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原文传递大尺度金属构件偏析度分析仪及分析方法

专利名称：	大尺度金属构件偏析度分析仪及分析方法
摘要：	本发明属于偏析分析技术领域，特别涉及一种大尺度金属构件偏析度分析仪及分析方法。分析仪包括高精密三维数控工作台、样品表面加工模块、偏析度分析模块和结果表征模块；高精密三维数控工作台包括在水平X轴和Y轴方向精密移动用于固定待测样品的水平样品台，以及相互平行且垂直于X轴Y轴平面的Z轴和W轴；样品表面加工模块和偏析度分析模块能够上下移动地分别安装在高精密三维数控工作台的Z轴和W轴上，位于水平样品台上的待测样品的上方；样品表面加工模块包括用于在待测样品表面进行表面加工的刀具；偏析度分析模块包括激发光源和用于对待测样品表面进行分析的光谱仪；刀具的中心与所述光谱仪的火花台之间的间距一定距离。
专利类型：	发明专利
申请人：	钢研纳克检测技术股份有限公司
发明人：	袁良经;贾云海;张翘楚;于雷;史玉涛
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
申请号：	CN201911374898.8
公开号：	CN111157460A
代理机构：	北京中安信知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	李彬;张小娟
分类号：	G01N21/25;G01N21/63;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/25;G01N21/63
申请人地址：	100081 北京市海淀区高粱桥斜街13号
主权项：	1.一种大尺度金属构件偏析度分析仪，其特征在于：所述分析仪包括高精密三维数控工作台、样品表面加工模块(6)、偏析度分析模块(8)和结果表征模块；所述高精密三维数控工作台包括在水平X轴(1)和Y轴(10)方向精密移动用于固定待测样品(9)的水平样品台(2)，以及相互平行且垂直于X轴Y轴平面的Z轴(3)和W轴(7)；所述样品表面加工模块(6)和偏析度分析模块(8)能够上下移动地分别安装在高精密三维数控工作台的Z轴(3)和W轴(7)上，位于水平样品台(2)上的待测样品(9)的上方；所述样品表面加工模块(6)包括用于在待测样品(9)表面进行表面加工的刀具(4)；所述偏析度分析模块(8)包括激发光源和用于对待测样品(9)表面进行分析的光谱仪；所述刀具(4)的中心与所述光谱仪的火花台之间具有一定距离的间距。 2.根据权利要求1所述的大尺度金属构件偏析度分析仪，其特征在于：所述刀具(4)的中心与所述光谱仪的火花台之间的间距为ε，其中ΔX＝418±50，ΔY＝0±2，ΔZ＝86.4±15，ΔX为刀具(4)轴向中心与光谱仪的火花台激发孔轴向中心沿X轴方向的距离，ΔY为刀具(4)轴向中心与光谱仪的火花台激发孔轴向中心沿Y轴方向的距离，ΔZ为刀具(4)切削端面与光谱仪的火花台激发面沿Z轴方向的距离，单位为mm。 3.根据权利要求1所述的大尺度金属构件偏析度分析仪，其特征在于：在样品扫描过程中，所述待测样品(9)与光谱仪的火花台之间的间距为0.1±3％mm。 4.根据权利要求1所述的大尺度金属构件偏析度分析仪，其特征在于：所述待测样品(9)为长度100mm-2000mm，宽度100mm-2000mm的大尺度构件。 5.根据权利要求1所述的大尺度金属构件偏析度分析仪，其特征在于：所述激发光源为单火花激发光源，激发频率从10Hz到1000Hz连续可调，光源系统恒压源电压保持恒定，恒压电源由市电AC220V经变压器升压，通过整流桥进行整流，通过电容滤波，再经功率管调整降压，电容稳压，得到稳定的DC300V输出，进入放电回路；放电回路中的第一功率管(G1)和第二功率管(G2)受数字门控系统控制，按照即定时序开启和关断；第二功率管(G2)开启时，恒压源电压经点火变压器产生高压击穿氩气，形成电极与样品之间的放电通路，同时开启第一功率管(G1)，恒压源经电感维持放电，通过改变第一功率管(G1)的开关时间来改变放电电流峰值，进而对光源输出能量进行控制。 