(57)【要約】  基板上の少なくとも１部分に製品を形成するためのインテリジェント被覆システムが開示される。インテリジェント被覆システムは、被膜塗布冶具、厚みモニタ、多軸デバイス、および選択が随意な少なくとも１つの制御器を含む。厚みモニタは、被膜塗布冶具の操作によって形成された基板上の製品の少なくとも１部分の厚みを測定し、被覆システムをインテリジェント被覆システムに変換することが可能である。多軸デバイスは、被膜塗布冶具と基板の少なくとも１部分との相対運動を容易にする。少なくとも１つの制御器は少なくとも１つの厚みモニタと情報の授受を行う。【選択図】図１
2008529756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の少なくとも１部分に製品を形成するためのインテリジェント被覆システムであって、該インテリジェント被覆システムが
（ａ）被膜塗布冶具と、
（ｂ）該被膜塗布冶具の操作によって基板上の製品の少なくとも１部分の厚みを測定するための厚みモニタであって、該厚みモニタが
（ｉ）いずれとも接触することなく、該基板上の製品の少なくとも１部分と情報の授受を行うことが可能な少なくとも１つのプローブと、
（ii）該少なくとも１つのプローブと情報の授受を行ない、該少なくとも１つのプローブと該製品の少なくとも１部分との間でやり取りされる情報を処理することができ、該基板上の製品の少なくとも厚みを測定することが出来る少なくとも１つの検出器と
を含む厚みモニタと、
（ｃ）該被膜塗布冶具と該基板の少なくとも１部分との相対運動を容易にすることが可能な多軸デバイスと
を含むことを特徴とする、インテリジェント被覆システム。
【請求項２】
少なくとも該厚みモニタと情報の授受を行う少なくとも１つの制御器をさらに含むことを特徴とする、請求項１記載のインテリジェント被覆システム。
【請求項３】
少なくとも該多軸デバイスと、該被膜塗布冶具と、該厚みモニタとの間で情報の授受を行う少なくとも１つの制御器をさらに含むことを特徴とする、請求項１記載のインテリジェント被覆システム。
【請求項４】
該少なくとも１つの制御器が、該プローブと該基板との相対運動を調整することを特徴とする、請求項３記載のインテリジェント被覆システム。
【請求項５】
該少なくとも１つの制御器が、該被膜塗布冶具の少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することを特徴とする、請求項３記載のインテリジェント被覆システム。
【請求項６】
該少なくとも１つのプロセスパラメータが
（ａ）該被膜塗布冶具と該基板の少なくとも１部分との相対運動速度、
（ｂ）該被膜塗布冶具と該基板の少なくとも１部分との間の距離、
（ｃ）該被膜塗布冶具と該基板の少なくとも１部分との間の角度、
（ｄ）被覆塗布時の温度、
（ｅ）被覆塗布時の圧力、
（ｆ）被覆塗布時の流量、
（ｇ）被覆塗布時における塗料／噴射剤比、
（ｈ）被覆塗布時における固体含有率および、
（ｉ）そのいずれかの組み合わせ
のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項５記載のインテリジェント被覆システム。
【請求項７】
該少なくとも１つの制御器が、基板全体にわたり所定の製品厚み分布を提供するためのプロセスを学習することができることを特徴とする、請求項３記載のインテリジェント被覆システム。
【請求項８】
該少なくとも１つの制御器が、基板全体にわたり所定の最終製品の厚み分布を提供するためのプロセスを学習することができることを特徴とする、請求項３記載のインテリジェント被覆システム。
【請求項９】
被膜塗布冶具と、該被膜塗布冶具と基板の少なくとも１部分との相対運動を容易にする多軸デバイスを備えた被覆システムにおいて、基板の少なくとも１部分に形成された製品の少なくとも１部分を測定する厚みモニタであって、その厚みモニタが
（ａ）該基板上の製品の少なくとも１部分に指向することが可能な少なくとも１つの光源と、
（ｂ）該光源から該基板上の製品に指向された光の少なくとも１部分であって、該基板上の製品によって反射および屈折した光の少なくとも１部分を捕集することが可能な少なくとも１つのプローブであって、プローブと、
（ｃ）該少なくとも１つのプローブと情報の授受を行う少なくとも１つの検出器であって、その検出器が被覆された基板上の製品の少なくとも厚みを測定するために捕集光の情報処理が可能であり、該厚みモニタゆえに該被覆システムをインテリジェント被覆システムに変換することが可能となるような検出器と
を含むこと特徴とする、厚みモニタ。
【請求項１０】
厚みモニタが、さらに結合システムを含むことを特徴とする、請求項９記載の厚みモニタ。
【請求項１１】
該結合システムが光結合器であることを特徴とする、請求項１０記載の厚みモニタ。
【請求項１２】
該光結合器が光ファイバであることを特徴とする、請求項１１記載の厚みモニタ。
【請求項１３】
該光ファイバが複数の光ファイバであることを特徴とする、請求項１２記載の厚みモニタ。
【請求項１４】
該少なくとも１つの光源からの光の少なくとも１部分を伝送し、その光の少なくとも１部分を該基板上の製品の少なくとも１部分に指向することが可能な付加的な結合システムをさらに含むことを特徴とする、請求項１１記載の厚みモニタ。
【請求項１５】
該付加的な結合システムが付加的な光結合器であることを特徴とする、請求項１４記載の厚みモニタ。
【請求項１６】
該付加的な光結合器が光ファイバであることを特徴とする、請求項１５記載の厚みモニタ。
【請求項１７】
該付加的な光ファイバが複数の光ファイバであることを特徴とする、請求項１６記載の厚みモニタ。
【請求項１８】
厚みモニタであって、
（ａ）該少なくとも１つのプローブから該少なくとも１つの検出器に付加的な捕集光を伝送すること、
（ｂ）付加的な光の少なくとも１部分を基板上の製品の少なくとも１部分に指向するために、少なくとも１つの付加的な光源からの光の少なくとも１部分を伝送すること、
（ｃ）付加的な光の少なくとも１部分を基板上の製品の少なくとも１部分に向けるために、少なくとも１つの付加的な光源からの付加的な光の少なくとも１部分を伝送し、少なくとも１つの付加的な光源から基板上の製品に向けられた付加的な光の少なくとも１部分であるところの付加的な捕集光を、該少なくとも１つのプローブから該少なくとも１つの検出器に伝送すること、
の少なくとも１つが可能である補助的な結合システムをさらに含むことを特徴とする、請求項１３記載の厚みモニタ。
【請求項１９】
該補助的結合システムが付加的な光結合器であることを特徴とする、請求項１８記載の厚みモニタ。
【請求項２０】
該光結合器が光ファイバであることを特徴とする、請求項１９記載の厚みモニタ。
【請求項２１】
該光ファイバーが複数の光ファイバーであることを特徴とする、請求項２０記載の厚みモニタ。
【請求項２２】
該結合システムと該補助的結合システムが、幅広いスペクトル範囲の捕集光を該少なくとも１つのプローブから該少なくとも１つの検出器に伝送することを可能にするように選ばれることを特徴とする、請求項１８記載の厚みモニタ。
【請求項２３】
少なくとも１つの光源が多色光であることを特徴とする、請求項７記載の厚みモニタ。
【請求項２４】
該多色光は、紫外光、可視光、赤外光、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２３記載の厚みモニタ。
【請求項２５】
少なくとも１つの光源が単色光であることを特徴とする、請求項９記載の厚みモニタ。
【請求項２６】
厚みモニタが付加的な光源をさらに含むことを特徴とする、請求項９記載の厚みモニタ。
【請求項２７】
該付加的な光が多色光であることを特徴とする、請求項２３記載の厚みモニタ。
【請求項２８】
該付加的な多色光源が、紫外光、可視光、赤外光、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２７記載の厚みモニタ。
【請求項２９】
該付加的な光が単色光であることを特徴とする、請求項２６記載の厚みモニタ。
【請求項３０】
該少なくとも１つの光源のスペクトル範囲と、該付加的光源のスペクトル範囲が部分的に重なることを特徴とする、請求項２６記載の厚みモニタ。
【請求項３１】
該部分的な重なりは捕集光の信号対雑音比、捕集光の全スペクトル範囲、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを増加させることを特徴とする、請求項３０記載の厚みモニタ。
【請求項３２】
該少なくとも１つの光源と該付加的な光源のうちの１つは可視光であり、該少なくとも１つの光源と該付加的な光源の他のものは赤外光であることを特徴とする、請求項２６記載の厚みモニタ。
【請求項３３】
少なくとも１つのプローブはさらにコリメータを含むことを特徴とする、請求項９記載の厚みモニタ。
【請求項３４】
該コリメータは、製品の厚みを測定するのに十分な値の被写界深度を容易に達成することを特徴とする、請求項３３記載の厚みモニタ。
