak position of the second intensity signal and a peak position of the third intensity signal;
The film thickness measuring method according to claim 4, further comprising:
前記光輝材層に含まれている光輝材による干渉強度が、前記顔料物質による干渉強度より高い、請求項4に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measurement method according to claim 4, wherein an interference intensity caused by the glitter material contained in the glitter material layer is higher than an interference intensity caused by the pigment substance. 前記光輝材が金属フレークであり、前記顔料物質が二酸化チタンである請求項6に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measuring method according to claim 6, wherein the glitter material is a metal flake, and the pigment substance is titanium dioxide. 前記光源からの前記光が、波長780nm〜3000nmの範囲内の近赤外光である請求項1または4に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measuring method according to claim 1 or 4, wherein the light from the light source is near infrared light within a wavelength range of 780 nm to 3000 nm. 前記光源からの前記光が、波長1300nm〜2000nmの範囲内の近赤外光である請求項1または4に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measuring method according to claim 1 or 4, wherein the light from the light source is near-infrared light within a wavelength range of 1300 nm to 2000 nm. 前記光源が、LEDまたはSLDの何れかである、請求項1または4に記載の膜厚測定方法。   The film thickness measuring method according to claim 1 or 4, wherein the light source is either an LED or an SLD. 光干渉断層法により得られる干渉波形の複数の強度信号のピーク間の間隔から、複層塗膜の膜厚を算出する装置であって、
複層塗膜が、基材層と、ベース塗膜層と、光輝材層と、クリア層とを順に積層した塗膜であり、前記ベース塗膜層内の顔料物質により光の多重散乱が生じ、
光源と、
前記光源からの光を参照光と前記複層塗膜への入射光とに分岐する分岐手段と、
前記参照光の光学距離を調整する参照光光学系と、
前記入射光を前記複層塗膜へ入射させ、さらに、前記複層塗膜からの反射光を取り出す反射光光学系と、
前記反射光光学系からの反射光と前記参照光光学系からの参照光とを干渉せしめる干渉手段と、
前記干渉手段からの、前記反射光を含む干渉光を検出して前記干渉光の強度信号を出力する検出手段と、
前記強度信号を解析する解析手段とを備え、
前記検出手段が、
前記複層塗膜内のそれぞれの層または層間の界面からの反射光を含む干渉光の強度を検出して、前記複層塗膜内のそれぞれの前記層または前記層間の界面に対応する複数の強度信号の干渉波形を取得し、
前記複層塗膜上の所定の領域内の複数箇所において、前記干渉波形の取得を所定の回数繰り返し実行して、複数の前記干渉波形を取得し、
前記解析手段が、
複数の前記干渉波形を積算して、積算された干渉波形を求め、
前記積算された干渉波形において、前記光輝材層と前記ベース塗膜層との界面に対応する第1の強度信号のピークの位置を特定し、
前記積算された干渉波形または積算前の複数の前記干渉波形の何れかにおいて、前記複層塗膜の周囲の空気の層と前記クリア層との界面に対応する第2の強度信号のピークの位置を特定し、
前記第1の強度信号のピーク位置と前記第2の強度信号のピーク位置との間隔から、前記クリア層の膜厚と前記光輝材層の膜厚との和に相当する膜厚を計算する、膜厚測定装置。
An apparatus for calculating the thickness of a multilayer coating film from the interval between peaks of a plurality of intensity signals of an interference waveform obtained by optical coherence tomography,
The multilayer coating film is a coating film in which a base material layer, a base coating film layer, a glittering material layer, and a clear layer are sequentially laminated, and multiple scattering of light occurs due to the pigment substance in the base coating film layer. ,
A light source;
Branching means for branching light from the light source into reference light and incident light to the multilayer coating;
A reference light optical system for adjusting an optical distance of the reference light;
A reflected light optical system for causing the incident light to enter the multilayer coating film, and for extracting reflected light from the multilayer coating film;
Interference means for causing reflected light from the reflected light optical system to interfere with reference light from the reference light optical system;
Detecting means for detecting interference light including the reflected light from the interference means and outputting an intensity signal of the interference light;
Analyzing means for analyzing the intensity signal,
The detection means is
Detecting the intensity of interference light including reflected light from the interface between each layer or interlayer in the multilayer coating, a plurality of layers corresponding to the interface between each layer or the interlayer in the multilayer coating Obtain the interference waveform of the intensity signal,
In a plurality of locations in a predetermined region on the multilayer coating film, repeatedly obtaining the interference waveform a predetermined number of times to obtain a plurality of interference waveforms,
The analysis means is
Accumulating a plurality of interference waveforms to obtain an accumulated interference waveform,
In the integrated interference waveform, the peak position of the first intensity signal corresponding to the interface between the glitter material layer and the base coating layer is specified,
The peak position of the second intensity signal corresponding to the interface between the air layer around the multilayer coating film and the clear layer in either the integrated interference waveform or the plurality of interference waveforms before integration. Identify
From the interval between the peak position of the first intensity signal and the peak position of the second intensity signal, a film thickness corresponding to the sum of the film thickness of the clear layer and the film thickness of the glittering material layer is calculated. Film thickness measuring device.
