專利名稱：淀積在鋼帶表面上的金屬鍍層的光譜分析方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1和2的前序部分的淀積在鋼帶表面上的金屬鍍層的光譜分析方法和裝置。具體地說，本發(fā)明涉及對于通過浸漬連續(xù)運(yùn)動的金屬帶所淀積的金屬鍍層，例如， 經(jīng)受合金化處理的鋅合金鍍層的質(zhì)量控制。
背景技術(shù)：
連續(xù)運(yùn)動的軋制鋼帶的熱浸電鍍是一種眾所周知的技術(shù)。它基本上包括兩種方案一種是從電鍍窯爐出來的鋼帶傾斜下降進(jìn)入熔融鋅池，并用所述熔融鋅中的浸沒輥使其豎直向上偏轉(zhuǎn)。另一種方案包括使運(yùn)動中的鋼帶在窯爐出口處豎直向上偏轉(zhuǎn)，接著使之運(yùn)動通過包含靠磁力支承的熔融鋅的豎直鍍槽。該淀積的形成動力學(xué)是技術(shù)人員已知的，并且已經(jīng)在多種場合被公開，其中包括 2004 年 10 月 Giorgi 等人在“La Revue de Metallurgie CIT” 中的“Modelling of galvanizing reactions (電鍍反應(yīng)的模型化)”一文。該文獻(xiàn)確認(rèn)，熔融鍍層混合物與鋼帶之間的接觸產(chǎn)生來自鋼帶的鐵溶液，它一方面參與鋼帶表面上約0. 1 μ的!^e2Al5Znx化合物結(jié)合層的形成，另一方面只要I^e2Al5Znx層不連續(xù)地形成，就向熔融混合物池擴(kuò)散。！^e2Al5Znx 層充當(dāng)保護(hù)性鋅層的支架，而熔化的鐵有助于在熔融混合物中名為“冰銅”或“碎屑”的包含狗、Al和Si的沉淀物的形成。帶有基于鋅的金屬合金的鋼帶鍍層在諸如汽車車身、家用電器、結(jié)構(gòu)等許多應(yīng)用中使用。多種鍍層因其成分和針對鋼帶的應(yīng)用可能的后處理而有所區(qū)別。一種這樣的鍍層通過再加熱而經(jīng)受所謂的“合金化”處理，其利用擴(kuò)散而在鋼中的鐵和鍍層中的鋅之間形成一種合金。這種類型的鍍層一般用縮寫詞“GA”或者術(shù)語 “galvarmeal (退火電鍍)”表示。GA電鍍提供鋼抵抗腐蝕的良好保護(hù)和某些特殊品質(zhì)，諸如其孔隙率和其表面組織的特殊品質(zhì)，另外還特別使之能夠上漆而增大黏附力，以及方便電鍍鋼帶的電阻焊接。由于這些原因，其主要用于汽車工業(yè)。GA鍍層的鐵/鋅合金可以以具有不同的晶格和成分的多種相的形式呈現(xiàn)。為了保證鍍層提供深拉和上漆的最優(yōu)特性，一些研究表明，鍍層表面中的鐵含量應(yīng)該小，但不為零。許多參數(shù)易于影響退火電鍍層的顯微結(jié)構(gòu)鋼帶的化學(xué)成分和鍍槽的化學(xué)成分、 鋼帶的表面粗糙度、鍍槽的溫度，尤其是合金化窯爐中的溫度和鋼帶的運(yùn)動速度。已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，以便確定跟蹤退火電鍍淀積不同厚度上鋅、鐵和鋁含量的演變的手段，以便更好地掌握每個參數(shù)的影響并能夠監(jiān)控電鍍鋼帶的品質(zhì)。已經(jīng)有人提出幾種確定合金元素在電鍍鋼帶樣品上濃度的變化曲線的方法，其中包括“輝光放電光學(xué)發(fā)射光譜GD-0ES”或“激光誘生擊穿光譜LIBS”類型的光譜測量。文獻(xiàn)W000/08446提出激光燒蝕分析方法(LIBQ，而文獻(xiàn)US 2003/0016353為提高
測量精度的目的提出若干改善的方法。
但是，所描述的分析方法對于在鋼帶的運(yùn)動速度高達(dá)3米/秒以上的電鍍生產(chǎn)線上實時利用，實行起來有實際困難。事實上，如所周知，LIBS方法利用激光與材料的相互作用把待分析的目標(biāo)(靶) 加熱至非常高的溫度，并產(chǎn)生鋼帶目標(biāo)點(diǎn)上被加熱材料的特征譜線。因而脈沖激光在約10 納秒非常短的時間過程中以幾十毫焦耳的能量聚焦在面積非常小的目標(biāo)上進(jìn)行轟擊。其建立微型等離子體，該微型等離子體發(fā)射輻射連續(xù)體，并在幾微秒之后，出現(xiàn)第一條譜線，所述譜線是構(gòu)成所述目標(biāo)且因而鋼帶鍍層的材料的特征譜線。當(dāng)連續(xù)體本底噪聲降到足夠低時，光譜儀實現(xiàn)在激光轟擊之后幾微秒中的測量時間中發(fā)射的光的光譜分析。