本發(fā)明涉及工業(yè)標(biāo)識技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法。

背景技術(shù)：

目前，工業(yè)標(biāo)識領(lǐng)域?qū)α慵臉?biāo)識常用的是DPM(direct part marking)，即直接零件標(biāo)識技術(shù)，包括激光標(biāo)刻、電化學(xué)標(biāo)刻、機械打點標(biāo)刻和噴墨標(biāo)刻。具體方法是選擇零件上尺寸較大的平整表面標(biāo)刻Data Matrix碼(以下簡稱DM碼)，運用激光燒蝕、電化學(xué)蝕刻、機械打點和噴墨等方式在零件表面形成永久標(biāo)識，通過掃碼槍或校驗儀對DM碼進(jìn)行識讀，獲取零件，即完成了一次標(biāo)識，該項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空、航天工業(yè)零部件產(chǎn)品的標(biāo)識領(lǐng)域。

然而，在實際工業(yè)標(biāo)識中，經(jīng)常面臨許多特殊的微小型零件，如彈簧、調(diào)整釘、堵頭等，多為小阻尼密封件、薄膜以及一些聚合物，由于應(yīng)力、尺寸、特殊表面要求及其它原因，無法以傳統(tǒng)的印刷標(biāo)簽、鋼印以及二維條碼的方式進(jìn)行標(biāo)記，無法做到對零件的追蹤與管理，原因如下:

1.在激光標(biāo)刻、電化學(xué)標(biāo)刻、機械打點標(biāo)刻和噴墨標(biāo)刻四種標(biāo)識方法中，激光標(biāo)刻形成的DM碼尺寸最小，能被傳統(tǒng)條碼校驗儀識讀的最小二維碼尺寸為3*3mm，電化學(xué)標(biāo)刻最小可讀二維碼尺寸為12*12mm，機械打點標(biāo)刻最小可讀二維碼尺寸為8*8mm，噴碼最小可讀二維碼尺寸為8*8mm，上述可識讀二維碼尺寸過大，無法滿足微小型零件標(biāo)識要求。

2.雖然利用飛秒激光等先進(jìn)標(biāo)刻設(shè)備能做到尺寸小于1*1mm的二維碼，利用光學(xué)顯微鏡等成像設(shè)備也能擺脫傳統(tǒng)條碼校驗儀識讀能力差的限制，但是,當(dāng)DM碼尺寸過小，對碼的完整性要求就越高，污染和腐蝕的影響就會被放大，原本DM碼尺寸較大的情況下，可能僅會腐蝕DM碼模塊中的一個點，碼本身的糾錯算法可以自行修正，這種局部污染和腐蝕完全可以被忽略；然而當(dāng)DM碼尺寸過小，很小面積的污染和腐蝕就會導(dǎo)致DM碼中很多模塊的不可讀，對環(huán)境和碼的耐久性要求就會很高，導(dǎo)致實施性變差。

現(xiàn)有的微小型零件標(biāo)識方法主要是通過將標(biāo)識做在外包裝的方法實現(xiàn)，通常將同一批次的若干個小零件裝在同一個包裝袋或包裝盒中，外面統(tǒng)一標(biāo)識，這種方法僅能對同一批次的零件進(jìn)行標(biāo)識，無法實現(xiàn)到個體零件的標(biāo)識；而且一旦將零件從包裝袋或包裝盒中取出，零件的標(biāo)識就會消失，可追蹤性和自動數(shù)據(jù)采集就無從談起。

