CN115656143B - 大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法及系统，应用于材料表面表征技术领域，包括：对材料表面进行逐行扫描测量，得到行成分含量，采用行线性拟合模型对行成分含量进行行内校正，再采用行成分含量分布剔除极值后得到的总平均值为标准，进行行间校正，得到行间校正成分含量；对材料表面进行逐列扫描测量，得到列成分含量，采用列线性拟合模型对列成分含量进行列内校正，再采用列成分含量剔除极值后得到的总平均值为标准，进行列间校正，得到列间校正成分含量；将行间校正成分含量和列间校正成分含量耦合，得到最优测量成分含量。本方法实现了对大尺寸金属材料表面成分全面表征测量过程中仪器的漂移及测量误差的有效校正。
Description
技术领域
本发明涉及材料表面表征技术领域，特别涉及大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法及系统。
背景技术
大尺寸金属材料表面成分全面表征是难度较大的复杂技术。米级大尺寸金属材料成分偏析分析需要准确的成分面扫描表征。材料大尺寸表面成分表征的各种手段中，由于分析测量的面积较大，无论是行扫描方式，还是列扫描方式，由于检测时间长，测量过程中仪器的漂移及测量误差控制是一个必须要考虑的问题。两种扫描方式都会造成不同程度的误差，目前对于检测大于50mm×50mm的面积，两种扫描方式都不能保证获得最佳的扫描分析结果。
为此，如何提供一种能够对大尺寸金属材料表面成分全面表征测量过程中仪器的漂移及测量误差进行有效校正的大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法及系统。本方法首先通过火花光谱分析法进行逐行扫描测量，得到行火花发射光谱强度，代入火花光谱强度与成分含量的校准方程，得到行成分含量分布；再采用行线性拟合方程对行成分含量分布进行行内校正，得到行内校正成分含量分布分布，再分别以行成分含量分布剔除极值后得到平均值，以每行平均值再平均得到的总平均值为标准，对行内校正成分含量分布进行行间校正，得到行间校正成分含量分布；再通过火花光谱分析法进行逐列扫描测量，得到列火花发射光谱强度，代入火花光谱强度与成分含量的校准方程，得到列成分含量分布；再采用列线性拟合方程对列成分含量分布进行行内校正，得到列内校正成分含量分布，再分别以列成分含量分布剔除极值后得到的平均值，以每列平均值再平均得到的总平均值为标准，对列内校正成分含量分布进行列间校正，得到列间校正成分含量分布；最后将行间校正成分含量分布和列间校正成分含量分布的对应位置进行均值耦合，得到每个位置的最优测量成分含量，实现了对大尺寸金属材料表面成分全面表征测量过程中仪器的漂移及测量误差的有效校正。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法，包括：
步骤(1)：对材料表面进行逐行扫描测量，得到材料表面的行成分含量分布，采用行线性拟合模型对行成分含量分布进行行内校正，得到行内校正成分含量分布；采用行成分含量分布剔除极值后得到本行平均值，每一行平均值再平均获得总平均值，以总平均值为标准，对行内校正成分含量分布进行行间校正，得到行间校正成分含量分布；
步骤(2)：对材料表面进行逐列扫描测量，得到材料表面的列成分含量分布，采用列线性拟合模型对列成分含量分布进行列内校正，得到列内校正成分含量分布；采用列成分含量分布剔除极值后得到本列平均值，每一列平均值再平均得到总平均值，以总平均值为标准，对列内校正成分含量分布进行列间校正，得到列间校正成分含量分布；
步骤(3)：将在同一坐标位置行间校正成分含量分布和列间校正成分含量分布耦合，得到该坐标位置最优测量成分含量。
可选的，采用火花光谱分析法进行逐行扫描测量和逐列扫描测量，且逐行扫描测量和逐列扫描测量的行宽和列宽以及行扫描频率和列扫描频率均相等。
可选的，步骤(1)具体为：
通过对逐行扫描测量得到的行成分含量分布CXi中纵坐标Y相同的横坐标Xi以及其对应的行成分含量分布CXi所有含量进行线性拟合，得到行线性拟合方程CXi＝aXi+b，将所有Xi代入行线性拟合方程得到拟合行成分含量分布C'Xi；求得拟合行成分含量分布C'Xi与行成分含量分布CXi之差ΔCXi＝C'Xi-CXi，且已知行成分含量分布CXi的行内平均值为则经过行内校正的行内校正成分含量分布/>
计算逐行扫描测量得到的行成分含量分布CXi中剔除最大2.5％和最小2.5％极值后的平均值，将各行平均值再平均得到总平均值根据经过行内校正的行内校正成分含量分布CXi”，得到经过行内校正的行内校正成分含量分布CXi”的行内平均值/>将/>校正为/>则经过行间校正的行间校正成分含量分布/>
