一种透明介质膜层折射率及厚度在线测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及镀膜玻璃领域，特别涉及一种透明介质膜层折射率及厚度在线测量方 法。
【背景技术】
[0002] 离线Low-E(低福射）镀膜玻璃具有良好的节能性能，已被广泛应用于门窗、幕墙 等建筑领域，但离线Low-E镀膜玻璃膜系结构复杂，膜层在5层以上，每一层的光学性能都 将影响到产品的最终品质，从而导致产品设计开发周期长，生产过程工艺控制复杂。
[0003] 为使膜系设计及工艺控制具有方向性，减少开发及调试成本，目前多利用膜系设 计软件建立模型，提前对设计产品的性能及工艺调试方案进行评估，但使用膜系设计软件 的关键在于准确及时获得实际生产的膜层材料光学常数及单位功率沉积膜层厚度数据，薄 膜光学常数可以使用椭偏方法测量，但椭偏仪设备成本较高，在使用上专业性也较强，数据 分析时间长；薄膜厚度可以用台阶仪测量，但测试样品制备周期长。
[0004] 现有这些专业测量仪器用于工厂实际生产控制不够方便简捷，因此一般工厂很难 及时的获得实际生产的准确膜层光学常数及厚度，导致使用膜系设计软件时输入参数与实 际脱节。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种测试准确、快速的透 明介质膜层折射率及厚度在线测量方法。
[0006] 为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：
[0007] -种透明介质膜层折射率及厚度在线测量方法，包括：
[0008] S101 :获得膜面反射光谱：
[0009] 将镀制透明介质膜层的被测镀膜样品利用在线光谱测量装置测得预定波长范围 的膜面反射光谱；
[0010] S102 :进行柯西光学模型参数设置：
[0011] 根据薄膜膜面反射光谱特点及柯西光学模型中各参数对折射率色散关系的影响 进行厚度及柯西光学模型参数初始设置，形成初始值；
[0012] S103:遗传算法：
[0013] 利用遗传算法，通过初始值，结合膜面反射光谱，通过遗传算法参数设置控制遗传 过程，最终得到膜层折射率及膜层厚度。
[0014] 所述步骤S1031包括：
[0015] S1031 :生成初始种群：
[0016] 利用遗传算法，通过初始值为起点生成初始种群；
[0017] S1032 :导纳矩阵光谱计算：
[0018] 初始种群根据柯西光学模型及导纳矩阵光谱计算方法获得种群中个体的计算光 谱，并与实际测量得到的膜面反射光谱按照评价函数进行比较排序；所述评价函数为计算 光谱Rf J ( λ )和测量光谱RfC ( λ )之间的均方差MSE :
[0020] S1032 :遗传终止条件：
[0021] 遗传过程若满足MSE小于10 3或40次迭代，就终止遗传过程，即获得此时的膜 层折射率及膜层厚度，若不满足，则继续进行遗传过程，遗传过程由遗传算法设置的种群大 小、迭代次数、精英数量、交叉比例参数确定，并生成新种群，再进行导纳矩阵光谱计算，直 至满足评价函数要求的终止条件，并获得膜层折射率及膜层厚度。
[0022] 所述预定波长范围为380~780nm。
[0023] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0024] 1.采用在线光谱测量装置，该装置安装与镀膜设备产品出口端，采用CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件）光谱测量技术，测量速度远优于分光光度计测量方式，测 量膜层380nm~780nm范围光谱所需时间小于260毫秒；
[0025] 2.利用膜层膜面反射光谱作为分析膜层折射率及厚度的依据，避免由于建筑浮法 玻璃的吸收对结果的影响，更能体现膜层本质的光学特征；
[0026] 3.建立膜层柯西光学模型可以和遗传算法充分结合，根据实际生产膜层的光谱特 征设置合理的参数将使分析收敛速度更快，结果更准确。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明实施例提供的在线光谱测量装置的结构示意图；
[0028] 图2是本发明实施例提供的一种透明介质膜层折射率及厚度在线测量方法的流 程图；
[0029] 图3是本发明实施例提供的遗传算法的分析流程图；
[0030] 图4是本发明实施例提供的种群大小对结果的影响图；
[0031] 图5是本发明实施例提供的种群大小对收敛过程的影响图
[0032] 图6是本发明实施例提供的精英数量对结果的影响图；
