專利名稱：測(cè)量鋼帶材清潔度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)量鋼片材或帶材的表面清潔度的在線方法。本發(fā)明的背景技術(shù)與現(xiàn)有 技術(shù)在鋼片材的制造期間，冷軋方法在片材表面基本產(chǎn)生了兩類雜質(zhì)第一，表 面碳，其來自于軋制油的降解，以及第二，來自與用于軋制的柱體的相互反應(yīng)的鐵細(xì)粉 (fine) ο該表面污染是有問題的，因?yàn)槠湫枰l繁地清潔柱體，且酸洗浴液更快地被 污染。這顯然帶來了附加成本。還必須將不潔片材進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的退火，這也是花費(fèi)較 多的。最后，在后續(xù)電鍍或鍍覆步驟中，這些沉積量的粘結(jié)缺陷具有對(duì)成品的耐腐蝕性 不利的后果。為了評(píng)價(jià)表面清潔度，存在兩種不同的方法，可將其分為兩組_實(shí)驗(yàn)室方法，其是精確的，但是“離線的”。這些方法基于X射線熒光、原 子吸收、質(zhì)譜法等。它們通常需要長(zhǎng)時(shí)間且對(duì)于實(shí)施是昂貴的；-在線控制法，其通常是快速但較不精確的。其中，"Scotch 膠帶試驗(yàn)”(或 Tesa試驗(yàn))是最好的已知方法。該方法在于將一些粘結(jié)劑(下文稱為《Seoteh 膠 帶”)以盡可能可再現(xiàn)的方式施加于片材上，然后將其去除并粘附于白紙上。然后測(cè)量
由“!Seoteh 膠帶”反射的光的百分?jǐn)?shù)，所述Seoteh ,膠帶帶有從片材去除的顆粒。& 要么通過與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，要么使用特定設(shè)備進(jìn)行。然而，該后者方法依賴于操作者，且特別依賴于將膠帶施加于片材上
的方式(施加速度、壓力、去除速度等)。這導(dǎo)致了結(jié)果的顯著分散，這可在反射率測(cè)量 上達(dá)到大于20%。最近，開發(fā)了半自動(dòng)方法。該方法允許將Scotch 膠帶自動(dòng)地施加于可處 于運(yùn)動(dòng)中的片材上，然后測(cè)量反射率百分?jǐn)?shù)，這也是自動(dòng)進(jìn)行的。然而，仍存在操作 者，且結(jié)果的分散顯然是僅僅較低的。此外，測(cè)量的不連續(xù)性質(zhì)仍成為主要缺陷(參見 INNSITEC Lasertechnologies GmbH 公司的 CoilScooter-TG 裝置-www.innsites.com)。最近，研究了一種基于紅外輻射的吸收的完全自動(dòng)的方法。據(jù)所知，其仍處 于開發(fā)中，且在任何情形中，并非廣泛展開的(參見KnmthRJ.， "Controle de Ia propretedes surfacesd' acier” , La Revuede Mettallurgie-CTT, 2002 年 7 月)。發(fā)明目的本發(fā)明旨在提供用于測(cè)量鋼帶材表面清潔度的在線且連續(xù)的方法，其允許克服 現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。本發(fā)明更特別地旨在提供可靠的、可再現(xiàn)的和完全自動(dòng)的方法。本發(fā)明的主要特征元素本發(fā)明涉及用于測(cè)量連續(xù)運(yùn)動(dòng)的金屬片材或帶材的表面清潔度的在線且自動(dòng)的 方法，其中
-將輻射束或顆粒束或甚至火花集中于運(yùn)動(dòng)中的帶材表面上，對(duì)傳送功率和焦直 徑進(jìn)行選擇以便獲得對(duì)于產(chǎn)生等離子體或熱點(diǎn)足夠的功率密度，所述等離子體或熱點(diǎn)以 被周邊氧化環(huán)包圍的中央?yún)^(qū)域的形式局部地蝕刻金屬；-通過光學(xué)影像采集裝置和通過圖像處理對(duì)涵蓋所述氧化的環(huán)且任選地涵蓋所述 中央?yún)^(qū)域的區(qū)域的特性進(jìn)行分析；-由此推導(dǎo)表面清潔度的目標(biāo)值指數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案還公開了以下組合特征中的一個(gè)或多個(gè)-所述束是激光束或電子束；-光學(xué)影像采集裝置是在紫外、可見和/或紅外區(qū)中工作(active)的照相機(jī)；-圖像處理包括氧化環(huán)的寬度和/或其著色強(qiáng)度的分析；-將獲得的顏色圖像轉(zhuǎn)換成灰度，且確定它們的校正柱狀圖；-在圖像處理中調(diào)節(jié)亮度，使得可以分別與相應(yīng)于清潔標(biāo)準(zhǔn)片材和不潔標(biāo)準(zhǔn)片材 