用于可视地对准太赫兹辐射束的系统和方法技术方案

一种用于测量目标表面上的涂层厚度的系统包括太赫兹光谱装置以及参考图像投影仪。所述太赫兹光谱装置包括辐射头，所述辐射头可操作以将太赫兹辐射束投影到所述目标表面上并接收被反射的束。所述参考图像投影仪包括可见光装置，并且可操作以使用所述可见光装置将参考图像投影到所述目标表面上。所述参考图像的视觉特性指示所述辐射头相对于所述目标表面的距离、旋转对准和角对准中的至少一个。

Systems and methods for visibly aligning terahertz radiation beams

A system for measuring coating thickness on a target surface includes a terahertz spectral device and a reference image projector. The terahertz spectral device includes a radiation head operable to project terahertz radiation beams onto the target surface and receive the reflected beams. The reference image projector includes a visible light device and can be operable to project the reference image onto the target surface using the visible light device. The visual characteristics of the reference image indicate at least one of the distance, rotation alignment and angle alignment of the radiator head relative to the target surface.

【技术实现步骤摘要】
用于可视地对准太赫兹辐射束的系统和方法
本专利技术涉及用于对准太赫兹辐射束以测量表面上的多个层的厚度的系统和方法。
技术介绍
本节中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。车辆的外部一般包括多个油漆层和/或其它涂层，诸如电涂层、底漆、底涂层和透明涂层。每个层具有最小成膜，最小成膜被设计成抑制因例如UV和可见光而造成的外部的劣化和潜在分层，并且为车辆提供了适当的外观/颜色，而且保护基材免受环境损害。虽然各种油漆厚度测量技术可用于测量单个油漆层，但是存在用于测量多个层的有限数量的非破坏性测量技术。一种这样的测量技术利用超声技术，其中超声换能器(ultrasonictransducer)放置在外表面上，并且发送超声信号通过外表面。液体耦合剂(通常是水)用于将信号传输到涂层材料中。超声信号在层界面处产生回波，并且基于连续回波之间的时间差而确定厚度。声速值在不同涂层间有所不同，因此除了各种底涂层颜色之外，还对所有层执行校准。虽然超声技术是有效的，但是这种技术存在一些问题。例如，换能器大小和用于换能器的工具可能不允许测量某些车辆表面，诸如挡风玻璃凸缘，并且因此，通常采用单独过程来获得那些区域的数据。另一个问题是换能器需要大的(例如，10mm直径)平坦区域，以便产生足够波形。这需要基于车辆上的点的平坦度而对这些点进行选择，而不是能够选择车辆上的感兴趣但可能不平坦的位置。此外，换能器与车辆物理地接触。虽然换能器可能不会发生损坏，但是留在车身上的水影响其它质量控制措施，诸如污垢检测质量检查。用于测量多层表面的另一种技术包括使用具有太赫兹(THz)频率的辐射束。在使用THz光源产生THz辐射束的情况下，THz头定位在指定的偏移处并且在执行测量之前垂直于车辆的目标表面。例如，辐射头可以附接到机器人或某一其它自动化件，以允许其跟踪轮廓表面和复杂的几何形状。THz辐射束从Thz辐射头发射并且因折射率的变化而从车辆反射。发射与反射之间的时间差用于计算厚度。由于折射率的变化，THz信号从涂层界面反射，并且反射的时间差用于计算厚度。由于THz头相当地紧凑并且不接触车辆表面，因此它能用于测量不能被超声换能器测量的位置，诸如挡风玻璃凸缘。THz辐射束的直径典型地是1mm，这使得能够测量具有该大小的平坦区段的多个区。然而，为了进行最佳测量，THz辐射头应垂直于车辆的目标表面对准，使得辐射头的发射器与辐射头的检测器对准。当发射器和检测器对准时，被反射的辐射信号的振幅通常处于最大值。如果辐射头不垂直于表面，那么被反射的辐射信号可能不与检测器对准，这造成较低的峰值振幅。信号的这种损失可能影响厚度测量的结果。在校准过程期间的未对准也会产生不正确的校准文件和不良数据。通过本公开的教导解决了这些和其它问题。
技术实现思路
本节提供本公开的一般概述，并且不是本公开的全部范围或其所有特征的全面公开。在一种形式中，本公开涉及一种用于测量目标表面上的涂层的厚度的系统。所述系统包括太赫兹光谱装置以及参考图像投影仪。所述太赫兹光谱装置包括辐射头，所述辐射头可操作以将太赫兹辐射束投影到目标表面上并接收被反射的束。所述参考图像投影仪包括可见光装置，并且可操作以使用可见光源将参考图像投影到所述目标表面上。所述参考图像的视觉特性指示所述辐射头相对于所述目标表面的距离、旋转对准和角对准中的至少一个。在另一种形式中，所述太赫兹光谱装置包括：太赫兹光源，所述太赫兹光源可操作以产生所述太赫兹辐射束；以及辐射头，所述辐射头包括发射所述太赫兹辐射束的发射器和用于接收所述被反射的束的检测器。在又一种形式中，所述可见光装置与所述辐射头一起定位。在一种形式中，所述系统还包括控制器，所述控制器被配置为基于所述参考图像的所述视觉特性而控制所述辐射头相对于所述目标表面的位置和定向。在另一种形式中，所述参考图像包括彼此叠加的至少两个图案。每个图案具有根据所述辐射头相对于所述目标表面的所述位置的视觉特性，并独立于其它图案。在又一种形式中，所述至少两个图案中的一个图案是以矩阵形式布置的多个点，并且所述至少两个图案中的另一个图案是具有不同直径且彼此同心地定位的多个环。在一种形式中，所述至少两个图案是彼此叠加的不同几何形状。在另一种形式中，所述参考图像的所述视觉特性包括大小、变形和旋转位置中的至少一个。在一种形式中，本公开涉及一种用于将光谱装置的太赫兹辐射头与目标表面对准的方法。所述方法包括：通过可见光源将参考图像投影到所述目标表面上；分析所述参考图像的视觉特性以确定所述太赫兹辐射头相对于所述目标表面的所述对准；以及将所述太赫兹辐射头与所述目标表面对准，使得所述参考图像的所述视觉特性在被校准的视觉特性内。从所述太赫兹辐射头发射的太赫兹辐射束由所述参考图像包围，并且所述参考图像的所述视觉特性指示所述太赫兹辐射头的距离、角度和旋转定向中的至少一个。在另一种形式中，所述被校准的视觉特性代表所述太赫兹辐射头相对于所述目标表面的对准对于从所述目标表面接收被反射的太赫兹辐射束来说最佳时的所述参考图像。在又一种形式中，所述投影所述参考图像还包括将彼此叠加的至少两个图案投影在所述目标表面上以形成所述参考图像。在一种形式中，本公开涉及一种用于将光谱装置的太赫兹辐射头与车辆的目标表面对准的方法。所述方法包括：使用可见光源将图像投影到所述目标表面上；以及将所述太赫兹辐射头与所述目标表面对准，直到所述图像的视觉特性满足被校准的特性。所述被校准的特性代表所述太赫兹辐射头处于被校准的位置时的所述图像。在另一种形式中，所述投影所述图像还包括将彼此叠加的两个图案投影在所述目标表面上以形成参考图像。每个图案具有根据所述太赫兹辐射头相对于所述目标表面的位置的视觉特性，并独立于另一个图案。在又一种形式中，所述图像的所述视觉特性指示所述太赫兹辐射头的距离、角度和旋转定向中的至少一个。另外的应用领域将从本文提供的描述中变得明显。应理解，描述和特定示例旨在仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。附图说明为了可以很好地理解本公开，现在将通过示例的方式参考附图描述其各种形式，其中：图1是根据本公开的教导的具有参考图像投影仪的太赫兹(THz)传感系统的示意图；图2是图1的系统的辐射头的示意图；图3A示出了根据本公开的教导的参考图像投影仪的与辐射头一起布置的光装置；图3B和图3C示出了由图3A的光装置形成的图案；图3D示出了由图3B和图3C的图案形成的参考图像；图4A和图4B示出了根据本公开的教导的辐射头与光图案的旋转关系；图5A、图5B和图5C示出了根据本公开的教导的参考图像的基于辐射头的位置的不同视觉特性；以及图6是根据本公开的教导的辐射头对准例程的流程图。本文所述的附图仅用于说明的目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。具体实施方式以下描述本质上仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开、应用或用途。应理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的部分和特征。太赫兹辐射束对于人眼是不可见的，并且因此可能难以对准辐射头，使得其垂直于目标表面。虽然一些系统包括与辐射头对准的单个可见激光束以帮助辐射头的对准，但是激光束不向操作者提供距辐射头的距离的指示，也不提供关于辐射头的旋转的指示。本公开涉及一种太赫兹传感系统，所述太赫兹传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量目标表面上的涂层厚度的系统，所述系统包括：太赫兹光谱装置，所述太赫兹光谱装置包括辐射头，所述辐射头可操作以将太赫兹辐射束投影到目标表面上并接收被反射的束；以及参考图像投影仪，所述参考图像投影仪包括可见光装置并且可操作以使用所述可见光装置将参考图像投影到所述目标表面上，其中所述参考图像的视觉特性指示所述辐射头相对于所述目标表面的距离、旋转对准和角对准中的至少一个。

