利用高光谱成像技术检测薄膜厚度

薄膜和涂层的厚度作为关键质量参数，其均匀性将直接影响产品功能性，需要通过精确的手段检测。目前实验室的台式仪器和在线检测系统广泛采用X射线技术与光学光谱法。 然而，现有技术仅依赖点传感器，在线检测时需通过横向扫描平台形成“之”字形路径，导致薄膜仅能局部覆盖，无法实现全幅面连续检测。

线扫描（推扫式）高光谱相机可以克服这一限制，实现对薄膜或涂层的全面检测。在每次线扫描中，能够获取整个薄膜宽度上具有高空间分辨率的光谱数据。
为验证高光谱成像技术在此应用中的效果，Specim使用工作波长为935–1700 nm的高光谱相机（Specim FX17）对四组聚合物薄膜样品进行了测量。样品薄膜的标称厚度分别为17、20（两组）和23 um。实验采用镜面反射，并对干涉现象进行分析。根据光谱中干涉峰的位置和间距，可推断出薄膜厚度：

λ_p为干涉峰以nm为单位所对应的波长，其中p为干涉级数；n为薄膜材料的折射率；α为镜面反射入射角度。
通过镜面反射测得的光谱干涉图被转换为厚度分布图。

利用Matlab将光谱干涉数据转换为厚度热度图。基于FX17光谱数据计算的平均厚度分别为18.4、20.05、21.7和23.9 µm，标准偏差分别为0.12、0.076、0.34和0.183 µm。测量时薄膜未受拉伸，这可能是导致实测值略高于标称值的原因。此外，我们还发现了一些缺陷。在薄膜1中，我们发现了两条可能由局部压力造成的细槽。

高光谱成像技术将显著提升当前基于光学光谱法质量控制系统的薄膜和涂层检测效率。以Specim FX17为例，其每秒可捕获数千条线图像，从而实现对薄膜的100%在线检测，提高质量一致性并减少浪费。
相比于目前基于点光谱仪的XY扫描方案，使用高光谱相机的台式检测系统速度显然更快。并且高光谱相机使用的光源无害，可避免X射线传感器的辐射风险。
综合理论计算并预留足够的误差冗余，我们建议FX10用于测量从1.5到30µm的薄膜对象，而FX17用于测量从4到90µm的薄膜对象。

关于Specim

作为高光谱成像（HSI）行业的龙头公司之一，Specim产品涵盖从可见光到热红外全部波段的测量，为用户提供全面的高光谱成像解决方案，满足工业、科学和研究用户的不同需求。产品包括工业高光谱相机、实验室高光谱相机以及机载高光谱相机，适配客户特定的使用场景。Specim以分拣机客户为核心，同时在分选回收、食品和制药等行业也拥有广泛的客户群体。去年，Specim正式推出全新的SpecimONE高光谱成像平台，该平台使高光谱成像技术更便利、更快捷地与分拣机相结合。2021年起，SpecimONE平台可开始交付。借助SpecimONE平台，柯尼卡美能达将进一步扩大工业领域中高光谱成像的业务。