[发明专利]一种冷轧管表面渗碳深度检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种冷轧管表面渗碳深度检测装置，包括控制装置、精密样品台、位移控制器、激光发射器(1)、激光功率控制器、光纤耦合器(2)和光谱分析仪(3)；其特征在于：

精密样品台用于放置待检测冷轧管(4)，孔控制待检测冷轧管(4)移动；位移控制器连接精密样品台，用于控制精密样品台移动；位移控制器连接控制装置，控制装置向位移控制器发送位移指令和位移参数；

激光发射器(1)用于对待测冷轧管(4)表面进行激光诱导击穿光谱的激发，激光功率控制器用于控制激光发射器(1)的激光功率；控制装置连接激光功率控制器，用于向激光功率控制器发出激光功率的控制参数；

光纤耦合器(2)用于收集待测冷轧管(4)表面产生的等离子体羽辉，并将其耦合至光纤以传递至光谱分析仪(3)；光谱分析仪(3)连接控制装置，用于将光谱分析结果发送到控制装置；

控制装置收集光谱分析仪(3)的分析结果，根据待测冷轧管(4)激光诱导击穿光谱的分析，计算出检测点的含碳量；

检测时待检测冷轧管(4)的断面在精密样品台的控制下移动，激光发射器(1)发出激光对检测冷轧管(4)的断面上的不同位置进行激光诱导击穿光谱的激发，光纤耦合器(2)收集等离子体羽辉并将其发送至光谱分析仪(3)得到激光诱导击穿光谱；控制装置计算出不同检测点的含碳量，进而得到冷轧管(4)表面渗碳深度。

2.根据权利要求1所述的一种冷轧管表面渗碳深度检测装置，其特征在于：

激光发射器(1)的发射波长为1064nm，单脉冲能量为100mJ至1.5J，激光聚焦光斑为20-100μm；

精密样品台的位移精度为0.5-1μm，最小步长5-10μm；选择碳元素505.2nm原子发射谱线为分析谱线。

3.根据权利要求1所述的一种冷轧管表面渗碳深度检测装置，其特征在于：

还包括密封外罩，精密样品台和光纤耦合器(2)设置于密封外罩内部，密封外罩内能够充入各种气氛，从而保证待检测冷轧管(4)在确定的气氛下进行激光诱导击穿光谱的分析。

4.一种使用权利要求1-3任一项的冷轧管表面渗碳深度检测装置进行冷轧管表面渗碳深度检测的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：准备多个冷轧管(4)样品，分别进行不同参数的渗碳处理，得到渗碳深度不同的冷轧管(4)样品；

步骤2：冷轧管(4)表面的处理：将渗碳处理后的冷轧管(4)用洗涤剂进行清洗，去除表面的油污；清洗后进行截断，截断时用水对切割刀具进行冷却，然后直接用丝绒进行断面和外表面的抛光；

步骤3：将一个冷轧管(4)样品放置于精密样品台表面固定，利用激光发射器(1)发出激光对检测冷轧管(4)的断面上的不同位置进行激光诱导击穿光谱的激发，光纤耦合器(2)收集等离子体羽辉并将其发送至光谱分析仪(3)得到激光诱导击穿光谱；精密样品台控制冷轧管(4)样品的检测位置沿着冷轧管(4)径向移动，控制装置计算出不同检测点的含碳量，绘制距离表面不同深度的检测点的碳含量，进而得到冷轧管(4)表面渗碳深度；

步骤4：将步骤3的冷轧管(4)样品调换方向，使得激光发射器(1)对准冷轧管(4)外表面，然后激光发射器(1)发出激光对检测冷轧管(4)的外表面上的同一个位置进行激光诱导击穿光谱的激发，光纤耦合器(2)收集等离子体羽辉并将其发送至光谱分析仪(3)得到激光诱导击穿光谱；检测过程中不断提高激光发射器(1)发出激光的单脉冲能量，控制装置计算出激发能量得到激光诱导击穿光谱的含碳量，绘制含碳量随激发能量变化的曲线，即CE曲线；

步骤5：在步骤4处理后的冷轧管(4)的外表面上更换一个检测点，然后激光发射器(1)发出激光对检测冷轧管(4)的外表面上的检测位置进行激光诱导击穿光谱的激发，光纤耦合器(2)收集等离子体羽辉并将其发送至光谱分析仪(3)得到激光诱导击穿光谱；检测过程中固定激光发射器(1)发出激光的单脉冲能量，控制装置计算出激发能量得到激光诱导击穿光谱的含碳量，绘制含碳量随激脉冲次数变化的曲线，即CT曲线；

步骤6：更换一个冷轧管(4)样品，重复执行步骤3、步骤4和步骤5，直到全部的冷轧管(4)样品被测试完；进而得到多组CE曲线、CT曲线和每一个CE曲线、CT曲线对应的渗碳深度；

之后将CE曲线、CT曲线提取的曲线特征作为输入，渗碳深度作为输出构建神经网络模型，得到渗碳深度判别模型，即输入CE曲线、CT曲线的曲线特征之后会得到一个渗碳深度；

步骤7：将一个待测的冷轧管(4)样品进行渗碳处理，之后进行清洗、抛光后执行步骤4和步骤5，得到CE曲线和CT曲线，将CE曲线、CT曲线的曲线特征输入渗碳深度判别模型得到渗碳深度。

5.根据权利要求4所述的冷轧管表面渗碳深度检测的方法，其特征在于：

神经网络模型的构建提取CE曲线和CT曲线的特征为：CE曲线的极差、CT曲线的极差、CE曲线的方差、CT曲线的方差、CE曲线的均值、CT曲线的均值、CT曲线的离散系数、CE曲线的离散系数。