專利名稱：冶金產(chǎn)品表面涂層特性的在線測(cè)試方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金產(chǎn)品表面涂層特性的測(cè)定，特別是在制造過(guò)程中，產(chǎn)品進(jìn)給時(shí)的在線測(cè)定，更尤其涉及測(cè)定鋼帶的電鍍涂層特性，特別是商品名為GALVALLIA的薄鋼板類型的鋼帶。
背景技術(shù)：
我們知道，這些鋼帶是經(jīng)過(guò)被稱作熱熔(alliation)的熱處理的電鍍鋼帶，熱熔處理的目的是提高鋼帶表面性能，例如對(duì)涂料的附著力或更好的可壓印性(stampability)。
這種熱熔處理是在具有電鍍鋼帶持續(xù)進(jìn)給的熱熔塔中對(duì)電鍍鋼帶進(jìn)行熱處理。熱處理的目的是確保下層的鐵擴(kuò)散到表面以達(dá)到前述目的。典型情況下鐵濃度相對(duì)于鋅的熱熔百分比約為10％。
但是目前，不同用戶對(duì)所述鋼帶所需要的熱熔水平，即這種擴(kuò)散的相對(duì)程度，差別相對(duì)大，因此在制造過(guò)程中能夠確保對(duì)熱熔水平的持續(xù)檢測(cè)非常重要。為滿足使用所述涂層鋼帶的客戶的要求，制造過(guò)程中改變進(jìn)行熱熔處理的裝置的調(diào)節(jié)參數(shù)是很必要的，其中，主要是處理溫度和時(shí)間。
目前，還沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)和在線檢測(cè)需要的GALVALLIA鋼帶表面特性。事實(shí)上，已知熱熔處理引起理化和微幾何學(xué)方面的表面性能的顯著改善?，F(xiàn)在，熱熔水平的確定僅僅是在實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)檢測(cè)粉末鐵含量，或者采用金相分析來(lái)確定鍍層表面晶體的性能。
此外，為了盡可能準(zhǔn)確地取得表面熱熔的測(cè)定，在測(cè)試過(guò)程中也需要克服形態(tài)變異，例如微觀粗糙度或同等幾何特征，以保證僅對(duì)表面的理化變化的敏感性。這些頂層表面的理化變化實(shí)際上反映了涂層的鐵原子向頂層表面的移動(dòng)，這種移動(dòng)反映產(chǎn)品的熱熔水平。
由于這些檢測(cè)相對(duì)于生產(chǎn)的滯后，帶上出現(xiàn)缺陷，例如由于過(guò)度熱熔水平導(dǎo)致的涂層的粉末化或分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決這些問(wèn)題并提出表面熱熔水平的在線檢測(cè)方案，以便能夠保證產(chǎn)品的一致性、重復(fù)性并確保熱熔塔的控制。其目的特別是限制帶上缺陷的產(chǎn)生，例如涂層的粉末化或分離，并保證產(chǎn)品的一致性、重復(fù)性，這特別是通過(guò)避免或至少減少瞬間熱熔不足或過(guò)熱熔區(qū)域，即由于工藝參數(shù)的檢測(cè)不能足夠快地進(jìn)行導(dǎo)致工藝參數(shù)的隨意變化所產(chǎn)生的熱熔水平不確定的區(qū)域而實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明更廣泛的目的是實(shí)現(xiàn)在線測(cè)定易受涂層理化特性變化影響的帶涂層的表面特性。
考慮到這些目標(biāo)，本發(fā)明的主題首先是一種測(cè)量冶金產(chǎn)品表面涂層特性的方法，特別是在制造過(guò)程中產(chǎn)品進(jìn)給時(shí)的在線測(cè)試，其中，為了使所述產(chǎn)品的表面區(qū)域暴露于正交照射到所述表面的入射射線，然后也是在與表面正交的方向測(cè)量被暴露區(qū)域反射的射線能量，所述暴露區(qū)域用與具有預(yù)定波長(zhǎng)的入射射線發(fā)射源連接的發(fā)光光纖照射，反射射線通過(guò)與傳感器連接的測(cè)量光纖進(jìn)行檢測(cè)，兩根光纖的自由末端被剝露并彼此緊密相鄰和平行排列。
因此，本發(fā)明利用了表面反射特征的變化反映表面特性變化的事實(shí)，表面特性的改變?nèi)Q于涂層理化特性的改變。此外，照明和反射射線的檢測(cè)都是采用與表面正交的方式進(jìn)行，從而使本發(fā)明通過(guò)克服形態(tài)差異而僅敏感于表面理化特性的變化。因此，只有當(dāng)這種正交性得到滿足且當(dāng)所涉及的兩根光纖，入射光纖和反射光纖，其相對(duì)于產(chǎn)品表面的末端部分彼此距離非常近的情況下，才能通過(guò)實(shí)施本發(fā)明的測(cè)量得到期望的結(jié)果。本發(fā)明采用市購(gòu)光纖，光纖的自由末端預(yù)先剝露，亦即去掉其通常笨重的光纖聚焦附件而只保留剝露狀態(tài)的光纖本身。
