基于太赫兹的多层膜厚测量方法及可读存储介质与流程

1.本发明涉及镀膜厚度检测技术领域，尤其是涉及一种基于太赫兹的多层膜厚测量方法及可读存储介质。


背景技术：

2.镀膜是汽车、船舶、航空制造等行业必不可少的工艺步骤。在涂装生产过程中，油漆系统一般是包括底漆、中涂、色漆、清漆的多层结构，喷涂过程繁琐，监测工艺复杂。镀膜厚度是涂装质量最重要的控制因素之一，会直接影响到产品的防腐、防锈、美观等性能。随着涂装技术和现代工业的快速发展，工业化程度不断提高，涂层质量的控制有着更高的要求和更多的需求。传统涂层测厚技术有磁感应测厚法、涡流测厚法、超声测厚法、射线测厚法等。传统涂层测厚技术在实际应用中存在着一些缺陷，例如具有辐射性、无法识别多涂层的单层厚度、非接触式无法识别涂层缺陷、不能实时快速在线检测等。太赫兹测厚度技术能够完成非接触式的无损检测，对人体安全无辐射，相比于传统涂层测厚技术具有明显优势。
3.目前，在太赫兹测厚度技术中对于独立脉冲信号明显的膜层采用时域上的观测，通过飞行时间差原理计算样品厚度。但测量膜层厚度较薄的产品时，往往无法分辨出独立的脉冲信号，并且对于多层镀膜，且每层镀膜厚度都较薄的情况下，更是难以进行准确判断脉冲间隔，需要借助复杂的迭代算法，运算速度较慢，进而导致测量困难，测量效率较低。
4.因此，现有技术在对较薄的多层镀膜进行测厚时存在运算速度较慢、测量效率较低的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供基于太赫兹的多层膜厚测量方法及可读存储介质，以缓解现有技术在对较薄的多层镀膜进行测厚时存在运算速度较慢、测量效率较低的技术问题。
6.第一方面，本发明提供的一种基于太赫兹的多层膜厚测量方法，包括：
7.获取数据的时域信号；
8.调整窗滤波器的窗范围，得到最优窗滤波器；
9.利用最优窗滤波器对数据的时域信号进行窗滤波，得到滤波后的时域信号；
10.对滤波后的时域信号进行傅里叶变换，得到数据的频谱信号；
11.判断最优窗滤波器是否移动到时域信号结束位置；
12.若否，则最优窗滤波器移动到下一个驻点位置，返回利用最优窗滤波器对数据的时域信号进行窗滤波，得到滤波后的时域信号的步骤；
13.若是，则生成数据的频谱信号集合；
14.根据数据的频谱信号集合生成频谱集合强度图；
15.根据频谱集合强度图，得到目标层频域间隔；
16.根据目标层频域间隔计算目标层厚度值；
17.删除滤波后的时域信号中的首个脉冲，得到数据的时域信号；
18.重复以上步骤，直到获得预设个数的目标层厚度值，输出预设个数的目标层厚度值。
19.进一步的，获取数据的时域信号的步骤之前，还包括：
20.设置目标层厚度值的个数为n＝0；
21.所述根据目标层频域间隔计算目标层厚度值的步骤之后，还包括：
22.目标层厚度值的个数n＝n 1；
23.判断当前n是否为预设目标层厚度值的个数；
24.若是，则执行输出预设个数的目标层厚度值的步骤；
25.若否，则执行删除滤波后的时域信号中的首个脉冲，得到数据的时域信号的步骤。
26.进一步的，所述调整窗滤波器的窗范围，得到最优窗滤波器的步骤，包括：
27.获取数据的时域信号的前两个波峰或波谷范围；
28.根据前两个波峰或波谷范围调整窗滤波器的窗范围，使得窗范围覆盖数据的时域信号的前两个波峰，得到最优窗滤波器。
29.进一步的，所述频谱集合强度图的横坐标为频谱坐标，纵坐标为窗滤波器位置。
30.进一步的，所述根据频谱集合强度图，得到目标层频域间隔的步骤，包括：
31.从下至上遍历频谱集合强度图中的不同窗滤波器位置，计算不同窗滤波器位置的频域间隔，直到得到目标层频域间隔。
32.进一步的，所述从下至上遍历频谱集合强度图中的不同窗滤波器位置，计算不同窗滤波器位置的频域间隔，直到得到目标层频域间隔的步骤，包括：
33.从未参与计算的y轴最小值开始，根据频谱集合强度图，计算当前窗滤波器位置的频域间隔；
34.判断当前窗滤波器位置是否存在频域间隔；
35.若否，则返回从未参与计算的y轴最小值开始，根据频谱集合强度图，计算当前窗滤波器位置的频域间隔的步骤；
36.若是，则当前窗滤波器位置的频域间隔即为目标层频域间隔。
37.进一步的，所述根据频谱集合强度图，计算当前窗滤波器位置的频域间隔的步骤，包括：
38.基于频谱集合强度图，得到当前窗滤波器位置对应的频域信号；
39.根据当前窗滤波器位置对应的频域信号，计算当前窗滤波器位置对应的频域间隔。