然而，在激光轟擊和光譜儀測量之間僅僅一微秒間隔期間，對于約3米/秒的運(yùn)動，該鋼帶，因而該目標(biāo)和等離子體運(yùn)動3毫米。為了在運(yùn)動的目標(biāo)上實現(xiàn)測量，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會在激光轟擊軸線和測量裝置光學(xué)軸線之間建立位置偏移，這對于以足夠精度進(jìn)行測量是非常困難的，在如下情況尤為如此在電鍍過程中鋼帶運(yùn)動速度可能隨著所述鋼帶的厚度、電鍍窯爐的加熱能力、目標(biāo)鍍層厚度、液體鍍層脫水裝置的性能而顯著地改變。另外，考慮到局部瞄準(zhǔn)精度希望在幾微米的區(qū)間內(nèi)，鋼帶的本征振動或變形或其運(yùn)動軌跡使所述測量變得非常不準(zhǔn)確。H. Balzer等人2006年3月四日在Springer Verlag 2006 發(fā)表的"New approach to online monitoring of the Al depth profile of the hot dip galvanized sheet steel using LIBS”一文在這方面提出了使用復(fù)雜的振動進(jìn)行補(bǔ)償?shù)氖纠到y(tǒng)。在該同一文章中指出，該系統(tǒng)適宜于小的鋼帶運(yùn)動速度(lm/s以下)，但在工業(yè)上要求的速度可達(dá)約3至4m/s。因而，超過了這種系統(tǒng)對所產(chǎn)生振動的補(bǔ)償能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是允許對淀積在鋼帶表面上的金屬鍍層進(jìn)行光譜分析測量，所述測量適宜于對運(yùn)動中的鋼帶進(jìn)行。應(yīng)該注意的是，該鋼帶可以有不同的規(guī)格或不同的運(yùn)動速度，可能超過lm/s。權(quán)利要求1所描述的方法使這樣的測量變得可能。同樣，在幾個從屬權(quán)利要求中還提出實行所述方法的裝置，其涵蓋了多個分別適用于本發(fā)明的有利的替代方案。最后，還通過從屬權(quán)利要求提出在本發(fā)明的范圍中的所述裝置的利用。從淀積在鋼帶表面的金屬鍍層的光譜分析方法出發(fā)，本發(fā)明的其特征在于下列步驟 所述鋼帶沿著旋轉(zhuǎn)輥的外表面的弧運(yùn)動，該輥具有通過接觸引導(dǎo)鋼帶的圓柱形
壁部； 把激光燒蝕光束引入圓柱形壁部的內(nèi)腔，以便沿著垂直于輥外表面的軸線光學(xué)入射在鋼帶和輥的目標(biāo)接觸點(diǎn)，所述光束穿過對光束透明的壁開孔而通過壁部； 激光燒蝕在接觸點(diǎn)上造成的等離子體光譜的發(fā)射分布由垂直于輥外表面的軸線方向上通過開孔的光學(xué)反饋接收，以便被引向光譜測量單元； 適宜于光學(xué)入射和反饋的垂直于外表面的軸線與輥同步旋轉(zhuǎn)。該輥有利地可以是任何類型的主動輥或從動輥，諸如鋼帶驅(qū)動輥，或者是被鋼帶驅(qū)動的導(dǎo)輥。一個重要的方面是按照本發(fā)明的測量方法保證鋼帶在弧的部分(例如，在 90°處)上面且保持接觸，以便激光器的目標(biāo)點(diǎn)準(zhǔn)確地處在輥外表面和鋼帶鍍層的交點(diǎn)上。于是，排除了希望的范圍以外的測量的任何風(fēng)險，因為鋼帶運(yùn)動中的所有振動被完全衰減。該輥施加自然的張力，使鋼帶完美地貼靠在所述輥的外表面上。在這個意義上，可以加入鋼帶與輥之間的相關(guān)張力系統(tǒng)。這個方法可以借助于簡單的裝置實行，并有許多替代方案，它們特別便于在鋼帶處理生產(chǎn)線中在輥的水平上安裝。具體地說，這樣一種實行按照本發(fā)明方法的裝置適宜于對淀積在鋼帶表面的金屬鍍層進(jìn)行光譜分析的方法，其特征可以在于 激光燒蝕光束發(fā)射器和等離子體光譜發(fā)射接收器， 第一光學(xué)行程，設(shè)置在發(fā)射器的出口，并適宜于把激光燒蝕光束引入輥腔，并具有光導(dǎo)裝置，用來使所述光束入射目標(biāo)接觸點(diǎn)， 第二光學(xué)行程，設(shè)置在接收器的入口，并適宜于通過所述光導(dǎo)裝置接收等離子體光譜的發(fā)射分布， 至少該光導(dǎo)裝置是通過機(jī)械聯(lián)接與輥的旋轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)的。