兩根光纖的自由末端可置于距表面非常近的位置，典型地，距離表面10-50mm且兩根光纖平行排列。之所以不采用其它光學(xué)聚焦系統(tǒng)是因?yàn)楣饫w具有極小的直徑(0.1mm左右)，且可以彼此緊密排列(最大中心距也在0.1mm左右)，可以對(duì)被照亮表面進(jìn)行精密地測(cè)試，并且在照射和測(cè)量時(shí)都以與表面垂直的方向進(jìn)行。這一點(diǎn)在下面將看得更清楚。
對(duì)于測(cè)量GALVALLIA的熱熔百分比的應(yīng)用，特別是本發(fā)明的目標(biāo)，反射流越高，熱熔百分比越低，因?yàn)檎窃谕繉又械匿\產(chǎn)生比鐵高的反射。
從該測(cè)量中實(shí)時(shí)獲得的信息可以作為熱熔塔的控制參數(shù)，也可用于質(zhì)量控制從而向用戶保證交付的卷軸產(chǎn)品的熱熔特性。
優(yōu)選使用的射線位于近紅外線區(qū)域，更特別是波長(zhǎng)為830nm的近紅外線。事實(shí)上，發(fā)明者經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，該射線范圍是最適宜的，尤其考慮到測(cè)試敏感度時(shí)，目前采用的射線源，如激光二極管工作在這個(gè)波長(zhǎng)。
按照本發(fā)明的另外的方案，反射射線同時(shí)在與表面傾斜的一個(gè)或多個(gè)方向，例如與表面垂直方向成0-30°的方向上被測(cè)量，這使得由所述表面漫射的能量能夠被測(cè)定并獲得關(guān)于熱熔水平或其它表面特性(例如微幾何特性)的其它信息，這些信息也可能與直接反射測(cè)量相關(guān)聯(lián)以給出涂層一般特性的其它信息。
對(duì)一個(gè)或多個(gè)與表面非正交方向的反射射線的測(cè)量本身提供了與形態(tài)學(xué)特性，例如微粗糙度等無(wú)關(guān)的熱熔水平的測(cè)定，觀察到在沿特定反射角度的漫反射與熱熔水平之間的聯(lián)系，熱熔水平越高，反射射線漫射越多。因此，與表面傾斜的方向的反射射線強(qiáng)度和與表面垂直的方向的反射射線強(qiáng)度的比較單獨(dú)就可以估算熱熔的程度，下面將詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的主題還有執(zhí)行上述方法的設(shè)備。該設(shè)備包括測(cè)量頭，測(cè)量頭具有相對(duì)于被檢測(cè)產(chǎn)品表面設(shè)置，并包括一根發(fā)光光纖和一根測(cè)量光纖的前表面，兩根光纖在測(cè)量頭的前面各自具有一個(gè)剝露的自由末端，使所述光纖相應(yīng)的末端部分彼此平行并盡可能彼此緊密排列，發(fā)光光纖的另一端與射線源連接，而測(cè)量光纖的另一端與傳感器連接，該設(shè)備還包括處理所述傳感器輸出的信號(hào)的裝置，用以確定測(cè)量光纖傳輸射線的強(qiáng)度。
按照本發(fā)明的其它優(yōu)選方案該設(shè)備包括用來(lái)持續(xù)控制和測(cè)量產(chǎn)品表面與光纖末端之間的距離的測(cè)距傳感器；測(cè)量頭包括至少與特定傳感器連接的附加光纖，其末端部分相對(duì)于發(fā)光光纖的末端部分傾斜定位。不同光纖的方向也被確定以使它們的方向會(huì)聚在被發(fā)光光纖照亮的同一表面區(qū)域上。
射線源為發(fā)射波長(zhǎng)為830nm的激光二極管。


本發(fā)明將通過(guò)閱讀下面結(jié)合附圖對(duì)在線測(cè)量GALVALLIA型鋼帶的熱熔水平的說(shuō)明更容易理解。其中圖1為測(cè)量原理示意圖，圖2為檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為測(cè)量頭剖面圖，圖4所示為不同熱熔水平的GALVALLIA卷軸鋼帶的一組測(cè)試結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，移動(dòng)鋼帶表面1的區(qū)域11，被來(lái)自與鋼帶表面保持垂直的發(fā)光光纖2末端21的紅外射線23照亮。緊鄰發(fā)光光纖2并與之平行的第二光纖3，其末端31與第一光纖的末端在同一水平位置，并捕捉發(fā)光光纖提供并由鋼帶反射的反射射線33。
