CN101331008B - 用于自动控制剃刀刀片颜色的系统和用于制造剃刀刀片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于自动颜色控制的方法和系统。这些方法和系统适用于各种用于对热处理钢例如剃刀刀片钢着色的氧化工艺。建立一种反馈回路(闭环控制)，所述回路包括以下步骤：测量颜色；比较测得的颜色和目标颜色并且量化它们之间的差值。如果该差值超过了预定阈值，则调节颜色调节参数，例如进入氧化区的空气流量，使得测得的颜色和目标颜色相等同或处在预定偏差内。

Description

用于自动控制剃刀刀片颜色的系统和用于制造剃刀刀片的方法
技术领域
本发明涉及剃刀刀片领域和用于制造剃刀刀片的方法。更具体地讲，本发明涉及此类方法中的剃刀刀片颜色的自动控制。 
背景技术
剃刀片典型地由诸如不锈钢之类的合适金属薄片材料形成，所述金属薄片材料被裁切成所需的宽度并进行热处理以硬化金属。硬化操作利用一个高温炉，金属在其中可被暴露于大于1100℃的温度最多10秒，接着进行淬火。硬化之后，在刀片上形成刀刃。刀刃典型地具有楔形构型，其中最终的刀尖具有小于约1000埃，例如约200埃至300埃的半径。刀刃可被涂敷各种涂层。例如，通常将诸如钻石、非晶钻石、类钻石碳(DLC)材料、氮化物、碳化物、氧化物或陶瓷之类的硬涂层涂敷到刀刃或最终的刃尖上，以改进强度、耐腐蚀性和剃刮能力。含铌或铬材料的界层可帮助改进基底(典型地为不锈钢)和硬涂层之间的结合性。可采用聚四氟乙烯(PTFE)外层来降低摩擦。 
重要的是可在足够低的温度条件下涂敷这些涂层以及可进行任何其它硬化后加工步骤，以便硬化的、锋利的钢不会被显著回火。如果钢被过度回火，则它将损失其硬度并在使用期间可能不太好用。 
剃刀片刀刃结构的实例和制造方法描述于美国专利5,295,305、5,232,568、4,933,058、5,032,243、5,497,550、5,940,975、5,669,144、EP 0591334和PCT 92/03330中，这些专利以引用方式并入本文中。 
剃刀刀片可包括彩色涂层，即具有与其下面的刀片材料的颜色不同的颜色的涂层。本文所用术语“彩色”包括所有的色彩，包括黑色和白色在内。彩色涂层提供理想的美观效果，但不会破坏或影响刀片的性能或物理特性。剃刀片的色彩可与剃刀片架外壳或手柄或剃须系统 的其它部件的色彩协调。在一些优选的实施方案中，涂层基本上覆盖整个刀片表面，从而增强了美观效果并简化了加工。涂层是经久耐用的，具有对刀片材料的优良附着性，并可被一致地和成本低廉地生产。 
在钢硬化工艺期间，剃刀刀片可通过使用诸如以下的技术来着色：(a)热氧化刀片钢，或(b)还原和受控再氧化硬金属氧化物表面涂层，例如提供在刀片钢上的二氧化钛。为降低成本、减少废料、并且实现色彩品质和控制，要求这两种技术具有自动色彩控制方法和工具。 
热氧化技术包括使刀片材料经受硬化工艺；并且在硬化工艺期间使刀片材料暴露于清洁的干燥空气以便在其表面上形成氧化物层。所述方法也包括在氧化步骤之后对刀片材料进行淬火以开始刀片材料的马氏体转变，并使硬化的刀片材料形成剃刀片。氧化物层为剃刀片提供彩色表面。优选的方法不会破坏性地影响刀片的最终性能。 
硬金属氧化物表面涂层刀片着色工艺中的还原和受控再氧化涉及以均匀厚度方式将一层硬金属氧化物和/或金属氮氧化物，例如氧化钛，和/或其它过渡金属氧化物包括锆、铝、硅、钨、钽、铌、铁、以及它们的混合物，施加到一片软刀片钢上，例如通过物理气相沉积(PVD)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、或其它沉积技术来施加。对于此着色工艺，硬化操作包括使金属氧化物涂布的刀片材料经受硬化工艺；以及在硬化工艺期间减小现有金属氧化物或氮氧化物涂层中的氧含量，并且随后通过按目标最终涂层颜色的比例将该涂层暴露于受控量的清洁的干燥空气而再氧化该氧化物。此方法也包括在再氧化步骤之后对刀片材料进行淬火以开始刀片材料的马氏体转变，并且使硬化的刀片材料形成剃刀刀片。优选的方法不会破坏性地影响刀片的最终性能。 
