一种膜材料匀度的检测方法与流程

1.本发明涉及薄膜材料匀度检测技术领域，具体而言，涉及一种膜材料匀度的检测方法。


背景技术：

2.薄膜材料，指外观呈现膜状的厚度较小(《300μm)的材料。各类薄膜材料广泛应用于电子电器、显示、装饰、过滤、锂电池等行业，是目前必不可少的材料，有着巨大的发展前景。
3.各类薄膜材料因为应用产业和场景的不同，需具备各种不同的性能，如应用于过滤行业的薄膜材料需要具备一定的透气度。但有一种性能是需要所有薄膜材料具备的，即匀度，也称之为均匀性。匀度是指这种薄膜材料中的各个组分或者结构，在md和cd方向上是否保持一致，所有的成分是否均匀的分布于各个区域。分析一个薄膜材料的匀度，可以通过在不同区域上的取样，然后进行性能测试并进行平均值和偏差的计算，偏差的大小就代表这个薄膜材料的匀度，偏差越小则匀度越大。这种测试方法，比较直接，能很好的反馈出一个薄膜材料的匀度，缺点是需要花费比较长的时间和成本。
4.现有技术主要通过透过率加阈值方式分析薄膜样品表面的等效黑色区域，然后分析黑色区域的尺寸来分析样品的匀度。这种方式更适合与分析样品中的尘埃度，即杂质的大小，而不能很好的表征样品的本征匀度。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种膜材料匀度的检测方法，以解决现有技术中检测膜材料匀度的方法复杂、花费时间长的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种膜材料匀度的检测方法，检测方法包括：利用平行光源对待测膜材料进行曝光处理，并由ccd图像传感器对膜材料的曝光图像进行图像获取，得到膜材料的曝光图像；曝光图像经过灰度处理，得到各个像素点的灰度值组成的灰度值阵列；计算灰度值阵列的平均值和灰度值阵列的标准差σ；利用公式(1)计算膜材料的匀度表征值。
7.进一步地，像素点的灰度值阵列为：
[0008][0009]
其中，m
ij
表示位于第i行第j列的像素点，m
ij
的灰度值为a，0《a《255；m
×
n＝b，b表
示像素点总个数，1≤i≤m，1≤j≤n；优选m≥2，优选n≥2。
[0010]
进一步地，b大于等于5000000。
[0011]
进一步地，利用公式(2)计算灰度值阵列的平均值，
[0012][0013]
进一步地，利用公式(3)计算灰度值阵列的标准差，
[0014][0015]
进一步地，平行光源的照度范围为10～30000lux。
[0016]
进一步地，ccd图像传感器的像素大于500万，优选ccd图像传感器的像素为1000万。
[0017]
进一步地，膜材料的测试面积小于0.5m2，优选膜材料的测试面积在0.0001～0.5m2。
[0018]
进一步地，像素点的面积不大于0.1mm2，优选像素点的面积不大于0.01mm2。
[0019]
进一步地，像素点的长不大于0.3mm、宽不大于0.3mm。
[0020]
应用本发明的技术方案，对于透光的薄膜材料来说，其各个部位的透光率大小能够反映出不同区域的成分、结构、加工条件等的差异。不同区域中各组分配比的差异，加工温度或压力等条件的差异，都会反映在薄膜材料的透光率上。而直接检测透光率的手段，花费时间较少，材料通过光源后，收集透光率结果，并通过软件转换为数值表征为灰度值阵列，利用灰度值阵列进行计算即可获取表征匀度的数据。因此，本技术的检测方法是一种比较快速的检测透光的薄膜材料匀度的测试方法。
附图说明
[0021]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0022]
图1示出了本发明一种实施例的测量模块的示意图；
[0023]
图2示出了本发明一种实施例的检测流程图。
[0024]
其中，上述附图包括以下附图标记：
[0025]
101、ccd图像传感器，102、待测薄膜样品，103、平行光，104、平行光源，201、测量模块，202、环境模块，203、支架模块，204、数据收集和计算储存模块，205、显示模块。
具体实施方式
[0026]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0027]
如背景技术所分析的，现有技术中存在检测膜材料匀度的方法复杂、花费时间长的问题。为了解决这一问题，本技术提供了一种膜材料匀度的检测方法。
[0028]
在本技术一种典型的实施方式中，提供了一种膜材料匀度的检测方法，该检测方法包括：利用平行光源对待测膜材料进行曝光处理，并由ccd图像传感器对膜材料的曝光图
