CN106770410B - 一种基于xrf的微小型零件标签制作检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于XRF的微小型零件标签制作检测方法，通过在零件表面制作一种经过特殊设计的元素码标签,实现对零件的标识功能，标识功能的实现需借助XRF射线荧光光谱分析技术的成分检测功能，用于对各种材料微小型零件进行标识和全生命周期的追踪管理，实现在微小型零件上1*1mm尺寸内的标识。选取元素码配方组分，运用常温空气喷涂的方法制作元素码，并对零件上的元素码进行多点XRF检测获得多点的元素含量信息，运用统计方法计算元素码元素限,则该零件用元素码信息唯一表示，也可与数据库中零件二维码相关联。通过合理选择配方组分制作出不同的配方，实现上万批次的标识，实现小零件批次追踪管理，为工业化应用开辟了路径。

Description

一种基于XRF的微小型零件标签制作检测方法

技术领域

本发明涉及工业标识技术领域，具体地说，涉及一种基于XRF的微小型零件标签制作检测方法。

背景技术

目前，工业标识领域对零件的标识常用的是DPM(direct part marking)，即直接零件标识技术，包括激光标刻、电化学标刻、机械打点标刻和喷墨标刻。具体方法是选择零件上尺寸较大的平整表面标刻Data Matrix码(以下简称DM码)，运用激光烧蚀、电化学蚀刻、机械打点和喷墨等方式在零件表面形成永久标识，通过扫码枪或校验仪对DM码进行识读，获取零件，即完成了一次标识，该项技术已广泛应用于航空、航天工业零部件产品的标识领域。

然而，在实际工业标识中，经常面临许多特殊的微小型零件，如弹簧、调整钉、堵头等，多为小阻尼密封件、薄膜以及一些聚合物，由于应力、尺寸、特殊表面要求及其它原因，无法以传统的印刷标签、钢印以及二维条码的方式进行标记，无法做到对零件的追踪与管理，原因如下:

1.在激光标刻、电化学标刻、机械打点标刻和喷墨标刻四种标识方法中，激光标刻形成的DM码尺寸最小，能被传统条码校验仪识读的最小二维码尺寸为3*3mm，电化学标刻最小可读二维码尺寸为12*12mm，机械打点标刻最小可读二维码尺寸为8*8mm，喷码最小可读二维码尺寸为8*8mm，上述可识读二维码尺寸过大，无法满足微小型零件标识要求。

2.虽然利用飞秒激光等先进标刻设备能做到尺寸小于1*1mm的二维码，利用光学显微镜等成像设备也能摆脱传统条码校验仪识读能力差的限制，但是,当DM码尺寸过小，对码的完整性要求就越高，污染和腐蚀的影响就会被放大，原本DM码尺寸较大的情况下，可能仅会腐蚀DM码模块中的一个点，码本身的纠错算法可以自行修正，这种局部污染和腐蚀完全可以被忽略；然而当DM码尺寸过小，很小面积的污染和腐蚀就会导致DM码中很多模块的不可读，对环境和码的耐久性要求就会很高，导致实施性变差。

现有的微小型零件标识方法主要是通过将标识做在外包装的方法实现，通常将同一批次的若干个小零件装在同一个包装袋或包装盒中，外面统一标识，这种方法仅能对同一批次的零件进行标识，无法实现到个体零件的标识；而且一旦将零件从包装袋或包装盒中取出，零件的标识就会消失，可追踪性和自动数据采集就无从谈起。

