(57)【要約】  本発明は、基板の少なくとも一部の上の表面の１つ以上の位置における厚さを測定する移動式装置および／またはシステムと、前記装置および／またはシステムを使用する方法とに関する。移動式装置および／またはシステムは、一実施形態では、被覆厚さモニタと、任意選択で、基板上に塗布される被覆の厚さを同時に調節するための装置および／またはシステムとを有する、装置および／またはシステム含む。別の実施形態では、装置およびシステムは、被覆の形成後に被覆の厚さを測定する機能を有する。
2009529139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面上の被覆の厚さを測定する移動式装置であって、
前記基板上の前記被覆の少なくとも一部の前記厚さを測定する被覆厚さモニタを具備し、前記被覆厚さモニタは、
（ｉ）前記被覆された基板の少なくとも一部に指向される放射を提供する少なくとも１つの放射源と、
（ｉｉ）前記放射を、前記被覆された基板の前記少なくとも一部に指向し、および、前記被覆された基板上の前記被覆によって反射および屈折された前記放射の少なくとも一部を捕集する少なくとも１つのプローブであって、前記捕集される放射は、前記被覆された基板に前記放射源から指向される前記放射の少なくとも一部である、少なくとも１つのプローブと、
（ｉｉｉ）前記少なくとも１つのプローブと情報交換し、少なくとも、前記基板上の前記被覆の前記厚さの決定を可能にするために、前記捕集される放射を処理する少なくとも１つの検出器と、
（ｉｖ）前記提供される放射を前記少なくとも１つのプローブに送り、前記捕集される放射を前記少なくとも１つのプローブから前記少なくとも１つの検出器に送る、光スイッチングシステムと
を含む、移動式装置。
【請求項２】
陽極酸化表面測定デバイスをさらに具備する、請求項１に記載の移動式装置。
【請求項３】
前記被覆厚さモニタは、陽極酸化被覆、塗料被覆、染料被覆、有機層被覆、無機層被覆、生物層被覆、ポリマー薄膜被覆、金属被覆、およびそれらの混合、からなる群から選択された１つ以上の部材を測定する、請求項１に記載の移動式装置。
【請求項４】
前記被覆厚さモニタは、陽極酸化被覆を測定する、請求項１に記載の移動式装置。
【請求項５】
前記移動式装置は、１つ以上の車輪を有すること、ラック上にあること、遠隔に配置されることが可能であること、手持ち式であることが可能であること、ロボットであること、座標測定機（ＣＭＭ）を有すること、および複数のプローブを有すること、という特徴のうちの１つ以上を有する、請求項１に記載の移動式装置。
【請求項６】
前記被覆厚さモニタは、陽極酸化表面の厚さを測定する、請求項５に記載の移動式装置。
【請求項７】
前記移動式装置は、複数のプローブを有する、請求項５に記載の移動式装置。
【請求項８】
前記ラックは遠隔に配置される、請求項５に記載の移動式装置。
【請求項９】
前記移動式装置は、無線ＣＯＭリンクによって遠隔に配置される、請求項５に記載の移動式装置。
【請求項１０】
前記移動式装置は複数のプローブを有する、請求項９に記載の移動式装置。
【請求項１１】
前記移動式装置は、基板を陽極酸化する手段をさらに具備する、請求項１０に記載の移動式装置。
【請求項１２】
前記陽極酸化する手段は、さまざまな電流レベルがそれぞれに印加されるさまざまなゾーンを含む、請求項１１に記載の移動式装置。
【請求項１３】
前記さまざまな電流レベルは、電子スイッチを介して印加される、請求項１２に記載の移動式装置。
【請求項１４】
被覆された基板の厚さを測定するための方法であって、
（ｉ）基板上の被覆の少なくとも一部の厚さを測定する被覆厚さ装置を提供するステップであって、前記被覆厚さ装置は、少なくとも１つの放射源と、少なくとも１つのプローブと、少なくとも１つの検出器と、少なくとも１つのスイッチングシステムとを有する、ステップと、
（ｉｉ）前記少なくとも１つの放射源を介して放射を提供し、および、前記放射を前記少なくとも１つのプローブに指向するステップと、
（ｉｉｉ）前記放射を、前記少なくとも１つのプローブから、前記被覆された基板の少なくとも一部に指向するステップと、
（ｉｖ）前記被覆された基板によって反射および屈折された前記放射の少なくとも一部を前記少なくとも１つのプローブにおいて捕集し、および、前記反射および屈折された前記放射を前記少なくとも１つの検出器に伝送するステップと、
（ｖ）前記被覆された基板の厚さを決定するべく前記反射および屈折された前記放射を処理するステップと、
（ｖｉ）前記被覆厚さ装置を新しい位置に移動させるステップと、
（ｖｉｉ）ステップ（ｉｉ）〜（ｖｉ）のうちの１つ以上を繰り返すステップとを含む、方法。
【請求項１５】
前記被覆厚さ装置を無線通信リンクによって移動させるステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複数のプローブが使用される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのプローブは光ファイバを具備する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記被覆された基板は陽極酸化層で被覆される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記被覆厚さ装置は、トラクトを介して移動させられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
作業者が前記被覆厚さ装置を繰り返し移動させることが可能である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記被覆厚さ装置は、あらかじめプログラムされたアルゴリズムを介して移動させられる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
前記スイッチングシステムは光スイッチングシステムである、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００６年３月７日出願の「Ａ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｃａｐａｂｌｅ  Ｏｆ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ」と題された米国仮特許出願第６０／７８０，１０３号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、一般に、基板の少なくとも一部の上の表面の厚さを測定する、移動式装置および／またはシステムと、前記装置および／またはシステムを使用する方法とに関する。移動式装置および／またはシステムは、一実施形態では、被覆厚さモニタを有する陽極酸化システムを含み、そして、任意選択で、基板上の陽極酸化被覆の厚さをその陽極酸化被覆が形成される際に調節すること、ならびに、被覆の厚さをその被覆の形成中および／または形成後に測定することのための、システムを有する。一実施形態では、移動式装置および／またはシステムは、携帯型装置および／またはシステムでもある。
【背景技術】
【０００３】
さまざまな表面を有する基板の被覆が知られている。例えば、アルミニウム、チタン、ニオブ、タンタル、タングステン、ジルコニウム、および亜鉛などの金属基板上に陽極酸化被覆を塗布することが知られている。クロム、モリブデン、またはタングステンオキシカーバイドなどの金属オキシカーバイドは、硬い表面被覆のために使用されてもよい材料である。複数の基板上のポリマー（例えば、ポリオールと混合された、ポリイソシアネートまたはイソシアネート系ポリウレタンプレポリマーが、基板上に塗布されるポリマーを形成してもよい）、半導体上のさまざまな窒化物および炭化物の組成物、金属上の六価クロム薄膜または被覆（クロマートとも呼ばれる）、腐食を阻止するため、または腐食の予防を支援するために金属基板上に配置されてもよい、その他のトップコートまたは下塗り剤、鏡を形成するための、ガラス上のアンモニア性硝酸銀処理、複数の基板のうちの任意の基板上の例えばエレクトロコーティングなどの、複数の基板上の塗料（ｐａｉｎｔｓ）、保護のために金属基板に塗布されてもよい熱硬化性フッ素含有樹脂粉末コーティング組成物、複数の基板に塗布されてもよいシリカベースの被覆薄膜、および金属上に作成されてもよい陽極酸化表面などの、その他の被覆が、複数の基板上で使用される。
【０００４】
陽極酸化は、実用的および美的理由のために行われる。実用的な観点からは、金属基板の表面上の被覆の作成は、陽極酸化製品の耐摩耗性、耐腐食性、および耐酸化性に寄与する。美的観点からは、金属基板の表面上の、着色のための染料を含む被覆の作成は、陽極酸化製品が消費者の関心を引きつけることに寄与する。工業的および美的応用の両方において、陽極酸化被覆の厚さ、および所与の表面領域にわたる一貫性を、制御することが望ましい。
【０００５】
