無(wú)論是金屬包裝的外涂還是內涂，主要功能都是防止金屬腐蝕，而適當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(gè)例行步驟。

涂膜測量有兩個(gè)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，可預防后續出現問(wèn)題和客戶(hù)投訴。其次，是確保無(wú)需使用過(guò)多昂貴的涂料便能充分保護涂層完整性。因此，最優(yōu)的平衡點(diǎn)是在金屬表面按規格要求盡可能涂布最少的涂料。由于現在飲料罐、食品罐的涂層只有幾微米厚，所以只能使用高度敏感且準確的測量?jì)x器。

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

離線(xiàn)涂膜測厚技術(shù)

手動(dòng)式濕膜杯法 制罐廠(chǎng)不僅需要測量固定點(diǎn)的涂層厚度，還要測量整個(gè)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(jiǎn)單的手動(dòng)設備浸泡入濕涂層中。由于這類(lèi)方法會(huì )嚴重受到操作員的影響，產(chǎn)品準確性和一致性極差，讀數也會(huì )因濕涂料的表面張力而有嚴重誤差。

淘膜法： 對于金屬板來(lái)說(shuō)，一種稍微可靠且常用的方法是在金屬片上戳一個(gè)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(shí)費力。由于必須待金屬片在烘爐完成固化后才能得到結果，意味著(zhù)在識別問(wèn)題和調整涂布機之前，生產(chǎn)商可能已經(jīng)生產(chǎn)了大量缺陷品，因此通過(guò)這種方法來(lái)設定涂布機的涂層厚度非常耗時(shí)、費力。二是無(wú)益于事。知道總體“膜重”對了解涂料分布毫無(wú)幫助，即便總重量正確，金屬片上其他部分的區域也可能還未達到最低規格的要求。

干膜檢測: 電子數字測量?jì)x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，以專(zhuān)門(mén)的探頭測試產(chǎn)品后，測厚儀便能立即給出讀數。該儀器可以在產(chǎn)品的多個(gè)位置進(jìn)行測量，并準確、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)，兩邊導板分別加載正負電荷, 這樣就成為了一個(gè)很簡(jiǎn)單的平行板電容器, 正電荷與負電荷會(huì )分別累積于平行板導體上，從而產(chǎn)生電容。

涂膜(介電層“d”)越厚，留在電路上的電荷會(huì )減少, 電容值“C”亦會(huì )減少；反之，如果涂膜越薄，留在電路上的電荷會(huì )增大，電容值亦會(huì )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（E）是不同的，需要通過(guò)對厚度已知的相同涂層的校準樣本來(lái)進(jìn)行對標計算，且每一種涂料都必須校準。因此, 用作校準的標準片的準確性對整個(gè)測厚儀的測量結果至為關(guān)鍵。

非接觸式在線(xiàn)濕膜測厚方法

為了實(shí)現更好的生產(chǎn)控制, 制罐商希望有一種可以在線(xiàn)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(shí)顯示膜厚的讀數，這樣操作人員就可以直接基于實(shí)時(shí)的厚度來(lái)調整涂布機了。現在行業(yè)內在線(xiàn)涂膜測量的技術(shù)主要有兩種, 即光譜技術(shù)及紅外線(xiàn)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，無(wú)需以校準樣本進(jìn)行校準。兩片罐制造商一般使用的涂料也就3~4種，因此較容易滿(mǎn)足上述前提條件。但三片罐廠(chǎng)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)系涂料供應商獲取不同涂料的折射率并儲存所有數據需要消耗大量的時(shí)間精力。實(shí)際上，操作員通常只會(huì )用電容式測厚儀得出一個(gè)干膜重量讀數，然后通過(guò)增量調整光譜儀的設置直到其顯示的涂層厚度讀數與電容式測厚儀讀數相匹配為止，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(xiàn)光波吸收法技術(shù) 相反，紅外線(xiàn)技術(shù)采用的是光吸收測量法，而非折射原理，也就是說(shuō)操作員無(wú)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。

光波吸收法的原理是利用有機化合物可以吸收特定波長(cháng)光波的特點(diǎn), 不同分子結構可以吸收不同波長(cháng)的光波，實(shí)驗發(fā)現涂料中的碳氫結構可以吸收大量波長(cháng)為2.32?m的光波。由于這一波長(cháng)剛好落在紅外線(xiàn)范圍內，如果涂料吸收光波越多，就意味著(zhù)涂層越厚。

