基于镜面反射率测量的激光制备钢件防锈膜方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于镜面反射率测量的激光制备钢件防锈膜方法与装置，方法中，在经过预处理的钢件中提取若干小样，利用近红外激光在小样表面制备防锈膜，对不同制膜参数制备的防锈膜进行45

【技术实现步骤摘要】
基于镜面反射率测量的激光制备钢件防锈膜方法与装置


[0001]本专利技术属于金属表面处理
，特别是一种基于镜面反射率测量的激光制备钢件防锈膜方法与装置。

技术介绍

[0002]钢铁是当今社会经济生活中不可或缺的一种材料，但受到各种自然因素作用，无表面防护的钢铁制品易于受到腐蚀，使用寿命大大缩短。在钢铁制品表面制备出一层附着力强、耐腐蚀、致密性好的防锈层，可有效保护钢铁制品免受高湿、高盐雾环境的腐蚀。目前生成类似防锈膜的方法有高温碱熟发黑、常温有毒发黑以及含氧蒸汽发黑等工艺。这些传统工艺都存在着诸如膜层疏松、膜稳定性差、耗能高、效率低、处理时间长、制膜剂及废液损害人体健康且污染环境等无法避免的缺陷。
[0003]激光制备防锈膜属于激光表面改性
，是一种非接触式的钢铁制品防锈膜制备方法。该方法利用激光扫描过程中钢铁制品表面物质吸收激光束能量而快速升温，从而通过Fe原子与O2分子的化学反应，生成内层分布氧化亚铁(FeO)、外层分布四氧化三铁(Fe3O4)结构的铁氧体防锈薄膜。该防锈膜具有均匀连续、附着力和防锈性好的特点。与传统方法对比，激光制备防锈膜具有环保、高效、节能和安全等技术特点，有望成为当前最具潜力的钢件防锈膜绿色制备技术。
[0004]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种基于镜面反射率测量的激光制备钢件防锈膜方法与装置，能够自动高效地制备高质量的防锈膜。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于方阻测量的激光清洗方法包括以下步骤：
[0007]第一步骤中，表面预处理钢件，获得钢件表面的清洁率，
[0008]第二步骤中，调节激光制膜参数，所述激光制膜参数包括制膜用激光的功率、脉冲宽度、脉冲重复频率、振镜扫描速度和激光光斑重合率，
[0009]第三步骤中，从所述钢件中提取若干钢件小样，设定不同的激光制膜参数在不同钢件小样表面进行激光制备防锈膜，
[0010]第四步骤中，在线测量某个钢件小样的防锈膜表面产生的镜面反射功率平均值P
m
以及离线测量电化学阻抗R
m
，
[0011]第五步骤中，确定具有最大电化学阻抗R
max
和镜面反射功率平均值P
a
的防锈膜为最佳防锈膜，
[0012]第六步骤中，将所述钢件表面划分为若干个等面积的单元，在第i个单元上进行激光制备防锈膜时，在线记录第n次制备的防锈膜表面上的镜面反射光光功率平均值P
n
，n为
自然数，
[0013]第七步骤中，计算第n次制备防锈膜的品质率γ：
[0014][0015]其中P
a
为最佳防锈膜表面的镜面反射功率平均值、P
n
为在第i个单元第n次制备的防锈膜表面的镜面反射功率平均值，在线测量的品质率γ代替离线测量的电化学阻抗以在线监测第i个单元表面制膜过程，当品质率γ大于等于预定值，判断所述单元表面制备出最佳防锈膜，实施下一个单元制膜过程；当品质率γ小于预定值，重复制膜直到γ大于等于预定值。
[0016]所述的方法中，第一步骤中，拍摄钢件表面的图像并利用图像法计算所述清洁率，清洁率为清洗干净的面积与图像总面积之比。
[0017]所述的方法中，第二步骤中，灰度处理所述图像，所述图像中坐标为(x，y)点的灰度记为A(x，y)，利用平衡点分割算法获取灰度图像平衡值K，然后对灰度图像进行黑白值赋予，坐标为A(x，y)点的灰度记为B(x，y)，从最小灰度到最大灰度均与平衡值K实施对比，灰度A(x，y)小于动态平衡值K的点为未被表面预处理好的点，大于等于平衡值K的点为表面预处理好的点，所述清洁率大于等于99％。
[0018]所述的方法中，第二步骤中，所述激光光斑重合率为：
[0019][0020][0021]其中，β为激光光斑重合率，v为振镜扫描速率，τ为激光脉冲重复频率，S为相邻光斑重合面积，r为制膜用激光的光斑半径，l
x
和l
y
为X方向和Y方向上相邻激光光斑的中心距离，通过设定振镜扫描速度v和激光脉冲重复频率τ获得不同的激光光斑重合率β。
[0022]所述的方法中，第四步骤中，经由探测用激光在线测量，探测用激光与钢件表面的法线呈45入射角，探测用激光包括可见光波段的激光。
[0023]所述的方法中，第七步骤中，所述的最佳防锈膜表面的镜面反射功率平均值P
a
、在第i个单元第n次制备的防锈膜表面的镜面反射功率平均值P
n
均是在防锈膜表面随机取样10个以上不同点位处45
°