軍事、航空宇宙、電気通信、医療、工業、および自動車業界において、陽極酸化金属の使用は一般的である。陽極酸化アルミニウムは、塩を含む、および／または腐食性の環境内で、腐食および／またはさびを防止するために有用である。したがって、航空宇宙および自動車業界において、飛行機および自動車に使用される金属、ならびに、医療業界における、ステントまたはその他の金属製の物体を、陽極酸化することによって、より優れた、より長持ちする製品が生成されることが可能である。最近では、製造業者は、染料、またはその他の、色を提供する化学物質を、陽極酸化プロセスに取り入れることによって、さまざまな色の、硬い陽極酸化を提供することが可能になっている。一般的な色調は、黒、青、赤、緑、およびその他の色を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それらの業界の多くは、陽極酸化表面を効率的かつ正確に測定することができないという欠点に苦しんでいる。陽極酸化表面を効率的かつ正確に測定することができないため、一部の業界では、（表面全体が陽極酸化されていることを確実にするために）厚い陽極酸化被覆を使用した陽極酸化表面に頼ってこなければならなかった。これは、陽極酸化される基板に重量を追加する。上述のすべての業界において、厚い陽極酸化被覆を有することには弊害がある。例えば、航空宇宙および自動車業界においては、これは、陽極酸化される基板にかなりの重量を追加する可能性がある。これは、両方の業界において製造される製品における、燃料効率の低下をもたらす。より小さな飛行機の航空宇宙業界では、追加された重量は、飛行機をより危険にする可能性があり、そして、（飛行機自体がより重くなるため）飛行機はより少ない貨物または乗客の重量しか運ぶことができなくなる。
【０００７】
より薄い陽極酸化被覆が使用される場合、複数のサンプル点において正確に測定することができないことにより、基板の複数の部分が非常に薄い陽極酸化被覆を有する、不均一な被覆がもたらされる可能性がある。それらの薄い部分が何らかの物理的圧力を受けて、この薄い被覆が取り去られた場合、下にある基板に腐食またはさびが発生する可能性があり、結果として、寿命がより短い粗悪な製品となり、そして、潜在的に危険な製品となる。したがって、（例えば、陽極酸化被覆を有する）基板上の複数の位置において、表面被覆の厚さを正確かつ効率的に測定できることが望ましい。
【０００８】
一般に、被覆の厚さの測定は、破壊的な方法によって決定される。例えば、バッチ陽極酸化システムでは、陽極酸化される製品と同じ材料で作られた制御クーポンが、陽極酸化液槽内に含められる。陽極酸化プロセスの間の中間時点において、制御クーポンが液槽から取り出されて、被覆の厚さを決定することを可能にするような方法で破壊される。
【０００９】
１つの破壊的方法は、ベークライト断面内に制御クーポンを取り付けることと、取り付けられたクーポンを鏡面仕上げとなるように研磨することと、研磨された断面を光学顕微鏡を使用して調べて、被覆の厚さを決定することとを含む。第２の破壊的方法は、制御クーポンを切断または破断して断面を露出させることと、電子顕微鏡法を使用して断面を調べて、被覆の厚さを決定することとを含む。これらの破壊的方法は、制作が厄介である。
【００１０】
両方の破壊的方法が、被覆の厚さを決定するために制御クーポンを取り出して準備するために要する時間のため、製造を遅らせる。遅れの間、陽極酸化のために使用される液槽は遊休している。代案は、被覆の厚さを決定している間は、陽極酸化液槽から製品を取り出して、第２の製品および対応する制御クーポンに置き換えることである。この場合、被覆の厚さの決定の間に液槽から取り出された製品のための保管場所が、製造現場において必要となる。
【００１１】
陽極酸化液槽を複数の製品で交互に使用することにより、製造の遅れに対する解決策が提供されるが、液槽の化学的性質の変化、および保管中の表面への悪影響によって、被覆に欠陥が持ち込まれる可能性がある。すなわち、被覆の厚さの決定の後で、さらなる陽極酸化のために製品が再導入される場合に、液槽の化学的性質が異なっていると、最初の被覆と一致しない別個の界面が作成される可能性がある。
【００１２】
保管中は、製品上の最初の被覆が、陽極酸化液槽からの取り出し、および陽極酸化液槽内への置き換えの間に損傷する可能性もある。ほこりなどの粒子状物質が表面に付着して、最初の被覆とさらなる被覆との間に、さらなる界面欠陥が持ち込まれる可能性もある。このほこりは、環境との摩擦接触を増加させて、複数の問題を起こす可能性がある。
【００１３】
上記の破壊的方法は、その他の重大な欠点を有する。例えば、１つの欠点は、決定された被覆の厚さは、制御クーポンのものであり、製品のものではないということである。したがって、製品の被覆の厚さは推定値にすぎず、製品の表面全体にわたる被覆の厚さの一貫性は未知である。上記で列挙したシステムは、破壊的なサンプルの準備について述べているため、それらのシステムでは、１つのサンプルがサンプリングされてもよい場所から、別のサンプルがその厚さについてサンプリングされてもよい別の位置に、移動させることが可能な、装置および／またはシステムを有する必要はない。したがって、表面の厚さをサンプリングする非破壊的手段を使用する場合、複数の位置においてサンプリングが行われてもよいように、移動式である装置および／またはシステムを有することが有利である。
【００１４】
上記の説明から、１つ以上の製品上の被覆の厚さを非破壊的に決定する、新しい、改良された装置、方法、および／またはシステムであって、複数の位置におけるサンプリングのために移動式装置および／またはシステムを使用する、装置、方法、および／またはシステムに対する必要性が依然として存在するということは明白である。
【００１５】
米国特許第６，６７４，５３３号明細書には、プローブを使用して液槽内で表面の厚さを測定するための光モニタの実施が記載されている。米国特許第６，６７４，５３３号明細書は、その全体が参照により本明細書に援用される。米国特許第６，６７４，５３３号明細書では、プローブは、陽極酸化プロセスの間の、その場（ｉｎ  ｓｉｔｕ）測定の間、配置される。適切な陽極酸化を確実にするために、アルミニウム基板も、陽極酸化液槽の間に配置される。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、基板の少なくとも一部の上の表面の１つ以上の位置における厚さを測定する、移動式装置および／またはシステムと、前記装置および／またはシステムを使用する方法とに関する。移動式装置および／またはシステムは、一実施形態では、被覆厚さモニタを有する陽極酸化システムを含み、そして、任意選択で、基板上の陽極酸化被覆の厚さを、陽極酸化被覆が形成される際に調節するためのシステムを有する。別の実施形態では、装置およびシステムは、被覆の形成中および／または形成後に被覆の厚さを測定する機能を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、基板の少なくとも一部の上の表面の１つ以上の位置における厚さを測定する、移動式装置および／またはシステムと、前記装置および／またはシステムを使用する方法とに関する。本発明は、任意選択で、測定するプロセスと同時に、または実質的に同時に、基板上に表面を塗布する手段も有してもよい。一実施形態では、移動式装置および／またはシステムは、被覆厚さモニタを有する陽極酸化システムを含み、そして、任意選択で、基板上の陽極酸化被覆をそれが形成される際に塗布および調節するためのシステムを有する。装置およびシステムは、被覆の形成に先立って、被覆の形成と同時に、かつ／または、被覆の形成の後で、被覆の厚さを測定する機能を有する。
【００１８】
一実施形態では、本発明の移動式装置および／またはシステムは、陽極酸化ラックに恒久的または一時的に取り付けられた可搬式の（または携帯型の）測定システムである。この実施形態では、測定システムは、ラックに取り付けられている間はラックに沿った１つまたは複数の位置に配置される１つ以上の光ファイバプローブで作られていてもよい、１つ以上のプローブを使用する。一実施形態では、この複数の位置は固定されていてもよく、あるいは、装置の作業者および／またはシステムが、測定プロセスに先立って、または測定プロセスの間に、１つ以上のプローブを配置する場所を選択してもよい。
【００１９】
一実施形態では、本発明のプローブは、電磁スペクトルの非常にさまざまな領域の伝送を許容することができ、それにより、１つまたは複数のプローブは、（例えば、短紫外領域内の）非常に短い波長から（例えば、短波電波領域内の）非常に長い波長までの波長を送り受けすることが可能である。代替の実施形態では、１つまたは複数のプローブは、交換可能かつ／または着脱可能であり、それにより、１つのプローブが光ファイバ接続から取り外されることが可能であり、そして、別のプローブがその代りに挿入されることが可能である。プローブの交換は、例えば、１つのプローブが、電磁スペクトルの一領域内の波長の送り受けのために設計され、第２の異なるプローブが、電磁スペクトルの別の領域内の波長の送り受けのために設計および最適化されている場合に行われる。１つおよび／または複数の着脱可能プローブは、すべてが異なる抵抗値を有してもよく、異なる先端サイズを有してもよく、そして、プローブの取り外しと挿入とが容易であるような方法で設計されてもよい。例えば、プローブは、コネクタを使用して処理装置にパチンと嵌まるように設計されてもよい。