[0033] 图7是本发明实施例提供的交叉比例对结果影响图；
[0034] 图8是本发明实施例提供的柯西光学模型得到的不同折射率相同厚度薄膜的反 射光谱图；
[0035] 图9是本发明实施例提供的SiNx介质膜层膜面反射光谱随厚度的变化情况图。
【具体实施方式】
[0036] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0037] 参见图1，一种在线光谱测量装置，包括支架3,支架3上设有导轨4,导轨4上设 有测量探头5,导轨4 一侧的支架3上设有第一位置传感器6,另一侧的支架3上设有第二 位置传感器7,当第一位置传感器6和第二位置传感器6同时检测到被测镀膜样品2时，测 量探头5在被测镀膜样品2上方沿导轨4步进运动逐点扫描测试，用于测试被测镀膜样品 2的各点膜面反射光谱，导轨4下方设有多个输送辊1，多个输送辊1用于输送放置在其上 的被测镀膜样品。
[0038] 本发明的测量装置安装在离线Low-E镀膜生产线镀膜腔外部产品出片端，被测镀 膜样品为生产完成后的镀膜样品；当被测镀膜样品2被传输到第一位置传感器6时，在线测 量装置即发出进行系统光学、位置校准的信号，对在线测量装置进行系统自动检测，以避免 因装置故障所造成的测量不准确；当被测镀膜样品2传输到第二位置传感器7,同时第一位 置传感器6有信号情况下，说明测量探头下有被测镀膜样品，此时测量探头5在被测镀膜样 品2上方沿导轨4步进运动逐点扫描测试；测量装置由支架3系围护，给予固定、保护。
[0039] 本发明使用的在线光谱测量装置简便快速，同时该系统可以应用于监控产品玻 面、膜面反射和透过光谱及颜色等其他质量检测过程。
[0040] 参见图3,本发明还提供一种透明介质膜层折射率及厚度在线测量方法，包括：
[0041] S101 :获得膜面反射光谱1-3 :
[0042] 将被测镀膜样品利用在线光谱测量装置测得预定波长范围的膜面反射光谱；预定 波长范围为380~780nm ;
[0043] S102 :进行柯西光学模型参数设置1-4 :
[0044] 根据薄膜膜面反射光谱特点（图9)及柯西光学模型中各参数对折射率色散关系 的影响（图8)进行厚度及柯西光学模型参数初始设置，形成初始值；
[0045] 本发明反射光谱特点主要是指反射光谱的最大值及最大值所处的峰位，参见图9， 可以看出厚度越厚反射光谱最大值对应的波长越大；柯西光学模型各参数的影响体现在对 折射率大小的影响，参见图8,可以看出系数越大，折射率越大；色散关系是指折射率随波 长的变化关系。
[0046] S103 :遗传算法 1-6 :
[0047] 利用遗传算法，通过初始值，结合膜面反射光谱，通过遗传算法参数设置1-5控制 遗传过程，最终得到膜层折射率及膜层厚度。
[0048] 遗传算法具体包括：
[0049] S1031 :生成初始种群：
[0050] 利用遗传算法，通过初始值为起点生成初始种群；
[0051] S1032 :导纳矩阵光谱计算：
[0052] 初始种群根据柯西光学模型及导纳矩阵光谱计算方法获得种群中个体的计算光 谱，并与实际测量得到的膜面反射光谱按照评价函数进行比较排序；所述评价函数为计算 光谱Rf J ( λ )和测量光谱RfC ( λ )之间的均方差MSE :
[0054] S1032 :遗传终止条件：
[0055] 遗传过程若满足MSE小于10 3或40次迭代，就终止遗传过程，即获得此时的膜 层折射率及膜层厚度，若不满足，则继续进行遗传过程，遗传过程由遗传算法设置的种群大 小、迭代次数、精英数量、交叉比例参数确定，并生成新种群，再进行导纳矩阵光谱计算，直 至满足评价函数要求的终止条件，并获得膜层折射率及膜层厚度。
[0056] 本发明的样品生产采用离线Low-E镀膜生产线，生产线以连续方式每45~60秒 完成一片玻璃镀膜生产，通常一片玻璃面积最大面积可达2540 X 3660mm2,由于连续生产速 度快，因此对产品性能的测试及分析速度提出了很高的要求；在线光谱测量装置2安装在 生产线镀膜腔外部产品出片端，能够以测量产品法向方向透过率光谱和8°方向玻面、膜面 反射光谱，该系统采用CCD光谱测量技术，同时测量光谱范围内各波长的光强度，测量速度 远优于分光光度计测量方式，测量膜层380nm~780nm范围光谱所需时间小于260毫秒；本 发明只利用在线测量装置1-2实测获得的膜面反射光谱1-3,是由于离线Low-E镀膜玻璃使 用的建筑浮法玻璃均有微弱的吸收，从而对透过及玻面反射光谱构成一定影响，因此膜面 反射光谱（Rf)能够更好体现膜层本质的光学性能。
[0057] 在Low-E膜系中经常用到SiNx、Sn0x、Ti0