無論是金屬包裝的外涂還是內(nèi)涂，主要功能都是防止金屬腐蝕，而適當(dāng)厚度的涂層是確保這一功能的前提。對兩片飲料罐的罐身，三片罐生產(chǎn)材料金屬片材，或者易拉蓋料卷涂/片涂的涂膜厚度測量，是金屬包裝制造流程中至關(guān)重要的一個例行步驟。

涂膜測量有兩個目的，二者在某種意義上相互矛盾。首先是確保金屬外部涂有充足涂料，可預(yù)防后續(xù)出現(xiàn)問題和客戶投訴。其次，是確保無需使用過多昂貴的涂料便能充分保護(hù)涂層完整性。因此，最優(yōu)的平衡點(diǎn)是在金屬表面按規(guī)格要求盡可能涂布最少的涂料。由于現(xiàn)在飲料罐、食品罐的涂層只有幾微米厚，所以只能使用高度敏感且準(zhǔn)確的測量儀器。

測量需要盡可能接近生產(chǎn)線，從而迅速發(fā)現(xiàn)并糾正任何缺陷，以防生產(chǎn)大量報廢產(chǎn)品。在理想情況下，涂布流程應(yīng)得到監(jiān)控，以識別變化和趨勢，從而在事情超出規(guī)范前采取整改行動。

離線涂膜測厚技術(shù)

手動式濕膜杯法 制罐廠不僅需要測量固定點(diǎn)的涂層厚度，還要測量整個產(chǎn)品上的涂料分布和變化情況。最粗糙的涂層厚度測量方法是用簡單的手動設(shè)備浸泡入濕涂層中。由于這類方法會嚴(yán)重受到操作員的影響，產(chǎn)品準(zhǔn)確性和一致性極差，讀數(shù)也會因濕涂料的表面張力而有嚴(yán)重誤差。

淘膜法： 對于金屬板來說，一種稍微可靠且常用的方法是在金屬片上戳一個小圓片，然后測量有涂層的圓片的重量，再計算剝落涂層后的重量，最后利用二者之重量差以平均涂層厚度計算每平方米的重量。

上述所謂的“淘膜法”缺點(diǎn)有二。一是耗時費(fèi)力。由于必須待金屬片在烘爐完成固化后才能得到結(jié)果，意味著在識別問題和調(diào)整涂布機(jī)之前，生產(chǎn)商可能已經(jīng)生產(chǎn)了大量缺陷品，因此通過這種方法來設(shè)定涂布機(jī)的涂層厚度非常耗時、費(fèi)力。二是無益于事。知道總體“膜重”對了解涂料分布毫無幫助，即便總重量正確，金屬片上其他部分的區(qū)域也可能還未達(dá)到最低規(guī)格的要求。

干膜檢測: 電子數(shù)字測量儀器 如今在制罐業(yè)最廣泛使用的方法是電子式干膜涂層測厚儀。技術(shù)人員先對其進(jìn)行校準(zhǔn)，以專門的探頭測試產(chǎn)品后，測厚儀便能立即給出讀數(shù)。該儀器可以在產(chǎn)品的多個位置進(jìn)行測量，并準(zhǔn)確、快速計算涂料分布。

電子式干膜涂層測厚儀采用的是電容原理，涂膜在平行板中間作為電介質(zhì)，兩邊導(dǎo)板分別加載正負(fù)電荷, 這樣就成為了一個很簡單的平行板電容器, 正電荷與負(fù)電荷會分別累積于平行板導(dǎo)體上，從而產(chǎn)生電容。

涂膜(介電層“d”)越厚，留在電路上的電荷會減少, 電容值“C”亦會減少；反之，如果涂膜越薄，留在電路上的電荷會增大，電容值亦會增大，就像圖4中的公式所表示的那樣，每種涂料的介電常數(shù)（E）是不同的，需要通過對厚度已知的相同涂層的校準(zhǔn)樣本來進(jìn)行對標(biāo)計算，且每一種涂料都必須校準(zhǔn)。因此, 用作校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)片的準(zhǔn)確性對整個測厚儀的測量結(jié)果至為關(guān)鍵。