為了能夠保證激光的入射以及目標(biāo)點(diǎn)處等離子體分布的光學(xué)反饋，該光導(dǎo)裝置可以包括相對于輥的垂直軸線和旋轉(zhuǎn)軸線傾斜45°的二色反射鏡。該反射鏡使入射光束以及光學(xué)反饋光束沿著垂直軸線方向行進(jìn)成為可能，并允許利用垂直軸線上的單一光學(xué)行程。 因而，該二色反射鏡至少設(shè)置在垂直軸線上。第一光學(xué)行程最好可以包括光導(dǎo)，諸如光纖或者空氣引導(dǎo)件，其允許能夠改善分布，就是說，把入射光或等離子體發(fā)射的光直接引導(dǎo)到目標(biāo)點(diǎn)，或者借助于二色反射鏡分別通過反射和/或透射引導(dǎo)到目標(biāo)點(diǎn)。設(shè)有二色反射鏡的裝置替代方案還可以用至少一個全反射鏡代替來實現(xiàn)。類似地，第二光學(xué)行程可以包括光導(dǎo)，諸如光纖或者空氣引導(dǎo)件，以便把等離子體分布的光束引導(dǎo)到接收器。作為另一方案，把二色反射鏡放置在輥腔內(nèi)(在垂直軸上)，該第一和第二光學(xué)行程可以包括至少一個光纖，所述光纖具有90°轉(zhuǎn)角以作為這樣限定沿著輥旋轉(zhuǎn)軸線伸展的纖維區(qū)域和沿著垂直軸伸展到目標(biāo)接觸點(diǎn)的纖維區(qū)域的光導(dǎo)裝置。但是，若單一光纖(或者幾條聯(lián)合的光纖組成的光纖束)從輥的同一側(cè)連接，則把二色反射鏡安排在輥腔外是相當(dāng)重要的，以便使這兩個離開發(fā)射器和進(jìn)入接收器的光束分
1 O根據(jù)多個希望配置的要求，按照本發(fā)明的裝置可以靈活地加以修改。事實上，本發(fā)明允許可以在輥的內(nèi)腔外設(shè)置至少發(fā)射器和/或接收器。另外，這允許能夠輕易地安裝 LIBS類型的儀器，而不在輥腔內(nèi)進(jìn)行重大而復(fù)雜的工作。在這種情況下，需要光學(xué)接頭(準(zhǔn)光儀、透鏡等)或者機(jī)械接頭(旋轉(zhuǎn)接頭)來保證這些元件的能量聯(lián)接和/或光學(xué)聯(lián)接按照LIBS (發(fā)射器和/或接收器)隨著該輥轉(zhuǎn)動或不轉(zhuǎn)。事實上，于是可以規(guī)定，發(fā)射器和/或接收器與該光導(dǎo)裝置在同步旋轉(zhuǎn)中耦接，特別當(dāng)設(shè)置在輥腔內(nèi)時，在此情況下其還對于能源供應(yīng)(電源)、命令信號和/或控制信號理想地耦接到旋轉(zhuǎn)接頭的電聯(lián)接件。所述輥的筒體部分上的開孔包括由對激光燒蝕光束和燒蝕引起的等離子體光譜發(fā)射透明或者可透過的光學(xué)材料制成的窗孔。這可以避免與輥表面接觸的鋼帶面及其鍍層在輥筒體上進(jìn)行轟擊的窗上通過時形成標(biāo)記(marquee)，包含所述窗孔的所述筒體的外表面被細(xì)心地連接到采取窗形式的開孔邊緣。實行按照本發(fā)明方法的裝置可以有許多用途，具體地說，用于對電鍍過程出口輥上運(yùn)動的鋼帶鍍層表面的化學(xué)分析測量。在這方面，它能夠進(jìn)行非常精確的測量，以準(zhǔn)連續(xù)形式(用激光脈沖的高頻率)重復(fù)，之所以能夠進(jìn)行測量是因為，即使該目標(biāo)與輥接觸地旋轉(zhuǎn)，目標(biāo)點(diǎn)也由于在接觸弧上運(yùn)動(定義在固定于地面的基準(zhǔn)中，例如，在輥360°上的90°角度上)仍舊處于相對于輥的參照中的同一點(diǎn)。試驗尤其表明，該方法的以下步驟系列特別適用于裝置這樣的用途 激光燒蝕光束在時間上依次在鋼帶不同的深度上和在隨同該輥旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動的鋼帶相同接觸點(diǎn)上，即考慮作為轟擊目標(biāo)點(diǎn)的點(diǎn)上進(jìn)行轟擊， 與向所述目標(biāo)點(diǎn)的每一次激光轟擊相聯(lián)系地進(jìn)行化學(xué)分析測量， 其中至少一次激光燒蝕轟擊在這樣一個深度上a)在鋼帶鍍層外表面0和3微米之間，理想在1和2微米之間，b)在鍍層厚度約40-60%的厚度下，c)在鍍層厚度約90-95%的厚度下。這些參數(shù)顯然可以根據(jù)鋼帶及其鍍層的規(guī)格和特征進(jìn)行修改。