CN111417834B - 测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够基于来自测量对象的电磁波反射强度以非接触方式高精度地测量各种参数的测量装置及其关联技术。提供一种测量装置及其关联技术，所述测量装置为不与测量对象接触的非接触式，并包括：检测器，测量来自被照射有电磁波的测量对象的电磁波反射强度；距离计，计测距测量对象的距离；以及偏离角度计测机构，计测测量对象与测量装置偏离正对的偏离角度。
Description
技术领域
本发明涉及测量装置及测量方法。
背景技术
通常，在涂装于船舶等大型钢结构物的涂膜的膜厚测量中，对于湿涂膜使用湿膜测厚规，而对于干燥涂膜使用电磁膜厚计，都是基于接触方式的测量方法。另一方面，作为非接触方式的测量方法，已知有使用红外线的方法，例如像专利文献1所记载的那样，在能够使与测量对象的距离和角度保持一定的生产线上固定膜厚测量装置，仅被用于制造物的检查等。
另外，在专利文献2中记载了一种用到红外线反射强度的涂膜的膜厚测量装置及测量方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开昭63-242375号公报
专利文献2：特开2016-17164号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在将前述涂装于像船舶内部那样具有复杂形状的大型钢结构物的涂膜作为测量对象时，若以现行的接触方式进行测量，则不仅需要在高处进行危险的作业，而且设置用于作业的脚手架将造成经济上不利。因此，希望开发非接触方式的测量方法。另外，即使在上述以外的情况下，也优选不存在对测量对象造成损伤的风险的非接触方式。
另一方面，在用到作为一种电磁波的红外线的膜厚测量方法中，能够进行检测的红外线反射强度受到距测量对象的距离、从正对测量对象偏离的偏离角度的影响。在现有的红外线膜厚测量方法中，未考虑到该影响。
本发明的目的在于提供能够基于来自测量对象的电磁波反射强度以非接触方式高精度地测量各种参数的测量装置及其关联技术。
用于解决技术问题的方案
本发明的第一方面是一种测量装置，其为不与测量对象接触的非接触式，并包括：检测器，测量来自被照射有电磁波的测量对象的电磁波反射强度；距离计，计测距测量对象的距离；以及偏离角度计测机构，计测测量对象与测量装置偏离正对的偏离角度。
本发明的第二方面在第一方面所述的方面中，还包括振荡部，所述振荡部对测量对象照射电磁波。
本发明的第三方面在第二方面所述的方面中，所述振荡部为带温度调节功能的激光二极管。
本发明的第四方面在第二或第三方面所述的方面中，提取从所述振荡部照射的电磁波的一部分并通过与所述检测器不同的检测器来监视所述振荡部的输出变动。
本发明的第五方面在第一至第四任一方面所述的方面中，在所述偏离角度计测机构中，偏离角度基于由所述距离计计测出的距离来进行计算。
本发明的第六方面在第一至第五任一方面所述的方面中，为便携式。
本发明的第七方面在第一至第六任一方面所述的方面中，还具有偏振滤波器。
本发明的第八方面在第一至第七任一方面所述的方面中，所述电磁波为非可见光，而从所述距离计照射可见光。
本发明的第九方面在第一至第八任一方面所述的方面中，具有多个所述距离计。
本发明的第十方面在第九方面所述的方面中，还包括振荡部，所述振荡部对测量对象照射电磁波，所述距离计均在同一平面上被配置为距所述振荡部的距离相等而所述振荡部配置于所述距离计的位置的重心。
本发明的第十一方面在第一至第十任一方面所述的方面中，所述电磁波的波长范围超过780nm且在3,000μm以下。
本发明的第十二方面在第一至第十一任一方面所述的方面中，还包括计算机构，所述计算机构根据来自测量对象的电磁波反射强度、距测量对象的距离以及测量对象与装置偏离正对的偏离角度来计算测量对象的厚度。
本发明的第十三方面在第一至第十一任一方面所述的方面中，还包括计算机构，所述计算机构根据来自测量对象的电磁波反射强度、距测量对象的距离以及测量对象与装置偏离正对的偏离角度来计算测量对象的浓度。
本发明的第十四方面是一种测量方法，其使用第十二方面所述的测量装置对测量对象的厚度进行测量。
本发明的第十五方面是一种测量方法，其使用第十三方面所述的测量装置对测量对象的浓度进行测量。
发明效果
根据本发明，能够提供可基于来自测量对象的电磁波反射强度以非接触方式高精度地测量各种参数的测量装置及其关联技术。
附图说明
图1是本实施方式的测量装置的立体示意图。
图2是本实施方式的测量装置的侧视示意图。
图3是本实施例中针对与测量对象相同种类的物质(后述的涂膜X)表示红外线反射强度与厚度(膜厚)的关系的图表。
