CN110044913A - 一种检测物体的表面清洁度的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种检测物体的表面清洁度的方法及装置，该检测物体的表面清洁度的方法包括以下步骤：步骤1、利用第一预设波长范围内的激光照射待测表面，以激发所述待测表面上的污染物发出荧光；步骤2、获得所述荧光的光子计数值i，并将所述光子计数值i作为或转化为衡量所以待测表面的清洁度的指定标量。本发明的检测物体的表面清洁度的方法能够较快且较准确地获知待测表面的清洁度。
Description
技术领域
本发明涉及一种物体表面清洁度检测技术领域，尤其涉及一种检测物体的表面清洁度的方法及装置。
背景技术
材料表面镀层和有机涂层都应满足涂(镀)层致密、均匀一致、与基体结合牢固的要求。而涂(镀)层中出现诸如涂(镀)层脱落、鼓泡或发花以及局部无涂覆层等，多数情况下都是由于金属涂(镀)前表面不洁净所导致的。与有机溶剂涂料相比，以水为溶剂的金属表面涂覆处理，如电镀、阳极氧化、磷化以及水性涂料涂装等对金属表面的有机物污染更为敏感，即使是单分子层的污染物，都可能导致整个工艺的失败。因此，材料表面涂(镀)前处理后的清洁度至关重要。
现有技术中有几种借用特定检测方法来分析物体表面的清洁度的仪器，例如：显微镜表面扫描法、表面张力测量法及红外吸收法等。其中，显微镜表面扫描法是使用显微镜观察来统计待测表面上污染物的量，而表面张力测量法是通过测量待测表面的张力来计算其污染程度，这两种方法都存在着检测速度慢且检测过程繁琐等缺点。而红外吸收法是通过红外光来照射待测表面,待测表面上的污染物会吸收部分红外光，仪器接收从待测表面反射回来的没有被吸收的红外光，再根据这个光强来计算待测表面的污染程度。该红外吸收法虽然测量速度较快且结构较简单，但其检测结果受到待测表面上的润滑油分布情况、表面形状及表面粗糙度的影响较大，检测精度并不准确。
发明内容
为了解决上述全部或部分问题，本发明提供一种检测物体的表面清洁度的方法及装置，通过该方法能够较快且较准确地获知待测表面的清洁度。
在一方面，本发明提供一种检测物体的表面清洁度的方法，其包括以下步骤：
步骤1、利用第一预设波长范围内的激光照射待测表面，以激发所述待测表面上的污染物发出荧光；
步骤2、获得所述荧光的光子计数值i，并将所述光子计数值i作为或转化为衡量所以待测表面的清洁度的指定标量。
优选地，所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1、待所述激光停止照射而所述待测表面上的污染物还在发出荧光时，接收所述待测表面处的光的光信号，接收光信号的时长为预设时长，以得到第一光子计数值i1；
步骤2.2、待所述污染物不再发出荧光时，接收所述待测表面处的光的光信号，接受光信号的时长为所述预设时长，以得到第二光子计数值i2；
步骤2.3、根据第一光子计数值i1和第二光子计数值i2，计算出所述荧光的光子计数值i，以获知所述待测表面的清洁度。
优选地，所述第一光子计数值i1包括背景光的光子计数值、暗计数值和荧光的光子计数值，所述第二光子计数值i2包括暗计数值和荧光的光子计数值，在所述步骤2.3中，所述荧光的光子计数值i＝i1-i2。
优选地，在所述步骤2.1之前，当所述激光还在照射所述待测表面时，接收所述待测表面处的光的光信号，接受光信号的时长为所述预设时长，以得到第三光子计数值i3，根据i1、i2和i3来计算反射光的光子计数值i’。
优选地，所述第三光子计数值i3包括反射光的光子计数值、背景光的光子计数值、暗计数值和荧光的光子计数值；根据i1、i2和i3来计算反射光的光子计数值i’具体为：反射光的光子计数值i’＝i3-i2-i。
优选地，在接收所述待测表面处的光的光信号之前，先对该光进行过滤，从而仅接收第二波长范围内的光的光信号。
优选地，所述第一预设波长范围为10-365nm，所述第二预设波长范围为 385-460nm。