角入射探测用激光的镜面反射光光功率测量值的算术平均值。
[0024]所述的方法中，第七步骤中，所述预定值为95％。
[0025]一种实施所述的激光制备钢件防锈膜方法的激光制备钢件防锈膜装置包括，
[0026]机械臂，其具有多个自由度以调整距离钢件的位置；
[0027]制膜光源系统，其连接所述机械臂，制膜光源系统包括，
[0028]第一激光光源，其生成制膜用第一激光光束，
[0029]扫描振镜，其设在所述激光光源的光路上，
[0030]光隔离器，其接收来自所述扫描振镜的第一激光光束，
[0031]光束聚焦透镜，其聚焦来自所述光隔离器的第一激光光束；
[0032]三维平移台，其在三维方向可调节地平动；
[0033]制膜监测系统，其支承于所述三维平移台，所述制膜监测系统包括，
[0034]第二激光光源，其生成探测用第二激光光束，
[0035]激光功率测量表头和激光功率测量探头，测量钢件的防锈层表面的第二激光光束的镜面反射光光功率；
[0036]制膜导热系统，其支承于所述三维平移台，所述制膜导热系统包括，
[0037]导热板，其支撑且导热所述钢件，
[0038]半导体制冷片，其连接并冷却所述导热板，
[0039]风扇，其朝向所述导热板吹风，
[0040]热敏电阻，其连接所述导热板，
[0041]温度控制器，其连接所述热敏电阻以调节温度；
[0042]图像拍摄单元，其朝向所述钢件以采集图像。
[0043]所述的激光制备钢件防锈膜装置中，所述第一激光光源可调节地朝所述钢件表面以
±1°
角发射制膜用第一激光光束，第一激光光束为波长在近红外波段的脉冲激光束，所述第一激光光源的激光平均功率在0
‑
100W连续可调，激光脉冲重复频率1kHz
‑
500kHz连续可调，脉冲宽度200ns，振镜扫描速率0
‑
4000mm/s连续可调。
[0044]所述的激光制备钢件防锈膜装置中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于镜面反射率测量的激光制备钢件防锈膜方法，所述方法包括以下步骤：第一步骤中，表面预处理钢件，获得钢件表面的清洁率，第二步骤中，调节激光制膜参数，所述激光制膜参数包括制膜用激光的功率、脉冲宽度、脉冲重复频率、振镜扫描速度和激光光斑重合率，第三步骤中，从所述钢件中提取若干钢件小样，设定不同的激光制膜参数在不同钢件小样表面进行激光制备防锈膜，第四步骤中，在线测量某个钢件小样的防锈膜表面产生的镜面反射功率平均值P
m
以及离线测量电化学阻抗R
m
，第五步骤中，确定具有最大电化学阻抗R
max
和镜面反射功率平均值P
a
的防锈膜为最佳防锈膜，第六步骤中，将所述钢件表面划分为若干个等面积的单元，在第i个单元上进行激光制备防锈膜时，在线记录第n次制备的防锈膜表面上的镜面反射光光功率平均值P
n
，n为自然数，第七步骤中，计算第n次制备防锈膜的品质率γ：其中P
a
为最佳防锈膜表面的镜面反射功率平均值、P
n
为在第i个单元第n次制备的防锈膜表面的镜面反射功率平均值，在线测量的品质率γ代替离线测量的电化学阻抗以在线监测第i个单元表面制膜过程，当品质率γ大于等于预定值，判断所述单元表面制备出最佳防锈膜，实施下一个单元制膜过程；当品质率γ小于预定值，重复制膜直到γ大于等于预定值。2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，第一步骤中，拍摄钢件表面的图像并利用图像法计算所述清洁率，清洁率为清洗干净的面积与图像总面积之比。3.根据权利要求2所述的方法，其中，第二步骤中，灰度处理所述图像，所述图像中坐标为(x，y)点的灰度记为A(x，y)，利用平衡点分割算法获取灰度图像平衡值K，然后对灰度图像进行黑白值赋予，坐标为A(x，y)点的灰度记为B(x，y)，从最小灰度到最大灰度均与平衡值K实施对比，灰度A(x，y)小于动态平衡值K的点为未被表面预处理好的点，大于等于平衡值K的点为表面预处理好的点，所述清洁率大于等于99％。4.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤中，所述激光光斑重合率为：4.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤中，所述激光光斑重合率为：其中，β为激光光斑重合率，V为振镜扫描速率，τ为激光脉冲重复频率，S
′
为相邻光斑重合面积，r为制膜用激光的光斑半径，1
x
和1
y
为X方向和Y方向上相邻激光光斑的中心距离，通过设定振镜扫描速度v和激光脉冲重复频率τ获得不同的激光光斑重合率β。5.根据权利要求1所述的方法，其中，第四步骤中，经由...

【专利技术属性】
技术研发人员：白杨，余立冬，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：