图4是本实施例中针对与测量对象相同种类的物质表示红外线反射强度与距该物质的距离的关系的图表。
图5是本实施例中针对与测量对象相同种类的物质表示红外线反射强度与测量装置从正对该物质偏离的偏离角度的关系的图表。
具体实施方式
下面，采用图1及图2对本发明的一实施方式进行说明。至于变形例将稍后描述。在本说明书中“～”是指规定值以上且规定值以下。
本实施方式中举例示出的测量装置1至少包括以下的结构。
·对测量对象照射电磁波的振荡源11
·测量来自测量对象的电磁波反射强度的检测器12
·计测距测量对象的距离的距离计13(13a～13d)
·计测测量对象与测量装置1偏离正对的偏离角度的偏离角度计测机构14
另外，在本说明书中，“偏离正对的偏离角度”是指，将从测量装置1照射的电磁波的光轴相对于测量对象垂直的位置设为“正对”时，以角度来表示与该光轴之间的偏离。之后，若无特别说明，偏离角度均指上述意思。
另外，本说明书中的电磁波是指因电磁场的周期性变化而引起的波动，从波长更长的一方起可列举出电波、红外线、可见光、紫外线、放射线。本实施方式中的测量装置1的振荡源所采用的电磁波的种类只要能够以非接触方式高精度地测量各种参数则无特别限定。在本实施方式中，作为一例，举例示出780nm至3,000μm(3mm)的波长范围的电磁波。在本说明书中，为了便于说明，将该波长范围的电磁波称为红外线。
作为本实施方式中通过测量装置1测量的各种参数，能够基于来自测量对象的红外线反射强度而得到。作为该各种参数没有特别限制，例如可列举出“厚度”或“浓度”、或者红外线反射强度本身。
这里所说的“厚度”是指测量对象的涂膜、防锈油、树脂膜等的厚度，湿涂膜的厚度、干燥膜厚均可。需要指出，作为上述测量对象，如果对测量对象照射红外线时，红外线反射强度根据测量对象的厚度变化，则没有特别限制。
在本实施方式中，为了便于说明，举例示出了测量“厚度”的情况。在本实施方式中，虽然举例示出了将涂膜作为测量对象的情况，但本发明并非限定于膜厚测量，之后描述的优选例在测量浓度时也是有效的。对于测量浓度的情况将在后面详细叙述。
如图1所示，本实施方式中的测量装置1为便携式的，大体划分为具有：大致为立方体状的壳体10，各机构收纳于壳体10中；以及把手20(即、拿出测量装置1时的手柄)，从该壳体的上表面10a向外呈弧状延伸。在把手20上具备用于进行红外线的照射的红外线振荡按钮21。
照射红外线的振荡源11设置于壳体10，并具有能够从壳体的前表面10b向测量对象照射红外线的结构。这时，将振荡源11配置成红外线的光轴与壳体的前表面10b(更进一步而言，配置有后述的四个距离计13a、13b、13c、13d(四个统称时标注附图标记13)的同一平面)垂直。另外，在本实施方式中，振荡源11中的红外线的出射部分也可以配置在上述的同一平面上，但也可以将出射部分配置在比壳体的前表面10b靠测量对象侧(即外侧)的位置，还可以将出射部分设置在壳体10的内部。
作为该振荡源11，只要是发光二极管、激光二极管、卤素灯等能够输出红外线的振荡源即可，优选能够输出线性上强的能量的红外线的激光二极管。通过选择激光二极管作为振荡源11，从而与使用卤素灯等的情况相比实现省空间化，而且通过节电实现测量装置1的电池15的轻量化及小型化。
在分辨率优异这一点上，从振荡源11照射的红外线优选为近红外线。详细而言，在用检测器12检测红外线时，即便在红外线中也是近红外线的检测精度高，分辨率优异。具体的波长的值优选超过780nm且在30,000nm以下(或者超过830nm且在30,000nm以下)，更优选超过780nm(或者超过830nm)且在2,600nm以下，特别优选超过830nm且在1,200nm以下。另外，从不易受到使用环境的影响这一点上，自上述振荡源11照射的红外线也优选为超远红外线或者太赫兹波，具体而言，波长优选超过30μm且在3,000μm以下，更优选40～300μm。
在使用红外线激光二极管时，优选带温度调节功能的激光二极管。能够抑制因激光二极管的连续振荡等而温度波动所引起的红外线的输出变动，进而能够更高精度地测量各种参数。作为实现该温度调节功能的机构，例如可列举珀尔帖元件。
另外，关于红外线的输出变动，在如上所述进行控制的方法之外，可列举监视红外线的输出的方法。作为一实施方式，通过构成为具备与测量电磁波反射强度的检测器不同的检测器，从而可以用ND滤波器等光学滤波器提取从上述激光二极管照射的红外线的一部分，并以上述不同的检测器来监视输出变动。例如，可以将所照射的红外线的90％照射于测量对象，剩余的10％用于输出变动的监视。也可以构成为基于与所获得的输出变动相关的记录来解析对强度的影响，还可以构成为根据输出变动使振荡源的输出变动。
