專利名稱：金屬板表面油膜厚度測定方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及理化檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種油膜厚度測定方法及裝置。
背景技術(shù)：
在鍍錫板生產(chǎn)工藝中，一般用表面涂油的方法來防止生銹或劃傷，涂油量一般為 3-8mg/M2，涂油量過多或過少都會影響下道工序的生產(chǎn)。因此涂油量是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重 要因素，冷軋廠將涂油量作為質(zhì)量控制的重要指標(biāo)，并將測試結(jié)果來實(shí)時指導(dǎo)、調(diào)整涂油工 藝。如果無法及時獲取涂油量測試結(jié)果，可能會影響到鍍錫板的生產(chǎn)物流。專利CN92221096. 9介紹了一種潤滑介質(zhì)膜厚度測量儀，當(dāng)油膜厚度非常小時，鋼 球表面將吸收一部分光波的能量，使反射光強(qiáng)度變?nèi)?。油膜厚度與反射光強(qiáng)度之間有確定 的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)儀器結(jié)構(gòu)確定后就能通過反射光強(qiáng)度的變化測定油膜厚度。所述的測量儀 由鋼球、玻璃盤、光源、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、顯微鏡、光探測器、計算機(jī)和圖象監(jiān)視器組成，被測潤滑介 質(zhì)膜置于鋼球和玻璃盤之間；所述的玻璃盤與驅(qū)動機(jī)構(gòu)相對固定安裝，所述的光源置于玻 璃盤的一側(cè)；所述的顯微鏡置于玻璃盤另一側(cè)，所述的光探測器置于顯微鏡后方，并將顯微 鏡中的光強(qiáng)信號依次傳遞到計算機(jī)和圖象監(jiān)視器；其原理是利用發(fā)射光強(qiáng)度的變化來檢測 油膜厚度。專利CN93104866. 4介紹了一種測量點(diǎn)、線之間潤滑油膜厚度的方法，屬于薄膜厚 度的測量方法。該方法用光線通過半透半反膜和要測的油膜，產(chǎn)生不同光程的反射，形成干 涉環(huán)，干涉環(huán)上有明暗不同的光環(huán)，測出光環(huán)上各點(diǎn)的干涉光強(qiáng)，得出最大干涉光強(qiáng)，最小 干涉光強(qiáng)及干涉環(huán)中心區(qū)的干涉光強(qiáng)，同時再測得光線只通半透半反膜，不加潤滑油膜時 干涉環(huán)中心的干涉光強(qiáng)，即可按公式求得潤滑油膜的厚度；原理是利用檢測潤滑油膜添加 前后干涉光強(qiáng)的變化來測定油膜厚度。另外現(xiàn)在使用的測定鍍錫板油膜厚度的技術(shù)有兩種物理法和消光法。物理法的原理為將被測樣品在長方形的水槽中上下清洗，使油膜脫離樣品表面而 漂浮在水面上。驅(qū)動特定的裝置將油膜匯集到一個區(qū)域，當(dāng)匯集到一個設(shè)定的厚度時，傳感 器會輸出響應(yīng)信號，此時通過測定油膜在水槽的長度來計算油膜的體積(水槽寬度與油膜 厚度為已知量)，除以被測樣品的表面積，即可計算出油膜厚度。這種測試方法能獲得合適 的精度和準(zhǔn)確度，但是它的缺點(diǎn)也是相當(dāng)明顯的樣品的前處理工作比較復(fù)雜，檢測效率低 下，每塊樣品的分析時間約為10分鐘，由于生產(chǎn)線的工藝要依據(jù)測試結(jié)果來調(diào)整，因此對 分析速度有嚴(yán)格的要求，以目前冷軋廠的產(chǎn)量及每卷板材頭尾各檢測左、中、右三塊樣品的 檢驗(yàn)要求，這種方法一般僅用于儀器的校正和臨時應(yīng)急分析用，不太適合于檢驗(yàn)量大的生 產(chǎn)場合；且每次分析都會消耗大量的蒸餾水，不符合環(huán)保節(jié)能降耗的理念。消光法原理是利用橢圓偏振光的消光特性。即在樣品表面有油膜的狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn) 起偏器和檢偏器，使檢偏器后的光電倍增管獲得全黑光強(qiáng)。然后清洗樣品表面的油膜，再次 旋轉(zhuǎn)起偏器，使得光電倍增管再次獲得全黑光強(qiáng)，起偏器旋轉(zhuǎn)的角度隨樣品表面油膜厚度 的不同而各異。根據(jù)預(yù)先制作的校正曲線，即可得到油膜的厚度。