紅外線(xiàn)探頭內發(fā)光燈泡的光源穿過(guò)高速旋轉馬達帶動(dòng)的紅外視窗膜，形成了一道波長(cháng)為2.32?m的紅外線(xiàn)，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(guò)模數轉換及對比，便可直接顯示涂料的干膜重量。

由于在線(xiàn)濕膜儀能實(shí)時(shí)給出關(guān)于涂層厚度的數據，因而涂布線(xiàn)工作人員可以依照數據進(jìn)行調整，使得涂料線(xiàn)的運行更加接近目標而不會(huì )超出規格，這便能預防為安全起見(jiàn)而過(guò)度涂布的慣常做法。如果客戶(hù)的涂布機較老舊、滾軸狀況不良或員工欠缺經(jīng)驗，那么對于單張金屬板來(lái)說(shuō)，這項技術(shù)可節約涂料少則0.5gsm，多則13%。同時(shí)，由于運行和調整之間轉換速度更快，產(chǎn)能及產(chǎn)品質(zhì)量也有所提高。

兩片飲料鐵罐在線(xiàn)涂膜厚度檢測法

對于三片鐵罐生產(chǎn)線(xiàn)上的金屬片涂層而言，使用紅外線(xiàn)光波吸收法的確是一項非常理想的技術(shù)，但如果用在兩片罐生產(chǎn)線(xiàn)的噴涂機上, 圓形鐵罐會(huì )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(kāi)發(fā)一項新技術(shù)來(lái)應對特殊的工作環(huán)境，此時(shí)光學(xué)技術(shù)正好大派用場(chǎng)。

基于可見(jiàn)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(chēng)“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(lái)的光束在兩個(gè)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。

一般的干涉測量設備基于可見(jiàn)光或“白”光，這類(lèi)設備能很好地應付無(wú)印刷金屬基底上的無(wú)色涂層，因而對某些食品罐制造應用十分有效。但是，標準的干涉測量法難以測量彩色油墨基底涂層或著(zhù)色基底涂層，原因是彩色涂層會(huì )吸收波長(cháng)不同的可見(jiàn)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(zhù)色基底涂層食品罐的涂層厚度，同樣也排除了在大多數飲料罐批量生產(chǎn)上的應用。

改良方案之紅外線(xiàn)干涉測量法 鑒于現有解決方案的缺陷，英國Sencon公司與英國一所頂尖的科技大學(xué)聯(lián)合開(kāi)展了一個(gè)為期三年的研發(fā)項目，旨在開(kāi)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(zhuān)門(mén)用于測量飲料罐的涂層厚度。由于紅外光不在可見(jiàn)光譜內，因而可避免彩色墨水選擇性吸收波長(cháng)的問(wèn)題。實(shí)驗證明，這項技術(shù)在測量帶印刷油墨（包括黑墨）金屬罐的各類(lèi)外部涂層方面極為可靠，同時(shí)也適用于啞光涂層，以及用于評估專(zhuān)業(yè)接觸型涂層的最小厚度。

電子數字測量?jì)x器的未來(lái)

現代科學(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(shí)、精確、自動(dòng)化成為現代測量技術(shù)的發(fā)展主流?？梢哉f(shuō)沒(méi)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(zhù)不可替代的作用。

整體來(lái)看，筆者認為電子數字測量?jì)x器未來(lái)將呈現以下發(fā)展趨勢。儀器非接觸化 未來(lái)工業(yè)測量?jì)x器非接觸化必定是一個(gè)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(méi)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，數據采集速度快。

第三，減少人為影響，大大提升重復性和再現性。

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

第五，無(wú)機械傳感器，可盡量減少磨損部件 ，僅需最低限度的維護。

第六，生命周期成本非常低。

網(wǎng)絡(luò )化與模塊化 隨著(zhù)測量?jì)x器接口標準的統一和總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，電子測量?jì)x器逐漸與計算機融為一體。通過(guò)總線(xiàn)、標準接口與一臺計算機相連構成網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現了多臺測量?jì)x器間的數據共享和相互控制。同時(shí)儀器模塊化帶來(lái)了成本下降，應用靈活性提高，以及性?xún)r(jià)比幅度優(yōu)化。

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

隨著(zhù)計算機技術(shù)與儀器的進(jìn)一步融合，電子測量?jì)x器的易操作性、易升級性、測量能力、數據處理和分析能力、自我診斷和校準能力都得到了大幅度提高。與此同時(shí)，由于軟件工程與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)正越來(lái)越多地被應用到各個(gè)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)展的共同結晶，彼此之間又相互服務(wù)，共同發(fā)展。