一種共聚焦測(cè)量涂鍍層厚度的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種共聚焦測(cè)量涂鍍層厚度的方法，采用機(jī)械手段在涂鍍層表面鉆出圓錐型小孔，利用激光共聚焦顯微鏡三維成像技術(shù)對(duì)剖面為V型孔進(jìn)行成像處理，采用共聚焦高度差測(cè)量功能測(cè)量V型孔內(nèi)涂鍍層與基板結(jié)合部和涂鍍層外表面之間的高度差，從而分別確定彩涂涂層面漆厚度、熱浸鍍層厚度及彩涂涂層底漆厚度。本發(fā)明勿須考慮圓錐度等問(wèn)題，可真實(shí)再現(xiàn)涂鍍層厚度，極大提高測(cè)量精度，并可測(cè)量微區(qū)涂鍍層厚度，考查涂鍍層的均勻性。根據(jù)涂鍍層與基板的自身特點(diǎn)略加改變，本發(fā)明方法可適用于電鍍層、PVD鍍層、CVD鍍層等多種類型涂鍍層厚度測(cè)量。
【專利說(shuō)明】一種共聚焦測(cè)量涂鍍層厚度的方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明屬于檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種機(jī)械鉆孔結(jié)合共聚焦測(cè)量涂鍍層厚度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]涂鍍層已被廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品之中，涂鍍層因其特殊的性能，在各個(gè)領(lǐng)域能發(fā)揮著極大的作用，如增強(qiáng)產(chǎn)品的表面美感；使產(chǎn)品表面具有一些基板無(wú)法達(dá)到的特性(絕熱性、超導(dǎo)性等);并可提高產(chǎn)品的耐蝕性、耐磨性等。
[0003]涂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涂鍍層的薄厚直接影響材料的使用壽命。在各種工藝參數(shù)下得到的涂鍍層厚度，需要通過(guò)一定的檢測(cè)手段進(jìn)行測(cè)量來(lái)確定工藝控制下的層厚是否達(dá)到要求，因此涂鍍層厚度測(cè)量的準(zhǔn)確程度至關(guān)重要。目前關(guān)于涂鍍層厚度精確測(cè)量的文獻(xiàn)和專利較少。
[0004]對(duì)于熱鍍鍍層來(lái)說(shuō)，厚度測(cè)量方法主要包括在線X射線檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室化學(xué)法測(cè)量，這主要是針對(duì)宏觀的測(cè)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(dāng)合金層的Fe含量較高時(shí)易使X射線出現(xiàn)誤判，因此X射線法測(cè)量的鍍層厚度往往忽略了一小部分鍍層合金層的厚度，實(shí)際生產(chǎn)中主要表現(xiàn)為當(dāng)鍍層較薄時(shí)，即合金層所含比重較大時(shí)，X射線測(cè)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(xué)法即將鍍層退鍍后采用失重方法測(cè)量局部區(qū)域的鍍層質(zhì)量，但無(wú)法準(zhǔn)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(duì)于大多數(shù)涂鍍層，如彩涂涂層、PVD、CVD等鍍層，掃描電鏡法和光鏡法是較為常用的厚度測(cè)量方法，即將鍍層鋼板制成截面樣品并研磨拋光腐蝕后在掃描電鏡下觀察鍍層厚度，該方法首要的問(wèn)題是能否保證樣品截面垂直于樣品臺(tái)面，并在研磨和拋光過(guò)程中保證涂鍍層的完整性，此外如要考察涂鍍層均勻性問(wèn)題時(shí)，需大量制樣并對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行掃描分析，工作量較大，耗時(shí)較長(zhǎng)。