的柱狀圖平均值相當(dāng)；-對(duì)于每個(gè)待檢驗(yàn)的片材，對(duì)涵蓋被周邊氧化環(huán)所包圍的中央?yún)^(qū)域的區(qū)域進(jìn)行限 定，計(jì)算相應(yīng)于該區(qū)域的柱狀圖的平均值或中值，對(duì)于大于由清潔片材和不潔片材的校 準(zhǔn)所預(yù)定值的平均值或中值而言，片材的清潔度被認(rèn)為是令人滿意的；-金屬帶材或片材是由鋼制備的；-金屬帶材或片材的運(yùn)動(dòng)速度大于0.5m/s。附圖簡(jiǎn)要說明

圖1顯示了在根據(jù)本發(fā)明的方法將顏色圖像轉(zhuǎn)換為灰度并校正柱狀圖后，在清 潔片材上的六個(gè)激光坑的視圖。圖2顯示了在根據(jù)本發(fā)明的方法將顏色圖像轉(zhuǎn)換為灰度并校正柱狀圖后，在不 潔片材上的六個(gè)激光坑的視圖。在圖3中，陰影線區(qū)域表示用于限定局部柱狀圖的區(qū)域，其平均值允許量化清 潔度水平(清潔片材)。在圖4中，陰影線區(qū)域表示用于限定局部柱狀圖的區(qū)域，其平均值允許量化清 潔度水平(不潔片材)。圖5是清潔片材的起始照片。圖6是不潔片材的起始照片。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的描述本發(fā)明中提出的裝置屬于全自動(dòng)測(cè)量裝置的類別?？蓪⑵渲糜诠I(yè)生產(chǎn)線上且 在無操作者干預(yù)的情況下工作。下面描述該裝置的原理。將激光束(優(yōu)選為脈沖的)集中于運(yùn)動(dòng)中的片材的表面上。選擇激光功率和焦 直徑使得在片材上獲得的功率密度足以在片材表面上產(chǎn)生等離子體。在這些條件下，注意到包圍等離子體區(qū)域的氧化環(huán)的形成。該環(huán)具有取決于表 面清潔度的寬度和褐色。通過使用照相機(jī)或任何其它等效裝置分析氧化區(qū)域的特性， 可推導(dǎo)出與操作者 主觀性無關(guān)的表面清潔度的指標(biāo)值。
圖像的處理在于分析受影響區(qū)域的寬度和/或其著色的強(qiáng)度。施用方法的實(shí)施例在下面實(shí)施例中，使用的激光源是包括在由LSA-LaserAnalytical System&Automation GmbH, Aachen 公司的 TeleLis，LIBS 激光儀器中的激光源。在待測(cè)量的片材表面下，將具有300mJ能量的激光束集中為150mm，該源的位 置距離該片材4米。該片材以約0.6m/s的線性速率移動(dòng)。激光以具有20Hz的交替頻率 的“雙脈沖”模式工作。 隨著每個(gè)脈沖，產(chǎn)生等離子體，且在片材表面上產(chǎn)生微坑。其深度取決于激光 的能量。在坑附近，或多或少的暗褐色區(qū)域出現(xiàn)了 令人驚訝地，已注意到其顏色強(qiáng)度 和其寬度取決于片材的表面清潔度。作為例子，圖1和2顯示了分別對(duì)于清潔片材和對(duì)于不潔片材獲得的一些坑的圖 像。將這些具有相似放大率的圖像從顏色照片轉(zhuǎn)換成灰度，且對(duì)亮度進(jìn)行適調(diào)，使得兩 個(gè)照片具有其柱狀圖的相仿平均值。在所示實(shí)施例中，該值為129。因此應(yīng)注意，對(duì)于不潔片材，暗環(huán)在每個(gè)坑周圍清晰可見，中央位置是黑色 的，而其對(duì)于清潔片材其幾乎不出現(xiàn)。在這兩種情形中，如果在坑(圖3和4中的陰影線區(qū)域)周圍劃界為良好限定的 區(qū)域，然后使用這些區(qū)域的柱狀圖的平均值，則對(duì)于不潔片材獲得了 100的值，而對(duì)于 清潔片材獲得了 120的值。如果使用中值(分別為88和131)，則該差別甚至更顯著。作為對(duì)比，使用的確 定表面清潔度的傳統(tǒng)反射率測(cè)量分別產(chǎn)生了約58%和38%的值。應(yīng)注意，片材越不潔， 反射率百分?jǐn)?shù)越降低，而局部柱狀圖的平均值升高。基于柱狀圖的這些標(biāo)準(zhǔn)僅是基于自動(dòng)圖像分析來量化片材光潔度的一種可能 性。本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的更精密的處理將允許甚至更深的辨別。