热氧化技术包括使刀片材料穿过由两个区域组成的隧道炉。第一区域用来奥氏体化刀片钢，并且用来移除任何天然氧化物涂层。此第一区域主要包含氢和氮。紧跟在第一区域之后的被称作氧化区的隧道炉的第二区域用来氧化不锈钢条表面。第一区域在其大部分长度上具 有接近1100℃的温度。当刀片材料进入第二区域时，恰好在氧化区之前的第一区域出口附近的温度会将刀片材料的温度从奥氏体化期间的超过1100℃减小至小于约800℃。隧道炉的氧化区中的有效氧可通过控制进料到此区域中的干燥空气和氮的量而得到控制。通过控制进入氧化区的有效氧的量，可瞄准和控制所形成的氧化物膜的颜色。氧化过的钢穿过隧道炉的氧化区之后，可通过水冷淬火装置开始马氏体淬火。硬化工艺导致刀片材料的马氏体化。 
上述的热氧化物刀片着色工艺可使装饰性氧化物膜在硬化工艺期间生成在刀片钢上，所述硬化工艺处在奥氏体化之后和马氏体转变之前。相反，如果在硬化工艺之前使用热氧化物着色工艺来彩色化刀片钢，则该颜色通常会在标准硬化工艺期间消褪。如果在马氏体化转变之后采用热氧化物着色工艺，通常将破坏不锈钢条的马氏体化特性。上面所述的工艺通常提供高度粘附性的、保护性的氧化物，同时允许优良的色彩控制，并且不会负面影响硬化的不锈钢刀片条的金属学性能。 
硬金属氧化物表面涂层刀片的着色和硬化技术中的还原和受控再氧化包括使刀片材料穿过由两个区域组成的隧道炉。第一区域用来奥氏体化刀片钢，并且用来还原氧化物涂层。此第一区域主要包含氢和氮。隧道炉的紧接在第一区域之后的第二区域用来再氧化该涂层。隧道炉的第二区域中的氧分压可独立于隧道炉第一区域中的环境条件控制。通过控制隧道炉第二区域中的氧分压，可进一步瞄准和控制氧化膜的所需色彩。在涂布过的钢穿过隧道炉的第二区域之后，可通过水冷淬火装置开始马氏体淬火。硬化工艺导致刀片材料的马氏体化。 
上述的还原和再氧化刀片着色工艺可使装饰性过渡金属氧化物膜在马氏体不锈钢的硬化工艺期间受到特别的改性(彩色化)。如果在硬化工艺之前彩色化装饰性过渡金属氧化物膜，则它通常会在标准硬化工艺期间褪色。如果在马氏体转变之后进行着色工艺，则它通常会或是破坏不锈钢条的马氏体性能或是会要求更广泛的温度控制和 特殊的材料处理。上面所述的工艺通常提供高度粘附性的、保护性的氧化物，同时允许优良的色彩控制，并且不会负面影响硬化的不锈钢刀片条的金属学性能。 
在上述这两种生产彩色刀片的方法，即刀片钢的热氧化以及硬金属氧化物表面涂层的还原和受控再氧化中，色彩起因于从空气/氧化物界面部分反射的光与从氧化物/钢界面反射的光之间的薄膜干涉。当从一个界面反射的光与从另一个界面反射的光同相组合而产生亮度时，发生相长干涉。当从这两界面反射的光异相组合而产生暗度时，发生相消干涉。从各个界面反射的光之间的光学相差取决于通过氧化物膜的光程长度(OPL)。OPL由下式给出： 
OPL＝2nfdcosθ(1) 
其中 
nf＝薄膜的折射率 
d＝薄膜的厚度 
θ＝入射光与薄膜表面的法线所成的角度。 
使用因数2是考虑到由于反射而穿过膜的双光程。 
在热氧化裸刀片钢的情形中，氧化物的折射率可假定为大致常数，因而颜色主要归因于最终的氧化物厚度(d)。当再氧化刀片钢上的硬金属氧化物膜时，硬金属氧化物厚度可假定为大致常数，因而颜色主要取决于再氧化的程度，所述程度与相关的折射率的增大相关联。 
与硬化工艺相关的参数值的变化(包括温度、气体流量和气体渗漏情况的变化)可导致热氧化着色工艺中的颜色漂移。如果不作补偿，硬化工艺参数以及硬化前的金属氧化物/氮氧化物膜的厚度或折射率的变化也将在还原/再氧化工艺中导致硬化的刀片钢中的相关颜色漂移。另外，当有狭缝的钢条被焊合而用于连续处理时，还可发生沉积前的金属氧化物膜厚度的突变，从而在最终产品中造成颜色突变。 
