一種共聚焦測量塗鍍層厚度的方法

2023-09-16 21:56:00

一種共聚焦測量塗鍍層厚度的方法
【專利摘要】本發明提供一種共聚焦測量塗鍍層厚度的方法，採用機械手段在塗鍍層表面鑽出圓錐型小孔，利用雷射共聚焦顯微鏡三維成像技術對剖面為V型孔進行成像處理，採用共聚焦高度差測量功能測量V型孔內塗鍍層與基板結合部和塗鍍層外表面之間的高度差，從而分別確定彩塗塗層面漆厚度、熱浸鍍層厚度及彩塗塗層底漆厚度。本發明勿須考慮圓錐度等問題，可真實再現塗鍍層厚度，極大提高測量精度，並可測量微區塗鍍層厚度，考查塗鍍層的均勻性。根據塗鍍層與基板的自身特點略加改變，本發明方法可適用於電鍍層、PVD鍍層、CVD鍍層等多種類型塗鍍層厚度測量。
【專利說明】一種共聚焦測量塗鍍層厚度的方法
[0001]【技術領域】
本發明屬於檢測【技術領域】，尤其涉及一種機械鑽孔結合共聚焦測量塗鍍層厚度的方法。
【背景技術】
[0002]塗鍍層已被廣泛應用於各種產品之中，塗鍍層因其特殊的性能，在各個領域能發揮著極大的作用，如增強產品的表面美感；使產品表面具有一些基板無法達到的特性(絕熱性、超導性等);並可提高產品的耐蝕性、耐磨性等。
[0003]塗鍍層厚度的控制很大程度上影響著材料的使用性能，特別在耐蝕性和耐磨性等方面塗鍍層的薄厚直接影響材料的使用壽命。在各種工藝參數下得到的塗鍍層厚度，需要通過一定的檢測手段進行測量來確定工藝控制下的層厚是否達到要求，因此塗鍍層厚度測量的準確程度至關重要。目前關於塗鍍層厚度精確測量的文獻和專利較少。
[0004]對於熱鍍鍍層來說，厚度測量方法主要包括在線X射線檢測、實驗室化學法測量，這主要是針對宏觀的測量方法。
[0005]一般情況下，熱浸鍍鍍層在鍍層與基板之間存在合金層，主要為含鐵的金屬化合物，如Fe-Al相、Fe-Zn相等，當合金層的Fe含量較高時易使X射線出現誤判，因此X射線法測量的鍍層厚度往往忽略了一小部分鍍層合金層的厚度，實際生產中主要表現為當鍍層較薄時，即合金層所含比重較大時，X射線測得的鍍層厚度與掃描電鏡下觀察的厚度值相差較大。
[0006]化學法即將鍍層退鍍後採用失重方法測量局部區域的鍍層質量，但無法準確給出鍍層厚度沿板寬的分布，也較難判定板帶正反兩面的鍍層均勻性。
[0007]對於大多數塗鍍層，如彩塗塗層、PVD、CVD等鍍層，掃描電鏡法和光鏡法是較為常用的厚度測量方法，即將鍍層鋼板製成截面樣品並研磨拋光腐蝕後在掃描電鏡下觀察鍍層厚度，該方法首要的問題是能否保證樣品截面垂直於樣品臺面，並在研磨和拋光過程中保證塗鍍層的完整性，此外如要考察塗鍍層均勻性問題時，需大量制樣並對每個樣品進行掃描分析，工作量較大，耗時較長。
[0008]機械鑽孔法在彩塗塗層厚度測量中應用較為廣泛，該方法主要配合普通光鏡進行直線測量，再除以圓錐角度一半的正切值。普通光鏡只能測量鑽孔內塗層的兩點距離，而鑽孔邊緣往往會因為機械應力等原因，造成邊緣隆起，測量準確度存在異議，此外，圓錐鑽頭在長期使用過程中，錐面難免會有磨損，使實際的錐度或多或少的發生改變，對結果的準確性造成影響。

【發明內容】

[0009]本發明旨在提供一種不受圓錐度影響，可真實再現塗鍍層厚度，提高測量精度，並可測量微區塗鍍層厚度和考查塗鍍層均勻性的機械鑽孔結合共聚焦測量塗鍍層厚度的方法。[0010]為此，本發明所採取的解決方案是:
一種共聚焦測量塗鍍層厚度的方法，其特徵在於，採用機械手段在塗鍍層表面鑽出圓錐型小孔，利用雷射共聚焦顯微鏡三維成像技術對剖面為V型孔進行成像處理，採用共聚焦高度差測量功能測量V型孔內塗鍍層與基板結合部和塗鍍層外表面之間的高度差，從而確定塗鍍層厚度；其具體操作步驟為:
(1)、彩塗塗層面漆厚度測量:
a、利用V型鑽頭在鋼板塗層表面鑽出錐度在15°?60°的圓錐型小孔，孔深延伸到基材鋼板內部；
b、將V型孔放在雷射共聚焦顯微鏡載物臺上，在可見光模式下進行聚焦，使圖像清晰地出現在圖像顯示區域裡，將可見光模式切換為雷射模式；
C、在雷射模式下對V型孔區域進行逐層掃描，得到V孔區的二維形貌圖；
