一种共聚焦测量涂镀层厚度的方法
【专利摘要】本发明提供一种共聚焦测量涂镀层厚度的方法，采用机械手段在涂镀层表面钻出圆锥型小孔，利用激光共聚焦显微镜三维成像技术对剖面为V型孔进行成像处理，采用共聚焦高度差测量功能测量V型孔内涂镀层与基板结合部和涂镀层外表面之间的高度差，从而分别确定彩涂涂层面漆厚度、热浸镀层厚度及彩涂涂层底漆厚度。本发明勿须考虑圆锥度等问题，可真实再现涂镀层厚度，极大提高测量精度，并可测量微区涂镀层厚度，考查涂镀层的均匀性。根据涂镀层与基板的自身特点略加改变，本发明方法可适用于电镀层、PVD镀层、CVD镀层等多种类型涂镀层厚度测量。
【专利说明】一种共聚焦测量涂镀层厚度的方法
[0001]【技术领域】
本发明属于检测【技术领域】，尤其涉及一种机械钻孔结合共聚焦测量涂镀层厚度的方法。
【背景技术】
[0002]涂镀层已被广泛应用于各种产品之中，涂镀层因其特殊的性能，在各个领域能发挥着极大的作用，如增强产品的表面美感；使产品表面具有一些基板无法达到的特性(绝热性、超导性等);并可提高产品的耐蚀性、耐磨性等。
[0003]涂镀层厚度的控制很大程度上影响着材料的使用性能，特别在耐蚀性和耐磨性等方面涂镀层的薄厚直接影响材料的使用寿命。在各种工艺参数下得到的涂镀层厚度，需要通过一定的检测手段进行测量来确定工艺控制下的层厚是否达到要求，因此涂镀层厚度测量的准确程度至关重要。目前关于涂镀层厚度精确测量的文献和专利较少。
[0004]对于热镀镀层来说，厚度测量方法主要包括在线X射线检测、实验室化学法测量，这主要是针对宏观的测量方法。
[0005]一般情况下，热浸镀镀层在镀层与基板之间存在合金层，主要为含铁的金属化合物，如Fe-Al相、Fe-Zn相等，当合金层的Fe含量较高时易使X射线出现误判，因此X射线法测量的镀层厚度往往忽略了一小部分镀层合金层的厚度，实际生产中主要表现为当镀层较薄时，即合金层所含比重较大时，X射线测得的镀层厚度与扫描电镜下观察的厚度值相差较大。
[0006]化学法即将镀层退镀后采用失重方法测量局部区域的镀层质量，但无法准确给出镀层厚度沿板宽的分布，也较难判定板带正反两面的镀层均匀性。
[0007]对于大多数涂镀层，如彩涂涂层、PVD、CVD等镀层，扫描电镜法和光镜法是较为常用的厚度测量方法，即将镀层钢板制成截面样品并研磨抛光腐蚀后在扫描电镜下观察镀层厚度，该方法首要的问题是能否保证样品截面垂直于样品台面，并在研磨和抛光过程中保证涂镀层的完整性，此外如要考察涂镀层均匀性问题时，需大量制样并对每个样品进行扫描分析，工作量较大，耗时较长。
[0008]机械钻孔法在彩涂涂层厚度测量中应用较为广泛，该方法主要配合普通光镜进行直线测量，再除以圆锥角度一半的正切值。普通光镜只能测量钻孔内涂层的两点距离，而钻孔边缘往往会因为机械应力等原因，造成边缘隆起，测量准确度存在异议，此外，圆锥钻头在长期使用过程中，锥面难免会有磨损，使实际的锥度或多或少的发生改变，对结果的准确性造成影响。
【发明内容】
[0009]本发明旨在提供一种不受圆锥度影响，可真实再现涂镀层厚度，提高测量精度，并可测量微区涂镀层厚度和考查涂镀层均匀性的机械钻孔结合共聚焦测量涂镀层厚度的方法。[0010]为此，本发明所采取的解决方案是:
一种共聚焦测量涂镀层厚度的方法，其特征在于，采用机械手段在涂镀层表面钻出圆锥型小孔，利用激光共聚焦显微镜三维成像技术对剖面为V型孔进行成像处理，采用共聚焦高度差测量功能测量V型孔内涂镀层与基板结合部和涂镀层外表面之间的高度差，从而确定涂镀层厚度；其具体操作步骤为:
(1)、彩涂涂层面漆厚度测量:
a、利用V型钻头在钢板涂层表面钻出锥度在15°?60°的圆锥型小孔，孔深延伸到基材钢板内部；
b、将V型孔放在激光共聚焦显微镜载物台上，在可见光模式下进行聚焦，使图像清晰地出现在图像显示区域里，将可见光模式切换为激光模式；
C、在激光模式下对V型孔区域进行逐层扫描，得到V孔区的二维形貌图；
d、对二维形貌图进行滤波处理和噪音消除处理，将二维形貌图切换为三维形貌，得到V型孔区域的三维实物形貌；