对于所述的刀片着色工艺，可通过如下方式对参数变化作补偿，因此可达到目标颜色：在氧化或再氧化工艺期间，观测硬化的刀片钢颜色，接着调节清洁的干燥空气流量。然而，手动调节会增加生产成本并且对颜色漂移不能够进行足够及时的补偿，从而增加了生产出的不可用刀片的材料量。
本发明涉及对自动化颜色控制的改进。下文描述此类方法和系统。这些方法和系统适用于各种用于剃刀刀片钢的着色的氧化工艺。建立一种反馈回路(闭环控制)，所述回路包括下列步骤：测量颜色；比较测得的颜色和目标颜色并且量化它们之间的差值；并且如果该差值超过了预定阈值，则调节颜色调节参数例如进入氧化区的空气流量，使得测得的颜色和目标颜色相等同或处在预定偏差内。 
发明内容
本发明涉及一种用于制造剃刀刀片的方法，所述方法包括自动反馈回路测量从着色工艺退出的刀片钢条的颜色参数；比较测得的颜色和目标颜色并且量化它们之间的差值；并且如果该差值超过了预定阈值，则调节颜色调节参数，使得测得的颜色和目标颜色相等同或处在预定偏差内。 
在另一个实施方案中，本发明涉及一种用于自动控制剃刀刀片颜色的系统，所述系统包括： 
分光计，其被构造为用来测量刀片钢的当其退出着色工艺时的反射光谱； 
控制器，其被构造为用来调节着色工艺的参数； 
处理器，其被构造为用来确定与测得的反射光谱相关的参数；计算测得的参数和预定目标值之间的差值；并且如果该差值超出预定阈值，则发送电压给质量流量控制器；以及 
配备有氧化区的硬化炉。 
附图说明
图1为显示根据本发明的一个实施方案所述的剃刀刀片制造方 法中的步骤的流程图，包括通过热氧化进行的刀片着色。 
图2是用于硬化炉的温度特征图。 
图3A是氧化区的示意性侧视图。 
图3B为沿图3A中的线A-A截取的喷口的示意性横截面图。 
图3C是供图3A所示的氧化区使用的出料口的前视图。 
图4为显示根据本发明的一个实施方案所述的剃刀刀片制造方法中的步骤的流程图，包括通过还原和受控再氧化进行的刀片着色。 
图5为处于其硬化前状态和各种硬化后状态的硬金属氧化物刀片钢的反射光谱图(硬化在氧化区中使用不同的空气流量进行)。该图也显示光谱最小值(λmin)和近似的刀片颜色之间的相关性。 
图6为显示自动颜色控制反馈回路的图，所述回路由分光计、处理器、质量流量控制器、和配备有氧化区的硬化炉组成。 
图7为描述颜色控制反馈过程的流程图。 
图8显示硬化前的刀片钢上的硬金属氧化物膜的λmin、在反馈控制下硬化后的刀片钢上的硬金属氧化物膜的λmin、以及目标最小波长λT。 
不同附图中类似的参考符号指示类似的元件。 
具体实施方式
一种用于形成彩色氧化物层和制造剃刀刀片的合适的热氧化工艺示意性地示于图1中。首先，将一片刀片钢裁切成条。然后，将这些钢条焊合并打孔，以便于后续加工期间的处理。 
当所需的硬化前步骤序列完成之后，使刀片材料经受硬化工艺处理，所述工艺包括不锈钢的奥氏体化。图2中显示了在隧道炉中进行的用于硬化工艺的典型温度特征图。使材料快速升至高温，例如大约1160℃，在该温度下保持一段时间，其间发生不锈钢的奥氏体化，然后进行冷却。组成气体(例如包括氢和氮)在奥氏体化期间流过炉的高温区。控制组成气体的组成和流量，使得不发生氧化并减少任何天然氧化物。在一个实施方案中，组成气体包括氢(以防止氧化并还原任何天然氧化物)和氮(作为惰性气体而用于稀释总的氢浓度)。例如，在一些具体实施中，组成气体可包括约75％氢和约25％的氮，并且可以约7L/min至38L/min的流量输送。 
奥氏体化之后，钢条穿过氧化区，其中彩色氧化物层在刀片钢的表面上生成。组成气体由硬化炉流入氧化区。氧化气体(例如包括氧)在氧化区内的理想点(其中钢条已经达到适于氧化的温度的点)处输入到组成气体中，并推动氧化过程。氧可以清洁的干燥空气的形式提供。氧化区和氧化条件(例如，氢与氧的比率)将在以下详细讨论。在材料退出氧化区之后，将其快速淬火，从而导致不锈钢的马氏体转变。淬火不会破坏性地影响氧化物层的色彩。 
