本申请涉及2016年1月7日提交的题为“测量基材上沉积的涂层的厚度的光学方法”的第62/275,905号美国临时申请并要求其权益，其内容通过参考完整地纳入本文以用于所有目的。
发明领域
本发明涉及基材上沉积的涂层的厚度的光学测量方法和装置。
发明背景
在形成玻璃容器的过程中，玻璃容器外部通常施涂金属氧化物涂料。这种涂料可包含锡、钛或者其他反应性金属化合物或有机金属化合物，可用来促进玻璃与第二保护涂层之间的粘合，所述第二保护涂层通常为蜡，保护玻璃容器免受表面损伤，如磨伤和擦伤。
金属氧化物涂料通常在玻璃容器以受热并完全成型的状态从玻璃器皿成型机中出来的时候施涂，也就是在系统“热端”施涂。传送机将容器从成型机送走。玻璃容器表面存在超过400摄氏度的温度，所以，当向其施涂可热分解的无机金属或有机金属化合物时，该化合物会立即反应并转化为金属氧化物涂层。
在形成玻璃的过程中，宜定期检查涂层。目前的质检程序通常涉及离线过程。在容器冷却到低于约100摄氏度之后(在系统的“冷端”)，定期将一个或多个容器从生产线拉出来。然后测量金属氧化物涂层厚度，以确定厚度是否处在厚度容差范围内。若厚度超出容差范围，则可能要销毁最后一次成功检测以来生产的所有容器，直至生产工艺得到修正。例如，样品容器可每4-8小时检测一次。若每分钟形成约400-500个瓶子(或者每小时约25000至约55000个瓶子)，生产4小时后才发现涂层缺陷可能导致存货损失严重。
有多种方法探测待检物体中的缺陷。
第4,651,568号美国专利涉及玻璃瓶检查方法和装置，其采用声波脉冲探测缺陷。
美国专利申请公开第2013/0222575号涉及玻璃瓶检查装置和方法，其借助于一个或多个照明单元和至少一个照相机，通过成像过程探测玻璃瓶上的缺陷。
美国专利申请公开第2014/0119634号涉及玻璃瓶检查方法和装置，其在玻璃瓶旋转的同时从瓶子相继拍摄图像，由此产生差分图像，以确定瓶子是否无缺陷。
美国专利申请公开第2009/0148031号涉及表面检查装置，其利用检查光扫描在检物体表面，从表面接收反射光，基于反射光生成物体表面的二维图像。该装置将二维图像的像素分为其色调对应于物体表面上的缺陷的像素和其色调不对应于物体表面上的缺陷的像素。
有多种方法确定设置于物体上的涂层厚度。
美国专利申请公开第2004/0065841号涉及检验塑料容器上涂层厚度的方法和装置，其用紫外光照射容器，使之穿过容器到达一个或多个紫外光传感器，基于通过容器的紫外光的量确定厚度。
wo2004/065902涉及基材如瓶子上涂层的无接触测量方法和装置，其基于对反射自基材的紫外辐射的捕集。
第6,252,237号美国专利涉及经涂覆表面上涂层厚度的测量方法，其利用光敏元件的固态阵列测量荧光涂料组合物发射的光，测量涂料组合物的强度。
第6,646,752号美国专利涉及超薄栅氧化物层厚度的测量方法和装置，其利用热处理和椭偏仪技术。
第5,208,645号美国专利涉及圆柱形物体周围涂层厚度的测量方法和装置，其利用平行光线在垂直于样本长度的方向上辐射物体，并测量由样本衍射并通过图像探测设备接收的光的光强度峰值水平。
第6,515,293号美国专利涉及半导体晶片上形成的薄层厚度的测量方法和装置，其将光辐射到晶片单元上，测量晶片反射的光的亮度值。
第5,991,018号美国专利涉及检查涂层的厚度或退化情况的装置，其利用图像拾取单元接收反射光或透射光。图像拾取信号与参考公式比较，以确定涂层厚度。该检查装置可在生产线上测量涂层厚度。
当前的光学厚度测量方法难以准确测量薄涂层厚度(例如小于约20nm)，也难以准确识别涂层厚度的小变化，该小变化可预示厚度正接近可接受容差范围的边缘(例如小于约5nm)。在线生产过程中，在系统“热端”准确测定涂层厚度也是非常需要的，例如用来将涂层保持在容差范围内并减少存货损失。
发明概述
本发明的一个方面可体现于测量物体上涂层厚度的装置。该装置包括至少一个光源、探测器和连接至探测器的测量设备。所述至少一个光源构造成在物体上预定位置处将光引导到物体，使得一部分光与物体相互作用。所述探测器构造成拍摄图像，该图像由与物体相互作用的那部分光产生并具有至少两个波长通道(例如颜色通道)。所述测量设备构造成：基于所述至少两个波长通道中每个波长通道的直方图，确定所述至少两个波长通道中每一个之间的相对偏差，并基于所确定的相对偏差，确定物体上涂层的厚度和/或涂层的可接受度。
本发明的另一个方面可体现于测量物体上涂层厚度的方法。在物体上预定位置处将光引导到物体，使得一部分光与物体相互作用。拍摄由与物体相互作用的那部分光产生的图像，该图像具有至少两个波长通道。基于所述至少两个波长通道中每个通道的直方图，确定所述至少两个波长通道中每一个之间的相对偏差。基于所确定的相对偏差，确定物体上涂层的厚度和/或涂层的可接受度。
附图说明
当结合附图阅读以下详细描述时，由该详细描述可理解本发明。需要强调，按照一般做法，附图中各个特征可能不是按比例绘制。相反，为清楚起见，各个特征的尺寸可能任意放大或缩小。此外，附图中相同的数字标记用来表示相同的特征。附图包括以下各图：
图1是根据本发明一个方面的示例性装置的功能框图，该示例性装置用来测量设置于物体上的涂层的膜厚；
图2a是根据本发明一个方面的玻璃瓶和图1所示装置的一些组件的俯视图，显示移动的玻璃瓶的光学透射测量；
图2b是根据本发明一个方面的图2a所示玻璃瓶和装置组件的横截面视图；
图2c是根据本发明一个方面的图2a所示玻璃瓶和一些装置组件的横截面视图，显示在物体上两个测量位置同时进行的光学透射测量；
图2d是根据本发明另一个方面的图1所示玻璃瓶和一些装置组件的横截面视图，显示移动的玻璃瓶的光学反射测量；
图3是根据本发明一个方面的图1所示示例性膜厚测量设备的功能框图；
图4是根据本发明一个方面的示例性方法的流程图，该方法用来测量物体上涂层的厚度；
图5a和5b分别是根据本发明一个方面的两个具有不同涂层厚度的瓶子的红色、蓝色和绿色通道图像的示例性直方图；
图6a和6b分别是根据本发明的常规色差和相对色偏的示例性柱状图，它们是几组具有不同涂层厚度的火石玻璃瓶的计算结果；
图6c和6d分别是在相应的图6a和6b所示结果的基础上，对应于不同涂层厚度的平均色差和平均相对色偏的示例性柱状图；
图6e和6f分别是在相应的图6a和6b所示结果的基础上，当涂层厚度增加或减小时，色差变化和相对色偏变化的示例性柱状图；
图6g和6h分别是根据本发明的常规平均色差和平均相对色偏的示例性柱状图，它们是几组具有不同涂层厚度的琥珀玻璃瓶的计算结果；
图6i和6j分别是几组具有不同涂层厚度的琥珀玻璃瓶在涂层厚度增加或减小时色差变化和相对色偏变化的示例性柱状图；
图7是根据本发明一个方面的相对色偏随涂层厚度变化的示例性图示；