【請求項３５】
該少なくとも１つのプローブは、該被膜塗布冶具と実質的に並置されていることを特徴とする、請求項９記載の厚みモニタ。
【請求項３６】
該少なくとも１つのプローブは、該被膜塗布冶具と実質的に分離されていることを特徴とする、請求項９記載の厚みモニタ。
【請求項３７】
該少なくとも１つの検出器は、干渉計を含むことを特徴とする、請求項９記載の厚みモニタ。
【請求項３８】
該厚みモニタにより厚みを測定するための捕集光の情報処理は
（ａ）色を用いること、
（ｂ）干渉パターンを用いること、
（ｃ）吸収された光の量を用いること、
（ｄ）最小の反射光強度を与える波長および最大の反射光強度を与える波長における強度比を用いること、
（ｅ）捕集光の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いること、
（ｆ）渦電流を用いた変位、
（ｇ）静電容量を用いた変位、
（ｈ）光学またはレーザーを用いた変位、および
（ｉ）それらの組み合わせ
のうちの少なくとも１つで行われることを特徴とする、請求項９記載の厚みモニタ。
【請求項３９】
該厚みモニタにより厚みを測定するための捕集光の情報処理は、捕集光の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて行うことを特徴とする、請求項９記載の厚みモニタ。
【請求項４０】
基板上の少なくとも１部分に製品を形成するためのインテリジェント被覆システムであって、そのインテリジェント被覆システムが
（ａ）被膜塗布冶具と、
（ｂ）その被膜塗布冶具の操作によって形成された該基板上の製品の少なくとも１部分の厚みを測定する厚みモニタであって、その厚みモニタが
（ｉ）該基板上の製品の少なくとも１部分に向けることが可能な少なくとも１つの光源と、
（ii）該光源から該基板上の製品に向けられた光の少なくとも１部分であって、該基板上の製品によって反射および屈折した光の少なくとも１部分を捕集することが可能な少なくとも１つのプローブと、
（iii）該少なくとも１つのプローブと情報の授受を行う少なくとも１つの検出器であって、その検出器が被覆された基板上の製品の少なくとも厚みを測定するために捕集光の処理が可能であり、該厚みモニタゆえに該被覆システムをインテリジェント被覆システムに変換することが可能となるような検出器と
を含む厚みモニタと、
（ｃ）該被膜塗布冶具と該基板の少なくとも１部分との相対運動を容易にすることができる多軸デバイスと、
（ｄ）少なくとも該厚みモニタと情報の授受を行う少なくとも１つの制御器と
を含むことを特徴とするインテリジェント被覆システム。
【請求項４１】
基板を被覆することによって基板の少なくとも１部分に製品を形成するように、被覆システムに学習させる方法であって、該方法が
（ａ）被覆プロセスの操作パラメータを初期の所定の操作パラメータに設定するステップと、
（ｂ）基板の少なくとも１部分に被覆を施こすことによって製品を作製し、同時に被覆プロセスの操作パラメータを記録するステップと、
（ｃ）基板上の製品の少なくとも１部分の厚みを測定するステップで、その測定ステップが
（ｉ）いずれとも接触することなく該基板上の製品の少なくとも１部分と情報の授受を行うステップと、
（ii）該基板上の製品の少なくとも厚みを測定することを可能とするために、製品の少なくとも１部分との間で授受される情報を処理するステップと
を含むことと、
（ｄ）該操作パラメータおよび該製品厚みを基板上の位置と関連付けるステップと、
（ｅ）製品厚み分布が所定の製品厚み分布と適合しているかどうか判定するステップと、
（ｆ）もし製品厚み分布が所定の製品厚み分布と一致しているならば、
（ｉ）（ａ）から（ｅ）のステップを繰り返し、製品厚みを築き上げること、あるいは、
（ii）基板をもう１つの基板に置き換え、（ａ）から（ｅ）のステップを繰り返すこと
を行うステップと、
もし一致していなければ
（ｇ）  （ｉ）基板をもう１つの基板に置き換えるステップと、
（ii）被覆プロセスの該操作パラメータを第二の所定の操作パラメータに設定するステップと、
（iii）ステップ（ｂ）から（ｆ）の繰り返しを実行するステップと、
を行うステップと、
（ｈ）該操作パラメータおよび複数の被覆試験から得られた製品厚みを調整して、該被覆システムの動的制御を行うステップと
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、米国特許法１１９条（ｅ）（３５ＵＳＣ§１１９（ｅ））のもとで２００５年１月７日出願の米国特許仮出願に対する優先権を請求し、その仮出願の内容は参照することによってすべて組み込まれている。
【０００２】
発明の背景
アルミニウムや亜鉛のような金属基板の被覆はよく知られている。被覆は実用的ならびに美的理由により行われる。実用的な観点からは、基板表面上の被膜の形成はその基板の耐摩耗性、耐腐食性、耐酸化性に寄与する。美的観点からは、金属基板表面上の着色のための染料および／または顔料を含む被膜の形成はその基板の消費者への魅力に寄与する。産業的および美的応用の両者において、被膜の厚みならびに所定の全表面積にわたる一様性を制御することが望ましい。
【０００３】
一般に被膜厚みは破壊的方法で測定される。例えば、バッチスプレー被覆システムでは被覆すべき基板と同じ材料からなる標準試験片がスプレー被覆システム中に含まれる。スプレー塗装プロセスの途中で、標準試験片はスプレー被覆システムから取り出され、破壊されて、被膜厚みの測定が行われる。
【０００４】
１つの破壊的方法は、標準試験片をベークライト断面中にはめ込み、はめ込んだ試験片を鏡面仕上げし、被膜厚みの測定のため鏡面仕上げした断面を光学顕微鏡で調べるというものである。第二の破壊的方法は、断面を露出させるように試験片を切断するか破壊し、被膜厚みの測定のために走査型電子顕微鏡を用いて断面を調べるというものである。これらの破壊的方法は製造過程においては使用しにくい。
【０００５】
どちらの破壊的方法も、被膜厚みを測定するための標準試験片の取り出しや調製に時間を要するため製造を遅らせる。遅れの間スプレー被覆システムは止まっている。代替の方法は、スプレー被覆システムから基板を取り出して被膜厚みを測定している間、第二の製品とそれに対応する標準試験片で置き換えるというものである。この場合、被膜厚みを測定する間、スプレー被覆システムから取り出した基板を置くための保管面積が製造現場に必要となるであろう。スプレー被覆システムを交互に用いて多重の製品を得る方法は、製造遅れに対するひとつの解決法を提供するが、保管の間に表面汚れによって被膜が傷つく可能性がある。
【０００６】
また保管の間に、製品上の最初の被膜はスプレー被覆システムからの取り出しや置換の際に傷つく可能性もある。さらに、ほこりのような粒子状物質が表面に付着し、最初の被膜と引き続き形成される被膜との間に界面損傷をもたらすこともありうる。
【０００７】
上記の破壊的方法は、もう１つの重大な欠陥をもっている。すなわち測定された被覆厚みは標準試験片のもので、製品のものではないということである。このように、製品の被覆厚みは推定値にすぎず、全表面にわたる被覆厚みの一様性についてはわからない。
【０００８】
このように、製品上の被覆厚みを非破壊的に測定すると同時に、被覆システムを制御する能力をもつ厚みモニタをふくむ、新しい改良型の被覆システムの必要性がいまなお存在している。また、被覆システムをインテリジェント被覆システムに変換することが可能な被覆厚みモニタの必要性も存在している。
【０００９】
発明の簡単な概要
本発明は、一般に厚みモニタを含むインテリジェント被覆システム、特に基板上に形成されつつある製品の厚みを制御するとともに、形成の結果生じた製品の厚みを測定するシステムに関するものである。
【００１０】
特許または出願文書は少なくとも１つのカラー表現された図を含む。カラー表現された図を含む特許または特許出願印刷物のコピーは、請求と必要な料金の支払いがあれば当局から提供される。
【００１１】
発明の詳細な説明
本発明は基板の少なくとも１部分に製品を形成するためのインテリジェント被覆システムを指向したものである。このインテリジェント被覆システムは、被膜塗布冶具、厚みモニタ、多軸デバイス、および選択が随意である少なくとも１つの制御器から構成される。被膜塗布冶具は、この分野で一般的に知られている、例えばスプレーガン等のような、いずれかの形式のものでよい。厚みモニタは、被膜塗布冶具の操作によって基板上に形成される製品の少なくとも１部分の厚みを測定する。厚みモニタは、少なくとも１つの光源、少なくとも１つのプローブ、および少なくとも１つの検出器から構成される。少なくとも１つの光源は、基板上の製品の少なくとも１部分に指向するようになっている。少なくとも１つのプローブは、基板上の製品によって反射および屈折した光の少なくとも１部分を捕集することができる。捕集光は、光源から基板上の製品に指向した光の少なくとも１部分である。少なくとも１つの検出器が少なくとも１つのプローブと情報の授受を行う。少なくとも１つの検出器が、被覆された基板上の製品の少なくとも厚みを測定するため、捕集光のデータ処理を行うことができる。厚みモニタゆえに、この被覆システムをインテリジェント被覆システムに変換することができる。多軸デバイスは、被膜塗布冶具と基板の少なくとも１部分との相対運動を容易にする。少なくとも１つの制御器が少なくとも厚みモニタと情報の授受を行う。少なくとも１つの制御器が、少なくとも厚みモニタおよび一つのプローブと情報の授受を行うことが可能である。