【００２０】
本発明の１つまたは複数のプローブは、多くのタイプのものであってもよい。一実施形態では、プローブは、集中的なオプティクスによって高分解能の測定を容易にする、小さな先端のものであってもよい。あるいは、プローブは、より大きな表面領域の測定を統合することを可能にする、より大きな先端を有してもよい。一実施形態では、プローブがさまざまな先端（すなわち、大きな先端および小さな先端）に対応することが可能なように、それらの先端は交換可能であってもよい。
【００２１】
本発明は、基板上の陽極酸化表面を測定することが可能な可搬式の（または携帯型の）測定システムに関するものであり、これは本発明の一実施形態にすぎないということが理解されるべきである。本発明は、基板上の複数の異なる表面のうちの任意の表面を測定するために使用されてもよく、そして、基板上の複数の位置のうちの任意の位置において、それらの表面の厚さを測定することが可能な、複数の方法のうちの任意の方法を使用してもよい。したがって、以下の多くでは、基板上の表面の測定を、基板上の陽極酸化表面に関して説明するが、基板上のその他の表面が、企図され、したがって本発明の範囲に含まれるということが理解されるべきである。例えば、複数の基板のうちの任意の基板上で測定されてもよい表面としては、以下に限定されないが、複数の基板のうちの任意の基板上のクロム、モリブデン、またはタングステンオキシカーバイドなどの、オキシカーバイド（すなわち、硬い表面被覆）、複数の基板上のポリマー（例えば、ポリオールと混合された、ポリイソシアネートまたはイソシアネート系ポリウレタンプレポリマーが、基板上に塗布されるポリマーを形成してもよい）、半導体上のさまざまな窒化物および炭化物の組成物、金属上の六価クロム薄膜または被覆（クロマートとも呼ばれる）、金属基板上のその他のトップコートまたは下塗り剤、ガラス上のアンモニア性硝酸銀処理（鏡）、複数の基板上の塗料、金属基板上の熱硬化性フッ素含有樹脂粉末コーティング組成物、複数の基板のうちの任意の基板上のシリカベースの被覆薄膜、複数の基板上の有機または無機ポリマー、複数の基板のうちの任意の基板上の電子被覆（すなわち、ｅ−ｃｏａｔｉｎｇ）、複数の基板のうちの任意の基板上の粉体被覆、および金属上の陽極酸化表面が挙げられる。
【００２２】
可能な基板（測定されてもよい被覆を含む）としては、以下に限定されないが、木材、人工および／または合成木材、金属、セラミック、ポリマー、複合材、合金、ガラス、積層材、繊維、接着剤、プラスチック、スクリーンワイヤ、半導体基板、ゴムなどが挙げられる。上記の基板および／または基板上の表面の例は、以下に限定されないが、チタン、アルミニウム、亜鉛、鉄、鋼、綿、羊毛、紙、その他の包装材料、繊維上のポリエステル薄膜、にかわ、エポキシ、および／または接着剤、プラスチック上の金属、複数の基板上のアルミニウム、銅、および／またはスズ箔、およびそれらの合金、ＴＹＶＥＣ（登録商標）、および／または繊維上のＧＯＲＥＴＥＸ（登録商標）、炭化ケイ素上の窒化物（窒化物ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、およびそれらの混合物を含む）、複数の基板上のＮＩＴＩＮＯＬ（登録商標）、複数の基板上のＷ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、ＴｉＮ、Ｐｔ、クロム、および複数の基板上の陽極酸化表面であってもよい。
【００２３】
したがって、本発明の一実施形態では、移動式または携帯型の装置は、基板上の複数のさまざまなタイプの表面のうちの任意の表面を測定するために使用されてもよい。
【００２４】
一実施形態では、本発明の移動式装置および／またはシステムは、基板上の複数の表面のうちの任意の表面について厚さを識別することが可能であり、ここで、厚さはおよそ１０ｎｍ〜０．８ｃｍである。代替の実施形態では、装置および／またはシステムは、約５０ｎｍ〜約０．１ｃｍの間の厚さを識別することが可能である。代替の実施形態では、本発明の装置および／またはシステムは、およそ約５０ｎｍ〜０．５ｍｍの厚さを識別することが可能である。代替の実施形態では、装置および／またはシステムは、約３００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲、あるいは、７３０〜１１５０ｎｍの範囲の、厚さを識別することが可能である。
【００２５】
一実施形態では、本発明の装置および／またはシステムは、１秒当たり複数の測定を行うことが可能である。一般に、スペクトル窓を減少させるにつれて、行われることが可能な測定の数は増加する。例えば、スペクトル窓が測定されており、ここで、厚さは約３００ｎｍ〜１１５０ｎｍの間である場合、１秒当たり約２００〜５００回の測定が行われてもよい。対照的に、スペクトル窓が約７３０〜１１５０ｎｍである場合、１秒当たり約２００〜約１０００回の測定が行われてもよい。
【００２６】
装置および／またはシステムの精度は、複数の要因に依存する。それらの要因としては、測定されている表面の分散、屈折率が評価される精度、測定されている波長範囲、および表面の幾何学的な厚さが挙げられる。
【００２７】
代替の実施形態では、装置および／または測定システムは、厚さを測定するプロセスの最初から最後まで進む間に、その他の特性を測定するためにも使用されてもよい。測定することが可能なそれらの特性としては、以下に限定されないが、濃度、濁度、反射率、透過率、および／または色が挙げられる。それらの特性を測定するための手段の組み込みは、濃度、濁度、反射率、透過率、および／または色を測定することが可能な、追加の解析ソフトウェアアルゴリズムの実装により容易になる。したがって、基板の厚さを測定するためのＦＦＴ（高速フーリエ変換）アルゴリズムを使用するソフトウェアが、その他の物理的特性（上述のものなど）を測定するためのソフトウェアと組み合わせて使用される。
【００２８】
さらに、一実施形態では、追加のプロセス情報が、装置および／またはシステムによって取得されてもよい。装置および／またはシステムは、それに関連付けられた、以下の装置のうちの１つまたは複数を有してもよい。統合されたｐＨモニタ、および／またはｐＨコントローラ、統合された温度モニタおよび／または温度コントローラ、バッチプロセスの終点を制御するために使用される被覆厚さモニタ、連続プロセスのセットポイントを制御するために使用される被覆厚さモニタ、リモートホストプロセッサとの通信を容易にする無線通信リンク、バッテリ駆動の再充電可能な電源、および／または、各ラックシステムとの通信に使用されるネットワークサーバ。
【００２９】
一実施形態では、本発明はまた、作業者がラックに、統合された光ファイバプローブを取り付ける際に、手で配置されることが可能な、非導電性ポリマーから、またはその他の非導電性材料から構成されたクランプにに関する。一実施形態では、クランプはラックに取り付けられ、そして、クランプは、基板上の表面の複数の位置のうちの任意の位置における厚さを測定するために使用されてもよい、１つまたは複数のプローブを含む。クランプは、１つまたは複数の位置における、１つまたは複数のプローブの位置決めを容易にして、それらの１つまたは複数のプローブを使用した１つまたは複数の測定を可能にする。
【００３０】
一実施形態では、装置は、少なくとも１つの陽極酸化ラックに取り付けられ、そして、各陽極酸化タンク内のプロセス特性を測定するために使用されてもよい。測定プローブは、プローブと、測定されるサンプルとの間の光路長を最小にするために、任意選択で、クランプを介して結合される。クランプと関連付けられた１つ以上のプローブの使用は、抽象的な形状のサンプルの測定を単純にし、その理由は、プローブは、それらがサンプルに極めて近接することを可能にするような方法で取り付けられることが可能だからである。
【００３１】
ここで、図面全般および特に図１を参照すると、図は、本発明の一実施形態を理解すること、および本発明の一実施形態を説明することを目的とするものであることが理解されるであろう。この図は、本発明をそれに限定するものと解釈されるべきではない。当業者は、以下に示す実施形態への修正が、本発明の範囲および精神を逸脱することなく行われてもよいということを認識するであろう。修正は、例えば、複数の基板のうちの任意の基板上の、複数の表面のうちの任意の１つを、複数の位置のうちの１つまたは任意の位置において測定するために、本発明の装置および／またはシステムを使用することを含む。この範囲を念頭に置いて、本明細書に記載する適用例では、本発明を、陽極酸化装置および／またはシステムを示す図１に関して説明する。
【００３２】
図１に見ることができるように、陽極酸化表面測定システムは、基板が中で陽極酸化され得る液槽と、複数のプローブと、表面測定のためにサンプリングされ得る複数の基板（すなわち、サンプル）とを含む。システムの電子回路は、複数の位置のうちの任意の位置において、基板上の表面をサンプリングおよび／または陽極酸化するための、光スイッチおよび／または電子スイッチを含む、１つ以上のスイッチを含む。さらに、図１は、ラックコントローラと、無線通信（ＣＯＭ）リンクとを含む、ラック装置を示す。陽極酸化システムは、任意選択で、１つ以上の放射源、１つ以上のアルゴリズム、１つ以上の検出器、１つ以上の制御インタフェース、１つ以上のユーザインタフェース（コンピュータなど）、１つ以上の放射ガイド、その他の電子回路、およびその他の機械的機構をさらに含む。
【００３３】
システムは、１つまたは複数の位置における、基板の被覆の厚さを、陽極酸化表面が基板に塗布されるのに先立って、陽極酸化表面が基板に塗布されるのと同時に、または陽極酸化表面が基板に塗布された後で測定することが可能である。言い換えると、本発明は、表面の厚さを測定することが可能なだけでなく、その表面を、測定が行われるのと同時に、測定が行われる直前に、または測定が行われた直後に、塗布することも可能な装置を企図する。図１は陽極酸化基板を測定することが可能であるとして示されているが、この表面は、同様に容易に、任意のその他の表面、例えば、塗装された（ｐａｉｎｔｅｄ）表面であってもよいということが理解されるべきである。
【００３４】
図１に示すように、プローブは、サンプルの表面の厚さを測定する際に、（ラックコントローラの位置を基準にして）固定されている、光ファイバである。ラックコントローラは、ラックコントローラを含むラックと、光スイッチングシステムと、プローブとを、無線ＣＯＭリンクによって移動させる。複数の遠隔制御されるシステムのうちの任意のシステムは、光、マイクロ波、ＩＲ信号、および／またはＲＦ信号の使用を含む、無線制御されるシステムとして使用されてもよい。ラックは、無線ＣＯＭリンクを使用しているとして示されているが、ラックは、１つまたは複数のプローブが測定を行うことを可能にするためにラックがどこに配置されるべきかについての情報を伝送する、遠隔配置されたコントローラにラックコントローラを接続する、有線システムなどの非無線システムを使用してもよいということが理解されるべきである。ラックコントローラは、あらかじめプログラムされてもよく、または、測定を行うためにプローブが正しく配置されるようにするために、ラックに、どこに移動すべきかを指示する作業者から、繰り返して信号を受信してもよい。したがって、データを処理した後で、作業者は、ラックに、どこに移動すべきかを対話的に知らせてもよい（すなわち、作業者は、ラックに、測定を行うために新しい位置に移動するように、繰り返して知らせてもよい）ということは明白である。例えば、厚さの測定が１つの位置において行われた場合、作業者は、その位置における厚さの評価を、代替の位置において異なるプローブを使用して別の測定を行うように装置に指示する前に、あるいは、新しい位置に移動するように（固定的に取り付けられたプローブを有する）ラックに指示する前に、行ってもよい。厚さが満足のいくものでない場合、作業者は装置に、最初に測定が行われた位置においてより厚い表面を塗布するように指示してもよい。
【００３５】
図１では、ラックコントローラを基準にしてプローブが固定された、実施形態が示されている。プローブは、光ファイバであるため、ラックコントローラを基準にしたさまざまな固定位置に移動させられてもよい。したがって、作業者は、最初の測定を行う前に、複数の位置のうちの任意の位置にプローブを配置してもよく、それにより、任意の複数の位置において測定が行われることが可能になる。プローブが配置されたら、ラックコントローラは、ラックを移動させることによって、複数のサンプル点のうちの任意のサンプル点において、プローブが基板の厚さをサンプリングすることを可能にする。例えば、ラックは、複数の位置のうちの任意の位置に、垂直または水平に移動してもよく、そして次に、プローブを移動させて、プローブが、無限の数の位置のうちの任意の位置において、サンプルに遭遇することを可能にする。所望の位置が取得されたら、放射源が光スイッチングシステムに放射を送り、光スイッチングシステムは、任意選択で、任意の所望のプローブを使用して任意の所望の特性を測定するために、信号を変調する。この変調された放射信号は、所望のプローブに送られて、所望の測定が行われることを可能にする。プローブは、反射および／または屈折された信号を検出し、信号は、所望の測定値を出力するプロセッサ（図示せず）に接続された検出器（図示せず）に送り返される。
【００３６】
光スイッチングシステムは、任意選択で、複数のさまざまな測定のうちの任意の測定が行われることを可能にする、システムまたは装置内で使用されてもよい。例えば、一実施形態では、光スイッチングは、１つの特定の位置における陽極酸化の厚さをプローブＡを使用して測定することが可能な、１つのプローブに放射を伝送する。続いて、光スイッチングシステムは、別の位置において厚さを測定するために、第２のプローブ（例えば、プローブＢ）に放射を伝送する。光スイッチングシステムは、それに関連付けられた減衰器または増幅器（および当業者に周知のその他の電子回路）を、雑音を減少させるために有してもよい。さらに、光スイッチングシステムは、それに関連付けられた、電磁スペクトルのさまざまな放射波長をプローブに伝送する機能を有してもよく、それにより、複数のさまざまな電子遷移（例えば、ＵＶ、可視、ＩＲなど）のうちの任意の電子遷移を測定するためにシステムが使用されることが可能になる。したがって、本発明の携帯型または移動式の装置および／またはシステムは、例えば、サンプル点における陽極酸化層の厚さを、プローブＡを使用することにより測定し、続いて、（光スイッチングシステムを使用して）波長を切り換えることによって、そのサンプル点における色を、プローブＡを使用して測定してもよいということは明白である。さらに、所望のさまざまな波長を測定するための、適切な機械的デバイスおよび／または電子回路が、本発明のシステムおよび／または装置内に存在するということが理解されるべきであり、例えば、所望の回折格子および／またはプリズムが、単色光を伝送するために使用され、そして、適切なフォトダイオード増倍管（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  ｔｕｂｅｓ）が、検出された信号を増幅するために使用されてもよい。
【００３７】
図１は、陽極酸化システムに関して示されているが、この装置および／またはシステムは、複数の装置および／またはシステムのうちの任意のものであってもよいということは容易に理解されよう。例えば、液槽は、実際には液槽でなくてもよく、例えば、複数の物質のうちの任意の物質上に配置されるｅ−ｃｏａｔｉｎｇ（すなわち、塗料）のような、複数の表面のうちの任意の表面が、基板上に配置されることを可能にする、コーティングチャンバであってもよい。前記装置および／またはシステムにおいては、塗料の塗布は、電圧によって蒸着および調節される。図１のプローブは、基板上の塗料の蒸着を測定するために適切に適合され、すべての対応する特徴が、それらの表面厚さを測定するために適切に適合される。例えば、光スイッチングシステムは、光領域内にない電磁スペクトルの領域の伝送を可能にするように、適切に適合されてもよい。
【００３８】
図２は、本発明のプローブを示す。図２に示すスイッチリード線は、長さが最大６メートルであってもよいコネクタに接続され、コネクタは、次に、プローブの電子回路に接続され、プローブの電子回路は、次に、フェルールを有してもよいプローブの先端に接続され、フェルールは、接続されているファイバが、測定される表面に正しく光を伝送するように正確に位置合わせされていることを確実にする、コネクタを有するリングまたはキャップである。
【００３９】
図４は、プローブの断面の実施形態を示し、照射された光が表面に当たって、一部の光の拡散と、光の屈折および反射とを伴い、次に、光は、プローブによって収集されて、表面の厚さを決定する処理のためにプロセッサに送られることを示している。反射され、収集された光によって生成される干渉縞は、図４の左側の図の上部により示されている。
【００４０】
図５の、上および下のスペクトルは、それぞれ、１μｍおよび２μｍの表面において見られる干渉スペクトルの例を示す。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などの数学アルゴリズムを使用した、時間領域から（ここに示すような）周波数領域への信号のデコンボリューションは、測定されている表面の厚さを決定することを可能にする。
【００４１】
図６は、干渉モデルを示し、透明層の表面において、および表面において反射されている、入射光を示しており、ここで、反射光はプローブによって捕集され、透明層の厚さを決定するために処理される。
【００４２】
測定されるべき表面の厚さを含む基板は、一実施形態では、白色光を使用して照射される。測定装置および／またはシステムは、表面からの反射光を捕集する。層からの複数の反射が検出されてもよく、第１の層および第２の層からの反射に時間差がもたらされる。コヒーレンス状態が発生してもよく、それにより、干渉スペクトルが時間領域において収集されることがもたらされる。図６に示すような反射光線の乱されていない重ね合わせにより、白色連続光のスペクトルの周期的な増幅と減光とがもたらされる。２つの反射光線の重ね合わせは、純粋に加算的ではないため、干渉スペクトルをもたらす。それらの干渉スペクトルは、次に、周波数領域におけるスペクトルを生成することを可能にする数学的アルゴリズム（例えば、ＦＦＴ）を使用してデコンボリューションされ、それは次に、表面の厚さを与えるためにデコンボリューションされてもよい。表面の厚さの測定の全体的な精度は、測定される表面のそれぞれの、屈折率の既知の値などの、複数の要因に依存する。一般に、層は、測定が行われる電磁スペクトルの領域内で比較的透明な、表面微粒子による妨害が最小のものでなければならない。