微小零件標(biāo)識目前國內(nèi)外研究甚少，為了解決這一盲區(qū)，提出了一種基于微小零件的失效補救辦法，通過在零件表面制作一種經(jīng)過特殊設(shè)計的“元素碼”標(biāo)簽實現(xiàn)對零件的標(biāo)識功能，該功能的實現(xiàn)需要借助XRF(X-Ray fluorescence)X射線熒光光譜分析技術(shù)的成分檢測功能，可用于對各種材料微小型零件進(jìn)行標(biāo)識和全生命周期的追蹤管理。即在產(chǎn)品全生命周期過程中，通過制作特殊的“元素碼”，獲得“元素碼”所對應(yīng)的特征譜系和成分信息，將成分信息與零件二維碼相對應(yīng)，這樣在標(biāo)識消失的情況下，通過對產(chǎn)品特征譜系的提取采集，將之轉(zhuǎn)換為二維碼，就可消除外包裝脫離帶來的零件標(biāo)識消失的問題，為零件的核實驗證提供依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法。通過在零件表面制作一種經(jīng)過特殊設(shè)計的“元素碼”標(biāo)簽實現(xiàn)對零件的標(biāo)識功能，該功能的最終實現(xiàn)需要借助XRF射線熒光光譜分析技術(shù)的成分檢測功能，用于對各種材料微小型零件進(jìn)行標(biāo)識和全生命周期的追蹤管理，且該方法標(biāo)識可控制元素碼的尺寸在1*1mm以內(nèi)。

本發(fā)明思路是:選取元素碼配方組分，運用常溫空氣噴涂的方法制作元素碼，并對零件上的元素碼進(jìn)行多點XRF檢測獲得多點的元素含量信息，運用統(tǒng)計方法計算元素碼元素限，用X＝x±U表示，則該零件就可用元素碼信息唯一表示，也可繼續(xù)將該元素碼信息與數(shù)據(jù)庫中零件二維碼相關(guān)聯(lián)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法，其特征在于包括以下步驟:

步驟1.選擇零件非工作面上平整表面為元素碼標(biāo)記面，并確保其表面粗糙度要求，對標(biāo)識區(qū)進(jìn)行除油除銹清洗，對非標(biāo)識區(qū)進(jìn)行掩膜處理；

步驟2.根據(jù)標(biāo)識材料所含的元素種類，結(jié)合小零件工況條件和標(biāo)識批次，基于避讓基材元素原則，選取配方并混合制備，以溶液混合均勻，無懸浮沉淀為標(biāo)準(zhǔn)；

步驟3.以少量多次的原則，在標(biāo)識區(qū)域開始空氣噴涂，直到形成較好的涂膜質(zhì)量，噴涂結(jié)束后加熱固化；

步驟4.對制作的元素碼執(zhí)行k次XRF檢測，獲得各元素(x_i，i＝1,2…n)的百分含量(x_ij，i＝1,2…n，j＝1,2…k)；運用統(tǒng)計學(xué)方法按下式計算元素限，最終結(jié)果用表示

U_b＝0.033％ (2)

式中，表示k次檢測的平均值，U_a表示均值標(biāo)準(zhǔn)偏差，U_b表示儀器誤差，U表示擴展不確定度；經(jīng)過一次配比可得到唯一的元素限，對零件進(jìn)行XRF元素碼標(biāo)識后，通過XRF檢測所得到的元素百分含量，若完全落在元素限內(nèi)，則為該零件，若不完全落在元素限內(nèi)，則不是該零件。

有益效果

本發(fā)明提出的一種基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法，通過該方法實現(xiàn)對墊片小零件的標(biāo)識和全生命周期的管理追蹤。實現(xiàn)了在微小型零件上1*1mm尺寸以內(nèi)的標(biāo)識。選取元素碼配方組分，運用常溫空氣噴涂的方法制作元素碼，并對零件上的元素碼進(jìn)行多點XRF檢測獲得多點的元素含量信息，運用統(tǒng)計方法計算元素碼元素限，用X＝x±U表示，則該零件就可以用元素碼信息唯一表示，也可繼續(xù)將該元素碼信息與數(shù)據(jù)庫中零件二維碼相關(guān)聯(lián)。

本發(fā)明基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法，通過合理選擇配方組分，可制作出上萬種不同的配方，實現(xiàn)上萬批次的標(biāo)識，解決了在工業(yè)生產(chǎn)中微小零件的批次標(biāo)識難題，實現(xiàn)了小零件的批次追蹤與管理，為工業(yè)化應(yīng)用開辟了路徑。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法流程圖。