图8a是根据本发明一个方面的瓶子的俯视图，显示了多次依序测量和曲率校正的测量位置之间的示例性关系；
图8b是根据本发明一个方面的瓶子的截面图，显示了多次依序测量和曲率校正的测量位置之间的另一个示例性关系；
图9是根据本发明一个方面的图示，显示了有缺陷和无缺陷啤酒瓶的绿色通道图像的示例性直方图和相应的随颜色通道值变化的高斯拟合曲线，说明了各种缺陷对直方图的影响；
图10a,10b和10c分别是根据本发明一个方面的瓶子的无缺陷、有擦伤和有脏颗粒部分的示例性红色、蓝色、绿色(rgb)通道拍摄图像；
图10d,10e和10f是根据本发明一个方面的图10a,10b和10c所示拍摄的图像的相应绿色、红色和蓝色通道的示例性直方图，说明各颜色通道直方图因缺陷的存在而发生的变化；
图11a和11b分别是根据本发明一个方面的瓶子的无缺陷部分和有焊线部分的示例性拍摄图像；
图11c和11d是根据本发明一个方面的图11a和11b所示相应图像的示例性颜色通道直方图，说明了焊线对直方图的影响；以及
图12a和12b是根据本发明一个方面的高斯曲线图，它们是对图11c和11d相应示出的颜色通道直方图均值拟合的强度(通道值)函数。
详细描述
本发明的各个方面涉及物体上所设置的膜涂层的厚度的测量装置和方法。该装置可包括至少一个光源、探测器和连接至探测器的测量设备。所述光源可构造成在物体上预定位置处将光引导到物体，使得一部分光与物体相互作用。与物体相互作用的该部分光在本文中称作相互作用光。如本文所用，术语“光的部分/部分光”包括光的全部或少于光的全部(例如一定百分比)。所述照相机可构造成拍摄至少一个图像，该图像由相互作用光产生并包含至少两个波长通道(例如颜色通道)。在一些实例中，所述至少两个通道包括三个通道，包括例如红色、绿色和蓝色通道。基于所述至少两个波长通道中每个通道的直方图，所述测量设备可确定所述至少两个波长通道中每一个之间的相对偏差(例如色偏)。基于所确定的相对偏差，所述测量设备可确定物体上涂层的厚度和/或涂层的可接受度。
在一些实例中，光的相互作用部分包括通过物体的光，使得拍摄的图像是光学透射图像。在一些实例中，光的相互作用部分包括被物体反射的光，使得拍摄的图像是光学反射图像。在一些实例中，所述装置可构造成拍摄光学透射图像和/或光学反射图像。(由穿过物体的光产生的)光学透射图像可适合例如物体对光是透明的情况(例如透明玻璃)。(由物体反射的光产生的)光学反射图像可适合例如物体至少部分吸收光的情况(例如琥珀玻璃)。来自光源的光可包括可见光、红外(ir)光或其组合。在一些实例中，所述装置可拍摄对应于物体上多个位置的多个图像。所述多个图像可依序和/或同时拍摄。例如，在物体以预定速度移动通过单一光源时，该光源可拍摄多个位置的多个图像。作为另一个例子，可设置多个光源，以便将光引导到物体的多个位置。
在一些实例中，在确定相对色偏时，测量设备可将物体的任何曲率考虑进去。在一些实例中，测量设备可将每个颜色通道直方图的特征与缺陷阈值作比较，并在每个直方图的特征小于缺陷阈值时确定涂层厚度。缺陷阈值可对应于污垢指征、擦伤指征和/或焊线指征。
在一些实例中，可给出厚度、厚度可接受的指征(例如在预定范围内)或厚度不可接受的指征(例如超出预定范围)中的至少一个。在一些实例中，所述装置可构造为涂覆室的一部分。在一些实例中，测量设备确定的厚度可用来控制涂覆室中的涂覆喷射器。因此，在一些实例中，在将涂料设置在物体上后，可在物体成型加工的热端(即在施加缓慢冷却周期之前物体表面尚处于较高温度的时候)使用所述设备。
本发明适用于用单丁基氯化锡(mbtc)涂覆瓶子的普通情况；不过，本文所述装置一般适用于以有机金属化合物、金属卤化物或其他合适的化合物作为涂覆化学前体，用氧化锡、氧化钛或其他单金属氧化物或其混合物的膜涂覆玻璃。
本发明适用于透明玻璃(即对可见光透明)和有色玻璃(即部分光吸收)以及非玻璃物体如塑料。有色玻璃的非限制性例子包括绿色玻璃和琥珀色玻璃。虽然本文所述的实例涉及玻璃瓶，但所述装置一般适用于任何能够涂覆膜的玻璃物体。所述物体可以是空心的(如瓶子)或实心的。所述物体可以是对称的或非对称的。
下面结合各图描述示例性装置。图1是功能框图，显示了用于测量物体120上涂层的膜厚的装置100。装置100可包含至少一个光源102、位置探测器104、至少一个探测器106、控制器108、膜厚测量设备110(本文中也称作测量设备110)、显示器112、用户界面114和存储设备116。虽然图1未显示，但控制器108也可连接至测量设备110(例如，如图2a所示)。本领域技术人员根据本文的描述将会理解合适的控制器108、显示器112、用户界面114和存储设备116。物体120可置于传送带122上，可以预定速度沿方向124移动通过光源102。如上文所讨论，物体120可以是透明的和/或有色的。物体120可包含设置于其上的涂层，涂层的膜厚可通过装置100测量。
光源102可构造成产生uv光、可见光和/或ir光的至少一条光束。来自光源102的光束可通过任何合适的光学组件(未示出)如透镜、分束器、平面镜等聚集和/或导向，以与物体120相互作用。在一些实例中，来自光源102的光束可经导向后通过物体120，如图2a和2b所示的测量光束204。入射角可从垂直于瓶子表面(零度)变化到高达80度。在一些实例中，来自光源102的光束可构造成从物体120反射，如图2d所示的反射光束214。此图显示了零度入射。然而，实际入射角可从零变化到80度。测量光束204(或者图2d所示的测量光束210)可构造成在物体120上的预定测量位置205(图2b，或者图2d所示位置215)与物体120相互作用。
在一些实例中中，除测量光束204外，光源102可产生位置探测光束202(图2a)。位置探测光束202可构造成在物体120上的初始探测位置203(图2b)与物体120相互作用。控制器108可利用探测光束202在初始探测位置203的探测来控制物体120上预定测量位置205处图像208(图2a)的拍摄。
位置探测器104可构造成在探测位置203处探测光学事件(即来自光束202的光)，从而在物体120上初始探测位置203(例如容器边缘)处探测光束202与物体120的相互作用。位置探测器104可包括任何合适的光学位置探测传感器，例如但不限于光探测器和发光二极管(led)。位置探测器104可响应物体120位于初始探测位置203的探测结果而产生探测信号206(图2a)。在一些实例中，当物体120位于初始探测位置203时(或者在适当延迟之后，以在所需位置获得容器测量结果，参见图8a和8b)，位置探测器104可产生探测信号206。在一些实例中，当物体位于初始探测位置203时，位置探测器104可产生正(或高)探测信号206，在其他情况下产生负(零或低)探测信号206。
