專利名稱：通過(guò)瞬時(shí)熱分析進(jìn)行工藝控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生成高質(zhì)量材料的一種設(shè)備、系統(tǒng)和方法。更具體說(shuō)，本發(fā)明涉及材料熱檢查以及材料中缺陷的位置和／或幾何形狀的熱檢查，將結(jié)果反饋給工藝控制器，以識(shí)別、減少和消除材料中生成缺陷的發(fā)生率。
熱分析眾所周知。它例如用于探測(cè)航空器表面和其它材料，以發(fā)現(xiàn)隱藏的裂縫和瑕疵。
美國(guó)專利第5，711，603公開了一種瞬時(shí)深度熱分析技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)象的非破壞性測(cè)試。該方法包括以下步驟加熱對(duì)象表面，記錄加熱表面中每個(gè)象點(diǎn)的像素強(qiáng)度，根據(jù)像素強(qiáng)度確定象素對(duì)比度。該方法監(jiān)視連續(xù)圖像的像素對(duì)比度，確定缺陷在對(duì)象中的位置，該表面可以通過(guò)打印示出，打印中根據(jù)缺陷的深度給出不同的顏色。
美國(guó)專利第5，705，821公開了一種通過(guò)掃描熒光微熱成像，檢查IC芯片中的缺陷的方法和設(shè)備。該方法使用掃描和聚焦激光射束來(lái)激勵(lì)集成電路芯片表面上的薄熒光薄膜。收集薄膜上的熒光輻射，形成熱圖，可以觀察到與IC芯片缺陷相關(guān)的局部加熱。
美國(guó)專利5，582，485公開了一種利用時(shí)變熱信號(hào)分析結(jié)構(gòu)的方法。投影機(jī)將移動(dòng)的熱斑投射到測(cè)試目標(biāo)，對(duì)投射波長(zhǎng)不敏感的紅外攝像機(jī)檢測(cè)該對(duì)象發(fā)射的熱。由下向和側(cè)向熱能流的阻力形成的熱引起熱斑變化，因此可以同時(shí)檢測(cè)裂縫和剝離。
美國(guó)專利第5，444，241公開了一種雙頻段紅外成像方法。計(jì)算機(jī)化的層析X射線攝影術(shù)利用紅外輻射成像結(jié)構(gòu)。需要成像的結(jié)構(gòu)通過(guò)至少兩種不同的紅外輻射波長(zhǎng)加熱成像，利用這些順次得到的圖像可決定是否有缺陷。
美國(guó)專利第5，032，727公開了一種利用熱率分析檢測(cè)出產(chǎn)的產(chǎn)品中缺陷的方法，據(jù)說(shuō)涉及熱數(shù)據(jù)比率及其分析，包括統(tǒng)計(jì)分析。還公開了圖像改進(jìn)和已知人工制品的剔除。
本發(fā)明提供了一種成批生產(chǎn)，或者連續(xù)處理的產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)裝置和方法，其中在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中監(jiān)視至少一種產(chǎn)品特性，根據(jù)監(jiān)視結(jié)果控制一個(gè)或多個(gè)處理變量?；蛘撸撛O(shè)備和方法可以用于識(shí)別連續(xù)或批處理所產(chǎn)生的材料中缺陷的位置和／或幾何形狀。
按照本發(fā)明的一種實(shí)施例，該設(shè)備可以包括中央處理控制器，熱梯度生成器，紅外檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)?？刂破骺梢园ㄔ谏a(chǎn)線上生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)能夠有效控制一個(gè)或多個(gè)處理變量的硬件和／或軟件，熱梯度生成器可以在沿生產(chǎn)線的某個(gè)位置向產(chǎn)品內(nèi)提供熱梯度，紅外檢測(cè)器可以用于接收產(chǎn)品的熱圖，配置在熱梯度生成器處或其下游。計(jì)算機(jī)最好包括與中央處理控制器通信的硬件和／或軟件，接收并分析從紅外檢測(cè)器傳來(lái)的圖像，確定產(chǎn)品的至少一種物理特性，按照確定的物理特性向中央處理控制器輸出數(shù)據(jù)。