本文所述的方法可加入到现有的刀片钢硬化工艺中，通常对现有工艺作最少的改变。例如，一种现有的刀片钢硬化工艺利用包含流动的组成气体的高温炉(大于约1100℃)。以每条36.6m/min(120ft/min)的速度将两个平行连续的不锈钢刀片条拉过该高温炉。该高温处理用来使不锈钢条奥氏体化。靠近高温炉的出口是水冷套管(也称为水冷消音管)。该部分用来开始不锈钢刀片条的冷却工艺。在水冷区正后方，不锈钢刀片条被拉过一套水冷淬火装置。淬火装置开始钢的马氏体转变。可通过用以上提及的氧化区替换高温炉与淬火装置之间的水冷消音管来对现有工艺进行改进以形成彩色氧化物层。在某些情况下，可对炉的温度特征图进行改进，使得钢条在小于约800℃，或约400℃至750℃，或甚至约600℃至700℃的温度下退出该炉。 
合适的氧化区示意性地显示于图3A中。氧化区可为例如连接到用于硬化生产线高温炉中的管道上的Inconel管。在一个实施方案中，将气体喷口系统200安装在距管202的入口约2.9cm处并被确定尺寸向管下延伸5.1cm。在这种情况下，喷口总共具有16个进气口(未示出)，并进行设计以便通过喷口所注入的气体(图3A，箭头)将均匀地冲击在不锈钢条上。气体通过一对进气管201、203被输入到喷口。可内装气体导流板204以便将刀片材料的两个不锈钢 条彼此隔开，这样在导流板每一侧上的气体组成可部分独立于另一侧而进行控制。导流板204可限定两个腔室210、212，如图3B所示。在这种情况下，气体导流板例如可由距氧化区的入口约0.3cm处开始并向管下延伸约10.2cm。如果需要，气体导流板204可沿着氧化区的整个长度延伸，使得不存在来自进气管201和203的气流的混合，允许对管内导流板的两侧(210和212)进行独立控制。设计气体喷口以便双重气体流动控制是可能的，使两个条能够使用同一个炉同时进行加工。气体流速可使用气体流量计进行控制。氧化区每个腔室的出口可装设一个法兰和两片钢218，其限定狭缝219并因此起到出料门220的作用(图3C)。狭缝可为例如约0.1cm至约0.2cm宽。该出料门防止任何环境空气回流进氧化区中并也促进氧化区内部的气体更好地混合。如上所述，在氧化区正后面，将不锈钢刀片条拉过一套水冷淬火装置206。淬火装置开始钢的马氏体转变。 
所需的色彩通常通过控制氧化物层的厚度和组成获得。彩色氧化物层的厚度和组成将取决于多个变数。例如，氧化物层的厚度将取决于氧化气体输入时不锈钢条的温度，以及氧化区内组成气体与氧化气体的混合物中的氢与氧的比率。氧化物层的组成或化学计量将取决于这些相同的因素，并且也取决于钢条的形态和表面组成。通常，较低的温度和流速将产生金色，而较高的温度和流速将产生紫罗兰色至蓝色。在一些具体实施中，氢与氧的比率为约100∶1至500∶1。对于给定类型的刀片材料，具有在该范围中点附近的氢与氧比率将获得美观的深蓝色氧化物。增加相对量的氧将趋于导致浅蓝和浅蓝绿色，而降低相对量的氧将趋于导致紫罗兰色随后是金色。 
材料穿过氧化区的速度和氧化区的长度也将影响着色。合适的速度可例如在约15m/min至约40m/min的范围内。 
在一些情况下，为了获得一致的最终产品，有必要调整硬化和/或氧化工艺的工艺参数。当钢条进入氧化区时，其温度可通过调整硬化炉内最后区的温度和/或通过在氧化区内使用加热元件来控制。在钢条进入氧化区时增加其温度将增加在氧化区内产生的氧化物厚度。当 采用最常规的炉子进行该工艺时，随着钢条进入氧化区其温度可仅仅在首次开始该工艺时调整。由于进入氧化区的氧化气体的气体组成可快速调整，正是该参数通常用于补偿钢条材料中的参数变化以及细调氧化物颜色。硬化炉中最后区的精确温度设定值以及氧化气体的精确组成的选择将基于(除了其它因素之外)所需的钢条颜色、尺寸、形状、组成以及速度。 