40.进一步的，所述根据当前窗滤波器位置对应的频域信号，计算当前窗滤波器位置对应的频域间隔的步骤，包括：
41.根据当前窗滤波器位置对应的频域信号，确定频域信号中的波峰或波谷；
42.根据频域信号中相邻波峰或波谷之间的间隔，得到当前窗滤波器位置对应的频域间隔。
43.进一步的，所述根据目标层频域间隔计算目标层厚度值的步骤，包括：
44.所述根据目标层频域间隔，将光速及折射率带入频域测厚算式，得到目标层厚度值；
45.所述频域测厚算式为d＝c/(2n
·
δv)，其中d为厚度、c为光速、δv为目标层频域
间隔、n为折射率。
46.第二方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行第一方面提供的方法。
47.本发明提供一种基于太赫兹的多层膜厚测量方法，包括：获取数据的时域信号；调整窗滤波器的窗范围，得到最优窗滤波器；利用最优窗滤波器对数据的时域信号进行窗滤波，得到滤波后的时域信号；对滤波后的时域信号进行傅里叶变换，得到数据的频谱信号；判断最优窗滤波器是否移动到时域信号结束位置；若否，则最优窗滤波器移动到下一个驻点位置，返回利用最优窗滤波器对数据的时域信号进行窗滤波，得到滤波后的时域信号的步骤；若是，则生成数据的频谱信号集合；根据数据的频谱信号集合生成频谱集合强度图；根据频谱集合强度图，得到目标层频域间隔；根据目标层频域间隔计算目标层厚度值；删除滤波后的时域信号中的首个脉冲，得到数据的时域信号；重复以上步骤，直到获得预设个数的目标层厚度值，输出预设个数的目标层厚度值。
48.采用本发明提供的基于太赫兹的多层膜厚测量方法，通过将窗滤波器调整到合适的范围后对数据的时域信号进行驻点移动式窗滤波，窗滤波器从左到右驻点移动，每移动一次就将当前过滤后的波段进行一次傅里叶变换，直到窗滤波器移动到时域信号的结束位置，傅里叶变换后得到的频谱信号集合用于区分镀膜层数及计算镀膜厚度，最终将所有波段计算得到的傅里叶变换结果绘制到强度图。根据频谱集合强度图可确定目标层频域间隔，根据目标层频域间隔可计算得到目标层厚度值，判断目标层厚度值的个数是否达到预设值，例如，目标层厚度值的个数设置为3，以上步骤运行第一次后，得到的第一个目标层厚度值即为第一层镀膜的厚度值，判断目标层厚度值的个数是否到达3个，若没有则将滤波后的时域信号中的首个脉冲进行删除，得到数据的时域信号，第二次运行时获取的时域信号为删除了首个脉冲的时域信号，以此类推第二次运行得到的目标层厚度值为第二层镀膜的厚度值，继续判断目标层厚度值的个数是否到达3个，若没有则继续将第二次滤波后的时域信号中的首个脉冲进行删除，重复以上步骤，直到目标层厚度值的个数达到3时，则依次输出3个目标层厚度值，分别得到三层的镀膜厚度。对于多层膜厚的测量方法以此类推，通过上述方法，避免了采用时域信号对多层镀膜进行厚度测量时需要耗费的运算时间较长的问题。本方法中在对下一层厚度进行测量时，删除了当前时域信号的首个脉冲，去除了已经完成测量的膜层信号，再继续对当前时域信号进行窗滤波及傅里叶变换后，得到频谱集合强度图，并根据强度图得到的目标层厚度值即为下一层镀膜的厚度值，以此类推得到多层的镀膜的厚度值。另外在删除当前时域信号的首个脉冲后，都会通过调整窗范围使得窗滤波器与当前时域信号相适应，实现了采用频域信号对多层膜的测量需求。无需借助复杂的迭代算法，即可满足对较薄多层膜的测量需求，提升了测厚作业效率。
49.相应地，本发明提供的计算机可读存储介质，也同样具有上述技术效果。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1为本发明实施例提供的基于太赫兹的多层膜厚测量方法流程图；
52.图2为本发明实施例中每层膜的时域信号滤波示意图；
53.图3为本发明实施例中每层膜的频谱集合强度图；
54.图4为本发明实施例中每层膜的目标层频谱图。
具体实施方式
55.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.本发明实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
57.目前，在太赫兹测厚度技术中对于独立脉冲信号明显的膜层采用时域上的观测，通过飞行时间差原理计算样品厚度。但测量膜层厚度较薄的产品时，往往无法分辨出独立的脉冲信号，并且对于多层镀膜，且每层镀膜厚度都较薄的情况下，更是难以进行准确判断脉冲间隔，需要借助复杂的迭代算法，运算速度较慢，进而导致测量困难，测量效率较低。
