CN117794676A - 从金属产品上剥除氧化层的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本方法包括:根据产品(3)的区段,确定氧化层去除能量密度阈值,而这又包括:向所述区段的分段发射波长和脉冲持续时间等于剥除激光器(13)的波长和脉冲持续时间的分析脉冲,以形成剥除区域;捕获所述分段的图像;根据该图像,确定所述剥除区域的代表尺寸;以及根据该尺寸,评估所述去除能量密度阈值;向所述区段发射剥除脉冲,该剥除脉冲的能量密度高于所述去除能量密度阈值,所述剥除激光器(13)以使得所述区段的所有点均暴露于比所述去除能量密度阈值高的能量密度下的方式控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种在金属产品(尤其钢)例如在热处理炉内的过程中暴露于对其部分成分具有氧化性的气氛中后剥除覆盖金属产品表面的氧化层的方法和装置。
背景技术
在下文中,本发明的优选应用为所有类型(奥氏体、铁素体、奥氏体-铁素体等)的不锈钢带材和不锈钢片材(热轧钢或冷弯型钢)领域。然而,需要理解的是,这并不构成任何限制,本发明还可应用于与不锈钢带材和不锈钢片材,尤其与各种碳钢和特种合金(尤其铁合金)存在类似技术问题的其他金属。在对所述装置进行对本领域技术人员而言显而易见的适应性改造后,本发明还可应用于带材和片材之外的产品,如丝材与焊接及无缝管材。
不锈钢片材和不锈钢带材常需经受导致其表面因与空气等氧化性气氛接触而在高温下形成非所需的氧化层的处理。此类氧化层的组成随基底金属的组成及其形成条件的不同而存在显著差异。在最常见的情况下,以铁(Fe)、铬(Cr)、锰(Mn)及硅(Si)的氧化物为主。
导致氧化物形成的上述处理一般为,但不限于:半成品(锭、板坯、大方坯、小方坯)热轧前的再加热;热轧后开放性地处于空气中的时间段;带材或片材在冷轧周期(分为一个或多个阶段,部分阶段之间还可进行中间退火工艺)之前,和/或冷轧周期过程中,和/或冷轧周期之后经受的各种温度为数百度且所处气氛的惰性或还原性不足的各种退火工艺。理所当然地,在片材或带材变为可用产品或半成品(可随时经受使其成为可用产品的最终成型操作)之前,必须去除此类非所需氧化物。除此之外,在首个冷轧阶段之前去除此类氧化物也往往较为重要,以防其在轧制过程中嵌入半成品表面,从而导致表面光洁度不佳。
必须理解的是,此处所谓的“非所需氧化层”并非指在室温下空气中自发形成于不锈钢表面的基于氧化铬的薄层(称为“钝化层”),该层对不锈钢形成保护,防止其氧化。造成问题的待去除氧化层为带材处于高温氧化性气氛下时形成的氧化层。在去除该层后,将露出不锈钢表面,其上会再次快速且自发地形成保护性氧化铬钝化层,从而使得钢材在正常使用条件下再次呈现“不锈”特性。
通过喷丸(向待处理表面上抛射硬质球丸)和/或氧化物破碎操作(将带材在成对的辊件之间通过,以使得辊件对其进行弯曲、压紧及牵拉处理)进行机械式去氧化皮,可使得大部分氧化物破碎且易于例如去除(如刷除),但可能不足以完全去除氧化物。喷丸操作还存在增大表面粗糙度的缺点,当这一缺点为工艺所不能容忍时,对片材或带材进行的后续操作可能无法使其得以纠正。
在最常见的情形中,非所需的氧化层通过化学或电解剥除法,或者通过先后执行此类剥除操作的方式去除。
化学剥除在一个或多个氢氟酸浴、盐酸浴、硫酸浴或硝酸浴中进行。电解剥除一般在硫酸钠浴或酸浴(硝酸浴或硫酸浴)中进行。
通过此类剥除操作所获得的带材或片材的表面光洁度通常划分成各种标准类别:
光洁度1D:经过热轧、退火及剥除的产品,剥除一般为化学剥除,化学剥除之前一般还进行机械剥除(氧化物破碎、喷丸);
光洁度2B:经过退火、剥除(一般为电解剥除和化学剥除)以及平整(一种提高带材平坦度且减小带材粗糙度的加工硬化轧制工艺,产品厚度减小率较低,一般为若干%)的产品;
光洁度2D:经过退火和剥除且未经过平整的冷轧产品;
光洁度2E:经过退火、喷丸及剥除且未经过平整的冷轧产品。
在去除非所需氧化物方面,化学剥除是最为激进的方法,但是其存在许多缺点。
该方法消耗大量的酸,而且这些酸最多仅存在有限的可能性得以部分回收,以供后续重新使用。
该方法所需的设施,即一系列的剥除浴及其辅助设备,不但昂贵,而且繁琐。此外,化学剥除工厂内常需设置达200米长的传送带。
此类装置需使用有害产品,尤其氢氟酸。其污染性的液体和固体排放物(含剥除液与氧化物混杂的泥浆)必须根据严格的法规进行存放和再处理,而且此类法规的严格程度将来只会越来越高,从而使得成本高。此外,酸浴在受热时会放出酸性蒸气,此类蒸气必须加以中和。另外,硝酸为必须在采集后加以处理的NOx排放物的一种来源。
除此之外使用的电解剥除法在带材或片材浸入剥除浴的同时进行,此类剥除浴一般基于硫酸钠、硝酸或硫酸,这些物质在使用后同样需要再处理。电解剥除需要使用非常昂贵的设备,而且此类设备需要耗费相对较多的电能。电解剥除法可辅以化学酸剥除法,该方法的严重程度比单独使用化学剥除法时为轻,但同样存在与上述相同的缺点。电解剥除也会产生必须进行存放和再处理的泥浆,而且使用后的剥除浴必须进行再处理。虽然电解剥除法的泥浆和剥除浴再处理的成本、危险性以及复杂性低于使用酸浴的化学剥除法,但仍然对该方法的应用构成较为严重的限制。
最后,剥除液中溶解的六价铬会对人员和环境造成严重健康风险,必须对其在液体中的存在水平以及人员的暴露进行测量和监控。
因此,发明人对以使用激光的方法至少在某些情形中代替金属产品的化学或电解剥除法的可能性进行了检验。《激光清洁》(Laser Cleaning)(鲍里斯(Boris)·卢基扬丘克(Luk'yanchuk),2002年12月,ISBN:978-981-02-4941-0)这一经典著作讨论了这种可能性,尤其在清洁艺术品及建筑物方面(也就是说,相对较小的固定表面)的可能性(尤其见第二章:《表面污染的激光清洁实验研究概述》)。其中,通过将激光束投射至待清洁表面,可实现氧化层的脱离。
通过这种方式,可避免使用酸和/或硫酸盐,从而无需对污染性的有害泥浆和液体进行再处理,仅需例如通过抽吸收集脱离后的氧化物即可。此外,还可对收集后的氧化物优选通过干法进行再处理,以对其所含的金属进行回收和再生。如此,可确保人员及车间环境的安全。就激光操作的电力成本并不太高,尤其与电解剥除法所需的电力成本相比并不太高这一事实而论,整个激光表面清洁操作还具有总体能量平衡优于湿法(化学法和/或电解法)清洁的优点。与包括一系列剥除浴的剥除装置相比,激光清洁装置可能会小巧得多,从而在装置搭建时的土木工程作业成本方面具有显而易见的优点。在使用脉冲激光器的情况下,可以以高自主性的方式在极短的时间内发出高频率高水平的能量,而且此类激光器的使用寿命在无任何特殊维护的情况下可长达数年。