来自测量对象的红外线反射光由设置于壳体10内部的壳体的后表面10c的检测器12来测量强度。能够基于由检测器12测量出的红外线反射强度来对测量对象的膜厚进行测量。需要指出，作为检测器12，如果能够检测来自测量对象的红外线反射光且能够将红外线反射强度测量为电压值，则可以使用公知的检测器。
需要指出，也可以将聚光透镜16设置于壳体的前表面10b。由此，能够高效地使红外线反射光(图2的虚线箭头)朝向检测器12，进而能够高灵敏度地测量强度。
另外，本实施方式的测量装置1优选具有偏振滤波器17a、17b(统称时标注附图标记17)。其理由如下。
来自测量对象的反射光中包括基于镜面反射的正反射光和基于测量对象内的漫反射的散射光。假如测量装置1未与测量对象正对而是存在偏离角度时，正反射光的强度随着偏离角度而变化。这意味着由与测量对象的角度引起的灵敏度差增大。
另一方面，如果能够通过偏振滤波器17截去正反射光，则由于检测器12仅检测散射光来测量红外线反射强度，所以能够减少测量装置1的偏离角度对测量结果的影响。
而且，正反射光的强度除了部分取决于测量对象的膜厚之外，还部分取决于测量对象的表面状态。也就是说，通过用偏振滤波器17截去正反射光，从而能够高精度地测量由膜厚引起的反射光强度。
不过，正反射光是强度高的光，取决于测量对象，有时是适合膜厚测量的。偏振滤波器17由于使反射光整体的强度降低，所以也可以使测量装置1具备偏振滤波器切换机构(未图示)，该偏振滤波器切换机构可根据操作员的意图来切换偏振滤波器17的功能的开/关。作为该偏振滤波器切换机构，例如既可以通过用作为壳体10的触摸面板的液晶显示器18、开关(未图示)等进行操作来切换偏振滤波器17的有无，也可以物理上变更偏振滤波器17的位置。
需要指出，在图2中示意性记载了偏振滤波器17的配置，但对于配置偏振滤波器17的方式没有特别限制，例如也可以在振荡源11中的红外线的出射部分设置第一偏振滤波器17a，使之为仅一个方向的波，为了截去正反射光，对检测器12设置与该一个方向正交的方向的第二偏振滤波器17b。
另外，本实施方式的测量装置1能够构成为具备分光器。
作为一具体例，也可以基于从振荡源11照射的电磁波的入射波与反射波的相位差来对测量对象的膜厚进行测量。
相位差由电磁波在膜内往复的距离乘以膜的折射率所得到的值决定。也就是说，相位差取决于膜厚。因此，如果预先获得相位差与膜厚的关系性(例如校准曲线)，则通过用检测器12测量由分光器分离出的上述入射波与上述反射波的相位差而能够测量膜厚。
作为另一具体例，也可以像近红外分光相机、近红外分光组成分析装置那样，通过检测器12测量特定波长中的电磁波反射强度。需要指出，特定波长中的电磁波的反射强度也可以进行一维解析，还可以进行二维解析(成像)。
作为本实施方式的特征之一，在壳体的前表面10b设置有四个计测距测量对象的距离的距离计13。距离计13均在同一平面上配置于正方形或长方形的顶点的位置而振荡源11配置于距离计13的重心。作为该距离计13，如果能够计测距测量对象的距离，可以使用公知的距离计，例如也可以照射脉冲激光，基于反射光再次入射到距离计13的时间来计测距离。需要指出，在本实施方式中，举例示出了在距离计13的内部设置有检测上述脉冲激光的反射光的机构，与测量红外线反射强度的检测器12不同的情况。
另外，在本实施方式中，优选从距离计13照射可见光(波长400～780nm(或者830nm)，需要指出，将该范围以外的电磁波称为非可见光。)。其理由如下。
在使用本实施方式的测量装置1实施测量时，通过振荡源11对测量对象照射红外线，但红外线为不可见光线，因此操作员光靠振荡源11的话无法掌握将红外线照射在了测量对象的哪个位置。
另一方面，在从距离计13照射可见光(例如，可见光的脉冲激光)时，由于本实施方式中距离计13在同一平面上配置于正方形或长方形的顶点的位置而振荡源11配置于距离计13的重心，因此通过从四个距离计13照射可见光，从而操作员能够在测量对象上视觉确认四个光点，能够容易地掌握红外线照射在了用对角线连接四个光点而得的交点上。
这时，也可以采用如下结构：浅按测量装置1的把手上具备的按钮时仅启动距离计13而照射可见光，在操作员完成目视的定位之后深按按钮而照射红外线。也就是说，也可以设置在可见光与红外线之间切换光线的种类的切换机构。当然，也可以是该具体结构之外的结构，例如也可以是第一次按下按钮时照射可见光而第二次按下按钮时照射红外线的结构。
本实施方式的特征之一在于，具有计测测量对象与测量装置1偏离正对的偏离角度的偏离角度计测机构14。列举一例作为偏离角度计测机构14，可举出基于由距离计13计测出的距离来计测偏离角度的机构。将该计测的一例与计测距测量对象的距离的具体例一起在下面示出。
