久久一区二区免费播放,国产在线欧美日韩一区二区,国产综合色在线视频,精品伊人久久久香线蕉,精品视频麻豆网站,玖玖国产,国内精品久久久久影,在线观看精品视频一区二区三区,午夜久久影院,国产精品一区久久

用于確定鋼部件，特別是齒輪的有效表面硬化或滲氮深度的設(shè)備及方法
【專利摘要】一種用于確定鋼部件的有效表面硬化或滲氮深度的設(shè)備（1）包括測量頭（2）和展開設(shè)備（3），該測量頭包括激光源（10），產(chǎn)生用于掃描待測量的部件的預(yù)定部分的可變頻率的輻射；紅外探測器（16），構(gòu)造成以檢測由該待測量的部件所產(chǎn)生的紅外輻射；以及所接收的紅外輻射的光譜的計(jì)算設(shè)備（17），該展開設(shè)備連接到測量頭（2）并包括第一計(jì)算設(shè)備（26，40至56）和第二計(jì)算設(shè)備（26，58），該第一計(jì)算設(shè)備適于基于啟動分布和所接收的紅外輻射的光譜來計(jì)算待測量的部件的硬度分布，該第二計(jì)算設(shè)備適于從所計(jì)算的硬度分布來計(jì)算有效表面硬化深度。
【專利說明】用于確定鋼部件，特別是齒輪的有效表面硬化或滲氮深度的設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定鋼部件(特別是齒輪)的有效表面硬化或滲氮深度的設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，一些應(yīng)用需要高硬度鋼齒輪。為了這個目的，鋼經(jīng)受包括表面的滲氮或表面硬化的階段以及鋼部件的后續(xù)熱處理的硬化過程。該過程實(shí)現(xiàn)了鋼從奧氏體向馬氏體的局部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，其晶粒使鋼更堅(jiān)硬。從熱的觀點(diǎn)來看，由于在晶粒的邊緣處的高接觸熱阻，馬氏體的晶粒的存在抑制了熱的傳輸。
[0003]宏觀的結(jié)果是，隨著馬氏體含量的增加，鋼的硬度增加，并且傳導(dǎo)性和熱擴(kuò)散系數(shù)降低。表面硬化和/或滲氮深度是齒輪設(shè)計(jì)要求，并且因此必須在測試階段測量。
[0004]目前，為了在硬化過程結(jié)束時評估樣品的硬度，在熱處理和另外的鋼加工階段的后續(xù)程序(通常是最后的齒輪磨削操作的后續(xù)程序)之后來測量有效的表面硬化或滲氮深度。
[0005]為了這個目的，在熱處理后，在表面硬化或滲氮期間伴隨批次的圓柱試件的中央部分上使用硬度計(jì)來確定硬度分布(hardness profile);在最后的磨削后,在以120°布置的三個齒的齒側(cè)上、齒根半徑上、齒頂上及端面上，以及齒輪承載軌跡上來確定硬度分布。
[0006]在這兩種情況下，在通過硬度計(jì)確定硬度分布后，初步操作是必要的，該操作需要進(jìn)行齒輪和圓柱試件的剖切、樹脂封裝以及拋光。
[0007]當(dāng)前用于確定硬度的方法是不利的，因?yàn)樗瞧茐男灶愋偷那倚枰獙X輪進(jìn)行剖切。此外，由于用于準(zhǔn)備待測量樣品的一系列初步操作的存在，該方法昂貴且冗長。
[0008]文章“Reconstruction of depth profiles of thermal conductivity of casehardened steels using a three-dimensional photothermal technique (使用三維光熱技術(shù)的表面硬化鋼的導(dǎo)熱性的深度分布的重構(gòu))”，洪瞿(音)等，應(yīng)用物理雜志第104卷，第
11期，1-1-2008，第113518頁描述了用于確定有效表面硬化深度的方法。特別地，所述方法需要非表面硬化樣本以及具有已知和不同的有效表面硬化深度的多個表面硬化樣本。此夕卜，激光源以可變頻率傳輸電磁輻射激勵到每個表面硬化樣本；因此,作為響應(yīng),每個表面硬化樣本產(chǎn)生電磁輻射。根據(jù)該方法，光譜此外確定用于每個表面硬化樣本；該光譜等于由所考慮的表面硬化樣本產(chǎn)生的電磁響應(yīng)輻射的相位與由非表面硬化樣本產(chǎn)生的電磁響應(yīng)輻射的相位之間的差，該差為電磁激勵輻射的頻率的函數(shù)。對于每個光譜，對應(yīng)的最小值和該最小值發(fā)生的對應(yīng)的頻率因此被計(jì)算；以這種方式，最小頻率的數(shù)量將對應(yīng)于表面硬化樣本的數(shù)量。然后確定校準(zhǔn)函數(shù)，該函數(shù)使最小頻率與對應(yīng)的表面硬化樣本的有效表面硬化深度相關(guān)。然后電磁福射激勵傳輸?shù)轿粗獦颖?，以便未知樣本產(chǎn)生相應(yīng)的電磁響應(yīng)福射。隨后確定另一個光譜，等于由未知樣本所產(chǎn)生的電磁響應(yīng)輻射相位與由非表面硬化樣本產(chǎn)生的電磁響應(yīng)輻射相位之間的差，該差為電磁輻射激勵的頻率的函數(shù)。最后確定該另一個光譜的最小值，以及該最小值發(fā)生的對應(yīng)的頻率。通過未知樣本的最小頻率與上述校準(zhǔn)函數(shù)之間的對比，未知樣本的有效表面硬化深度被評估。
