测量基材上沉积的涂层的厚度的光学方法技术

本申请提供了测量物体上涂层厚度的方法和装置。在物体上预定位置处将光引导到物体，使得一部分光与物体相互作用。拍摄由与物体相互作用的那部分光产生的图像，该图像具有至少两个波长通道(例如颜色通道)。基于所述至少两个波长通道中每个通道的直方图，确定所述至少两个波长通道中每一个之间的相对偏差。基于所确定的相对偏差，确定物体上涂层的厚度和/或涂层的可接受度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测量基材上沉积的涂层的厚度的光学方法相关申请的交叉参考本申请涉及2016年1月7日提交的题为“测量基材上沉积的涂层的厚度的光学方法”的第62/275,905号美国临时申请并要求其权益，其内容通过参考完整地纳入本文以用于所有目的。专利
本专利技术涉及基材上沉积的涂层的厚度的光学测量方法和装置。专利技术背景在形成玻璃容器的过程中，玻璃容器外部通常施涂金属氧化物涂料。这种涂料可包含锡、钛或者其他反应性金属化合物或有机金属化合物，可用来促进玻璃与第二保护涂层之间的粘合，所述第二保护涂层通常为蜡，保护玻璃容器免受表面损伤，如磨伤和擦伤。金属氧化物涂料通常在玻璃容器以受热并完全成型的状态从玻璃器皿成型机中出来的时候施涂，也就是在系统“热端”施涂。传送机将容器从成型机送走。玻璃容器表面存在超过400摄氏度的温度，所以，当向其施涂可热分解的无机金属或有机金属化合物时，该化合物会立即反应并转化为金属氧化物涂层。在形成玻璃的过程中，宜定期检查涂层。目前的质检程序通常涉及离线过程。在容器冷却到低于约100摄氏度之后(在系统的“冷端”)，定期将一个或多个容器从生产线拉出来。然后测量金属氧化物涂层厚度，以确定厚度是否处在厚度容差范围内。若厚度超出容差范围，则可能要销毁最后一次成功检测以来生产的所有容器，直至生产工艺得到修正。例如，样品容器可每4-8小时检测一次。若每分钟形成约400-500个瓶子(或者每小时约25000至约55000个瓶子)，生产4小时后才发现涂层缺陷可能导致存货损失严重。有多种方法探测待检物体中的缺陷。第4,651,568号美国专利涉及玻璃瓶检查方法和装置，其采用声波脉冲探测缺陷。美国专利申请公开第2013/0222575号涉及玻璃瓶检查装置和方法，其借助于一个或多个照明单元和至少一个照相机，通过成像过程探测玻璃瓶上的缺陷。美国专利申请公开第2014/0119634号涉及玻璃瓶检查方法和装置，其在玻璃瓶旋转的同时从瓶子相继拍摄图像，由此产生差分图像，以确定瓶子是否无缺陷。美国专利申请公开第2009/0148031号涉及表面检查装置，其利用检查光扫描在检物体表面，从表面接收反射光，基于反射光生成物体表面的二维图像。该装置将二维图像的像素分为其色调对应于物体表面上的缺陷的像素和其色调不对应于物体表面上的缺陷的像素。有多种方法确定设置于物体上的涂层厚度。美国专利申请公开第2004/0065841号涉及检验塑料容器上涂层厚度的方法和装置，其用紫外光照射容器，使之穿过容器到达一个或多个紫外光传感器，基于通过容器的紫外光的量确定厚度。WO2004/065902涉及基材如瓶子上涂层的无接触测量方法和装置，其基于对反射自基材的紫外辐射的捕集。第6,252,237号美国专利涉及经涂覆表面上涂层厚度的测量方法，其利用光敏元件的固态阵列测量荧光涂料组合物发射的光，测量涂料组合物的强度。第6,646,752号美国专利涉及超薄栅氧化物层厚度的测量方法和装置，其利用热处理和椭偏仪技术。