然而,现有技术与二氧化碳激光器或准分子激光器的结合使用无法在工业规模产线上针对带材或片材获得最佳效果,其原因在于,由于现有产线高速运行,因此维护工作繁重,需要激光器连续操作,脉冲太长,以及因使用多台激光器而运行成本较高。此外,此类方案根据带材的宽度和长度假设其具有均一的表面状况(见EP0927595A1),而且往往假设产线速度固定。对于同一带材,如果产线速度因特定原因而发生变化时,机器惯性,尤其生产炉的惯性将会导致氧化层(的厚度或类型)发生变化。虽然之前将待去除氧化层的特性和厚度视为已知,但如今这些参数已发生变化,而且脉冲频率或能量的适应性仅在氧化层不变的情况下(然而,一般并不如此)才能发挥作用。最终,现有产线速度定为100~150米/分左右。
EP3631049A1一文描述了一种氧化层剥除方法,其中,氧化层的组成及厚度由激光诱导等离子体光谱确定。
该技术需要将氧化层下的金属致伤,因此无法满足要求。此外,确定氧化层的厚度和组成这一做法无法可靠地实现对氧化层剥除所应使用的剥除参数的确定。
此外,WO2018/096382一文描述了一种金属产品的激光剥除方法和装置。
根据该方法,通过如下方式确定待剥金属产品氧化表面的发射率:由第一激光器向该表面发射光束;截获氧化表面反射的光束;分析反射光束。随后,将剥除激光的操作参数调适成所确定的发射率的函数。
该方法能够通过调适剥除激光传输能量而有效地剥除表面上的氧化层。
然而,由于并不能够始终凭借发射率确定能够有效剥除氧化层的正确参数,因此该方法并不完全满足要求。
发明内容
因此,本发明的一个目的在于,提出一种对正在移动的金属产品进行剥除处理的方法和装置,其能够实现工业规模的有效剥除。
为此,本发明作为其目的,提供一种用于对表面具有氧化层的正在移动的金属产品进行剥除的方法,该方法使用至少一个剥除激光器来进行激光剥除,该方法包括对所述正在移动的产品的前后连续的多个区段中的每一区段相继执行以下步骤:
-确定所述正在移动的金属产品的目标区段的氧化层去除能量密度阈值,该氧化层去除能量密度阈值与去除该目标区段上的所述氧化层所需的最小能量密度相对应,包括:
由包括激光源的发射系统将分析激光脉冲发射至所述目标区段的分段上,以在该分段内形成缺失所述氧化层的剥除区域,所述分析激光脉冲的波长和脉冲持续时间与所述剥除激光器的波长和脉冲持续时间相等;
捕捉处于所述分析激光脉冲作用下的所述表面的分段的图像;
根据所述图像,确定所述剥除区域的代表尺寸;
根据所述代表尺寸以及与所述分析激光脉冲的能量分布相关的信息,
评估所述氧化层去除能量密度阈值;
-由所述剥除激光器将剥除激光脉冲发射至所述目标区段上,以对其进行剥除,所述剥除脉冲的能量密度高于所确定的氧化层去除能量密度阈值,
所述剥除激光器由接收所确定的氧化层去除能量密度阈值的控制单元以使得所述目标区段的每一点在至少一个时刻下暴露于比所述氧化层去除能量密度阈值高的能量密度下的方式控制。
根据本发明的其他有利方面,该方法包括一个下述特征,或者包括分别作为单独特征或以技术上可实现的任何组合方式组合的多个下述特征:
所述分析激光脉冲的发射在所述分段内形成了位于所述氧化层下方的金属已被受损的受损区域,而且该方法进一步包括:根据所述图像,确定所述受损区域的代表尺寸;以及根据所述受损区域的所述代表尺寸以及与所述分析激光脉冲的所述能量分布相关的信息,评估金属致伤能量密度阈值,该金属致伤能量密度阈值对应于一能量密度,其中超出该能量密度便会观察到所述氧化层下方的所述金属产品的所述表面的劣化;
该方法进一步包括:向所述发射系统发送所述致伤能量密度阈值,其中,在所述正在移动的金属产品的下一区段,所述发射系统所发射的分析激光脉冲的能量被调适至使得处于所述分析激光脉冲作用下的分段的任何一点处的能量密度低于所述致伤能量密度阈值;
与所述能量分布相关的所述信息包括:该能量分布形状以及所述分析激光脉冲的能量或功率;
确定所述氧化层去除能量密度阈值的步骤包括:确定所述分析激光脉冲的所述能量分布形状;和/或确定所述分析激光脉冲的能量或功率;
确定所述氧化层去除能量密度阈值的步骤包括:确定所述分析激光脉冲的能量分布形状,而这又包括:将每一个分析激光脉冲的一部分朝光束分析仪偏转;以及由所述光束分析仪评估所述能量分布的形状;
确定所述氧化层去除能量密度阈值的步骤包括确定所述分析激光脉冲的能量和/或功率,而这又包括:将每一个分析激光脉冲的一部分朝功率计偏转;以及由所述功率计评估所述分析激光脉冲的能量和/或功率;
确定所述氧化层去除能量密度阈值的步骤包括:确定所述能量分布形状和/或所述发射系统发射的辅助激光脉冲的能量或功率,所述辅助激光脉冲与所述分析激光脉冲不同;
确定所述能量分布形状和/或所述辅助激光脉冲的能量或功率包括:
由所述发射系统发射所述辅助激光脉冲;
通过振镜扫描装置,将所述辅助激光脉冲朝光束分析仪和/或朝功率计的方向引导;
由所述光束分析仪评估所述辅助激光脉冲的能量分布形状,和/或由所述功率计评估所述辅助激光脉冲的能量和/或功率;
所述金属产品为带材、棒材、片材、板材、管材或丝材。
本发明作为其目的,还提供一种用于通过至少一个剥除激光器对表面具有氧化层的正在移动的金属产品进行激光剥除的装置,包括:
-确定组件,用于确定所述正在移动的金属产品的前后相继的多个区段中的每一区段的氧化层去除能量密度阈值,该氧化层去除能量密度阈值与去除该目标区段上的所述氧化层所需的最小能量密度相对应,该确定组件包括:
包括激光源的发射系统,该发射系统用于将分析激光脉冲发射至所述目标区段的分段上,以在该分段内形成缺失所述氧化层的剥除区域,所述分析激光脉冲的波长和脉冲持续时间与所述剥除激光器的波长和脉冲持
续时间相等;
图像采集系统,用于在所述产品移动过程中采集处于所述分析激光脉
冲作用下的分段的图像;
处理系统,用于根据所述图像采集系统所采集的每幅图像,确定所述剥除区域的代表尺寸,并根据所述代表尺寸以及与所述分析激光脉冲的能
量分布相关的信息,评估所述氧化层去除能量密度阈值;
-包括至少一个剥除激光器的激光剥除组件,用于将所述剥除激光脉冲发射至所述正在移动的金属产品的前后相继的所述多个区段中的每一区段上,以对其进行剥除;以及控制单元,用于接收所述区段的所述氧化层去除能量密度阈值,并控制所述剥除激光器发射能量高于所述氧化层去除能量密度阈值的激光脉冲,以使得所述目标区段的每一点在至少一个时刻下暴露于比所述氧化层去除能量密度阈值高的能量密度下。
根据本发明的其他有利方面,该装置包括一个下述特征,或者包括分别作为单独特征或以技术上可实现的任何组合方式组合的多个下述特征:
所述分析激光脉冲能够在所述分段内形成位于所述氧化层下方的金属已被所述分析激光脉冲损伤的受损区域,以及所述处理系统用于根据所述图像,确定所述受损区域的代表尺寸,并根据所述受损区域的所述代表尺寸以及与所述分析激光脉冲的所述能量分布相关的信息,评估金属致伤能量密度阈值,该金属致伤能量密度阈值对应于一能量密度,其中超出该能量密度后便会观察到所述氧化层下方的所述金属产品的所述表面的劣化;
