用于构件的颗粒大小和层附着性的光热质量控制的设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)的质量控制的方法(18,19,20,21)，其中，通过以至少一个频率ω周期性地进行强度调制(18)的能量源(5,5c,5d)来加热(19)所述构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)，其中，以相同频率ω调制的、由所述构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)辐射出的热波(81)的振幅A和/或相位

Devices and methods for light and thermal quality control of particle size and layer attachment for components

The invention relates to a method for component (4,4a, 4b, 4C, 4D, I, J, K) for quality control (18,19,20,21), which, by at least one frequency cycle of intensity modulation (18) energy source (5,5c, 5d) to the heating (19) the component (4,4a, 4b, 4C, 4D, I, J, K), which, in the same frequency modulation, by the component (4,4a, 4b, 4C, 4D, I, J, K) of the thermal radiation (81) amplitude and / or phase A

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于构件的颗粒大小和层附着性的光热质量控制的设备和方法
本专利技术涉及一种用于以制造过程的节拍进行构件的非破坏性质量控制的光热方法以及一种用于执行该方法的设备。
技术介绍
由于在柴油喷射系统中不断升高的压力，占多数的金属构件承受不断增加的负荷。在此，组织结构的均质性和颗粒细度起重要作用。经受大压力负荷的粗颗粒构件，例如电磁喷射器的阀件，可能形成裂纹并且最终断裂。于是不再确保喷射器的功能性。承受高负荷的构件附加地以功能层，例如以使磨损最小化的碳覆层，进行多次调质处理。在此，个别地出现碳层和金属之间的不良接合，这可能导致所述层脱落，从而可能导致喷射行为的改变。迄今仅能够破坏性地并因此仅抽样式地控制组织结构的颗粒性和功能层的附着性。为了评价组织结构，必须制成金相磨样(metallurgischerSchliff)并且接着例如借助光学显微镜光学地评估该磨样。例如在标准DINENISO643中规定了一种用于确定钢的可识别的铁素体或奥氏体颗粒大小的显微照相方法。功能层的附着性仅能够通过微小压痕和相似的检验方法来控制，这些检验方法至少局部地破坏所述层。在涉及用于将磨损保护层施加到成型工具上的CVD和PVD覆层加工的VDI指南3198中描述了用于测量功能层附着等级的洛氏(Rockwell)压痕测试。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是，提供一种用于构件的质量控制的方法，借助该方法既可以无破坏地监控材料的颗粒性又可以无破坏地监控功能层的附着特性。根据本专利技术，该任务通过根据独立权利要求的方法以及通过根据并列独立权利要求的、用于执行该方法的设备来解决。其它有利构型由引用独立权利要求的从属权利要求得出。在本专利技术的范畴内已经开发出一种用于构件的质量控制的方法。在此，通过以至少一个频率ω周期性地进行强度调制的能量源加热构件。由构件辐射出的热波的以相同频率ω调制的振幅A和/或相位被记录。能量源例如可以加热构件，其方式是：该能量源将热量直接输送给构件。但是例如光尤其激光也可以照射到构件上并且在那里通过吸收转化为热量。在此，在构件表面上周期性温度变化的振幅与照射光的频率f有关；该振幅典型地与f-1/2成正比。构件表面上的温度的绝对值与热扩散长度、照射功率、构件的导热能力和频率f有关。对于运行参数的典型值和钢作为材料而言，在调制频率ω为1000Hz情况下典型地得出构件表面上的温度变化的振幅小于1℃。根据本专利技术，根据振幅A和/或相位来评估构成该构件的材料的颗粒大小d和/或评估施加在该构件上的功能层的附着特性F。颗粒大小d例如能够以长度单位来给出。施加在构件上的功能层的附着特性F例如可以作为力F来给出，需要该力，以便从构件取下该功能层。已认识到，颗粒大小d和附着特性F都对构件的导热产生足够强的作用，以便以这种光热途径既能够非破坏性地又能够以制造批次的节拍来感测。由此可以使制成的构件的、迄今的抽样式控制扩大到100％控制。耦入构件中的热量侵入到材料中并且之后从该材料中至少部分地又以沿所有方向辐射出的热波形式放出。该过程通过材料的热阻被延迟。与此相应地，辐射出的热波相对于例如可以通过激光束进行的加热是有相位差的。进一步地，也可能损失一部分耦入的热量；于是，该部分对热波的振幅A不再有贡献。有利地，在构件表面上局部加热具有最大3μm的空间延展例如直径的区域。于是存在一个限定的初始点，从该初始点起热波在构件中传播。所述测量首要地是对材料的颗粒大小d敏感还是对功能层的附着特性F敏感，与从加热地点发出的热波到构件中的侵入深度有关。该侵入深度与相应于能量源调制频率ω的热波频率有关。在25Hz和400Hz之间的频率特别适合测量材料的颗粒大小，因为在该频率情况下热波很远地伸入构件中。在600Hz和2000Hz之间的频率特别适合测量功能层的附着特性F。之后，热波基本上留在构件的表面上。因此，对于检查功能层的附着特性F也根本不需要的是，构件在其内部是金属的或也仅是可导热的。为了也可以测量构件材料的颗粒大小，该材料应至少是这样导热的，使得在该材料中热波可以从局部加热的地点出发来传播。有利地，构件的温度周期性地从两个不同的基础温度T1和T2出发来调制。之后，对于两个温度T1和T2分别记录振幅A(T1)和A(T2)和/或相位和之后，通过振幅或者相位的温度相关性可以推断出，该振幅或者相位是否事实上是用于所寻求的颗粒大小d或者所寻求的附着特性F的度量。例如振幅A(T1)和A(T2)之间的绝对差或相对差ΔA(T2-T1)和/或相位和之间的绝对差或相对差(所述绝对差或相对差高于或低于预先给定的阈值S1)可以被评价为用于此的信号：在频率ω情况下的振幅A或者相位与所寻求的附着特性F或者与所寻求的颗粒大小d基本上无关。因此，例如功能层的附着特性F对热波的振幅A和相位的影响仅非常弱地与温度有关。如果所记录的振幅A或者相位非常强地随温度变化，那么这意味着相反结论：振幅或者相位可能不是首要地由功能层的附着特性F引起。进一步地，粗颗粒和细颗粒的组织结构的导热特性也不同程度地与温度有关。在细颗粒的组织结构中存在非常多的晶界(Korngrenze)，使得导热被晶界上的效应所主导。这些效应实际上与温度无关。如果振幅A或者相位明显与温度有关，那么在该评估中所涉及的“该组织结构是细颗粒的”的论断很可能是不正确的并且因此将其摒弃。相反地，在粗颗粒的组织结构中存在较少的晶界，使得在组织结构内导热起主导作用。该导热强烈地与温度有关。因此，所记录的振幅A或者相位的温度无关性不适合于确定“存在粗颗粒的组织结构”。这种矛盾的原因在于，在光热测量信号中分别寻求的效应与其它效应例如表面性质和边缘效应叠加。这些效应更多地是这样一种指标：对于具体的应用情况未最优地选择热波的侵入深度并从而未最优地选择加热的调制频率ω。作为频率的函数的热波侵入深度与材料有关。进一步地，晶界的影响也被由于组织结构本身、例如其结晶的长程有序性(Fernordnung)的干扰影响叠加。如果这些干扰影响主导测量信号，那么这表明：与本身对于粗组织结构所预期的情况相比相位信号明显更强地与温度有关。这也是用于此的指标：选择了非最优的调制频率ω，因为在该材料中首要地关注组织结构例如其长程有序性还是首要地关注晶界，同样与频率有关。在本专利技术的一个特别有利的构型中，能量源以至少两个不同的频率ω1和ω2和/或以该频率ω1和ω2的叠加来调制。对于这两个频率ω1和ω2和/或对于由这两个频率ω1和ω2的叠加，分别记录振幅A(ω1)、A(ω2)和/或A(ω1±ω2)或者记录相位和/或通过振幅A或者相位的频率相关性，例如通过与频率ω有关的相位的斜率，同样可以相互区分对光热测量信号的不同贡献。那么有利地，振幅A(ω1)、A(ω2)和/或A(ω1±ω2)之间的绝对差和/或相对差ΔA和/或相位和/或之间的绝对差和/或相对差被引入对所寻求的附着特性F或者所寻求的颗粒大小d的评估中。与绝对值的评估相比，斜率的评估可以提供更好的关联性。如果例如测量数据附带有叠加的偏移量，那么在求该取斜率时该偏移量没有影响。开发本方法的动机是在批量制造总是相同的构件时对持续的质量控制的需求。对于该应用，不首要地取决于获得用于附着特性F或者颗粒大小d的绝对值。而是取决于监控保持不变的质量和提前识别出本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)的质量控制的方法(18,19,20,21)，其中，通过以至少一个频率ω周期性地进行强度调制(18)的能量源(5,5c,5d)来加热(19)所述构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)，其中，以相同频率ω调制的、由所述构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)辐射出的热波(81)的振幅A和/或相位

