通过瞬时热分析进行工艺控制制造技术

一种利用瞬时热分析法检测、定位、隔离和控制生产工艺中变化的方法和设备。热源（２００）将热传送到一个表面，该表面受到红外区辐射的照射。红外传感器（２０４、２０６、２０８、２１０）连接到处理器，后者跟踪样本的物理特性，并反馈到中央处理控制器，以对生产工艺作出调整。该样本可以是连续产品，例如未加工的粉末金属片或者烟草产品。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生成高质量材料的一种设备、系统和方法。更具体说，本专利技术涉及材料热检查以及材料中缺陷的位置和／或几何形状的热检查，将结果反馈给工艺控制器，以识别、减少和消除材料中生成缺陷的发生率。热分析众所周知。它例如用于探测航空器表面和其它材料，以发现隐藏的裂缝和瑕疵。美国专利第5，711，603公开了一种瞬时深度热分析技术，以实现对象的非破坏性测试。该方法包括以下步骤加热对象表面，记录加热表面中每个象点的像素强度，根据像素强度确定象素对比度。该方法监视连续图像的像素对比度，确定缺陷在对象中的位置，该表面可以通过打印示出，打印中根据缺陷的深度给出不同的颜色。美国专利第5，705，821公开了一种通过扫描荧光微热成像，检查IC芯片中的缺陷的方法和设备。该方法使用扫描和聚焦激光射束来激励集成电路芯片表面上的薄荧光薄膜。收集薄膜上的荧光辐射，形成热图，可以观察到与IC芯片缺陷相关的局部加热。美国专利5，582，485公开了一种利用时变热信号分析结构的方法。投影机将移动的热斑投射到测试目标，对投射波长不敏感的红外摄像机检测该对象发射的热。由下向和侧向热能流的阻力形成的热引起热斑变化，因此可以同时检测裂缝和剥离。美国专利第5，444，241公开了一种双频段红外成像方法。计算机化的层析X射线摄影术利用红外辐射成像结构。需要成像的结构通过至少两种不同的红外辐射波长加热成像，利用这些顺次得到的图像可决定是否有缺陷。美国专利第5，032，727公开了一种利用热率分析检测出产的产品中缺陷的方法，据说涉及热数据比率及其分析，包括统计分析。还公开了图像改进和已知人工制品的剔除。本专利技术提供了一种成批生产，或者连续处理的产品的产品质量改进装置和方法，其中在产品生产过程中监视至少一种产品特性，根据监视结果控制一个或多个处理变量。或者，该设备和方法可以用于识别连续或批处理所产生的材料中缺陷的位置和／或几何形状。按照本专利技术的一种实施例，该设备可以包括中央处理控制器，热梯度生成器，红外检测器和计算机。控制器可以包括在生产线上生产产品时能够有效控制一个或多个处理变量的硬件和／或软件，热梯度生成器可以在沿生产线的某个位置向产品内提供热梯度，红外检测器可以用于接收产品的热图，配置在热梯度生成器处或其下游。计算机最好包括与中央处理控制器通信的硬件和／或软件，接收并分析从红外检测器传来的图像，确定产品的至少一种物理特性，按照确定的物理特性向中央处理控制器输出数据。如果确定的物理特性位于该物理特性的预定值范围之外，中央处理器还可以修改一个或多个处理变量。按照本专利技术的另一实施例，该设备可以用于检查具有工艺流程的产品生产工艺所生产的板材，其中该设备包括中央处理控制器，入射辐射源，输送机，红外检测器和计算机。中央处理控制器可以配置成控制生产工艺的至少一方面，入射辐射源可以照射在板材上，输送机将板材移动到单个平面上，红外检测器的位置靠近板材表面，从而生成板材表面图像，该红外检测器位于入射辐射源处或其下游。计算机能够与中央处理控制器通信，配置成从红外检测器接收和分析图像，确定板材的物理特性，并将确定的物理特性发送给中央处理控制器，使得中央处理控制器根据确定的物理特性，调整生产工艺的至少一个方面。附图说明图1是按照本专利技术生产合金材料的生产线的透视图；图2是按照本专利技术的瞬时热分析检查系统的侧视图3是按照本专利技术的用瞬时热成像正检查材料的侧视图；图4是按照本专利技术生产合金材料的生产线的透视图，该生产线具有检查和反馈控制的优选设备；图5是按照本专利技术的诱导激励成像系统的透视图；图6A是相对热量增量与时间平方根的关系的曲线图；图6B是示出各采样位置的透射成像样本的三张图；图6C是图6B的位置A上相对温度变化与时间的关系的曲线图形；图6D是图6B的位置B上相对温度变化与时间的关系的曲线图形；图6E是图6B的位置C上相对温度变化与时间的关系的曲