【００１２】
少なくとも１つの制御器が、少なくとも多軸デバイス、被膜塗布冶具、および厚みモニタと情報の授受を行うことが可能である。また、少なくとも１つの制御器が被膜塗布冶具の少なくとも１つのプロセスパラメータ、例えば被膜塗布冶具と基板の少なくとも１部分との相対運動の速度、被膜塗布冶具と基板の少なくとも１部分との間の距離、被膜塗布冶具と基板の少なくとも１部分との間の角度、被覆塗布時の温度、被覆塗布時の圧力、被覆塗布時の流速、被覆塗布時における塗料／噴射剤比、被覆塗布時における固体含有量、およびそれらパラメータのいずれかの組み合わせ、を制御することができる。さらに、少なくとも１つの制御器に、所定の基板全体にわたる製品の厚み分布を提供するためのプロセスを学習させることが可能である。また、代替の方法として、少なくとも１つの制御器に、所定の基板全体にわたる最終の製品の厚み分布を提供するためのプロセスを学習させることが可能である。
【００１３】
厚みモニタは、さらに結合システムを含むことができる。光照射が用いられる場合には、結合システムは例えば光ファイバーのような光結合器となる。その光ファイバーは単一の光ファイバーに限定されず、複数の光ファイバーが可能である。
【００１４】
さらに厚みモニタは、光の少なくとも１部分を基板上の製品の少なくとも１部分に指向させるため、少なくとも１つの光源からくる光の少なくとも１部分を伝送することが可能な付加的な結合システムを含む。付加的な結合システムは、例えば光ファイバーのような光結合器でもよい。同様に、この付加的な光ファイバーは単一の光ファイバーに限定されず、複数の光ファイバーでもよい。
【００１５】
厚みモニタはさらに次の少なくとも１つが可能な補助的結合システムを含む、すなわち、（ａ）少なくとも１つのプローブで捕集された光を少なくとも１つの検出器に伝送すること、（ｂ)付加的な光の少なくとも１部分を基板上の製品の少なくとも１部分に対し指向させるため、少なくとも１つの付加的な光源から得られる光の少なくとも１部分を、伝送すること、（ｃ）付加的な光の少なくとも１部分を基板上の製品の少なくとも１部分に対し指向させるため、少なくとも１つの付加的な光源から得られる付加的な光の少なくとも１部分を伝送し、さらに、少なくとも１つの光源から基板上の製品に指向された付加的光の少なくとも１部分であって、少なくとも１つのプローブから生ずる付加的な捕集光を少なくとも１つの検出器に伝送すること。
【００１６】
補助的結合システムは、例えば光ファイバーのような付加的な光結合器でもよい。上記のように、この付加的な光ファイバーは単一の光ファイバーに限定されず、複数の光ファイバーでもよい。
【００１７】
厚みモニタの結合システムおよび補助的結合システムは、少なくとも１つのプローブから少なくとも１つの検出器に対し広いスペクトル範囲をもつ捕集光を伝送することが可能なように選択される。
【００１８】
厚みモニタの少なくとも１つの光源は多色光が可能で、例えば紫外光、可視光、赤外光、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つでよい。
【００１９】
代替の光源として、厚みモニタの少なくとも１つの光源は、単色光でもよい。このようなシステムはさらに付加的な光源を含むことができる。付加的な光源としては、例えば紫外光、可視光、赤外光、およびそれらを組み合わせた多色光を用いることができる。代替として、付加的な光として単色光を用いることもできる。
【００２０】
少なくとも１つの光源のスペクトル範囲と付加的な光源のスペクトル範囲は部分的に重複する。この部分的な重複は、捕集光の信号対雑音比、捕集光の全スペクトル範囲、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを増加させる。
【００２１】
少なくとも１つの光源と付加的な光源として可視光を用いることができ、また他の少なくとも１つの光源と付加的な光源として赤外光を用いることができる。
【００２２】
厚みモニタの少なくとも１つのプローブとしてさらにコリメータを含むことができる。コリメータは製品の厚みを測定するために十分な値の被写界深度を容易に達成できる。少なくとも１つのプローブは実質的に被膜塗布冶具と併置できる。代わりに、少なくとも１つのプローブが実質的に被膜塗布冶具と分離される配置もある。
【００２３】
厚みモニタの少なくとも１つの検出器は干渉計を含むことができる。代替の方法として、厚みモニタは次の少なくとも１つ手段、すなわち（ａ）色を用いること、（ｂ）干渉パターンを用いること、（ｃ）吸収された光量を用いること、（ｄ）最小反射光強度を与える波長および最大反射光強度を与える波長における強度比を用いること、（ｅ）捕集光の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いること、（ｆ）渦電流を用いた変位、（ｇ）静電容量を用いた変位、（ｈ）光学またはレーザーを用いた変位、および（ｉ）それらの組み合わせ、によって厚みを測定するために捕集光の処理を行うこともできる。
【００２４】
従って、本発明の１つの側面は基板の少なくとも１部分に製品を形成させるインテリジェント被覆システムを提供することである。このインテリジェント被覆システムは、被膜塗布冶具、厚みモニタ、および多軸デバイスを含む。厚みモニタは、被膜塗布冶具の操作によって形成された基板上の製品の少なくとも１部分の厚みを測定する。厚みモニタは少なくとも１つのプローブと少なくとも１つの検出器から構成される。少なくとも１つのプローブは、接触することなしに基板上の製品の少なくとも１部分と情報の授受を行うことが可能である。少なくとも１つの検出器は、少なくとも１つのプローブと情報の授受を行い、その少なくとも１つのプローブと基板上の製品の少なくとも１部分との情報の授受の結果を処理することができ、少なくとも基板上の製品の厚みを測定することを可能にする。多軸デバイスは、被膜塗布冶具と基板の少なくとも１部分との相対運動を容易にする。
【００２５】
本発明のもう１つの側面は、被膜塗布冶具と多軸デバイスから構成される被覆システムにおいて基板の少なくとも１部分に形成される製品の少なくとも１部分の厚みを測定するための厚みモニタを提供することにある。多軸デバイスは、被膜塗布冶具と基板の少なくとも１部分との相対運動を容易に行わせることができる。厚みモニタは少なくとも１つの光源、少なくとも１つのプローブ、および少なくとも１つの検出器を含む。少なくとも１つの光源は基板上の製品の少なくとも１部分に指向されることが可能である。少なくとも１つのプローブは、基板上の製品によって反射および屈折した光の少なくとも１部分を捕集することができる。捕集光は、光源から基板上の製品に指向された光の少なくとも１部分であることに注意してほしい。少なくとも１つの検出器は、少なくとも１つのプローブと情報の授受を行い、被覆された基板上の製品の少なくとも厚みを測定するため捕集光の情報処理をすることが可能である。厚みモニタは、被覆システムをインテリジェント被覆システムへと変換することを可能とするものである。
【００２６】
さらに本発明のもう１つの側面は、基板の少なくとも一部分に製品を形成するためのインテリジェント被覆システムを提供することにある。インテリジェント被覆システムは、被膜塗布冶具、厚みモニタ、多軸デバイス、および選択が随意である少なくとも１つの制御器から構成される。被膜塗布冶具は、この分野で一般的に知られている、例えばスプレーガン等のような、いずれかの形式のものでよい。厚みモニタは、被膜塗布冶具の操作によって基板上に形成される製品の少なくとも１部分の厚みを測定する。厚みモニタは、少なくとも１つの光源、少なくとも１つのプローブ、少なくとも１つの検出器から構成される。少なくとも１つの光源は、基板上の製品の少なくとも１部分に指向するようになっている。少なくとも１つのプローブは、基板上の製品によって反射ならびに屈折した光の少なくとも１部分を捕集することができる。捕集光は、光源から基板上の製品に向けられた光の少なくとも１部分である。少なくとも１つの検出器が少なくとも１つのプローブと情報の授受を行う。少なくとも１つの検出器が、被覆された基板上の製品の少なくとも厚みを測定するため、捕集光のデータ処理を行うことができる。厚みモニタは、被覆システムをインテリジェント被覆システムに変換することができる。多軸デバイスは、被膜塗布冶具と基板の少なくとも１部分との相対運動が容易に行えるようにする。少なくとも１つの制御器が少なくとも厚みモニタと情報の授受を行う。少なくとも１つの制御器が、少なくとも厚みモニタと一つのプローブと情報の授受を行うことが可能である。