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.24 DE 102015207551.61.用于构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)的质量控制的方法(18,19,20,21)，其中，通过以至少一个频率ω周期性地进行强度调制(18)的能量源(5,5c,5d)来加热(19)所述构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)，其中，以相同频率ω调制的、由所述构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)辐射出的热波(81)的振幅A和/或相位被记录(20)，其特征在于，根据振幅A和/或相位来评估(21)构成所述构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)的材料的颗粒大小d和/或施加在所述构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)上的功能层(42)的附着特性F。2.根据权利要求1所述的方法(18,19,20,21)，其特征在于，在25Hz和400Hz之间或在600Hz和2000Hz之间选择频率ω。3.根据权利要求1或2所述的方法(18,19,20,21)，其特征在于，所述构件(4,4a,4b,4c,4d,i,j,k)的温度周期性地从两个不同的基础温度T1和T2出发来调制，并且，对于两个基础温度T1和T2分别记录(20)振幅A(T1)和A(T2)和/或相位和4.根据权利要求3所述的方法(18,19,20,21)，其特征在于，振幅A(T1)和A(T2)之间的高于或低于预先给定的阈值S1的绝对差或相对差ΔA(T2-T1)和/或相位和之间的高于或低于预先给定的阈值的绝对差或相对差被评价为用于此的信号：在频率ω情况下所述振幅A或者所述相位与所寻求的附着特性F或者与所寻求的颗粒大小d基本上无关。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(18,19,20,21)，其特征在于，所述能量源(5c,5d)以至少两个不同的频率ω1和ω2和/或以所述频率ω1和ω2的叠加来调制，对于所述两个频率ω1和ω2和/或对于所述频率ω1和ω2的叠加分别记录(20)振幅A(ω1)、A(ω2)和/或A(ω1±ω2)或者相位和/或6.根据权利要求5所述的方法(18,19,20,21)，其特征在于，振幅A(ω1)、A(ω2)和/或A(ω1±ω2)之间的绝对差和/或相对差ΔA，和/或，相位和/或之间的绝对差和/或相对差被引入对所寻求的附着特性F或者所寻求的颗粒大小d的评估(21)中。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法(18,19,20,21)，其特征在于，首先在已知颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·施特雷勒，K·比希纳，V·克勒贝尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE