[发明专利]一种超大尺寸管棒状金属材料全域成分分析装置及方法

说明书

本发明涉及一种超大尺寸管棒状金属材料全域成分分析装置及方法，依靠固定于高精密样品水平移动平台和旋转台，采用火花光谱分析技术，完成超大尺寸管棒状金属材料样品水平表面的成分分析；采用激光光谱分析技术，完成样品圆柱侧表面成分的分析；二者同步开始激发，同步结束，完成第一轮次分析；如果需要沿垂直方向激发更深的高度，对已完成第一轮次的激发的水平面，沿Z轴方向进行切削，深度为上一轮分析的激光光谱分析的圆柱侧表面高度，进行第二轮次分析；经过几个轮次的切削，火花光谱分析水平表面，激光光谱分析圆柱侧表面，在最短的时间内获得超大尺寸管棒状金属材料全域表面成分分布结果。

技术领域

本发明属于超大尺寸管棒状金属材料全域表面成分光谱分析领域，特别涉及一种超大尺寸(米级尺度)管棒状金属材料全域成分分析装置及方法。

背景技术

对于小尺寸金属材料表面成分分析，火花光谱分析技术和激光光谱分析技术已较为成熟普及。针对管棒状金属材料表面成分的分析，虽然个别技术已有所披露，但仅仅是针对米级大金属材料水平面进行火花光谱成分分析或者针对厘米级样品进行平面或非平面激光光谱成分分析，火花光谱分析技术和激光光谱分析技术应用已经十分普及。但现有技术中尚未见到两种分析技术有机组合分析的应用。

此外，对于超大尺寸管棒状金属材料的整个全域表面的分析，尚未有相应的技术及方法。超大尺寸管棒状金属材料的全域分析难度很大，仅依靠现有的分析技术和方法，不能解决超大尺寸管棒状金属材料全域分析问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种超大尺寸管棒状金属材料全域成分分析装置及方法，采用双光源双光学系统的全域扫描装置，即采用火花光谱分析和激光光谱分析同时对待测样品表面进行全域成分分析，通过火花光谱激发频率自动调整、激光光谱激发频率及旋转角速度自动调整工作方式、面扫描的校正曲线绘制及标准化技术，实现超大尺寸管棒状金属材料全域成分分布分析。

本发明基本思路是利用火花光谱分析技术及高精密样品移动平台实现超大尺寸管棒状金属材料水平表面的成分分析；依靠固定于高精密样品X、Y水平方向移动平台之上的旋转台，采用激光光谱分析技术，实现垂直于大口径管棒状金属材料水平表面的圆柱侧表面的成分分析，同步两者技术实现全域成分分析。根据选择不同的方法模型，调整相关参数，如火花光源频率，旋转台转速、激光光源频率等，保证水平表面扫描时，单位面积内单火花激发次数相同；圆柱侧表面扫描时，相同单位面积激光光源激发次数相同、激发斑点相对距离相等。火花光谱分析超大尺寸管棒状金属材料水平表面及激光光谱分析垂直于水平表面的圆柱侧表面，二者同步开始激发，同步结束分析，在最短的时间内获得超大尺寸管棒状金属材料全域表面成分分布结果。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种超大尺寸管棒状金属材料全域成分分析装置，包括高精密数控工作台、加工系统4、激光光源5、CCD光学系统6、PMT光学系统10和火花光源11。

所述高精密数控工作台包括旋转平台13、一个三维移动机构、一个二维移动机构和一个可上下移动的W轴9。

三维移动机构控制旋转平台13和加工系统4的位移，所述旋转平台13用于固定承载超大尺寸管棒状金属材料待测样品12，待测样品12具有圆形的水平表面和垂直于水平表面的圆柱侧表面。

所述火花光源11和PMT光学系统10安装在W轴9上，用于实现待测样品12水平表面的成分分析。

二维移动机构控制所述激光光源5和CCD光学系统6的位移，用于实现待测样品12的圆柱侧表面的成分分析。

分析过程中，待测样品12由旋转平台13带动进行旋转，样品的水平表面和圆柱侧表面同时进行两类发射光谱的激发，火花光源11和激光光源5同步激发，同步结束；水平表面扫描时，单位面积内单火花激发次数相同；圆柱侧表面扫描时，相同单位面积激光光源激发次数相同、激发斑点相对距离相等。