像进行图像获取，得到膜材料的曝光图像；曝光图像经过灰度处理，得到各个像素点的灰度值组成的灰度值阵列；计算灰度值阵列的平均值和灰度值阵列的标准差σ；利用公式(1)计算膜材料的匀度表征值。
[0029]
对于透光的薄膜材料来说，其各个部位的透光率大小能够反映出不同区域的成分、结构、加工条件等的差异。不同区域中各组分配比的差异，加工温度或压力等条件的差异，都会反映在薄膜材料的透光率上。而直接检测透光率的手段，花费时间较少，材料通过光源后，收集透光率结果，并通过软件转换为数值表征为灰度值阵列，利用灰度值阵列进行计算即可获取表征匀度的数据。因此，本技术的检测方法是一种比较快速的检测透光的薄膜材料匀度的测试方法。
[0030]
本技术通过测试膜材料样品各个区域透光率大小的方式，提供一种薄膜材料匀度的测试分析方法，该检测方法没有放射性元素，对操作者十分安全，并且检测设备相对简单，取样测试过程时间短、响应快速，既可以应用于在线的匀度检测，也可以用于离线实验室的检测。同时，该方法所得到的曝光图像为3d图像，而且可以利用该3d图像根据本技术的上述处理过程可以得到样品匀度数据，从而可以从图像上和数值上更加形象准确地表示样品的匀度情况。上述方法获得的u的数值越大，则说明匀度越差，越小则说明匀度越好。
[0031]
而且，通过将本技术的检测方法得到的检测结果与目前利用性能表征匀度的检测方法的检测结果对比，发现二者检测结果一致性较高，证明本技术的检测方法可行性和准确性。
[0032]
上述平行光源的实现方法有多种，比如可以选择单一灯泡的点光源并施加一块或多块散射片，使光源平行摄入薄膜材料；或使用点光源增加透镜，使光线平行射入薄膜材料；或使用led、oled等面光源增加散射片，使光源平行射入薄膜材料。优选采用面光源增加散射片的方式获得平行光源。本领域技术人员应该理解，本技术的平行光源本身的是照度均匀的光源，比如平行光源经空白测试的照度匀度值不大于0.5。
[0033]
在一些实施例中，每个像素点的数据经过灰度处理后，会生成一个点的数值范围为0～255的灰度数字阵列，像素点的灰度值阵列为：
[0034][0035]
其中，m
ij
表示位于第i行第j列的像素点，m
ij
的灰度值为a，0《a《255；m*n＝b，b表示像素点总个数，1≤i≤m，1≤j≤n，优选m≥2，优选n≥2。与常规的统计学原理相似，其中选的像素点越多，获得的处理结果越具有统计学意义，但是，数据处理的工作量越大，经过试验比较，优选b大于等于5000000；通过上述数量的像素点的统计结果所得到的匀度表征值足以满足工业检测应用，且适用于目前常规的灰度处理设备的数据处理量要求。
[0036]
根据薄膜材料透光率的不同，以及光源的强度不同，m
ij
值会发生变化，但要当m
ij
值为0时，说明光穿透薄膜材料后强度不足以使ccd的感光元件识别，当m
ij
值为255时，说明
光穿透薄膜材料后强度过高，超出ccd感光元件的检测限。上述两种情况得到的数据和结果是不可靠的。因此，优选0《a《255。
[0037]
在一些实施例中，利用公式(2)计算灰度值阵列的平均值，
[0038]
在一些实施例中，利用公式(3)计算灰度值阵列的标准差，在一些实施例中，利用公式(3)计算灰度值阵列的标准差，
[0039]
本技术中的平行光源可调，可以根据实际膜材料样品的透光情况进行相应的调整，平行光源的照度范围为10～30000lux，可以满足目前膜材料的曝光需求，避免过多的像素点的灰度值为0或者超出255。
[0040]
为了更好地分析测试样品表面的匀度，理论上讲，ccd的像素越大越好，待测薄膜样品的拍摄范围越小越好，每个像素点对应的面积越小，精度越高。不同性能或者不同行业对匀度的要求不一致，也可按照具体要求选择ccd的像素和样品的测试面积。在一些实施例中，ccd图像传感器的像素大于500万，优选ccd图像传感器的像素为1000万。
[0041]
在一些实施例中，膜材料的测试面积小于0.5m2，优选膜材料的测试面积在0.0001～0.5m2，更优选为0.01～0.5m2，以保证所测面积中具有5000000以上的像素点。在一些实施例中，像素点的面积不大于0.1mm2，优选像素点的面积不大于0.01mm2。进一步地，优选，像素点的长不大于0.3mm、宽不大于0.3mm。
[0042]
本技术的检测方法可以采用本领域的光源设备、成像设备、灰度值处理设备进行组合应用来实现，以下图2示出了一种可以实现本技术检测方法的设备结构框图。