[0009]盡管所述方法為非破壞型的，但是該方法提供了在很大程度上取決于精度的結(jié)果，通過該精度確定已知表面硬化樣品的最小頻率。然而，不幸地是，最小頻率的確定可能不精確，并且因此校準(zhǔn)函數(shù)可能不準(zhǔn)確。此外，校準(zhǔn)函數(shù)具有很高的斜率；因此，在確定未知樣品的最小頻率方面不可避免的不準(zhǔn)確度在所確定的有效表面硬化深度上引起相當(dāng)大的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是提供一種用于測量有效表面硬化或滲氮深度的設(shè)備和方法，其解決了已知方法的缺陷。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，如權(quán)利要求1中所限定的，提供一種用于確定鋼部件的有效表面硬化或滲氮深度的設(shè)備。此外，根據(jù)本發(fā)明，如權(quán)利要求8中所限定的，提供一種用于確定鋼部件的有效表面硬化或滲氮深度的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]現(xiàn)在將參照對非限制性實(shí)施例進(jìn)行說明的附圖來描述本發(fā)明，在附圖中:
[0013]圖1示出了屬于本設(shè)備的測量頭的示意圖；
[0014]圖2示出了屬于本設(shè)備的展開設(shè)備(evolventimeter)的實(shí)施；
[0015]圖3示出了進(jìn)行測量的區(qū)域和齒輪的一部分；
[0016]圖4a和圖4b示出了由圖1的測量頭測量的光譜的實(shí)例；
[0017]圖5示出了待使用本方法分析的齒輪部分的物理結(jié)構(gòu)的模型；
[0018]圖6示出了由本方法所使用的初始硬度分布；
[0019]圖7a和圖7b示出了本方法確定有效深度的流程圖；以及
[0020]圖8示出了由本方法確定的硬度分布與通過硬度計(jì)測量的參考分布之間的比較。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明基于測量技術(shù)PTR (激光光熱輻射測量)，包括使用調(diào)頻激光源激勵待測量的部件的區(qū)域。產(chǎn)生的熱波穿透入硬化鋼中并由材料反射；因此，該材料產(chǎn)生紅外輻射。
[0022]特別地，激光輻射的穿透深度取決于其頻率。此外，發(fā)出的紅外輻射取決于每次反射的區(qū)域的硬度；因此，通過用區(qū)分頻率(differentiated frequency,不同頻率)的激光輻射掃描待測量的齒輪的區(qū)域，在每個時刻，紅外輻射與在該時刻由激光輻射沖擊的區(qū)域的特定硬度相關(guān)。紅外探測器(例如締萊鎘(cadmium mercury telluride))以及適當(dāng)?shù)奶幚黼娮悠骷占摷t外輻射并確定該紅外輻射的光譜，并且特別地，確定所發(fā)出的紅外輻射的振幅和相位；更詳細(xì)地，除了由該部件發(fā)出的紅外輻射的振幅與由非表面硬化部件所發(fā)出的紅外輻射的相位之間的差之外，該處理電子器件確定由該部件發(fā)出的紅外輻射的相位與由非表面硬化(已知)部件所發(fā)出的紅外輻射的相位之間的差，如以下更詳細(xì)地進(jìn)行描述。分別地，獲得初始表面硬化或滲氮參數(shù)，如以下所解釋；基于初始參數(shù)，生成稱為啟動分布(launch profile)的初始硬度分布，考慮檢測的光譜以及齒輪材料的擴(kuò)散系數(shù)與局部硬度之間的關(guān)系(已知)在幾個步驟中校正該啟動分布；該關(guān)系以本身已知的方式在實(shí)驗(yàn)上確定，例如通過在具有已知硬度分布的樣本上的光熱偏轉(zhuǎn)。通過迭代過程，獲得具有與所測量的光譜類似的熱光譜的重構(gòu)硬度分布。通過定義，所述重構(gòu)硬度分布具有等于513HV的值的深度構(gòu)成有效的表面硬化或滲氮深度E，而定義為核心硬度+100HV。