前記光輝材層に含まれている光輝材による干渉強度が、前記顔料物質による干渉強度より高い、請求項11に記載の膜厚測定装置。 The film thickness measuring apparatus according to claim 11 , wherein an interference intensity caused by the glitter material contained in the glitter material layer is higher than an interference intensity caused by the pigment substance. 前記光輝材が金属フレークであり、前記顔料物質が二酸化チタンである請求項12に記載の膜厚測定装置。 The film thickness measuring device according to claim 12 , wherein the glitter material is metal flakes and the pigment substance is titanium dioxide. 光干渉断層法により得られる干渉波形の複数の強度信号のピーク間の間隔から、複層塗膜の膜厚を算出する装置であって、
複層塗膜が、基材層と、ベース塗膜層と、光輝材層と、クリア層とを順に積層した塗膜であり、前記ベース塗膜層内の顔料物質により光の多重散乱が生じ、
光源と、
前記光源からの光を参照光と前記複層塗膜への入射光とに分岐する分岐手段と、
前記参照光の光学距離を調整する参照光光学系と、
前記入射光を前記複層塗膜へ入射させ、さらに、前記複層塗膜からの反射光を取り出す反射光光学系と、
前記反射光光学系からの反射光と前記参照光光学系からの参照光とを干渉せしめる干渉手段と、
前記干渉手段からの、前記反射光を含む干渉光を検出して前記干渉光の強度信号を出力する検出手段と、
前記強度信号を解析する解析手段とを備え、
前記検出手段が、
前記複層塗膜内のそれぞれの層または層間の界面からの反射光を含む干渉光の強度を検出して、前記複層塗膜内のそれぞれの前記層または前記層間の界面に対応する複数の強度信号の干渉波形を取得し、
前記複層塗膜上の所定の領域内の複数箇所において、前記干渉波形の取得を所定の回数繰り返し実行して、複数の前記干渉波形を取得し、
前記解析手段が、
複数の前記干渉波形を積算して、積算された干渉波形を求め、
前記積算された干渉波形において、前記光輝材層と前記ベース塗膜層との界面に対応する第1の強度信号のピークの位置を特定し、
積算前の前記干渉波形のそれぞれに含まれる複数の前記強度信号のそれぞれについて、前記強度信号が所定のしきい値の範囲内の干渉強度を有するか否かを判別前記範囲内の干渉強度を有すると判別された複数の前記強度信号に基づいて、前記クリア層と前記光輝材層との界面に対応する第3の強度信号のピークの位置を特定し、
前記第1の強度信号のピーク位置と前記第3の強度信号のピーク位置との間隔から、前記光輝材層の膜厚を計算し、
前記複層塗膜表面での干渉波形の強度信号の大きさを1.0とした場合に、前記しきい値が0.5以上1.5以下である、膜厚測定装置。
An apparatus for calculating the thickness of a multilayer coating film from the interval between peaks of a plurality of intensity signals of an interference waveform obtained by optical coherence tomography,
The multilayer coating film is a coating film in which a base material layer, a base coating film layer, a glittering material layer, and a clear layer are sequentially laminated, and multiple scattering of light occurs due to the pigment substance in the base coating film layer. ,
A light source;
Branching means for branching light from the light source into reference light and incident light to the multilayer coating;
A reference light optical system for adjusting an optical distance of the reference light;
A reflected light optical system for causing the incident light to enter the multilayer coating film, and for extracting reflected light from the multilayer coating film;
Interference means for causing reflected light from the reflected light optical system to interfere with reference light from the reference light optical system;
Detecting means for detecting interference light including the reflected light from the interference means and outputting an intensity signal of the interference light;
Analyzing means for analyzing the intensity signal,
The detection means is
Detecting the intensity of interference light including reflected light from the interface between each layer or interlayer in the multilayer coating, a plurality of layers corresponding to the interface between each layer or the interlayer in the multilayer coating Obtain the interference waveform of the intensity signal,
In a plurality of locations in a predetermined region on the multilayer coating film, repeatedly obtaining the interference waveform a predetermined number of times to obtain a plurality of interference waveforms,