如果確定的物理特性位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外，中央處理器還可以修改一個(gè)或多個(gè)處理變量。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，該設(shè)備可以用于檢查具有工藝流程的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)的板材，其中該設(shè)備包括中央處理控制器，入射輻射源，輸送機(jī)，紅外檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)。中央處理控制器可以配置成控制生產(chǎn)工藝的至少一方面，入射輻射源可以照射在板材上，輸送機(jī)將板材移動(dòng)到單個(gè)平面上，紅外檢測(cè)器的位置靠近板材表面，從而生成板材表面圖像，該紅外檢測(cè)器位于入射輻射源處或其下游。計(jì)算機(jī)能夠與中央處理控制器通信，配置成從紅外檢測(cè)器接收和分析圖像，確定板材的物理特性，并將確定的物理特性發(fā)送給中央處理控制器，使得中央處理控制器根據(jù)確定的物理特性，調(diào)整生產(chǎn)工藝的至少一個(gè)方面。


圖1是按照本發(fā)明生產(chǎn)合金材料的生產(chǎn)線的透視圖；圖2是按照本發(fā)明的瞬時(shí)熱分析檢查系統(tǒng)的側(cè)視圖3是按照本發(fā)明的用瞬時(shí)熱成像正檢查材料的側(cè)視圖；圖4是按照本發(fā)明生產(chǎn)合金材料的生產(chǎn)線的透視圖，該生產(chǎn)線具有檢查和反饋控制的優(yōu)選設(shè)備；圖5是按照本發(fā)明的誘導(dǎo)激勵(lì)成像系統(tǒng)的透視圖；圖6A是相對(duì)熱量增量與時(shí)間平方根的關(guān)系的曲線圖；圖6B是示出各采樣位置的透射成像樣本的三張圖；圖6C是圖6B的位置A上相對(duì)溫度變化與時(shí)間的關(guān)系的曲線圖形；圖6D是圖6B的位置B上相對(duì)溫度變化與時(shí)間的關(guān)系的曲線圖形；圖6E是圖6B的位置C上相對(duì)溫度變化與時(shí)間的關(guān)系的曲線圖形；圖6F是按照本發(fā)明的反射圖像；圖7是本發(fā)明熱成像系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)視圖；圖8是按照本發(fā)明的反射圖像(帶鑄樣品)；圖9是比較光、熱和物理測(cè)試數(shù)據(jù)的數(shù)字說(shuō)明；圖10是按照本發(fā)明的以時(shí)間順序的熱透射圖像的數(shù)字圖像；圖11是按照本發(fā)明反射成像的包含缺陷的樣品的數(shù)字圖像；圖12示出本發(fā)明的設(shè)備，其中熱梯度生成器用于加熱或冷卻由各向同性或各向異性材料連續(xù)生成的產(chǎn)品；圖13說(shuō)明了FeAI未加工板樣本上熱噴流率的兩維圖；圖14說(shuō)明了在FeAI未加工板樣本上不同黏合劑濃度區(qū)域的表面溫度的時(shí)間衰變；圖15說(shuō)明了具有標(biāo)稱黏合劑濃度但壓實(shí)壓力不同的FeAI樣本上表面溫度的時(shí)間衰變；圖16組合了圖14和15的結(jié)果，示出了未加工板的相對(duì)噴流率如何隨組份和壓力而變化；圖17說(shuō)明了壓實(shí)密度和黏合劑裝入之間非無(wú)效關(guān)系；圖18和19說(shuō)明了FeAI未加工板強(qiáng)度和黏合劑的關(guān)系曲線；圖20說(shuō)明了標(biāo)準(zhǔn)未加工板(經(jīng)受處理而形成可接受的安全致密的FeAI板)中的噴流率變化；圖21和22說(shuō)明了(圖13所給出的材料)的噴流率相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)材料的變化；圖23說(shuō)明了確定原料未加工板的非均勻性，從而預(yù)測(cè)致密的FeAI板中裂縫生成的頻率；以及圖24示出了具有黏合層，墊和煙草涂層(coating)的煙草組合物的熱分析，該圖左邊具有重205g／m2的涂層，右邊具有重170g／m2的涂層。