[0043]
上述结构框图示出了5个模块，分别为测量模块201，环境模块202，支架模块203，数据收集和计算储存模块204，显示模块205。
[0044]
其中，测量模块201的结构如图1所示，其中，101为ccd图像传感器，102为待测薄膜，103为平行光线，104为平行光源。
[0045]
环境模块202主要为提供测量模块201提供测量的环境，如黑色遮光布，遮光罩等。主要通过遮住环境光或者直射入ccd的环境光来减小环境光的影响。优选将测量模块201和支架模块203置于完全黑暗的环境中测试，以减少环境光源对测试结果的影响。
[0046]
支架模块203为测量模块201和环境模块202提供支撑作用，如平台的支架，o型扫描架，c型扫描架等。其中o型和c型扫描架为在线测量薄膜材料匀度所用。
[0047]
数据收集和计算储存模块204一般为计算机设备，用于收集测量模块输出的数据，并进行相应的计算和数据的储存。其包含但不限于控制芯片、个人计算机、商用计算机、工业计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。在数据收集和计算储存模块204中装载java、matlab、phyton、photoshop等软件实现图像至灰度值的转化，这些软件都是属于现有软件，本技术不再赘述。
[0048]
显示模块205用于显示有测量模块测试得到的原始数据通过数据收集和计算储存模块204得到的匀度数据以及2维或3维的图像。包含但不限于液晶显示器、mini-led显示器、micro-led显示器、oled显示器、qled显示器、电子墨水显示器。
[0049]
以下结合具体实施例对本技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本技术所要求保护的范围。
[0050]
第一待测膜材料采用0.7d直径，7mm长度的pet纤维制作而成。第二待测膜材料采用0.5d直径和3mm长度的pet纤维制作而成。上述两种膜材料均采用湿法造纸法获得原纸并经过后续的压光工艺进行压光，以消除表面翘曲的纤维，影响测试结果准确性。由于第一待测膜材料使用的纤维更粗更长，长径比更大，在湿法造纸过程中，采用相同工艺成型后的均匀性相对较差，容易产生纤维一定程度的絮聚情况。同时，纤维直径相对更大，长度更长，在相同重量情况下，纤维的根数越少，在相同面积铺展时，覆盖的均匀性会一定程度下降。第一待测膜材料均匀性也即匀度，肉眼可见差于第二待测膜材料。
[0051]
为确保本发明专利获得结果的可靠性，选取目前市售的一种纸张匀度测试仪(lad17，paprican尘埃匀度仪，加拿大，optest)对样品进行测试对测试结果进行佐证。选取的lad17测试仪，主要通过分析测试样品表面纤维堆积絮团来计算出样品的匀度，数值越大，表示匀度越好。
[0052]
实施例1
[0053]
利用led屏幕作为平行背光源对0.01m2第一待测膜材料和第二待测膜材料在光照强度8000lux下进行曝光处理，并由像素500万的正方形(2236
×
2236)ccd图像传感器对膜材料的曝光图像进行图像获取，得到上述待测膜材料的曝光图像；曝光图像经过matlab编写程序进行灰度处理，得到各个像素点的灰度值组成的灰度值阵列，并计算匀度数值。
[0054]
其中第一待测膜材料的匀度数据u为8.63，第二待测膜材料的匀度数据u为4.62，本技术的方法得到的u数值越大，则说明匀度越差，越小则说明匀度越好。第二待测膜材料的匀度数据小于第一待测膜材料的匀度数据，说明第二待测膜材料比第一待测膜材料匀度好。
[0055]
采用lad17测试仪对第一待测膜材料和第二待测膜材料进行匀度检测，结果分别为82.7(第一待测膜材料)和88.1(第二待测膜材料)，lad17测试仪测得的数值越大，表示匀度越好，第二待测膜材料匀度数值大于第一待测膜材料，说明第二待测膜材料比第一待测膜材料匀度好，测试结果与采用本发明专利的方法一致。
[0056]
lad17测试仪是用于测试表面云斑，根据透光率来圈出材料中的云斑的大小，然后根据大小的占比和分布来计算匀度；lad17测试仪检测时间较长，相当于对透光率的数据做了二次处理。且lad17测试仪成本较高。本技术直接用透光率的数据转换成灰度进行计算，可以有效减少检测时间，同时还有效降低成本。
[0057]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。