CN201876248U

CN201876248U - 镀层厚度测量装置

Info

Publication number: CN201876248U
Application number: CN2010206395948U
Authority: CN
Inventors: 崔厚欣; 吴速; 杨长江; 高会娟; 刘大亮
Original assignee: BEIJING TIME HIGH-TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: Beijing times peak Technology Co., Ltd.
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2020-12-02

Abstract

本实用新型涉及一种镀层厚度测量装置，其包括：X射线管，与高压电源相连接，发射出X射线，所述X射线的发射方向向上；准直器，设置在所述X射线管与被测物质之间；射线安全联锁机构，设置在X射线管与准直器之间；射线检测器，接收X射线照射到被测物质后发出的荧光信号，并转化为电信号；前置放大器、主放大器、多道分析器与中央控制电路顺序连接；计算机，与所述中央控制电路相连接，接收所述中央控制电路采集的电信号并进行数据处理与计算，获得被测物质的测量结果。本实用新型采用下照式检测结构，测量时只需要将被测物质的被测面朝下放置在检测台上即可，从而使仪器结构简单，使用方便。

Description

镀层厚度测量装置

技术领域

本实用新型属于工业检测技术领域，特别是利用X射线荧光的镀层厚度测量装置。

背景技术

镀膜技术在现在工业中占有极其重要的地位，已广泛应用于电子、航天、仪表等高技术工业。随着镀膜技术的发展，镀层的质量检查，也已被列为标准化的一门科学技术。在镀层质量检测中，镀层厚度和层中各元素的比例分配是控制镀膜性质的两个重要参数，测定这两个参数对于电子、光学、半导体、超导等高科技材料的研究发展具有重要意义。镀层厚度测量方法通常分为破坏性和非破坏性两大类。破坏性测厚法如点滴法、液流法、电量法等，由于对样品的破坏性和费事费力等缺陷，在许多精密测量中正被舍弃。无损法测量由于具有不破坏样品、简便迅速测定厚度等特点，正被广泛应用。无损法一般有磁性法、涡流法、超声测厚法、X射线荧光(XRF)测厚等方法。磁性法只能测磁性材料(钢铁、镍)表面的非导磁性镀层(搪玻璃、搪瓷、塑料、油漆)，测量范围为500μm-20mm左右；涡流法是利用高频交变电流在探测头的线圈中产生高频交变电场，当探测头与镀层接触时，探测头下面的导体产生电涡流，并对探测头中线圈产生反馈作用，通过测量反馈作用的大小可导出镀层的厚度，但此方法只能测量非磁性产品；超声测厚法主要有共振法和脉冲反射法，是根据测量超声波通过镀层的时间差来确定镀层的厚度，测量设备较为复杂，从测量精度上来说，可满足生产中一定的要求，但其测量范围一般为0.5mm-5mm，对于μm级镀层，基本上是不可检测的。X射线荧光测厚法是利用初级辐射源发出的射线照射样品，使样品受激后发出X射线荧光，然后通过对X射线的能量分析和强度测量，确定所测样品厚度及对样品进行相应的定量分析的一种无损分析方法。由于XRF在测量准确性，可重复性等方面的优越性，使它得到了广泛应用。但目前利用X射线荧光原理进行镀层测厚的装置中，较多的采用了上照式的结构方式，即X射线光源和检测器位于被测样品的上面，由于不同的被测物具有不同的高度，所以上照式的检测结构方式需要利用复杂的三维移动机构进行定位以及利用辅助光源如激光自动对焦进行检测距离上的调整，因此结构较为复杂。

发明内容

本实用新型发明的目的是提供一种镀层厚度测量装置，该镀层厚度测量装置利用X射线荧光来检测镀层厚度，具有准确、快速、无损、可同时检测多种元素及多镀层厚度等优点。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种镀层厚度测量装置，该镀层厚度测量装置包括：