[0023]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)，本設(shè)備I (圖2)包括兩個部分:在圖1中示意性地示出的測量頭2，以及在圖2示出的展開設(shè)備3。
[0024]詳細(xì)地，測量頭2包括激光源10，該激光源連接到激光準(zhǔn)直器11、電源12以及控制器13。激光源10還連接到熱電式冷卻控制系統(tǒng)(未示出)。此外，測量頭I包括聚焦器
15、IR探測器16以及光譜計(jì)算單元17，該光譜計(jì)算單元還稱為處理單元17。
[0025]例如，在本 申請人:制造的原型中，已優(yōu)化了測量頭2，以便焦點(diǎn)F與激光準(zhǔn)直器的透鏡LI之間的距離Dl為27mm、透鏡LI與齒輪20之間的距離為77mm、以及齒輪20與IR探測器16之間的距離等于200mm。IR探測器16為HgCdTe類型。
[0026]測量頭2通過展開設(shè)備3移動(僅以本領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易理解的方式由移動單元21示意性地示出)，以允許由激光準(zhǔn)直器11發(fā)出的激光束18在不同頻率下掃描齒輪20，即每個單個齒的齒側(cè)22、齒根半徑23以及齒頂24 (圖3)。
[0027]如上所示，通過定位在距離表面的不同距離處的齒輪20的材料，該掃描頻率(例如從1000Hz到0Hz，并具有對數(shù)趨勢)確定對應(yīng)紅外輻射(還作為熱波被熟知)的發(fā)射，通過聚焦器I的透鏡15a聚焦的該紅外輻射由產(chǎn)生對應(yīng)電信號的IR探測器16檢測。然后這些信號由處理單元17處理以獲得相位和熱波振幅的趨勢，以下由測量的光譜表示并例如分別在圖4a和圖4b中不出。`
[0028]更詳細(xì)地，處理單元17確定由展開設(shè)備3接收的紅外輻射的第一和第二測量光譜，該紅外福射由齒輪20所識別的一部分以本身已知的方式發(fā)出。齒輪20的識別部分與激光源10之間的距離在頻率掃描操作期間保持恒定。
[0029]在描述所測量的第一和第二光譜之前，應(yīng)當(dāng)注意的是，在確定由非表面硬化齒輪(未示出)發(fā)出的紅外輻射的相位和振幅的趨勢(隨著激光源19的頻率改變)之前，進(jìn)行第一和第二測量光譜的確定，并且特別地，非表面硬化齒輪為由展開設(shè)備3所識別的該非表面硬化齒輪的一部分并對應(yīng)于齒輪20的上述部分。該非表面硬化齒輪由與齒輪20相同的材料形成，但其并非表面硬化的；此外，非表面硬化齒輪具有與齒輪20相同的幾何形狀。
[0030]在頻率掃描期間，激光源10與非表面硬化齒輪的識別部分之間的距離不變。以下，為了簡便，參照由被理解的展開設(shè)備3所識別的對應(yīng)的部分，提及由齒輪20和非表面硬化齒輪發(fā)出的紅外輻射。
[0031]測量的第一光譜等于由齒輪20所產(chǎn)生的紅外輻射的相位與由非表面硬化齒輪所生成的紅外輻射的相位之間的差，該差為由激光源10所產(chǎn)生的輻射的頻率的函數(shù)。測量的第二光譜等于由齒輪20所產(chǎn)生的紅外輻射的振幅與由非表面硬化齒輪所生成的紅外輻射的振幅之間的差，該差為由激光源10所產(chǎn)生的輻射的頻率的函數(shù)。
[0032]如圖5所示，更詳細(xì)地，待分析的齒輪的部分示出為由N+2層的序列形成，該序列包括具有硬度Hsurt的表層S、具有硬度Hbulk的核心層B、以及N個中間層Li,每個中間層均由各自層內(nèi)部的統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)建模并具有各自的硬度Hi，其中i=l，2，…，N，硬度在每一層內(nèi)部是恒定的。該N個中間層1^具有相等的厚度，例如0.1mm;因此，在每個中間層中，熱擴(kuò)散系數(shù)視為恒定的。
[0033]在該假設(shè)中，測量頭2執(zhí)行圖7a的流程圖中示出的并包括以下階段的步驟:利用可變頻率激光輻射掃描待測量的部件的預(yù)定部分，步驟32 ;響應(yīng)于激光掃描檢測由待測量的部件產(chǎn)生的紅外輻射，步驟34 ;以及確定所接收的紅外輻射的光譜(B卩，上述測量的第一和第二光譜)，步驟36。
[0034]除了用于測量頭2的支撐臺25，展開設(shè)備3 (圖2)包括計(jì)算器26 (該計(jì)算器設(shè)置用于測量頭2的運(yùn)動并還可包括圖1的光譜計(jì)算單元17)以及用于與操作者交互的輸入/輸出界面單元，諸如鍵盤27、屏幕28、打印機(jī)29等。