与从本实施方式的测量装置1的振荡源11照射红外线(在上述例子中为红外线激光)同时地，从四个距离计13同时向测量对象照射可见光的脉冲激光。来自被照射有红外线激光的测量对象的反射光穿过聚光透镜16被检测器12检测，并能够将其强度作为电压值而得到。
计测距测量对象的距离，四个距离计13在测量装置1的前表面10b上设置成处于正方形或长方形的顶点的位置。另外，作为振荡源11的红外线激光二极管配置在从四个距离计13的设置位置起的对角线结成的交点上(重心)。因此，从四个距离计13获得的距离的平均值也可以视作从红外线激光二极管到测量对象的距离，若测量对象为平面状的话，为到测量对象的距离本身。需要指出，即使围绕红外线激光二极管的距离计13的数量为三个，该方法也能够实现。
然后，计测偏离角度，在朝向测量装置1的前表面10b观察时，由于距离计13被配置在距振荡源11相等的水平距离处，所以能够获得水平偏离角度及具有该角度的平面的方程式。同样地，由于距离计13被配置在距振荡源11相等的垂直距离处，所以也能够获得垂直偏离角度及具有该角度的平面的方程式。在本实施方式中，测量对象与前表面10b这两个平面所成的角与偏离角度是相等的。
通过以上的结构，能够计测距测量对象的距离以及从正对测量对象偏离的偏离角度。优选本实施方式的测量装置1还设置计算机构19，该计算机构19根据测量对象的红外线反射强度、距测量对象的距离以及测量对象和装置偏离正对的偏离角度来计算测量对象的膜厚。
例如，如专利文献2的图3等、后述的实施例的图3等的校准曲线所示，测量对象的膜厚与测量对象的红外线反射强度具有相关关系。
此外，通过测量装置1检测的红外线反射强度随着距测量对象的距离越远而越发衰减。这时，在测量对象的红外线反射强度与距测量对象的距离之间具有相关关系(参照后述的实施例的图4的校准曲线)。
关于偏离角度也是同样，随着偏离角度越大而红外线反射强度越发衰减。这时，在测量对象的红外线反射强度与偏离角度之间具有相关关系(参照后述的实施例的图5的校准曲线)。
若测量对象的组成、各组成的含量同等，则维持由后述的实施例所示的校准曲线表示的关系。另一方面，在对组成、各成分的含量不同的测量对象进行测量时，与直接使用上述关系或者对上述关系进行某种校正相比，优选针对与该测量对象相同种类的物质预先获得膜厚、红外线反射强度、距该物质的距离以及该物质和测量装置1偏离正对的偏离角度的关系、即校准曲线。需要指出，该校准曲线无需是一个，如图3～5所示，也可以由多个校准曲线构成。
其结果，通过从上述各相关关系获得的校准曲线，能够根据从测量装置1照射到测量对象的红外线反射强度测量排除了距测量对象的距离及偏离角度的影响的膜厚，并且还能将其结果实时地显示在壳体10的液晶显示器18等上。
需要指出，优选还在本实施方式的测量装置1中设置种类选择机构(未图示)，该种类选择机构能够根据测量对象的种类而切换按测量对象的各个种类准备的上述校准曲线。需要指出，上述校准曲线保存在壳体10内的存储器(未图示)中，在计算机构19进行动作时从存储器中调出即可。
计算机构19也可以采用与偏离角度计测机构14共同的结构，例如也可以通过设置于壳体10内的一个计算机构19来进行膜厚的计算及偏离角度的计测。另外，计算机构19也可以是与测量装置1连接的个人计算机、平板电脑等外部终端。
需要指出，通过上述结构，除了本发明的效果之外，还起到以下效果。
如上所述，本实施方式的测量装置1能够检测的红外线反射强度随着距测量对象的距离越远而越发衰减，其测量精度也越发降低。当然，能够测量的距离也取决于振荡源11的功率，本实施方式的测量装置1中使用的振荡源11被确认即使到测量对象的距离为5m也能够以足够的精度测量涂膜的膜厚。顺带地，在通过先前列举的偏振滤波器切换机构关闭偏振滤波器17的功能时，变为可以检测正反射光，因此能够确保大的红外线反射光的强度，即使距离为10～15m也能够以足够的精度测量涂膜的膜厚。
另外，上述红外线反射强度随着从正对测量对象偏离的偏离角度越大而越发衰减，因此测量对象与装置的前表面10b越接近正对具有越好的测量精度。另一方面，本实施方式的测量装置1即使偏离角度大也能够高精度地测量膜厚。例如，在本实施方式的测量装置1中，从正对测量对象偏离的偏离角度即使在85°以下也能够以非常好的精度实施测量，如果在75°以下则精度更好。
当然，本发明并非限定于本实施方式。以下，列举适用例或变形例。需要指出，也可以将本实施方式中列举的优选例适当地组合到以下的例子中。