【００４３】
本発明の干渉測定技術は、色とは関係なく実行されてもよく、そして、測定される層の分散特性に適合するように、電磁スペクトルの所与の領域において最適化されてもよい。測定中の１つ以上のプローブに光を送り出し、解析のためにそれらのプローブからの光を受け取るための、光ガイドが、本発明では使用される。さらに、測定システムの完全性を保証するために、日常業務全体にわたって導入される過失誤差を減らすための、内部制御が使用される。
【００４４】
図７は、本発明の一実施形態の概略動作のブロック図を示す。図７は、システム電子回路および制御インタフェースを使用した光の検出に伴って、サンプルが送受する前記光の経路間のさまざまな相互接続を示す。システム電子回路の部分は、新しい位置における厚さの測定を可能にする、新しい位置に移動するように、本発明の装置および／またはシステムに指示する電子回路を含んでもよいということが理解されるべきである。
【００４５】
図８は、測定される基板の２つの側のおのおのの上の厚さを決定するために複数のプローブが使用されてもよい、自律両面厚さゲージングシステム（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  ｔｗｏ−ｓｉｄｅｄ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｇａｕｇｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を示す。この実施形態は、厚さゲージングシステムが、基板の両方の側の上にあってもよく、そして、基板のおのおのの側の上の２つの表面上の厚さを決定してもよいことを示す。図８は、両方の側において１つのみのプローブを示しているが、各側における２つ以上のプローブが、企図され、したがって本発明の範囲に含まれるということが理解されるべきである。示されている実施形態では、スキャニングブリッジは、位置コントローラ（すなわち、図８における位置制御）からの指示によって、さまざまな位置に配置されてもよい。スキャニングブリッジは、それらが表面の各側上の、同一の位置において（しかし、基板の反対の側上で）測定を行うように、相互に連携して移動してもよいということが企図される。あるいは、スキャニングブリッジは、基板のおのおのの側上の各プローブのそれぞれが、基板の異なる側上の、異なる位置において測定を行うように、相互に独立に移動してもよい。一方の側上のプローブが基板を通して電磁放射を送り、この送られた電磁放射が、他方のプローブによって受け取られ、それにより、２つのプローブ間の通信によって厚さが測定されてもよいように、プローブは相互に連携して移動することが、さらに企図され、したがって本発明の範囲に含まれる。
【００４６】
図９は、電磁放射を使用して表面を照射しているプローブの先端を示す。図９内の番号は、以下を意味する。
【００４７】
１−照射光
２−第１の境界における反射
３−拡散により発生する破壊
４−表面に戻される屈折光
５−層内への屈折光
６−コヒーレンス
７−拡散、反射、および干渉スペクトルからなる複合信号
【００４８】
図９は、厚さの測定の概念において使用される主要なパラメータのうちのいくつかを示す。光７の円錐は、光源を示すために使用される。光源７は、基板を照射するために光１を送り出し、表面において、光の一部は表面に当たるとただちに反射され２、そして一部の光は表面を通過して屈折される５。拡散は、ほとんどすべての表面測定において、少なくとも小さな程度まで発生する。拡散、散乱、および／または吸収は、同じ波長において発生するが、結局のところ、これが発生する波長は、層の組成に主に依存する。光の屈折は、任意の２つの媒体の境界において発生する。基板に当たると、光の一部、ほとんど、またはすべてが反射される。楕円体４は、表面に戻る、屈折された光を示す。得られる実際の楕円形状は、層の屈折率に依存する。拡散（散乱および吸収を含む）は、円筒３によって表され、そして実際には、層の第１の表面の粗さの破壊的な副作用である。光のコヒーレンスパターンは、６によって表されている。過度の拡散は、複合信号の干渉パラメータを最終的に破壊する可能性があり、それにより複合信号は拡散反射のみを含むようになる。
【００４９】
図１０は、プローブから基板上の表面に伝送されている光と、光の屈折および反射との、別の図を示す。屈折は、２つの異なる媒体の表面において発生する。図１０では、光がプローブから基板上の表面に伝送されると、空気（あるいは、表面を含む基板が浸漬され得る任意の液体）と基板上の表面との間の、第１の界面３において屈折が発生する。屈折された光の一部は、基板における第２の境界４に遭遇するまで、基板上の表面を通過する。光の一部は反射されて、第１の界面に戻る方向に進み、その結果、基板上の表面と空気（あるいは、表面を含む基板が浸漬されている液体）との間の界面である、第３の界面３’に遭遇する。この界面を通過する光は、プローブによって収集され、基板上の表面の厚さを決定する処理のために、プロセッサに送られる。第２の界面において、（第１の界面へ）反射されて戻されない光は、基板２内に屈折される。
【００５０】
第１の界面における屈折率は、正確に評価および／または測定された場合に正確な厚さ測定データを提供するパラメータである。表面材料のタイプが既知の場合、屈折率は、通常、正確に入力することができ、結果として正確な表面の厚さの測定値がもたらされる。屈折率が既知の場合、測定は、特定の較正された１つの波長において行われてもよく、その結果として正確な厚さの測定値がもたらされる。屈折率が既知でない場合、一般に、表面は、測定のために使用されるナトリウムＤ線（すなわち、５８９ｎｍ）において測定される。
【００５１】
１つの波長が使用されてもよいが、フーリエ変換アルゴリズムおよびその他のアルゴリズムを利用して複数の波長を同時に処理し、迅速なデータ収集およびデコンボリューションを可能にする、さまざまな干渉計（例えば、マイケルソン干渉計）ならびにその他の電子回路および機械的システムが、本発明の装置および／またはシステム内で使用されてもよいということが、企図され、したがって同様に理解されるべきである。複数の波長がプローブに伝送され、そしてプローブによって収集されたデータがスイッチングシステムに送り返され、そして測定のためにプロセッサ（いずれの図にも示していないが、プロセッサは、通常、数学アルゴリズムを使用してプログラムされたコンピュータである）上に伝送されることを可能にするために、スイッチングシステム（例えば、光スイッチングシステム）が使用されてもよい。さらに、より良好な信号対雑音比、およびより正確なデータを提供するために、（複数の測定値を使用した）信号平均化が、本発明の装置および／またはシステム内で行われてもよいということが、企図され、したがって本発明の範囲に含まれる。
【００５２】
図１１は、表面の厚さの測定値を最終的に提供するためにデコンボリューションされた、光のコヒーレント信号の複合反射スペクトルを示す。コヒーレンスは、一般に、層の内部から第１の界面（図１０参照）に適切な信号が戻された場合に発生する。測定される信号のほとんどは、第１の表面から反射される入射光から構成される。反射光と、表面層を通過して基板まで進み、第１の表面に戻る光とから発生する時間差によって、同時信号または高調波が生成される。結果として生じる信号が、図１１に示されている。高精度の厚さゲージング技術が、厚さの決定を可能にするこの複合反射スペクトルの慎重な評価を通して使用されてもよい。一実施形態では、干渉信号は、表面反射スペクトルに重畳される。信号は、例えば、上述の干渉計および／または高速同時ダイオードアレイスペクトロメータを使用することによって、複数の波長において同時に測定されてもよい。それらの複数の波長をデコンボリューションして、所望の厚さ測定値を生成するために、次に、数学アルゴリズムが使用されてもよい。
【００５３】
一例として、コヒーレンスは、多色光源を使用したサンプルの照射によって発生し得る。表面の厚さを概算するために使用される簡易式は、次の式によって与えられる。
Ｙ＝Ａｃｏｓ（４πｎｄ）
上式で、Ａは信号の振幅であり、Ｙは干渉スペクトルであり、πは約３．１４１６であり、ｎは第１の界面における屈折率であり、ｄは幾何学的な厚さである。一般に、厚さｄを除くすべての値が既知であるか、または概算することが可能であり（例えば、屈折率の場合）、厚さｄは、他のすべての値が既知であるため、解決することが可能である。
【００５４】
測定の相対精度は、屈折率が決定されることが可能な精度に依存する。相対精度と、本発明の移動式装置および／またはシステムが厚さを決定した測定速度とが、すぐ下の表１に示されている。
【００５５】
【表１】
2009529139.tif 000003
【００５６】