具體地說，該測量允許精確地進(jìn)行光譜分析，按照本發(fā)明的方法可以根據(jù)鍍層目標(biāo)元素是否存在而自主地評估新的轟擊應(yīng)該更深或更淺地進(jìn)行，以便進(jìn)行糾正。還提出把實行按照本發(fā)明方法的裝置用來控制實行電鍍過程的設(shè)備的設(shè)置參數(shù)和控制電鍍設(shè)備下游的合金化窯爐的設(shè)置參數(shù)。事實上，所獲得的鍍層化學(xué)分析是非?？煽康?，于是它可以用來指示所獲得的所述鍍層相對于希望獲得的鍍層的任何分散性，于是， 適宜于調(diào)整鍍層設(shè)備，以便把這些分散性減到最小。于是。把實行按照本發(fā)明方法的裝置的用途再擴(kuò)展到電鍍過程運(yùn)行數(shù)據(jù)相對于基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的實時控制手段上。事實上，該分析測量是在運(yùn)動中的鋼帶上進(jìn)行的，而不必延遲或暫停，因而有利地使實時調(diào)節(jié)回路成為可能。最后，運(yùn)行按照本發(fā)明方法的裝置用來根據(jù)選定的參數(shù)提供控制步驟，用以保證在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)容差范圍內(nèi)獲得運(yùn)行數(shù)據(jù)。于是，按照本發(fā)明的方法在使鍍層(參數(shù))更集中方面變得更自主，這些特征要求特定的容差(曲線)。于是，具體地說，把該裝置用來控制連續(xù)運(yùn)動的鋼帶熱浸(淬火)電鍍裝置用的用途，其特征在于利用在多種深度上實現(xiàn)的，鍍層中某些合金元素，例如，鐵、鋁和鋅的含量 (濃度)的測量，該測量是在運(yùn)動的鋼帶上用激光燒蝕攝譜分析裝置實現(xiàn)的。在這方面，該分析裝置采集的數(shù)據(jù)由電鍍設(shè)備控制的自動控制算法系統(tǒng)(PLC系統(tǒng))利用，尤其用來根據(jù)鋼帶的運(yùn)動速度控制合金化窯爐的加熱功率。另一方面，分析裝置采集的數(shù)據(jù)，還有記錄的或測量的其他數(shù)據(jù)，諸如規(guī)格、化學(xué)成分、鋼帶表面粗糙度、鍍槽的化學(xué)成分和溫度、合金化窯爐的功率和鋼帶運(yùn)動速度，被傳輸給該工藝的優(yōu)化系統(tǒng)。該工藝的優(yōu)化系統(tǒng)能夠估計過程中的運(yùn)行數(shù)據(jù)相對于該設(shè)備的預(yù)定的穩(wěn)定和最優(yōu)運(yùn)行區(qū)域的關(guān)聯(lián)性。該運(yùn)行區(qū)域可以是，例如，鋼帶運(yùn)動速度隨所有其他參數(shù)變化的可能的包絡(luò)線。
因而、正是這個優(yōu)化系統(tǒng)，其還能夠在所述穩(wěn)定和最優(yōu)的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)提出可能改善過程性能的步驟。這些步驟基于自適應(yīng)控制策略，它可能與該設(shè)備控制的自動控制算法系統(tǒng)屬于同一類型。


現(xiàn)將借助于附圖在其不同的類別下描述說明
具體實施例方式圖1是鋼帶在運(yùn)動中淬火電鍍的一般方案；圖2是GA型鍍層中的鋅、鐵和鋁濃度變化的曲線圖；圖3A是按照本發(fā)明第一實施方式的化學(xué)分析裝置；圖;3B是按照本發(fā)明第二實施方式的化學(xué)分析裝置；圖4是按照本發(fā)明第三實施方式的化學(xué)分析裝置；圖5是按照本發(fā)明第四實施方式的化學(xué)分析裝置；圖6是按照本發(fā)明第五實施方式的化學(xué)分析裝置；而圖7是按照本發(fā)明第六實施方式的化學(xué)分析裝置。
具體實施例方式圖1表示鋼帶1在運(yùn)動中淬火電鍍的一般方案來自電鍍窯爐的鋼帶1浸入液體鍍池2中并用該池中浸沒的輥3使之豎直偏轉(zhuǎn)。該鋼帶接著順序通過液膜4的脫水裝置， 進(jìn)入感應(yīng)加熱裝置5、進(jìn)入維持合金化溫度的裝置6和冷卻裝置7中，在此使鍍層膜固化。 在繼續(xù)轉(zhuǎn)變操作和重新卷成電鍍鋼板卷之前，該鋼帶接著部分地圍繞于第一偏轉(zhuǎn)輥8和第二輥9。圖2作為示例，表示GA類型鍍層中的鋅、鐵和鋁濃度變化的曲線圖橫坐標(biāo)軸(χ 軸)10表示鍍層中深度的變化，所述鍍層的表面處于與縱坐標(biāo)軸(y軸)11的交點(diǎn)處，其表示不同的元素鋅、鐵和鋁的濃度的變化曲線12表示鋅含量的變化，曲線13表示鐵含量的變化，而曲線14表示鋁含量的變化。