【技术特征摘要】
2017.10.27 US 15/795,2971.一种用于测量目标表面上的涂层厚度的系统，所述系统包括：太赫兹光谱装置，所述太赫兹光谱装置包括辐射头，所述辐射头可操作以将太赫兹辐射束投影到目标表面上并接收被反射的束；以及参考图像投影仪，所述参考图像投影仪包括可见光装置并且可操作以使用所述可见光装置将参考图像投影到所述目标表面上，其中所述参考图像的视觉特性指示所述辐射头相对于所述目标表面的距离、旋转对准和角对准中的至少一个。2.如权利要求1所述的系统，其中：所述太赫兹光谱装置包括太赫兹光源，所述太赫兹光源可操作以产生所述太赫兹辐射束，以及所述辐射头包括发射所述太赫兹辐射束的发射器和用于接收所述被反射的束的检测器。3.如权利要求1所述的系统，其中所述可见光装置与所述辐射头一起定位。4.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括控制器，所述控制器被配置为基于所述参考图像的所述视觉特性而控制所述辐射头相对于所述目标表面的所述位置和定向。5.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述参考图像包括彼此叠加的至少两个图案，每个图案具有根据所述辐射头相对于所述目标表面的所述位置的视觉特性，并独立于其它图案。6.如权利要求5所述的系统，其中所述至少两个图案中的一个图案是以矩阵形式布置的多个点，并且所述至少两个图案中的另一个图案是具有不同直径且彼此同心地定位的多个环。7.如权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·亚当斯，托尼·米索夫斯基，马克·爱德华·尼克尔斯，马里纳·梅内德斯·贝克，
申请(专利权)人：福特汽车公司，
类型：发明
国别省市：美国,US