高压电源，用于提供高压电源；

X射线管，设置于整个镀层厚度测量装置下方，与所述高压电源相连接，由高压电源激发发射出X射线，所述X射线的发射方向向上；

准直器，设置在所述X射线管与被测物质之间，将X射线准直；

射线安全联锁机构，设置在X射线管与准直器之间；

射线检测器，用于接收X射线照射到被测物质后发出的荧光信号，并将该荧光信号转化为电信号；

中压电源；与所述射线检测器相连接，提供给所述射线检测器工作电源；

前置放大器、主放大器、多道分析器与中央控制电路顺序连接，所述电信号依次通过所述前置放大器、主放大器、多道分析器后到达中央控制电路，由中央控制电路采集；

计算机，与所述中央控制电路相连接，接收所述中央控制电路采集的电信号并进行数据处理与计算，获得被测物质的测量结果；

低压电源，分别与所述前置放大器和主放大器相连，提供所述前置放大器、主放大器、多道分析器、中央控制电路和计算机的工作电源。

所述射线安全联锁机构包括：

检测室光电开关传感器，设置在检测室，与所述中央控制电路相连接，用以将检测到的检测室的门开关状况信号传递给所述中央控制电路；

外壳光电开关传感器，设置在所述镀层厚度测量装置的外壳部分，与所述中央控制电路相连接，用以将检测到的所述镀层厚度测量装置的外壳开关状况信号传递给所述中央控制电路；

X射线管温度传感器，设置在X射线管，与所述中央控制电路相连接，用以将检测到的X射线管的温度信号传递给所述中央控制电路；

执行机构，与所述中央控制电路相连接，由中央控制电路控制，所述执行机构还与所述高压电源相连接；

螺线管，与所述执行机构相连接，由所述执行机构驱动。

所述射线检测器为Si-PIN半导体射线检测器。

所述的镀层厚度测量装置还包括：滤光片，设置于被测物质与所述射线检测器之间，供所述荧光信号通过。

所述的镀层厚度测量装置还包括：工业相机，所述的工业相机位于被测物质的正下方，直接通过图像监测被测物质的测量位置。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型镀层厚度测量装置采用下照式检测结构，测量时只需要将被测物质的被测面朝下放置在检测台上即可，检测位置可以由高清晰的工业相机监测，而无需复杂的三维调整机构来调整X射线管与被测物质面的距离，从而使仪器结构简单，使用方便。

2、根据X射线荧光检测理论编制的数据处理算法可以同时检测多达10层的镀层厚度。

3、X射线安全联锁机构可以有效避免操作过程中X射线的泄露以保证操作人员的安全。

4、采用Si-PIN半导体射线检测器，提高了荧光能量分辨率，从而提高了检测结果的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1是本实用新型镀层厚度测量装置的测量原理框图；

图2是本实用新型镀层厚度测量装置的下照式检测结构示意图；

图3是本实用新型镀层厚度测量装置的射线安全联锁机构示意图；

图4是本实用新型中央控制电路图之一；

图5是本实用新型中央控制电路图之二。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

请参考图1，图1是本实用新型镀层厚度测量装置的测量原理框图。本实用新型镀层厚度测量装置的测量***主要包括：高压电源101、中压电源102、低压电源103、X射线管104、射线检测器105、前置放大器106、主放大器107、多道分析器108、中央控制电路109、计算机110、被测物质111、射线安全联锁机构112、准直器113。

其中：

高压电源101，用于提供高压电源；

X射线管104，设置于整个镀层厚度测量装置下方，与所述高压电源101相连接，由高压电源101激发发射出X射线，本实用新型采用下照式检测方式，如图2所示，被测物质111放在位于检测室202内的检测平台204上，检测平台204上开有圆形的检测窗口205，将X射线管104及射线检测器105设置在被测物质111的下方，被测物质111待测面朝下，X射线的发射方向向上，这样被测物质111到X射线管104的距离固定，还可以设置一个工业相机203位于被测物质111的正下方，可以直接监测被测物质1111的被测位置。不需要复杂的三维定位机构装置来调整检测面与X射线管104之间的距离，这种结构较为简单且更加有利于空间的利用；

准直器113，设置在所述X射线管102与被测物质111之间，将X射线准直；

射线安全联锁机构112，设置在X射线管102与准直器113之间，当设备出现异常时，用以切断X射线，防止X射线对人体的产生危害；

射线检测器105，用于接收X射线照射到被测物质111后发出的荧光信号，并将该荧光信号转化为电信号；

中压电源102；与所述射线检测器105相连接，提供给所述射线检测器105工作电源；其中所述射线检测器105可以是Si-PIN半导体射线检测器；

前置放大器106、主放大器107、多道分析器108与中央控制电路109顺序连接，所述电信号依次通过所述前置放大器106、主放大器107、多道分析器108后到达中央控制电路109，由中央控制电路109采集；

计算机110，与所述中央控制电路109相连接，接收所述中央控制电路109采集的电信号并进行数据处理与计算，获得被测物质111的测量结果；

低压电源103，分别与所述前置放大器106和主放大器相连107，提供所述前置放大器106、主放大器107、多道分析器108、中央控制电路109和计算机110的工作电源。

如图3所示，图3是本实用新型镀层厚度测量装置的射线安全联锁机构示意图，其中所述射线安全联锁机构112包括：

检测室光电开关传感器301，设置在检测室202，与所述中央控制电路109相连接，用以将检测到的检测室202的门开关状况信号传递给所述中央控制电路109；

外壳光电开关传感器302，设置在所述镀层厚度测量装置的外壳304部分，与所述中央控制电路109相连接，用以将检测到的所述镀层厚度测量装置的外壳304开关状况信号传递给所述中央控制电路109；