探测器106可构造成拍摄具有至少两个波长通道(例如至少两个颜色通道)的图像208。图像208可在预定测量位置205(或图2d中的位置215)由测量光束204(210)与(经涂覆的)物体120的相互作用产生。通道可包括可见光和/或ir光。在一个实例中，通道可包括三色通道，包括红色、绿色和蓝色通道。探测器106可包括但不限于照相机、电荷耦合器件(ccd)探测器或互补金属氧化物半导体(cmos)探测器。在一些实例中，探测器106可包括其上设置有至少两个不同滤色器的单色探测器，以在图像208中获得该至少两个颜色通道。在一些实例中，探测器106可构造成同时拍摄多个图像(例如，通过将探测器106的多个像素子集分配给不同测量位置)，所述多个图像对应于物体120上的多个测量位置(例如，图2c所示的位置205-1,205-2)。在一些实例中，可用两个或更多个探测器106同时拍摄多个图像(例如，如图2c中探测器106-1,106-2所示)。
控制器108可构造成控制光源102、位置探测器104、探测器106、测量设备110、显示器112、用户界面114和存储设备116中一个或多个的操作。在一些实例中，控制器108可基于来自位置探测器104的探测信号206控制来自照相机106的图像208的拍摄。控制器110还可控制厚度测量值(例如通过用户界面114接收)和厚度测量结果的存储(在存储设备116中)。在一些实例中，控制器108可基于测量设备110确定的厚度测量结果控制涂覆室126中的喷射器128。控制器108可以是常规数字信号处理器、逻辑电路或微处理器。本领域技术人员根据本文的描述将会理解，测量设备110的一个或多个功能可在软件中执行，可通过控制器108实施。
测量设备110可构造成接收探测器106拍摄的图像208并测定物体120上涂层的厚度。如上文所讨论，每个拍摄的图像208包含至少两个通道。图像208可包括光学透射图像(例如，如图2b所示拍摄的图像)或者光学反射图像(例如，如图2d所示拍摄的图像)。对于每个接收到的图像，测量设备110可确定每个通道之间的相对偏差(例如色偏)。相对偏差可基于每个通道的直方图确定。
参见图5a和5b，针对涂覆有sno2的火石玻璃瓶上两种不同涂层厚度显示了随强度变化的示例性直方图。每幅图包括对相应玻璃瓶所拍摄的光学透射图像的红色、蓝色和绿色通道的直方图(统称为rgb直方图)。图5a说明涂层厚度约为3nm的瓶子的rgb直方图。图5a说明涂层厚度约为14nm的瓶子的rgb直方图。每个瓶子的光学透射图像用me600光学显微镜和nanosightdsu-1ccd照相机获取，二者均由尼康公司(日本东京)制造。
如图5a所述，当涂层较薄(即约3nm)时，红、绿、蓝直方图的最大值基本上彼此重叠(即对齐)。相比之下，如图5b所示，当涂层较厚(即约14nm)时，红直方图(曲线502-r)、绿直方图(曲线502-g)和蓝直方图(曲线502-b)的相对位置发生变化。
因此，如图5a和5b所示，颜色通道直方图的质心(或最大值)的相对位置的变化指示膜厚。回看图1，基于每个颜色通道直方图的质心(或最大值)，测量设备110可确定颜色通道之间的相对色偏。然后，测量设备110可基于相对色偏确定涂层厚度。例如，测量设备可利用相对色偏与涂层厚度之间的预定关系312(图3)，如图7所示。下面结合图3进一步描述测量设备110。
显示器112可构造成探测器106拍摄的一个或多个图像、直方图、相对偏差和/或厚度测量结果(通过测量设备110)。厚度测量结果可包括测量设备110测定的厚度、厚度处于预定厚度范围内(即处于可接受的厚度值范围内)的指征和/或厚度处于预定厚度范围外(即小于或大于可接受的厚度值范围)的指征。可以预见，显示器112可包括能够呈现信息的任何显示器，所述信息包括文字信息和/或图片信息。在一些实例中，装置100还可通过声音指示和/或振动指示的方式指示厚度测量结果(例如当厚度结果处于预定厚度范围之外时)。
用户界面114可用来启动涂层厚度测量。用户界面114可进一步用来为光源102、位置探测器104、探测器106、测量设备110、显示器112和/或为要存储于存储设备116的数值选择参数。在一些实例中，用户界面114可用来控制涂覆室126的喷射器128(例如，基于显示器112显示的厚度测量结果)。用户界面114可包括用于启动测量、指示存储、分析和/或显示数量的任何合适界面。用户界面114可包括例如定点设备、键盘和/或显示设备。虽然用户界面114和显示器112被图示为分开的设备，但应理解，用户界面114和显示器112的功能可合并在一个设备中。
存储设备116可存储来自位置探测器104的探测信号206(图2a)；用于测量设备110的参数[如可选的预定曲率校正值310(图3)，预定关系312和/或预定缺陷阈值316]；探测器106拍摄的图像208；以及/或者来自测量设备110的直方图和/或分析结果。存储设备116可以是存储器、磁盘、光盘、硬盘驱动器、数据库或基本上任何能够存储数据的本地或远程永久性有形设备。
装置110可构造成具有至少一个喷射器128的涂覆室126的一部分。例如，光源102、位置探测器104和照相机106可在涂覆室126中位于喷射器128下游(即通过喷射器128用涂料配混物涂覆瓶子120之后)。
涂覆室126可用来通过喷射器128将保护膜涂层施加到热玻璃容器上。涂覆室126可将玻璃容器与环境条件隔离开来，可提供受控的涂覆操作气氛。涂覆室126可包括排放系统(未示出)，该排放系统捕集大部分被空气夹带的未附着到容器上的涂料配混物。排放系统可最大程度减少涂料配混物侵蚀建筑构件的机会。涂覆室126可包括诸如鼓风机、鼓风槽和/或吸气槽这样的组件，以产生一圈或多圈高速空气，使得涂料配混物被喷射器128分配，夹带在空气流中，并被恰当地引导到要涂覆的物体120。专利申请第pct/us2013/037520号公开了用于瓶子的合适涂覆室，其内容通过参考完整地纳入本文。
本领域技术人员根据本文的描述将会理解，测量设备110可位于远离照相机106的位置，如用于远程测量。测量设备110可通过任何合适的有线或无线连接方式连接至照相机106。
可以预见，装置100可构造成连接至全球信息网络，例如因特网(未示出)，使获得的图像、直方图和/或厚度分析结果也可传输至远程位置，用于处理和/或存储。
接下来参考图2a-2d描述通过装置100拍摄一个或多个图像。具体而言，图2a是(经涂覆的)物体120和用来拍摄光学透射图像的装置100的一些组件的俯视图；图2b是图2a所示物体120的横截面视图，展示了在单一位置借助于光透射通过物体120进行的位置探测和图像拍摄；图2c是图2a所示物体120的截面图，用于同时拍摄两个光学透射图像；图2d是(经涂覆的)物体120和用来拍摄光学反射图像(借助于光从物体120反射)的装置100的一些组件的俯视图。在图2a-2d中，光源102处于固定位置，物体120在传送带122上沿箭头124所示方向以预定速度移动经过光源。