[0035]此外，處理單元17執(zhí)行算法以根據(jù)中間層Li的均勻性的假設(shè)來確定重構(gòu)的硬度分布，如上面所討論的，并且起初使用啟動分布扎(根據(jù)變量z，與表面相距的距離)設(shè)定以代表對于所有檢測的鋼的期望的分布，屬于由以下表達(dá)式提供的下降的單調(diào)分布的類別:
【權(quán)利要求】
1.用于確定待測量的鋼部件的有效表面硬化或滲氮深度的設(shè)備(1)，包括: -展開設(shè)備(3)，適于識別所述待測量的部件和非表面硬化非滲氮類型的參考部件的部分；以及 -測量頭(2)，連接到所述展開設(shè)備并且包括激光源(10)，所述激光源構(gòu)造成產(chǎn)生用于掃描由所述展開設(shè)備識別的所述待測量的部件和所述參考部件的部分的可變頻率的輻射； 并且，其中所述測量頭還包括: -紅外探測器(16)，構(gòu)造成響應(yīng)于通過所述激光源進(jìn)行的掃描檢測由所述待測量的部件并由所述參考部件所產(chǎn)生的紅外輻射； -第一處理設(shè)備(17)，構(gòu)造成基于所檢測的紅外輻射確定第一測量光譜與第二測量光譜之間的至少一個，所述第一測量光譜表示由所述待測量的部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的相位與由所述參考部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的相位之間的差，所述第二測量光譜表示由所述待測量的部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的振幅與由所述參考部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的振幅之間的差； -第一計(jì)算設(shè)備(26，40至56)，構(gòu)造成基于與第一硬度分布相等的啟動分布以及所述第一測量光譜與所述第二測量光譜之間的所述至少一個來計(jì)算所述待測量的部件的所計(jì)算的硬度分布；以及 -第二計(jì)算設(shè)備(26，58)，構(gòu)造成基于所述所計(jì)算的硬度分布來計(jì)算所述有效表面硬化深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一計(jì)算設(shè)備(26，40至56)包括:` -設(shè)備(44 )，用于確定對應(yīng)于所述啟動分布的擴(kuò)散系數(shù)分布； -第三計(jì)算設(shè)備(46)，構(gòu)造成基于熱方程來執(zhí)行逆算法以計(jì)算由具有與所述啟動分布相等的硬度分布的理論部件所產(chǎn)生的紅外輻射的相位和振幅； -第二處理設(shè)備(46)，構(gòu)造成確定與所述啟動分布相關(guān)的第一熱發(fā)射光譜與第二熱發(fā)射光譜之間的至少一個輸出，所述第一熱發(fā)射光譜表示由所述理論部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的所計(jì)算的相位與由所述參考部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的相位之間的差，所述第二熱發(fā)射光譜表示由所述理論部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的所計(jì)算的振幅與由所述參考部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的振幅之間的差； -比較設(shè)備(48，50)，構(gòu)造成將所述第一熱發(fā)射光譜與所述第二熱發(fā)射光譜之間的所述至少一個與所述第一測量光譜與所述第二測量光譜之間的所述至少一個進(jìn)行比較；以及 -基于由所述比較設(shè)備進(jìn)行比較的所述啟動分布的校正設(shè)備(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述第一處理設(shè)備(17)構(gòu)造成確定所述第一測量光譜和所述第二測量光譜兩者，并且所述第二處理設(shè)備(46)構(gòu)造成確定所述第一熱發(fā)射光譜和所述第二熱發(fā)射光譜兩者；并且其中，所述比較設(shè)備(48，50)構(gòu)造成將所述第一熱發(fā)射光譜和所述第二熱發(fā)射光譜分別與所述第一測量光譜和所述第二測量光譜進(jìn)行比較。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述展開設(shè)備包括用于所述測量頭(2)的運(yùn)動的設(shè)備(21)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述啟動分布為與所述待測量的部件(20)的表面的距離的雙曲正切類型的下降的單調(diào)函數(shù)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述第一計(jì)算設(shè)備(26，40至56)構(gòu)造成執(zhí)行迭代過程。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述測量頭(2)安裝在所述展開設(shè)備(3)上。