別の実施形態では、本発明は、非導電性ポリマーから、またはその他の何らかの非導電性材料から構成されたクランプに関する。これは、統合された光ファイバプローブを作業者がラックに取り付ける際に、手で配置することができる。一実施形態では、このデバイスは、複数の位置のうちの任意の位置において厚さを測定するために使用され得る複数のプローブを含み、任意の所望の位置におけるプローブの改善された位置決めを容易にする。
【００５７】
一実施形態では、本発明は、１つ以上のアドレス指定可能な光スイッチに関する。これにより、さまざまなプローブからのスペクトロメータ信号の切り換えが容易となり、測定システムを境界条件内に維持すべくスループットを調節することができるので、複数の異なるサンプル信号を測定することができる。
【００５８】
別の実施形態では、本発明は、ソフトウェアアルゴリズムを使用することに関する。ソフトウェアアルゴリズムによって、少なくとも１つの光スイッチの制御が容易となるので、所望のプローブに適切な放射を伝送できることとなり、さまざまな測定位置を適切にアドレス指定することができる。ソフトウェアアルゴリズムはさらに、任意選択で、対象のプローブによって検出された放射が適切なプロセッサにデータを送ることを可能にして、厚さの測定値またはその他の何らかの適切な情報を提供するためにデータが処理されることを可能にする。
【００５９】
別の実施形態では、本発明は、各プローブのサンプリングと、データベース内へのデータの記録とを容易にする、ソフトウェアルーチンに関する。データベース内に読み込まれるデータは、複数の目的のために使用されてもよい。１つの例は、所与の期間にわたる陽極酸化プロセスの効率を見るために、例えば陽極酸化時に記録を取るために、データベースデータが使用されてもよいということである。さらに、任意の１つ以上のプローブから、および／または１つ以上のプローブの位置から取得された測定結果を、処理テーブルのデータを基準にして比較することを容易にし、各プローブと、プロセス制御の組との照合を可能にする、ソフトウェアアルゴリズムが使用されてもよい。これは、１つ以上のプローブから取得されたデータが、進行中のプロセスを修正するために繰り返し使用されてもよい、フィードバック機構を可能にする。例えば、プローブＡが所与の位置における表面の厚さの測定を行い、そして表面の厚さが十分に厚くないということがわかった場合、基板に表面を追加しているプロセスは、基板のその部分において追加される表面をより厚くするために、繰り返し修正されてもよい。その後の測定は、次に、さらなる修正が行われる必要があるかどうかを作業者（またはあらかじめプログラムされたアルゴリズム）が決定することを可能にする。
【００６０】
一実施形態では、本発明の装置および／または陽極酸化システムは、複数の位置における、（例えば、陽極酸化表面などの）基板の被覆の厚さを決定することが可能である。これは、１つの点のみにおいて被覆の厚さを監視できることよりも有利であり、その理由は、１つの点のみにおいて監視される場合、測定値は、陽極酸化液槽のさまざまなゾーンにおける被覆を完全には表さないからである。複数の点において測定することにより、陽極酸化システムはより効率的かつより正確に測定されることが可能になり、（測定とともに被覆が繰り返し塗布されてもよいため）より均一に被覆された表面がもたらされる。さらに、さまざまな位置に配置された複数のプローブを有することによって、測定に先立って任意の１つの特定の場所に所与の測定プローブを配置することの必要性が克服される（結果として、より迅速な測定がもたらされる）。これは、例えば、陽極酸化表面が大量に作成される業界（例えば、飲料包装業界）において有利である。
【００６１】
飲料包装業界、特に、アルミニウム缶包装業界においては、さまざまな表面の厚さを決定するプロセスは、業界における潜在的に大きな金銭的節約につながる可能性がある。図３は、缶材料の断面領域を示す。この缶材料では、金属（例えば、アルミニウム）層の内側は、酸化物層および／またはバリヤー層および／または化成被覆層で覆われていてもよい。酸化物層は、化成被覆の結合特性を向上させるために、金属層にしばしば追加される。バリヤー層は、完成した缶の内側から、封じ込められるものを隔離するために塗布される。図３は、缶材料の外側上の層も示す。それらの層は、多くの場合、缶の外側に追加される保護層であり、金属を環境から保護し、そして、エンドユーザによる缶上への印刷能力を向上させてもよい。缶が製造されている間に、それらの層のそれぞれを測定することが可能であることによって、正しい層の厚さが缶に塗布されるように、缶製造プロセスが繰り返し調節されることを可能にする、自動フィードバックが缶製造作業者に提供されてもよい。例えば、缶材料のその場での（ｉｎ  ｓｉｔｕ）厚さの測定が可能であることは、酸化物層の最適化も可能にしてもよく、それにより、コイルライン効率の向上が容易になる。費用のかかる、缶材料層の厚さの実験室テストおよび検証をなくすことにより、生産性も向上する可能性がある。さらに、その場での（ｉｎ  ｓｉｔｕ）テストは、破壊的なテスト方法により発生する健康および安全性の問題もなくす可能性がある。
【００６２】
本発明の装置および／またはシステムにおける複数のプローブは、測定に先立ってプローブを配置することを可能にするという利点も有する。プローブが所定の位置に置かれたら、プローブを再配置する必要なしに、複数の測定が行われてもよい。１つのみのプローブを有する装置またはシステムでは、作業者が、測定の後でプローブを再配置しなければならない可能性がある。サンプルに対する、プローブの、不正確な、または一貫性のない配置は、エラーの可能性につながる、測定システム内の光スループットにおける実質的な変化を引き起こす。
【００６３】
一実施形態では、本発明は、厚さ測定システムに関連付けられた複数の個別のラック導体を任意選択で有することに関し、導体は、陽極酸化液槽のさまざまなゾーン内への電力の調節を容易にし、それにより、陽極酸化液槽全体にわたって電流密度制御を正確に調節することが可能になる。この実施形態は、各陽極酸化ゾーンへの電力を印加および除去すべくＡＣまたはＤＣ電源のいずれかを制御することが可能な、電子制御スイッチングシステムを任意選択で使用し、それにより、陽極酸化液槽内のさまざまなゾーンの慎重な調節が可能になり、最終的に、より均一に塗布された陽極酸化表面がもたらされる。
【００６４】
一実施形態では、装置および／またはシステムは、基板への、および基板からの光を伝送するための、少なくとも複数の光ファイバ光ガイドを含む、マルチゾーン被覆厚さモニタを任意選択でさらに使用し、それにより、複数の測定が可能になり、やはり最終的に、より均一に塗布された陽極酸化表面がもたらされる。装置またはシステムは、さらに、最適なスループットが得られる電子制御式光変調器を任意選択で使用する。
【００６５】
一実施形態では、本発明は、干渉効果によって引き起こされる光変調信号を、厚さを決定するために使用される最適に自己調節するアルゴリズムに重ね合わせる、自己最適化アルゴリズムをさらに含む。例として、自己調節アルゴリズムは、ＦＦＴアルゴリズムであってもよい。このアルゴリズムの利用は、測定される電磁スペクトルの特定の領域（すなわち、１８０〜２５００ｎｍの、ＵＶ、ＶＩＳ、Ｎｅａｒ  ＩＲ、およびＩＲ領域）において半透明な陽極酸化層の問題を解決する。この自己最適化アルゴリズムは、０．１ミクロン〜１５０ミクロンの厚さ範囲を含む領域内の、特定の層の厚さ範囲について、アルゴリズム（例えば、ＦＦＴアルゴリズム）を自動的に最適化する。陽極酸化層が形成を開始する場合の、より薄い層の適用例では、薄膜層がアルゴリズム（例えば、ＦＦＴアルゴリズム）の最適な境界条件に達するまで、その他のアルゴリズムが解析のために利用可能である。
【００６６】
したがって、本発明が以下の利点を有することは、当業者にとって明白である。
１．表面の塗布と、その表面の厚さの測定とを同時に可能にする、移動式または携帯型装置および／またはシステムへの、測定および制御システムの統合。一実施形態では、移動式または携帯型装置および／またはシステムは、基板の陽極酸化と陽極酸化表面の測定とを同時に可能にする、陽極酸化ラックを有する、移動式または携帯型装置に関する。
２．スペクトロメータまたはフォトダイオードの、検出器としての使用。
３．アコースティック、電磁、および高周波エミッションの使用。
４．以下に限定されないが、伝送、反射、色、光学濃度、散乱、および吸収を測定するために設計されたアルゴリズムを含む、プロセスのさまざまなフェーズで使用するための、追加の数学アルゴリズムの使用。
５．複数の位置からの測定を可能にする、さまざまな測定プローブに対応するための、プログラム可能な光スイッチ／減衰器の使用。
６．サンプルに対してプローブを配置するために、プローブを直接取り付けるための、複数の新規なクランプの使用。
７．それぞれのゾーンにおける電流密度を正確に制御して、陽極酸化表面の効率的かつ正確な塗布を可能にする、マルチゾーン陽極酸化ラックの使用。
８．ラック内のさまざまなゾーンへの電力を調節して、陽極酸化表面の効率的かつ正確な塗布を可能にする、統合された、電子制御式スイッチングシステムおよびＡＣ／ＤＣレギュレータ。
９．複数の位置からの、プローブにおけるデータを取得するために、移動式または携帯型装置および／またはシステムが垂直または水平に移動することを可能にする、移動しているコントローラと通信するための、ホストコントローラを含む無線通信リンク。