可选的，步骤(2)具体为：
通过对逐列扫描测量得到的列成分含量分布CYi中横坐标X相同的纵坐标Yi以及其对应的列成分含量分布CYi所有含量进行线性拟合，得到列线性拟合方程CYi＝aYi+b，将所有Yi代入列线性拟合方程得到拟合列成分含量分布C'Yi；求得拟合列成分含量分布C'Yi与列成分含量分布CYi之差ΔCYi＝C'Yi-CYi，且已知列成分含量分布CYi的列内平均值为则经过列内校正的列内校正成分含量分布/>
计算逐列扫描测量得到的列成分含量分布CYi中剔除最大2.5％和最小2.5％极值后取平均值，将各列平均值再平均获得总平均值根据经过列内校正的列内校正成分含量分布CYi”，得到经过列内校正的列内校正成分含量分布CYi”的列内平均值/>将/>校正为/>则经过列间校正的列间校正成分含量分布/>
可选的，步骤(3)中，耦合为对应位置取均值。
本发明还提供一种大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正系统，包括：
扫描测量模块：用于对材料表面进行逐行扫描测量和逐列扫描测量，得到行火花发射光谱强度和列火花发射光谱强度；
数据采集模块：用于分别采集行火花发射光谱强度和列火花发射光谱强度，并输入至数据分析模块；
数据分析模块：用于将行火花发射光谱强度和列火花发射光谱强度分别代入火花光谱强度与成分含量的校准方程，得到行成分含量分布和列成分含量分布以及根据行成分含量分布和列成分含量分布计算最优测量成分含量；
控制模块：用于控制扫描测量模块对材料表面进行逐行扫描测量和逐列扫描测量。
可选的，扫描测量模块为多通道火花激发源。
可选的，数据采集模块为光电倍增管或CCD检测器或CMOS检测器。
可选的，火花光谱分析模块为终端。
可选的，控制模块为高精密数控X、Y方向移动工作台。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提出了大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法及系统。本方法首先通过火花光谱分析法进行逐行扫描测量，得到行火花发射光谱强度，代入火花光谱强度与成分含量的校准方程，得到行成分含量分布；再采用行线性拟合方程对行成分含量分布进行行内校正，得到行内校正成分含量分布分布，再分别以行成分含量分布剔除极值后得到平均值，以每行平均值再平均得到的总平均值为标准，对行内校正成分含量分布进行行间校正，得到行间校正成分含量分布；再通过火花光谱分析法进行逐列扫描测量，得到列火花发射光谱强度，代入火花光谱强度与成分含量的校准方程，得到列成分含量分布；再采用列线性拟合方程对列成分含量分布进行行内校正，得到列内校正成分含量分布，再分别以列成分含量分布剔除极值后得到的平均值，以每列平均值再平均得到的总平均值为标准，对列内校正成分含量分布进行列间校正，得到列间校正成分含量分布；最后将行间校正成分含量分布和列间校正成分含量分布的对应位置进行均值耦合，得到每个位置的最优测量成分含量，实现了对大尺寸金属材料表面成分全面表征测量过程中仪器的漂移及测量误差的有效校正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明的结构流程示意图。
图3为本发明的火花光谱成分分析的行扫描示意图。
图4为本发明的火花光谱成分分析的列扫描示意图。
图5为本发明的火花光谱成分分析的行列两次扫描的合成网格示意图。
图6为本发明的最终校正耦合结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例1公开了大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法，如图1所示，包括：
步骤(1)：采用火花光谱分析法对材料表面分别进行逐行扫描测量，行宽设置为4mm，行扫描频率设置为1mm/s(则获得每个0.1mm位置的成分含量)，得到材料表面的行成分含量分布；采用行线性拟合模型对行成分含量分布进行行内校正，得到行内校正成分含量分布；采用行成分含量分布剔除极值后得到本行平均值，每一行平均值再平均获得总平均值，以总平均值为标准，对行内校正成分含量分布进行行间校正，得到行间校正成分含量分布，具体为：
通过对逐行扫描测量得到的行成分含量分布CXi中纵坐标Y相同的横坐标Xi以及其对应的行成分含量分布CXi所有含量进行线性拟合，得到行线性拟合方程CXi＝aXi+b，将所有Xi代入行线性拟合方程得到拟合行成分含量分布C'Xi；求得拟合行成分含量分布C'Xi与行成分含量分布CXi之差ΔCXi＝C'Xi-CXi，且已知行成分含量分布CXi的行内平均值为则经过行内校正的行内校正成分含量分布/>
