镀锌板表面色泽度的定量描述方法

摘要

本发明提供了一种镀锌板表面色泽度的定量描述方法。步骤：1）建立表面粗糙度Ra与扩散参数σ的函数关系式；2）选取至少5块明暗程度不同的镀锌板，分别测量其表面粗糙度Ra和扩散参数σ，得到待定系数确定的公式；3）选取正常表面的镀锌板，测量表面粗糙度Ra0，由公式计算出扩散参数σ0，并以此作为基准；4）对于有色差的镀锌板，测量表面粗糙度Ran，再由公式计算出扩散参数σn；5）将σn与σ0相比较：σn-σ0的数值为正数，即偏亮，值偏离越大说明色泽度越亮；σn-σ0的数值为负数，即偏暗，值偏离越大说明色泽度越暗。本发明利用镀锌板表面粗糙度来在线定量确定镀锌钢板表面色差等级，操作简单实用，工作效率高。

说明书

技术领域

本发明涉及镀锌板表面质量评价方法，具体地指一种镀锌板表 面色泽度的定量描述方法。

背景技术

由于镀层厚度不均、镀层的高低起伏、氧化膜厚不同，使得无 锌花的镀锌板获得均匀一致的外观很困难。光折射到表面形成色泽 差异，极大地影响了镀锌板的外观质量和耐蚀性，从而影响镀锌板 的市场竞争力。应用于汽车外板的镀锌板对色泽要求很高，否则会 严重影响后序喷漆质量，从而对车身外观造成严重的影响。

想要解决镀锌板的色泽问题，就必须清楚色泽的定量。色泽是 指颜色和光泽，一般应用于形容食品，服装，饰品等的表观质量， 是品质评价的一个重要指标。色差评价在纺织印染、制浆造纸、漆 膜涂料、服装、食品等相关工业领域内已有较长的应用历史，但是 很少资料显示应用于钢铁行业的色泽度评价方法。

目前，中国大多数钢铁企业采用人工目视抽检和闪频光检测等 方法进行表面色泽检验，并通过概率统计和检测人员的经验形成综 合质量报告。但是，感官评价对检测员要求较高，影响评价的因素 也有很多，不同地区、不同厂家的结果可能会有较大差异。

影响镀锌板表面色泽差异的因素很多，其中最为明显的是表面 粗糙度。由于微观不平整，光照射到表面反射光强不一样，凸起的 部分粗糙度大就获得灰暗面，凹陷部分粗糙度小就形成光亮面，因 此形成了表面色差。

目前尚无对镀锌板表面色泽进行现场快速评价的方法。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种镀 锌板表面色泽度的定量描述方法，利用表面粗糙度给出表面色泽度 的定量化描述，以满足现场快速评价热镀锌表面色泽的要求。

为实现上述目的，本发明提供了一种镀锌板表面色泽度的定量 描述方法，包括以下步骤：

1）建立表面粗糙度Ra与扩散参数σ之间的关系式，如公式（1） 所示，其中的a、b、c、d、e为五个待定系数：

${\sigma }^2=\frac{{{\mathrm{aR}}_a}^2+{\mathrm{bR}}_a+c}{{(R_a+d)}^2{(R_a+e)}^2}$    公式（1）；

2）再选取至少5块明暗程度不同的镀锌板，并分别测量其表 面粗糙度Ra和扩散参数σ，将公式（1）中的Ra为自变量，σ为因 变量，借助matlab软件用自定义函数进行拟合，以确定a、b、c、 d、e五个待定系数的值，得到如下所示的公式（2），

${\sigma }^2=\frac{{{1629R}_a}^2-{4262R}_a+3770}{{(R_a-0.7373)}^2{(R_a+27.84)}^2}$    公式（2）；

3）然后选取一块正常表面的镀锌板，测量其表面粗糙度Ra₀， 由公式（2）计算出其扩散参数σ₀，并以此作为评价表面色泽度的 基准；

4）对于有色差的镀锌板，先测量其表面粗糙度Ra_n，再由公式 （2）计算出扩散参数σ_n，

5）然后将计算出来的σ_n与正常表面计算出来的基准σ₀相比较：

当σ_n-σ₀的数值为正数时，即偏大，说明表面色泽度亮，正数 值偏离越大说明表面色泽度越亮；

当σ_n-σ₀的数值为负数时，即偏小，说明表面色泽度暗，负数 值偏离越大说明表面色泽度越暗。

本发明中，公式（1）的推导过程如下：

当一束光以一定角度照射到物体表面后，由于表面非理想光 滑，会发生散射现象。表面粗糙度和散射光强度分布有一定的关系。 对于表面粗糙度数值较小的表面，反射光能较强，散射光能较弱； 反之，表面粗糙度数值较大的表面，反射光能较弱，散射光能较强。 一点所获图像在空间光强的分布是根据点源扩散函数(PSF)来确定 的，空间一点光强的分布是用服从方差为扩散参数σ的高斯分布来 描述：