例如，作为测量对象，虽然没有特别限制，但优选是含有选自钛白、亚氧化铜、氧化锌、红氧化铁、黄色氧化铁、铬绿黑赤铁矿、锰铋黑、氧化铁铬、钛镍黄、钛铬棕以及金红石锡锌等中的一种以上红外线反射材料的涂膜，另外，优选是具有兼具对于红外线的反射性和透射性两者的性质的涂膜。
在这样的涂膜中含有大量红外线反射材料的情况下，红外线的透射率会降低，因而能够通过本装置测量的膜厚的范围存在缩小的趋势。因此，测量对象的涂膜优选膜厚在2,000μm以下，更优选在1,000μm以下。
另外，作为其它的测量对象，也可以测量涂布在反射红外线的基材、例如钢板等上的防锈油、树脂膜等的厚度。
防锈油、树脂膜在厚度增加时，红外线的吸收增大，因而从基材反射的红外线反射强度会衰减。因此，通过利用该相关关系，也可以通过非接触方式就地测量吸收红外线的防锈油、树脂膜等的厚度。
另外，本实施方式的测量装置1能够测量在测量对象中含有的红外线反射材料的浓度。该“浓度”表示含有多少红外线反射材料，也是(重量、体积)含有率。该浓度的测量与前述的测量对象的厚度测量同样地，通过根据距测量对象的距离和偏离正对的偏离角度校正红外线反射强度来进行测量。
列举具体例，与前述的厚度测量的情况同样地，通过针对与测量对象相同的涂料预先获得浓度、红外线反射强度、距测量对象的距离以及测量对象和测量装置1偏离正对的偏离角度的关系、即校准曲线，从而能够通过计算机构19计算排除了距测量对象的距离及偏离角度的影响的浓度。
另外，使用测量装置1对由“浓度”已知的涂料形成的特定膜厚(例如膜厚tμm)的涂膜测量红外线反射强度。然后，从其测量结果排除距测量对象的距离以及偏离角度的影响来测量浓度。
通过这样测量红外线反射材料的浓度，例如在测量对象的涂膜由二组分型涂料形成的情况下，能够容易地无损检查其混合比是否有误。顺带地，即使是上述的厚度测量、浓度测量以外的测量，也可以应用本发明的技术思想，根据本说明书中所说的各种参数中的任意的参数、来自测量对象的电磁波反射强度、距测量对象的距离以及测量对象和装置偏离正对的偏离角度的关系，通过计算机构14计算该任意的参数。
需要指出，作为本实施方式的测量装置1的使用方式，没有特别限制，但在包含近红外线的太阳光下，有可能因天气、测量对象的方位等而受影响，因此优选在几乎不含近红外线的照明(例如荧光灯等)下的室内使用。而且，本实施方式的测量装置1即使在完全的暗处也能够使用，例如在夜间的室外、船舶或结构物的区块内部等几乎没有照明的环境中也能够进行测量。另外，如果不是户外光线的红外线强度非常高的环境，则也可以从测量得到的红外线反射强度排除户外光线的影响而求出厚度。
另一方面，在振荡源的波长为通常被称为超远红外线或者太赫兹波、亚太赫兹波的波长(例如超过30μm且在3,000μm以下)时，具有不易受到太阳光的影响等优点。
以下，列举本测量装置的变形例。
在本实施方式中，列举了设置计算机构19的例子，其中，该计算机构19根据测量对象的红外线反射强度、距测量对象的距离以及测量对象和装置偏离正对的偏离角度来计算测量对象的厚度。另一方面，如果通过在液晶显示器18等上显示上述距离及偏离角度而操作员能够掌握距离及偏离角度，则可以将本实施方式的便携式的测量装置1相对于测量对象适当地配置。其结果，即使在不使用计算机构19时，也能够以非接触方式在短时间内高精度地测量作为来自测量对象的红外线反射强度的基础的各种参数。不过，设置计算机构19不仅减轻操作员的负担，也提高测量结果的精度。
在本实施方式的测量装置1中，列举了偏离角度计测机构14基于由距离计13计测出的距离来计测偏离角度的例子，但除此之外，在重力传感器(未图示)搭载于测量装置1时，通过将测量对象配置成相对于前表面10b垂直，从而也可以计测与测量装置1的偏离角度。
在本实施方式的测量装置1中，举例示出了具有四个距离计13，并且距离计13均在同一平面上配置于正方形或长方形的顶点的位置而振荡源11配置于距离计13的重心的情况。在本实施方式中，优选具有多个距离计13，更优选具有三个以上的距离计13。另一方面，距离计13例如也可以是在壳体的前表面10b上以振荡源11为中心配置的一个圆环状的距离计，可获得距测量对象的距离(平均值)、相对于测量装置1的垂直方向、水平方向的偏离角度。另外，也可以是隔着振荡源11在水平(垂直)方向上配置两个长条的距离计的方式。
在本实施方式的测量装置1中，举例示出了距离计13均在同一平面上配置成距振荡源11的距离相等且振荡源11配置于距离计13的位置的重心的情况，但不限定于该方式。例如，即使在各距离计13距振荡源11的距离不同时，也能够基于各距离计与振荡源11的位置关系，通过计算机构19计算距测量对象的距离以及偏离正对的偏离角度。
