CN114235517B - 一种libs炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，属于钢样成分分析领域。所述方法包括：S101，将样品放置在三维移动平台上，以距离激光聚焦点一侧0.5mm一点为起始点，在起始点处激发激光脉冲多次，去除起始点处氧化层；S102，在起始点处继续激发激光脉冲多次，选取激光继续激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，用于判断是否彻底去除氧化层，若彻底去除氧化层，则执行S103；S103，从起始点处出发，以0.5mm为步距，顺时针方向依次去除激光聚焦点周围的氧化层后，此时回到起始点，向激光聚焦点方向移动0.5mm后，在激光聚焦点处激发激光脉冲M次，完成九点环绕去除氧化层。采用本发明，能够缩短制备样品所需要的时间，减少资源的耗费，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及钢样成分分析领域，特别是指一种LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法。
背景技术
钢铁生产是一个国家的标杆，其逐步趋向于智能化、连续化和高精度化，其中在生产过程中对钢水成分的快速、在线检测是高质量生产的关键所在。目前钢样成分检测方法大都需要将样品从转炉或练炉中取出，取出后的高温钢样会与空气接触，表面快速形成一层主要成分是四氧化三铁的氧化层，然后，将带有氧化层的高温钢样经过冷却后由人工或风动送样到理化检验室，由于钢样表面的氧化层会极大的影响钢样成分的检测结果，需要对样品铣削表面后，才能够开始对钢样成分进行分析，其中，检测分析前制备样品的时间较长，不仅会对分析结果及产品质量造成影响，而且还会造成能源的严重浪费。
激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是一种近年来发展迅速的物质成分检测技术，对制样要求低，分析速度快，可实现非接触、远距离在线分析，通过分析等离子体发射光谱中原子离子特征谱线，实现对待测物定性与定量分析。但是，由于LIBS单点激发激光的烧蚀面积很小，直径大概在0.3mm左右，只单点激发激光去除氧化层，需要激发激光次数多，耗费时间长，去除氧化层效果不好。
发明内容
本发明实施例提供了LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，能够缩短制备样品所需要的时间，减少资源的耗费，提高生产效率。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，包括：
S101，将样品放置在三维移动平台上，以距离激光聚焦点一侧0.5mm一点为起始点，在起始点处激发激光脉冲多次，去除起始点处氧化层；
S102，在起始点处继续激发激光脉冲多次，选取激光继续激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，用于判断是否彻底去除氧化层，若彻底去除氧化层，则执行S103；
S103，从起始点处出发，以0.5mm为步距，顺时针方向依次去除激光聚焦点周围的氧化层后，此时回到起始点，向激光聚焦点方向移动0.5mm后，在激光聚焦点处激发激光脉冲M次，完成九点环绕去除氧化层，其中，每处激发激光脉冲M次，M为起始点处激发激光脉冲的总次数。
进一步地，所述样品为常温钢样或高温钢样。
进一步地，所述将样品放置在三维移动平台上，以距离激光聚焦点一侧0.5mm一点为起始点，在起始点处激发激光脉冲多次，去除起始点处氧化层包括：
将样品放置在三维移动平台上，以距离激光聚焦点左侧0.5mm一点为起始点，在起始点处激发激光脉冲多次，去除起始点处氧化层。
进一步地，所述在起始点处继续激发激光脉冲多次，选取激光继续激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，用于判断是否彻底去除氧化层，若彻底去除氧化层，则执行S103包括：
在起始点处继续激发激光脉冲P次；
将光谱指定波长范围内的光谱强度进行求和，将求和后的P次数据形成一个强度和数组，计算所述P次数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求，其中，强度和数组的长度为P；
若满足阈值要求，则表明彻底去除氧化层,直接执行S103；
若不满足阈值要求，则继续在起始点处激发激光脉冲Q次进行单点氧化层去除工作，选取后P次激光激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，计算此P次数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求，依次类推直到满足阈值要求为止，满足阈值要求后，执行S103。
进一步地，所述将光谱指定波长范围内的光谱强度进行求和包括：
将光谱179.23nm-907.64nm波长范围内的光谱强度进行求和。
进一步地，所述求和后的P次数据形成一个强度和数组，计算求和后的数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求包括：