6.根据权利要求5所述的大尺度金属构件偏析度分析仪，其特征在于：所述激发光源连续稳定激发时间大于48小时。 7.根据权利要求1所述的大尺度金属构件偏析度分析仪，其特征在于：所述分析仪通过调整Z轴(3)高度，使刀具(4)对待测样品(9)进行加工，加工结束后，Z轴(3)将刀具(4)升至安全高度，待测样品(9)通过X轴(1)、Y轴(10)移动到W轴(7)上的偏析度分析模块(8)的下方，W轴(7)将光谱仪移动至激发位置，开始激发扫描待测样品(9)，激发的同时待测样品(9)根据设计好的路径同步运动，激发扫描待测样品(9)的同时同步显示表征结果。 8.根据权利要求1所述的大尺度金属构件偏析度分析仪，其特征在于：所述高精密三维数控工作台上还布置有刀库(5)。 9.根据权利要求1所述的大尺度金属构件偏析度分析仪，其特征在于：所述结果表征模块为GPU计算机工作站上采用并行运算实现的偏析度表征大数据数学模型。 10.一种使用权利要求1-9任一项所述的大尺度金属构件偏析度分析仪的分析方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤： (1)将待测样品(9)放置在分析仪的水平样品台(2)上，通过调整Z轴(3)高度，使刀具(4)对待测样品(9)进行加工；加工结束后，Z轴(3)将刀具(4)升至安全高度，待测样品(9)通过X轴(1)、Y轴(10)移动到W轴(7)上的偏析度分析模块(8)的下方，W轴(7)将光谱仪移动至激发位置，开始激发扫描待测样品(9)； (2)将待测样品9的扫描区域按行距分解为n行，以行为单位，采用并行计算方法解析数据；每行分别对应一个行扫描区域Z行，行扫描区域Z行的宽度W即为激发斑点的直径Φ，单位为mm；扫描一行所需时间T＝L/V，单火花同步采集通道强度数据M行，通道强度数据M行为一维数组，数组长度N＝Q×T＝Q×L/V，长宽比R＝L/W；其中，L为行扫描区域Z行的长度，单位为mm，V为扫描速度，单位为mm/s，Q为采集频率，单位为次/s； (3)按长宽比R将通道强度数据M行分解为二维数组，二维数组大小为a×b，a/b＝R＝L/W；将行扫描区域Z行分解为a×b个呈正方形的块扫描区域Zab，块扫描区域Zab的长度c＝W/b；待测样品(9)的移动c距离需用时间t＝c/V，此段时间t内获得数据Mc，数据Mc的大小为c/V×Q； (4)将扫描区域的所有n行通道强度数据M行中所有数据Mc按随机均匀分布于行扫描区域Z行中的每个块扫描区域Zab中，使得每个块扫描区域Zab中有且仅有一个数据； (5)将扫描区域的所有数据以三维(x,y,z)彩色图形呈现，x、y为扫描区域的实际平面坐标值(x,y)，z为该位置的通道元素强度值； (6)在待测样品(9)的扫描过程中，第一行扫描时仅采集数据；在第二行扫描采集数据的同时，对第一行数据进行计算并以图形方式展示结果；在第三行扫描采集数据的同时，对第二行数据进行计算并以图形方式展示结果，依此类推，直至扫描分析结束。 11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：如果待测样品(9)的扫描区域为非矩形形状，通过设定不同长度的等距行的扫描分析来实现扫描区域的全覆盖，所有的扫描结果以数字矩阵的形式表达，空白区域数据为0。 12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：通过设定特定元素通道获得的强度阈值过滤出所有的异常火花信号，即为夹杂物信号。
所属类别：	发明专利