$h(x,y)\frac{1}{{2\mathrm{\pi \sigma }}^2}{e}^{\frac{x^2+y^2}{{2\sigma }^2}}---\left(i\right)$

扩散参数σ是均方差，σ越大表示光强分布越分散，反之越集 中。

在一个理论上的无像差系统中，影像点（image point）具有最 小的维度，但尺寸并不是无限小的。由于人眼的辨识力，实际上有 像差存在，因此最小光点无法形成上述的理想成像，而是呈现一种 不规则的形状与能量分布。沿光轴方向前后移动点光源，像平面上 成的像就会成为有一定直径的圆形，圆形的大小取决于孔径光阑直 径D和点光源偏离程度（物距）u，用扩散参数σ表征圆形大小，

σ＝Du    （ii）

根据凸透镜成像公式有：v为像距，这里为镜头到 被测点之间的距离，被测表面的法向截面上，轮廓偏距绝对值的算 术平均值为Ra，即u＝R_a+s，s为镜头到被测平面之间的距离，因 此

$u=\frac{f·s+f·R_a}{s-f+R_a}---\left(\mathrm{iii}\right)$

将（iii）式带入（ii）中去，有

$\sigma =D\frac{f·s+f·R_a}{s-f+R_a}---\left(\mathrm{iv}\right)$

由于Ra单位为微米级，f·R_a＜＜f·s，将（iv）简化为

$\sigma =D\frac{f·s}{s-f+R_a}---\left(v\right)$

白光是多波长的光线，白光是由多颜色（红、橙、黄、绿、蓝、 靛、紫）的单色光组成。每种单色光的波长和焦距长度是不同的。 因此，由于散焦的作用，两种单色光的模糊差为 ${\sigma }_i^2-{\sigma }_j^2,i,j\in \{R,O,Y,G,B,C,P\},$则

为了体现扩散参数与表面粗糙度之间的关系，将（vi）写成表 面粗糙度的多项式，即

${\sigma }_i^2-{\sigma }_j^2=\frac{{{\mathrm{aR}}_a}^2+{\mathrm{bR}}_a+c}{{(R_a+d)}^2{(R_a+e)}^2}---\left(\mathrm{vii}\right)$

令即得到公式（1）：

${\sigma }^2=\frac{{{\mathrm{aR}}_a}^2+{\mathrm{bR}}_a+c}{{(R_a+d)}^2{(R_a+e)}^2}$    公式（1）

公式（1）建立了扩散参数与表面粗糙度之间的关系，a、b、c、 d、e为五个待定系数，只与测量系统有关。因此，由公式（1）就 可以给出色泽的定量化描述。

本发明的有益效果在于：本发明利用镀锌板表面属性，即表面 粗糙度，来评价色泽质量，可定量确定镀锌钢板表面色差等级。本 发明可以通过提高表面粗糙度来改善表面色泽，从而可以指导厂家 制定生产工艺，更符合实际需要。本发明操作简单实用，工作效率 高，能够实现在线检测。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明镀锌板表面色泽度的定量描述方法，包括以下步骤：

1）建立表面粗糙度Ra与扩散参数σ之间的关系式，如公式（1） 所示，其中的a、b、c、d、e为五个待定系数：

${\sigma }^2=\frac{{{\mathrm{aR}}_a}^2+{\mathrm{bR}}_a+c}{{(R_a+d)}^2{(R_a+e)}^2}$    公式（1）；

2）再选取15块明暗程度不同的镀锌板，并分别用表面轮廓仪 测量其表面粗糙度Ra和CCD提取表面光强分布的扩散参数σ，如 表1所示；

表1镀锌板表面的测量结果

将公式（1）中的Ra为自变量，σ为因变量，根据表1中的数 据，借助matlab软件用自定义函数进行拟合，以确定a、b、c、d、 e五个待定系数的值，得到如下所示的公式（2），

${\sigma }^2=\frac{{{1629R}_a}^2-{4262R}_a+3770}{{(R_a-0.7373)}^2{(R_a+27.84)}^2}$    公式（2）；

3）然后选取一块正常表面的镀锌板，测量其表面粗糙度Ra₀， 由公式（2）计算出其扩散参数σ₀，以评价表面色泽度，并以此作 为基准；

4）对于有色差的镀锌板，先测量其表面粗糙度Ra_n，再由公式 （2）计算出扩散参数σ_n，

5）然后将计算出来的σ_n与正常表面计算出来的σ₀相比较，

当σ_n-σ₀的数值为正数时，即偏大，说明表面色泽度亮，正数 值偏离越大说明表面色泽度越亮；

当σ_n-σ₀的数值为负数时，即偏小，说明表面色泽度暗，负数 值偏离越大说明表面色泽度越暗。

这样可以方便厂家快速判断表面色差的严重程度，以提出改善 措施。