对P次数据组成的强度和数组做相邻差运算，用第i次激发激光采集到的光谱强度和减去第i-1次激发激光采集到的光谱强度和，得到一个相邻差绝对值；其中，对P次光谱强度数据形成的强度和数组进行相邻差计算，得到P-1个相邻差绝对值；
将P-1个相邻差绝对值存入一个新的数组，对新数组求均值得到U，新数组数据能否作为定量分析的判断阈值范围为：[U-U×n％，U+U×n％]，其中，U为相邻差数组的均值，U是根据每次新数组计算所得，n为修正系数，0＜n≤5；
判断新数组中的全部数据是否都处于阈值范围内，若都处于，则满足阈值要求，否则，不满足阈值要求。
进一步地，在从起始点处出发，以0.5mm为步距，顺时针方向依次去除激光聚焦点周围的氧化层后，此时回到起始点，向激光聚焦点方向移动0.5mm后，在激光聚焦点处激发激光脉冲M次，完成九点环绕去除氧化层之后，所述方法还包括：
S104，移动平台重新聚焦，保证数据采集点在激光聚焦点处，在激光聚焦点处激发激光脉冲多次，选取后K次光谱数据作为LIBS定量分析数据，用于钢样成分检测。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施例中，能够直接对从转炉或炼炉中取出的样品表面的氧化层采用九点环绕自动去除氧化，无需提前对样品进行冷却、送样、铣削处理，可实现非接触式快速的对样品进行氧化层去除处理，大大缩短了制备样品所需要的时间，减少了资源的耗费，提高了生产效率，降低了生产的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的九点环绕去除氧化层顺序示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，包括：
S101，将样品放置在三维移动平台上，以距离激光聚焦点一侧0.5mm一点为起始点，在起始点处激发激光脉冲多次，去除起始点处氧化层；
本实施例中，所述样品为常温钢样或高温钢样。
本实施例中，将样品放置在三维移动平台上，以距离激光聚焦点左侧0.5mm一点为起始点，在起始点处激发激光脉冲多次(例如，30次)，去除起始点处氧化层。
S102，在起始点处继续激发激光脉冲多次，选取激光继续激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，用于判断是否彻底去除氧化层，若彻底去除氧化层，则执行S103；具体可以包括以下步骤：
A1，在起始点处继续激发激光脉冲P次；
本实施例中，假设，P＝20，在起始点处继续激发激光脉冲20次。
A2，将光谱指定波长范围内的光谱强度进行求和，将求和后的P次数据形成一个强度和数组，计算所述P次数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求，其中，强度和数组的长度为P；
本实施例中，将光谱179.23nm-907.64nm波长范围内的光谱强度进行求和，将求和后的20次数据形成一个强度和数组，计算此20次数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求，具体可以包括以下步骤：
A21，对P次(20次)数据组成的强度和数组做相邻差运算，用第i次激发激光采集到的光谱强度和减去第i-1次激发激光采集到的光谱强度和，得到一个相邻差绝对值；其中，对P次光谱强度数据形成的强度和数组进行相邻差计算，得到P-1个相邻差绝对值；
A22，将P-1个相邻差绝对值存入一个新的数组，对新数组求均值得到U，其中，新数组数据能否作为定量分析的判断阈值范围为：[U-U×n％，U+U×n％]，其中，U为相邻差数组的均值，U是根据每次新数组计算所得，n为修正系数，0＜n≤5；
A23，判断新数组中的全部数据是否都处于阈值范围内，若都处于，则满足阈值要求，否则，不满足阈值要求。
A3，若满足阈值要求，则表明彻底去除氧化层,直接执行S103；
A4，若不满足阈值要求，则继续在起始点处激发激光脉冲Q次进行单点氧化层去除工作，选取后P次激光激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，计算此P次数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求，依次类推直到满足阈值要求为止，满足阈值要求后，执行S103。
由于不同状态的氧化层所需要激发激光的次数不同，例如，如果氧化层稍厚一些，激发激光次数要多一些，本实施例中，可以通过阈值范围区间判断所需要激发激光的次数，从而实现动态去除氧化层的效果。
本实施例中，假设，Q＝50，若不满足阈值要求，继续在起始点处激发激光脉冲50次进行单点氧化层去除工作，选取后20次激光激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，计算此20次数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求，依次类推直到满足要求为止。
S103，从起始点处出发，以0.5mm为步距，顺时针方向依次去除激光聚焦点周围的氧化层后，此时回到起始点，向激光聚焦点方向移动0.5mm后，在激光聚焦点处激发激光脉冲M次，完成九点环绕去除氧化层，其中，每处激发激光脉冲M次，M为起始点处激发激光脉冲的总次数。