参见图2a和2b，一个或多个光源102可构造成引导位置探测光束202和测量光束204通过物体120，使光束202和光束204分别在初始探测位置203和预定测量位置205入射到物体120上。尽管图2b将第一光源102-1显示为产生光束202，将第二光源102-2显示为产生光束204，但应当理解的是，可以将单一光源102(如图2a所示)构造成既发射光束202，又发射光束204(例如，借助于合适的分束器和导向光学器件)。
在操作中，当物体120在传送带122上移动时，物体120经过光源102(以及位置探测器104和照相机106)。当物体120到达初始探测位置203时，位置探测器104探测到位置探测光束202，使位置探测器104产生探测信号206。位置探测器104将探测信号206送至控制器108。
控制器108响应探测信号206，使探测器106在预定测量位置205拍摄光学透射图像208。光学透射图像是在预定测量位置205入射到物体120上的测量光束204产生的，该光束透射通过物体120，随后被探测器106接收到。
探测器106可以例如响应控制器108而将拍摄的光学透射图像208送至测量设备110。测量设备110可响应控制器108而根据对拍摄的图像的分析来确定物体120上涂层的厚度。
在一些实例中，控制器108可使用光学图像(透射或反射)来确定物体120的位置(例如同时垂直于物体的纵轴及其行进方向)。
一旦在初始探测位置203探测到物体108，控制器108即可使探测器106在物体120移动经过光源102的过程中依序拍摄多个图像(如图8所示在预定测量位置y0-y5)。例如，在物体120的预定速度和物体120的预定尺寸给定的情况下，控制器108可使探测器106在水平方向(即与箭头124所示相反的方向)拍摄多个连续图像。
参见图2c，光源102可沿着垂直于物体120的方向将多个测量光束204(例如光束204-1和204-2)分别引导到位置205-1,205-2，以借助于探测器106同时拍摄多个光学透射图像。虽然图2c显示分别产生测量光束204-1,204-2的两个光源102-2和102-3，但应当理解，具有合适光学组件的单一光源102可产生测量光束204-1,204-2以及位置探测光束202。尽管图中将两个探测器106-1,106-2显示为分别在测量位置205-1,205-2拍摄图像，但应当理解，单一探测器106可构造成将像素恰当配分成对应于相应位置205-1,205-2，从而同时拍摄多个图像。
应当理解，在一些实例中，探测器106可构造成既能同时拍摄多个图像(如图2c所示)，又能依序拍摄多个图像(如结合图2b所述)。
虽然图2a-2c描绘了光学透射图像的拍摄，但装置100也可构造成拍摄光学反射图像，如图2d所示。如图2d所示，在操作中，光源102-2(或具有合适光学组件的单一光源102-1)可产生测量光束210。测量光束210可被引导在预定测量位置215入射到物体120上。物体120可反射至少一部分测量光束210，形成反射光束214。反射光束214经分束器212被引导到探测器106，使得探测器106拍摄光学反射图像。位置探测器104对位置探测光束202的探测和探测器106响应控制器108对光学反射图像的拍摄类似于上文结合图2a和图2b所述。类似于图2a-2c，图2d所示的构造也可依序和/或同时拍摄多个光学反射图像。图2d所示的配置可适用于有色玻璃(如琥珀酸玻璃)物体120，其中一个或多个光波长可根据颜色被吸收，而不是透射通过物体120。
接下来参见图3，该图描绘了膜厚测量设备110。尽管此实施方式及其后面的实施方式涉及根据拍摄多色通道确定膜厚并确定相对色偏，但应当理解，也可采用颜色通道以外的波长通道和相对波长偏差。测量设备110可包括直方图生成器302、偏差分析仪304、厚度计算器306和可选的缺陷探测器308。测量设备110可接收来自探测器106的图像208，确定厚度指征314。测量设备110可以是常规数字信号处理器、逻辑电路或微处理器。尽管图3显示单一图像208，但应当理解，测量设备110可接收探测器106依序和/或同时拍摄的多个图像208，如上文结合图2a-2d所述。在图3中，图像208可以是光学透射图像(如图2b所示)或光学反射图像(如图2d所示)。
直方图生成器302可构造成接收来自探测器106(或来自存储设备116)的图像208。图像208可具有n个颜色通道(cc)，其中n大于或等于2。直方图生成器302可为图像208的每个颜色通道生成颜色通道直方图。例如，若图像208包含红色、蓝色和绿色通道，直方图生成器302可生成红色、蓝色和绿色通道直方图。
颜色通道直方图可定义为颜色通道像素(例如红色、绿色或蓝色像素)的分布随其整数颜色值变化的图形表达。对于每个颜色通道，相邻数值的像素(例如数值小于4的像素，大于4但小于8的像素值，等等)可汇总到箱(bin)中，然后以每个箱中的颜色值除以像素数目的函数作图。在本文所示的示例性直方图中，箱宽(binwidth)为1个像素。一般而言，直方图的箱宽大于或等于1个像素。在本文所述的实例中，图像208是具有红色、绿色和蓝色通道(即n＝3)的rgb图像。应当理解，rgb图像代表图像208的一个实例，图像208可包括任何合适数目的颜色通道(n≥2)，以及可见光和/或ir光的任何波长。
当探测器106记录图像208时，光强度和光谱分布一般会随像素不同而不同。测量平均红色通道值的一种方法是算出所有红色像素值之和，然后除以像素的数目。对绿色像素和蓝色像素可重复类似的过程。这是ccd或cmos照相机颜色测量，等同于分光光度颜色测量。在分光光度颜色测量中，计算所有波长上的总光强度(可能要乘以人敏感函数)。对于ccd或cmos照相机图像(如图像208)，只要箱宽是1个像素，上述求平均值的过程就等同于计算直方图的质心。该求平均值(质心)的方法将整个图像当作一个大像素处理。以像素分布的方式包含的信息可能未加利用。
颜色测量技术的重要区别在于与颜色相关的物理性质测量(例如随表面反射的波长变化的光强度)与人类观察者感知颜色的方式之间的区别。在颜色技术中，术语“颜色”通常涉及人类观察者对颜色的感知。
历史上，为了测量颜色感知，测色员被要求将测试光的颜色与匹配光的颜色进行匹配。匹配光是三种单光的重叠。三种光中的每种光具有清晰的、非常窄的波长分布，就跟测试光一样。测色员被要求调节三种匹配光的强度，直至测试光的颜色与匹配光的颜色恰好匹配。该项测试导致著名的红光、蓝光和绿光的颜色匹配函数[r(λ),g(λ)和b(λ)]的产生。三种光源基于人眼选择。健康人眼对颜色视觉具有三类受体细胞，它们对不同波长的光具有不同的敏感度。