第5,208,645号美国专利涉及圆柱形物体周围涂层厚度的测量方法和装置，其利用平行光线在垂直于样本长度的方向上辐射物体，并测量由样本衍射并通过图像探测设备接收的光的光强度峰值水平。第6,515,293号美国专利涉及半导体晶片上形成的薄层厚度的测量方法和装置，其将光辐射到晶片单元上，测量晶片反射的光的亮度值。第5,991,018号美国专利涉及检查涂层的厚度或退化情况的装置，其利用图像拾取单元接收反射光或透射光。图像拾取信号与参考公式比较，以确定涂层厚度。该检查装置可在生产线上测量涂层厚度。当前的光学厚度测量方法难以准确测量薄涂层厚度(例如小于约20nm)，也难以准确识别涂层厚度的小变化，该小变化可预示厚度正接近可接受容差范围的边缘(例如小于约5nm)。在线生产过程中，在系统“热端”准确测定涂层厚度也是非常需要的，例如用来将涂层保持在容差范围内并减少存货损失。专利技术概述本专利技术的一个方面可体现于测量物体上涂层厚度的装置。该装置包括至少一个光源、探测器和连接至探测器的测量设备。所述至少一个光源构造成在物体上预定位置处将光引导到物体，使得一部分光与物体相互作用。所述探测器构造成拍摄图像，该图像由与物体相互作用的那部分光产生并具有至少两个波长通道(例如颜色通道)。所述测量设备构造成：基于所述至少两个波长通道中每个波长通道的直方图，确定所述至少两个波长通道中每一个之间的相对偏差，并基于所确定的相对偏差，确定物体上涂层的厚度和/或涂层的可接受度。本专利技术的另一个方面可体现于测量物体上涂层厚度的方法。在物体上预定位置处将光引导到物体，使得一部分光与物体相互作用。拍摄由与物体相互作用的那部分光产生的图像，该图像具有至少两个波长通道。基于所述至少两个波长通道中每个通道的直方图，确定所述至少两个波长通道中每一个之间的相对偏差。基于所确定的相对偏差，确定物体上涂层的厚度和/或涂层的可接受度。附图说明当结合附图阅读以下详细描述时，由该详细描述可理解本专利技术。需要强调，按照一般做法，附图中各个特征可能不是按比例绘制。相反，为清楚起见，各个特征的尺寸可能任意放大或缩小。此外，附图中相同的数字标记用来表示相同的特征。附图包括以下各图：图1是根据本专利技术一个方面的示例性装置的功能框图，该示例性装置用来测量设置于物体上的涂层的膜厚；图2A是根据本专利技术一个方面的玻璃瓶和图1所示装置的一些组件的俯视图，显示移动的玻璃瓶的光学透射测量；图2B是根据本专利技术一个方面的图2A所示玻璃瓶和装置组件的横截面视图；图2C是根据本专利技术一个方面的图2A所示玻璃瓶和一些装置组件的横截面视图，显示在物体上两个测量位置同时进行的光学透射测量；图2D是根据本专利技术另一个方面的图1所示玻璃瓶和一些装置组件的横截面视图，显示移动的玻璃瓶的光学反射测量；图3是根据本专利技术一个方面的图1所示示例性膜厚测量设备的功能框图；图4是根据本专利技术一个方面的示例性方法的流程图，该方法用来测量物体上涂层的厚度；图5A和5B分别是根据本专利技术一个方面的两个具有不同涂层厚度的瓶子的红色、蓝色和绿色通道图像的示例性直方图；图6A和6B分别是根据本专利技术的常规色差和相对色偏的示例性柱状图，它们是几组具有不同涂层厚度的火石玻璃瓶的计算结果；图6C和6D分别是在相应的图6A和6B所示结果的基础上，对应于不同涂层厚度的平均色差和平均相对色偏的示例性柱状图；图6E和6F分别是在相应的图6A和6B所示结果的基础上，当涂层厚度增加或减小时，色差变化和相对色偏变化的示例性柱状图；图6G和6H分别是根据本专利技术的常规平均色差和平均相对色偏的示例性柱状图，它们是几组具有不同涂层厚度的琥珀玻璃瓶的计算结果；图6I和6J分别是几组具有不同涂层厚度的琥珀玻璃瓶在涂层厚度增加或减小时