本实施例中，如图2所示，从起始点1处出发，以0.5mm为步距，顺时针方向依次去除激光聚焦点周围的氧化层，每处激发激光脉冲M次，其中M为起始点1处激发激光脉冲的总次数，此时回到起始点1处，右移0.5mm，到达激光聚焦点9处，再在激光聚焦点9处激发激光脉冲M次，完成九点环绕去除氧化层。
本实施例中，以一点(激光聚焦点9)为中心，八点在周围，进行九点环绕去除氧化层，大大缩短了制备样品所需要的时间，减少了资源的耗费。
本实施例中，在S103之后，所述方法还包括：
S104，移动平台重新聚焦，保证数据采集点在激光聚焦点处，在激光聚焦点处激发激光脉冲多次，选取后K次光谱数据作为LIBS定量分析数据，用于钢样成分检测。
本发明实施例所述的LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，至少具有以下有益效果：
1)能够直接对从转炉或炼炉中取出的样品表面的氧化层采用九点环绕自动去除氧化，无需提前对样品进行冷却、送样、铣削处理，可实现非接触式快速的对样品进行氧化层去除处理，大大缩短了制备样品所需要的时间，减少了资源的耗费，提高了生产效率，降低了生产的成本；
2)根据样品表面不同状态的氧化层可动态调整所需要激发激光的次数，实现动态去除氧化层，去除氧化层效果好，速度快，可用于LIBS在转炉或电炉炼钢生产检测中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，其特征在于，包括：
S101，将样品放置在三维移动平台上，以距离激光聚焦点左侧0.5mm一点为起始点，在起始点处激发激光脉冲多次，去除起始点处氧化层；
S102，在起始点处继续激发激光脉冲多次，选取激光继续激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，用于判断是否彻底去除氧化层，若彻底去除氧化层，则执行S103；
S103，从起始点处出发，以0.5mm为步距，顺时针方向依次去除激光聚焦点周围的氧化层后，此时回到起始点，向激光聚焦点方向移动0.5mm后，在激光聚焦点处激发激光脉冲M次，完成以激光聚焦点为中心，八点在周围，九点环绕去除氧化层，其中，每处激发激光脉冲M次，M为起始点处激发激光脉冲的总次数。
2.根据权利要求1所述的LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，其特征在于，所述样品为常温钢样或高温钢样。
3.根据权利要求1所述的LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，其特征在于，所述在起始点处继续激发激光脉冲多次，选取激光继续激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，用于判断是否彻底去除氧化层，若彻底去除氧化层，则执行S103包括：
在起始点处继续激发激光脉冲P次；
将光谱指定波长范围内的光谱强度进行求和，将求和后的P次数据形成一个强度和数组，计算所述P次数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求，其中，强度和数组的长度为P；
若满足阈值要求，则表明彻底去除氧化层,直接执行S103；
若不满足阈值要求，则继续在起始点处激发激光脉冲Q次进行单点氧化层去除工作，选取后P次激光激发的光谱数据作为LIBS定量分析数据，计算此P次数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求，依次类推直到满足阈值要求为止，满足阈值要求后，执行S103。
4.根据权利要求3所述的LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，其特征在于，所述将光谱指定波长范围内的光谱强度进行求和包括：
将光谱179.23nm-907.64nm波长范围内的光谱强度进行求和。
5.根据权利要求3所述的LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，其特征在于，所述求和后的P次数据形成一个强度和数组，计算求和后的数据组成的强度和数组的相邻差，判断其是否满足阈值要求包括：
对P次数据组成的强度和数组做相邻差运算，用第i次激发激光采集到的光谱强度和减去第i-1次激发激光采集到的光谱强度和，得到一个相邻差绝对值；其中，对P次光谱强度数据形成的强度和数组进行相邻差计算，得到P-1个相邻差绝对值；
将P-1个相邻差绝对值存入一个新的数组，对新数组求均值得到U，新数组数据能否作为定量分析的判断阈值范围为：[U-U×n％，U+U×n％]，其中，U为相邻差数组的均值，U是根据每次新数组计算所得，n为修正系数，0＜n≤5；
判断新数组中的全部数据是否都处于阈值范围内，若都处于，则满足阈值要求，否则，不满足阈值要求。
6.根据权利要求1所述的LIBS炉前样品九点环绕自动去除氧化层的方法，其特征在于，在从起始点处出发，以0.5mm为步距，顺时针方向依次去除激光聚焦点周围的氧化层后，此时回到起始点，向激光聚焦点方向移动0.5mm后，在激光聚焦点处激发激光脉冲M次，完成九点环绕去除氧化层之后，所述方法还包括：
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