示出曲線13中深度變化小的第一區(qū)間131對應(yīng)于所謂ζ型鐵/鋅合金相，深度變化中等的第二區(qū)間132對應(yīng)于所謂δ型的第二相，而第三區(qū)間133對應(yīng)于所謂Γ型的第三相。于是，分別對于每一個相，曲線圖的第一區(qū)范圍151優(yōu)選對應(yīng)于激光燒蝕第一轟擊區(qū)，類似地，這些區(qū)域中第二和第三區(qū)域范圍152、153最好對應(yīng)于第一轟擊之后依次進(jìn)行的轟擊區(qū)。因而，借助于該曲線圖，便可以確定實現(xiàn)按照本發(fā)明的方法或使用與之聯(lián)系的裝置的基準(zhǔn)參數(shù)。圖3Α表示按照本發(fā)明的第一實施方式的化學(xué)分析裝置，于是允許實現(xiàn)上述的方法并適宜于對淀積在鋼帶1表面上的金屬鍍層進(jìn)行光譜分析，其中 所述鋼帶沿著圍繞軸線51旋轉(zhuǎn)的輥8外表面的弧813運(yùn)動，該輥具有通過接觸來引導(dǎo)該鋼帶的圓柱形壁部， 激光燒蝕光束被引入圓柱體壁部的內(nèi)腔，以便沿著垂直于輥外表面的軸線41 光學(xué)入射于鋼帶和輥的目標(biāo)接觸點(diǎn)11，所述光束經(jīng)過對光束透明的壁部開孔811穿過該壁部。 在接觸點(diǎn)上來自激光燒蝕的等離子體光譜的發(fā)射分布被沿垂直于輥外表面的軸線41的方向行進(jìn)并通過該開孔的光學(xué)反饋接收，以便將其引向光譜測量單元； 適宜于光學(xué)入射和反饋的垂直于外表面的軸線與該輥同步旋轉(zhuǎn)。于是為此該裝置包括 激光燒蝕光束發(fā)射器40和等離子體光譜發(fā)射接收器30， 第一光學(xué)行程P1，設(shè)置在發(fā)射器的出口并適宜于引導(dǎo)激光燒蝕光束通過輥腔， 并且具有光導(dǎo)裝置20，用來確保燒蝕激光使所述光束撞擊目標(biāo)接觸點(diǎn)11 ； 第二光學(xué)行程P2，設(shè)置在接收器的入口并適宜于通過所述光導(dǎo)裝置20接收等離子體光譜的發(fā)射分布； 至少該光導(dǎo)裝置20是通過在鋼帶由此運(yùn)動的筒體81，812，813的表面813上與輥8，81，82，83的旋轉(zhuǎn)同步的機(jī)械聯(lián)接旋轉(zhuǎn)的。于是鋼帶1部分地纏繞在輥8的弧上，該輥包括其筒體81、兩個旋轉(zhuǎn)(支架)軸 82，在軸的每一端都聯(lián)接到連接法蘭83。窗開在筒體上，這樣構(gòu)成開孔811。緊鄰第一光學(xué)行程Pl作為光導(dǎo)裝置20采取空氣引導(dǎo)件4 形式的光學(xué)裝置被設(shè)置成垂直于筒體81的內(nèi)表面812并把來自發(fā)射器40的激光束轟擊穿過該窗811射向鋼帶1與該筒體81外表面 813接觸的表面。該光學(xué)裝置包括二色反射鏡21，它引導(dǎo)來自發(fā)射器40的激光束入射目標(biāo)點(diǎn)11，并讓等離子體發(fā)射的光束在反饋中通過采取空氣引導(dǎo)件31形式的第二光學(xué)行程P2 射向攝譜裝置，也就是說接收器30。該光學(xué)裝置還包括聚焦透鏡和附連燒蝕裝置和分析裝置(未示出)所需要的構(gòu)件。發(fā)射器40和接收器30分別用光纜42、32聯(lián)接至旋轉(zhuǎn)接頭 50，旋轉(zhuǎn)接頭50本身連接至固定在輥外部的光纜，該光纜給裝置40、30提供其運(yùn)行所需要的能量以及控制其活動的信號分配(命令、設(shè)置、控制、報警等)。于是，該裝置具有光導(dǎo)裝置20作為簡單的二色反射鏡，其相對于輥的垂直軸線41 和旋轉(zhuǎn)軸線51傾斜45°。于是，該第一和第二光學(xué)行程在該光導(dǎo)裝置20中包括采取簡單的空氣引導(dǎo)件形式的光導(dǎo)。開孔811包括由對激光燒蝕光束和等離子體光譜發(fā)射透明的光學(xué)材料制成的窗孔。應(yīng)該注意的是，在該實施方式中，發(fā)射器和接收器兩個都安排在輥的內(nèi)腔中并固定在輥上，以保證垂直軸線41的同步旋轉(zhuǎn)。