一种用于通过还原/再氧化工艺施加彩色涂层并且制造剃刀刀片的合适的过程示意性地显示于图4中。如图4所示，优选地在将片材裁切到典型地明显宽于最终的刀片宽度的所需宽度之前，将氧化物或氮氧化物层涂敷到由其形成刀片的片材上。在这个阶段执行涂敷步骤使制造简化，因为一次可涂敷很大的表面积。氧化物涂层例如通过物理气相沉积(PVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或其它沉积技术以一层均匀的厚度被涂敷到一片软刀片钢材上。该层典型地为约400埃至约10,000埃，例如约500埃至约800埃。 
当所需的预硬化步骤顺序已经被完成之后，使刀片材料经受硬化工艺处理，其导致不锈钢的马氏体转变。图2中显示了在隧道炉中进行的用于硬化工艺的典型温度特征图。炉内部的温度分布曲线包括将材料温度快速跃升到高温，例如接近1160℃，将材料在该温度保温一段时间，在该期间发生不锈钢的奥氏体化。在材料离开炉子之后，将其快速淬火，引起不锈钢的马氏体化。 
在硬化工艺期间，氧化物涂层被“彩色化”，即，氧化物涂层的彩色化被增强和/或改变。彩色化可导致色彩的增强，例如给予更鲜艳的色调或更明亮的外观，和/或可导致涂层的色彩改变成不同的色彩，例如从蓝灰色变成紫色、金色或蓝色，或从暗绿色变成鲜艳的绿黄色、黑绿色或蓝绿色。该彩色化由涂层的折射指数上的变化而产生，折射指数上的变化又由氧化物涂层的成分、化学计算成分和/或晶体结构上的变化而产生。表观薄膜折射指数的变化程度将控制彩色薄膜的色彩。 
彩色化之后涂层的成分和晶体结构以及涂层的最终色彩将取决 于几个变量。例如，涂层的成分或化学计算将取决于硬化步骤期间炉中所存在的气体。仅将氮输入炉子中通常会将最初的灰蓝色氧化钛涂层改变成鲜蓝色或蓝紫色。这种色彩变化是由于氧化钛涂层的氧含量降低的缘故。如果将空气和/或水分输入到炉中，氧化钛涂层的氧含量的降低要少得多，因此所得的折射率更高。 
影响彩色化的其它变量是氧化物涂层的初始厚度和成分，硬化炉的温度分布曲线和材料通过炉子的速度。如果涂层的厚度和/或成分在材料的长度上变化，则必须调整硬化工艺的工艺参数以便获得一致的最终产品。由于难以快速调节典型地用于硬化的大隧道炉中的温度和环境条件，最理想的是提供一个可更快调节的单独的、较短的炉(下文称为“氧化区”)。因此，常规的大隧道炉可用于硬化操作的高温步骤以略微减小氧化物涂层(这也可增加其组成的均匀性)，并且附加的较短的炉可用于氧化/彩色化，从而提供氧化区，在其中气体组成可较快速地调节以补偿材料中的变化。此氧化区中的钢条温度并且因而着色环境响应性可通过调节高温炉的最后区的设定值来上下调节。然后可根据材料退出氧化区和淬火区时的外观来改变输入到氧化区中的气体的成分和/或流量。 
该氧化区可类似于上文关于热氧化物刀片着色所述且如先前图3A所示的那种。当被利用时，氧化区位于高温炉和第一套水冷淬火装置之间，并代替用在标准硬化生产线上的水冷消音管。可改进炉温度特征图以使涂敷过的不锈钢刀片条以接近或低于约1160℃的温度退出硬化炉并进入氧化区。也可采用将加热元件添加到氧化区上来改进该工艺的稳定性，例如在启动期间。氧化气体(例如作为干燥空气和氮输入的氧气和氮气的混合物)可被用来控制着色工艺。在这种情况下，它被直接添加到来自高温炉的气体流中。 
本发明人已开发出用于自动颜色控制的方法和系统，它们适用于但不限于用于上述任一种着色工艺中。建立一种反馈回路(闭环控制)，所述回路包括下列步骤：测量颜色；比较测得的颜色和目标颜色并且量化它们之间的差值；并且如果该差值超过了预定阈值，则调节颜色调节参数例如进入氧化区的空气流量，使得测得的颜色和目标颜色相等同或处在预定偏差内。优选的系统和方法可基本上减小可检测到的长期颜色变化或颜色漂移。