此種方法由于受到光路分辨率不高、消光位置容易誤差等因素影響，導(dǎo)致膜厚計算誤差，所以測量精度和準(zhǔn)確度不 甚理想，無法達(dá)到檢測要求，由于這種先天的缺陷無法消除，已經(jīng)停止了這種儀器的進(jìn)一步 研發(fā)和生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種金屬板表面油膜厚度測定方法及裝置，以 解決現(xiàn)有物理法檢測效率低不利于大規(guī)模生產(chǎn)，消光法檢測準(zhǔn)確度差的缺陷。一種金屬板表面油膜厚度測定方法，包括以下步驟1)固定待測樣品；2)用橢偏儀測量待測樣品，得到P波與S波的初始相位差A(yù)1 ;3)原位清洗油膜，保持待測樣品固定不動，用除油裝置將油膜清洗劑加熱氣化后 噴射在樣品表面，并維持一定的時間，徹底清除待測樣品表面的油膜；4)再用橢偏儀測量待測樣品除油后P波與S波的最終相位差^ ；5)分析得到油膜厚度，通過計算待測樣品的相對Δ值，g卩Δ = A1-Aci，代入相關(guān) 性曲線，最終得出油膜厚度。一種金屬板表面油膜厚度測定裝置，包括除油裝置、橢偏儀、樣品架和控制計算 機(jī)，待測樣品固定在樣品架上，所述的橢偏儀包括橢偏儀檢測單元和橢偏儀光源單元，兩個 單元的布置位置和樣品架相配合，所述的除油裝置的噴嘴位置對應(yīng)樣品架上的待測樣品。所述的樣品架為六位樣品旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過電磁鐵固定待測樣品。所述的橢偏儀的光源為50W石英鹵素?zé)簦馐睆? 5mm，光譜范圍370nm lOOOnm，偏振光入、出射角度70°。所述的除油裝置包括由管道順次連接的儲液罐、輸送泵、加熱罐、噴嘴電磁閥和噴 嘴，所述的儲液罐中裝有清洗劑，所述的加熱罐中裝有液位開關(guān)和加熱棒，除油裝置下方裝 有清洗排氣風(fēng)機(jī)，清洗排氣風(fēng)機(jī)的入口管道與清洗樣品的腔體相連，出口管道排出室外。所述的噴嘴為恒溫噴嘴。所述的清洗劑為二氯甲烷或三氯乙烯。所述的加熱罐壓力范圍為0. 6 lKg/cm2。本發(fā)明的檢測方法及其檢測裝置采用橢偏技術(shù)，偏振光照射樣品表面，其反射光 的相位差會發(fā)生變化，油膜厚度與相位差的變化值之間有確定的函數(shù)關(guān)系，通過檢測相對 相位差的變化值可以測定油膜厚度，這種裝置測量時無需定位消光位置，從而克服了因最 佳消光位置誤差而造成的膜厚計算誤差，大大提高了測量精度和準(zhǔn)確度；同時本測定方法 樣品前處理簡單，平均每塊樣品分析時間可達(dá)到1分鐘以內(nèi)；樣品分析過程無需消耗任何 蒸餾水，符合節(jié)能降耗的設(shè)計理念；另外本發(fā)明的測定裝置采用6位樣品自動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，一 次可以連續(xù)分析6塊樣品，極大地提高了勞動生產(chǎn)率。綜上所述本發(fā)明檢測精度、準(zhǔn)確度、 檢測效率均大大提高，滿足了大規(guī)模生產(chǎn)的需求，特別適用于鍍錫板生產(chǎn)檢驗(yàn)，能夠快速準(zhǔn) 確地測定鍍錫板表面油膜厚度，具有廣闊的市場前景和應(yīng)用推廣價值。


圖1為本發(fā)明金屬板表面油膜厚度測定裝置的主視示意圖2為本發(fā)明測定裝置的左視示意圖；圖3為本發(fā)明測定裝置的右視示意圖；圖4為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1儲液罐、2輸送泵、3清洗排氣風(fēng)機(jī)、4橢偏儀檢測單元、5樣品架、6橢偏儀 光源單元、7加熱棒、8加熱罐、9液位開關(guān)、10噴嘴電磁閥、11噴嘴、12待測樣品。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明表述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。參見圖1、2、3、4所示，一種金屬板表面油膜厚度測定裝置，包括除油裝置、橢偏 儀、樣品架5和控制計算機(jī)，所述的樣品架5為六位樣品旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，一次可放置6片待測樣 品12，通過電磁鐵吸附固定待測樣品12，電磁鐵的吸力要保證待測樣品12在噴射清洗油膜 過程中不被位移，六位樣品旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過設(shè)定步進(jìn)馬達(dá)的脈沖數(shù)及讀取光電傳感器控制信 號的雙重控制措施來達(dá)到精確定位的目的，當(dāng)分析過程中步進(jìn)馬達(dá)失步時，光電傳感器信 號不會導(dǎo)通，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將自動初始化后回到需要分析樣品的位置，保證樣品架5的精確定 位。