但是，只要求至少發(fā)射器和/或接收器與該光導(dǎo)裝置同步旋轉(zhuǎn)地耦接，特別是當(dāng)設(shè)置在輥腔內(nèi)時，在此情況下其還耦接至的電聯(lián)接件42、32，所述電聯(lián)接件具有對于能源供應(yīng)、命令和/或控制信號等等理想的旋轉(zhuǎn)接頭50。圖3A的該后一個替代方案呈現(xiàn)在圖:3B上，其中接收器30像圖3A —樣設(shè)置在該腔中，而發(fā)射器40位于該腔外，例如，在該輥的一端。這時發(fā)射器40可以機(jī)械聯(lián)接到輥的旋轉(zhuǎn)軸51并因而與輥同步旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，第一光學(xué)行程Pl包括可以采用耦接至光導(dǎo)20的光纖44b形式的光導(dǎo)，或者若光導(dǎo)裝置20中的二色反射鏡21作為另一方案放置在旋轉(zhuǎn)軸51上則采用空氣引導(dǎo)件(未示出)形式的光導(dǎo)，從而允許攔截來自發(fā)射器40的入射光束并使之偏轉(zhuǎn)到目標(biāo)點(diǎn)11。因而，按照本發(fā)明第二實施方式的該化學(xué)分析裝置在此情況下也使得發(fā)射器和接收器與該輥和垂直軸線41同步旋轉(zhuǎn)。最后，作為圖3A的另一方案并類似于圖:3B發(fā)射器的安排，發(fā)射器和接收器40、30可以全都設(shè)置在輥腔外。于是，端部的發(fā)射器和接收器可以與輥軸連在一起同步旋轉(zhuǎn)(或者按照端部選定的光學(xué)和機(jī)械安裝件而不這樣做)。圖4舉例說明的按照第三實施方式的裝置呈現(xiàn)相似的安排。發(fā)射器和接收器分別通過第一或者第二光學(xué)行程Pl，P2耦接，所述光學(xué)行程包括光纖44b，34，借助于光導(dǎo)20保證從入射光纖44b出口的光束的入射和向反饋光纖34入口的返回。只有發(fā)射器40與該輥和垂直軸線41像圖;3B —樣同步旋轉(zhuǎn)。接收器30設(shè)置在該腔外，不旋轉(zhuǎn)，而其光學(xué)入口接收第二光學(xué)行程P2(設(shè)有光纖34)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)耦接至光纖端部的要求來設(shè)置。圖5表示部分地基于圖4的裝置的第四實施方式，其中該第一和第二光學(xué)行程P1， P2分別包括光纖50a、50b，其通到設(shè)有二色反射鏡21的光導(dǎo)裝置20和光纖耦接光學(xué)元件 56，并設(shè)置成面對筒體開孔，從而面向目標(biāo)點(diǎn)。與圖4不同，規(guī)定光學(xué)行程Pl，P2的光纖50a， 50b與該輥及其輥軸端部的入口或者出口固定地同步旋轉(zhuǎn)。例如，它們安排在把光纖保持在輥的旋轉(zhuǎn)軸線上的兩個孔口 51a，51b中，所述孔口接收或發(fā)出照明光束進(jìn)入過渡耦接光學(xué)元件55，該過渡耦接光學(xué)元件分別連接至發(fā)射器40或接收器30，它們相對于地面(因而與輥脫離而且不旋轉(zhuǎn))固定在輥軸的一側(cè)和另一側(cè)。用于這個空氣類型的過渡光學(xué)耦接的保護(hù)裝置310、330可以，例如，借助于隔離管與輥或者發(fā)射器或者接收器剛性地連接。該實施方式還避免把發(fā)射器和接收器裝在輥腔中，并需要在所述腔中進(jìn)行簡單的“無源”的電氣和光學(xué)適配，這使輥的設(shè)計或維修更簡單。圖6表示按照圖5的第五實施方式，其中發(fā)射器和接收器設(shè)置在輥腔外，但在這里與輥的旋轉(zhuǎn)軸線連成一體(借助于耦接裝置310、330)，用以在機(jī)械上固定在輥的旋轉(zhuǎn)軸線上，類似于按照圖6的固定在輥的端部)。但這后一種剛性連接方式并非必不可少，而且可以用耦接光學(xué)元件避免，像圖5—樣(其中零件330，55將被分離)。在這種情況下，退耦 (脫開聯(lián)接)旋轉(zhuǎn)零件設(shè)置在所述耦接零件310、330和空氣引導(dǎo)件520之間。應(yīng)該注意的是，發(fā)射器和接收器連接到輥或它的軸，帶來完全補(bǔ)償令人不期望的振動的優(yōu)點(diǎn)。于是，一種使這些零件相對于輥可能脫離方法要求耦接或者退耦裝置保證令人滿意的振動補(bǔ)償。這在技術(shù)上是可能的，但是可能使其實現(xiàn)變得復(fù)雜。