所述处理系统用于向所述发射系统发送所述致伤能量密度阈值,所述发射系统用于根据所述致伤能量密度阈值调适所述分析激光脉冲的能量,以使得正在移动的所述产品的下一区段的被作用的分段中的每一点处的能量密度低于所述致伤能量密度阈值;
与所述能量分布相关的所述信息包括该能量分布形状以及所述分析激光脉冲的能量或功率;
所述激光剥除装置包括用于确定所述分析激光脉冲的所述能量分布形状的系统和/或用于确定所述分析激光脉冲的能量或功率的系统;
用于确定所述分析激光脉冲的所述能量分布形状的所述系统包括光束分析仪以及用于将每一分析激光脉冲的一部分朝所述光束分析仪偏转的光学装置,尤其分光器,所述光束分析仪用于根据所述分析激光脉冲的所述被偏转的部分,评估所述能量分布形状;
用于确定所述分析激光脉冲的能量或功率的所述系统包括功率计以及用于将每一个分析激光脉冲的一部分朝所述功率计偏转的光学装置,尤其分光器,所述功率计用于根据所述分析激光脉冲的所述被偏转的部分,评估所述分析激光脉冲的能量和/或功率;
与所述能量分布相关的所述信息包括该能量分布形状以及所述分析激光脉冲的能量或功率,所述激光剥除装置包括用于确定所述能量分布形状和/或由所述发射系统发射的辅助激光脉冲的能量或功率的系统,所述辅助激光脉冲与所述分析激光脉冲不同;
为了对由带材、棒材、管材、片材、板材或丝材组成的所述金属产品的整个表面进行处理,该装置包括分布于所述金属产品附近的一组激光源以及一组剥除激光器。
本发明还涉及一种包括本发明剥除装置的金属产品连续处理线。
附图说明
通过参考附图阅读下文,可以更好地理解本发明。附图中:
图1为包括根据本发明一种实施方式的激光剥除装置的连续产线的轮廓示意图;
图2至图4所示为激光脉冲能量分布的三例34,35,36;
图5至图7所示分别为具有图2至图4所示能量分布的激光脉冲发射后产生的表面样貌三例;
图8为根据第二实施方式的剥除装置的部分示意图;
图9为图8剥除装置的详细视图;
图10为根据第三实施方式的剥除装置的部分示意图。
具体实施方式
以下,通过对处于移动状态且刚在连续产线上经过冷轧和退火的冷轧不锈钢带进行处理方面的示例,对本发明激光剥除装置进行详细描述和说明。本发明激光剥除装置至少确保该剥除功能的实质性部分,并同样纳入所述连续产线中,以代替此类连续产线(此类连续产线尤其例如见EP0509177A2和EP0695808A1两文)中通常使用的电解和/或化学剥除系统,或者设于其上游。
毋需赘言,本文所述的激光剥除装置也可纳入比本文所述具有更多或更少设备的连续处理线中,或者为专门用于该剥除操作的独立装置。
此外,图中未示出此类产线中常见的不起主要冶金学作用且根据本发明执行的激光剥除操作在任何情况下均不涉及的设备。其中,可尤其提及的此类设备为使带材开始移动的夹送辊以及作为需要不同带材速度的部分设备之间的“缓冲区”的带材贮料器。
所示连续产线包括用于将热轧不锈钢带3的钢带卷2退卷的退卷装置1,热轧不锈钢带3的厚度一般为一毫米的数个十分之一或数毫米,宽度为2米以内。该带材3的移动速度一般为150米/分以内,而且一般在经过任何化学和/或机械装置(未图示)的剥除处理或甚至经过下文所述本发明装置的激光剥除处理后,进入冷轧机4。冷轧机4通常将带材3的厚度减小至0.2~15毫米数量级的值,以获得冷轧带。
冷轧带3随后进入退火炉5,并在退火炉5内加热至数百度的温度,该温度随退火处理的冶金学目的的不同而不同。当该退火处理在存在不可忽略量的氧气等氧化性气体的条件下进行(有意或无意)时,其将导致带材3表面形成非所需的氧化层,该氧化层的组成、厚度及在带材3上的附着力尤其取决于带材3的组成、退火炉5内气氛的组成、退火炉5内的温度以及带材3在退火炉5内停留的时间长度。由于为数众多的这些参数当中并非所有参数均易于控制,而且此类参数在任何情况下均会随所执行的精密处理大幅变化(尤其带材3的组成以及退火条件),而且鉴于生产隐患,因此无法通过为该氧化层设定精密的系统特性而容易地实现带材3剥除条件的标准化。这一状况同样为湿法剥除(尤其化学剥除)的其中一项缺点——剥除浴的组成无法容易地调适至实际中需要的能够以最低成本实现满足要求的剥除效果的组成。
根据图1所示实施方式,激光剥除装置在产线中设于退火炉5下游。
该激光剥除装置包括能量密度阈值确定单元10以及激光剥除装置12。
能量密度阈值确定组件10用于评估剥除正在移动的带材上的氧化层所需的有效能量密度。实际上,由于产线上游操作参数发生的有意或无意的变化,如产线上带材的减速或加速,或者甚至在此之前或之后在退火炉5中发生的沿带材3宽度方向的异质污染,因此可能会产生沿带材3长度和/或宽度方向的待剥除的异质氧化层。
能量密度阈值确定组件10用于在待进行剥除处理的金属产品移动过程中,确定与剥除产品表面上的氧化层所需的待由激光剥除装置12发射至产品上的最小能量密度相对应的能量密度最小值或阈值,下称氧化物去除能量密度阈值Sexp。优选地,能量密度阈值确定组件10还用于确定最大激光能量密度阈值,下称致伤能量密度阈值Send,当超出该阈值时,产品表面(即氧化层下方的金属)将会发生劣化。
确定组件10用于相继针对产品表面的多个区段确定氧化物去除能量密度阈值Sexp,并且在适用情况下,还确定其致伤能量密度阈值Send。
区段例如为沿产品移动方向(也称纵向)的给定长度的横条,其宽度等于产品宽度。与形式为带材3时的产品相对,此类横条称为“单位条”。各区段随后用于在激光剥除装置12前方通过时,由激光剥除装置12依次对其进行剥除处理。
优选地,如下所述,确定组件10用于确定氧化物去除能量密度阈值Sexp,并在适用情况下,确定每一区段的一个分段的氧化物去除能量密度阈值Sexp,且随后将所确定的阈值视为整个相应区段的代表值。
举例而言,区段为沿产品移动方向的给定长度的单位横条,其宽度等于产品宽度,确定组件10用于确定氧化物去除能量密度阈值Sexp,并在适用情况下,确定该单位条的一个分段的氧化物去除能量密度阈值Sexp,且随后将所确定的阈值视为整个单位条的代表值。
激光剥除装置12用于根据确定组件10所确定的能量密度阈值,将激光束发射至正在移动的产品上,以剥除氧化层。
激光剥除装置12尤其用于根据确定组件10所确定的正在移动的产品的每一区段的能量密度阈值,将激光束发射至该区段上,以剥除氧化层。
能量密度阈值确定组件10包括激光脉冲发射系统20,图像采集系统22,处理系统24以及控制器26。
激光脉冲发射系统20用于将波长和脉冲持续时间等于剥除所用激光(如波长为1064nm的Nd:YAG激光)的激光脉冲束发射至正在移动的产品上。此类激光脉冲下称分析激光脉冲。
激光脉冲发射系统20包括能够发射此类分析激光脉冲的至少一个激光源30。激光源30能够发射波长和脉冲持续时间与剥除所用的激光相同的激光脉冲。
通过使激光源30的波长和脉冲持续时间与剥除激光器相同,可确保产品上覆盖的氧化物对来自激光源30的光线的吸收量与对剥除激光器的吸收量相同,从而确保剥除激光器的设置条件可直接基于能量密度阈值确定单元10获得的数据。