所述的橢偏儀包括橢偏儀檢測單元4和橢偏儀光源單元6，兩個單元的布置位置和樣品 架5相配合，橢偏儀優(yōu)選的實(shí)施條件為使用的光源為50W石英鹵素?zé)?，光束直? 5mm，光 譜范圍370nm lOOOnm，偏振光入、出射角度70°，50w鹵素?zé)裟軌颢@得足夠的光強(qiáng)，提高功 率將減少使用壽命，試驗(yàn)證明70°的入射角得到的△靈敏度最高。所述的除油裝置的噴嘴 11位置對應(yīng)樣品架5上的待測樣品12。所述的除油裝置包括由管道順次連接的儲液罐1、 輸送泵2、加熱罐8、噴嘴電磁閥10和噴嘴11，所述的儲液罐1中裝有清洗劑，所述的加熱罐 8中裝有液位開關(guān)9和加熱棒7，除油裝置下方裝有清洗排氣風(fēng)機(jī)3，排氣風(fēng)機(jī)3的入口管道 與清洗樣品的腔體相連，出口管道排出室外，清洗劑通常選用二氯甲烷或三氯乙烯，因?yàn)槎?氯甲烷或三氯乙烯對人體有害，從安全保護(hù)角度出發(fā)，清洗油膜的過程在一個相對密閉的 空間完成，完成后用清洗排氣風(fēng)機(jī)3迅速排出室外，考慮到三氯乙烯對人體的毒性更強(qiáng)，所 以從安全角度來講，不推薦使用。為確保清洗劑保持氣態(tài)，噴嘴11選定恒溫噴嘴以確保氣化效果。其中加熱罐8是 加熱油膜清洗劑的罐體，由專用加熱棒7負(fù)責(zé)加熱油膜清洗劑，其沸點(diǎn)設(shè)定為目標(biāo)溫度，并 設(shè)有安全閥，加熱罐8內(nèi)壓力范圍為0.6 lKg/cm2，一旦過載會自動打開卸壓，以確保安 全；加熱罐8內(nèi)安裝液位開關(guān)9，一旦液位低于目標(biāo)值，加熱棒7將停止工作，此時輸送泵2 將自動開啟，將儲液罐1中的清洗劑補(bǔ)充到加熱罐8。清洗劑加熱氣化后通過恒溫噴嘴噴射 在待測樣品12表面，并維持一定的時間，使得待測樣品12表面的油膜徹底被清除，同時不 能殘留在待測樣品12表面形成新的膜層而影響分析結(jié)果?？刂朴嬎銠C(jī)主要控制各個被執(zhí)行器件的動作，包括加熱、補(bǔ)液、噴射、六位樣品旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)及修正；監(jiān)控裝置狀態(tài)，包括加熱溫度、壓力、六位樣品旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位置等；控 制橢偏儀并讀取橢偏儀測試信息，通過預(yù)先制作的校正曲線計算得出油膜厚度結(jié)果；數(shù)據(jù) 存儲、查詢及傳送等功能。
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在測定未知樣品以前，應(yīng)對儀器進(jìn)行校正。獲得相關(guān)性曲線的方法是對同一粗糙 度的基板按油膜厚度由厚至薄取5種或以上的樣品，每種樣品取兩塊(即5組樣品，每組2 塊)。將同一組的2塊樣品分別在本裝置和親水天平上測試。由本發(fā)明的裝置測得的相對 Δ值(A1-Aci)與親水天平上測得的油膜厚度(根據(jù)樣品可獲得5組以上數(shù)據(jù))計算出相 關(guān)性公式，并用相關(guān)性曲線表示。不同粗糙度的基板有不同的相關(guān)性曲線，測定時可以根據(jù) 實(shí)際樣品，調(diào)用相應(yīng)的相關(guān)性曲線得到結(jié)果。一種金屬板表面油膜厚度測定方法，包括以下步驟1)固定待測樣品12 ；2)用橢偏儀測量待測樣品12，得到P波與S波的初始相位差Δ :；3)原位清洗油膜，保持待測樣品12固定不動，用除油裝置將油膜清洗劑加熱氣化 后噴射在樣品表面，并維持一定的時間，徹底清除待測樣品12表面的油膜；4)再用橢偏儀測量待測樣品12除油后P波與S波的最終相位差Δ ^ ；5)分析得到油膜厚度，通過計算待測樣品12的相對Δ值，g卩Δ = Λ「Λ0，代入 相關(guān)性曲線，最終得出油膜厚度。測定過程首先將待測樣品12吸附在樣品架5的電磁鐵上，根據(jù)待測樣品12量可加載一到 六塊待測樣品12。應(yīng)用軟件接收開始分析指令后，控制計算機(jī)首先控制橢偏儀讀取初始相 位差A(yù)1 ；然后自動打開噴嘴電磁閥10，加熱灌中的氣態(tài)清洗劑噴射到待測樣品12表面，根 據(jù)實(shí)際情況可事先設(shè)定噴射時間以保證除油效果；等幾秒鐘，等待測樣品12表面的清洗劑 完全揮發(fā)后，再次控制橢偏儀讀取油膜清洗后的最終相位差A(yù)ci ；控制計算機(jī)通過軟件計算 出兩個相位差的差值Δ，通過預(yù)先制作的相關(guān)性曲線，計算得出油膜厚度結(jié)果，計算結(jié)果在 畫面中顯示出來，并自動將平均值存儲和傳送。