事實(shí)上，由于不可避免兩根光纖最小中心距的存在，即使將每根光纖的末端事先剝露而使中心距降到最低，通過(guò)測(cè)量光纖3檢測(cè)到的表面區(qū)域12也不是完全的照亮區(qū)域11，但是由于這個(gè)距離非常小，及由于由光纖末端自然形成的漫射錐23，在表面就會(huì)形成分別由發(fā)光和測(cè)試光纖漫射錐形部分彼此重合的疊加區(qū)域13，使得射線能夠被測(cè)量光纖3捕捉到，以與發(fā)光光纖2入射并被表面1垂直反射的全部射線進(jìn)行比較。
圖1同時(shí)優(yōu)選顯示了第三光纖4的存在，其末端41，其安裝位置與垂直方向成30°，也就是與前兩根光纖成30°，其檢測(cè)區(qū)域或多或少與測(cè)量光纖3的檢測(cè)區(qū)域相同。
圖2所示為設(shè)備的實(shí)施例，其為包括測(cè)量頭51和兩個(gè)布置在箱體5的指定側(cè)壁53上的已知類型的非接觸測(cè)距傳感器52，使用時(shí)，箱體5放置在距離待測(cè)鋼帶表面數(shù)十毫米處。
圖3所示為測(cè)量頭51的剖面圖。測(cè)量頭包括一個(gè)圓柱形殼體54，主要包括前壁55，前壁55中鉆有數(shù)個(gè)通孔61-64，用于容納系統(tǒng)中的不同光纖的末端。這些孔中的第一個(gè)61與前壁55的外表面垂直，其內(nèi)徑形狀恰好可以容納發(fā)光光纖2和測(cè)試光纖3。其它3個(gè)通孔62，63，64角度的設(shè)置相對(duì)于第一個(gè)通孔的角度是逐漸增加的，例如分別為10°，20°，30°，且它們的方向會(huì)聚，并且分別容納附加光纖41，42，43的末端。
如圖2所示，所有光纖2，3，41，42，43組合在同一根從箱體5延伸出來(lái)的光纜56內(nèi)。發(fā)光光纖2連接到紅外射線源，例如激光二極管24，其它光纖3，41，42，43分別連接到已知類型的傳感器34、44用于測(cè)量反射射線的強(qiáng)度，傳感器輸出的信號(hào)由處理單元57進(jìn)行處理。
圖4所示曲線是被測(cè)鋼帶通過(guò)上述本發(fā)明設(shè)備后得到的測(cè)量結(jié)果。事實(shí)上，在所示實(shí)施例中，b1到b10表示的是具有不同的熱熔百分比的10軸鋼帶在進(jìn)給中進(jìn)行的測(cè)量結(jié)果。
前兩卷軸b1和b2的熱熔百分比為10％，且在標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試條件下測(cè)得的粉化值(powdering)為3-4g/m2(測(cè)試條件下從鋼帶分離出來(lái)的粉末的質(zhì)量)。
卷軸b3到b6的熱熔百分比為12％，粉化值為5-6g/m2。卷軸b7到b9的熱熔比百分為11％，粉化值為4g/m2。卷軸b10的熱熔比百分為13％，粉化值為7g/m2。
所示的兩根曲線分別表示相對(duì)于時(shí)間，即相對(duì)于通過(guò)熱熔爐的鋼帶的長(zhǎng)度的反射射線強(qiáng)度。圖中上面的曲線T1表示由測(cè)量光纖3捕捉到的射線強(qiáng)度，而下面的曲線T2表示穿過(guò)以30°角傾斜的通孔64的光纖43捕捉到的射線強(qiáng)度。
圖中可以清晰地看出熱熔百分比越低(卷軸1和2)，反射信號(hào)強(qiáng)度越高，高強(qiáng)度反射信號(hào)準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)于由于鐵在涂層的鋅中的低比例造成的高反射率，相反，如果熱熔比高(卷軸10)，反射強(qiáng)度較低，說(shuō)明由于較高的表面鐵含量造成的反射率損失。
也可以看到，兩根曲線T1和T2之間的差異，卷軸b1和b2或b7-b9明顯高于卷軸b3-b6和b10，這也表明，在表面鐵含量較低的情況下，熱熔水平低使反射率差異較大。
本發(fā)明并不局限于上述具體實(shí)施方式