58.因此，现有技术在对较薄的多层镀膜进行测厚时存在运算速度较慢、测量效率较低的问题。
59.为解决以上问题，发明实施例提供一种基于太赫兹的多层膜厚测量方法。
60.如图1所示，本发明实施例提供一种基于太赫兹的多层膜厚测量方法，包括：
61.s1：设置目标层厚度值的个数为n＝0；
62.s2：获取数据的时域信号；
63.s3：调整窗滤波器的窗范围，得到最优窗滤波器；
64.s4：利用最优窗滤波器对数据的时域信号进行窗滤波，得到滤波后的时域信号；
65.s5：对滤波后的时域信号进行傅里叶变换，得到数据的频谱信号；
66.s6：判断最优窗滤波器是否移动到时域信号结束位置；
67.若否，则执行步骤s61；若是，则执行步骤s62；
68.s61：最优窗滤波器移动到下一个驻点位置，返回步骤s4；
69.s62：生成数据的频谱信号集合；
70.s7：根据数据的频谱信号集合生成频谱集合强度图；
71.s8：根据频谱集合强度图，得到目标层频域间隔；
72.s9：根据目标层频域间隔计算目标层厚度值；
73.s10：目标层厚度值的个数为n＝n 1；
74.s11：判断当前n是否为预设目标层厚度值的个数；
75.若是，则执行步骤s12；若否，则执行步骤s13；
76.s12：输出预设个数的目标层厚度值；
77.s13：删除滤波后的时域信号中的首个脉冲，得到数据的时域信号，返回步骤s2。
78.采用本发明实施例提供的基于太赫兹的多层膜厚测量方法，通过将窗滤波器调整到合适的范围后对数据的时域信号进行驻点移动式窗滤波，窗滤波器从左到右驻点移动，每移动一次就将当前过滤后的波段进行一次傅里叶变换，直到窗滤波器移动到时域信号的结束位置，傅里叶变换后得到的频谱信号集合用于区分镀膜层数及计算镀膜厚度，最终将所有波段计算得到的傅里叶变换结果绘制到强度图。根据频谱集合强度图可确定目标层频域间隔，根据目标层频域间隔可计算得到目标层厚度值，判断目标层厚度值的个数是否达到预设值。
79.例如，对于三层镀膜的测厚作业，将目标层厚度值的个数设置为3，
80.以上步骤运行第一次后，得到的第一个目标层厚度值即为第一层镀膜的厚度值，判断目标层厚度值的个数是否到达3个，若没有则将滤波后的时域信号中的首个脉冲进行删除，得到数据的时域信号，第二次运行时获取的时域信号为删除了首个脉冲的时域信号，以此类推第二次运行得到的目标层厚度值为第二层镀膜的厚度值，继续判断目标层厚度值的个数是否到达3个，若没有则继续将第二次滤波后的时域信号中的首个脉冲进行删除，重复以上步骤，直到目标层厚度值的个数达到3时，则依次输出3个目标层厚度值，分别得到三层的镀膜厚度。如图2所示为三层镀膜样品的测量作业中，每层膜厚的窗滤波器在每次滤波过程中的示意图，如图3所示为每层镀膜的频谱集合强度图。如图4所示，为每层镀膜的目标层频谱图，根据目标层频谱图可计算得到目标层频域间隔。对于多层膜厚的测量方法以此类推，通过上述方法，避免了采用时域信号对多层镀膜进行厚度测量时需要耗费的运算时间较长的问题。本方法中在对下一层厚度进行测量时，删除了当前时域信号的首个脉冲，去除了已经完成测量的膜层信号，再继续对当前时域信号进行窗滤波及傅里叶变换后，得到频谱集合强度图，并根据强度图得到的目标层厚度值即为下一层镀膜的厚度值，以此类推得到多层的镀膜的厚度值。另外在删除当前时域信号的首个脉冲后，都会通过调整窗范围使得窗滤波器与当前时域信号相适应，实现了采用频域信号对多层膜的测量需求。无需借助复杂的迭代算法，即可满足对较薄多层膜的测量需求，提升了测厚作业效率。
81.在一种可能的实施方式中，步骤s3具体包括：
82.s31：获取数据的时域信号的前两个波峰或波谷范围。
83.s32：根据前两个波峰或波谷范围调整窗滤波器的窗范围，使得窗范围覆盖数据的时域信号的前两个波峰，得到最优窗滤波器。
84.若是采用固定窗范围的窗滤波器进行滤波会导致傅里叶变换后的频谱集合强度图无法直接反映出每一层镀膜信号的频谱，因此需要根据时域信号上的前两个波峰或波谷范围调整窗范围大小，使得窗过滤器与多层镀膜的每层镀膜的时域信号相适应，满足了多层镀膜的测厚需求。