在本实施方式的测量装置1中，列举了为获得作为绝对值的厚度而预先获得校准曲线的例子，但在获得作为相对值的厚度时，不需要校准曲线。例如，在测量对象为大面积时，通过对测量对象的几处位置随机地照射红外线，并检查各测量位置之间有无红外线反射强度的差异，从而能够检查测量对象的厚度是否有不均。在本说明书中，“通过计算机构19计算测量对象的厚度和浓度中的至少任一方”在意思上是指用于获得作为绝对值的例如厚度的计算暂且不说，其也指用于获得作为相对值的例如厚度(更详细而言，作为厚度的基础的红外线反射强度)的计算。
除了本实施方式中描述的获得作为绝对值的厚度的情况之外，在如上所述获得作为相对值的厚度的情况下，也可以在对测量对象的几处位置随机地照射了红外线时，将各测量位置的测量结果保存在存储器中，并通过上述计算机构19或另外的计算机构算出测量结果的平均值、标准偏差等。
虽对本实施方式的测量装置1进行了详细描述，但本发明的技术思想反映于使用该测量装置1对测量对象的厚度及浓度中至少任一方进行测量。
另外，本发明的技术思想也反映于与本实施方式的测量装置1中的厚度校正相关的测量***、测量程序。
对于作为测量***的一结构，只要将上述测量装置1换成测量***这一措词就足矣。该测量***例如由壳体10内的控制部(未图示)控制。
另外，偏离角度计测机构14、计算机构19也可以经由服务器在远程地被连接。反之，也可以使计算机构19(或者，除此之外还有偏离角度计测机构14)位于身边，而除此之外的结构经由服务器在远程地被连接。另外，在测量对象的校准曲线未保存在壳体10内的存储器中时，也可以采用通过壳体10内的控制部(未图示)使上述校准曲线经由服务器下载到存储器中那样的结构。
对于作为测量程序的一结构，只要是使测量装置1作为上述的各结构发挥功能的测量程序即可。通过壳体10内的控制部，使作为计算机的测量装置1发挥功能来执行测量程序。
在本说明书中，作为实施方式举例示出了便携式的测量装置1，但并不妨碍使测量装置1为固定式的基础上应用本发明的技术思想。
另外，也可以使测量装置1的结构的一部分为固定式。例如，也可以一边在壳体10之外配置振荡源，一边将导光部件(例如光纤)的一端与该振荡源连接，而将该光纤的另一端收纳在壳体10内，并配置在图1及图2的振荡源11的位置上。不管是像这样地将振荡源11的驱动源配置在壳体10之外的情况，还是如图1及图2所示配置发射电磁波(例如红外线)的振荡源11本身的情况，都可以应用本发明的技术思想。在本说明书中，将振荡源或通过导光部件辐射电磁波的部分称为“振荡部”。也就是说，也可以将振荡部的至少一部分配置于图1及图2的振荡源11的位置。
进一步而言，也可以将上述振荡部配置为与测量装置1分体的装置。另外，也可以根本不设置上述振荡部，通过检测器12测量来自例如被照射有太阳光的测量对象的电磁波反射强度。
需要指出，也可以将测量装置1的电源配置在壳体10之外。在将电源配置在外侧时，变为接收来自外部的电力供给。
实施例
接着，基于实施例对本发明更加详细地进行说明。在以下的实施例中，示出了将本实施方式的测量装置1(图1)用于涂膜的膜厚测量的例子，但本发明不限定于以下的实施例。
在本例中，如特开2016-17164号公报的实施例5所记载的那样，形成由底涂涂料SP-GY形成的底涂涂膜，并形成由表涂涂料IR-U形成的表涂涂膜，将其合起来作为测量对象涂膜。在此基础上，作为求出厚度的对象，选择了表涂涂料IR-U的涂膜(之后称为涂膜X。)。
为了预先获得涂膜X的校准曲线，进行了以下的步骤。
首先，按照下述步骤制作了涂膜X的干燥膜厚为108μm、243μm、469μm、701μm、935μm五个膜厚的试验片。
＜试验片的制作顺序＞
在钢板(宽度70mm×长度150mm×厚度1.6mm，符合ISO8501-1：2007的处理等级SA2.5的喷砂处理钢板，以下同样)上喷涂底涂涂料SP-GY使其约为10μm，并在室温下干燥一周。需要指出，用电磁膜厚计(Kett公司制造，LZ-990)测量了底涂涂膜的膜厚。
在所得的带底涂涂膜的钢板的底涂涂膜上喷涂表涂涂料IR-U使其为五种膜厚。使获得的湿涂膜在60℃下干燥24小时，制得了带有由底涂涂膜和涂膜X构成的测量对象涂膜的试验片。用上述电磁膜厚计对测量对象涂膜的膜厚进行测量，并将从得到的值减去底涂涂膜的膜厚而得的值作为了涂膜X的膜厚。
使用上述试验片，测量了测量装置1的前表面10b偏离正对测量对象涂膜的偏离角度θ＝0°、测量对象涂膜与测量装置1的前表面10b之间的距离为1m(四个各距离计13与测量对象之间的距离La、Lb、Lc、Ld的平均值L＝1m)时从设置于测量装置1的红外线激光二极管(型号：QFLD-850-100S-PM；波长：855nm；QPhotonics,LLC公司制造)发出的红外线反射强度。设置于测量装置1的检测器12为Si PIN光电二极管(型号：S3204-08；尺寸：18mm×18mm；滨松光子学株式会社制造)。图3示出了其测量结果、即针对与测量对象相同种类的物质(上述涂膜X)表示红外线反射强度与厚度(膜厚)的关系的图表。