【００２７】
加えてこの発明のもう１つの側面は、基板を被覆することによって基板の少なくとも一部分の上に製品を形成させるように、被覆システムに学習させることである。なかんずく、この方法には操作パラメータの設定ステップ、被膜の塗布ステップ、厚みの測定ステップ、操作パラメータと製品厚みとの関連付けステップ、製品の厚み分布が所定の製品の厚み分布に合致しているかどうかの測定ステップ、が含まれる。最初に、被覆プロセスに対する操作パラメータの設定を所定の操作パラメータにあわせる。製品を作製するために基板の少なくとも１部分に被覆を施し、一方で同時に被覆プロセスの操作パラメータを記録する。厚みの測定は、接触することなく基板上の製品の少なくとも１部分と情報の授受を行い、その製品の少なくとも１部分の情報を処理して少なくとも基板上の製品の厚みを測定する、という操作を含む。操作パラメータと製品厚みはこうして基板上の位置と関連付けられる。その後、製品の厚み分布が所定の製品の厚み分布に合致しているかどうかの測定を行う。もし、製品の厚み分布が所定の製品の厚み分布に合致しているならば、製品厚みが出来上がるまで被膜の塗布ステップを繰り返し、あるいは基板を他の基板に置き換えて被覆を繰り返す。合致していなければ、基板を他の基板に置き換えて、操作パラメータを２番目の所定の操作パラメータに設定し、この新しいパラメータを用いて被覆を繰り返す。複数の被覆試験の後、操作パラメータと複数の被覆試験に基づく製品厚みとの再調整を行い、それを被覆システムの動的制御に利用することができる。
【００２８】
本発明のこれらのおよび他の側面は、当業者が次の好ましい実施例の説明を図面とともに熟慮して読めば明確となるであろう。
【００２９】
以下の記載で、さまざまな図をとおして同様な参照記号は同様なあるいは対応する部品を指し示す。また、以下の記載で「前へ」、「後ろへ」、「左」、「右」、「上方に」、「下方に」等の語句は便宜的な言葉で、限定された言葉として解釈されるべきではないことを理解されたい。
【００３０】
さて、一般に図を参照し、特に図１を参照すれば、イラスト図は発明の好ましい実施例を説明するためのものであり、発明をそれだけに限定しようとするものではないことを理解されたい。図１および図２によって最もよく理解されるように、インテリジェント被覆システム１０は厚みモニタ１２、被膜塗布冶具２０、および多軸デバイス２６を含む。基板６０は被膜塗布冶具２０の近くに並置される。インテリジェント被覆システム１０はさらに制御器３０を含むことができる。
【００３１】
厚みモニタ１２は、モニタ結合器１６を介してプローブ１４と情報の授受を行う。被膜塗布冶具２０は、塗布冶具結合器２４を介して塗布冶具２２と情報の授受を行う。多軸デバイス２６は、基板６０（図３Ａに示されているように、このような配置は塗布冶具２２がプローブ１４から空間的に離れている点で有利である）および／またはプローブ１４と塗布冶具２２を一緒に（図３Ｂに示されているように、このような配置は塗布冶具２２とプローブ１４とを実質的に同時に操作できるという点で有利である）、あるいは個別に（図３Ｃに示されているように、このような配置は塗布冶具２２がプローブ１４から空間的に離れている点で有利である）移動させるために用いられる。プローブ１４が塗布冶具２２の近傍で、あるいは組み合わせて用いられる場合には、プローブ１４の各面を保護するための何らかのシールドを用いることが有利で、そうしないと塗布される被覆材料によって汚されたり操作不能に陥ったりする恐れがある。
【００３２】
本発明に従い製品厚みを測定するのに用いられる方法には、例えば干渉、散乱、吸収、磁気的技術、渦電流等多くのものがある。適していると思われる２つの方法は、干渉計による測定と、渦電流と静電容量による検出の組み合わせである。
【００３３】
図４は、第一の被膜６２および第二の被膜６４を含む、基板６０に向けられた入射光６６の模式図である。大気／第二の被膜の界面７０では、入射光６６の１部は反射光８０として反射される。入射光のうち反射されなかった部分６６’は屈折し（大気と第二の被膜６４の屈折率の差による）第二の被膜６４中の経路に沿って進み、第二の被膜／第一の被膜の界面７２に到達する。第二の被膜／第一の被膜の界面７２に到達すると、再び入射光６６’の１部は反射光８２’として反射し、結局第二の被膜６４から反射光／屈折光８２として出現する。反射されなかった光６６”の最後の部分はさらに第一の被膜／基板の界面７４まで進み、１部は基板６０によって吸収され、もう１つの部分は反射光８４”として反射され反射光／屈折光８４’となり、結局第二の被膜６４から反射光／二重屈折光８４として出現する。
【００３４】
反射光８０、反射光／屈折光８２、反射光／二重屈折光８４は強度および波長の情報を与え、それは干渉計を用いて処理できる。この情報は、層６２および６４の厚みの測定または測定のため高速フーリエ変換（FFT）法で処理できる。注目すべきは、このFFT法を用いると数ケタ異なる厚みをもつ被膜を識別することが可能であることである。例えば、約２００ナノメーターから１０００ナノメーターの範囲にある陽極酸化層をもつ基板６０において、その層に付け加えた約1ミクロンから１００ミクロンの厚みをもつ有機被膜を識別できる。
【００３５】
図５は本発明の一側面に従い、図1および図２に示すインテリジェント被覆システム１０に学習させることに使用可能な制御器のブロック図を示す。インテリジェント被覆システム１０の学習は、既知の方法、例えばニルス・ジェイ・ニルソン、人工知能研究所、コンピュータサイエンス学部、スタンフォード大学、スタンフォード、カリフォルニア９４３０５（Nils J. Nilsson, Artificial Intelligence Laboratory, Department of Computer Science, Stanford University,Stanford, CA94305）（http://robotics.stanford.edu/people/nilsson/mlbook.html  でオンライン利用可能）による「機械学習入門（Introduction to Machine Learning ）（不完全な覚書草稿）」において論ぜられている内容を含み、その開示事項は参照することによってここに組み入れられている。基板６０が位置決めされた後、インテリジェント被覆システム１０のトレーニングはステップ１１０から始まる。
【００３６】
ステップ１１０：インテリジェント被覆システム１０のトレーニングを開始するためデフォルトパラメータを設定する（これらのパラメータは、最適な推論に基づき手作業で入力することもできるし、同じような形の基板６０の被覆から得られたパラメータの組の中から選んでもよい）。
【００３７】
ステップ１１２：製品の第一層を塗布する（層１）。
【００３８】
ステップ１１４：製品の第一層を塗布して基板６０上に作製した製品の厚みを測定する（層１）。
【００３９】
ステップ１１６：製品の厚み、対応する塗布冶具２２の座標（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ）、プローブ１４の座標（例えば、Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’）、塗布冶具２２のパラメータ｛例えば、υ（速度）、α（加速度）、θ（塗布冶具２２のスプレー角）、Ｐ（塗布冶具２２の圧力）、Δ（塗布冶具２２の間隙またはスプレー密度）、ｖ％（塗布冶具２２で用いる塗料の固体含有率％）、p/c（塗布冶具２２の噴射剤／塗料比）、Ｆ（塗布冶具２２の塗料流速）、Ｔ(塗布温度)、ｖ（塗布冶具２２の塗料粘度）、Ts（基板温度）、Ta（環境温度）、ＲＨa（環境の相対湿度）など｝を含む、製品の第１層を塗布して基板６０上に作製した製品に関するデータを記録する。
【００４０】
ステップ１２０：製品の厚みが、規則表１２２に配列されている所定の厚み、および基板６０全体にわたり所定の厚み分布に関し許容できるかどうかを決定する。もし厚みが許容できなければ、ステップ１２４に進み部品を置き換える。もしその時点で許容できるならばステップ２１０に進む。
【００４１】
ステップ１２４：部品を置き換える。
【００４２】
ステップ１２６：動的被覆パラメータを展開するのに十分なデータがあるかどうか判定する。もしなければ、ステップ１３０に進み新しいパラメータを設定する（ステップ１１０の場合と同様に、これらのパラメータは、二番目の最適な推論に基づき手作業で入力することもできるし、同じような形の基板６０の被覆から前に得られたもう1つのパラメータの組の中から選んでもよい）。これらのパラメータは、ステップ１３２で用いられるデータ行列９０を作り上げるための、ステップ１１０のデフォルトパラメータの系統的な変換となっている。