[0008]機(jī)械鉆孔法在彩涂涂層厚度測(cè)量中應(yīng)用較為廣泛，該方法主要配合普通光鏡進(jìn)行直線測(cè)量，再除以圓錐角度一半的正切值。普通光鏡只能測(cè)量鉆孔內(nèi)涂層的兩點(diǎn)距離，而鉆孔邊緣往往會(huì)因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)力等原因，造成邊緣隆起，測(cè)量準(zhǔn)確度存在異議，此外，圓錐鉆頭在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，錐面難免會(huì)有磨損，使實(shí)際的錐度或多或少的發(fā)生改變，對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明旨在提供一種不受圓錐度影響，可真實(shí)再現(xiàn)涂鍍層厚度，提高測(cè)量精度，并可測(cè)量微區(qū)涂鍍層厚度和考查涂鍍層均勻性的機(jī)械鉆孔結(jié)合共聚焦測(cè)量涂鍍層厚度的方法。[0010]為此，本發(fā)明所采取的解決方案是:
一種共聚焦測(cè)量涂鍍層厚度的方法，其特征在于，采用機(jī)械手段在涂鍍層表面鉆出圓錐型小孔，利用激光共聚焦顯微鏡三維成像技術(shù)對(duì)剖面為V型孔進(jìn)行成像處理，采用共聚焦高度差測(cè)量功能測(cè)量V型孔內(nèi)涂鍍層與基板結(jié)合部和涂鍍層外表面之間的高度差，從而確定涂鍍層厚度；其具體操作步驟為:
(1)、彩涂涂層面漆厚度測(cè)量:
a、利用V型鉆頭在鋼板涂層表面鉆出錐度在15°?60°的圓錐型小孔，孔深延伸到基材鋼板內(nèi)部；
b、將V型孔放在激光共聚焦顯微鏡載物臺(tái)上，在可見(jiàn)光模式下進(jìn)行聚焦，使圖像清晰地出現(xiàn)在圖像顯示區(qū)域里，將可見(jiàn)光模式切換為激光模式；
C、在激光模式下對(duì)V型孔區(qū)域進(jìn)行逐層掃描，得到V孔區(qū)的二維形貌圖；
d、對(duì)二維形貌圖進(jìn)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(qū)域的三維實(shí)物形貌；
e、激光共聚焦測(cè)量:涂層面漆厚度測(cè)量:選取V型孔內(nèi)涂層底部與基板結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量該點(diǎn)與涂層外表面之間的高度差，即為待測(cè)涂層的厚度；
(2)、熱浸鍍層層厚測(cè)量:
a、V型孔腐蝕處理；采用0.5?2vol%硝酸酒精對(duì)V型孔區(qū)域進(jìn)行腐蝕處理，用酒精將V型孔區(qū)域清洗干凈，使鍍層和基板在共聚焦顯微鏡下呈現(xiàn)不同色差或形貌；
b、將V型孔放在激光共聚焦顯微鏡載物臺(tái)上，在可見(jiàn)光模式下進(jìn)行聚焦，使圖像清晰地出現(xiàn)在圖像顯示區(qū)域里，將可見(jiàn)光模式切換為激光模式；
C、在激光模式下對(duì)V型孔區(qū)域進(jìn)行逐層掃描，得到V孔區(qū)的二維形貌圖；
d、對(duì)二維形貌圖進(jìn)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(qū)域的三維實(shí)物形貌；
e、激光共聚焦測(cè)量:鍍層厚度測(cè)量:選取V型孔內(nèi)鍍層底部與基板結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量該點(diǎn)與鍍層外表面之間的高度差，即為待測(cè)鍍層的厚度；
(3)彩涂涂層底漆厚度測(cè)量:
a、將V型孔放在激光共聚焦顯微鏡的載物臺(tái)上，在可見(jiàn)光模式下進(jìn)行聚焦，使圖像清晰地出現(xiàn)在圖像顯示區(qū)域里，將可見(jiàn)光模式切換為激光模式；
b、在激光模式下對(duì)V型孔區(qū)域進(jìn)行逐層掃描，得到V孔區(qū)的二維形貌圖；
C、對(duì)二維形貌圖進(jìn)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(qū)域的三維實(shí)物形貌；
d、激光共聚焦的測(cè)量:彩涂涂層底漆厚度測(cè)量:測(cè)量基板與面漆之間的底漆厚度時(shí)，直接選取V型孔內(nèi)底漆與基板結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)和底漆與面漆結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量該兩點(diǎn)之間的高度差，即為底漆的厚度。
[0011]但對(duì)于彩涂涂層底漆來(lái)說(shuō)，由于上部有面漆保護(hù)，在鉆V型孔后，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(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)和底漆與面漆結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行底漆厚度的測(cè)量。