圖2為本發(fā)明基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法操作步驟示意圖。

圖3a、圖3b為實施例中零件上制作的XRF元素碼。

圖4為實施例中零件上元素碼的制作過程。

具體實施方式

本實施例是一種基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法。

參閱圖1～圖4，下面應(yīng)用基于XRF的微小型零件標(biāo)簽制作檢測方法，針對加工后的零件墊片進(jìn)行操作,具體步驟如下:

第一步,零件準(zhǔn)備

(1)以1Cr17Ni2材料零件墊片為例，選擇墊片A區(qū)域為元素碼標(biāo)記區(qū)，依次用200目、280目、400目砂紙打磨標(biāo)記區(qū)，并用粗糙度儀不斷測量表面粗糙度，直至標(biāo)記區(qū)域粗糙度Ra＝6.3。

(2)將墊片置于丙酮溶液中進(jìn)行t1＝15min的超聲波清洗除油，然后置于酒精中進(jìn)行t2＝10min的超聲波清洗，最后將墊片用去離子水沖洗，置于50℃干燥箱中烘干。

(3)用光纖激光打標(biāo)機在掩蔽膠帶上燒蝕出直徑為1mm的圓，參數(shù)控制為:激光功率P為4W，標(biāo)刻速度v為800mm/s，Q頻率f為40KHz，標(biāo)刻次數(shù)為n為3次；撕下膠帶貼在墊片上，使圓落在元素碼待標(biāo)識區(qū)。

(4)將墊片上除1mm圓外的部分用掩蔽膠帶覆蓋，防止噴涂到非標(biāo)識區(qū)。

第二步,元素碼制作前準(zhǔn)備

(1)選擇硅酸鈉、氧化鋅、氧化鋯和氧化鋁四種配方組分，并按照4:2:2:2的配比進(jìn)行標(biāo)識制作，如表3；墊片化學(xué)成分如表1所示；服役條件如表2所示。

表1 1Cr17Ni2的化學(xué)成分

表2.1Cr17Ni2零件的工作環(huán)境

表3配方組分

(2)用萬分之一天平依次稱量配方組分，置于球磨機中充分混合，設(shè)置球磨機頻率f為30Hz，速度v為300r/min，時間t為2h。

(3)燒杯中的混合溶液倒入噴槍容杯中，等待噴涂。

第三步,元素碼的制作

(1)設(shè)置噴槍和空壓機參數(shù):進(jìn)氣壓力P為0.7Mpa，涂料進(jìn)量V為0.15L/min，噴幅L為15cm，噴涂距離d為20cm，完全覆蓋元素碼標(biāo)識區(qū)域后，停止噴涂，等待涂層固化，即完成第一次噴涂。

(2)當(dāng)涂層即將固化完全時，按照上述(1)的方法噴涂第二次，在室溫中完全固化。

(3)將掩蔽膠帶去除，保證元素碼不被破壞。

(4)室溫固化t₁＝2h后，轉(zhuǎn)移至干燥箱中，緩慢加熱到T＝120℃，固化t₂＝2h后，隨干燥箱冷卻。

第四步,元素碼的XRF檢測

(1)取出墊片置于手持式XRF分析儀窗口，設(shè)置參數(shù)執(zhí)行檢測，如表4所示。

表4手持式XRF分析儀參數(shù)設(shè)置

(2)在元素碼上均勻取5個點，分別進(jìn)行XRF檢測，排除其它元素譜線的影響，記錄下每個點的鋁、硅、鋅、鋯的百分含量。

表5墊片XRF元素檢測結(jié)果

(3)統(tǒng)計5次檢測的元素百分含量，計算Al、Si、Zn、Zr四種元素的檢測限計算，獲得了墊片元素碼四種元素的取值范圍，如表6所示。

表6墊片XRF檢測結(jié)果統(tǒng)計

根據(jù)上表中四種元素的取值范圍，就可以對零件進(jìn)行唯一標(biāo)識。

實施例中，對墊片進(jìn)行XRF檢測，得到這四種元素百分含量，若四種元素含量均落在表6含量范圍內(nèi)，則為該批次生產(chǎn)的墊片，若不全落在表6范圍內(nèi)，則不是該批次生產(chǎn)的墊片。