优选地,激光源30以可相对于产线移动,尤其可沿平行于产品表面且与产品移动方向正交的方向移动(也就是说,可沿产品的宽度方向移动)的方式安装。如此,可沿产品宽度方向改变在处于移动状态的激光源作用下的产品分段的位置。为此目的,激光脉冲发射系统20例如包括能够使激光源沿相对于产品移动方向为横向的方向移动的扫描装置。作为替代方案,确定组件10能够相对于产线整体移动,如此,同样能够沿产品宽度方向改变在处于移动状态的激光源作用下的产品分段的位置。
例如,如果每一目标区段为宽度等于待剥除产品宽度的单位条,则扫描装置能够使激光源沿相对于产品移动方向为横向的方向移动,从而使得在激光源作用下的产品分段的位置沿产品(带材)3宽度方向随时间变化。
激光脉冲发射系统20还包括用于将激光源30发射的激光脉冲聚焦于正在移动的产品表面上的光学装置32。
激光源30用于将分析激光脉冲发射至正在移动的产品表面的目标区段的分段上,激光脉冲的能量密度随该分段上的位置的不同而变化。如此,处于激光作用下的分段的每一点处接收的能量密度将取决于该点的位置。以下,将处于分析激光脉冲作用下的产品表面区域称为“作用斑”。
例如,对于某些点而言,所接收的能量密度因太低而无法剥除氧化层,但对于其他点而言,该能量密度足以在剥除氧化层的同时,不足以对下方金属造成损伤。在某些情况下,某些点处接收的能量密度可能在足以剥除氧化层的同时,对氧化层下方的金属造成损伤。
处于激光作用下的分段的每一点处接收的能量密度由脉冲的能量密度分布(简称“能量分布”)表征。
由此可见,在产品表面平面上的每一位置或多个位置处,能量分布与该位置处发射的能量密度相关联。
图2、图3及图4所示分别为能量分布的三例34,35,36。在图示三种分布中,横坐标轴X表示沿产品表面平面所含轴线上的位置,纵坐标轴Y为该位置处接收的能量密度。因此,能量分布上的每一点均与给定位置以及该位置处接收的能量密度相关联。
例如,脉冲具有平行于脉冲传播方向的对称轴Z(脉冲在产品上的作用范围例如为圆形),而且能量分布将能量密度与相对于脉冲作用范围所形成的圆形的中心(也称脉冲中心)的每一距离相关联。
能量分布34和35正是此类分布的两例。
能量分布34的形状为圆形,也就是说,距脉冲中心相同距离的所有点处接收的能量密度相同。
能量分布35的形状为正方形,从而使得以脉冲中心为中心的该正方形的边上的所有点接收相同的能量密度。
根据另一示例,脉冲在产品上的作用范围使得处于激光作用下的分段上的能量密度沿与脉冲传播方向正交的Y轴恒定,而且能量分布将能量密度与与Y轴正交的X轴上的每一点以及脉冲传播方向相关联。
能量分布36正是此类分布的一例。在该例中,能量密度随X轴上的位置线性递增。
优选地,例如如分布34所示,该能量分布为高斯分布。也就是说,与脉冲传播方向正交的平面中接收的能量密度符合高斯分布。
高斯脉冲的能量分布可表示如下:
E(x)=Epic*exp(-x2/2σ2)
Epic=Epulse/(2πσ2)
其中:
Epic为高斯分布的峰值能量密度;
Epulse为脉冲能量;
x为距脉冲中心的距离;
E(x)为距脉冲中心的距离x处接收的能量密度;
σ为高斯分布的标准偏差。
优选地,能量密度分布具有较小的斜率,也就是说,能量密度相对于位置的导数小于1。在高斯分布的情况下,尤其符合σ>Epic*exp(-1/2)。
优选地,激光源30用于发射具有已知能量分布的激光脉冲。
作为替代方案,如下所述,激光脉冲的能量分布事先未知,能量密度阈值确定组件10进一步包括用于确定激光源发射的脉冲的能量分布的确定系统。
在任何情况下,能量分布均由其形状(如图2至图4所示)以及脉冲功率或能量表征。
图像采集系统22用于在产品移动过程中,为产品的每一目标区段,采集处于发射系统20发射的激光脉冲作用下的该分段的图像。
图像采集系统22例如包括摄像头38,尤其高分辨率摄像头。在操作过程中,摄像头38位于处于移动状态下的产品的前方。
控制器26用于使激光脉冲发射系统20与图像采集系统22同步。控制器26尤其用于控制发射系统20发射激光脉冲,并控制图像采集系统22采集处于这些脉冲作用下的区域的图像。
处理系统24用于根据图像采集系统22采集的每幅图像确定与从目标区段去除氧化层所需的最小能量密度对应的氧化物去除能量密度阈值Sexp。
优选地,处理系统24还用于根据图像采集系统22采集的每幅图像确定不使氧化层下方产品表面发生劣化的最大能量密度对应的金属致伤能量密度阈值Send。
为此目的,处理系统24用于接收图像采集系统22采集的每幅图像。
处理系统24还用于接收与激光脉冲发射系统20,尤其激光源30发射至正在移动的产品上的激光脉冲的能量分布相关的信息。
处理系统24例如包括图像分析仪40和阈值确定模块42。
图像分析仪40用于通过分析图像采集系统22采集的每幅发射图像,确定金属产品表面剥除区域的至少一项尺寸,即氧化物的缺失状况。
图像分析仪40能够确定与剥除区域相关的信息,尤其与代表该区域形状的至少一项尺寸相关的信息,尤其与该区域的轮廓相关的信息。
例如,在能量密度分布为高斯分布的脉冲的情况下,剥除区域具有圆形形状,而且代表该形状的尺寸例如为该圆形区域的直径、半径、周长或面积。
根据另一示例,剥除区域的形状为矩形,代表该形状的尺寸为矩形区域的长度和/或宽度。
图像分析仪40能够向阈值确定模块42发射与剥除区域相关的信息。
优选地,图像分析仪40还用于确定金属产品表面受损区域(即氧化层下方的金属已受损的区域)的至少一项尺寸。
阈值确定模块42能够接收这一信息。
阈值确定模块42还能够接收与形成剥除区域的激光脉冲的能量分布相关的信息。该信息一般包括能量分布的形状以及脉冲的功率或能量。
具体而言,当激光源在时刻te向产品目标区段的某个分段发射脉冲且该分段的图像在时刻te+Δt被采集时,与激光脉冲能量分布相关的信息代表时刻te发射的激光脉冲。
这一与激光脉冲能量分布相关的信息例如保存于阈值确定模块42的存储器内。
阈值确定模块42能够根据与能量分布相关的信息以及与剥除区域相关的信息,确定氧化物去除能量密度阈值Sexp。
优选地,阈值确定模块42还用于根据与能量分布相关的信息以及与剥除区域相关的信息,确定金属致伤能量密度阈值Send。
为此目的,阈值确定模块42能够根据激光脉冲的能量分布确定通过剥除处理而获得剥除区域所需的能量密度。
例如,阈值确定模块42能够根据能量分布确定剥除区域轮廓上接收的能量密度,而且该能量密度与氧化层剥除所需的最小能量密度相对应。
具体而言,当发射系统20发射的脉冲为高斯脉冲且剥除区域为具有直径D的圆形区域时,氧化物去除能量密度阈值Sexp表示为如下形式:
Sexp=Epic*exp(-D2/8σ2)
举例而言,图5至图7所示分别为处于具有图2至图4所示分布的脉冲作用下的产品表面的分段。
如图5所示,在发射具有能量分布34的脉冲后,获得表面46。轮廓47为产品上缺失氧化物的剥除区域。因此,表面46包括未剥除部分48以及由轮廓47圈定的圆形剥除区域。该剥除区域包括由圆形轮廓49圈定的中央受损区域。