按照本發(fā)明的方法和設(shè)備可以用于批量生產(chǎn)的或者連續(xù)出產(chǎn)的顆粒形或固體材料。按照優(yōu)選實(shí)施例，處理材料包括連續(xù)生成的金屬粉制品，例如板材，以及非金屬材料，例如煙草產(chǎn)品。該設(shè)備和方法可以用于工藝變量的實(shí)時(shí)控制，或者識(shí)別處理材料中裂紋的位置和／或幾何形狀。
為了確保處理材料的質(zhì)量，本發(fā)明打算利用不定期出產(chǎn)的材料的各向異性熱流特性來(lái)檢測(cè)和控制生產(chǎn)工藝中的變量。此外，本發(fā)明打算分離特定測(cè)量，例如厚度和密度，提供附加的有用的工藝數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化的工藝控制。此外，本發(fā)明可以定位和隔離生產(chǎn)流程中有缺陷材料的幾何結(jié)構(gòu)，以提供高質(zhì)量輸出。
本發(fā)明具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括在生產(chǎn)流程中利用缺陷檢測(cè)系統(tǒng)生產(chǎn)可靠的高質(zhì)量材料，該缺陷檢測(cè)系統(tǒng)提供部分處理材料中的缺陷指示，以處理結(jié)束之后減小廢品。如果需要，該系統(tǒng)可以包括回饋系統(tǒng)，以控制在線生產(chǎn)工藝，減少所產(chǎn)生的廢品數(shù)量。例如，該系統(tǒng)可以通過(guò)反饋系統(tǒng)提供生產(chǎn)工藝的在線分量控制，從而可以進(jìn)行工藝的實(shí)時(shí)調(diào)整。在進(jìn)行加工時(shí)，生產(chǎn)的材料的圖像可以作為質(zhì)量控制檢測(cè)點(diǎn)，用于指示是否出現(xiàn)裂縫。在加工中，可以得到材料物理特性的個(gè)別數(shù)據(jù)，而不是多種特性的合成數(shù)據(jù)。在一種示例性實(shí)施例中，材料形成連續(xù)產(chǎn)品，例如粉冶未加工板或者煙草薄板，例如金屬或非金屬物的復(fù)合材料，例如金屬、陶瓷或有機(jī)物質(zhì)包括涂層煙草等的復(fù)合材料。
按照本發(fā)明第一實(shí)施例的設(shè)備和方法最好結(jié)合特定最終用途，例如采用不同工藝生產(chǎn)的合金生產(chǎn)來(lái)理解。下面的討論僅用于說(shuō)明，不應(yīng)理解成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
通過(guò)粉冶術(shù)生產(chǎn)合金需要許多特定的工藝步驟，并加入離散的成分，才能使合金具有精確標(biāo)定的特性。工藝中即使與預(yù)定特性略有偏差，也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫或者不可用的材料。合金的特性在于，均勻性、質(zhì)點(diǎn)大小、厚度和影響最終產(chǎn)品特性的各種其它參數(shù)。特別重要的是，合金材料在最早的生成步驟中的處理，例如所謂的“未加工板”需要特定的非侵入型分析。
例如，用作電阻加熱元件的合金需要特定的電阻才能在通過(guò)特定電流之后達(dá)到特定溫度。合金必須還能抵抗長(zhǎng)期經(jīng)歷高溫循環(huán)的蠕變、氧化或者其它質(zhì)量惡化。這些特性通常與合金成分相關(guān)，但應(yīng)當(dāng)注意，它們也直接與各工藝步驟直接相關(guān)。
