在涂裝，粘接和焊接等工業(yè)生產(chǎn)工藝中，表面的化學(xué)和電解殘留物會(huì)引起產(chǎn)品的質(zhì)量問題，因此需要不斷提高對產(chǎn)品的質(zhì)量要求和優(yōu)化更高效的生產(chǎn)方法，例如在粘接和焊接工藝需要對表面進(jìn)行清洗及檢測其表面清潔度。熒光測量以它高靈敏度，快速測試和非接觸式測量為特點(diǎn)，成為一種合適且已驗(yàn)證過的表面無損檢測方法。在這項(xiàng)技術(shù)中，德國SITA Messtechnik GmbH公司在工業(yè)制造中的便攜式設(shè)備和集成在線檢測系統(tǒng)的開發(fā)，生產(chǎn)和全球應(yīng)用擁有20年的豐富經(jīng)驗(yàn)。

物理學(xué)中的熒光

熒光是一種發(fā)光形式。發(fā)光是指在原子或分子激發(fā)后發(fā)光。在光子發(fā)射(光)的情況下，它被稱為光致發(fā)光。

熒光機(jī)理如圖1所示。為了激發(fā)熒光，采用紫外光源照射測試表面。表面上的污染物吸收高能量輻射(1)。 受光子激發(fā)，電子達(dá)到更高的能級(2)激發(fā)態(tài)。激發(fā)的分子與其環(huán)境碰撞并釋放一小部分吸收的能量(3)。剩余能量作為發(fā)射(4)進(jìn)行釋放，并且電子從激發(fā)態(tài)返回到其最初狀態(tài)。發(fā)射的光子能量較低，因此釋放長波(5)。這種能量差異稱為“Stokes shift 斯托克斯位移”。

熒光向各個(gè)方向進(jìn)行擴(kuò)散發(fā)射(如來自點(diǎn)光源)，并在納秒(10 ^-9 秒)后消失。光漂白性可使熒光特征消失。

Fluorophore 熒光團(tuán)

熒光團(tuán)是指分子內(nèi)的一個(gè)官能團(tuán)，由于存在許多π-系統(tǒng)，能夠吸收特定波長的能量并重新發(fā)射另一個(gè)波長的能量。

在π-系統(tǒng)中，兩個(gè)原子通過雙鍵連接，這意味著兩個(gè)原子各自為鍵提供兩對電子。那些電子很容易受到熒光的激發(fā)。發(fā)射的熒光輻射的波長和數(shù)量取決于熒光團(tuán)，其數(shù)量和化學(xué)環(huán)境。

熒光素，一種重要的熒光染料，如圖2所示。熒光素含有許多雙鍵，因此顯示出明顯的熒光。

熒光團(tuán)的熒光效率的特征在于量子產(chǎn)率Q.它指定吸收能量的強(qiáng)度的哪一部分可以作為光子發(fā)射。

污染物的熒光反應(yīng)

間接生產(chǎn)材料的熒光主要是基于作為添加劑的芳香族環(huán)體系，進(jìn)而基于油脂的不飽和結(jié)構(gòu)。羧酸及其酯以及脂族酮發(fā)出熒光。

通過熒光測量法可以檢測到非常少量的殘留污染物，甚至可檢測到由少于2%的皮脂組成的指紋。優(yōu)化具有365nm和460nm的SITA熒光傳感器(圖3中標(biāo)記為紫色和藍(lán)色)的激發(fā)和檢測波長實(shí)現(xiàn)檢測工業(yè)制造中零部件的清潔度。其中可檢測到的污染物包括冷卻劑和切割潤滑劑，潤滑油，防銹油和脫模劑等。

根據(jù)測量設(shè)備和污染物或涂層，可以檢測到10 mg /m2和潤滑膜至10 g /m2或更高的殘留量。

圖三展示了三種不同加工油的熒光光譜。

三種不同油的發(fā)射光譜(excitation 激發(fā) 365 nm)

基材熒光反應(yīng)

金屬和許多陶瓷表面不激發(fā)熒光。根據(jù)雜質(zhì)離子，基質(zhì)和處理熒光可以在玻璃上進(jìn)行。由于有機(jī)分子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，所以紙張、紡織品或塑料等其他材料會(huì)產(chǎn)生十分強(qiáng)烈熒光反應(yīng)。

