[发明专利]金属薄板印刷涂层的湿膜厚度差分测量及均匀性评估方法

权利要求书

1.一种金属薄板印刷涂层湿膜厚度差分测量及均匀性评估方法，其特征在于：采用激光双测头差分测厚技术，其测量如下：

设上、下激光测头(5)之间的距离固定为W，涂布前，将金属薄板(3)置于垂直于激光束方向的测厚平台(2)上，以定位元件将其在X、Y方向上加以定位，由上、下激光测头(5)分别测出距金属薄板(3)上、下表面的距离h₁和h₂；将涂布后的该金属薄板(3)置于测厚平台(2)的相同位置，考虑到整个金属薄板(3)表面存在一定的翘曲，假设由于摆放原因，测点处较涂布前在激光束方向上向上发生微小位移ε，测得上、下激光测头(5)的测量值分别为h₁’和h₂’，设涂层湿膜(9)厚度为H，根据几何关系得：

h₁′＝h₁-ε-H

h₂′＝h₂+ε

由以上两式，可得出涂层湿膜(9)的厚度H为：

H＝(h₁+h₂)-(h₁′+h₂′)

从上式可以看出，在保证激光双测头(5)之间的距离W不变的前提下，涂层湿膜(9)厚度值H的大小只与上、下激光测头(5)前后两次的测量值有关，这从原理上消除了金属薄板(3)Z向位置变化和平台振动对测量结果的影响，因此，使得该差分测量方法定点测量的精度主要取决于激光测头的精度；又因为金属薄板表面涂层湿膜厚度具有连续性，所以只要保证涂布前后测点位置对应，该差分测量方法即可运用到动态测量中进行涂层湿膜厚度测量，进而进行厚度均匀性评估；

所述的金属薄板印刷涂层湿膜厚度差分测量及均匀性评估方法，具体包括如下步骤：

步骤1：金属薄板涂布前后的测量：

步骤1.1：被测件金属薄板(3)印刷涂布前，将其置于沿X向开有若干测量槽的测厚平台(2)上，以定位元件将其在X、Y方向上加以定位；激光双测头固定于Y向扫描测厚机构(4)上，分别位于金属薄板(3)的上、下两侧；

步骤1.2：测量开始时，系统控制测厚平台(2)沿X向匀速运动，上、下激光测头(5)采集数据，分别记作h₁(i)和h₂(i)，其中i为测点数，i＝1,2,3,……,n，n为每条槽的最大测点数；当一条槽测量完毕，系统自动控制X向测厚平台(2)停止运动，上、下激光测头(5)止采集，启动Y向扫描测厚机构(4)移动一定距离，进入下一个测量槽进行测量，如此循环，直至采集完所有测量槽处的数据；测量结束后，将数据保存在指定路径下；

步骤1.3：对该金属薄板(3)进行涂布处理，然后按照步骤1.1和步骤1.2对涂有湿膜的金属薄板(3)沿原测量路径再次扫描测量，此时上、下激光测头(5)测量数据分别记作h₁’(i)和h₂’(i)，i＝1,2,3,……,n；

步骤2：涂层湿膜厚度差分计算：

步骤2.1：金属薄板涂布前后两次测量结束后，对两组数据进行剔除异常值预处理，保证数据稳定有效；

步骤2.2：根据公式H(i)＝[h₁(i)+h₂(i)]-[h₁'(i)+h₂'(i)]，对处理后的数据进行差分运算，得到金属薄板(3)表面各个测点处的涂层湿膜厚度值；

步骤2.3：最后，根据公式

求取涂层湿膜厚度数据三均值，以表征湿膜平均厚度，其中，样本三均值；M_0.25：样本上四分位数；M_0.75：样本下四分位数；M：样本平均值；

步骤3：涂层湿膜厚度均匀性评估：

步骤3.1：考虑到差分运算得到的湿膜厚度数据参差不齐，直接进行曲面拟合难度较大且效果不理想，因此本发明提出，在进行均匀性评估拟合厚度曲面时，首先根据最小二乘原理对各个测量槽处的湿膜厚度数据单独进行多项式曲线拟合，即建拟合模型f(x,A)＝a₀+a₁x+a₂x²+…+a_mx^m，确定系数参数A＝(a₀,a₁,a₂,…,a_m)使得拟合模型f(x,A)与实际观测值在各点处残差的加权平方和最小，每条槽单独拟合后的数据具备了各自测量槽处数据的趋势特征，较原始数据平滑稳定，为后续曲面拟合提供保障；

步骤3.2：根据最小二乘拟合结果y＝f(x)进行三次样条插值运算，求解整个金属薄板表面的湿膜厚度三次样条函数S(x)以绘制膜厚三维曲面图形；其中，三次样条函数S(x)是用分段三次多项式来逼近函数f(x,A)，具有拟合误差小、数据稳定特点；

设膜厚曲线函数y＝f(x)在区间[a,b]上有n个等距采样点，即a＝x₀<x₁<…<x_n＝b，则三次样条函数S(x)在每个子区间[x_i,x_i+1](i＝0,1,…,n-1)上都是三次多项式，且在整个区间[a,b]上有连续的二阶导数S”(x)；为求解金属薄板表面的涂层湿膜厚度三次样条函数S(x)，采用二次积分法：由于S(x)在每个子区间[x_i,x_i+1]上是三次多项式，故S”(x)在[x_i,x_i+1]上为线性函数，且可表示为：

S′′(x)=xi-xhi-1Mi-1+x-xi-1hi-1Mi,(i=1,2,...,n)]]>

其中，M_i＝S”(x_i)，h_i-1＝x_i-x_i-1，x_i-1≤x≤x_i，(i＝1,2,…,n)；

对上式及插值条件S(x_i)＝y_i，(i＝0,1,2,…,n)进行二次积分，可得出膜厚三次样条插值函数S(x)的表达式为：

S(x)=Mi-16hi-1(xi-x)3+Mi6hi-1(x-xi-1)3+(yi-1hi-1-Mi-16hi-1)(xi-x)+(yihi-1-Mi6hi-1)·(x-xi-1)]]>

其中，M_i可由函数S(x)在湿膜厚度样点x_i处具有连续二阶导数的条件求得；然后将M_i代入S(x)公式，即可求解出涂层湿膜厚度三次样条函数S(x)；

步骤3.3：根据步骤3.2中得到的膜厚三次样条函数S(x)即可绘制金属薄板表面的涂层湿膜厚度三维曲面图形，直观显示整个金属薄板表面湿膜厚度分布情况，实现金属薄板表面涂层湿膜厚度的均匀性评估。

2.根据权利要求1所述的金属薄板印刷涂层湿膜厚度差分测量及均匀性评估方法，其特征在于：所述测量和评估方法基于测量系统实现，所述测量系统主要包括X向金属薄板传送机构、Y向扫描测厚机构和运动控制系统；所述X向金属薄板传送机构包括开有若干测量槽的测厚平台(2)和X向丝杠传动机构，测厚平台(2)可沿X向运动；所述Y向扫描测厚机构包括O型扫描框(4)和Y向同步齿形带传动机构，激光双测头固定于O型扫描框(4)上，扫描框(4)可沿Y向运动；所述运动控制系统通过运动控制卡(7)驱动步进电机(1,6)，从而控制X、Y向运动机构，实现上、下激光测头(5)与金属薄板(3)在XOY平面内的相对运动，完成涂层湿膜(9)厚度的扫描面测量，为均匀性评估提供基础数据。