圖6中，發(fā)射器和接收器也連接至同一的和唯一的光學(xué)行程，從而用作第一和第二光學(xué)行程P1，P2，諸如設(shè)置在輥的旋轉(zhuǎn)軸線上的簡單的空氣導(dǎo)管520。設(shè)計成形成目標(biāo)點(diǎn) 11上/來自目標(biāo)點(diǎn)11的光學(xué)入射和反饋的全反射鏡411設(shè)置在輥腔內(nèi)，并從平行于(和相同于)輥旋轉(zhuǎn)軸線的空氣導(dǎo)管520的主方向以傾斜45°的角度攔截空氣導(dǎo)管。二色反射鏡401設(shè)置在輥腔外，允許引導(dǎo)光束在發(fā)射器或者接收器和唯一的空氣導(dǎo)管520之間進(jìn)行輸出和輸入。由于這個安排，發(fā)射器、接收器和二色反射鏡401可以以輥同一側(cè)整體單件的形式(與輥連接或不連接地)設(shè)置，于是方便輥以及測量裝置本身的運(yùn)行和維修。唯一的空氣導(dǎo)管520和所述整體件之間的接頭可以旋轉(zhuǎn)，以便避免驅(qū)動該整體件使之與該輥一起旋轉(zhuǎn)。圖7表示按照圖6的第六實施方式，但為此全反射鏡(圖6的零件411)被至少一個光纖501 (具有適當(dāng)?shù)膸?或光纖束代替，其中通過所述目標(biāo)點(diǎn)上簡單的透鏡511聚焦的燒蝕激光使光學(xué)總帶寬適宜于發(fā)送入射目標(biāo)點(diǎn)11的光束和和接收由此返回(反饋)的光束。安排在輥外的二色反射鏡401和該光纖或者光纖束501之間的準(zhǔn)直光學(xué)件512用來與發(fā)射器和接收器40、30進(jìn)行光學(xué)耦接。與圖6相同，包括發(fā)射器、接收器和二色反射鏡的設(shè)置可以以單件的形式實現(xiàn)，以便允許由該輥驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的可脫開耦接的連接。
權(quán)利要求
1.淀積在鋼帶(1)的表面上的金屬鍍層的光譜分析方法，其特征在于下列步驟使所述鋼帶沿著旋轉(zhuǎn)輥(8)的外表面弧(81 運(yùn)動，該旋轉(zhuǎn)輥具有通過接觸引導(dǎo)該鋼帶的圓柱形壁部；激光燒蝕光束被傳送經(jīng)過該圓柱形壁部的內(nèi)腔，使其沿垂直于輥的外表面的軸線Gl) 光學(xué)入射在該鋼帶和輥的目標(biāo)接觸點(diǎn)(11)上，所述光束經(jīng)由對光束透明的壁部開孔(811) 穿過該壁部；來自燒蝕激光對該接觸點(diǎn)的等離子體光譜發(fā)射分布由沿著與輥的外表面垂直的軸線 (41)穿過該開孔的光學(xué)反饋接收，以便被傳送到光譜測量單元；用于光學(xué)入射和光學(xué)反饋的垂直于該外表面的軸線Gl)與該輥同步旋轉(zhuǎn)。
2.實施根據(jù)權(quán)利要求1所述的適于對淀積在鋼帶表面上的金屬鍍層進(jìn)行光譜分析的方法的裝置，其特征在于激光燒蝕光束發(fā)射器GO)和等離子體光譜的發(fā)射接收器(30)；第一光學(xué)行程(Pl)，設(shè)置在發(fā)射器的出口，并設(shè)計成引導(dǎo)激光燒蝕光束通過輥腔，并且具有光導(dǎo)裝置O0)以確保所述光束入射在該目標(biāo)接觸點(diǎn)上；第二光學(xué)行程(P2)，設(shè)置在接收器的入口，并設(shè)計成通過所述光導(dǎo)裝置O0)接收等離子體光譜發(fā)射分布；至少該光導(dǎo)裝置OO)能夠通過機(jī)械聯(lián)接與輥的旋轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中該光導(dǎo)裝置OO)包括相對于輥的垂直軸線和旋轉(zhuǎn)軸線傾斜45°的鏡，理想的是二色反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中該第一光學(xué)行程包括光導(dǎo)，諸如光纖(44b，50a， 501)或空氣引導(dǎo)件(44a, 520) ο