[0012]在對(duì)彩涂涂層面漆厚度和熱浸鍍層層厚進(jìn)行激光共聚焦測(cè)量時(shí)，其外表面測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)離V型孔區(qū)域，距離大于V型孔邊緣隆起寬度的2倍，以防邊緣隆起造成的測(cè)量誤差。[0013]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明采取機(jī)械鉆孔結(jié)合激光共聚焦顯微鏡精確測(cè)量涂鍍層厚度的方法，克服了已有技術(shù)在涂鍍層厚度測(cè)量方法上的不足和測(cè)量精度的缺陷，簡(jiǎn)單易行，勿須考慮圓錐度等問(wèn)題，可真實(shí)再現(xiàn)涂鍍層厚度，極大提高測(cè)量精度和工作效率，并可測(cè)量微區(qū)涂鍍層厚度，考查涂鍍層的均勻性。另外，根據(jù)涂鍍層與基板的自身特點(diǎn)略加改變，本發(fā)明方法還可適用于電鍍層、PVD鍍層、CVD鍍層等多種類型涂鍍層厚度測(cè)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明樣品鉆孔剖面示意圖；
圖2是彩涂板V型孔的三維形貌圖；
圖3是圖2中測(cè)量點(diǎn)I與測(cè)量點(diǎn)2的高度差輪廓曲線圖；
圖4是鍍鋅層V型孔區(qū)域的三維形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1:
采用彩涂涂層鋼板，利用V型鉆孔和激光共聚焦技術(shù)結(jié)合測(cè)量彩涂涂層面漆的厚度。
[0016]I)采用錐度為30°圓錐錐頭在彩涂鋼板表面鉆出V型孔，孔深為0.15_。見(jiàn)圖1
2)在激光共聚焦顯微鏡可見(jiàn)光模式下聚焦V型孔區(qū)域，待清晰后，進(jìn)入激光模式。
[0017]3)激光模式下逐層掃描，得到V型孔的二維形貌。
[0018]4)對(duì)二維形貌圖進(jìn)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中彩涂涂層與基板結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)I和遠(yuǎn)離V型孔邊緣隆起2.5倍距離的測(cè)量點(diǎn)2，在測(cè)量模式下讀取點(diǎn)I和點(diǎn)2之間的高度差，得到彩涂涂層厚度為
9.156 μ m,高度差的輪廓線如圖3所示。
[0020]實(shí)施例2:
采用熱浸鍍鋅層鋼板，利用V型鉆孔和激光共聚焦技術(shù)結(jié)合測(cè)量鍍鋅層的厚度。
[0021]I)采用錐度為20°圓錐錐頭在彩涂鋼板表面鉆出V型孔，孔深約為0.15_。
[0022]2)采用0.5vol%的硝酸酒精對(duì)V型孔區(qū)域進(jìn)行腐蝕，以使鋅層和基板在共聚焦模式下區(qū)分開(kāi)。
[0023]2)在激光共聚焦顯微鏡可見(jiàn)光模式下聚焦V型孔區(qū)域，待清晰后，進(jìn)入激光模式。
[0024]3)激光模式下逐層掃描，得到V型孔的二維形貌。
[0025]4)對(duì)二維形貌圖進(jìn)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(qū)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(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)I和遠(yuǎn)離V型孔邊緣隆起2.7倍距離的測(cè)量點(diǎn)2，在測(cè)量模式下讀取點(diǎn)I和點(diǎn)2之間的高度差，得到鍍鋅層厚度為10.37 μ m。
[0027]實(shí)施例3:
采用彩涂涂層鋼板，利用V型鉆孔和激光共聚焦技術(shù)結(jié)合測(cè)量彩涂涂層底漆的厚度。
[0028]I)采用錐度為60°圓錐錐頭在彩涂鋼板表面鉆出V型孔，孔深為0.15mm。[0029]2)在激光共聚焦顯微鏡可見(jiàn)光模式下聚焦V型孔區(qū)域，待清晰后，進(jìn)入激光模式。
[0030]3)激光模式下逐層掃描，得到V型孔的二維形貌。
