涂魔師非接觸式精確測量電泳漆膜厚，瑞士測厚技術(shù)

摘要：本文主要講述傳統(tǒng)接觸式干膜測厚儀在測量電泳漆膜厚應(yīng)用中的不足地方。同時，文章也提出了一種更能滿足廣大涂裝企業(yè)需求的最佳測厚方案——來自瑞士基于熱光學(xué)(ATO)的非接觸式無損測厚技術(shù)涂魔師。

       電泳涂裝在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，該工藝主要是膠體顆粒在電場的作用下沉積在電極上。電泳沉積過程，又分為陰極浸涂（CDC）和陽極浸涂（ADC）。陰極浸涂也稱為“電泳涂裝”，它是將工件浸漬在電泳涂料槽的一種電化學(xué)涂裝工藝，十分適合浸涂大批量及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的涂覆件。電泳涂裝成為了保證車身防腐的標(biāo)準(zhǔn)工藝。

圖1：轎車車身進(jìn)行陰極電泳涂裝工藝

       涂層厚度直接影響電泳涂裝的許多性能：一方面，促進(jìn)腐蝕物質(zhì)的擴散屏障會隨著涂層厚度的增加而增大，如水和氧；另一方面，涂層的機械阻力會隨涂層厚度的減小而增大。解決方法是在涂裝工藝中將漆膜厚度有效控制在最小的允許容差范圍內(nèi)。

       在微米級的允許容差范圍內(nèi)，傳統(tǒng)接觸式干膜測厚儀對于其他設(shè)備很難精準(zhǔn)測量漆膜厚度并達(dá)到很好的重復(fù)性。

       一般，使用測量設(shè)備的重復(fù)性應(yīng)是允許容差范圍的1/40。例如，某一涂層厚度的允許容差范圍是4微米，則儀器的重復(fù)性要求是0.1微米。視頻1 展示了電磁感應(yīng)干膜測厚儀的重復(fù)性，用電磁感應(yīng)干膜測厚儀在金屬上測量陰極浸涂漆膜厚度，厚度為6.5微米。該樣品是從大型板材上剪下來的，并且它的涂層厚度在0.2微米內(nèi)波動。

視頻1：電磁感應(yīng)膜厚儀測量金屬板上陰極浸涂漆膜厚度(重復(fù)性測試)

       該測試結(jié)果顯示，電磁感應(yīng)干膜膜厚儀的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7微米，因此該方法只適用于允許容差范圍在30微米及以上。此外，在顯微鏡下能看到由于探頭接觸產(chǎn)品而產(chǎn)生損壞漆膜現(xiàn)象。

       接下來，我們將討論邊緣效應(yīng)對測量涂層厚度的影響。

       當(dāng)磁感應(yīng)膜厚儀探頭的磁場超出被測樣品的幾何邊緣時，就會產(chǎn)生邊緣效應(yīng)。視頻2中，測試者先對樣品的中心點進(jìn)行膜厚測量，然后測量樣品的4個邊角的膜厚。

視頻2：磁感應(yīng)干膜膜厚儀測量金屬板上陰極浸涂漆膜厚度(驗證邊緣效應(yīng)影響)

       如視頻2所示，測試樣品的邊緣比中心點的測量值要大。這是因為電磁感應(yīng)原理的探頭在邊緣位置的磁力線分布與離邊緣更遠(yuǎn)距離位置不一樣。通常，后者的測量值會與前者的測量值偏離10-20%。當(dāng)測量點接近邊緣或底材的曲率半徑發(fā)生變化時，接觸式干膜測厚儀的探頭進(jìn)行重新校準(zhǔn)。

       現(xiàn)介紹涂魔師非接觸式無損精確測厚的技術(shù)——采用光熱法(ATO)。涂魔師無損測厚技術(shù)首先利用光脈沖對測量點進(jìn)行短時間加熱，然后使用高速紅外傳感器記錄涂層隨時間變化的溫度動態(tài)變化。利用專門開發(fā)的模擬加熱和散熱的算法評估測試區(qū)域表面的動態(tài)溫度分布情況，最終定量確定涂層厚度。

       涂魔師無損測厚技術(shù)的測量區(qū)域尺寸可以通過調(diào)整測量距離來改變，測量區(qū)域尺寸通常為2-10mm。由于涂魔師非接觸式測厚技術(shù)采用取平均值計算方式，在允許測量范圍內(nèi)，即使對于粗糙表面(例如通過噴砂處理的基材)也能精確測量涂層厚度。

       因為熱量總是垂直傳輸?shù)礁鱾€涂層，所以工作人員使用涂魔師測厚設(shè)備時，無需嚴(yán)格控制測量角度和測量距離。

       視頻3是使用涂魔師進(jìn)行重復(fù)性測試，采用基于ATO技術(shù)的涂魔師 Flex距離樣品約10cm處，重復(fù)測量同一個測量點。

視頻3：涂魔師 Flex測量金屬板上陰極浸涂漆膜厚度(重復(fù)性測試)

       由上述測試可知，涂魔師 Flex無損測厚技術(shù)的測試標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.07微米，證明該設(shè)備能滿足容差約為3微米的行業(yè)測量要求。

       接下來驗證邊緣效應(yīng)對涂魔師 Flex是否存在測試精確度的影響。 

       在視頻4中，首先使用涂魔師 Flex對樣品的中心點進(jìn)行涂層厚度測量，然后再測量4個邊角的涂層厚度。

視頻4：涂魔師 Flex測量金屬板上陰極浸涂漆膜厚度(驗證邊緣效應(yīng)測試)

       從上述視頻可知，樣品的中心點和邊角處的膜厚測量值的差值可以被忽略。因此使用涂魔師非接觸式精準(zhǔn)測厚技術(shù)進(jìn)行測厚時，可以忽略邊緣效應(yīng)和基材幾何形狀對測量結(jié)果的影響。

       綜上所述，ATO光熱法測厚技術(shù)能精確測量陰極電泳漆膜厚度，且高效控制漆膜在較小允許容差范圍內(nèi)。符合EN15042國際測試標(biāo)準(zhǔn)的涂魔師無損測厚技術(shù)具有以下特點：

       1）無需嚴(yán)格規(guī)定測量角度，適應(yīng)各種不規(guī)則、間隙彎角和外形復(fù)雜工件，如車身、彈簧等；

       2）可調(diào)測量點尺寸，能精確測量結(jié)構(gòu)板材或螺絲等樣品膜厚；

       3）非接觸式無損測厚；

      4）在進(jìn)入烤爐烘干前測量濕膜，即時得出干膜厚度。

      因此，采用ATO技術(shù)的涂魔師非接觸式膜厚檢測設(shè)備能快速精準(zhǔn)測量各種涂層膜厚，協(xié)助操作者及時調(diào)整涂裝設(shè)備參數(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。