剥除区域由表面46上接收到足以剥除氧化层的能量密度的点形成。因此,剥除区域的轮廓47由接收到与氧化物去除能量密度阈值Sexp相等的能量密度的点形成。
如此,如图5所示,在确定剥除区域的尺寸(在图中示例中,为直径Dexp)后,便可通过与能量分布34相比较,确定作为去除表面上氧化物所需最小能量密度的氧化物去除能量密度阈值Sexp(图2)。
此外,受损区域由表面46上接收到足以使氧化层下方的产品受损的能量密度的点形成。在确定受损区域的轮廓49的直径Dend后,便可通过与能量分布34相比较,确定金属致伤能量密度阈值Send。
在图6中,在发射具有能量分布35的脉冲后,获得表面50。形状为正方形的轮廓51限定出产品的无氧化物剥除区域。因此,表面50包括未剥除部分52以及剥除区域。在本实施方式中,剥除区域的形状为正方形。剥除区域在其中央包括由正方形轮廓53圈定的受损区域。
如此,在确定轮廓51的边长后,便可通过与能量分布35相比较,确定氧化物去除能量密度阈值Sexp。类似地,在确定受损区域的边长后,便可确定金属致伤能量密度阈值Send。
最后,在图7中,在发射具有能量分布36的脉冲后,获得表面55。形状为矩形的轮廓56圈定出产品的无氧化物剥除区域。因此,表面55包括未剥除部分57以及剥除区域。在本实施方式中,剥除区域的形状为矩形。剥除区域包括由矩形轮廓58圈定的中央受损区域。
在确定轮廓56沿X轴的长度后,便可通过与能量分布36相比较,确定氧化物去除能量密度阈值Sexp。类似地,在确定受损区域沿X轴的长度后,便可确定金属致伤能量密度阈值Send。
阈值确定模块42能够向激光剥除装置12发送按照上述方式确定的氧化物去除能量密度阈值Sexp,并在适用情况下,还发送金属致伤能量密度阈值Send。
优选地,处理系统24,尤其阈值确定模块42还适于向发射系统20发送氧化物去除能量密度阈值以及金属致伤阈值Send(在已确定该值的情况下)。虽然,发射系统20进行调适,以控制分析激光脉冲的能量,从而使得分析激光脉冲发射后能够有效剥除处于激光作用下的分段的一部分,与此同时不导致金属受损。
具体而言,如果前次发射的分析激光脉冲未能产生剥除区域(则可知,其未能达到去除能量密度阈值),发射系统20能够从处理系统24接收这一信息。发射系统20随后能够控制发射的分析激光脉冲的能量比前一时刻发射的分析激光脉冲的能量更高。
与此相反,如果前次发射的分析激光脉冲产生受损区域,发射系统20能够从处理系统24接收致伤能量密度阈值。发射系统20随后用于控制发射的分析激光脉冲的能量比前一时刻发射的分析激光脉冲的能量更低,尤其使分析激光脉冲的能量密度保持低于致伤能量密度阈值。
为了实现可靠测量,带材3须与能量密度阈值确定组件10保持恒定的距离,也就是说,带材3不得震颤,而且必须保持于固定高度。这一点可通过以S形压块在带材3上施加足够大的拉力的方式实现,或者通过在带材3下方放置撑辊24而确保其在激光脉冲发射系统20下方处于固定高度的方式实现。
为了简单起见,图1示出了仅在带材3上表面设置能量密度阈值确定组件10的情形。然而,理所当然地,带材3下表面也设置其他激光器以及关联传感器。同样地,可以在带材3上表面设置与其接触且与撑辊24类似的撑辊,以确保带材3相对于对其下表面进行检查的激光器保持于固定距离处。
激光剥除装置包括剥除激光器13阵列。
剥除激光器13例如为Nd:YAG 1064nm脉冲激光器。
此类剥除激光器13用于剥除产品表面上的氧化层。
每一剥除激光器13用于将光束14的脉冲发射至正在移动的产品表面上,以对其进行剥除处理。每一脉冲覆盖产品表面的一个区域,该区域称作作用斑。
激光剥除装置12进一步包括控制单元15,用于控制剥除激光器13,尤其用于确定基于氧化物去除能量密度阈值Sexp(在适用情况下,还有金属致伤能量密度阈值Send)的激光器13的操作参数。
控制单元15尤其用于以使得产品表面的目标区段内的每一点至少在一个时刻下暴露于比针对该区段确定的氧化物去除能量密度阈值Sexp更高的能量密度下的方式控制剥除激光器13。
为此目的,控制单元15用于对每一剥除激光器13发射的峰值能量密度进行监测,并控制这些激光器对目标区段进行扫描,以使得剥除激光器13发射的脉冲的作用斑覆盖整个目标区段,并使得该区段内的每一点至少在一个时刻下暴露于比氧化物去除能量密度阈值Sexp更高的能量密度下。
每一剥除激光器13发射的峰值能量密度选择为高于氧化物去除能量密度阈值Sexp,并且还根据需要,低于致伤能量密度阈值Send。
为了实现对此类扫描的控制,控制单元15例如包括光学和/或机械扫描系统,用于在产品表面上侧向移动光束14的作用斑或将该作用斑转换为作用线的光学系统。
与能量密度阈值确定组件10的情形相同,带材3须在剥除激光器13下方通过时保持于固定高度,而且可通过与上述撑辊24类似的撑辊25或任何其他具有等同功能的装置实现这一目的。
除此之外,还设置其他激光器13(未图示)及其可能存在的关联撑辊,以根据氧化物去除能量密度阈值Sexp,并在适用情况下,还根据金属致伤能量密度阈值Send,对带材3的下表面进行剥除处理。
每一剥除激光器13可设置为不与金属板垂直,以最大程度减小该激光器13本身或同一排的其他激光器13之前发射的脉冲溅起的氧化物颗粒对入射光束的干扰。
根据一种实施方式,每一区段均为单位条,每一单位条由剥除激光器多次处理,以防止因连续发射脉冲而使得后面发射的脉冲被之前发射的脉冲产生的颗粒和/或等离子体吸收。在该情形中,以相隔距离Dinter等于以获得均一覆盖所需的脉冲间距离N倍的脉冲进行首次横线剥除子步骤,然后将该横线剥除处理重复N次,各子步骤之间将横线起始位置偏移距离Dinter。
通过为每一剥除激光器13配备高速扫描系统,可以最大程度减少处理带材3整个表面所需的剥除激光器13的个数,所述高速扫描系统为光学或机械系统,或者既为光学系统,也为机械系统,其能够使得光束作用斑14侧向移动,以使得作用斑并列排成覆盖带材3整个宽度的连续一线,而且优选地,作用斑之间不存在重叠,或者仅有极少量的重叠,以防止发生向作用斑重叠区域传递过多能量的风险。作为替代方案,激光剥除装置12包括长距离聚焦装置,其能够实现以有限数目的剥除激光器13覆盖带材3的整个宽度。
通过按照本发明进行激光剥除,可使得剥除装置实现较大的通用性,其原因尤其在于,当操作期间发现剥除参数未处于最佳时,能够在处理过程中容易地对这些剥除参数进行调节。其中,例如可通过每一剥除激光器13的作用斑,而非传统的光束聚焦调节系统实现上述调节。
在剥除激光器13的附近,设有通过朝容器方向抽吸或刷动的方式将从带材3表面脱离的氧化物以及在处理过程中可能产生的任何尘雾(因金属颗粒、氧化物或有机物的气化作用而形成)去除(而且,优选收集)的装置(未图示)。通过这种方式,能够易于最大程度地回收此类氧化物,以防止其散入并污染周围气氛,并且最大程度地实现其再处理,以回收其所含的金属。此外,这一操作还可使得未能通过激光器13理想地从带材3表面脱离的任何氧化物(尤其带材3上表面上无法借助重力作用脱离的氧化物)被进一步去除。最后,所述尘埃和蒸气可累积于激光器光学系统上,从而使得其升温,或者甚至破裂。通过抽吸去除此类尘埃和蒸气,可防止激光器的光学系统受到此类损害。