[0031]4)對(duì)二維形貌圖進(jìn)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)直接選取彩涂涂層面漆與底漆結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)和底漆與基板結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行高度差測(cè)量，從而得到底漆的厚度，本實(shí)施例中得到底漆的厚度為4.8 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種共聚焦測(cè)量涂鍍層厚度的方法，其特征在于，采用機(jī)械手段在涂鍍層表面鉆出圓錐型小孔，利用激光共聚焦顯微鏡三維成像技術(shù)對(duì)剖面為V型孔進(jìn)行成像處理，采用共聚焦高度差測(cè)量功能測(cè)量V型孔內(nèi)涂鍍層與基板結(jié)合部和涂鍍層外表面之間的高度差，從而確定涂鍍層厚度；其具體操作步驟為: (1)、彩涂涂層面漆厚度測(cè)量: a、利用V型鉆頭在鋼板涂層表面鉆出錐度在15°?60°的圓錐型小孔，孔深延伸到基板內(nèi)部； b、將V型孔放在激光共聚焦顯微鏡載物臺(tái)上，在可見(jiàn)光模式下進(jìn)行聚焦，使圖像清晰地出現(xiàn)在圖像顯示區(qū)域里，將可見(jiàn)光模式切換為激光模式； C、在激光模式下對(duì)V型孔區(qū)域進(jìn)行逐層掃描，得到V孔區(qū)的二維形貌圖； d、對(duì)二維形貌圖進(jìn)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(qū)域的三維實(shí)物形貌； e、激光共聚焦測(cè)量:涂層面漆厚度測(cè)量:選取V型孔內(nèi)涂層底部與基板結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量該點(diǎn)與涂層外表面之間的高度差，即為待測(cè)涂層的厚度； (2)、熱浸鍍層層厚測(cè)量: a、V型孔腐蝕處理；采用0.5?2vol%硝酸酒精對(duì)V型孔區(qū)域進(jìn)行腐蝕處理，用酒精將V型孔區(qū)域清洗干凈，使鍍層和基板在共聚焦顯微鏡下呈現(xiàn)不同色差或形貌； b、將V型孔放在激光共聚焦顯微鏡載物臺(tái)上，在可見(jiàn)光模式下進(jìn)行聚焦，使圖像清晰地出現(xiàn)在圖像顯示區(qū)域里，將可見(jiàn)光模式切換為激光模式； C、在激光模式下對(duì)V型孔區(qū)域進(jìn)行逐層掃描，得到V孔區(qū)的二維形貌圖； d、對(duì)二維形貌圖進(jìn)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(qū)域的三維實(shí)物形貌； e、激光共聚焦測(cè)量:鍍層厚度測(cè)量:選取V型孔內(nèi)鍍層底部與基板結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量該點(diǎn)與鍍層外表面之間的高度差，即為待測(cè)鍍層的厚度； (3)彩涂涂層底漆厚度測(cè)量: a、將V型孔放在激光共聚焦顯微鏡的載物臺(tái)上，在可見(jiàn)光模式下進(jìn)行聚焦，使圖像清晰地出現(xiàn)在圖像顯示區(qū)域里，將可見(jiàn)光模式切換為激光模式； b、在激光模式下對(duì)V型孔區(qū)域進(jìn)行逐層掃描，得到V孔區(qū)的二維形貌圖； C、對(duì)二維形貌圖進(jìn)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(qū)域的三維實(shí)物形貌； d、激光共聚焦測(cè)量:彩涂涂層底漆厚度測(cè)量:測(cè)量基板與面漆之間的底漆厚度時(shí)，直接選取V型孔內(nèi)底漆與基板結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)和底漆與面漆結(jié)合部的測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量該兩點(diǎn)之間的高度差，即為底漆的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共聚焦測(cè)量涂鍍層厚度的方法，其特征在于，在對(duì)彩涂涂層面底漆厚度和熱浸鍍層厚度進(jìn)行激光共聚焦測(cè)量時(shí)，其外表面測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)離V型孔區(qū)域，距離大于V型孔邊緣隆起寬度的2倍。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK103453839SQ201310405327
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】楊洪剛, 李鋒, 呂家舜, 周芳, 徐承明, 王永明 申請(qǐng)人:鞍鋼股份有限公司