在一个方面，本发明的特征在于用于自动控制剃刀刀片颜色的系统，所述系统包括分光计、处理器、质量流量控制器(MFC)、和配备有氧化区的硬化炉。分光计测量刀片钢的当其退出着色工艺时的反射光谱(例如，硬化的和再氧化的金属氧化物涂布的刀片钢或热氧化的刀片钢)。反射光谱为返回到分光计的反射光对反射光波长的百分比。处理器确定与测得的反射光谱相关的参数，例如最小反射光的波长(λmin)，并且计算测得的参数和预定目标值之间的差值。如果该差值超过预定阈值，则由处理器发送电压给质量流量控制器，以或者增大或者减小进入氧化区的清洁的干燥空气流量，从而逼近目标值。在一些具体实施中，该参数为最大反射光波长(λmax)。 
颜色的测量可能相当主观和复杂，这是由于存在测量配置、标准和方法以及包括“色带间隔”的自由度的多样性的缘故。国际照明委员会(CIE)已制定了标准，借助所述标准可使用规定的数值来表示颜色。根据CIE的标准，颜色典型地由3个参数限定。有利的是，通过使用单参数例如λmin或λmax作为对颜色的命名，3维的色带间隔就可用单数值来表示。然后，可将此单数值容易地用作颜色控制参数，以在实时反馈回路中调节单颜色调节参数(例如，空气流量)。 
对于本发明，实现自动颜色控制的第一步骤为测量和限定颜色。刀片钢上的硬金属氧化物或氧化物膜的反射光谱遵循由以下公式给出的薄膜干涉关系式，所述公式可从上述公式(1)推导得出。 
2nfd＝(m-1/2)λmin(2) 
其中nf＝金属氧化物膜的折射率 
d＝金属氧化物膜的厚度 
m＝整数，表示干涉级次 
λmin＝反射波长的最小值，以及 
θ＝0对应于垂直入射到氧化物膜上的光。 
在公式(2)中，nf＞ns，其中ns为基底(刀片钢)的折射率。当nf＜ns时，薄膜干涉关系式可如下所示地得到改进： 
2nfd＝mλmin(3)。 
每个光谱均具有最小值(λmin)，其与膜厚度(d)和折射率(nf)成正比。 
图5为用光纤分光计测量的硬化前及硬化后的二氧化钛涂布的刀片钢的反射光谱(反射光对波长的关系)。每条曲线对应于相同的膜厚度但对应于不同的折射率。硬化前的膜的情况由光谱曲线1表示，其具有约720nm的λmin2。经历硬化工艺之后，膜中的氧化物减少，这也减小了nf，因而使光谱和相关的λmin向较短波长漂移。其余的光谱曲线表示在氧化区中经历了不同量的空气流量的硬化后的二氧化钛膜的情况。例如，硬化后的膜的反射曲线3显示具有约480nm的λmin4。该材料在没有空气流入氧化区的情况下产生。具有递增的λmin的相邻曲线表示在有递增的空气流量进入氧化区的情况下产生的硬化后的二氧化钛膜。由于再氧化的量随着空气流量的增加而增加，折射率也随着增加。这使光谱和相关的λmin向较长波长漂移。对于相关的一组条件，用于图5中的硬化后的二氧化钛膜的空气流量在(但不限于)0mL/min至200mL/min的范围内。每个光谱和相关的λmin均与一种不同的颜色相关联，所述颜色如图顶部的色标所示(色标以黑白方式复制；原始色标在远左端以粉红色开始，逐渐加深至紫色、蓝紫色、以及中心处的深蓝色，然后逐渐淡入至远右端的淡蓝色)。指针5从硬化的材料的光谱曲线1的最小波长2至图顶部的色标的指向指示720nm的λmin具有淡蓝色6的视觉外观。指针7从硬化后的材料的光谱曲线3的最小波长4至图顶部的色标的指向指示480nm的λmin具有紫色8的视觉外观。因 此，使用λmin作为对膜颜色的命名可使3维的色带间隔由单参数来表示。 
实现颜色控制的第二步骤是建立反馈回路，其可使被瞄准颜色保持不变，尽管存在硬金属氧化物膜厚度和折射率的漂移或与热氧化物着色工艺相关的参数(例如，温度、气体浓度等)的漂移。图6描述自动颜色控制反馈回路，其由分光计系统9、处理器13、质量流量控制器14、和配备有氧化区的硬化炉15组成。驻留在处理器中的软件程序联系并控制分光计，分析反射光谱，并且联系并控制质量流量控制器。分光计系统9由光源10例如钨光源、分光计11、和光纤反射/反向散射探针12组成。源自光源10的光被耦合进一束六支照明纤维17中。