作为替代方案,带材3可垂向环动,以避免在激光器13作用下从带材3表面脱离的氧化物再次沉积于带材3表面,或者沉积于确定组件10(尤其确定组件10的光学元件)上。
如此,在剥除激光器13下方通过之后,带材3原则上实现完全剥除。其中,可通过合适的装置对剥除质量进行检查,该装置例如为摄像头16等光学剥除质量控制装置,或者为成组的此类光学装置16。该装置在带材3的整个宽度上对其表面进行检查,并判断带材3的哪些区域的剥除质量可能不符合要求。其中,带材3表面的颜色差异可作为此类判断的依据。上述抽吸或刷动装置或等同装置的其中一项优点正是在于,其能够避免已脱离带材3表面(尤其上表面)但仍位于其上的任何成片氧化物被摄像头16错误地认作未脱离氧化物,从而要求继续通过进一步的剥除处理将其除去。
如果光学装置16的判断结果为不符合要求,则可对剥除效果不理想的带材3部分进行进一步的剥除处理,或者在符合要求的一侧对整个带材3进行进一步的剥除处理。
此外,该产线可包括处于激光剥除工位下游的化学和/或电解湿法剥除槽工位,所述剥除槽内可至少暂时充液,以消除所发现的任何缺陷。在带材3实现成功剥除的情况下,此类剥除浴可保持空槽状态。
另一方案包括:通过可垂直移动的下压辊,使带材3偏转至进入剥除浴内,其中,所述下压辊设置为能够作用于带材3的上表面。此类辊设于剥除浴附近,而且在正常操作中,处于使移动状态下的带材3处于剥除浴之外的位置处。当显而易见地需要对带材3的局部进行化学和/或电解剥除时,至少一个此类下压辊向下移动至压抵带材3的上表面,并使得带材3的待处理部分暂时在待使用的相应剥除浴内通过。
以下,对根据一种实施方式的剥除正在移动的金属产品表面氧化层的方法进行描述,该方法由结合图1描述的装置执行。
在所描述的示例中,该剥除方法在产品通过退火炉5之后执行。
因此,举例而言,每一目标区段应视为宽度等于待剥除产品宽度的单位条。
对于产品的每一目标区段,该方法包括确定氧化层去除能量密度阈值的步骤,以及随后根据所确定的去除能量密度阈值进行剥除的步骤。
对于每一区段,确定氧化层去除能量密度阈值的步骤包括:在目标区段的分段上发射波长和脉冲持续时间与剥除激光器13相等的分析激光脉冲,以在该分段内形成无氧化层的剥除区域。
分析激光脉冲由发射系统20发射,尤其由激光源30发送,并且由光学装置32聚焦于目标分段上。
分析激光脉冲的发射由控制器26控制。控制器26控制脉冲发射的时刻。
此外,分析激光脉冲的能量优选由发射系统20按如下方式控制:分析激光脉冲的发射使得处于激光作用下的分段的一部分被有效剥除,同时不损伤金属。
分析激光脉冲的能量例如选择为随前一时刻分析激光脉冲发射后发射系统20从处理系统24(尤其阈值确定模块42)接收的信息而变。
具体而言,如果前次发射的分析激光脉冲未能产生剥除区域(则可知,其未能达到去除能量密度阈值),发射系统20从处理系统24接收这一信息。发射系统20随后发射能量比前一时刻发射的分析激光脉冲更高的分析激光脉冲。
与此相反,如果前次发射的分析激光脉冲产生受损区域(致伤能量密度阈值已由处理系统24确定),发射系统20从处理系统24接收该致伤能量密度阈值。发射系统20随后产生并发射能量比前一时刻发射的分析激光脉冲更低,尤其使能量密度保持低于致伤能量密度阈值的分析激光脉冲。
处于移动状态的产品分段随后在图像采集系统22的前方通过。
确定去除能量密度阈值的步骤随后包括由采集系统22拍摄处于分析激光脉冲作用下的分段表面的图像。
该图像发送至处理系统24,而处理系统24随后根据该图像确定氧化物去除能量密度阈值Sexp。
优选地,处理系统24还根据该图像确定金属致伤能量密度阈值Send。
确定氧化物去除能量密度阈值Sexp包括:根据图像,确定剥除区域的尺寸。该尺寸例如由图像分析仪40确定。
确定氧化物去除能量密度阈值Sexp随后包括:根据剥除区域的尺寸,确定氧化层去除能量密度阈值。
氧化层去除能量密度阈值例如由阈值确定模块42根据剥除区域的尺寸以及与产生剥除区域的分析激光脉冲的能量分布相关的信息确定。
确定金属致伤能量密度阈值Send包括:根据图像,确定处于激光作用下的分段的受损区域的尺寸。该尺寸例如由图像分析仪40确定。
确定金属致伤能量密度阈值Send随后包括:根据所确定的尺寸,评估金属致伤能量密度阈值。
金属致伤能量密度阈值Send例如由阈值确定模块42根据受损区域的尺寸以及与产生受损区域的分析激光脉冲的能量分布相关的信息评估。
优选地,去除能量密度阈值Sexp和致伤能量密度阈值Send发送至发射系统20,以实现对后续时刻发射的分析激光脉冲的功率进行控制,以使得此类后续时刻发射的分析激光脉冲使得处于其作用下的分段的一部分被有效剥除,同时不损伤金属。
随后,依旧处于移动状态的产品目标区段在激光剥除装置12前方通过,并在该处经历剥除步骤处理。
在剥除过程中,激光器13将激光脉冲发射至目标区段上,以对其进行剥除处理,该脉冲的能量密度高于所确定的去除能量密度阈值。
具体而言,控制单元15接收针对目标区段确定的氧化物去除能量密度阈值Sexp,并在适用情况下,还接收致伤能量密度阈值Send,而且以使得目标区段内的每一点至少在一个时刻下暴露于比氧化物去除能量密度阈值Sexp更高的能量密度下的方式控制激光器13。
为此目的,控制单元15对每一激光器13发射的峰值能量密度进行监测,并控制这些激光器对目标区段进行扫描,以使得激光器13发射的脉冲的作用斑覆盖整个目标区段,并使得该区段内的每一点至少在一个时刻下暴露于比氧化物去除能量密度阈值Sexp更高的能量密度阈值下。
每一激光器13发射的峰值能量密度选择为高于氧化物去除能量密度阈值Sexp,并且在适用情况下,低于致伤能量密度阈值Send。
剥除后,例如通过朝容器方向抽吸或刷动的方式,将脱离的氧化物去除,并优选将其收集。
在激光器13下方通过之后,目标区段原则上实现完全剥除。如上所述,例如借助摄像头16等光学剥除质量控制装置,对区段的状况进行检查。该装置在区段的整个宽度上对其表面进行检查,并判断区段的哪些区域的剥除质量可能不符合要求。
确定氧化层去除能量密度阈值的步骤和根据去除能量密度阈值进行剥除处理的步骤对于正在移动的产品的每一区段先后进行。
优选地,在相邻区段之间,使激光源30尤其沿平行于产品移动平面且与其移动方向正交的方向(即沿产品宽度方向)相对于产线移动,以使得与产品移动方向正交的处于激光源30作用下的产品分段的位置在相邻区段之间变化。
例如,对于具有宽度L(沿平行于表面且相对于移动方向为横向的Y向)的带材3,第一区段的坐标为y=y0的分段处于激光源30作用下;第二区段的坐标为y=y0+Δy的分段处于激光源30作用下;依此类推。