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中該第二光學(xué)行程包括光導(dǎo)，諸如光纖(34， 50b, 501)或空氣引導(dǎo)件(31，520)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中該第一和第二光學(xué)行程包括至少一條光纖，具有 90°轉(zhuǎn)角作為光導(dǎo)裝置(20)，從而限定沿著輥的旋轉(zhuǎn)軸線(51)伸展的纖維區(qū)域和沿著垂直于目標(biāo)接觸點(diǎn)的軸線Gl)的纖維區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的裝置，其中至少發(fā)射器和/或接收器設(shè)置在輥腔外。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的裝置，其中至少發(fā)射器和/或接收器在與該光導(dǎo)裝置同步旋轉(zhuǎn)地耦接，特別是當(dāng)其設(shè)置在輥腔內(nèi)時，在此情況下其還耦接到具有理想地用于電源、命令信號和/或控制信號的旋轉(zhuǎn)接頭的電聯(lián)接件。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項所述的裝置，其中開孔(811)包括由對激光燒蝕光束和等離子體光譜發(fā)射光學(xué)透明的材料制成的窗孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中任一項所述的裝置在電鍍過程之后對輥上運(yùn)動的鋼帶鍍層表面進(jìn)行化學(xué)分析測量的利用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用，包括在時間上依次啟動激光燒蝕光束，在運(yùn)動的鋼帶與輥一起旋轉(zhuǎn)中的作為轟擊目標(biāo)的相同接觸點(diǎn)處轟擊到鋼帶的不同的深度；啟動與所述目標(biāo)點(diǎn)處的每一次轟擊相關(guān)的化學(xué)分析測量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的利用，其中至少一次激光燒蝕轟擊在如下深度 鋼帶鍍層外表面0和3微米之間，理想地在1和2微米之間的深度； 在鍍層深度約40-60%的深度；在鍍層深度約90-95 %的深度。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項所述的裝置的利用，其控制進(jìn)行電鍍方法的設(shè)備和調(diào)整設(shè)置在電鍍設(shè)備下游的合金化窯爐的參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的裝置對相對于基準(zhǔn)數(shù)據(jù)對電鍍過程的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時控制的利用。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的根據(jù)選定參數(shù)提供高性能控制步驟，以便保證在基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的容差范圍內(nèi)獲得運(yùn)行數(shù)據(jù)的利用。
全文摘要
本發(fā)明涉及淀積在鋼帶(1)表面的金屬鍍層的光譜分析方法，其特征在于下列步驟所述鋼帶沿旋轉(zhuǎn)輥(8)的外表面(813)的弧運(yùn)動，并利用圓柱形壁部通過接觸引導(dǎo)該鋼帶；把所謂燒蝕激光束引導(dǎo)到圓柱形壁部的內(nèi)腔中，以便沿輥外表面的法向軸線(41)光學(xué)入射在鋼帶和輥的目標(biāo)接觸點(diǎn)(11)上，所述光束穿過對光束透明的壁部開孔(811)通過該壁部；燒蝕激光在接觸點(diǎn)引起的穿過開孔的等離子體的光譜發(fā)射分布被沿輥外表面的法向軸線(41)方向的光學(xué)反饋接收，以便引向光譜測量單元；適于光學(xué)入射和光學(xué)反饋的外表面的法向軸線與該輥同步旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明還涉及具有適于實現(xiàn)本發(fā)明方法的多個實現(xiàn)例的裝置以及本發(fā)明的有利應(yīng)用。
文檔編號G01N21/71GK102428360SQ200980159173
公開日2012年4月25日 申請日期2009年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者J·佩雷, L·克盧托, M·米紹 申請人:西門子Vai金屬科技有限公司