中的具體設(shè)備、測(cè)量頭或方法的執(zhí)行的實(shí)施例，特別是紅外激光二極管可以替換為其它波長(zhǎng)適合被測(cè)表面的射線源。另外，除GALVALLIA之外的其它產(chǎn)品也可以用相似的方法進(jìn)行檢測(cè)，并且可以對(duì)由連接到具有不同傾角的光纖的多種傳感器所傳遞的信號(hào)進(jìn)行分析以獲取其它信息，特別是有關(guān)的表面的形態(tài)學(xué)特性。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量冶金產(chǎn)品的表面涂層(1)特性的方法，特別是在制造過(guò)程中產(chǎn)品進(jìn)給時(shí)的在線測(cè)量，其特征在于為使所述產(chǎn)品的表面的區(qū)域(13)暴露于正交照射到所述表面的入射射線(23)并且也是在與表面正交的方向測(cè)量暴露的區(qū)域(13)反射的射線能量，所述區(qū)域(13)被連接到具有預(yù)定波長(zhǎng)的入射射線發(fā)射源(24)的發(fā)光光纖照射，反射射線通過(guò)與傳感器(34)連接的測(cè)試光纖(3)進(jìn)行檢測(cè)，兩個(gè)光纖(2，3)的自由端(21，31)被剝露并且彼此緊密靠近平行排列。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述剝露的光纖(2，3)的自由端(21，31)固定在距離產(chǎn)品表面(1)5至50mm處。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用的射線位于近紅外區(qū)域，更特別是具有830nm波長(zhǎng)的近紅外光。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于反射射線同時(shí)在傾斜于產(chǎn)品表面(1)的一個(gè)或多個(gè)方向被檢測(cè)，用以估算由所述受照區(qū)域(13)漫反射的能量值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于檢測(cè)角度介于與所述表面(1)的垂直方向0至30°之間。
6.一種測(cè)量冶金產(chǎn)品表面涂層(1)特性的設(shè)備，特別是在制造過(guò)程中在產(chǎn)品進(jìn)給時(shí)在線使用的，其特征在于所述設(shè)備包括測(cè)量頭(51)，其具有與產(chǎn)品表面(1)相對(duì)地設(shè)置并包括發(fā)光光纖(2)和測(cè)量光纖(3)的前表面(55)，這兩根光纖分別在測(cè)量頭(51)的前表面(55)具有自由剝露端(21，31)，以便使所述光纖的相應(yīng)的末端部分平行排列并盡可能彼此靠近，發(fā)光光纖(2)的另一端也與光發(fā)射源(24)相連接，測(cè)量光纖(3)的另一端與傳感器(34)相連接，所述設(shè)備還另外包括對(duì)所述傳感器(34)提供的信號(hào)進(jìn)行處理的裝置(57)，以便確定由測(cè)量光纖(3)傳輸?shù)纳渚€的強(qiáng)度。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于它包括測(cè)距傳感器(52)以持續(xù)不斷地檢測(cè)或測(cè)量光纖的自由剝露端(21，31)與產(chǎn)品表面(1)之間的距離。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述測(cè)量頭(51)包括與特定傳感器(44)相連的附加光纖(4)，其自由末端部分(41)相對(duì)于發(fā)光光纖(2)的自由末端部分(21)傾斜定位。
9.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于射線源(24)是激光二極管，其發(fā)射波長(zhǎng)為830nm。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該方法應(yīng)用于移動(dòng)鋼帶。
全文摘要
為測(cè)試移動(dòng)金屬帶的表面涂層(1)的特性，例如含鋅和鐵的涂層的熱熔(alliation)水平，所述產(chǎn)品被暴露在具有特定波長(zhǎng)的射線源(24)的射線(23)當(dāng)中，射線方向與產(chǎn)品表面正交，并且從所述表面反射的能量同樣是以與所述表面正交的方向被檢測(cè)，從而排除由表面形態(tài)特征產(chǎn)生的反射率差異。這種方法借助于商用光纖來(lái)實(shí)施，所述光纖在其常規(guī)光學(xué)聚焦器件的自由端(21，31)被剝露，從而它們可以盡可能彼此靠近并彼此平行排列。
文檔編號(hào)G01N21/89GK1672036SQ03818492
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月1日
發(fā)明者皮埃爾－讓·克勞特, 馬爾科·比尼 申請(qǐng)人:尤辛諾公司