根据一种实施方式,与激光源30发射的脉冲的能量分布相关的至少某些信息,尤其其形状,或功率或能量事先未知。
当能量分布的形状未知时,能量密度阈值确定组件10例如包括用于确定这一形状的系统。
该确定系统用于分析发射系统20发射的激光脉冲,并确定能量分布的形状。此类确定系统尤其可用于发射系统20发射的脉冲光束的形状并非随时间推移保持稳定的情形。
图8例示的确定系统包括光学装置62,该装置例如为分光器,用于将发射系统20发射的分析激光脉冲的一部分朝光束分析仪64的方向偏转。
确定系统还包括光束分析仪64,用于根据所偏转的脉冲的一部分确定脉冲能量分布的形状,并将该形状发送至阈值确定模块42。
光束分析仪64包括保持于距光学装置62预定距离处的传感器,该述预定距离等于光学装置62与正在移动的产品表面之间的距离。
为此目的,光束分析仪64和光学装置62例如安装为在与产品表面正交的方向上相对于彼此且相对于产品固定,但相对于带材3的移动方向可移动。例如,如图9所示,光束分析仪64和光学装置62固定安装于位于产品3表面上的滚动系统67上。该滚动系统可沿产品移动方向X相对于产品平移(通过滚动)。
如此,不但光束分析仪64和光学装置62之间可保持恒定距离,光学装置62和产品3表面之间也可保持恒定距离。
此外,鉴于所接收的能量分布根据部分脉冲光束获得,因此阈值确定模块42还用于对所接收的能量分布进行校正。
根据本实施方式,该方法包括确定上述分布的形状。
确定上述分布的形状例如包括:将发射系统20发射的激光脉冲的一部分尤其通过分光器朝光束分析仪64的方向偏转;以及由光束分析仪64评估该能量分布的形状。
通过这一方式确定的能量分布形状随后发送至阈值确定模块42。
根据本实施方式,待确定能量分布的脉冲为分析激光脉冲,即通过作用于产品表面而产生剥除区域的脉冲。
优选地,能量密度阈值确定组件10还包括用于确定激光源30发射的每一脉冲的能量的装置。实际上,即使平均脉冲能量已知,但该能量有可能存在波动,因此通过了解激光源30发射至产品表面上的每一脉冲的能量,可更为准确地确定能量密度阈值。此类脉冲能量确定装置例如包括设于激光束一侧的已校准光电二极管。
根据另一实施方式,发射系统20发射的脉冲的能量分布形状已知,但脉冲的能量或功率未知。在该情形中,能量密度阈值确定组件10进一步包括用于确定发射系统20发射的脉冲的能量或功率的系统。
此类确定系统一般用于定期确定所发射脉冲的功率(或能量),以进行重新校准。与此相对,如上所述的能量确定装置一般用于实时确定每一脉冲的能量。
该能量确定系统与图9示例所示系统的主要区别在于,以功率计替代光束分析仪64。
此外,在本实施方式中,无需将功率计保持于距光学装置的预定距离处,该预定距离与光学装置和正在移动的产品表面之间距离相等。
根据本实施方式,该方法包括确定脉冲的能量或功率。
确定脉冲的能量或功率例如包括:将发射系统20发射的激光脉冲的一部分尤其通过分光器朝功率计的方向偏转;以及由功率计评估该脉冲的能量和/或功率。
通过这一方式确定的脉冲能量和/或功率随后发送至阈值确定模块42。
根据本实施方式,待确定能量或功率的脉冲同样为通过作用于产品表面而产生剥除区域的脉冲。
根据图10例示的另一实施方式,作为确定能量分布和/或功率的依据的脉冲并非通过作用于产品表面而产生剥除区域的脉冲,而是在其之前或之后发射的脉冲,下称辅助脉冲。
根据本实施方式,确定系统包括光学装置68,用于将发射系统20发射的脉冲光束选择性地导向至光束分析仪和/或功率计,或者导向至产品表面。该确定系统还包括光束分析仪70和/或功率计72,用于确定能量分布的形状和/或光束的能量。
光学装置68例如包括振镜扫描仪74和反射镜76,并优选包括分光器78。
振镜扫描装置74(在图10中示于两个位置处)用于将发射系统20发射的整个光束选择性地朝产品表面或朝反射镜76的方向偏转。
反射镜76用于将按如上方式偏转至其上的光束朝分光器78的方向反射。
分光器78用于将脉冲光束分为两个子束,其中一个子束导向光束分析仪70方向,另一子束导向功率计72方向。
如果能量分布的形状未知,可以省略光束分析仪70和分光器78。
与此相反,如果脉冲能量已知,可以省略功率计72和分光器78。
根据本实施方式,该方法包括:由发射系统20发射辅助脉冲,此类脉冲朝向光束分析仪70和/或朝向功率计72。
当需要确定能量分布的形状以及能量或功率时,尤其通过分光器78使辅助脉冲朝向光束分析仪70和/或朝向功率计72。
辅助脉冲通过振镜扫描装置74朝向光束分析仪70和/或朝向功率计72。
该方法随后包括:由光束分析仪70评估辅助脉冲的能量分布的形状;和/或由功率计72评估脉冲的能量或功率。
按照如上方式确定的形状、能量和/或功率随后发送至阈值确定模块42。
在辅助脉冲发射后,振镜扫描仪74使后续脉冲朝向产品3的表面。
由此可见,本发明的方法和装置能够以工业规模实现金属产品的高效剥除。此外,尤其得益于其对参数的精确确定,因此能够实现氧化层的高效剥除。
虽然图示示例中以带材等平坦状的产品为例,但是本发明还可应用于金属棒材、管材或金属丝材等其他类型产品。
Claims (18)
1.一种用于对表面具有氧化层的正在移动的金属产品(3)进行剥除的方法,其特征在于,所述方法使用至少一个剥除激光器(13)来进行激光剥除,其中,所述方法包括对正在移动的所述产品的前后连续的多个区段中的每一个区段相继执行以下步骤:
-确定所述正在移动的金属产品(3)的目标区段的氧化层去除能量密度阈值,其中,所述氧化层去除能量密度阈值与去除所述目标区段上的所述氧化层所需的最小能量密度相对应,包括:
由包括激光源(30)的发射系统(20)将分析激光脉冲发射至所述目标区段的分段上,以在所述分段内形成缺失所述氧化层的剥除区域,其中,所述分析激光脉冲的波长和脉冲持续时间与所述剥除激光器(13)的波长和脉冲持续时间相等;
捕捉处于所述分析激光脉冲作用下的所述分段的表面的图像;
根据所述图像,确定所述剥除区域的代表尺寸;
根据所述代表尺寸以及与所述分析激光脉冲的能量分布相关的信息,评估所述氧化层去除能量密度阈值;
-由所述剥除激光器(13)将剥除激光脉冲发射至所述目标区段上,以进行剥除,其中,所述剥除脉冲的能量密度高于所确定的氧化层去除能量密度阈值,其中,所述剥除激光器(13)由接收所确定的氧化层去除能量密度阈值的控制单元(15)控制,以使得所述目标区段的每一点在至少一个时刻下暴露于比所述氧化层去除能量密度阈值高的能量密度下。
2.根据权利要求1所述的剥除方法,其特征在于,所述分析激光脉冲的发射在所述分段内形成了位于所述氧化层下方的金属已被受损的受损区域,其中,所述方法进一步包括:根据所述图像,确定所述受损区域的代表尺寸;以及根据所述受损区域的所述代表尺寸以及与所述分析激光脉冲的所述能量分布相关的信息,评估金属致伤能量密度阈值,其中,所述金属致伤能量密度阈值对应于一能量密度,其中超出该能量密度后便会观察到所述氧化层下方的所述金属产品(3)的所述表面的劣化。