【００６７】
本発明の装置および／またはシステムが、（陽極酸化表面の厚さを測定することが可能であることに加えて）陽極酸化表面の表面からの反射光のさまざまな光学的特性を測定できる装置を任意選択で有することが、企図され、したがって本発明の範囲に含まれる。さらに、本発明は、プロセスの陽極酸化フェーズに先立って表面を測定することができることに関する。
【００６８】
本発明はまた、一実施形態では、陽極酸化製品の外観制御のための、統合された反射率および色監視を有する陽極酸化システムにも関する。本明細書に記載した設備は、そのような測定に対応する。使用されてもよいアルゴリズムとしては、例えば、色測定、および、統合色終点コントローラまたは統合セットポイントコントローラ（それにより、それぞれが、所望の終点まで、または連続色制御を維持するように、色を制御するための手段を提供する）のための、ＡＳＴＭ規格Ｅ  ３０８が挙げられる。一般に、着色剤追加フェーズは、陽極酸化の後に行われ、そして、干渉タイプの着色剤に対応するための、孔径の変化を容易にする、プロセス制御を含んでもよい。
【００６９】
基板をその表面において陽極酸化する指示をすべく装置が設計されている場合、装置に関連付けられる液槽は、任意選択で、電極と、処理液槽と、直流電源であってもよい電源とを含んでもよい。さらに、液槽は、電解質を貯蔵するための貯蔵器と、電解質溶液を循環させるためのポンプとを含んでもよい。電解質は、供給管と、処理液槽内への電解質注入口を通して、処理液槽に供給されてもよい。電解質の一部は、電解質引出口と戻り管とを通して貯蔵器に戻されてもよい。電解質の別の部分は、オーバーフローポートとオーバーフロー管とを通して貯蔵器に戻されてもよい。貯蔵器内の電解質は、所定の温度によって、およびコントローラによって制御される。
【００７０】
陽極酸化は、電極と電解質とを通して流れる、ＤＣ電源からの電流の供給によって行われてもよい。電流は、陽極酸化薄膜を通して、基板に流れる。その後、電流は、ＤＣ電源に戻る。液槽および陽極酸化システムに関するさらなる詳細は、米国特許第５，８５１，３７３号明細書、米国特許第５，６９３，２０８号明細書、米国特許第４，８９４，１２７号明細書、米国特許第４，５３７，６６４号明細書、米国特許第４，４７８，６８９号明細書、米国特許第４，２５１，３３０号明細書、米国特許第４，０１４，７５８号明細書、および米国特許第３，９５９，０９１号明細書で述べられており、各特許文献の全開示内容は参照により本明細書に援用される。
【００７１】
表面の厚さを測定するために、１つ以上のプローブに放射を供給した後、本装置および／またはシステムの１つ以上のプローブ（箔、シート、またはワイヤ製品を含んでもよい）は、基板（すなわち、サンプル）からの、反射および／または屈折された放射を捕集する。
【００７２】
陽極酸化の前に、被覆の密着性を妨げる油およびほこりなどの異物を除去するために、洗浄剤の中に基板を浸漬することによって、基板の表面が洗浄されてもよい。基板のさらなる洗浄は、好適なアグレッシブな液体の中に浸漬することによって、スケールまたはその他の表面化合物を除去するプロセスと、（場合によっては電気化学的に支援された、表面洗浄のための）それに続く、脱イオン水の中に基板を浸漬することを含んでもよい酸除去ステップとを含んでもよい。基板の連続的な陽極酸化が、それに続いて行われてもよい。
【００７３】
本発明の放射源は、多色（例えば、紫外（ＵＶ）、可視、近赤外、または赤外（ＩＲ）の任意の組み合わせ）、あるいは単色であってもよい。多色である放射源は、（約４〜約３５０ナノメートルの範囲の波長を有する）ＵＶ、（約３５０〜約７００ナノメートルの範囲の、視角器官が反応する放射波長を有する）可視、および（７５０ナノメートル〜１ミリメートルの間の波長を有する）ＩＲのうちの任意のもののサブセットであってもよい。そのようなサブセットの例としては、真空紫外放射（約２００ナノメートル未満の波長を有するＵＶ放射。より短い波長においては、放射はほとんどの気体によって強く吸収されるため、そのように呼ばれる）、遠紫外放射（ＵＶ領域の短波長領域、約５０〜約２００ナノメートル）、近紫外放射（約３００〜４００ナノメートルの範囲の波長を有する紫外放射）、遠赤外放射（赤外領域の長波長領域、約５０〜約１０００マイクロメートル）、および近赤外放射（約０．７５〜約２．５マイクロメートルの範囲の波長を有する放射）が挙げられる。
【００７４】
被覆厚さ装置は、追加の放射源を任意選択で含んでもよい。放射源と、任意選択の追加の放射源とは、多色および単色のうちの任意の１つであってもよく、そして、例えば、基板上の被覆の厚さを決定するために利用可能な反射される放射の、強度および幅を向上させるために、相互に補足し合うように選択される。通常、１つの放射源は、中央の領域内で最も大きく、しかし両端においては減少する強度を有する。１つの放射源を、追加の放射源を使用して補足することによって、減少する強度のオーバーラップが、それらの減少する強度を除去するために存在することが可能となる。このようにして、いくつかの利点が実現されてもよい。例えば、反射される放射に関して、信号対雑音比が増加する可能性がある。さらに、捕集されてもよい反射される放射の範囲が増加する可能性がある。
【００７５】
装置および／またはシステムの１つ以上のプローブは、検出器まで放射を戻すためのガイドを任意選択でさらに含んでもよく、そしてさらに、コリメータを任意選択でさらに含んでもよい。コリメータは、存在する場合、捕集された反射された放射を結合器内に導くために使用されてもよく、結合器は、放射を検出器に導く。
【００７６】
１つ以上の検出器は、任意選択で、反射スペクトルを受け取ったら復調するタイプであってもよい。検出器とともに使用されてもよい装置の例は、例えば、米国特許第６，０５２，１９１号明細書、米国特許第５，９９９，２６２号明細書、米国特許第５，２８９，２６６号明細書、米国特許第４，７４８，３２９号明細書、米国特許第４，７５６，６１９号明細書、米国特許第４，８０２，７６３号明細書、米国特許第４，８７２，７５５号明細書、および米国特許第４，９１９，５３５号明細書に含まれており、各特許文献の全開示内容は参照により本明細書に援用される。被覆の厚さの決定の一部は、反射スペクトルを復調することによって行われる。これを測定するための、以下を含むさまざまな技術が知られている。色干渉法、吸収法、最大波長の強度対最小波長の強度の比、および高速フーリエ変換（ＦＦＴ）法（例えば、検出器に当たる波によって生成される信号の処理であって、それにより、信号は、スペクトル解析のためにディジタル時系列に変換される）。１つの、および複数の被覆の厚さの決定に関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第６，１２８，０８１号明細書、米国特許第６，０５２，１９１号明細書、米国特許第５，４５２，９５３号明細書、米国特許第５，３６５，３４０号明細書、米国特許第５，３３７，１５０号明細書、米国特許第５，２９１，２６９号明細書、米国特許第５，０４２，９４９号明細書、米国特許第４，９８４，８９４号明細書、米国特許第４，６４５，３４９号明細書、米国特許第４，５５５，７６７号明細書、および米国特許第４，０１４，７５８号明細書で述べられており、各特許文献の全開示内容は参照により本明細書に援用される。
【００７７】
一実施形態では、１つ以上の被覆厚さ検出器は、１つ以上のガイドシステムを任意選択で含む。１つ以上のガイドシステムは、１つ以上のプローブからの反射された放射を、１つ以上の検出器に導くための、結合器として働く。１つ以上のガイドシステムは、さらに、任意選択で、放射源からの放射をプローブを通して基板の表面に提供するために働いてもよい。あるいは、放射源は、放射源からの放射を提供して、被覆された基板からの反射された放射を捕集するための、１つ以上のプローブの一部をなしていてもよい。
【００７８】
好ましい実施形態では、１つ以上のガイドシステムは、任意選択で、放射を最適に捕集するような方法で並べられた、反射された放射を減衰なしに伝送する組成を有する、複数のファイバを含んでもよい、光ファイバガイドからなる。１つ以上のガイドシステムは、複数の構成要素を含んでもよい。１つ以上のガイドシステムは、任意選択で、放射を基板の表面に導くために、放射源と結合されていてもよく、同様に、反射および／または屈折された放射を、解析のために１つ以上の検出器に導くために、１つ以上の検出器に結合されていてもよい。被覆厚さモニタが複数の放射源と複数の検出器とを有する場合、ガイドシステムは、複数組のファイバを任意選択で含んでもよい。光ファイバ束の構成および組成は、対象の放射を最適に伝送するように選択される。
【００７９】
陽極酸化システムの装置および／またはシステムは、例えば、コンピュータを含んでいてもよい、コントローラをさらに含んでもよい。陽極酸化システムは、コンピュータも、コントローラと通信を行う中間のボックスも、なしで動作してもよい。
【００８０】
コントローラシステムは、１つ以上のプローブを液槽内に有することによって、その場で（ｉｎ  ｓｉｔｕ）動作して、被覆の厚さのリアルタイムの測定値を提供することが可能であってもよい。
【００８１】