d、對二維形貌圖進行濾波處理和噪音消除處理，將二維形貌圖切換為三維形貌，得到V型孔區域的三維實物形貌；
e、雷射共聚焦測量:塗層面漆厚度測量:選取V型孔內塗層底部與基板結合部的測量點，測量該點與塗層外表面之間的高度差，即為待測塗層的厚度；
(2)、熱浸鍍層層厚測量:
a、V型孔腐蝕處理；採用0.5?2vol%硝酸酒精對V型孔區域進行腐蝕處理，用酒精將V型孔區域清洗乾淨，使鍍層和基板在共聚焦顯微鏡下呈現不同色差或形貌；
b、將V型孔放在雷射共聚焦顯微鏡載物臺上，在可見光模式下進行聚焦，使圖像清晰地出現在圖像顯示區域裡，將可見光模式切換為雷射模式；
C、在雷射模式下對V型孔區域進行逐層掃描，得到V孔區的二維形貌圖；
d、對二維形貌圖進行濾波處理和噪音消除處理，將二維形貌圖切換為三維形貌圖，得到V型孔區域的三維實物形貌；
e、雷射共聚焦測量:鍍層厚度測量:選取V型孔內鍍層底部與基板結合部的測量點，測量該點與鍍層外表面之間的高度差，即為待測鍍層的厚度；
(3)彩塗塗層底漆厚度測量:
a、將V型孔放在雷射共聚焦顯微鏡的載物臺上，在可見光模式下進行聚焦，使圖像清晰地出現在圖像顯示區域裡，將可見光模式切換為雷射模式；
b、在雷射模式下對V型孔區域進行逐層掃描，得到V孔區的二維形貌圖；
C、對二維形貌圖進行濾波處理和噪音消除處理，將二維形貌圖切換為三維形貌圖，得到V型孔區域的三維實物形貌；
d、雷射共聚焦的測量:彩塗塗層底漆厚度測量:測量基板與面漆之間的底漆厚度時，直接選取V型孔內底漆與基板結合部的測量點和底漆與面漆結合部的測量點，測量該兩點之間的高度差，即為底漆的厚度。
[0011]但對於彩塗塗層底漆來說，由於上部有面漆保護，在鑽V型孔後，底漆的隆起幅度非常小，可以忽略，因此可直接利用底漆與基板結合部的測量點和底漆與面漆結合部的測量點進行底漆厚度的測量。
[0012]在對彩塗塗層面漆厚度和熱浸鍍層層厚進行雷射共聚焦測量時，其外表面測量點遠離V型孔區域，距離大於V型孔邊緣隆起寬度的2倍，以防邊緣隆起造成的測量誤差。[0013]本發明的有益效果為:
本發明採取機械鑽孔結合雷射共聚焦顯微鏡精確測量塗鍍層厚度的方法，克服了已有技術在塗鍍層厚度測量方法上的不足和測量精度的缺陷，簡單易行，勿須考慮圓錐度等問題，可真實再現塗鍍層厚度，極大提高測量精度和工作效率，並可測量微區塗鍍層厚度，考查塗鍍層的均勻性。另外，根據塗鍍層與基板的自身特點略加改變，本發明方法還可適用於電鍍層、PVD鍍層、CVD鍍層等多種類型塗鍍層厚度測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發明樣品鑽孔剖面示意圖；
圖2是彩塗板V型孔的三維形貌圖；
圖3是圖2中測量點I與測量點2的高度差輪廓曲線圖；
圖4是鍍鋅層V型孔區域的三維形貌圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例1:
採用彩塗塗層鋼板，利用V型鑽孔和雷射共聚焦技術結合測量彩塗塗層面漆的厚度。
[0016]I)採用錐度為30°圓錐錐頭在彩塗鋼板表面鑽出V型孔，孔深為0.15_。見圖1
2)在雷射共聚焦顯微鏡可見光模式下聚焦V型孔區域，待清晰後，進入雷射模式。
[0017]3)雷射模式下逐層掃描，得到V型孔的二維形貌。
[0018]4)對二維形貌圖進行噪聲和濾波處理，切換為三維形貌，如圖2所示。
[0019]5)選取圖2中彩塗塗層與基板結合部的測量點I和遠離V型孔邊緣隆起2.5倍距離的測量點2，在測量模式下讀取點I和點2之間的高度差，得到彩塗塗層厚度為
9.156 μ m,高度差的輪廓線如圖3所示。
[0020]實施例2:
採用熱浸鍍鋅層鋼板，利用V型鑽孔和雷射共聚焦技術結合測量鍍鋅層的厚度。
[0021]I)採用錐度為20°圓錐錐頭在彩塗鋼板表面鑽出V型孔，孔深約為0.15_。
[0022]2)採用0.5vol%的硝酸酒精對V型孔區域進行腐蝕，以使鋅層和基板在共聚焦模式下區分開。
[0023]2)在雷射共聚焦顯微鏡可見光模式下聚焦V型孔區域，待清晰後，進入雷射模式。