【００４３】
ステップ１３０：新しいパラメータを設定する（ステップ１１０の場合と同様に、これらのパラメータは、二番目の最適な推論に基づき手作業で入力することもできるし、同じような形の基板６０の被覆から前に得られたもう１つのパラメータの組の中から選んでもよい）。これらのパラメータは、ステップ１３２で用いられるデータ行列９０を作り上げるための、ステップ１１０のデフォルトパラメータの系統的な変換となっている。それからループがステップ１１２に戻る。
【００４４】
ステップ１３２：前に行われた試験から得られるデータ行列９０と所定のアルゴリズムに基づく動的パラメータの決定。
【００４５】
ステップ２１０：前の被膜層(層Ｎ−１)から最後のパラメータを適合させる。
【００４６】
ステップ２１２：その次の製品の層を塗布する(層Ｎ)。
【００４７】
ステップ２１４：製品のその次の層を塗布して基板６０上に作製した製品の厚みを測定する（層Ｎ）。
【００４８】
ステップ２１６：製品の厚み、対応する塗布冶具２２の座標（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ）、プローブ１４の座標（例えば、Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’）、塗布冶具２２のパラメータ｛例えば、υ（速度）、α（加速度）、θ（塗布冶具２２のスプレー角）、Ｐ（塗布冶具２２の圧力）、Δ（塗布冶具２２の間隙またはスプレー密度）、ｖ％（塗布冶具２２で用いる塗料の固体含有率％）、p/c（塗布冶具２２の噴射剤／塗料比）、Ｆ（塗布冶具２２の塗料流速）、Ｔ(塗布温度)、ｖ（塗布冶具２２の塗料粘度）、Ts（基板温度）、Ta（環境温度）、ＲＨa（環境の相対湿度）など｝を含む、製品の第Ｎ層を塗布して基板６０上に作製した製品に関するデータを記録する。
【００４９】
ステップ２２０：製品の厚みが、規則表１２２に配列されている所定の厚み、所定のその次の層（第Ｎ層）の厚み、基板６０全体にわたり所定の厚み分布、および基板６０全体にわたり所定のその次の層（第Ｎ層）の厚み分布、に関し許容できるかどうかを決定する。もし厚みが許容できなければ、ステップ２２４に進み部品を置き換える。もしその時点で許容できるならばステップ２３４に進む。
【００５０】
ステップ２２４：部品を置き換える。
【００５１】
ステップ２２６：動的被覆パラメータを展開するのに十分なデータがあるかどうか決定する。もしなければ、ステップ１３０に進み新しいパラメータを設定する（ステップ１１０の場合と同様に、これらのパラメータは、二番目の最適な推論に基づき手作業で入力することもできるし、同じような形の基板６０の被覆から前に得られたもう1つのパラメータの組の中から選んでもよい）。これらのパラメータは、ステップ２３２で用いられるデータ行列９０を作り上げるための、ステップ１１０のデフォルトパラメータの系統的な変換となっている。もしそうでなければステップ２３０に進む。
【００５２】
ステップ２３０：新しいパラメータを設定する（これらのパラメータは、最適な推論に基づき手作業で入力することもできるし、同じような形の基板６０の被覆から前に得られたもう１つのパラメータの組の中から選んでもよい）。これらのパラメータは、ステップ２３２で用いられるデータ行列９０を作り上げるための、ステップ２１０の前の被膜から適合された最後のパラメータの系統的な変換となっている。それからループをステップ２１２に戻す。
【００５３】
ステップ２３２：その次の製品の層に対し前に行われた試験から得られるデータ行列９０と所定のアルゴリズムに基づく動的パラメータを決定する。
【００５４】
ステップ２３４：製品の全厚みが終点に達したかどうか決定する。もし達していなければ、ステップ２１０に戻ることによって、もう１つの被覆プロセスをとおして試験を行う。もしそうであればステップ２３６に進みプロセスを停止させる。
【００５５】
ステップ２３６：プロセスを停止させる。
【００５６】
図５に示される制御器のブロック図は少なくとも２つの側面でインテリジェント被覆システム１０の学習に役立つ。第一の側面は、製品が基板６０全体にわたり所定の厚み分布をもつように、規則表１２２に適合した単純なまたは複雑な形の複数の層からなる製品を基板６０上に形成するための受け入れやすい被覆プロセスであるという点である。これは、陽極酸化アルミニウム基板６０を用いた航空機に対するいくつかの応用において有用である。そのような場合、製品の厚みが不十分であると、アルミニウム基板６０の腐食が起こる。厚みが非常に大きい状況では、製品に裂け目が生じ弱い胴体を作る可能性もある。
【００５７】
インテリジェント被覆システム１０の１つの利点は、複雑な形態の表面をもつ基板６０に用いることが可能であるという点である。図１および図２の両者において示されているように、複雑な形態の表面は隙間、山の背、めくら穴およびそれらの組み合わせを含む。このような特性は、複雑な形態をもつ表面全体にわたる一様な製品厚みが要求される応用に対して有利に用いられる。そのような応用の１つは、陽極酸化アルミニウム航空機部品である。このような部品では、耐腐食性の向上のためにアルミニウム部品上に陽極酸化皮膜が形成されている。しかしながら、陽極酸化皮膜は裂け目を含む可能性があり、またセラミックスであるがゆえに脆い。陽極酸化アルミニウム航空機部品に対しエポキシ系の製品を塗布することによりクラックや裂け目はシールされる。さらに、製品を陽極酸化皮膜が残留圧縮応力をもつ状態にして使用することもできる。
【００５８】
さらに、図５のアルゴリズムの運用はインテリジェント被覆システム１０の学習において、（１）与えられた層に対し基板６０全体にわたり所定の厚み分布、および（２）各層の多重塗布によって基板６０全体にわたり所定の厚み分布、を作製することを可能とする。
【００５９】
ステップ１１６およびステップ２１６で記録されたデータは図６で示されているようなデータ行列９０として表現できるであろう。複数のデータ行列における各データ行列９０はデータ行列９０、データ行列９０’、データ行列９０”、などと表すことができる。各データ行列９０は、製品厚みのような操作パラメータおよび対応する塗布冶具２２の座標（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ）、プローブ１４の座標（例えば、Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’）、塗布冶具２２のパラメータ｛例えば、υ（速度）、α（加速度）、θ（塗布冶具２２のスプレー角）、Ｐ（塗布冶具２２の圧力）、Δ（塗布冶具２２の間隙またはスプレー密度）、ｖ％（塗布冶具２２で用いる塗料の固体含有率％）、p/c（塗布冶具２２の噴射剤／塗料比）、Ｆ（塗布冶具２２の塗料流速）、Ｔ(塗布温度)、ｖ（塗布冶具２２の塗料粘度）、Ts（基板温度）、Ta（環境温度）、ＲＨa（環境の相対湿度）など｝、のほかに基板６０の空間的関係と関連付けることもできる。このようなデータは、例えば数を割り当てられた列として表現されたデータの組９２と関連させることができる。塗布冶具２２とプローブ１４の座標は空間的に関連付けられるので、複数の位置情報をデータ行列９０に保存できる。代替の方法として、プローブ１４に対する塗布冶具２２の相対的な位置を変換または作図するためのアルゴリズムを用いることも可能であるし、あるいは各デバイスにとって特別なデータをデータ行列９０に保存することもできる。
【００６０】
いったん十分な数の結果やデータ（例えばデータ行列）が収集されると、データは対応する所定の厚みを塗布するための塗布冶具２２の動的制御に追従するように、スプライン補間を用いたアルゴリズムによって処理される。多数の試験から得られるこれらのデータは、全物体にわたり一様な製品の分布を提供するために用いることができる。ひるがえって、もし複数の層を用いて所定の最終厚みをもつ製品を作り上げることが望ましければ、それもまた達成することが可能である。
【００６１】
図７は基板６０の直線的および非直線的多重経路被覆による製品厚みの累積の例を示す。ここで、被膜厚みの仕様は０．５から０．６（任意のスケール）のどこかに最終厚みもつことが示されている。一つの操作では、多重データ経路で蓄積される製品厚みは直線的累積である。このような場合には、製品厚みは各経路に対し同様な厚み量ずつ蓄積される。代替の操作として、累積を非直線的にすることもできる。
【００６２】
図１と図２に戻り、厚みモニタ１２は少なくとも１つの光源、基板６０からおよび製品層６４と６２をとおして反射および／または屈折した光を捕集するためのプローブ１４、およびプローブ１４と結合した検出器を含む。検出器は被膜厚みを測定するため捕集された反射および／または屈折した光のスペクトルの逆畳み込みを行う。
【００６３】