權(quán)利要求
一種金屬板表面油膜厚度測定方法，包括以下步驟1)固定待測樣品(12)；2)用橢偏儀測量待測樣品(12)，得到P波與S波的初始相位差Δ1；3)原位清洗油膜，保持待測樣品(12)固定不動，用除油裝置將油膜清洗劑加熱氣化后噴射在樣品表面，并維持一定的時間，徹底清除待測樣品(12)表面的油膜；4)再用橢偏儀測量待測樣品(12)除油后P波與S波的最終相位差Δ0；5)分析得到油膜厚度，通過計算待測樣品(12)的相對Δ值，即Δ＝Δ1 Δ0，代入相關(guān)性曲線，最終得出油膜厚度。
2.一種金屬板表面油膜厚度測定裝置，包括除油裝置、橢偏儀、樣品架和控制計算機(jī)， 其特征是待測樣品(12)固定在樣品架上，所述的橢偏儀包括橢偏儀檢測單元(4)和橢偏 儀光源單元(6)，兩個單元的布置位置和樣品架(5)相配合，所述的除油裝置的噴嘴(11)位 置對應(yīng)樣品架(5)上的待測樣品(12)。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬板表面油膜厚度測定裝置，其特征是所述的樣品架(5) 為六位樣品旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過電磁鐵固定待測樣品12。
4.如權(quán)利要求2所述的金屬板表面油膜厚度測定裝置，其特征是所述的橢偏儀的光 源為50W石英鹵素?zé)?，光束直? 5mm，光譜范圍370nm lOOOnm，偏振光入、出射角度 70°。
5.如權(quán)利要求2所述的金屬板表面油膜厚度測定裝置，其特征是所述的除油裝置包 括由管道順次連接的儲液罐(1)、輸送泵(2)、加熱罐(8)、噴嘴電磁閥(10)和噴嘴(11)，所 述的儲液罐(1)中裝有清洗劑，所述的加熱罐(8)中裝有液位開關(guān)(9)和加熱棒(7)，除油 裝置下方裝有清洗排氣風(fēng)機(jī)(3)，清洗排氣風(fēng)機(jī)(3)的入口管道與清洗樣品的腔體相連，出 口管道排出室外。
6.如權(quán)利要求5所述的金屬板表面油膜厚度測定裝置，其特征是所述的噴嘴(11)為 恒溫噴嘴。
7.如權(quán)利要求5所述的金屬板表面油膜厚度測定裝置，其特征是所述的清洗劑為二 氯甲烷或三氯乙烯。
8.如權(quán)利要求5所述的金屬板表面油膜厚度測定裝置，其特征是所述的加熱罐(8) 壓力范圍為0. 6 lKg/cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及理化檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種油膜厚度測定方法及裝置。一種金屬板表面油膜厚度測定裝置，包括除油裝置、橢偏儀和樣品架。一種金屬板表面油膜厚度測定方法，包括以下步驟1)固定待測樣品；2)用橢偏儀測量P波與S波的初始相位差Δ1；3)原位清洗油膜；4)再用橢偏儀測量除油后P波與S波的最終相位差Δ0；5)計算待測樣品的相對Δ值，通過相對Δ值分析得到油膜厚度。本發(fā)明檢測過程中無需蒸餾水，符合節(jié)能降耗的設(shè)計理念，檢測精度、準(zhǔn)確度、檢測效率均大大提高，每次檢測所需時間在1分鐘以內(nèi)，滿足了大規(guī)模生產(chǎn)的需求，特別適用于鍍錫板生產(chǎn)檢驗(yàn)，能夠快速準(zhǔn)確地測定鍍錫板表面油膜厚度，具有廣闊的市場前景和應(yīng)用推廣價值。
文檔編號G01B11/06GK101936712SQ200910054379
公開日2011年1月5日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者周明杰, 周星, 李蕾, 武紅衛(wèi), 湯浩波, 王平, 田慧玲, 鄒誠, 黃曉斌 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司;上海寶鋼工業(yè)檢測公司