如图3所示，在固定了距离和角度时，在涂膜X中，测量装置1所检测的红外线反射强度随着膜厚变厚而增大。
接着，使用上述试验片，将前表面10b偏离正对测量对象涂膜的偏离角度设为θ＝0°，测量了使测量对象涂膜与测量装置1的前表面10b之间的距离在50cm～5m的范围内变动时从红外线激光二极管发出的红外线反射强度。图4示出了其测量结果、即针对与测量对象相同种类的物质表示红外线反射强度与距该物质的距离的关系的图表。
如图4所示，在固定角度而使距离变动时，测量装置1所检测的红外线反射强度随着距离越远而越小。
接着，使用上述试验片，将测量对象涂膜与测量装置1的前表面10b之间的距离设为1m，测量了使前表面10b偏离正对测量对象涂膜的偏离角度在θ＝－65～+65°的范围内变动时从红外线激光二极管发出的红外线反射强度。图5示出了其测量结果、即针对与测量对象相同种类的物质表示红外线反射强度与测量装置1偏离正对该物质的偏离角度的关系的图表。
如图5所示，在固定距离而使偏离角度变动时，装置所检测的红外线反射强度随着偏离正对的偏离角度增大而减小。
通过上述步骤，针对与测量对象相同种类的物质得到了膜厚、红外线反射强度、距该物质的距离以及测量装置1偏离正对该物质的偏离角度的关系(校准曲线)。
然后，使用本实施方式的测量装置1对包括膜厚未知的涂膜X的测量对象涂膜进行了膜厚测量。其结果如下。
从红外线激光二极管发出的红外线反射强度＝0.850V
距离计13a的值La＝980mm
距离计13b的值Lb＝1,040mm
距离计13c的值Lc＝1,020mm
距离计13d的值Ld＝960mm
La、Lb、Lc、Ld的平均值(距离)＝1,000mm(1m)
偏离角度＝41.1度
然后，将上述数值在本实施方式所述的计算机构19中套用到之前的关系(校准曲线)中，结果得到膜厚为322μm。
为了确认上述测量结果的精度，按照前述的试验片制作步骤，测量了之前的测量对象涂膜的涂膜X的膜厚。其结果，膜厚为320μm。电磁膜厚计的误差范围被设为2％，可知本实施方式的测量装置1能够以与接触式匹敌的精度来测量厚度。
需要指出，本发明人也对使用以下的各种振荡源来替代上述红外线激光二极管的情况进行了试验。
·“H8385030D”(Egismos Technology公司制造；小型激光二极管；波长850nm)
·“KEDE1452H”(京都半导体株式会社制造；发光二极管；波长1200～1600nm；2.8mW)
·“FLD-980-100S”(QPhotonics,LLC公司制造；带温度调节功能的纤维激光二极管；波长975nm)
·在测量装置1的壳体侧方设置了松下株式会社制造的热线反射玻璃(RefLite)(拍摄相片用；500W型散光式)(即、在壳体侧方设置了与测量装置1分体的振荡源)。然后，使用红外线相机“SC2500-NIR”(FLIR Systems公司制造)测量了从涂膜反射的波长900～1700nm的电磁波的反射强度。
其结果，在使用了这些各种振荡源的情况下，可知与上述实施例同样地，能够以与接触式匹敌的精度来测量厚度。
而且，本发明人为了表明波长3,000μm的太赫兹波能够适用于本发明的技术思想而进行了试验。该试验中使用了以下的装置。
·Terasense公司制造的太赫兹光源(波长3,000μm(100GHz)；输出200mW)作为振荡源11
·Terasense公司制造的太赫兹成像相机(Tera-1024；100GHz)作为检测器12
需要指出，在该试验中振荡源11与检测器12为分开的装置。
以与彼此相邻配置的振荡源11以及检测器12正对的方式在距离20cm的位置处设置了塑料板(厚度3mm)。然后，测量了检测器12捕捉到的来自塑料板的电磁波反射强度(电压值)。其结果，电磁波反射强度为6.2×10-2V。
将上述振荡源及检测器与上述塑料板之间的距离变更为19cm，并进行了测量。其结果，电磁波反射强度为7.1×10-2V(相对于距离20cm、正对状态时的电磁波反射强度(电压值)的相对值1.18)。
距离20cm不发生变更，而将偏离正对上述塑料板的偏离角度变更为30°，并进行了测量。其结果，电磁波反射强度为4.1×10-2V(相对于距离20cm、正对状态时的电磁波反射强度(电压值)的相对值0.66)。
通过该试验确认了即使是长波长区域的电磁波(太赫兹波)，电磁波反射强度也会受到距离和角度的影响。