一実施形態では、電源によって提供される陽極酸化電圧は、基板上に所望の被覆を提供するために、プロセスの間、調節されてもよい。ゾーンのそれぞれが個別に調節されることを可能にして、規定された電流がゾーンに入ることを可能にし、それにより、適切に制御された陽極酸化が発生することを可能にする、ゾーンが存在してもよい。同様に、液槽の温度および陽極酸化時間も制御されてもよい。陽極酸化システムにおいて使用されてもよいコントローラに関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第５，９８０，０７８号明細書、米国特許第５，７２６，９１２号明細書、米国特許第５，６８９，４１５号明細書、米国特許第５，５７９，２１８号明細書、米国特許第５，３５１，２００号明細書、米国特許第４，９１６，６００号明細書、米国特許第４，６４６，２２３号明細書、米国特許第４，３４４，１２７号明細書、および米国特許第４，３９６，９７６号明細書で述べられており、各特許文献の全開示内容は参照により本明細書に援用される。
【００８２】
したがって、本発明は、基板の表面上の被覆の厚さを測定するための、移動式または携帯型の装置に関し、装置は、
基板上の被覆の少なくとも一部の厚さを測定するための被覆厚さモニタを具備し、前記被覆厚さモニタは、
（ｉ）被覆された基板の少なくとも一部に指向される放射を提供するための、少なくとも１つの放射源と、
（ｉｉ）前記放射を、被覆された基板の前記少なくとも一部に指向するための、および、被覆された基板上の被覆によって反射および屈折された放射の少なくとも一部を捕集するための、少なくとも１つのプローブであって、捕集される放射は、前記放射源から、被覆された基板に指向される放射の少なくとも一部である、少なくとも１つのプローブと、
（ｉｉｉ）前記少なくとも１つのプローブと情報交換する、少なくとも１つの検出器であって、前記少なくとも１つの検出器は、少なくとも、基板上の被覆の厚さの、決定を可能にするために、捕集される放射を処理することが可能である、少なくとも１つの検出器と、
（ｉｖ）前記提供される放射を前記少なくとも１つのプローブに、そして、前記捕集される放射を前記少なくとも１つのプローブから前記少なくとも１つの検出器に、伝送することが可能な、光スイッチングシステムとを含む。
【００８３】
本発明の移動式または携帯型の装置は、陽極酸化表面測定デバイスを、任意選択でさらに具備する。本発明の被覆厚さモニタは、陽極酸化被覆、塗料被覆、染料被覆、有機層被覆、無機層被覆、生物層被覆、ポリマー薄膜被覆、金属被覆、およびそれらの混合、からなる群から選択された１つ以上のメンバーを測定するように、任意選択で設計される。
【００８４】
本発明の移動式または携帯型の装置は、さらに、任意選択で、以下の特徴のうちの１つ以上を有する移動式装置である。移動式装置は１つ以上の車輪を有する、移動式装置はラック上にある、移動式装置は遠隔に配置されることが可能である、移動式装置は手持ち式（ｈａｎｄ−ｃａｒｒｉｅｄ）であることが可能である、移動式装置はロボット（ｒｏｂｏｔｉｃ）である、移動式装置は座標測定機（ＣＭＭ）を有する、および／または、移動式装置は複数のプローブを有する。
【００８５】
動作制御およびロボティクスに関するさらなる詳細は、例えば、米国特許第５，８７２，８９２号明細書、米国特許第４，９７９，０９３号明細書、米国特許第４，８３５，７１０号明細書、米国特許第４，４１７，８４５号明細書、米国特許第４，３５２，６２０号明細書、および米国特許第４，０６８，１５６号明細書で述べられており、各特許文献の全開示内容は参照により本明細書に援用される。
【００８６】
ＣＭＭシステムは、任意の原点の作成を使用し、その後のすべての測定は、その原点を基準として行われる。その後の測定のために、次にどこに移動するかをプローブに指示するために、その原点から、２次元または３次元の座標テーブルがプログラムされてもよい。ＣＭＭシステムは、一実施形態では、作業者からのコマンドによって無効にされてもよい。例えば、作業者は、プローブに、１つの位置における測定を停止して、第２の位置に進み、その第２の位置において測定を行うように指示してもよい。
【００８７】
一実施形態では、本発明の移動式装置は、任意選択で、無線ＣＯＭリンクによって遠隔に配置されてもよい。移動式装置は、さまざまなゾーンを含む、陽極酸化する手段を任意選択で含んでもよく、それらのさまざまなゾーンのそれぞれには、さまざまな電流レベルが印加されてもよい。さまざまな電流レベルは、電子スイッチを介して印加されてもよい。
【００８８】
本発明は、上記の装置を使用する、対応する方法にさらに関する。１つのそのような方法は、被覆された基板の厚さを測定するための方法であって、
（ｉ）基板上の被覆の少なくとも一部の厚さを測定するための被覆厚さ装置を提供するステップであって、前記被覆厚さ装置は、少なくとも１つの放射源と、少なくとも１つのプローブと、少なくとも１つの検出器と、少なくとも１つの光スイッチングシステムとを有する、ステップと、
（ｉｉ）少なくとも１つの放射源を介して放射を提供し、そして、前記放射を少なくとも１つのプローブに指向するステップと、
（ｉｉｉ）前記放射を、前記少なくとも１つのプローブから、被覆された基板の少なくとも一部に指向するステップと、
（ｉｖ）被覆された基板によって反射および屈折された放射の少なくとも一部を、少なくとも１つのプローブにおいて捕集し、そして、反射および屈折された前記放射を、前記少なくとも１つの検出器に伝送するステップと、
（ｖ）被覆された基板の厚さを決定するために、反射および屈折された前記放射を処理するステップと、
（ｖｉ）前記被覆厚さ装置を新しい位置に移動させるステップと、
（ｖｉｉ）ステップ（ｉｉ）〜（ｖｉ）のうちの１つ以上を繰り返すステップとを含む。
【００８９】
上述の方法において、方法は、前記被覆厚さ装置を無線通信リンクによって移動させるステップをさらに含んでもよい。方法においては、１つ以上の、または複数のプローブが任意選択で使用され、そして、それらのプローブは光ファイバを具備してもよい。本発明の方法では、被覆厚さ装置は、任意選択で、ラックの水平および垂直の移動を可能にするトラクト（ｔｒａｃｔ）を介して、ラック上で移動させられてもよい。作業者が、被覆厚さ装置を繰り返して移動させてもよく、あるいは、被覆厚さ装置は、任意選択で、あらかじめプログラムされたアルゴリズムを介して移動させられてもよい。
【００９０】
上述の発明は、主として、基板上の陽極酸化表面の測定および／または塗布のために使用される、装置および／またはシステムに関して説明した。前述したように、装置および／またはシステムは、基板上の複数の表面のうちの任意の表面を、同様に容易に測定してもよい、一般的なシステムであることが理解されるべきである。上記で触れたように、装置および／またはシステムは、基板および／またはプロセスに関連付けられたその他の物理的特性の測定を可能にする、任意の１つまたは複数のシステムを有してもよい。前述の任意の実施形態からの任意の１つ以上の特徴は、任意のその他の実施形態の任意の１つ以上の特徴と組み合わせられてもよいということが、企図され、したがって本発明の範囲に含まれる。上記の開示において、範囲について述べた場合はいつでも、その範囲内の任意の実数は、範囲の終点が企図されるということが、企図され、したがって本発明の範囲に含まれる。例えば、１０ｎｍ〜０．８ｃｍという厚さの測定範囲が開示された場合、この範囲に入る任意の範囲が企図されるということが、企図され、したがって本発明の範囲に含まれる。例えば、１２．５２ｎｍ〜０．４１ｃｍの範囲が、これらの終点の両方は明示的に述べられていないにもかかわらず、企図される。最後に、本発明の範囲は、上記の開示によって限定されるものではなく、請求項によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】無線通信リンクを有するラックコントローラと、光スイッチングシステムと、プローブと、接点と、電子スイッチとを具備する装置および／またはシステムである、本発明の例示的実施形態を示す。
【図２】本発明のプローブの例示的実施形態を示す。
【図３】缶材料の断面像を示す。
【図４】表面の断面領域を測定している間の、プローブの先端の概略図を示す。
【図５】１μｍおよび２μｍ層の干渉スペクトルを示す。
【図６】２つの表面における光の反射の干渉モデルを使用して、表面の厚さを決定するために使用される原理を示す。
【図７】本発明の概略動作のブロック図を示す。
【図８】測定される基板の２つの側のおのおのの上の厚さを決定するために複数のプローブが使用されてもよい、自律両面厚さゲージングシステムを示す。
【図９】光を表面に伝送し、そして表面の厚さを測定している、プローブの先端の斜視図を示す。
【図１０】プローブから基板上の表面に伝送されている光と、光の屈折および反射との、別の図を示す。
【図１１】表面の厚さの測定値を最終的に提供するためにデコンボリューションされた、光のコヒーレント信号の複合反射スペクトルを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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