根据本发明的检测物体的表面清洁度的方法，其为物体的表面清洁度的检测提供了新思路，采用了激光诱导污染物颗粒发出荧光的技术,这样的技术无论是在激光的发射环节还是在荧光的光子数的计算环节，都无需大型设备的支持，也无需耗费很长的检测周期和检测时间，大大提高了检测效率。另外，激光照射到待测表面上而激发污染物发出的荧光的光子计数值的大小与待测表面上的润滑油分布情况、表面形状及表面粗糙度关系极小，这样避免了待测表面上的润滑油分布情况、表面形状及表面粗糙度对检测结果的影响，提高了检测精度。此外，通过光子计数这样的技术方案以一个光子数为计量单位，这样也就意味着可以检测到极微量的污染物，进一步提高了检测精度。另外，本发明的检测物体的表面清洁度的方法操作简单，操作流程安全，便于广泛地推广应用。
在另一方面，本发明还提供一种检测物体的表面清洁度的装置，用于实施上述任一技术方案所述的方法，所述装置包括：激光发生器，其能够发射出第一预设波长的激光；激光传输机构，对所述激光发生器发出的激光进行传输，使得所述激光能够照射在所述待测表面；光信号接收机构，其能够接收所述待测表面处的光信号；控制器，其与所述激光发生器和光信号接收机构均相连，其既能够控制所述激光发生器以及光信号接收机构的开启和关闭，也能够根据所述光信号接收机构所接受的光信号来得到所述待测表面的清洁度。
优选地，所述光信号接收机构为光电倍增管，所述激光传输机构为光纤，所述激光发生器为脉冲激光器，所述脉冲激光器的脉宽小于100ns。
优选地，该检测物体的表面清洁度的装置还包括与所述控制器相连的显示机构，用于显示所述控制器获知的所述待测表面的清洁度。
根据本发明的检测物体的表面清洁度的装置，其结构简单，使用安全可靠，能够支持完成本发明的上述检测物体表面清洁度的方法，使得检测物体表面清洁度的工作能够更快更精确地完成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例的检测物体的表面清洁度的方法的流程图；
图2为本发明实施例的检测物体的表面清洁度的方法的步骤2的流程图；
图3为本发明实施例的检测物体的表面清洁度的装置的结构示意图。
附图标记说明：1、激光发生器；2、激光传输机构；3、光信号接收机构；4、控制器；5、显示机构。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1为本发明实施例的检测物体的表面清洁度的方法的流程图，如图1 所示，该检测物体的表面清洁度的方法包括以下步骤：
步骤1、利用第一预设波长范围内的激光照射待测表面，以激发待测表面上的污染物发出荧光；
步骤2、获得荧光的光子计数值i，并将光子计数值i作为或转化为衡量所以待测表面的清洁度的指定标量。
需要说明的是，本发明的检测物体的表面清洁度的方法的原理为，第一预设波长范围内的激光的能量被待测表面上的污染物吸收，污染物颗粒电子被激化并跃进到高能级的电子层，处于高能级的不稳定的电子随即会返回原低能级电子层，在此过程中原来吸收的能量以发热发光的形式释放出来，即荧光。由于荧光的光子计数值i是由污染物直接产生的，是与清洁度直接关联的标量，因此，可以将光子计数值i直接作为衡量待测表面的清洁度的指定标量，本领域技术人员可以根据清洁度的要求来设定荧光的光子计数值的标准范围，并根据荧光的光子计数值来直接确定待测表面清洁度是否符合要求。当然，本领域技术也可以根据需要将荧光的光子计数值i转化为其他衡量清洁度的指定标量。
根据本发明的检测物体的表面清洁度的方法，其为物体的表面清洁度的检测提供了新思路，采用了激光诱导污染物颗粒发出荧光的技术,这样的技术无论是在激光的发射环节还是在荧光的光子数的计算环节，都无需大型设备的支持，也无需耗费很长的检测周期和检测时间，大大提高了检测效率。另外，激光照射到待测表面上而激发污染物发出的荧光的光子计数值的大小与待测表面上的润滑油分布情况、表面形状及表面粗糙度关系极小，这样避免了待测表面上的润滑油分布情况、表面形状及表面粗糙度对检测结果的影响，提高了检测精度。通过光子计数这样的技术方案以一个光子数为计量单位，这样也就意味着可以检测到极微量的污染物，进一步提高了检测精度。此外，工作人员也可以在对待测表面进行观察的过程中观察到污染物所处的大致位置，便于后续对污染物进行处理。