非接觸式在線濕膜測厚方法

為了實(shí)現(xiàn)更好的生產(chǎn)控制, 制罐商希望有一種可以在線涂膜測量的方法, 以便在涂料進(jìn)烘爐之前就進(jìn)行測量并且不間斷地實(shí)時顯示膜厚的讀數(shù)，這樣操作人員就可以直接基于實(shí)時的厚度來調(diào)整涂布機(jī)了。現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)在線涂膜測量的技術(shù)主要有兩種, 即光譜技術(shù)及紅外線光波吸收法技術(shù)。

光譜技術(shù)： 在知道每種涂料折射率的前提下，使用光譜儀能得出絕對的厚度讀數(shù)，無需以校準(zhǔn)樣本進(jìn)行校準(zhǔn)。兩片罐制造商一般使用的涂料也就3~4種，因此較容易滿足上述前提條件。但三片罐廠可能需要使用多種不同的涂料，因而明確每種涂料的折射率就變得很困難。

聯(lián)系涂料供應(yīng)商獲取不同涂料的折射率并儲存所有數(shù)據(jù)需要消耗大量的時間精力。實(shí)際上，操作員通常只會用電容式測厚儀得出一個干膜重量讀數(shù)，然后通過增量調(diào)整光譜儀的設(shè)置直到其顯示的涂層厚度讀數(shù)與電容式測厚儀讀數(shù)相匹配為止，最后再計算涂料的折射率。顯然這種方案極易受操作員的影響，因而損害光譜儀理論上特有的任何優(yōu)勢。

紅外線光波吸收法技術(shù) 相反，紅外線技術(shù)采用的是光吸收測量法，而非折射原理，也就是說操作員無須知道不同涂料的折射率，只需要用干膜測厚儀就可以快速、可靠地進(jìn)行校準(zhǔn)。

光波吸收法的原理是利用有機(jī)化合物可以吸收特定波長光波的特點(diǎn), 不同分子結(jié)構(gòu)可以吸收不同波長的光波，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)涂料中的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)可以吸收大量波長為2.32?m的光波。由于這一波長剛好落在紅外線范圍內(nèi)，如果涂料吸收光波越多，就意味著涂層越厚。

紅外線探頭內(nèi)發(fā)光燈泡的光源穿過高速旋轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動的紅外視窗膜，形成了一道波長為2.32?m的紅外線，由反射鏡折射到涂料濕膜層，收集反射光的光通量后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換及對比，便可直接顯示涂料的干膜重量。

由于在線濕膜儀能實(shí)時給出關(guān)于涂層厚度的數(shù)據(jù)，因而涂布線工作人員可以依照數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，使得涂料線的運(yùn)行更加接近目標(biāo)而不會超出規(guī)格，這便能預(yù)防為安全起見而過度涂布的慣常做法。如果客戶的涂布機(jī)較老舊、滾軸狀況不良或員工欠缺經(jīng)驗(yàn)，那么對于單張金屬板來說，這項(xiàng)技術(shù)可節(jié)約涂料少則0.5gsm，多則13%。同時，由于運(yùn)行和調(diào)整之間轉(zhuǎn)換速度更快，產(chǎn)能及產(chǎn)品質(zhì)量也有所提高。

兩片飲料鐵罐在線涂膜厚度檢測法

對于三片鐵罐生產(chǎn)線上的金屬片涂層而言，使用紅外線光波吸收法的確是一項(xiàng)非常理想的技術(shù)，但如果用在兩片罐生產(chǎn)線的噴涂機(jī)上, 圓形鐵罐會讓這一技術(shù)變得不太適合。因此，如果在兩片鐵罐生產(chǎn)中使用非接觸式測厚, 就必須開發(fā)一項(xiàng)新技術(shù)來應(yīng)對特殊的工作環(huán)境，此時光學(xué)技術(shù)正好大派用場。

基于可見光或“白”光的光學(xué)干涉技術(shù)的局限性 光學(xué)涂層測厚儀一般基于“干涉測量”理論，亦稱“光學(xué)干涉技術(shù)”或“光譜學(xué)”。由于從涂層表面和下面金屬基底反射來的光束在兩個媒介的速度不同，所以反射的光波呈異相從而形成相位差。對相位差加以分析后就可以計算出從涂層表面到金屬基底之間的距離，亦即涂層厚度。