8.一種用于確定鋼部件的有效表面硬化或滲氮深度的方法，包括以下步驟: -識別所述待測量的部件和非表面硬化非滲氮類型的參考部件的部分； -利用可變頻率激光輻射掃描所述待測量的部件(20)和所述參考部件的識別部分；-響應(yīng)于所述激光掃描檢測由所述待測量的部件和由所述參考部件產(chǎn)生的紅外輻射；-基于所檢測的所述紅外輻射確定第一測量光譜與第二測量光譜之間的至少一個，所述第一測量光譜表示由所述待測量的部件產(chǎn)生的所述紅外輻射相位與由所述參考部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的相位之間的差，所述第二測量光譜表示由所述待測量的部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的振幅與由所述參考部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的振幅之間的差； -獲得第一硬度分布； -基于所述第一硬度分布產(chǎn)生啟動分布； -確定所述待測量的部件的所計(jì)算的硬度分布，基于所述第一測量光譜與所述第二測量光譜之間的所述至少一個來修改所述啟動分布；以及 -基于所述所計(jì)算的硬度分布來確定所述有效表面硬化深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述確定所計(jì)算的硬度分布的步驟包括以下步驟: -確定與所述啟動分布相關(guān)的擴(kuò)散系數(shù)分布； -基于熱方程來執(zhí)行逆算法以計(jì)算由具有與所述啟動分布相等的硬度分布的理論部件所產(chǎn)生的紅外輻射的相位和振幅； -確定與所述啟動分布相關(guān)的第一熱發(fā)射光譜與第二熱發(fā)射光譜之間的至少一個，所述第一熱發(fā)射光譜表示由所述理論部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的所計(jì)算的相位與由所述參考部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的相位之間的差，所述第二熱發(fā)射光譜表示由所述理論部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的所計(jì)算的振幅與由所述參考部件產(chǎn)生的所述紅外輻射的振幅之間的差; -將所述第一熱發(fā)射光譜與所述第二熱發(fā)射光譜之間的所述至少一個與所述第一測量光譜與所述第二測量光譜之間的所述至少一個進(jìn)行比較；以及-基于所做的所述比較來校正所述啟動分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述第一測量光譜和所述第二測量光譜兩者，并且確定所述第一熱發(fā)射光譜和所述第二熱發(fā)射光譜兩者；并且其中，所述比較步驟包括分別將所述第一熱發(fā)射光譜和所述第二熱發(fā)射光譜與所述第一測量光譜和所述第二測量光譜作比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，所述確定擴(kuò)散系數(shù)分布的步驟包括，基于在具有已知硬度的試件上執(zhí)行的測試，將所述啟動分布的每個點(diǎn)與擴(kuò)散系數(shù)值相關(guān)聯(lián)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述啟動分布為與所述待測量的部件的表面的距離的雙曲正切類型的下降的單調(diào)函數(shù)。
【文檔編號】G01B21/08GK103827625SQ201280033575
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月4日
【發(fā)明者】薩爾瓦托雷·米萊塔里, 薩爾瓦托雷·瓊塔 申請人:Ge亞飛歐有限責(zé)任公司