这六支照明纤维围绕定位在中心的读取纤维18，所述读取纤维连接到分光计11上。从照明纤维17发出的光照射到样本16上。然后从样本反射的光由中心读取纤维18收集，并且耦合进分光计11中。在分光计11内，光由衍射光栅准直并分散到检测器阵列上，所述阵列的像素是空间校准的以致可将沿阵列的线性位置与特定波长相关联。处理器13显示反射光在每个波长处的强度。光纤芯直径典型地在(但不限于)100微米至400微米的范围内。较小的光纤芯直径允许较小的取样点直径，代价是进入光纤中的光学耦合的效率较低，导致可用于测量的光较少。处理器确定最小反射光的波长，然后发送计算出的控制电压VN+1 19给质量流量控制器14，所述质量流量控制器控制进入氧化区15的空气流的量，从而完成反馈回路。该计算出的控制电压涉及最小反射的目标波长(λT)和测得的最小反射的波长(λmin)之间的差值。控制电压的计算可利用传统的基于颜色差值的比例、积分、导数(PID)型反馈，和/或引入多种前馈和自适应建模技术以减小同时由噪声引起的颜色变化。用来确定实现(λT-λmin)＜阈值所需的质量流量控制器(MFC)的控制电压的算法的一个实施例如下所示： 
Vn+1＝Vn+ΔV＝Vn+[(λT-λmin)G]/[McolorMMFC](4) 
其中 
Vn+1：以伏为单位的新MFC控制电压 
Vn：以伏为单位的老MFC控制电压 
ΔV：以伏计的为使(λT-λmin)＜阈值所需的控制电压的变化 
λT：以nm为单位的目标最小波长 
λmin：以nm为单位的测得的最小波长 
G：反馈回路增益设定值，无量纲 
Mcolor：以(nm-min)/mL为单位的颜色比降 
MMFC：以mL/(min-volt)为单位的质量流量控制器比降 
在上述公式4中，使(λT-λmin)小于某个预定阈值(T)所需的新MFC电压设定值(Vn+1)等于现有电压设定值(Vn)加上某个调节电压(ΔV)。实验确定的颜色比降(Mcolor)为λmin对对应于刀片钢上的具体金属氧化物涂布的材料的空气流量曲线和硬化炉参数的比降。MFC比降(MMFC)为描述施加到MFC上的电压和相关的流量之间关系的公式。例如，如果对于对应的0伏至5伏的控制电压MFC流量范围为0mL/min至200mL/min，则该比降将为40mL/(min-volt)。可将阈值(T)设定得非常小以用于密切的颜色控制，或甚至设定为零。描述颜色控制反馈过程的流程图显示于图7中。 
显示反馈回路的性能的图示于图8中。图顶部的三角形数据点100表示接收到的(硬化前的)最小波长(ARλmin)，所述波长由刀片钢上的二氧化钛膜的反射光谱测得。平均值为760.4nm，标准偏差为2.8nm。为了模拟硬化前的刀片钢上的硬金属氧化物膜的λmin和目标最小波长λT之间的大差别，并且为了展示颜色控制的范围，设定值或目标颜色(λT)被递增地改变，如阶梯状短划线101、102、...，108所示。短划线周围的菱形数据点109、110...，116表示在反馈控制下硬化后测得的最小波长(AHλmin)。测得的λmin符合设定值λT，标准偏差为约3.3nm。光谱扫描值的平均可用来改进信噪比并减小测量误差，代价是数据更新之间的时延较长。 
为了改进反馈回路的响应性，质量流量控制器的响应时间应当尽可能快，并且应当最小化包括氧化区和相关的将清洁的干燥空气运载到氧化区的管道的空间的体积。另外，由于刀片钢以较高速度(例如，60.9cm/s(24in/s))穿过硬化炉和氧化区而行进，重要的是将分光计的光纤探针(或其它测量仪器)尽可能地靠近氧化出口放置。 
随着膜厚度的增大，反射光谱可显示具有对应于连续干涉级次(m)的多个最大值和最小值。如果多个反射最小值处在分光计波长的范围内，则处理器软件程序可使用开窗功能来将其对λmin的搜索限制于该波长范围的特定部分中，以便分离出对应于特定干涉级次的光谱最小值。更复杂的软件可利用多个反射最大值和最小值的数目和位置来监测和控制钢条颜色。 