3.根据权利要求2所述的剥除方法,其特征在于,进一步包括:向所述发射系统(20)发送所述致伤能量密度阈值,其中,在所述正在移动的金属产品(3)的下一区段,所述发射系统(20)所发射的分析激光脉冲的能量被调适至使得处于所述分析激光脉冲作用下的分段的任何一点处的能量密度低于所述致伤能量密度阈值。
4.根据权利要求1至3当中任何一项所述的剥除方法,其特征在于,与所述能量分布相关的所述信息包括:能量分布形状以及所述分析激光脉冲的能量或功率。
5.根据权利要求4所述的剥除方法,其特征在于,确定所述氧化层去除能量密度阈值的步骤包括:确定所述分析激光脉冲的所述能量分布形状;和/或确定所述分析激光脉冲的所述能量或所述功率。
6.根据权利要求5所述的剥除方法,其特征在于,确定所述氧化层去除能量密度阈值的步骤中的确定所述分析激光脉冲的所述能量分布形状包括:将每一个分析激光脉冲的一部分偏转至光束分析仪(64);以及由所述光束分析仪(64)评估所述能量分布形状。
7.根据权利要求5或6所述的剥除方法,其特征在于,确定所述氧化层去除能量密度阈值的步骤中的确定所述分析激光脉冲的所述能量和/或所述功率包括:将每一个分析激光脉冲的一部分朝功率计偏转;以及由所述功率计评估所述分析激光脉冲的所述能量和/或所述功率。
8.根据权利要求4所述的剥除方法,其特征在于,确定所述氧化层去除能量密度阈值的步骤包括:确定所述能量分布形状和/或所述发射系统(20)所发射的辅助激光脉冲的能量或功率,其中,所述辅助激光脉冲与所述分析激光脉冲不同。
9.根据权利要求8所述的剥除方法,其特征在于,确定所述能量分布形状和/或所述辅助激光脉冲的所述能量或所述功率包括:
由所述发射系统(20)发射所述辅助激光脉冲;
通过振镜扫描装置(74),使所述辅助激光脉冲朝向光束分析仪(70)和/或朝向功率计(72);
由所述光束分析仪(64)评估所述辅助激光脉冲的所述能量分布形状,和/或由所述功率计(72)评估所述辅助激光脉冲的所述能量和/或所述功率。
10.根据权利要求1至9当中任何一项所述的剥除方法,其特征在于,所述金属产品(3)为带材、棒材、片材、板材、管材或丝材。
11.一种用于通过至少一个剥除激光器(13)对表面具有氧化层的正在移动的金属产品(3)进行激光剥除的装置,其特征在于,包括:
-确定组件(10),用于确定所述正在移动的金属产品(3)的前后相继的多个区段中的每一个区段的氧化层去除能量密度阈值,所述氧化层去除能量密度阈值与去除所述目标区段上的所述氧化层所需的最小能量密度相对应,其中,所述确定组件(10)包括:
具有激光源(30)的发射系统(20),其中,所述发射系统(20)用于将分析激光脉冲发射至所述目标区段的分段上,以在所述分段内形成缺失所述氧化层的剥除区域,其中,所述分析激光脉冲的波长和脉冲持续时间与所述剥除激光器(13)的波长和脉冲持续时间相等;
图像采集系统(22),用于在所述产品移动过程中采集处于所述分析激光脉冲作用下的分段的图像;
处理系统(24),用于根据所述图像采集系统(22)所采集的每幅图像,确定所述剥除区域的代表尺寸,以及根据所述代表尺寸以及与所述分析激光脉冲的能量分布相关的信息,评估所述氧化层去除能量密度阈值;
-包括至少一个剥除激光器(13)的激光剥除装置(12),用于将所述剥除激光脉冲发射至所述正在移动的所述金属产品的前后相继的所述多个区段中的每一个区段上,以进行剥除;以及控制单元(15),用于接收所述区段的所述氧化层去除能量密度阈值,并控制所述剥除激光器(13)发射能量高于所述氧化层去除能量密度阈值的激光脉冲,以使得所述目标区段的每一点在至少一个时刻下暴露于比所述氧化层去除能量密度阈值高的能量密度下。
12.根据权利要求11所述的激光剥除装置,其特征在于,所述分析激光脉冲被调适至在所述分段内形成位于所述氧化层下方的金属被所述分析激光脉冲损伤的受损区域,以及所述处理系统(24)用于根据所述图像,确定所述受损区域的代表尺寸,并根据所述受损区域的所述代表尺寸以及与所述分析激光脉冲的所述能量分布相关的所述信息,评估金属致伤能量密度阈值,其中,所述金属致伤能量密度阈值对应于一能量密度,其中超出该能量密度后便会观察到所述氧化层下方的所述金属产品(3)的所述表面的劣化。
13.根据权利要求12所述的激光剥除装置,其特征在于,所述处理系统(24)用于向所述发射系统(20)发送所述致伤能量密度阈值,其中,所述发射系统(20)用于根据所述致伤能量密度阈值调适所述分析激光脉冲的所述能量,以使得正在移动的所述产品的下一区段的被作用的分段中的每一点处的能量密度低于所述致伤能量密度阈值。
14.根据权利要求11至13当中任何一项所述的激光剥除装置,其特征在于,与所述能量分布相关的所述信息包括能量分布形状以及所述分析激光脉冲的能量或功率,其中,所述激光剥除装置包括用于确定所述分析激光脉冲的所述能量分布形状的系统和/或用于确定所述分析激光脉冲的所述能量或所述功率的系统。
15.根据权利要求14所述的激光剥除装置,其特征在于,用于确定所述分析激光脉冲的所述能量分布形状的所述系统包括光束分析仪(64)以及用于将每一个分析激光脉冲的一部分朝所述光束分析仪(64)偏转的光学装置(62),尤其分光器,其中,所述光束分析仪(64)用于根据所述分析激光脉冲的被偏转的所述部分,评估所述能量分布形状。
16.根据权利要求14或15所述的激光剥除装置,其特征在于,用于确定所述分析激光脉冲的所述能量或所述功率的所述系统包括功率计以及用于将每一个分析激光脉冲的一部分朝所述功率计偏转的光学装置(62),尤其分光器,其中,所述功率计用于根据所述分析激光脉冲的被偏转的所述部分,评估所述分析激光脉冲的所述能量和/或所述功率。
17.根据权利要求11至13当中任何一项所述的剥除装置,其特征在于,与所述能量分布相关的所述信息包括:能量分布形状以及所述分析激光脉冲的能量或功率,其中,所述激光剥除装置包括用于确定所述能量分布形状和/或由所述发射系统(20)发射的辅助激光脉冲的能量或功率的系统,其中,所述辅助激光脉冲与所述分析激光脉冲不同。
18.根据权利要求11至17当中任何一项所述的剥除装置,其特征在于,为了对由带材、棒材、管材、片材、板材或丝材组成的所述金属产品的整个表面进行处理,所述剥除装置包括分布于所述金属产品(3)附近的一组激光源(30)以及一组剥除激光器(13)。
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US5736709A (en) | 1996-08-12 | 1998-04-07 | Armco Inc. | Descaling metal with a laser having a very short pulse width and high average power |
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