e、激光共聚焦测量:涂层面漆厚度测量:选取V型孔内涂层底部与基板结合部的测量点，测量该点与涂层外表面之间的高度差，即为待测涂层的厚度；
(2)、热浸镀层层厚测量:
a、V型孔腐蚀处理；采用0.5?2vol%硝酸酒精对V型孔区域进行腐蚀处理，用酒精将V型孔区域清洗干净，使镀层和基板在共聚焦显微镜下呈现不同色差或形貌；
b、将V型孔放在激光共聚焦显微镜载物台上，在可见光模式下进行聚焦，使图像清晰地出现在图像显示区域里，将可见光模式切换为激光模式；
C、在激光模式下对V型孔区域进行逐层扫描，得到V孔区的二维形貌图；
d、对二维形貌图进行滤波处理和噪音消除处理，将二维形貌图切换为三维形貌图，得到V型孔区域的三维实物形貌；
e、激光共聚焦测量:镀层厚度测量:选取V型孔内镀层底部与基板结合部的测量点，测量该点与镀层外表面之间的高度差，即为待测镀层的厚度；
(3)彩涂涂层底漆厚度测量:
a、将V型孔放在激光共聚焦显微镜的载物台上，在可见光模式下进行聚焦，使图像清晰地出现在图像显示区域里，将可见光模式切换为激光模式；
b、在激光模式下对V型孔区域进行逐层扫描，得到V孔区的二维形貌图；
C、对二维形貌图进行滤波处理和噪音消除处理，将二维形貌图切换为三维形貌图，得到V型孔区域的三维实物形貌；
d、激光共聚焦的测量:彩涂涂层底漆厚度测量:测量基板与面漆之间的底漆厚度时，直接选取V型孔内底漆与基板结合部的测量点和底漆与面漆结合部的测量点，测量该两点之间的高度差，即为底漆的厚度。
[0011]但对于彩涂涂层底漆来说，由于上部有面漆保护，在钻V型孔后，底漆的隆起幅度非常小，可以忽略，因此可直接利用底漆与基板结合部的测量点和底漆与面漆结合部的测量点进行底漆厚度的测量。
[0012]在对彩涂涂层面漆厚度和热浸镀层层厚进行激光共聚焦测量时，其外表面测量点远离V型孔区域，距离大于V型孔边缘隆起宽度的2倍，以防边缘隆起造成的测量误差。[0013]本发明的有益效果为:
本发明采取机械钻孔结合激光共聚焦显微镜精确测量涂镀层厚度的方法，克服了已有技术在涂镀层厚度测量方法上的不足和测量精度的缺陷，简单易行，勿须考虑圆锥度等问题，可真实再现涂镀层厚度，极大提高测量精度和工作效率，并可测量微区涂镀层厚度，考查涂镀层的均匀性。另外，根据涂镀层与基板的自身特点略加改变，本发明方法还可适用于电镀层、PVD镀层、CVD镀层等多种类型涂镀层厚度测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明样品钻孔剖面示意图；
图2是彩涂板V型孔的三维形貌图；
图3是图2中测量点I与测量点2的高度差轮廓曲线图；
图4是镀锌层V型孔区域的三维形貌图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1:
采用彩涂涂层钢板，利用V型钻孔和激光共聚焦技术结合测量彩涂涂层面漆的厚度。
[0016]I)采用锥度为30°圆锥锥头在彩涂钢板表面钻出V型孔，孔深为0.15_。见图1
2)在激光共聚焦显微镜可见光模式下聚焦V型孔区域，待清晰后，进入激光模式。
[0017]3)激光模式下逐层扫描，得到V型孔的二维形貌。
[0018]4)对二维形貌图进行噪声和滤波处理，切换为三维形貌，如图2所示。
[0019]5)选取图2中彩涂涂层与基板结合部的测量点I和远离V型孔边缘隆起2.5倍距离的测量点2，在测量模式下读取点I和点2之间的高度差，得到彩涂涂层厚度为
9.156 μ m,高度差的轮廓线如图3所示。
[0020]实施例2:
采用热浸镀锌层钢板，利用V型钻孔和激光共聚焦技术结合测量镀锌层的厚度。
[0021]I)采用锥度为20°圆锥锥头在彩涂钢板表面钻出V型孔，孔深约为0.15_。
[0022]2)采用0.5vol%的硝酸酒精对V型孔区域进行腐蚀，以使锌层和基板在共聚焦模式下区分开。
[0023]2)在激光共聚焦显微镜可见光模式下聚焦V型孔区域，待清晰后，进入激光模式。