颜色测量有许多不同的规范标准。一种熟知的颜色测量标准是rgb体系，其中每种颜色用对应于红(r)、绿(g)和蓝(b)的三个数值表示。为了从分光光度数据计算rgb，透射光或反射光的强度用合适的分光光度计随波长变化测量。然后，强度[i(λ)]乘以三种颜色匹配函数中的每一种函数，对可见光谱的所有波长积分，产生r、g、b数值(如下面分别用方程式1-3所示)。在实践中，“积分”是一种求和，因为强度和颜色匹配函数是在离散区间测量的。
其他典型的颜色体系如xyz或lab体系也用三个分量表示颜色(分别为x,y,z或l,a,b)。借助于标准化变换矩阵，一个体系的任意三个分量可以变换到另一个颜色体系中。这相当于将坐标从一个“向量”颜色空间变换到另一个“向量”颜色空间。来自向量计算和几何学的其他概念也可用来测量颜色空间里的相关性质(例如作为颜色“向量”长度变化的颜色变化)，或者展示不明显的性质和它们内部及它们之间的关系。
cmos或ccd照相机(如探测器106)利用半导体阵列、电子电路和其他设备组件以及软件算法在它们拍摄的图像的每个像素处产生r,g,b数值。r,g,b值用0至2的倍数(2l，l为整数)的范围内的整数表示。这些值书写成所谓的真色图像中每个颜色通道(r,g,b)的矩阵。r,g,b矩阵中的行列数对应于探测器106的像素数，除非进一步进行图像处理或像素合并(即将若干像素合并成一个较大的像素)。
在cmos/ccd照相机中，数值的可用范围取决于噪声水平、模数转换和半导体元件暴露于光时产生多少电荷。通常对图像进行数字化，使得每个颜色通道(r,g,b)的数值范围是256＝28，或者说8比特，从而红、绿和蓝具有256个色度。所产生的电荷的数量是高强度的间接量度。可利用滤色器和软件算法的组合确定红、绿、蓝区域中的波段在每个像素处产生了多少电荷。电荷越少对应于光强度越低。对于红光，更低的光强度可导致r值得到更低的数值。g值和b值同样如此。
测量设备110利用探测器106拍摄到的光强度值(而不是颜色感知)来确定物体120上涂料配混物的膜厚。因此，直方图生成器302利用图像208中每个颜色通道的光强度值生成每个颜色通道的颜色通道直方图。例如，可将每个颜色通道直方图提供给色偏分析仪304、可选的缺陷探测器308、显示器112(图1)和/或存储设备116。
色偏分析仪304可构造成接收直方图生成器302确定的每个颜色通道的颜色通道直方图。对于每个颜色通道直方图，色偏分析仪可确定相应直方图的质心。色偏分析仪304可利用每个颜色通道直方图的质心确定图像208中接收的每个颜色通道之间的相对色偏。下面进一步描述相对色偏的确定。
在常规颜色测量技术中，颜色变化通过在一定波长范围内对分光光度法测量的光强度数据积分来测量，或者在使用ccd/cmos的情况下，通过对来自照相机的每个像素的几何响应求和并确定平均颜色响应值来测量。对于rgb颜色测量，这涉及确定r、g、b颜色通道的颜色直方图的质心，并对结果归一化。对于rgb值分别为r1,g1,b1和r2,g2,b2且δr＝r2-r1,δg＝g2-g1,δb＝b2-b1的两个图像，它们之间的常规色差δe按照如下方程式(4)计算：
其中δe可解释为颜色向量的长度变化。
相比之下，色偏分析仪304确定图像208中相应的红、绿、蓝通道直方图(通过直方图生成器302确定)的质心位置(例如cr,cg和cb)。质心位置代表直方图中所有点的算术平均位置。平均值可能不同于直方图的最大值位置。
然后，色偏分析仪304确定所有颜色通道的质心位置之间的相对位置偏差(即cr-cg,cr-cb,cg-cb)。每个颜色通道之间的相对色偏(δe色偏)可通过对所有相对位置偏差求平方并对所得结果求和来确定。最后，求该和的平方根，形成每个质心位置之间的差的平方和的平方根。色偏分析仪304确定的相对色偏δe色偏如方程式(5)所示：
在一些实例中，通过将δe色偏(方程式5)乘以100，相对色偏可确定为百分数。色偏分析仪304可以例如将相对色偏δe色偏提供给厚度计算器306、显示器112(图1)和/或存储设备116。
接下来参见图6a-6j，它们显示了常规色差δe(方程式4)与相对色偏δe色偏(方程式5)的示例性比较。这些比较是利用具有不同涂层厚度的火石玻璃瓶和琥珀玻璃瓶的rgb图像确定的。具体而言，图6a和6b分别是色差和相对色偏的示例性柱状图，它们是几组具有不同涂层厚度的火石玻璃瓶的计算结果；图6c和6d是在相应的图6a和6b所示结果的基础上，对应于不同涂层厚度的平均色差和平均相对色偏的示例性柱状图；图6e和6f分别是在相应的图6a和6b所示结果的基础上，当涂层厚度增加或减小时，色差变化和相对色偏变化的示例性柱状图；图6g和6h分别是平均色差和平均相对色偏的示例性柱状图，它们是几组具有不同涂层厚度的琥珀玻璃瓶的计算结果；图6i和6j分别是几组具有不同涂层厚度的琥珀玻璃瓶在涂层厚度增加或减小时色差变化和相对色偏变化的示例性柱状图。总体而言，图6a-6j说明相比于色差(方程式4)(利用绝对质心位置)，相对色偏(方程式5)(利用相对质心位置偏差)对膜厚更敏感，重现性得到改善。
图6a,6c和6e显示了几组火石(f)玻璃瓶的δe颜色测量结果(方程式4)。图6b,6d和6f显示了相同几组火石(f)玻璃瓶的δe色偏颜色测量结果(方程式5)。所有瓶子用sno2涂覆。每组由膜厚大致相同的四个瓶子组成。瓶组fl4(4a,4b,4c,4d)的膜厚约为14nm，瓶组fl3(3a,3b,3c,3d)的膜厚约为10nm，瓶组fl8(8a,8b,8c,8d)的膜厚约为3nm。图6a-6f所示结果是基于用尼康me600光学显微镜和尼康nanosightdsu-1ccd照相机获得的光学透射图像，采用图2a所示的设置。每个瓶子获取10个图像和10个测量结果。瓶组fl3(fl3a-fl3d)代表中间厚度(即约10nm)。瓶组fl8(fl8a-fl8d)代表低厚度(即约3nm)。瓶组fl4(fl4a-fl4d)代表高厚度(即约14nm)。
涂层厚度值独立地用购自美国玻璃研究公司(agr)的设备测量。中间厚度组fl3(涂层厚度约为10nm)中四个样品的平均rgb值在以下意义上用作参比：为计算色差δe，每个拍摄的图像的rgb值均减去参比值，参见上面方程式4。图6a–6j中的误差棒是95％的置信区间，假定正态分布。
商业热端涂层的典型厚度约为10nm。图6a表明基于方程式4(色差)的颜色测量分析不能在95％的置信度内辨别3-14nm的涂层厚度差。相比之下，在图6b中，基于相对色偏(方程式5)的颜色测量分析显著改善了在可能具有商业意义的涂层厚度范围内辨别热端涂层的涂层厚度的能力。
图6c和6d显示了每个四瓶组，即fl3组(10nm)、fl4组(14nm)和fl8组(3nm)的色差δe(图6c)的平均值和相对色偏δe色偏(图6d)的平均值。图6c和6d所示结果通过对每种厚度的四个瓶子、每个瓶子的10个测量结果求平均值得到，因而每个箱代表40个测量结果。