人們希望檢測(cè)到生產(chǎn)工藝中材料處理階段出現(xiàn)的問(wèn)題，丟棄這些材料，并糾正生產(chǎn)處理，減少?gòu)U品和與之相關(guān)的成本。檢測(cè)出一批有裂縫的材料遠(yuǎn)比替換一個(gè)例如烘爐，電熏系統(tǒng)的加熱器，燈泡中的燈絲，或者類似物品要便宜得多。人們還希望用非侵入方法進(jìn)行這種分析，例如本發(fā)明的一個(gè)方法引起的溫度變化最小，從1到10℃，具體是2到5度。但是，溫度變化可以更高，例如直到100度，只要溫度變化不會(huì)對(duì)正在處理的材料有負(fù)面影響(例如溫度變化不會(huì)使未加工板處理中使用的黏合劑質(zhì)量惡化)。
現(xiàn)在參看圖1，說(shuō)明了生產(chǎn)合金的一種方法，可以看出加工的不同組件。合金原材料可以是粉狀的，它包含在槽100和102中。為適合金成份，可以增加任意數(shù)量的槽。根據(jù)生產(chǎn)所選擇的特定合金加工配方，一些槽可以包含預(yù)混合的粉，或者類似物質(zhì)。作為舉例，槽100可以包含鐵粉，槽102可以包含用于帶鑄工藝中的鋁粉。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以使用和選擇固化粉冶產(chǎn)品的其它工藝，例如基本粉的冷軋制。為了便于討論，本發(fā)明的工藝可以結(jié)合帶鑄工藝解釋。
每個(gè)槽都倒入混合容器104，后者由連接到混合葉片或者其它裝置(未示出)的電動(dòng)機(jī)106攪拌或者混合。槽108包含黏合劑系統(tǒng)。槽108也倒入混合容器104?？刂破?10發(fā)送信號(hào)給閥112、114和116，控制它們流入混合器的速率，從而決定成分材料的流率，以確定最終的合金組成。這種控制也可以由泵、輸送機(jī)來(lái)維持。
混合物排出混合容器104，通過(guò)閥118進(jìn)入料槽120。料槽120具有靠近循環(huán)移動(dòng)的傳送帶124的孔122。孔122的高度可調(diào)?；旌衔飶目?22例如通過(guò)擠壓經(jīng)孔122送到輸送機(jī)124，形成帶鑄件126。帶鑄件經(jīng)過(guò)箱128，后者可以提供熱(例如閃速干燥)或者形成真空以消除各不相同的黏合劑。
這種干燥生成了“未加工板”130。未加工板130可以隨后由軋制器132進(jìn)行軋制處理。也可以對(duì)未加工板進(jìn)行其它加工，例如退火和附加的冷熱加工，例如擠壓、軋制、拉伸等。
可以看出，在上述工藝中必須進(jìn)行細(xì)心的工藝控制，才能產(chǎn)出具有適當(dāng)?shù)暮穸?、成分、濃度、特定大小和類似特性的最終產(chǎn)品。
未加工板在至少部分穩(wěn)定之后，可以在加工路徑的不同處進(jìn)行檢查。例如，如果鑄造機(jī)的輸送機(jī)足夠長(zhǎng)，使得未加工板可以自立，那么檢查站的位置可以在去黏合劑和閃速干燥之前。檢查站的位置還可以在干燥／去黏合劑步驟之后，和在軋制步驟之后。
圖2給出了例示性的普通檢查站。熱源200將輻射投射在表面202上。輻射是可見(jiàn)的，紫外的，紅外的，甚至是磁感應(yīng)的。特定的優(yōu)選實(shí)施例包括單色光，例如激光，該光可聚焦成帶、聚成一點(diǎn)，或者聚焦成其它空間模式。尤其優(yōu)選的實(shí)施例包括時(shí)間調(diào)制，例如為產(chǎn)生從1到500Hz的頻率的脈沖的脈沖熱源。尤其適合本發(fā)明的是從50到150Hz的脈沖，更合適的是約100Hz的脈沖。
適當(dāng)?shù)臒羰抢鏐alcar 6．4 kJ氙閃光燈，它有法國(guó)Balcar公司生產(chǎn)的電源。適當(dāng)?shù)募す馐?瓦的Magnum Diode Laser，具有加拿大Quebec的Lasiris公司生產(chǎn)的光學(xué)器件(線、點(diǎn)、光柵格發(fā)生器)。
在一種實(shí)施例中，該表面以圖2所示箭頭方向移動(dòng)。這種工藝是一種連續(xù)檢查工藝。本發(fā)明的實(shí)踐同樣適用于批量工藝，即使在線糾正的好處降為批方式糾正。盡管理論上沒(méi)有約束，但是可以相信，當(dāng)表面被加熱時(shí)，隨著它的冷卻，它發(fā)射特定模式的紅外輻射。該表面在傳感器204、206、208和210之間移動(dòng)。這些傳感器可以是線掃描IR攝像機(jī)，CCD IR攝像機(jī)，它們對(duì)可以成像確定的場(chǎng)等，只要它們能夠捕捉到合金表面的熱輻射模式。傳感器204和210檢測(cè)反射的熱，而傳感器206和208檢測(cè)透射的熱。