计算逐行扫描测量得到的行成分含量分布CXi中剔除最大2.5％和最小2.5％极值后的平均值，将各行平均值再平均得到总平均值根据经过行内校正的行内校正成分含量分布CXi”，得到经过行内校正的行内校正成分含量分布CXi”的行内平均值/>将/>校正为/>则经过行间校正的行间校正成分含量分布/>
步骤(2)：采用火花光谱分析法对材料表面分别进行逐列扫描测量，列宽设置为4mm，列扫描频率设置为1mm/s(则获得每个0.1mm位置的成分含量)，得到材料表面的列成分含量分布；采用列线性拟合模型对列成分含量分布进行列内校正，得到列内校正成分含量分布；采用列成分含量分布剔除极值后得到本列平均值，每一列平均值再平均得到总平均值，以总平均值为标准，对列内校正成分含量分布进行列间校正，得到列间校正成分含量分布，具体为：
通过对逐列扫描测量得到的列成分含量分布CYi中横坐标X相同的纵坐标Yi以及其对应的列成分含量分布CYi所有含量进行线性拟合，得到列线性拟合方程CYi＝aYi+b，将所有Yi代入列线性拟合方程得到拟合列成分含量分布C'Yi；求得拟合列成分含量分布C'Yi与列成分含量分布CYi之差ΔCYi＝C'Yi-CYi，且已知列成分含量分布CYi的列内平均值为则经过列内校正的列内校正成分含量分布/>
计算逐列扫描测量得到的列成分含量分布CYi中剔除最大2.5％和最小2.5％极值后取平均值，将各列平均值再平均获得总平均值根据经过列内校正的列内校正成分含量分布CYi”，得到经过列内校正的列内校正成分含量分布CYi”的列内平均值/>将/>校正为/>则经过列间校正的列间校正成分含量分布/>
步骤(3)：将同一坐标位置行间校正成分含量分布和列间校正成分含量分布对应位置取均值，得到该坐标位置最优测量成分含量，由于即使精密扫描，也会有位置误差及测量误差，因此将行间校正成分含量分布和列间校正成分含量分布中每0.01mm2面积位置的两个含量值进行平均，获得了该位置的最优测量成分含量，含量合成公式如下：
C(X，Y)＝[C(Xi，Y)+C(X，Yi)]/2
本发明实施例2还提供一种大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正系统，包括：
扫描测量模块：采用多通道火花激发源，用于对材料表面进行逐行扫描测量和逐列扫描测量，得到行火花发射光谱强度和列火花发射光谱强度。
数据采集模块：采用光电倍增管或CCD检测器或CMOS检测器，用于分别采集行火花发射光谱强度和列火花发射光谱强度，并输入至数据分析模块。
数据分析模块：为终端，于将行火花发射光谱强度和列火花发射光谱强度分别代入火花光谱强度与成分含量的校准方程，得到行成分含量分布和列成分含量分布以及根据行成分含量分布和列成分含量分布计算最优测量成分含量。
控制模块：采用高精密数控X、Y方向移动工作台，用于控制扫描测量模块对材料表面进行逐行扫描测量和逐列扫描测量。
本发明实施例公开了大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法及系统。本方法首先通过火花光谱分析法进行逐行扫描测量，得到行火花发射光谱强度，代入火花光谱强度与成分含量的校准方程，得到行成分含量分布；再采用行线性拟合方程对行成分含量分布进行行内校正，得到行内校正成分含量分布分布，再分别以行成分含量分布剔除极值后得到平均值，以每行平均值再平均得到的总平均值为标准，对行内校正成分含量分布进行行间校正，得到行间校正成分含量分布；再通过火花光谱分析法进行逐列扫描测量，得到列火花发射光谱强度，代入火花光谱强度与成分含量的校准方程，得到列成分含量分布；再采用列线性拟合方程对列成分含量分布进行行内校正，得到列内校正成分含量分布，再分别以列成分含量分布剔除极值后得到的平均值，以每列平均值再平均得到的总平均值为标准，对列内校正成分含量分布进行列间校正，得到列间校正成分含量分布；最后将行间校正成分含量分布和列间校正成分含量分布的对应位置进行均值耦合，得到每个位置的最优测量成分含量，实现了对大尺寸金属材料表面成分全面表征测量过程中仪器的漂移及测量误差的有效校正。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法，其特征在于，包括：
步骤(1)：对材料表面进行逐行扫描测量，得到所述材料表面的行成分含量分布，采用行线性拟合模型对所述行成分含量分布进行行内校正，得到行内校正成分含量分布；采用所述行成分含量分布剔除极值后得到本行平均值，每一行平均值再平均获得总平均值，以总平均值为标准，对所述行内校正成分含量分布进行行间校正，得到行间校正成分含量分布；