微小零件标识目前国内外研究甚少，为了解决这一盲区，提出了一种基于微小零件的失效补救办法，通过在零件表面制作一种经过特殊设计的“元素码”标签实现对零件的标识功能，该功能的实现需要借助XRF(X-Ray fluorescence)X射线荧光光谱分析技术的成分检测功能，可用于对各种材料微小型零件进行标识和全生命周期的追踪管理。即在产品全生命周期过程中，通过制作特殊的“元素码”，获得“元素码”所对应的特征谱系和成分信息，将成分信息与零件二维码相对应，这样在标识消失的情况下，通过对产品特征谱系的提取采集，将之转换为二维码，就可消除外包装脱离带来的零件标识消失的问题，为零件的核实验证提供依据。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于XRF的微小型零件标签制作检测方法。通过在零件表面制作一种经过特殊设计的“元素码”标签实现对零件的标识功能，该功能的最终实现需要借助XRF射线荧光光谱分析技术的成分检测功能，用于对各种材料微小型零件进行标识和全生命周期的追踪管理，且该方法标识可控制元素码的尺寸在1*1mm以内。

本发明思路是:选取元素码配方组分，运用常温空气喷涂的方法制作元素码，并对零件上的元素码进行多点XRF检测获得多点的元素含量信息，运用统计方法计算元素码元素限，用X＝x±U表示，则该零件就可用元素码信息唯一表示，也可继续将该元素码信息与数据库中零件二维码相关联。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于XRF的微小型零件标签制作检测方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.选择零件非工作面上平整表面为元素码标记面，并确保其表面粗糙度要求，对标识区进行除油除锈清洗，对非标识区进行掩膜处理；

步骤2.根据标识材料所含的元素种类，结合小零件工况条件和标识批次，基于避让基材元素原则，选取配方并混合制备，以溶液混合均匀，无悬浮沉淀为标准；

步骤3.以少量多次的原则，在标识区域开始空气喷涂，直到形成较好的涂膜质量，喷涂结束后加热固化；

步骤4.对制作的元素码执行k次XRF检测，获得各元素(x_i，i＝1,2…n)的百分含量(x_ij，i＝1,2…n，j＝1,2…k)；运用统计学方法按下式计算元素限，最终结果用表示

U_b＝0.033％ (2)

式中，表示k次检测的平均值，U_a表示均值标准偏差，U_b表示仪器误差，U表示扩展不确定度；经过一次配比可得到唯一的元素限，对零件进行XRF元素码标识后，通过XRF检测所得到的元素百分含量，若完全落在元素限内，则为该零件，若不完全落在元素限内，则不是该零件。

有益效果

本发明提出的一种基于XRF的微小型零件标签制作检测方法，通过该方法实现对垫片小零件的标识和全生命周期的管理追踪。实现了在微小型零件上1*1mm尺寸以内的标识。选取元素码配方组分，运用常温空气喷涂的方法制作元素码，并对零件上的元素码进行多点XRF检测获得多点的元素含量信息，运用统计方法计算元素码元素限，用X＝x±U表示，则该零件就可以用元素码信息唯一表示，也可继续将该元素码信息与数据库中零件二维码相关联。

本发明基于XRF的微小型零件标签制作检测方法，通过合理选择配方组分，可制作出上万种不同的配方，实现上万批次的标识，解决了在工业生产中微小零件的批次标识难题，实现了小零件的批次追踪与管理，为工业化应用开辟了路径。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种基于XRF的微小型零件标签制作检测方法作进一步详细说明。

图1为本发明基于XRF的微小型零件标签制作检测方法流程图。

图2为本发明基于XRF的微小型零件标签制作检测方法操作步骤示意图。

图3a、图3b为实施例中零件上制作的XRF元素码。

图4为实施例中零件上元素码的制作过程。

具体实施方式

本实施例是一种基于XRF的微小型零件标签制作检测方法。

参阅图1～图4，下面应用基于XRF的微小型零件标签制作检测方法，针对加工后的零件垫片进行操作,具体步骤如下:

第一步,零件准备

(1)以1Cr17Ni2材料零件垫片为例，选择垫片A区域为元素码标记区，依次用200目、280目、400目砂纸打磨标记区，并用粗糙度仪不断测量表面粗糙度，直至标记区域粗糙度Ra＝6.3。