图6e和6f显示了涂层厚度从10nm增加到14nm(高至中)或从10nm减小到3nm(中至低)时δe(方程式4)和δe色偏(方程式5)各自的变化。将10nm的平均值设定为零，以监视相对厚度变化。图6e和6f所示结果通过对每种厚度的四个瓶子、每个瓶子的10个测量结果求平均值得到。
在图6e和6f中，将分别与图6c和6d所示相同的结果相对于10nm的结果(用作校正标准)绘图。如图6f所示，涂层厚度从10nm减小到3nm(中至低厚度变化)导致相对色偏减小。涂层厚度从10nm增加到14nm(高至中)造成相对色偏增大。像图6f那样呈现相对色偏结果可能对质控程序有用，在该质控程序中监控对目标厚度(例如10nm)的偏离。
图6g和6i显示了几组琥珀(am)玻璃瓶的δe颜色测量结果(方程式4)。图6h和6j显示了相同几组琥珀(am)玻璃瓶的δe色偏颜色测量结果(方程式5)。图6g-6j所示结果是基于用上面就图6a-6f所述的相同光学显微镜照相机获得的光学反射图像，采用图2d所示的反射测量设置。
图6g和6h显示了每组瓶子，即am10组(10nm)、am11组(14nm)和am13组(3nm)的色差δe(图6g)的平均值和相对色偏δe色偏(图6h)的平均值。图6g和6h所示结果对14nm和10nm厚度(即am10组和am11组)而言是基于四个瓶子的测量结果，而对3nm厚度(即am13组)而言是基于一个瓶子的测量结果。对每个瓶子进行10次测量。
图6i和6j显示了涂层厚度从10nm增加到14nm(高至中)或从10nm减小到3nm(中至低)时δe(方程式4)和δe色偏(方程式5)各自的变化。将10nm的平均值设定为零，以监视相对厚度变化。图6i和6j所示结果对14nm和10nm厚度而言是基于四个瓶子的测量结果，而对3nm厚度而言是基于一个瓶子的测量结果。对每个瓶子进行10次测量。图6g-6j表明，相对色偏测量结果能够更好地分辨琥珀玻璃瓶的涂层厚度差异(相比于色差测量结果)。
回看图3，厚度计算器306可构造成接收来自色偏分析仪304的图像208的相对色偏δe色偏，并确定图像208的厚度指征314。厚度计算器306可利用相对色偏与涂层厚度之间的预定关系312[例如存储于存储设备116中(图1)]来确定厚度指征314。厚度指征314可以例如存储在存储设备116中和/或提供给显示器112。
图7是相对色偏与涂层厚度之间的示例性预定关系312(在本文中也称作校正曲线)，可用来确定厚度指征314。图7代表示例性校正曲线，它将总共12个火石玻璃瓶的δe色偏(方程式5)测量结果与膜厚关联起来。图7所示结果是基于每种厚度四个瓶子、每个瓶子10个测量结果的平均值。厚度测量用可商购于agr研究公司的仪器独立进行。校正曲线通过对δe色偏随涂层厚度的变化绘图并用合适的多项式拟合结果来获得。在图7中，涂层厚度是用ctu单位测量的。10ctu对应于约3nm，标尺是线性的。尽管未图示，琥珀玻璃瓶也可得到类似的校正曲线。
回看图3，厚度指征314可包括根据预定关系312确定的实际厚度、厚度处于预定厚度范围(例如存储于存储设备116中)内的指征和/或厚度超出预定厚度范围的指征。
在一些实例中，基于物体120上的测量位置205(图2b，或者图2d中所示的测量位置215)，色偏分析仪304可将可选的曲率校正值310[例如，存储于存储设备116中(图1)]应用于相对色偏δe色偏。在一些实例中，可选的曲率校正值310可基于与测量位置205相关的校正标准，假定随曲率变化的信号强度不随涂层厚度变化。曲率校正值可应用于相对色偏，或者在从例如校正曲线确定厚度之后。
在一些实例中，在确定厚度指征314之前，可利用光斑形状、光斑尺寸、测量位置205(215)和物体120的曲率半径来调节相对色偏δe色偏。
参见图8a，该图显示了物体120的横截面，该物体以预定速度沿方向124移动经过(固定的)光源102(图8a中未示出)。假定光源102正对探测器106(如图2b中所示)，使得光源102通过任何合适的透镜和孔产生光斑长度为δy的方形光斑，则光斑面积为δy2。图8a中物体120的形状为圆柱形(至少在测量厚度的光斑处)。对于其他物体和光斑形状可执行类似程序。瓶子沿传送带122(图8a中未示出)移动，而测量系统是静止的。在一个实例中，当与物体120相互作用的光斑位于位置y5与y4的中心[即位于位置y4+(y5-y4)/2＝(y5+y4)/2处]时，位置探测器104(图2b)可触发第一次测量。当光斑中心向下移动，使其位于位置(y4+y3)/2等处时，可触发另一次测量。在图8a的实例中，随着物体120经过光源102和探测器106(图2b)，总共可完成10次测量。
假定光信号δe色偏与涂层体积成比例。对于直径为δy的平面正方形和涂层厚度d，涂层体积将为δy2d。然而，由于曲率半径，有效体积将更大。例如，若r为瓶子半径，φ05为90°，φ04为从线yo穿过圆圈的位置到线y4穿过圆圈的位置的角度，则有效体积为r(φ05-φ04)d。物体120的半径在典型的生产设施中将是已知的。根据物体120的几何特征、触发信号(来自位置探测器104)和传送带122的已知速度，可以知道位置y0至y5(以及线y0下面的其他5个位置)。利用具有在位置y0(曲率最小)测得的已知涂层厚度的物体或者平坦的样品(如果能够得到的话)，通过校正曲线可以建立涂层厚度与信号强度之间的关系。根据已知的瓶子半径r和已知的光斑中心位置，角度φ0i可确定如下(y01＝位于y0与y1中心的光斑，等等)：
在一个实施方式中，每个厚度或δe色偏值乘以有效体积(考虑曲率)与中心光斑处的体积之比。或者，根据用具有已知厚度的瓶子进行的测量，特别是信号对角度具有复杂依赖性的反射测量，可对角距进行校正。
图8b表示玻璃片的横截面。圆圈代表瓶子的圆周。该图描绘了透射几何特征，其中单一光源(ls)与单一探测器(d)被设置为彼此平行。瓶子位于探测器与光源之间。或者，可采用以非零度角彼此相对设置的多个光源和/或探测器。此外，瓶子不是必须放置在光源与探测器之间。例如，在反射几何中，瓶子不会被放置在光源与探测器之间。在简图示出的实例中进行了三次测量。作为替代方式，可以进行单次测量或大于1的任意次数的测量。测量次数仅受限于相对于瓶子移动速度，探测器和计算机单元(未示出)处理数据的处理速度。
在图8b中，瓶子被显示为从左向右移动。当光源中心处在位置x0、x1和x2时进行测量。
瓶子相对于连接点xi(i＝0,1,2)的线的位置的探测可通过第二探测系统实现，该第二探测系统由位于第一组光源和探测器上方的光源和探测器组成，其位置使得每当瓶颈(未示出)经过时，第二光源与第二探测器之间的光路被阻挡。“阻挡”时间可用来触发固定时间间隔的测量。此程序假定瓶子的几何特征是已知的，瓶子具有直径不同于中心的瓶颈，瓶子以恒定速度移动。这实际上是典型的瓶子生产设施中的情况。