図２ではプローブ１４は塗布冶具２２の隣に示されている。しかし、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように申請者はプローブ１４が塗布冶具２２から分離された方が望ましいと考える。厚みの測定に際し製品を変化させまたは傷つけないために、表面に接触することなくプローブ１４が基板６０の上を動くことに利点があるからである。
【００６４】
被覆の後、プローブ１４は製品層６２と６４の厚みを測定するのに用いられる。本発明の一つの側面は、陽極酸化処理された基板６０が移動する際にプローブ１４は静止したままであり、それによって製品の長手方向に沿った厚み測定を行うということである。本発明の別の側面は、プローブ１４がまた基板６０が動く方向と実質的に直角方向に動き、それにより基板の面積に沿って厚みを測定することである。このようにして、シート、コイル、箔のような製品の表面全体にわたる製品の厚み分布を測定できる。図３Ｃで最も適切に観察されるように、選んだ点での、選んだ領域での、またはそれどころか基板６０の全表面にわたる製品厚みを測定するため、製品層６４と６２をもつ基板６０を横切ってプローブ１４を動かす目的でロボットアームを用いることができる。運動制御とロボットに関するさらに詳細な内容は、例えば米国特許第５，８７２，８９２;  ４，９７９，０９３;  ４，８３５，７１０;  ４，４１７，８４５;  ４，３５２，６２０；および４，０６８，１５６で議論されており、各特許の全開示事項は参照することによってここに組み込まれている。
【００６５】
厚みモニタ１２は少なくとも１つの光源、反射および／または屈折した光を捕集するためのプローブ１４、および反射および／または屈折した光のスペクトルを測定し逆畳み込みを行うための検出器を含む。
【００６６】
光源は、例えば紫外(ＵＶ)，可視、赤外(ＩＲ)のような多色光でもよいし、単色光でもよい。多色光の光源は、ＵＶ（約４から約４００ナノメーターの波長範囲にある）、可視（視覚器官が反応する、約４００から約７００ナノメーターの光波長範囲にある）、およびＩＲ（約７５０ナノメーターから約１ミリメーターの間の波長をもつ）のいずれかのうちの１部分であってよい。そのような１部分の例は、真空紫外光（約２００ナノメーターより短い波長をもち、これより短い波長では光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）、遠紫外光（ＵＶ範囲の短波長領域で、約５０から約２００ナノメーター）、近紫外光（約３００から約４００ナノメーターの波長範囲にある紫外光）、遠赤外光（赤外範囲の長波長領域で、約５０から約１０００マイクロメーター)、および近赤外光（約０．７５から２．５マイクロメーターの波長範囲にある光）を含む。代替の光源として、光源が単色光でもよい。
【００６７】
一つの実施例では、厚みモニタ１２は付加的な光源を含む。光源と付加的な光源は多色光および単色光のいずれか１つでよく、基板６０上の製品層６４と６２の厚みを測定する際に、例えば、反射光の強度と幅を改善するため互いに補完するように選択される。典型的には、単一の光源は中央の領域で強度が最大で、両端で強度が低下する。これを付加的な光源で補完することによって、低下する強度の重なりが生じ強度低下を抑えることができる。このようにするといくつかの利点がもたらされる。例えば、反射光に関する信号対雑音比を増加させることができる。また、捕集される可能性のある反射光の範囲を増加させることができる。このようにして被膜の諸性質の他の側面を測定することができる。
【００６８】
図１および図２に示されるように、反射光および／または屈折光を捕集するためのプローブ１４は、光を検出器に送り返すためのモニタ結合器１６を含む。反射光および／または屈折光を捕集し、検出器に指向して戻すためのプローブ１４はコリメータを含む。コリメータは、光を検出器に指向させる結合器に対し捕集された反射光を指向させるのに用いられる。
【００６９】
検出器はいったん受光した反射スペクトルを復調させる型のものである。このような方式で用いられている装置の例は、例えば米国特許第６，０５２，１９１;  ５，９９９，２６２;  ５，２８９，２６６;  ４，７４８，３２９;  ４，７５６，６１９；  ４，８０２，７６３;  ４，８７２，７５５;および４，９１９，５３５に含まれており、各特許の全開示事項は参照することによってここに組み込まれている。被膜厚みの測定の一部は反射スペクトルを復調させることによって行われる。この測定法に対しては、色干渉法、吸収法、最大となる波長における強度に対する最小となる波長における強度の比、および高速フーリエ変換（ＦＦＴ）法（例えば、検出器に当たる光波によって生成される信号を、スペクトル解析のためにディジタル時系列に変換する処理）を含むさまざまな技術が知られている。単一のおよび多重の被膜厚みの測定に関するより詳細な内容は、例えば米国特許第６，６７４，５３３;  ６，１２８，０８１;  ６，０５２，１９１;  ５，４５２，９５３;  ５，３６５，３４０;  ５，３３７，１５０;  ５，２９１，２６９;  ５，０４２，９４９;  ４，９８４，８９４;  ４，６４５，３４９;  ４，５５５，７６７；および４，０１４，７５８で議論されており、各特許の全開示事項は参照することによってここに組み込まれている。
【００７０】
厚み検出器はモニタ結合器１６を含む。モニタ結合器１６はプローブ１４からの反射光を検出器へ向ける働きをする。モニタ結合器１６はまた、プローブ１４を通して基板６０の表面に光源を提供するという働きをすることもできる。代替の方法として、光源はプローブ１４と一体であってもよく、製品層６４と６２をもつ基板６０からの反射光を捕集するために光源の光を供給する。
【００７１】
モニタ結合器１６は光ファイバガイドであって、反射光を減衰することなく伝送させるような構成を有し、光を最も効率的に捕集するように配列された複数の光ファイバを含む。モニタ結合器１６は多数の構成要素を含んでいてもよい。ある側面では、モニタ結合器１６は解析のため反射光および／または屈折光を検出器に指向し検出器と情報の授受を行うとともに、光を基板６０の表面に指向させ光源と情報の授受を行う。モニタ結合器１６は厚みモニタ１２が多くの光源と多くの検出器を含む場合、多くの光ファイバの組を含むことができる。光ファイバ束の構成と配置は関心のある光を最も効率的に伝送させるように選択される。
【００７２】
図１および図２に示されるように、インテリジェント被覆システム１０は、制御器３０を含むことができ、それは例えば計算機である。インテリジェント被覆システム１０は計算機または制御器３０と情報の授受を行う中継ボックスなしで動作することが可能である。インテリジェント被覆システム１０に用いられる制御器に関する詳細は、例えば米国特許第５，９８０，０７８;  ５，７２６，９１２;  ５，６８９，４１５;  ５，５７９，２１８;  ５，３５１，２００;  ４，９１６，６００；  ４，６４６，２２３；  ４，３４４，１２７；および４，３９６，９７６で議論されており、各特許の全開示事項は参照することによってここに組み込まれている。
【００７３】
これに関し、図１と関連して、厚みモニタ１２と組み合わせた制御器３０はインテリジェント被覆システム１０における終点判定装置として用いることができる。被覆の間、プロセスパラメータが制御される一方で、運転者は実時間で製品層６４と６２の厚みを知ることができる。製品層６４と６２が基板６０上で望みの最終厚みに成長した時点で、プロセスは閉鎖される。明らかに、被膜が成長する過程でその厚みを知るという能力は、基板６０を被覆システムから除去して被膜厚みを測定し、それから被覆システムに戻すということを行うどの方法に比べても利点がある。
【００７４】
本発明の利点は、本発明のインテリジェント被覆システム１０なしで作製された製品に比べ、全長手方向および全表面にわたり、バッチ間で、長手方向および面内で、より優れた品質と一様性をもつ基板６０上の製品を生み出す能力があることである。
【００７５】
アルミニウムおよびその合金の酸化と腐食を防ぐために、航空機産業のような多くの応用分野で保護被覆が用いられている。多くの応用では、陽極酸化処理の後付加的なバリア被覆が行われ、典型的にはエポキシ、レジン、複合被膜成分、およびトップコート（例えば塗料および転写シール）のような有機物による付加的被覆における接着性を高める。
【００７６】
陽極酸化被覆およびさらなる被覆による厚みは、基板の厚みに無関係な干渉計による測定を用いて動作する本発明の厚みモニタ１２を用いて測定される。このように、厚みモニタ１２は非接触、非破壊、高速、ロバスト性で信頼性が高い。また、厚みモニタ１２は陽極酸化皮膜と他の被膜の同時厚み測定を可能にする。光ファイバー技術に基づくガイドの利用は厚みモニタ１２をプロセスから本質的に分離する。また、陽極酸化槽内でのその場測定あるいは重要な検査点に特化した測定が単純化される。
【００７７】