步骤(2)：对材料表面进行逐列扫描测量，得到所述材料表面的列成分含量分布，采用列线性拟合模型对所述列成分含量分布进行列内校正，得到列内校正成分含量分布；采用所述列成分含量分布剔除极值后得到本列平均值，每一列平均值再平均得到总平均值，以总平均值为标准，对所述列内校正成分含量分布进行列间校正，得到列间校正成分含量分布；
步骤(3)：将在同一坐标位置所述行间校正成分含量分布和所述列间校正成分含量分布耦合，得到该坐标位置最优测量成分含量；
采用火花光谱分析法进行所述逐行扫描测量和逐列扫描测量，且所述逐行扫描测量和逐列扫描测量的行宽和列宽以及行扫描频率和列扫描频率均相等；
步骤(1)具体为：
通过对逐行扫描测量得到的所述行成分含量分布CXi中纵坐标Y相同的横坐标Xi以及其对应的所述行成分含量分布CXi中所有行成分含量进行线性拟合，得到行线性拟合方程CXi＝aXi+b，将所有Xi代入所述行线性拟合方程得到拟合行成分含量分布C'Xi；求得所述拟合行成分含量分布C'Xi与所述行成分含量分布CXi之差ΔCXi＝C'Xi-CXi，且已知所述行成分含量分布CXi的行内平均值为则经过行内校正的所述行内校正成分含量分布
计算逐行扫描测量得到的所述行成分含量分布CXi中剔除每行成分从小到大排列分布中大于97.5％分位数以上数值和小于2.5％分位数以下数值的各行平均值，将各行平均值再平均得到总平均值根据经过行内校正的所述行内校正成分含量分布CXi”，得到经过行内校正的所述行内校正成分含量分布CXi”的行内平均值/>基于/>与/>对C″Xi进行校正，得到经过行间校正的所述行间校正成分含量分布/>
步骤(2)具体为：
通过对逐列扫描测量得到的所述列成分含量分布CYi中横坐标X相同的纵坐标Yi以及其对应的所述列成分含量分布CYi中所有列成分含量进行线性拟合，得到列线性拟合方程CYi＝aYi+b，将所有Yi代入所述列线性拟合方程得到拟合列成分含量分布C'Yi；求得所述拟合列成分含量分布C'Yi与所述列成分含量分布CYi之差ΔCYi＝C'Yi-CYi，且已知所述列成分含量分布CYi的列内平均值为则经过列内校正的所述列内校正成分含量分布
计算逐列扫描测量得到的所述列成分含量分布CYi中剔除每列成分从小到大排列分布中大于97.5％分位数以上数值和小于2.5％分位数以下数值的各列平均值，将各列平均值再平均获得总平均值根据经过列内校正的所述列内校正成分含量分布CYi”，得到经过列内校正的所述列内校正成分含量分布CYi”的列内平均值/>基于/>与/>对CYi”进行校正，得到经过列间校正的所述列间校正成分含量分布C(X，/>
步骤(3)中，所述耦合为对应位置取均值。
2.利用权利要求1所述的大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正方法的大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正系统，其特征在于，包括：
扫描测量模块：用于对材料表面进行逐行扫描测量和逐列扫描测量，得到行火花发射光谱强度和列火花发射光谱强度；
数据采集模块：用于分别采集所述行火花发射光谱强度和列火花发射光谱强度，并输入至数据分析模块；
数据分析模块：用于将所述行火花发射光谱强度和列火花发射光谱强度分别代入火花光谱强度与成分含量的校准方程，得到行成分含量分布和列成分含量分布以及根据所述行成分含量分布和列成分含量分布计算最优测量成分含量；
控制模块：用于控制所述扫描测量模块对所述材料表面进行逐行扫描测量和逐列扫描测量。
3.根据权利要求2所述的大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正系统，其特征在于，所述扫描测量模块为多通道火花激发源。
4.根据权利要求2所述的大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正系统，其特征在于，所述数据采集模块为光电倍增管或CCD检测器或CMOS检测器。
5.根据权利要求2所述的大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正系统，其特征在于，所述数据分析模块为终端。
6.根据权利要求2所述的大尺寸金属材料火花放电分析的测量偏差校正系统，其特征在于，所述控制模块为高精密数控X、Y方向移动工作台。
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2022
- 2022-10-28 CN CN202211331804.0A patent/CN115656143B/zh active Active
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