一般的干涉測量設(shè)備基于可見光或“白”光，這類設(shè)備能很好地應(yīng)付無印刷金屬基底上的無色涂層，因而對某些食品罐制造應(yīng)用十分有效。但是，標(biāo)準(zhǔn)的干涉測量法難以測量彩色油墨基底涂層或著色基底涂層，原因是彩色涂層會吸收波長不同的可見光，所以并非光束中的所有光波都能被均勻反射。因此，利用白光并不能可靠地測量印刷或著色基底涂層食品罐的涂層厚度，同樣也排除了在大多數(shù)飲料罐批量生產(chǎn)上的應(yīng)用。

改良方案之紅外線干涉測量法 鑒于現(xiàn)有解決方案的缺陷，英國Sencon公司與英國一所頂尖的科技大學(xué)聯(lián)合開展了一個為期三年的研發(fā)項(xiàng)目，旨在開發(fā)一種基于紅外光干涉測量形式的定制光學(xué)測量與信號處理技術(shù)，將其專門用于測量飲料罐的涂層厚度。由于紅外光不在可見光譜內(nèi)，因而可避免彩色墨水選擇性吸收波長的問題。實(shí)驗(yàn)證明，這項(xiàng)技術(shù)在測量帶印刷油墨（包括黑墨）金屬罐的各類外部涂層方面極為可靠，同時也適用于啞光涂層，以及用于評估專業(yè)接觸型涂層的最小厚度。

電子數(shù)字測量儀器的未來

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展對測量提出了更高的要求，讓快速、實(shí)時、精確、自動化成為現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展主流。可以說沒有測量就不可能有生產(chǎn)信號的分析與處理，電子測量技術(shù)憑借諸多優(yōu)勢正在扮演現(xiàn)代測量技術(shù)的主角，在信息獲取與工業(yè)控制方面發(fā)揮著不可替代的作用。

整體來看，筆者認(rèn)為電子數(shù)字測量儀器未來將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。儀器非接觸化 未來工業(yè)測量儀器非接觸化必定是一個主要的發(fā)展方向。非接觸測量具有以下諸多優(yōu)點(diǎn)。

首先，測量沒有破壞性，且可以排除接觸測量對柔性物體測量的人為因素干擾。

其次，數(shù)據(jù)采集速度快。

第三，減少人為影響，大大提升重復(fù)性和再現(xiàn)性。

第四，非接觸式測量多采用光學(xué)掃描探頭，可完全獲取復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)和尺寸信息，因此更多關(guān)鍵特征得到測量。

第五，無機(jī)械傳感器，可盡量減少磨損部件 ，僅需最低限度的維護(hù)。

第六，生命周期成本非常低。

網(wǎng)絡(luò)化與模塊化 隨著測量儀器接口標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和總線技術(shù)的發(fā)展，電子測量儀器逐漸與計算機(jī)融為一體。通過總線、標(biāo)準(zhǔn)接口與一臺計算機(jī)相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了多臺測量儀器間的數(shù)據(jù)共享和相互控制。同時儀器模塊化帶來了成本下降，應(yīng)用靈活性提高，以及性價比幅度優(yōu)化。

高度自動化及智能化： 隨著工業(yè)的發(fā)展需要，電子測量技術(shù)的自動化及智能化程度在不斷提高。同時，近年來計算機(jī)領(lǐng)域的嵌入式技術(shù)發(fā)展為電子測量儀器的智能提升提供了良好的條件，憑借高可靠性、高穩(wěn)定性、快速性等優(yōu)勢被迅速應(yīng)用于電子測量儀器中。這些基于微型計算機(jī)處理技術(shù)的微處理器賦予了測量儀器“測量方法多樣化、測量實(shí)時化和高度智能化”等特點(diǎn)。

隨著計算機(jī)技術(shù)與儀器的進(jìn)一步融合，電子測量儀器的易操作性、易升級性、測量能力、數(shù)據(jù)處理和分析能力、自我診斷和校準(zhǔn)能力都得到了大幅度提高。與此同時，由于軟件工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正越來越多地被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，電子測量技術(shù)勢必將成為多學(xué)科、多領(lǐng)域發(fā)展的共同結(jié)晶，彼此之間又相互服務(wù)，共同發(fā)展。