(2)将垫片置于丙酮溶液中进行t1＝15min的超声波清洗除油，然后置于酒精中进行t2＝10min的超声波清洗，最后将垫片用去离子水冲洗，置于50℃干燥箱中烘干。

(3)用光纤激光打标机在掩蔽胶带上烧蚀出直径为1mm的圆，参数控制为:激光功率P为4W，标刻速度v为800mm/s，Q频率f为40KHz，标刻次数为n为3次；撕下胶带贴在垫片上，使圆落在元素码待标识区。

(4)将垫片上除1mm圆外的部分用掩蔽胶带覆盖，防止喷涂到非标识区。

第二步,元素码制作前准备

(1)选择硅酸钠、氧化锌、氧化锆和氧化铝四种配方组分，并按照4:2:2:2的配比进行标识制作，如表3；垫片化学成分如表1所示；服役条件如表2所示。

表1 1Cr17Ni2的化学成分

表2.1Cr17Ni2零件的工作环境

表3配方组分

(2)用万分之一天平依次称量配方组分，置于球磨机中充分混合，设置球磨机频率f为30Hz，速度v为300r/min，时间t为2h。

(3)烧杯中的混合溶液倒入喷枪容杯中，等待喷涂。

第三步,元素码的制作

(1)设置喷枪和空压机参数:进气压力P为0.7Mpa，涂料进量V为0.15L/min，喷幅L为15cm，喷涂距离d为20cm，完全覆盖元素码标识区域后，停止喷涂，等待涂层固化，即完成第一次喷涂。

(2)当涂层即将固化完全时，按照上述(1)的方法喷涂第二次，在室温中完全固化。

(3)将掩蔽胶带去除，保证元素码不被破坏。

(4)室温固化t₁＝2h后，转移至干燥箱中，缓慢加热到T＝120℃，固化t₂＝2h后，随干燥箱冷却。

第四步,元素码的XRF检测

(1)取出垫片置于手持式XRF分析仪窗口，设置参数执行检测，如表4所示。

表4手持式XRF分析仪参数设置

(2)在元素码上均匀取5个点，分别进行XRF检测，排除其它元素谱线的影响，记录下每个点的铝、硅、锌、锆的百分含量。

表5垫片XRF元素检测结果

(3)统计5次检测的元素百分含量，计算Al、Si、Zn、Zr四种元素的检测限计算，获得了垫片元素码四种元素的取值范围，如表6所示。

表6垫片XRF检测结果统计

根据上表中四种元素的取值范围，就可以对零件进行唯一标识。

实施例中，对垫片进行XRF检测，得到这四种元素百分含量，若四种元素含量均落在表6含量范围内，则为该批次生产的垫片，若不全落在表6范围内，则不是该批次生产的垫片。

Claims (1)

1.一种基于XRF的微小型零件标签制作检测方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.选择零件非工作面上平整表面为元素码标记面，并确保其表面粗糙度要求，对标识区进行除油除锈清洗，对非标识区进行掩膜处理；

步骤2.根据标识材料所含的元素种类，结合小零件工况条件和标识批次，基于避让基材元素原则，选取配方并混合制备，以溶液混合均匀，无悬浮沉淀为标准；

步骤3.以少量多次的原则，在标识区域开始空气喷涂，直到形成较好的涂膜质量，喷涂结束后加热固化；

步骤4.对制作的元素码执行k次XRF检测，获得各元素(x_i，i＝1,2…n)的百分含量(x_ij，i＝1,2…n，j＝1,2…k)；运用统计学方法按下式计算元素限，最终结果用表示

U_b＝0.033％ (2)

式中，表示k次检测的平均值，U_a表示均值标准偏差，U_b表示仪器误差，U表示扩展不确定度；经过一次配比可得到唯一的元素限，对零件进行XRF元素码标识后，通过XRF检测所得到的元素百分含量，若完全落在元素限内，则为该零件，若不完全落在元素限内，则不是该零件。