實(shí)際上，對(duì)于清潔片 材而言，環(huán)的弱著色對(duì)于肉眼是可見的，而上述施用的基本灰度轉(zhuǎn)化使其完全消失，因 而降低了該方法的辨別力。為信息目的，圖5和6顯示了起始顏色的照片。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)該方法具有完全自動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，且因此不依賴于操作者的技巧和判斷。其還可在運(yùn)動(dòng)中的片材上工作，用于連續(xù)監(jiān)測(cè)。最后，其僅需要可用于工業(yè)生產(chǎn)線上的簡(jiǎn)單而堅(jiān)固的材料，離開足夠距離以避 免在事故的情形中損壞。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)量連續(xù)運(yùn)動(dòng)的金屬片材或帶材的表面清潔度的在線且自動(dòng)的方法，其中-將輻射束或顆粒束或甚至火花集中于運(yùn)動(dòng)中的帶材表面上，對(duì)傳送功率和焦直徑進(jìn) 行選擇以便獲得對(duì)于產(chǎn)生等離子體或熱點(diǎn)足夠的功率密度，所述等離子體或熱點(diǎn)以被周 邊氧化環(huán)包圍的中央?yún)^(qū)域的形式局部地蝕刻金屬；-通過光學(xué)影像采集裝置和通過圖像處理對(duì)涵蓋所述氧化的環(huán)且任選地涵蓋所述中央 區(qū)域的區(qū)域的特性進(jìn)行分析；-由此推導(dǎo)表面清潔度的目標(biāo)值指數(shù)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述束是激光束或電子束。
3.權(quán)利要求1的方法，其中光學(xué)影像采集裝置是在紫外、可見和/或紅外區(qū)中工作的 照相機(jī)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中圖像處理包括氧化環(huán)的寬度和/或其著色強(qiáng)度的分析。
5.權(quán)利要求1的方法，其中將獲得的顏色圖像轉(zhuǎn)換成灰度，且確定它們的校正柱狀圖。
6.權(quán)利要求5的方法，其中在圖像處理中調(diào)節(jié)亮度，使得可以與分別相應(yīng)于清潔標(biāo)準(zhǔn) 片材和不潔標(biāo)準(zhǔn)片材的柱狀圖平均值相當(dāng)。
7.權(quán)利要求6的方法，其中對(duì)于每個(gè)待檢驗(yàn)的片材，對(duì)涵蓋被周邊氧化環(huán)所包圍的所 述中央?yún)^(qū)域的區(qū)域進(jìn)行限定，計(jì)算相應(yīng)于該區(qū)域的柱狀圖的平均值或中值，對(duì)于大于由 清潔片材和不潔片材的校準(zhǔn)所預(yù)定值的平均值或中值而言，片材的清潔度被認(rèn)為是令人 滿意的。
8.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中金屬帶材或片材是由鋼制備的。
9.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其中金屬帶材或片材的運(yùn)動(dòng)速度大于0.5m/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量連續(xù)運(yùn)動(dòng)的金屬片材或帶材的表面清潔度的線內(nèi)且自動(dòng)的方法，其特征在于以下步驟將輻射束或顆粒束或甚至火化集中于運(yùn)動(dòng)中的帶材表面上，對(duì)傳送功率和焦直徑進(jìn)行選擇以便獲得對(duì)于產(chǎn)生等離子體或熱點(diǎn)足夠的功率密度，所述等離子體或熱點(diǎn)以被周邊氧化環(huán)包圍的中央?yún)^(qū)域的形式局部地蝕刻金屬；通過光學(xué)影像采集裝置和通過圖像處理對(duì)涵蓋所述氧化的環(huán)且任選涵蓋所述中央?yún)^(qū)域的區(qū)域特性進(jìn)行分析；由此推導(dǎo)表面清潔度的目標(biāo)值指數(shù)。
文檔編號(hào)G01N21/71GK102027354SQ200980117141
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者G·蒙福特 申請(qǐng)人:冶金研究Asbl中心