现在已描述了本发明的一些实施方案。但是应当理解，在不背离本发明精神和范围的条件下可以进行各种修改。 
例如，除了使用用分光计测量的反射光谱的特性作为反馈控制参数之外，还可使用其它类型的带有它们自己特性的测量系统来确定用于反馈回路的控制参数。例如，一种“RGB”即三光源色差传感器可通过将从样本材料反射的红光、绿光和蓝光的比率与源自具有特定目标颜色的材料的这些颜色的比率相比较来表示颜色。该传感器的输出为一种百分比，其表示样本材料的颜色在多大程度上接近目标材料的颜色。该传感器的输出可用作反馈回路的控制参数。 
此外，如上所述，可使用反射最大值(λmax)而非λmin作为对颜色的命名，并且遵循类似的薄膜干涉关系式。 
因此，其它实施方案在以下权利要求的范围之内。 
本文所公开的尺寸和数值不应理解为严格局限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，每个这样的尺寸是指所引用数值和围绕那个数值的函数等同的范围。例如，公开为“40mm”的尺寸是指“约40mm”。 
发明详述中所有引用文献的相关部分均以引用方式并入本文中。任何文献的引用不可理解为是对其作为本发明的现有技术的认可。如果本文件中术语的任何含义或定义与引用方式并入本文的文件中的相同术语的任何含义或定义发生冲突，则以在本文件中对那条术语指定的含义或定义为准。 
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。 

Claims (7)

1.一种用于制造剃刀刀片的方法，所述方法包括由自动反馈回路执行的以下步骤：
测量从着色工艺退出的刀片钢条的颜色参数的测量步骤，所述着色工艺包括使所述钢条穿过氧化区，其中所述钢条的反射光谱使用分光计来测量；比较所测得的颜色参数和目标颜色参数并且量化它们之间的差值的比较步骤；以及如果该差值超过了预定阈值，则调节颜色调节参数，使得所测得的颜色参数和目标颜色参数相等同或处在预定偏差内的调节步骤，所述颜色参数是所述反射光谱的最大值或最小值，所述颜色调节参数包括所述氧化区中的空气流量，使用质量流量控制器来调节所述空气流量。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述着色工艺包括热氧化工艺或还原/再氧化工艺。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述热氧化工艺或还原/再氧化工艺为钢硬化工艺的一部分。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述差值的所述量化由处理器进行。
5.一种用于自动控制剃刀刀片颜色的系统，所述系统包括：
分光计，其被构造为用来测量刀片钢条在退出着色工艺时的反射光谱；
控制器，其被构造为用来调节所述着色工艺的参数，其中所述控制器包括质量流量控制器，所述质量流量控制器被构造为增大或者减小进入所述氧化区的氧化气体的流量，以便与所测得的反射光谱相关的参数逼近预定目标值；
处理器，其被构造为用来确定与所测得的反射光谱相关的参数，计算与所测得的反射光谱相关的参数和所述预定目标值之间的差值，并且如果该差值超出预定阈值，则发送电压给质量流量控制器，所述与所测得的反射光谱相关的参数为反射光谱的最小反射光(λmin)或最大反射光(λmax)的波长；以及
配备有氧化区的硬化炉。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述氧化气体包括清洁的干燥空气。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述氧化气体与惰性载气混合以减小系统响应时间。
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