[0024]3)雷射模式下逐層掃描，得到V型孔的二維形貌。
[0025]4)對二維形貌圖進行噪聲和濾波處理，切換為三維形貌，圖4給出鍍鋅層V型孔區的三維形貌圖，圖4中還可觀察到鍍鋅層與基板之間的合金層。
[0026]5)選取圖4中鍍鋅層與基板結合部的測量點I和遠離V型孔邊緣隆起2.7倍距離的測量點2，在測量模式下讀取點I和點2之間的高度差，得到鍍鋅層厚度為10.37 μ m。
[0027]實施例3:
採用彩塗塗層鋼板，利用V型鑽孔和雷射共聚焦技術結合測量彩塗塗層底漆的厚度。
[0028]I)採用錐度為60°圓錐錐頭在彩塗鋼板表面鑽出V型孔，孔深為0.15mm。[0029]2)在雷射共聚焦顯微鏡可見光模式下聚焦V型孔區域，待清晰後，進入雷射模式。
[0030]3)雷射模式下逐層掃描，得到V型孔的二維形貌。
[0031]4)對二維形貌圖進行噪聲和濾波處理，切換為三維形貌，得到V型孔的三維形貌圖。
[0032]5)直接選取彩塗塗層面漆與底漆結合部的測量點和底漆與基板結合部的測量點進行高度差測量，從而得到底漆的厚度，本實施例中得到底漆的厚度為4.8 μ m。
【權利要求】
1.一種共聚焦測量塗鍍層厚度的方法，其特徵在於，採用機械手段在塗鍍層表面鑽出圓錐型小孔，利用雷射共聚焦顯微鏡三維成像技術對剖面為V型孔進行成像處理，採用共聚焦高度差測量功能測量V型孔內塗鍍層與基板結合部和塗鍍層外表面之間的高度差，從而確定塗鍍層厚度；其具體操作步驟為: (1)、彩塗塗層面漆厚度測量: a、利用V型鑽頭在鋼板塗層表面鑽出錐度在15°?60°的圓錐型小孔，孔深延伸到基板內部； b、將V型孔放在雷射共聚焦顯微鏡載物臺上，在可見光模式下進行聚焦，使圖像清晰地出現在圖像顯示區域裡，將可見光模式切換為雷射模式； C、在雷射模式下對V型孔區域進行逐層掃描，得到V孔區的二維形貌圖； d、對二維形貌圖進行濾波處理和噪音消除處理，將二維形貌圖切換為三維形貌，得到V型孔區域的三維實物形貌； e、雷射共聚焦測量:塗層面漆厚度測量:選取V型孔內塗層底部與基板結合部的測量點，測量該點與塗層外表面之間的高度差，即為待測塗層的厚度； (2)、熱浸鍍層層厚測量: a、V型孔腐蝕處理；採用0.5?2vol%硝酸酒精對V型孔區域進行腐蝕處理，用酒精將V型孔區域清洗乾淨，使鍍層和基板在共聚焦顯微鏡下呈現不同色差或形貌； b、將V型孔放在雷射共聚焦顯微鏡載物臺上，在可見光模式下進行聚焦，使圖像清晰地出現在圖像顯示區域裡，將可見光模式切換為雷射模式； C、在雷射模式下對V型孔區域進行逐層掃描，得到V孔區的二維形貌圖； d、對二維形貌圖進行濾波處理和噪音消除處理，將二維形貌圖切換為三維形貌圖，得到V型孔區域的三維實物形貌； e、雷射共聚焦測量:鍍層厚度測量:選取V型孔內鍍層底部與基板結合部的測量點，測量該點與鍍層外表面之間的高度差，即為待測鍍層的厚度； (3)彩塗塗層底漆厚度測量: a、將V型孔放在雷射共聚焦顯微鏡的載物臺上，在可見光模式下進行聚焦，使圖像清晰地出現在圖像顯示區域裡，將可見光模式切換為雷射模式； b、在雷射模式下對V型孔區域進行逐層掃描，得到V孔區的二維形貌圖； C、對二維形貌圖進行濾波處理和噪音消除處理，將二維形貌圖切換為三維形貌圖，得到V型孔區域的三維實物形貌； d、雷射共聚焦測量:彩塗塗層底漆厚度測量:測量基板與面漆之間的底漆厚度時，直接選取V型孔內底漆與基板結合部的測量點和底漆與面漆結合部的測量點，測量該兩點之間的高度差，即為底漆的厚度。
2.根據權利要求1所述的共聚焦測量塗鍍層厚度的方法，其特徵在於，在對彩塗塗層面底漆厚度和熱浸鍍層厚度進行雷射共聚焦測量時，其外表面測量點遠離V型孔區域，距離大於V型孔邊緣隆起寬度的2倍。
【文檔編號】G01N21/84GK103453839SQ201310405327
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】楊洪剛, 李鋒, 呂家舜, 周芳, 徐承明, 王永明 申請人:鞍鋼股份有限公司