本発明の厚みモニタ１２の試験において、光源はコヒーレントな白色光であり、被覆された基板に対して複数の光ファイバからなる多重ガイド光結合器により提供される。第一のガイドが被覆された基板を照射し、そして第二のガイドが反射光を捕集し、検出器へと導く。ガイドシステムの一端は２つのガイドと連結し、被覆された基板と照合レンズによって結合している。ガイドシステムの反対の端は検出器の光源に向け分岐する。複合反射は、この実施例では分光器である検出器へ伝送される。複合反射内での干渉は反射信号に重畳される。高速フーリエ変換(ＦＦＴ)解析が厚みの測定に用いられる。パラメータ設定によって厚みモニタ１２はさまざま被膜の型に対応できる。
【００７８】
本発明の被覆厚みモニタに用いられる装置は、分光器（Analytical Technologies, L.C.C., Morganton, N.C.から入手できる、約１０２４個の検出素子をもつ検出器を装備したＤＳＰベースの分光器を有するモデルＤＳＰｅｃ／１０２４／６）；光源（複合ハロゲン／キセノンスペクトルランプをもち、シャッターはAnalytical Technologies, L.C.C., Morganton, N.C.から入手できる、モデルＨＡＬＸＥ５０）；複数の光ファイバを含むガイドシステム（Analytical Technologies, L.C.C., Morganton, N.C.から入手できる、ＳＭＡ端にある１個の照明器のまわりに６個の検出器をもち、溶融シリカから作製されるモデル６／１／ＳＭＡ／ＦＳ）；およびプローブ（Analytical Technologies, L.C.C., Morganton, N.C.から入手できる、約５０ｍｍの焦点距離をもつ管搭載レンズと約５ｍｍスポットサイズのＳＭＡ端を含むモデル５０／５／ＳＭＡ）を含む。
【００７９】
この装置はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）とインターフェースを介して接続され、Dip1.-Ing.(FH) Thomas Fuchs, Ingenieurburo fur Angewandte Spektrometrie, Roentgenstr. 33――D――73431 Aalen Germanyから入手できる、ＦＴＭ  ＰｒｏＶＩＳという名称のソフトウェアが走っている。
【００８０】
２つの光線の干渉は次の簡単な式で表される。
【００８１】
Ｉ（ｌ）＝Ａ＋Ｂ＊ｃｏｓ［２π＊Ｄｒ／ｌ＋Ｄｄ］，
ここで、
Ｉ（ｌ）は波長ｌに対する干渉強度；
Ａは２つの光線の強度を含む；
Ｂはｃｏｓ関数の振幅；
ｌは波長；
Ｄｒは光路差(厚み)であり；
Ｄｄは２つの光線の位相シフトである。
【００８２】
光路差「Ｄｒ」自身は要求されている幾何学的な厚み「ｄ」と屈折率「ｎ」の積、すなわち、Ｄｒ＝２ｎ（ｌ）＊ｄである。一般に屈折率「ｎ」は波長「ｌ」の関数で、「分散」（下記参照）と呼ばれており、この場合アルミナについては約１．４７８９と仮定された。
【００８３】
ＦＴＭＰｒｏＶＩＳソフトウェアでは、要求されている幾何学的な厚み「ｄ」は上記の干渉関数を測定して計算される(式「Ｄｒ／ｌ」は周波数関数に対応する)。この周波数は「高速フーリエ変換」（短縮した表現：ＦＦＴ）の助けにより決定される。干渉スペクトルの逆表現において、分散「ｎ（ｌ）」が既知のフーリエ変換された干渉（フーリエスペクトル、あるいは略して：ＦＦＴ−スペクトル）のピーク位置は直接膜の厚みを与える。ＦＴＭＰｒｏＶＩＳソフトウェアは、コーシーの分散式（分散補正)に従い、多項式を用いて分散を考慮に入れている。
【００８４】
ｎ（ｌ）＝ｎ＋Ｂ／ｌ２＋Ｃ／（ｌ２＊ｌ２），
ここで、
ｎ（ｌ）は波長ｌの分散；
ｎは多項式の定数部分；
ＢおよびＣは多項式の係数；および
ｌは波長。
【００８５】
実施例
航空用構造物に応用されているスプレー塗装の非破壊試験（ＮＤＴ）に用いられている光学厚みゲージの試験を行った。試験はロボットスプレープロセスにおける統合的実時間厚み制御の利点を示す。「グリッドロック」のようなアルミナ加工面から作られているスポイラのような複雑な形状に対しエポキシベースの被覆を行う場合にはこの方法が有用であろう。
【００８６】
この研究では、厚みの値は干渉計により決定され、直接装置にミクロン単位（１＊１０−６メーター）で記録される。データはＭＳ  Ｅｘｃｅｌに入力される。支援された表計算は屈折率補正およびミクロンからミル(１／２５．４)への変換を行う。この研究で用いた試料は未処理の７０７５合金である。
【００８７】
この光学厚み制御システムは測定媒体として光を用いる。光は光学的に透明な膜に対する干渉技術に基づく本質的に安全かつ非接触の測定法で、苛酷な環境においてさえ安定でかつロバストな操作を保証するファイバ光学システムによって試料表面に導かれる。
【００８８】
屈折は、被膜の内部境界から来た屈折光が第一の表面反射とわずかに位相が異なるために生ずる。被膜が透明な場合には特定の波長帯における試料表面からの反射の増減を検出するため分光器が用いられる。
【００８９】
装置の検定
最初に破壊試験を用いて測定システムの検定を行った。このような検定は、陽極酸化層と被膜との光学的境界条件が本来的にあいまいであるために必要となる。
【００９０】
光学的厚み測定の結果は、測定される（複数の）層の屈折率によって影響を受ける。結果は屈折率の値によって間接的に歪んでおり、そのため装置の初期設定は補正なし、あるいは因子１で行った。破壊試験を用いた図８のＡ−Ｄの４点の厚みは、試料の切断面の作製と光学顕微鏡技術による測定を必要とする。
【００９１】
現存のスプレー塗装システムに最小の努力でたやすく統合できるようにハードウェアをモジュールで構成した。これは、作業台上であるいは動きながら手動モードで行う直接的操作を提供する。別のプロセスインターフェースでは、位置決めデバイスを測定装置に結合し、プロセス制御器またはＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）との高レベルな知的相互作用を提供する。
【００９２】
被覆厚みの変化はＡ−Ｄの各全面積にわたる多重測定を正当化するのに十分なほど大きい。各スポットに対する結果は、内側の円全体にわたる２５個の個別的な不連続測定を含む。各測定の平均値と標準偏差が顕微鏡データと比較して提供されている。装置固有の有意な誤差を取り除くため、ある走査面積が固定点測定と比較された(図９を見よ)。
【００９３】
被膜の屈折率の値として１．７０が経験的に決定された。２つの手法の比較が図１０に示されている。
【００９４】
三つの試験パネルＡ，Ｂ，およびＣ(図１１を見よ)が測定データの高い、標準の、および低い極限の検定のために用いられた。各試験片上で４箇所の特定な位置が測定され、それぞれＡ．１．Ａ．２．．．．Ａ．４．と指定された。
【００９５】
各試験片の表面は、試料内での変動を調べるため、パネルの長手方向を横断して１００個の測定データを取得することによって走査された。走査された厚みのデータは一度固定点データと比較してシステムの固定点の精度と装置の精度を確かめた。図１２は適当な量のデータを収集することの重要性を示す。システムの測定速度は高密度測定のデータ収集を簡略化する。これは、プロセスのよりよい理解と、被覆がより大きな構造に対し行われる場合に起こりうる重量増加と減少の理解を深める。
【００９６】
次の試験はスプレープロセスの境界条件を表す細部の位置に特別に置かれた２０個の試験片を含んだものであった。目的は細部に対して施された各層の被膜厚みを測定することである。実験はまた特別な位置における被膜の変動のしやすさと、厚み勾配をもつ試験片での横断的な変動を示す。この場合、一様な被膜厚みと重量を持つという目標のために、厚みと流速の両者を制御する方法が適用できる。
【００９７】
接着プライマの厚みを自動的に測定することは、データ収集において厚みが最小の労働負荷で検定できるという点で利点がある。被覆システムの流速はグリッドロック型の材料では気流における制約を補償するような調整が必要となるであろう。ポケットでは、定在波および渦が発生し厚みの変動を引き起こす可能性がある。したがって、このようなタイプの表面条件を補償するように流れを調整するため、試験戦略的に重要な位置での被膜厚みを知ることは重要である。
【００９８】
動的補正は、被覆プロセスが平衡状態に達していない運転開始モードにおいては特に大きな利点をもつ。したがって、ロボットスプレー塗布冶具に統合されている厚み測定技術を用いることは、コンプライアンスを保証する上で非常に重要である。
【００９９】
一つの測定系列は、スポイラ細部のさまざまな位置に置かれた１９個の試験片に対する測定データを含む。これら細部の位置はロボットオペレータによって決められる。異なった条件を用いて四つの別々な試験が行われた。
【０１００】
装置にとって関心のある測定面積(ＡＯＩ）の正当性を確認するため、各試料は４回測定され装置によってもたらされる情報をよりよく理解するため平均化された。図１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａおよび１６Ｂで表現されるデータは、チャートあたり四つの傾向と各試験をまとめた平均値を含んでいる。各試験は各試験片について４回の測定を含む。