色差变化和相对色偏变化的示例性柱状图；图7是根据本专利技术一个方面的相对色偏随涂层厚度变化的示例性图示；图8A是根据本专利技术一个方面的瓶子的俯视图，显示了多次依序测量和曲率校正的测量位置之间的示例性关系；图8B是根据本专利技术一个方面的瓶子的截面图，显示了多次依序测量和曲率校正的测量位置之间的另一个示例性关系；图9是根据本专利技术一个方面的图示，显示了有缺陷和无缺陷啤酒瓶的绿色通道图像的示例性直方图和相应的随颜色通道值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量物体上涂层厚度的装置，所述装置包含：至少一个光源，其构造成在物体上的预定位置处将光引导到物体，一部分光与物体相互作用；探测器，其构造成拍摄由与物体相互作用的那部分光产生的图像，该图像具有至少两个波长通道；与探测器连接的测量设备，该测量设备构造成：基于所述至少两个波长通道中每个波长通道的直方图，确定所述至少两个波长通道中每一个之间的相对偏差；以及基于所确定的相对偏差，确定物体上涂层的厚度和/或涂层的可接受度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.07 US 62/275,9051.一种测量物体上涂层厚度的装置，所述装置包含：至少一个光源，其构造成在物体上的预定位置处将光引导到物体，一部分光与物体相互作用；探测器，其构造成拍摄由与物体相互作用的那部分光产生的图像，该图像具有至少两个波长通道；与探测器连接的测量设备，该测量设备构造成：基于所述至少两个波长通道中每个波长通道的直方图，确定所述至少两个波长通道中每一个之间的相对偏差；以及基于所确定的相对偏差，确定物体上涂层的厚度和/或涂层的可接受度。2.根据权利要求1的装置，其中所述至少两个波长通道中的每个波长通道是颜色通道，所述相对偏差是相对色偏。3.根据权利要求1的装置，还包含显示器，其构造成显示所确定的厚度、所确定的厚度可接受的指征和所确定的厚度不可接受的指征中的至少一个。4.根据权利要求1的装置，其中测量设备构造成：将每个直方图的特征与预定的缺陷阈值作比较，以及当每个直方图的特征小于预定的缺陷阈值时，确定涂层厚度，其中缺陷阈值对应于污垢指征、擦伤指征和焊线指征中的至少一个。5.根据权利要求1的装置，其中与物体相互作用的那部分光包括穿过物体的那部分光和被物体反射的那部分光中的至少一个。6.根据权利要求2的装置，还包含：与所述至少一个光源、所述探测器和所述测量设备连接的控制器，所述控制器构造成控制所述光源、所述探测器和所述测量设备，使得测量设备从对应于物体上多个位置的多个相应图像确定多个相对色偏，其中测量设备基于由所述多个相对色偏得到的平均相对色偏确定物体上的涂层厚度，以及对应于所述多个位置的所述多个图像是依序和/或同时拍摄的。7.根据权利要求1的装置，其中物体以预定速度在第一方向上移动，测量设备构造成基于所拍摄图像的特征确定物体在与第一方向正交的第二方向上的移动。8.根据权利要求1的装置，其中物体上的涂层厚度是基于所确定的相对色偏与涂层厚度之间的预定关系确定的。9.根据权利要求1的装置，其中光源构造成发射可见光和红外光中的至少一种。10.根据权利要求1的装置，还包含位置传感器，其构造成探测物体处于预定位置。11.根据权利要求1的装置，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·E·莫伊勒，
申请(专利权)人：阿科玛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US