或者，位置探测可通过分析探测器(照相机)拍摄的图像的强度分布来实现。此位置探测技术基于以下事实：光的透射率是瓶子位置的函数，因而照相机的不同像素测量的颜色信号也是瓶子位置的函数。当瓶子从左向右移动时，透射率的改变将首先在更靠近探测器右边缘的像素处被探测到，与边缘相比，瓶子中心的透射率将因瓶子曲率而不同(参见简图)。
在反射几何中，瓶子沿连接点xi的线的位置(参见图8b)也可通过随时间变化的图像分析探测到。此外，在反射几何中，瓶子相对于与连接点xi的线垂直的线的位置也可通过图像分析确定。这基于以下事实：所谓的鲜映度(distinctionofimage)(可作为模糊强度测量)以及探测器测得的总强度(和颜色信号强度)随光源到探测器的距离变化。这具有实际相关性，因为瓶子生产设施中典型的传送带宽度通常大于瓶子直径，瓶子可能在垂直于传送带的方向上稍微移动，这在图8b中是垂直于连接点xi的线。
颜色信号的信号强度与被探测光照射并到达探测器的涂层的总体积成比例。瓶子被位于位置x1中心的直径为δx的圆形光束照射的总区域将因瓶子曲率而具有椭圆形状。此椭圆的面积a将为：
若涂层厚度为d，则当光源中心处于位置x1时，探测到的总涂层体积是a·d。为了计算位置x0和x2的对应体积，我们采用上面a的相同方程式，但用δφ1替换δφ0。
利用以下方程式，可由δx和r计算出角δφ0：
若进行三次以上的测量，可利用下式连贯计算角δφi：
对于角φi，我们得到：
φ0＝0
对于i>1
上述方程式可与各次测量之间的已知距离δx一起用来校正测得的涂层厚度因曲率而产生的变化。
回看图3，可选的缺陷探测器308可构造成接收来自直方图生成器302的颜色通道直方图，确定一个或多个颜色通道直方图的特征是否指示了缺陷。缺陷可包括污垢指征、擦伤指征和/或焊线指征。直方图特征可包括分布的改变。在以下实例中，直方图分布的宽化可能指示了缺陷。应当理解，直方图宽化代表示例性特征，其他特征如幅度可额外使用或代替分布宽度使用。
可选的缺陷探测器308可比较(一个或多个颜色通道的)直方图特征和预定的缺陷阈值316(如预定的分布宽度)，该预定的缺陷阈值316可指示缺陷的存在。缺陷阈值316可存储在存储设备116中(图1)。当缺陷探测器308确定直方图特征大于缺陷阈值316时，缺陷探测器308可生成缺陷指征318：舍弃当前测量位置的测量。缺陷探测器308可将缺陷指征318提供给例如控制器108(图1)、显示器112、存储设备116、色偏分析仪304和/或厚度计算器308。在一些实例中，缺陷指征318可使色偏分析仪304和厚度计算器306将当前测量位置的颜色通道直方图从分析中排除。在一些实例中，厚度测量过程中触发的多个缺陷指征318可用来终止厚度测量过程。
在一个实例中，可利用多次测量来弥补缺陷如污渍和/或擦伤。在其他实例中，颜色通道直方图的特征可用来弥补缺陷。具体而言，较大的擦伤、污渍和焊线可引起颜色直方图分布显著宽化(下文将结合图9-12b进一步描述)。(一个或多个颜色通道直方图的)直方图分布宽度可用来弥补缺陷(例如污渍、擦伤和焊线人工痕迹)。例如，当分布的宽化超出缺陷阈值316时，分布宽度可用来将直方图从分析中排除。根据与一个或多个颜色通道直方图拟合的高斯曲线，可以对宽化进行量化。
图9是说明来自啤酒瓶的图像的示例性直方图(902,906和910)和相应的高斯拟合曲线(904,908和912)随绿色通道值变化的图示，说明各种缺陷对直方图902,906和910的影响。曲线902代表无缺陷的瓶子的绿色通道直方图。曲线906代表有擦伤的瓶子的绿色通道直方图。曲线910代表有浅凹(即污渍颗粒)的瓶子的绿色通道直方图。高斯拟合曲线904,908和912显示，当物体包含缺陷(例如擦伤或污渍颗粒)时，分布宽度增大。
图10a-10c是无缺陷(图1)、有擦伤(图10b)和有污渍颗粒(图10c)的瓶子的一部分所拍摄到的示例性rgb透射图像。光学透射图像可利用类似于图2b所示设置的设置来拍摄。图10d-10f是图10a,10b和10c所示的所拍图像的对应绿色通道(图10d)、红色通道(图10e)和蓝色通道(图10f)的示例性直方图，说明各颜色通道直方图因存在缺陷而发生的变化。
曲线1000,1010和1020代表图10a中无缺陷瓶子的相应绿色、红色和蓝色通道直方图。曲线1002,1012和1022代表图10b中有擦伤的瓶子的相应绿色、红色和蓝色通道直方图。曲线1004,1014和1024代表图10c中有污渍颗粒的瓶子的相应绿色、红色和蓝色通道直方图。各颜色通道直方图显示类似的表现，当瓶子包含缺陷时分布宽化。
涉及厚度测量准确性的另一个问题是存在焊线(玻璃瓶上常有)。图11a和11b是火石玻璃瓶上无缺陷部分(图11a)和同一瓶子上焊线处(图11b)拍摄的示例性光学图像。图11a所示图像是在距离图11b所示焊线约1cm处拍摄的。
图11c和11d是图11a和11b所示相应图像的示例性颜色通道直方图，说明了焊线对直方图的影响。图11c显示图11a中图像的红色通道直方图1102-r、绿色通道直方图1102-g和蓝色通道直方图1102-b。图11d显示图11b中图像的红色通道直方图1104-r、绿色通道直方图1104-g和蓝色通道直方图1104-b。图11d表明，相比于无缺陷瓶子图像(图11a)的颜色通道直方图(1102-r,1102-g,1102-b)，具有突出焊线的瓶子的图像(图11b)的每个颜色通道直方图(1104-r,1104-g,1104-b)具有显著不同(更宽)的分布。
图12a和12b是高斯曲线图，它们是对图11c和11d相应示出的颜色通道直方图均值拟合的强度(通道值)函数。图12a表示图11a中所示无缺陷瓶子图像的高斯拟合曲线。图12b表示图11b中所示有焊线瓶子图像的高斯拟合曲线。在图12b中，曲线1200对应于r,g和b通道的平均直方图。曲线1202表示平均直方图曲线1200的高斯拟合曲线。
接下来参见图4，它示出了测量物体120上涂层厚度的示例性方法的流程图。下面结合图1和3讨论图4。在图4所示方法中，假定物体120以预定速度在传送带122上沿方向124移动，使得物体120移动经过固定光源102。厚度测量可按照光学透射成像(如图2b所示)或按照光学反射成像(如图2d所示)进行。
图4是结合rgb图像(即三色通道图像)的例子描述的，但也可应用于其他颜色通道(对于可见光和/或ir光)，包括具有至少两个颜色通道的任何图像208。不仅如此，虽然下面的步骤406描述了拍摄单一图像208，但可同时拍摄两个或更多个图像(如图2c所示)，并以下面在步骤410-440中就依序拍摄的多个图像描述的类似方式进行处理。