【０１０１】
試験の要約
試験あたりの全体にわたる平均厚みは、ロボット塗布冶具の流速または走査速度の変化、および各試験内での測定の変動を説明するであろう。
【０１０２】
試験片あたりの平均厚みは、各試験片／位置でどのように厚みが変動するか、およびプロセスの変化に関してどのように被膜の一様性が変化するかを示す。
【０１０３】
試験片の厚み：
図１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａおよび１６Ｂは、スプレーの変化によって各位置がどのように影響を受けるかを示すとともに、正常な製造において厚み限界を超える特定な位置を指定している。
【０１０４】
この方法の利点
一般に、正確な被覆のためには適切な被膜厚みが必要であり、それはスプレーの塗布中あるいは塗布直後に被膜を測定することによってのみ保証される。被膜の最適な厚みは、いくつかの被膜層がそれぞれの塗布後適度に硬化(乾燥)していることを、それぞれのスプレー塗布に対し保証することが必要である。この場合、各層に対する塗布の測定は正しい膜の形成が起こることを可能とする。最適乾燥は塗料液が蒸発する過程で測定され、塗布と乾燥の間に膜厚が減少することを示唆する。したがって、厚みの変化が一定となるときに蒸発は平衡状態に達し、そこでもう１つの被膜層を塗布するのが安全となると仮定してよいであろう。
【０１０５】
光学的測定技術は、リブやリッジのように接着剤が塗布される小さな結合位置においてさえ非接触の測定を可能とする。スポットサイズは、異なった離れた測定位置にある要求にも適応できるよう調節される。光学的方法はまた電磁場および電場によってゆがめられた物体の概略的な形状を測定できるという点で他の方法より優れている。特別な調製や取り扱いは必要ではないので、湿潤状態および乾燥状態の試料の双方の測定に適応できる。この技術は比較的はっきり電気絶縁された技術であるので、ロボットおよび固定点ステージを用いた位置決めさえ可能である。
【０１０６】
光学的測定技術はまた高度の安全性を保証し、溶媒の使用において危険性および付加的な規制の負担なしで使用できる。システムの測定速度は、適当な膜形成速度および被覆と塗布プロセスのよりよい理解を保証するのに必要な直接的プロセス情報を提供する。結果はプロセスに関する知見を増やすことになる。
【０１０７】
測定ヘッドの自動位置決めにより、概略的な形の部分（付録Ａを見よ）に対する気流パターンにより生成する定在波により発達する被膜厚みプロファイル（位置に関する厚みの差）が簡単に作成できる。また、統合された膜厚測定を用いた自動化スプレー塗装の動的最適化手法が検証された。
【０１０８】
チャートは、模式的な細部上の指定された測定点の間でどのように厚みが変動するかを示す。２０個の測定位置に減らしたデータの組を用いてフィールドテストを行った。各位置は、被膜の塗布が仕様限界の境界上にある細部の位置を表すように設計されている。
【０１０９】
重要な点は、ロボット位置決めシステムに統合された場合、データは事実上労力なしで集められることである。各特定の位置に直ちに調整することによって、スプレー塗布に引き続いてすぐ実時間で大量の情報をすばやく収集できる。
【０１１０】
塗料の流速は、空間内でのスプレー塗布冶具ロボットの座標に基づき動的制御される。膜厚プロファイルを最適化する方法は、表面細部上での特定な位置におけるあらかじめ決められた厚みデータに基づき、塗料流速の動的な調整を用いて行う。
【０１１１】
・ロボットはスプレー装置および／またはプローブを動かすのに用いられる多軸デバイスである。
【０１１２】
・製品は、高分子または高分子ブレンド、高分子担体中にカプセル化された金属粒子、高分子溶液中に分散したセラミック粒子、または航空機の徐氷に用いられる石油化学系塗料である。
【０１１３】
・溶媒は水または有機溶媒である。
【０１１４】
・被覆層は、基板に対して少なくとも１回の被膜塗布を行ったものである。
【０１１５】
・基板は、いずれかの合金の組み合わせか複合材料の陽極酸化処理アルミニウムである。基板は図１７に示されているような模式的な形をしている。
【０１１６】
・最適乾燥時間は、膜厚の減少を測定してこの方法を用いて決定される。試験は空気中または硬化用のオーブン中で行うことができる。厚みが一定値に達したとき膜は乾燥したものとみなされる。
【０１１７】
上記の記載を当業者が読んだ場合、いくつかの修正点および改良点を思いつくであろう。例として、基板の陽極酸化処理と引き続く被覆に対し、指定した層の厚みになるように制御する実時間プロセスは、単色光または多色光の照射または検出と、ＦＦＴに基づく厚み測定の評価アルゴリズムを利用した光学干渉測定技術を用いて達成される可能性がある。同様に、手動または自動の多軸位置決めシステムによる、関心のある面全面にわたる１軸または多軸の運動を用いた層の厚みの統計的表面評価技術が、浸せきタンク中または検査ブース中における使用に適しているであろう。さらに、平面部材の多重表面（前面、裏面、側面）の測定も達成できる可能性がある。不規則な形の曲面に対する測定モードもまた達成できるであろう。
【０１１８】
また、部品ラック上の適当な測定点における測定も可能となるであろう。この測定は、正しい光学的スループットを得るための光学センサの並べ方と、試料部品ラック上のさまざまな点における測定プローブの配置による影響を受ける。さらに、部品の前面、裏面、または側面上の測定プローブの配置は利点があるであろう。加えて、厚みの統計的な変動を見出すことはプロセス制御および製品の品質と一様性において有用であろう。これは、関心のある望みの面積全面にわたる平均厚みの測定、関心のある望みの面積全面にわたる厚みの統計的変動の測定、または許容限界の測定によって影響を受けるであろう。
【０１１９】
すべての以上の修正点および改良点は、簡潔さおよび読みやすさのために削除されたが、当然前記請求項の範囲内に含まれるものとする。
【表１】
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【０１２０】
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【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の一側面である厚みモニタを含むインテリジェント被覆システムを表す。
【図２】本発明の一側面である図１の厚みモニタを含むインテリジェント被覆システムの詳細を表す。
【図３Ａ】本発明の一側面である図１および図２に表されているような、陽極酸化システムに使用可能な、基板に隣接したインテリジェント被覆システムの塗布冶具とプローブの構成図を示す。
【図３Ｂ】本発明の一側面である図１および図２に表されているような、陽極酸化システムに使用可能な、基板に隣接したインテリジェント被覆システムの塗布冶具とプローブの別の構成図を示す。
【図３Ｃ】本発明の一側面である図１および図２に表されているような、陽極酸化システムに使用可能な、基板に隣接したインテリジェント被覆システムの塗布冶具とプローブのもう一つの構成図を示す。
【図４】本発明の一側面である図１および図２に表されているような、インテリジェント被覆システムを用いて形成できる基板上の製品の図を示す。
【図５】本発明の一側面である図１および図２に表されているような、インテリジェント被覆システムに学習させることが可能な制御器のブロック図を示す。
【図６】本発明の一側面である図１および図２に表されているような、インテリジェント被覆システムを学習させることが可能な複数のデータ行列を示す。
【図７】本発明の一側面である図１および図２に表されているような、インテリジェント被覆システムを学習させることが可能な直線的および非直線的な製品累積厚みのグラフを示す。
【図９】顕微鏡データと比較した各測定の平均値と標準偏差を示す。
【図１０】固定点測定と比較した走査測定を示す。
【図１１】三つの異なった厚みレベルをもつ三つの（検証用）試験パネルを示す。
【図１２】システムの固定点測定精度と装置の正確さを証明するため、走査した厚みのデータと固定点測定データとの比較を示す。
【図１３】図１３Ａ及び１３Ｂは、行われた試験に対する各試験片／位置における厚みの変動を示す。
【図１４】図１４Ａ及び１４Ｂは、行われた試験に対する各試験片／位置における厚みの変動を示す。
【図１５】図１５Ａ及び１５Ｂは、行われた試験に対する各試験片／位置における厚みの変動を示す。
【図１６】図１６Ａ及び１６Ｂは、行われた試験に対する各試験片／位置における厚みの変動を示す。
【図１７】図１７Ａ及び１７Ｂは、その概略的な形と詳細を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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