接着，对在＜试验片的制作步骤＞中说明了的所述钢板喷涂“CMP NOVA2000浅灰”(中国涂料株式会社制造)使其成为两种膜厚。将所得到的湿涂膜在60℃下干燥24小时，制得了干燥膜厚为262μm、431μm的两个带测量对象涂膜的试验片2。
在与振荡源及检测器之间的距离为20cm且处于正对的位置上设置上述带测量对象涂膜的试验片2，并测量了检测器捕捉到的来自试验片的电磁波反射强度(电压值)。
在用所述电磁膜厚计测量出的该试验片的干燥膜厚为262μm时，电磁波反射强度为1.0×10-2V。
另外，在面向该试验的干燥膜厚为431μm时，电磁波反射强度为4.2×10-2V(相对于干燥膜厚为262μm时的相对值4.2)。
通过该试验确认了即使是长波长区域的电磁波(太赫兹波)，测量对象的涂膜的膜厚也会影响电磁波反射强度。
从上述两个试验结果可知，可得到来自测量对象的电磁波反射强度、距测量对象的距离、测量对象和装置偏离正对的偏离角度以及膜厚的关系。同样地也可得到与浓度的关系。
除了可得到上述关系之外，还能用测量装置1中的距离计13测量距测量对象的距离，另外，用偏离角度计测机构14测量从正对测量对象偏离的偏离角度，以及通过在将上述太赫兹成像相机装入测量装置1的基础上使之为检测器12而可得到电磁波反射强度。
作为以上的结果，可知即使电磁波为波长3,000μm的太赫兹波，如果是本实施方式所涉及的测量装置1的话，也能够测量膜厚等。
根据以上的结果可知，如果是本实施方式的测量装置1的话，能够以非接触方式高精度地测量膜厚。需要指出，即使是膜厚以外的各种参数(例如厚度、浓度)，如果按照同样的步骤，也可起到本发明的效果。
附图标记说明
1…测量装置
10…壳体
10a…壳体的上表面
10b…壳体的前表面
10c…壳体的后表面
11…振荡源
12…检测器
13(13a、13b、13c、13d)…距离计
14…偏离角度计测机构
15…电池
16…聚光透镜
17(17a、17b)…偏振滤波器
18…液晶显示器
19…计算机构
20…把手
21…红外线振荡按钮
Claims (12)
1.一种便携式测量装置，为不与测量对象接触的非接触式的膜厚测量装置，测量对象为涂膜，所述便携式测量装置包括：
检测器，测量来自被照射有电磁波的测量对象的电磁波反射强度；
距离计，计测距测量对象的距离；以及
偏离角度计测机构，计测测量对象与测量装置偏离正对的偏离角度。
2.根据权利要求1所述的便携式测量装置，其中，
所述便携式测量装置还包括振荡部，所述振荡部对测量对象照射电磁波。
3.根据权利要求2所述的便携式测量装置，其中，
所述振荡部为带温度调节功能的激光二极管。
4.根据权利要求2或3所述的便携式测量装置，其中，
所述便携式测量装置提取从所述振荡部照射的电磁波的一部分并通过与所述检测器不同的检测器来监视所述振荡部的输出变动。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的便携式测量装置，其中，
在所述偏离角度计测机构中，偏离角度基于由所述距离计计测出的距离来进行计算。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的便携式测量装置，其中，
所述便携式测量装置还具有偏振滤波器。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的便携式测量装置，其中，
所述电磁波为非可见光，而从所述距离计照射可见光。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的便携式测量装置，其中，
所述便携式测量装置具有多个所述距离计。
9.根据权利要求8所述的便携式测量装置，其中，
所述便携式测量装置还包括振荡部，所述振荡部对测量对象照射电磁波，
所述距离计均在同一平面上被配置为距所述振荡部的距离相等而所述振荡部配置于所述距离计的位置的重心。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的便携式测量装置，其中，
所述电磁波的波长范围超过780nm且在3,000μm以下。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的便携式测量装置，其中，
所述便携式测量装置还包括计算机构，所述计算机构根据来自测量对象的电磁波反射强度、距测量对象的距离以及测量对象与装置偏离正对的偏离角度来计算测量对象的膜厚。
12.一种测量方法，使用权利要求11所述的便携式测量装置对测量对象的膜厚进行测量，所述测量对象为涂膜。
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