线图形；图6F是按照本专利技术的反射图像；图7是本专利技术热成像系统的优选实施例的侧视图；图8是按照本专利技术的反射图像(带铸样品)；图9是比较光、热和物理测试数据的数字说明；图10是按照本专利技术的以时间顺序的热透射图像的数字图像；图11是按照本专利技术反射成像的包含缺陷的样品的数字图像；图12示出本专利技术的设备，其中热梯度生成器用于加热或冷却由各向同性或各向异性材料连续生成的产品；图13说明了FeAI未加工板样本上热喷流率的两维图；图14说明了在FeAI未加工板样本上不同黏合剂浓度区域的表面温度的时间衰变；图15说明了具有标称黏合剂浓度但压实压力不同的FeAI样本上表面温度的时间衰变；图16组合了图14和15的结果，示出了未加工板的相对喷流率如何随组份和压力而变化；图17说明了压实密度和黏合剂装入之间非无效关系；图18和19说明了FeAI未加工板强度和黏合剂的关系曲线；图20说明了标准未加工板(经受处理而形成可接受的安全致密的FeAI板)中的喷流率变化；图21和22说明了(图13所给出的材料)的喷流率相对于标准材料的变化；图23说明了确定原料未加工板的非均匀性，从而预测致密的FeAI板中裂缝生成的频率；以及图24示出了具有黏合层，垫和烟草涂层(coating)的烟草组合物的热分析，该图左边具有重205g／m2的涂层，右边具有重170g／m2的涂层。按照本专利技术的方法和设备可以用于批量生产的或者连续出产的颗粒形或固体材料。按照优选实施例，处理材料包括连续生成的金属粉制品，例如板材，以及非金属材料，例如烟草产品。该设备和方法可以用于工艺变量的实时控制，或者识别处理材料中裂纹的位置和／或几何形状。为了确保处理材料的质量，本专利技术打算利用不定期出产的材料的各向异性热流特性来检测和控制生产工艺中的变量。此外，本专利技术打算分离特定测量，例如厚度和密度，提供附加的有用的工艺数据来进行优化的工艺控制。此外，本专利技术可以定位和隔离生产流程中有缺陷材料的几何结构，以提供高质量输出。本专利技术具有多个优点，包括在生产流程中利用缺陷检测系统生产可靠的高质量材料，该缺陷检测系统提供部分处理材料中的缺陷指示，以处理结束之后减小废品。如果需要，该系统可以包括回馈系统，以控制在线生产工艺，减少所产生的废品数量。例如，该系统可以通过反馈系统提供生产工艺的在线分量控制，从而可以进行工艺的实时调整。在进行加工时，生产的材料的图像可以作为质量控制检测点，用于指示是否出现裂缝。在加工中，可以得到材料物理特性的个别数据，而不是多种特性的合成数据。在一种示例性实施例中，材料形成连续产品，例如粉冶未加工板或者烟草薄板，例如金属或非金属物的复合材料，例如金属、陶瓷或有机物质包括涂层烟草等的复合材料。按照本专利技术第一实施例的设备和方法最好结合特定最终用途，例如采用不同工艺生产的合金生产来理解。下面的讨论仅用于说明，不应理解成对本专利技术范围的限制。通过粉冶术生产合金需要许多特定的工艺步骤，并加入离散的成分，才能使合金具有精确标定的特性。工艺中即使与预定特性略有偏差，也会导致出现裂缝或者不可用的材料。合金的特性在于，均匀性、质点大小、厚度和影响最终产品特性的各种其它参数。特别重要的是，合金材料在最早的生成步骤中的处理，例如所谓的“未加工板”需要特定的非侵入型分析。例如，用作电阻加热元件的合金需要特定的电阻才能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检查用工艺流程的生产工艺所生产的板材的设备，包括：中央处理控制器，配置成控制生产工艺的至少一个方面；入射辐射源，该辐射射到板材上；输送机，在单个平面上移动板材；至少一个红外检测器，其位置靠近板材表面，所述红外检测器的位置 使得它能够在入射辐射源处或其下游生成板材表面图像；与中央处理控制器通信的计算机，它被配置成接收并分析红外检测器送来的图像，确定板材的物理特性，并将确定的物理特性发送给中央处理控制器；使得中央处理控制器在接收到确定的物理特性之后，调整生产 工艺的至少一方面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔L沃特金斯，吉尔S弗雷施豪尔，小A克里夫顿莉利，
申请(专利权)人：菲利普莫里斯生产公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]