图2为本发明实施例的检测物体的表面清洁度的方法的步骤2的流程图，步骤2包括以下步骤：
步骤2.1、待激光停止照射而待测表面上的污染物还在发出荧光时，接收待测表面处的光的光信号，接收光信号的时长为预设时长，以得到第一光子计数值i1；
步骤2.2、待污染物不再发出荧光时，接收待测表面处的光的光信号，接受光信号的时长为预设时长，以得到第二光子计数值i2；
步骤2.3、根据第一光子计数值i1和第二光子计数值i2，计算出荧光的光子计数值i，以获知待测表面的清洁度。
发明人在一开始想到通过污染物被激发荧光，并测量荧光光子数的技术方案的基础上，所面临的最大难题就是如何更加准确地对荧光的光子数进行计数。如果想要直接检测出接收选择性地接收荧光光子，操作难度较高且对设备的要求也比较高，如果操作失误或者设备精度不够，会严重影响测量结果。因此，发明人费尽心力，经过无数次的实验和测算，终于想出了上述测量荧光的光子计数值的具体方案。上述方案排除了外界环境以及实验设备本身的干扰，使得最终得到的荧光的光子计数值非常地准确，进一步提高了检测精度。
在本实施例中，第一光子计数值i1包括背景光的光子计数值、暗计数值和荧光的光子计数值，第二光子计数值i2包括暗计数值和荧光的光子计数值。暗计数值是指由于已知的量子力学原理，接收光信号的设备的的内部材料(如光电倍增管的光电阴极材料)的热电子发射而产生的脉冲计数。因此，在步骤2.3中，根据第一光子计数值i1和第二光子计数值i2，计算出荧光的光子计数值i的操作具体为：荧光的光子计数值i＝i1-i2。
另外，在步骤2.1之前，当激光还在照射待测表面时，接收待测表面处的光的光信号，接受光信号的时长为预设时长，以得到第三光子计数值i3，根据i1、i2和i3来计算反射光的光子计数值i’。第三光子计数值i3包括反射光的光子计数值、背景光的光子计数值、暗计数值和荧光的光子计数值。因此。根据i1、i2和i3来计算反射光的光子计数值i’具体为：反射光的光子计数值i’＝i3-i2-i。通过这样的步骤可以计算出反射光的光子计数值，从而反馈出反射光的强度，反射光的强度又能够反馈出激光照射待测表面的强度，工作人员可以在进行设备调试和检测过程中进行参考。另外，需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际的情况来自行确定预计时长，但是需保证得到第一、第二和第三光子计数值的过程中接收光信号的时长相同。
优选地，在在步骤2.1之前、步骤2.1以及步骤2.2中，在接收待测表面处的光的光信号之前，先对该光进行过滤，从而仅接收第二波长范围内的光的光信号。对接收的光进行过滤后能够进一步减小杂散光对检测结果的干扰。优选地，第一预设波长范围为10-365nm，第一波长范围内的光为紫外激光。第二预设波长范围为385-460nm。发明人经过多次的测量、实验和计算得出上述结论，当第二预设波长处于上述范围内时，能够尽可能地排出杂散光对检测结果的干扰，使得检测精度进一步得到提高。
图3为本发明实施例的检测物体的表面清洁度的装置的结构示意图本发明还提供一种检测物体的表面清洁度的装置，如图3所示，该检测物体的表面清洁度的装置用于实施上述任一技术方案的方法，该装置包括激光发生器 1、激光传输机构2、光信号接收机构3和控制器4。激光发生器1能够发射出第一预设波长的激光。激光传输机构2对激光发生器1发出的激光进行传输，使得激光能够照射在待测表面。光信号接收机构3能够接收待测表面处的光信号。控制器4与激光发生器1和光信号接收机构3均相连，其既能够控制激光发生器1以及光信号接收机构3的开启和关闭，也能够根据光信号接收机构3所接受的光信号来计算出待测表面的清洁度。控制器4包括可编程逻辑控制器(如PLC或CPU)以及与可编程逻辑控制器相连的电子元件等，其属于本领域技术人员熟知的，在此不再详述。
根据本发明的检测物体的表面清洁度的装置，其结构简单，使用安全可靠，能够支持完成本发明的上述检测物体表面清洁度的方法，使得检测物体表面清洁度的工作能够更快更精确地完成。
优选地，光信号接收机构3可选为光电倍增管、二极管阵列检测器或电荷耦合器件。光信号接收机构3优选为光电倍增管，光电倍增管价格较为低廉且具有较高的检测精度。为了使的激光能够被更加稳定而快速地被传输，激光传输机构2为光纤。另外，激光发生器1为脉冲激光器，所述脉冲激光器的脉宽小于100ns，这样既能够保证污染物持续发出荧光，并使的本发明的装置可以用在高速生产线上，又能够避免激光产生过多的热量，影响检测结果。为了使得工作人员能够更加清楚明了地看到待测表面的清洁度，判断待测表面的清洁度是否达标，该检测物体的表面清洁度的装置还包括与控制器 4相连的显示机构5，用于显示控制器4获知的待测表面的清洁度。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种检测物体的表面清洁度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用第一预设波长范围内的激光照射待测表面，以激发所述待测表面上的污染物发出荧光；
步骤2、获得所述荧光的光子计数值i，并将所述光子计数值i作为或转化为衡量所以待测表面的清洁度的指定标量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1、待所述激光停止照射而所述待测表面上的污染物还在发出荧光时，接收所述待测表面处光的的光信号，接收光信号的时长为预设时长，以得到第一光子计数值i1；
步骤2.2、待所述污染物不再发出荧光时，接收所述待测表面处的光的光信号，接受光信号的时长为所述预设时长，以得到第二光子计数值i2；
步骤2.3、根据第一光子计数值i1和第二光子计数值i2，计算出所述荧光的光子计数值i，以获知所述待测表面的清洁度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一光子计数值i1包括背景光的光子计数值、暗计数值和荧光的光子计数值，所述第二光子计数值i2包括暗计数值和荧光的光子计数值，在所述步骤2.3中，所述荧光的光子计数值i＝i1-i2。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤2.1之前，当所述激光还在照射所述待测表面时，接收所述待测表面处的光的光信号，接受光信号的时长为所述预设时长，以得到第三光子计数值i3，根据i1、i2和i3来计算反射光的光子计数值i’。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第三光子计数值i3包括反射光的光子计数值、背景光的光子计数值、暗计数值和荧光的光子计数值；根据i1、i2和i3来计算反射光的光子计数值i’具体为：反射光的光子计数值i’＝i3-i2-i。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在接收所述待测表面处的光的光信号之前，先对该光进行过滤，从而仅接收第二波长范围内的光的光信号。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一预设波长范围为10-365nm，所述第二预设波长范围为385-460nm。
8.一种检测物体的表面清洁度的装置，其特征在于，用于实施权利要求1-7中任一项所述的方法，所述装置包括：
激光发生器，其能够发射出第一预设波长的激光；
激光传输机构，对所述激光发生器发出的激光进行传输，使得所述激光能够照射在所述待测表面；
光信号接收机构，其能够接收所述待测表面处的光信号；
控制器，其与所述激光发生器和光信号接收机构均相连，其既能够控制所述激光发生器以及光信号接收机构的开启和关闭，也能够根据所述光信号接收机构所接受的光信号来得到所述待测表面的清洁度。
9.根据权利要求8所述的清洁度检测仪，其特征在于，所述光信号接收机构为光电倍增管，所述激光传输机构为光纤，所述激光发生器为脉冲激光器，所述脉冲激光器的脉宽小于100ns。
10.根据权利要求8所述的清洁度检测仪，其特征在于，还包括与所述控制器相连的显示机构，用于显示所述控制器获知的所述待测表面的清洁度。
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