在步骤400中，光被传向物体120，如经由光源102。物体120可移动经过光源102，使得物体120到达初始探测位置203时，被传递的光至少有一部分被设置成与物体120相互作用。在步骤402，物体120在初始探测位置203(图2b)被例如位置探测器104探测到。位置探测器104可响应位置探测步骤(步骤402)将探测信号206(图2a)送至控制器108。在步骤404，例如，控制器108响应来自位置探测器104的探测信号206，将测量位置指数k设置为等于1。测量位置指数k是1-k的整数值(其中k大于或等于1)。每个测量位置指数k代表方向124上沿着物体120的一个水平位置。
在步骤406，例如，探测器106可在探测位置y(k)拍摄具有两个或更多个颜色通道的图像208。测量位置y(k)可代表位置205(图2b)、位置215(图2d)或位置y0-y5中的任何位置(图8)。例如，控制器108可响应在初始探测位置203对物体的探测(步骤402)，使探测器106在测量位置y(k)拍摄rgb图像208。图像可由在测量位置y(k)与物体120相互作用的那部分光(来自光源102)产生。在一个实例中，若仅拍摄单一图像来确定厚度测量结果(即水平测量位置数量k＝1)，则测量位置y(1)可对应于物体120的中心(沿着方向124)。
rgb图像208可包括三个矩阵，红色、绿色和蓝色通道各一个。行列数通常对应于探测器106的像素分辨率。矩阵包含整数，每个整数代表特定像素处特定的红色、绿色或蓝色值。
在步骤408中，例如，可通过测量设备110的直方图生成器302为图像208的每个颜色通道生成颜色通道直方图。就特定的颜色通道值(例如红色、绿色或蓝色值)对所有像素求和，将加和的像素对探测器106的动态范围作图，由此可确定每个颜色通道直方图。动态范围是用来度量探测器106在给定的光强度窗口内探测的色差可以有多精细。例如，对于24比特图像，每个颜色通道8比特，探测器106可测量红色、绿色和蓝色的28＝256个色度。探测器106的动态范围和性能还取决于其他因素，如每个像素可转移多小的电荷，其噪声水平。
在可选步骤410，可通过例如可选的缺陷探测器308对一个或多个颜色通道直方图(步骤408)拟合高斯曲线。缺陷探测器308可确定高斯拟合曲线的宽度。在可选步骤412，缺陷探测器308可确定分布宽度是否大于预定缺陷阈值316。大于缺陷阈值316的分布可指示缺陷，如污渍颗粒，一处或多处擦伤，或者焊线。
在可选步骤412中，若分布宽度大于缺陷阈值316，则步骤412转向可选步骤414，位置y(k)的测量结果被例如缺陷探测器308或控制器108舍弃。可选步骤414可转向步骤416。在可选步骤416中，舍弃的测量结果(例如基于缺陷指征318)的数量通过例如控制器108与预定阈值作比较(例如，若为物体120确定了一个以上的厚度测量结果)。若控制器108在步骤416中确定舍弃的测量结果的数量大于阈值，则步骤416转向步骤420，终止测量过程。
若控制器108在步骤416中确定舍弃的测量结果的数量小于或等于预定阈值，则步骤416转向步骤418，该测量过程在步骤430中继续(进入下一个测量位置)。
若在可选步骤412中确定一个或多个颜色通道直方图的分布宽度小于缺陷阈值316，则步骤412转向步骤422。在步骤422中，可通过例如色偏分析仪304识别每个颜色通道直方图的质心。每个质心位置(例如cr,cg,cb)可确定如下：所有相应的颜色通道像素乘以它们的动态范围值，将结果相加，然后将加和除以颜色通道像素的数量。
在步骤424中，色偏分析仪304基于质心位置(步骤422)确定每个颜色通道之间的相对色偏δe色偏。首先，色偏分析仪304通过计算差值cr–cb,cr–cg和cb–cg来确定相对质心位置偏差。将质心位置偏差应用于方程式5。具体而言，计算所有质心位置偏差的平方。然后，确定平方和的平方根。在一些实例中，相对色偏(方程式5)可乘以100，以百分数形式提供。
在可选步骤426中，色偏分析仪304可根据校正标准将曲率校正值310应用于相对色偏δe色偏，例如基于测量位置y(k)和物体120的预定形状。
在步骤428中，控制器108可将位置y(k)的相对色偏δe色偏存储在存储设备116中。在步骤430中，控制器108确定测量位置指数k是否等于k。
若控制器108在步骤430中确定指数k不等于k，则步骤430转向步骤432。在步骤432中，控制器108将测量指数k递增到k+1，然后步骤432转向步骤406。重复步骤406-432，直到指数k等于k。
若控制器108在步骤430中确定指数k等于k，则步骤430转向步骤434。在步骤434中，色偏分析仪304(或控制器108)基于为每个测量位置存储的相对色偏(步骤428)，对k个测量位置确定平均相对色偏。
在步骤436中，厚度计算器306利用相对色偏与涂层厚度之间的预定关系312，基于平均相对色偏(步骤434)确定物体120上的涂层厚度。应当理解，当k＝1(即在物体120上采用单一测量位置进行厚度测量)时，步骤434可不执行。或者，在步骤436中，厚度计算器306可确定涂层是否在可接受的范围内，而不去确定实际涂层厚度。
在步骤438中，基于步骤436中确定的厚度，通过例如显示器112呈现厚度指征314。厚度指征314可包括确定的厚度，确定的厚度处在预定厚度范围内的指征，或者确定的厚度超出预定厚度范围的指征。
在可选步骤440中，可基于厚度指征314，通过例如控制器108(例如自动地)或者通过用户在用户界面114输入(与控制器108协同)来调节涂料配混物向涂覆室126中喷射器128的进料速率。
可以预见，永久性计算机可读介质可存储用于机器执行步骤400-440的计算机可读指令。
尽管已经就基材上所沉积涂层的膜厚的光学测量方法和装置对本发明进行了描述，但可以预见，一个或多个步骤和/或组件可通过结合微处理器/通用计算机(未示出)使用的软件实施。在此实施方式中，上面描述的各种组件和/或步骤的一个或多个功能可在控制计算机的软件中执行。软件可具体化为永久性有形计算机可读介质(作为非限制性例子，如磁盘、光盘、硬驱动器等)，以供计算机执行。如本文所述，图1所示的设备104,106,110,112和114可用专用电路和/或用与控制器108连接的计算机可读介质116中内含的软件执行某些操作。软件指令可使控制器108和/或测量设备110执行本文所述的一个或多个过程。或者，硬连线电路可代替软件指令或者与软件指令组合用于实施本文所述的过程。因此，本文所述的实施方式不限于硬件电路与软件的任何具体组合。
虽然本文已结合具体实施方式图示和描述了本发明，但本发明非旨在受限于所示细节。相反，在权利要求的等同形式的范围内，在不背离本发明的情况下，可以在细节上作出各种改变。