The analysis means is
Accumulating a plurality of interference waveforms to obtain an accumulated interference waveform,
In the integrated interference waveform, the peak position of the first intensity signal corresponding to the interface between the glitter material layer and the base coating layer is specified,
For each of a plurality of said intensity signals included in each of the interference waveform before integration, the intensity signal is determined whether or not having an interference intensity in a range of a predetermined threshold, the interference intensity in the range Based on the plurality of intensity signals determined to have a position of the peak of the third intensity signal corresponding to the interface between the clear layer and the glitter material layer,
From the interval between the peak position of the first intensity signal and the peak position of the third intensity signal, the film thickness of the glitter material layer is calculated ,
Wherein when the magnitude of the intensity signal of the interference waveform in the multilayer coating film surface was 1.0, the threshold is Ru der 0.5 to 1.5, the film thickness measuring device.
前記解析手段がさらに、
前記積算された干渉波形または積算前の複数の前記干渉波形の何れかにおいて、前記複層塗膜の周囲の空気の層と前記クリア層との界面に対応する第2の強度信号のピークの位置を特定し、
前記第2の強度信号のピーク位置と前記第3の強度信号のピーク位置との間隔から、前記クリア層の膜厚を計算する、請求項14に記載の膜厚測定装置。
The analyzing means further comprises:
The peak position of the second intensity signal corresponding to the interface between the air layer around the multilayer coating film and the clear layer in either the integrated interference waveform or the plurality of interference waveforms before integration. Identify
The film thickness measurement apparatus according to claim 14 , wherein the film thickness of the clear layer is calculated from an interval between a peak position of the second intensity signal and a peak position of the third intensity signal.
前記光輝材層に含まれている光輝材による干渉強度が、前記顔料物質による干渉強度より高い、請求項14に記載の膜厚測定装置。 The film thickness measuring apparatus according to claim 14 , wherein an interference intensity caused by the glitter material included in the glitter material layer is higher than an interference intensity caused by the pigment substance. 前記光輝材が金属フレークであり、前記顔料物質が二酸化チタンである請求項16に記載の膜厚測定装置。 The film thickness measuring device according to claim 16 , wherein the glitter material is metal flakes and the pigment substance is titanium dioxide. 前記光源からの前記光が、波長780nm〜3000nmの範囲内の近赤外光である請求項11または14に記載の膜厚測定装置。 The film thickness measuring device according to claim 11 or 14 , wherein the light from the light source is near infrared light within a wavelength range of 780 nm to 3000 nm. 前記光源からの前記光が、波長1300nm〜2000nmの範囲内の近赤外光である請求項11または14に記載の膜厚測定装置。 The film thickness measuring apparatus according to claim 11 or 14 , wherein the light from the light source is near infrared light within a wavelength range of 1300 nm to 2000 nm. 前記光源が、LEDまたはSLDの何れかである、請求項11または14に記載の膜厚測定装置。 The film thickness measuring device according to claim 11 or 14 , wherein the light source is either an LED or an SLD.
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