br>[0030]对于不同金属种类的工件，其表面处理温度、散射光变化规律和发蓝的程度之间的规律可能不同，需要事先对其进行标定测量，并将散射光信号同氧化膜厚之间建立关系，即可实现不同金属工件表面的激光发蓝处理和发蓝程度的监测。
[0031]图2给出了金属铁平板试件在发蓝过程中的散热光强度随时间的变化规律。本发明事先获取了图2中A、B、C、D、E、F多个阶段中铁试件发蓝过程的金属表面发蓝照片，并实际测量得到了多个阶段中氧化膜厚度、表面色泽等参数，建立了金属发蓝程度和表面散射光信号之间的关系。在后续的实际处理中，只需要根据实时测量得到的表面散射光信号，对激光的加载功率和时间进行调整，达到对整个发蓝过程实时监测和控制的目的。
[0032]本发明提出了一种可实时监控的金属表面激光发蓝处理方法和装置，包括以下步骤:
[0033]一种金属表面发蓝的方法，包括以下步骤:
[0034][I]对待发蓝工件表面进行打磨抛光和清洁处理；
[0035][2]激光对待发蓝工件表面进行加热，实现发蓝处理；
[0036][3]散射光监测系统实时监测待发蓝工件表面的散射光信号，并与事先获取的金属表面散射光信号与工件表面发蓝程度的关系进行比较，实现对发蓝过程的监测；
[0037][4]根据监测的金属表面散射光信号控制激光器的开启和关闭，获得所需要的发蓝工件。
[0038]这样通过测量光电探测器信号来开启或停止激光，实现工件表面发蓝的实时监控。
[0039]下面给出本发明装置用于金属铁表面发蓝处理和监控的实验结果，如图1所示激光器I产生功率为5W，波长1064nm的高斯光束，通过光束整形系统的匀化，扩束后再由光阑限制成形状为IlmmXllmm的均匀光斑，功率密度为2W/cm2。所用金属铁工件尺寸为1mmX 10mm，厚度0.4mm。将工件置于积分球出光口处，再用整形好的均勾光斑福照工件表面。用InGaAs探测器检测金属表面的散射光，可获得如图2所示的金属铁表面发蓝过程中散射光信号的变化规律，通过与事前标定获取的散热光与发蓝程度的关系，可对工件铁表面的发蓝程度进行监测和控制。
[0040]本发明的工艺装置可满足不同材料和尺寸的金属工件表面发蓝处理和监控，适用范围广，无环境污染，为金属表面发蓝工艺提供了一种新的技术手段。本发明的装置和方法可用铁、镍、铝等常用金属材料以及碳钢等常用合金材料表面发蓝处理。此外，本发明装置的散射光监测系统也可应用于其它发蓝工艺中工件发蓝效果的监测。
【主权项】
1.一种金属表面激光发蓝处理装置，其特征在于:包括激光器(I)、光束整形系统(3)和散射光监测系统；所述激光器(I)的出射光束(2)经过光束整形系统(3)匀化和整形后入射至待发蓝工件(6)表面，散射光监测系统用于待发蓝工件(6)表面的散射光强度信号进行监测，并与事先获取的金属表面散射光信号与工件表面发蓝程度的关系进行比较，实现对激光器(I)辐照时间的控制。2.根据权利要求1所述的金属表面激光发蓝处理装置，其特征在于:所述的散射光监测系统包括积分球(4)、光电探测器(5)和信号记录仪(7)，所述的待发蓝工件(6)设置在积分球(4)的输出口位置，所述的入射光束(2)经积分球(4)的输入口入射至待发蓝工件(6)的表面，待发蓝工件(6)表面的散射光经过积分球(4)收集后，由在积分球(4)上设置的光电探测器(5)和后端的信号记录仪(7)记录散射光的强度信号。3.根据权利要求1所述的金属表面激光发蓝处理装置，其特征在于:所述的光束整形系统(3)包括扩束镜和其后设置的限孔光阑。4.根据权利要求1所述的金属表面激光发蓝处理装置，其特征在于:所述的光束整形系统(3)包括微透镜阵列和其后设置的限孔光阑。5.根据权利要求1所述的金属表面激光发蓝处理装置，其特征在于:所述的激光器为连续或重频脉冲激光器。6.根据权利要求1或2所述的金属表面激光发蓝处理装置，其特征在于:所述的待发蓝工件(6)表面为平面。7.根据权利要求6所述的金属表面激光发蓝处理装置，其特征在于:所述的激光均匀入射至待发蓝工件出)的整个表面。8.根据权利要求1或2所述的金属表面激光发蓝处理装置，其特征在于:所述的待发蓝工件￠)的材料为铁、镍、铝或碳钢合金。9.一种利用权利要求1或2所述的金属表面激光发蓝处理装置进行金属表面发蓝的方法，其特征在于，包括以下步骤: [1]对待发蓝工件表面进行打磨抛光和清洁处理； [2]激光对待发蓝工件表面进行加热，实现发蓝处理； [3]散射光监测系统实时监测待发蓝工件表面的散射光信号，并与事先获取的金属表面散射光信号与工件表面发蓝程度的关系进行比较，实现对发蓝过程的监测； [4]根据监测的金属表面散射光信号控制激光器的开启和关闭，获得所需要的发蓝工件。
【专利摘要】本发明公开了一种可实时监控的金属表面激光发蓝处理装置及方法，包括激光器，光束整形系统和散射光监测系统。激光器产生的激光束经整形后，再通过散射光监测系统均匀辐照于待加工工件的整个表面。本发明的工艺方法和装置在应用中将金属表面发蓝形成的氧化膜对入射激光的吸收和干涉作用用于发蓝程度的实时监测，利用光电探测器灵敏度高的特点将发蓝程度转变为实时的电压信号，并控制激光器出光，实现了不同金属可实时监控的表面发蓝处理，具有适用性强，操作简单方便、无环境污染、过程可控等特点。
【IPC分类】C23C8/12
【公开号】CN105039897
【申请号】CN201510378477
【发明人】吴涛涛, 周孟莲, 王立君, 韦成华, 吴立雄, 朱永祥, 蔡跃, 王家伟
【申请人】西北核技术研究所
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月1日