熒光傳感器及測量原理

德國SITA Messtechnik GmbH公司是工業(yè)應(yīng)用中檢測表面熒光測量設(shè)備的先進(jìn)供應(yīng)商。高度集成的光電傳感器設(shè)計(jì)(圖4)使用高功率UV LED燈和透鏡來完成表面的準(zhǔn)確高強(qiáng)度照射。發(fā)射的輻射被光學(xué)過濾，靈敏檢測器確定其強(qiáng)度?；谠u估模型，在可受控制的激發(fā)功率和環(huán)境光水平下，將原始檢測器的信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的測量值，實(shí)現(xiàn)量化數(shù)值。測量值是由專有無機(jī)固態(tài)熒光參考標(biāo)準(zhǔn)定義的特定單位RFU (Relative Fluorescence Unit相對熒光單位) 規(guī)定相對熒光強(qiáng)度。

應(yīng)用

熒光測量法是接收有機(jī)物質(zhì)對其數(shù)量或厚度進(jìn)行定量間接無損的測量方法。必須根據(jù)具體污染物和后續(xù)工藝來定義它的合格/不合格值。這是由于不同物質(zhì)對特定工藝及其參數(shù)的影響不同而造成的。通過檢測量化不同的清潔度情況和傳統(tǒng)的破壞性測試(橫切，拉拔測試，腐蝕，橫截面)，可以確定限定值/合格值。

該熒光測量設(shè)備(表面清潔度儀)較佳應(yīng)用在生產(chǎn)工藝中，是實(shí)驗(yàn)室破壞式分析方法的很好替代測量方式。

指導(dǎo)參數(shù)設(shè)置或優(yōu)化新設(shè)或現(xiàn)有的清洗工藝是該儀器的常見應(yīng)用?？梢钥焖僦庇^評估工藝參數(shù)變化情況。

該測量方法另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：可以選擇性地檢測需要檢測的表面，并且可以顯示污染物在表面上的分布。

在粘接/密封之前檢查壓鑄外殼

鋁壓鑄外殼應(yīng)用于汽車工業(yè)，例如用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(ECU)和轉(zhuǎn)向器殼體。鑄件和機(jī)加工冷卻潤滑油中釋放劑的殘留物降低了粘膠劑的附著力。造成了機(jī)械齒輪零件的脫落，腐蝕蠕變和泄漏破壞電子或耐久性等質(zhì)量問題。除了便捷式設(shè)備外，還可以將設(shè)備安裝自動(dòng)化測試臺(tái)和在線系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)在工藝前進(jìn)行100%的清潔度量化檢測。

在焊接前檢查齒輪箱或渦輪增壓器部件

通過激光或電子束焊接進(jìn)行桿和輪子的自動(dòng)連接。存在有機(jī)殘留物的情況下，如防腐蝕和機(jī)加工油，焊縫受到氣孔的影響。加熱過程會(huì)燃燒殘留物，形成氣體并進(jìn)入熔化的材料中。隨著氣孔數(shù)量和大小的增加，焊縫的強(qiáng)度和密封性會(huì)降低。

在摩擦焊接之前檢查剝離后的電線和端子的清潔度

由于PVC絕緣層殘留物會(huì)增大電阻值，可通過激光去除電線的絕緣層。而不同的激光參數(shù)會(huì)導(dǎo)致低質(zhì)量(樣品A：200 RFU)和高質(zhì)量(樣品B：6 RFU;樣品D：9 RFU)。原絕緣超出了范圍(> 4000 RFU)。在生產(chǎn)過程中，可使用該儀器高效驗(yàn)證激光剝離系統(tǒng)是否正常工作和參數(shù)設(shè)置是否達(dá)到質(zhì)量要求。

電氣端子和電線通過摩擦或超聲波焊接進(jìn)行連接。潤滑油的殘留物會(huì)影響焊接工藝并降低電氣連接的質(zhì)量

醫(yī)療技術(shù)行業(yè)的閥門檢測

醫(yī)療技術(shù)中閥門的生產(chǎn)商必須滿足客戶對最大切削油殘留量為25 mg /m2的行業(yè)規(guī)定?；谛?zhǔn)曲線(圖5)，定義最大清潔度為5 RFU。

圖5： 相對熒光單位(RFU)-油膜厚度