[0024]3)激光模式下逐层扫描，得到V型孔的二维形貌。
[0025]4)对二维形貌图进行噪声和滤波处理，切换为三维形貌，图4给出镀锌层V型孔区的三维形貌图，图4中还可观察到镀锌层与基板之间的合金层。
[0026]5)选取图4中镀锌层与基板结合部的测量点I和远离V型孔边缘隆起2.7倍距离的测量点2，在测量模式下读取点I和点2之间的高度差，得到镀锌层厚度为10.37 μ m。
[0027]实施例3:
采用彩涂涂层钢板，利用V型钻孔和激光共聚焦技术结合测量彩涂涂层底漆的厚度。
[0028]I)采用锥度为60°圆锥锥头在彩涂钢板表面钻出V型孔，孔深为0.15mm。[0029]2)在激光共聚焦显微镜可见光模式下聚焦V型孔区域，待清晰后，进入激光模式。
[0030]3)激光模式下逐层扫描，得到V型孔的二维形貌。
[0031]4)对二维形貌图进行噪声和滤波处理，切换为三维形貌，得到V型孔的三维形貌图。
[0032]5)直接选取彩涂涂层面漆与底漆结合部的测量点和底漆与基板结合部的测量点进行高度差测量，从而得到底漆的厚度，本实施例中得到底漆的厚度为4.8 μ m。
【权利要求】
1.一种共聚焦测量涂镀层厚度的方法，其特征在于，采用机械手段在涂镀层表面钻出圆锥型小孔，利用激光共聚焦显微镜三维成像技术对剖面为V型孔进行成像处理，采用共聚焦高度差测量功能测量V型孔内涂镀层与基板结合部和涂镀层外表面之间的高度差，从而确定涂镀层厚度；其具体操作步骤为: (1)、彩涂涂层面漆厚度测量: a、利用V型钻头在钢板涂层表面钻出锥度在15°?60°的圆锥型小孔，孔深延伸到基板内部； b、将V型孔放在激光共聚焦显微镜载物台上，在可见光模式下进行聚焦，使图像清晰地出现在图像显示区域里，将可见光模式切换为激光模式； C、在激光模式下对V型孔区域进行逐层扫描，得到V孔区的二维形貌图； d、对二维形貌图进行滤波处理和噪音消除处理，将二维形貌图切换为三维形貌，得到V型孔区域的三维实物形貌； e、激光共聚焦测量:涂层面漆厚度测量:选取V型孔内涂层底部与基板结合部的测量点，测量该点与涂层外表面之间的高度差，即为待测涂层的厚度； (2)、热浸镀层层厚测量: a、V型孔腐蚀处理；采用0.5?2vol%硝酸酒精对V型孔区域进行腐蚀处理，用酒精将V型孔区域清洗干净，使镀层和基板在共聚焦显微镜下呈现不同色差或形貌； b、将V型孔放在激光共聚焦显微镜载物台上，在可见光模式下进行聚焦，使图像清晰地出现在图像显示区域里，将可见光模式切换为激光模式； C、在激光模式下对V型孔区域进行逐层扫描，得到V孔区的二维形貌图； d、对二维形貌图进行滤波处理和噪音消除处理，将二维形貌图切换为三维形貌图，得到V型孔区域的三维实物形貌； e、激光共聚焦测量:镀层厚度测量:选取V型孔内镀层底部与基板结合部的测量点，测量该点与镀层外表面之间的高度差，即为待测镀层的厚度； (3)彩涂涂层底漆厚度测量: a、将V型孔放在激光共聚焦显微镜的载物台上，在可见光模式下进行聚焦，使图像清晰地出现在图像显示区域里，将可见光模式切换为激光模式； b、在激光模式下对V型孔区域进行逐层扫描，得到V孔区的二维形貌图； C、对二维形貌图进行滤波处理和噪音消除处理，将二维形貌图切换为三维形貌图，得到V型孔区域的三维实物形貌； d、激光共聚焦测量:彩涂涂层底漆厚度测量:测量基板与面漆之间的底漆厚度时，直接选取V型孔内底漆与基板结合部的测量点和底漆与面漆结合部的测量点，测量该两点之间的高度差，即为底漆的厚度。
2.根据权利要求1所述的共聚焦测量涂镀层厚度的方法，其特征在于，在对彩涂涂层面底漆厚度和热浸镀层厚度进行激光共聚焦测量时，其外表面测量点远离V型孔区域，距离大于V型孔边缘隆起宽度的2倍。
【文档编号】G01N21/84GK103453839SQ201310405327
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】杨洪刚, 李锋, 吕家舜, 周芳, 徐承明, 王永明 申请人:鞍钢股份有限公司