85.在一种可能的实施方式中，频谱集合强度图的横坐标为频谱坐标，纵坐标为窗滤波器位置。如图3所示根据频谱集合强度图可以看出，图中颜色较亮，则代表波峰数值较高。明亮区域越多，则波峰越多。通过对频谱集合强度图执行从下至上遍历频谱集合强度图中的不同窗滤波器位置，计算不同窗滤波器位置的频域间隔，直到得到目标层频域间隔的步骤，可以得到三张频谱集合强度图中的黑线即为计算出目标层频域间隔所对应的窗滤波器位置，根据三张强度图计算每层镀膜的频域间隔，进而得到每层镀膜的厚度值。
86.在一种可能的实施方式中，步骤s8具体包括：
87.s81：从下至上遍历频谱集合强度图中的不同窗滤波器位置，计算不同窗滤波器位置的频域间隔，直到得到目标层频域间隔。
88.基于频谱集合强度图，从下至上遍历窗滤波器位置对应的全部频域信号，计算每个窗滤波器位置对应的频域间隔，也就是波峰或波谷间隔，当存在两个或两个以上波峰或波谷时才能得到频域间隔计算结果，也就是若当前窗滤波器位置不存在频域间隔则继续对下一个窗滤波器位置进行计算，直到计算到当前窗滤波器位置的频域间隔才停止计算，当前的频域间隔即为目标层频域间隔。
89.在一种可能的实施方式中，步骤s81具体包括：
90.s811：从未参与计算的y轴最小值开始，根据频谱集合强度图，计算当前窗滤波器位置的频域间隔；
91.s812：判断当前窗滤波器位置是否存在频域间隔；
92.若否，则返回步骤s811；若是，则执行步骤s813；
93.s813：当前窗滤波器位置的频域间隔即为目标层频域间隔。
94.从未参与计算的y轴最小值开始，计算当前窗滤波器位置的频域间隔，实现了从下至上遍历频谱集合强度图中的不同窗滤波器位置的目的，当计算出当前窗滤波器位置的频域间隔时，就能确定目标层频域间隔，大幅度提升了对多层镀膜测厚的运算速度，提高了测量效率。
95.在一种可能的实施方式中，根据频谱集合强度图，计算当前窗滤波器位置的频域间隔，具体包括：
96.基于频谱集合强度图，得到当前窗滤波器位置对应的频域信号；
97.根据当前窗滤波器位置对应的频域信号，计算当前窗滤波器位置对应的频域间隔。
98.在一种可能的实施方式中，根据当前窗滤波器位置对应的频域信号，计算当前窗滤波器位置对应的频域间隔，具体包括：根据当前窗滤波器位置对应的频域信号，确定频域信号中的波峰或波谷；根据频域信号中相邻波峰或波谷之间的间隔，得到当前窗滤波器位置对应的频域间隔。
99.获取窗滤波器位置对应的频域信号，根据不同窗滤波器位置的频域信号计算波峰或波谷的间隔，得到不同窗滤波器位置的频域间隔。
100.在一种可能的实施方式中，步骤s9具体包括：
101.s91：根据目标层频域间隔，将光速及折射率带入频域测厚算式，得到目标层厚度值；
102.频域测厚算式如下：
103.d＝c/(2n
·
δv)，其中d为厚度、c为光速、δv为目标层频域间隔、n为折射率。
104.根据光速、折射率、目标层频域间隔即可快速计算出多层镀膜中的每层厚度值，采用频域上的算法，避免了时域中信号间隔密集的问题，不仅降低了测厚作业难度，也提升了对较薄多层膜的测厚准确度。
105.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，计算机可运行指令促使处理器
运行上述实施例提供的方法。
106.本发明实施例所提供的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
107.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
108.又例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，再例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
109.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
110.另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
111.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
112.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
113.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发
明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。