X射线管温度传感器305，设置在X射线管，与所述中央控制电路109相连接，用以将检测到的X射线管的温度信号传递给所述中央控制电路109；

执行机构306，与所述中央控制电路109相连接，由中央控制电路109控制，所述执行机构306还与所述高压电源101相连接；

螺线管308，与所述执行机构306相连接，由所述执行机构306驱动，当在检测过程中或X射线管处在高压激发状态下，如果检测室202、外壳304被打开或者出现其他错误操作时，或者X射线管温度过高，超过安全标准，***会自动切断X射线管的高压电源101或用螺线管308封闭X射线的出口以防射线泄露对操作人员造成伤害。

综上所述，本实用新型镀层厚度测量装置的工作过程是：

高压电源101根据计算机发出的指令数据改变高压输出到X射线管104产生X射线，该X射线由射线安全联锁机构112中的螺线管308控制是否能通过到达被测物质111。通过螺线管308的X射线由准直器113准直后入射到被测物质111上，在被测物质111和射线检测器105之间还可以设置滤光片114，用于过滤X射线的荧光。被测物质111发出的荧光信号经过滤光片114由Si-PIN半导体射线检测器105接收并转化为电信号，该电信号经过前置放大器106、主放大器107、多道分析器108后由中央控制电路109采集并上传到计算机110进行数据处理与计算，并得出最终测量结果。图中的中压电源102给Si-PIN半导体射线检测器105提供100V左右的偏置电压，低压电源103给各电路提供各自所需要的低电压。

其中射线安全联锁机构112的工作过程是：

当打开或关闭检测室202的门时，检测室光电开关传感器301产生通或断的信号给中央控制电路109，中央控制电路109根据通断信号来控制执行机构306使X射线能否通过并辐射到被测物体上，只有当检测室202处于关闭状态才能开始测量。当在测量过程中由于外部原因使得检测室202的门被打开，则检测室光电开关传感器301检测到光信号，于是光电开关传感器301发出接通信号，中央控制电路109则根据接通信号会自动产生相应信号驱动执行结构306通过螺线管308将X射线管出口封闭以防止射线泄露，同时产生相应的报警信息。外壳光电开关传感器302用于检测设备外壳304的开关状态，其工作原理类似检测室202安全联锁。当检测装置处于通电状态或者正在测试过程中，由于外部原因使得外壳304被打开，则外壳光电开关传感器302产生相应的信号给中央控制电路109，中央控制电路109会自动产生相应信号驱动执行结构306通过螺线管308将X射线管出口封闭以防止射线泄露，同时产生相应的报警信息。X射线管温度传感器305位于X射线管壳体上，用于监测X射线管本身的工作温度。当在工作过程中，X射线管自身温度超过了设定温度，则X射线管温度传感器305产生相应信号到中央控制电路109，中央控制电路109发出信号驱动执行结构306通过电路关闭X射线管高压电源101的输出，同时产生相应的报警信息。

本实用新型的镀层厚度测量装置，将X射线管及射线检测器设置在被测物质的下方，被测物质待测面朝下，这样被测物质到X射线管的距离固定，不需要复杂的三维定位机构装置来调整检测面与射线管之间的距离，这种结构较为简单且更加有利于空间的利用。

采用高清晰的工业相机对检测部位进行监测。工业相机位于被测物质的正下方，可以对被测部位进行实时监测。

采用Si-PIN半导体射线检测器。相对于封闭正比计数器，Si-PIN检测器有更好的能量分辨率以及更高的光电转换效率，且可以采用电制冷技术来降低检测噪声，实用方便。

采用含有不同元素间荧光吸收增强效应校正的数据处理算法。根据X射线荧光分析的理论公式以及不同元素的荧光吸收增强效应，制定了有效的数据处理算法，该算法可以同时检测多达10层镀层的厚度。

采用抗脉冲堆积电路及基线恢复电路来提高检测的准确性。

采用射线安全联锁装置。当在检测过程中或X射线管处在高压激发状态下，如果检测室、外壳被打开或者出现其他错误操作时，***会自动切断X射线管的高压电源或封闭X射线的出口以防射线泄露对操作人员造成伤害。

采用功率为50W的X射线管以及稳定成熟的高压直流电源，激发出的X射线稳定、均匀。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种镀层厚度测量装置，其特征在于，该镀层厚度测量装置包括：

高压电源，用于提供高压电源；

射线安全联锁机构，设置在X射线管与准直器之间；

2.根据权利要求1所述的镀层厚度测量装置，其特征在于，所述射线安全联锁机构包括：

螺线管，与所述执行机构相连接，由所述执行机构驱动。

3.根据权利要求1或2所述的镀层厚度测量装置，其特征在于：所述射线检测器为Si-PIN半导体射线检测器。

4.根据权利要求1或2所述的镀层厚度测量装置，其特征在于，还包括：

滤光片，设置于被测物质与所述射线检测器之间，供所述荧光信号通过。

5.根据权利要求1或2所述的镀层厚度测量装置，其特征在于，还包括：

工业相机，所述的工业相机位于被测物质的正下方，直接通过图像监测被测物质的测量位置。