適當(dāng)?shù)臄z像機(jī)包括紅外兩維陣列攝像機(jī)，例如MA的North Billeriea的Inframetrics公司生產(chǎn)的ThermaCAM SC1000TM攝像機(jī)；OR的Portland的FLIR Systems公司生產(chǎn)的Prisim DSTM攝像機(jī)；以及CA的Goleta的Raytheon Amber公司生產(chǎn)的RadianceTM攝像機(jī)。
表面202的熱輻射隨時(shí)間改變，因?yàn)樵摫砻嬉约^所示方向移動(dòng)。攝像機(jī)204和206所捕捉的圖像在時(shí)間上不同于攝像機(jī)208和210所捕捉的圖像，因此冷卻模式可以產(chǎn)生不能由單個(gè)圖像發(fā)現(xiàn)的附加信息。圖像分析軟件會(huì)區(qū)分隨時(shí)間變化的冷卻溫度，可以看到或檢測(cè)到較深的裂縫。
同樣需要小心控制的是正在檢查的表面的速度，以及攝像機(jī)與熱源的距離。根據(jù)材料的厚度及其熱擴(kuò)散性，熱瞬變導(dǎo)致溫度變化率的改變。這種“脈沖”會(huì)影響材料的后表面，并作為第二熱峰值返回前表面，即改變裂紋上表面的溫度變化率。這種峰值將包含有關(guān)裂縫的放大信息以及類似信息，這些信息可以對(duì)照前一傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以發(fā)現(xiàn)缺陷的精確位置。
圖像可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)得到，由適當(dāng)?shù)能浖@示，例如由MI的Lathrup Village的Thermal Wave Imaging公司的EchoThermTMSoftware軟件、OR的Portland的FLIR Systems的AnalyzIRTMSoftware軟件、MA的North Billerica的Inframetrics的DynamiteTM實(shí)時(shí)數(shù)字圖像存儲(chǔ)軟件、或者CA的Goleta的Raytheon Amber公司的ImageDeskTM軟件顯示。
一旦在適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)中建立了溫度可接受的圖像，能夠?qū)W習(xí)重復(fù)模式成像(圖像識(shí)別)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，例如MA的Natrick的Math Works公司生產(chǎn)的MatlabTMNeural Network ToolboxTM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或者IA的Coralville的Neural Applications Corporation所生產(chǎn)的AegisControlTMNeural Network Software神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，便可以分析記錄的脈沖，檢查它們是否符合可接受標(biāo)準(zhǔn)。
這樣，材料的移動(dòng)速度最好使得第一組傳感器攝像機(jī)能夠成像透射熱脈沖，而第二對(duì)攝像機(jī)傳感器能夠成像內(nèi)部反射的熱脈沖，即熱簽名。
圖3說(shuō)明了這種情況。熱前由熱源300給出，隨著材料在單箭頭y方向上移動(dòng)而移動(dòng)。熱脈沖通過(guò)厚度x，直到擊中傳感器攝像機(jī)302前方的背面，傳感器攝像機(jī)302記錄從材料底部發(fā)射的熱圖像，并發(fā)送給控制器304。波長(zhǎng)總是部分內(nèi)部反射，返回到上表面，引起的熱輻射由傳感器306捕獲，并發(fā)送給控制器304。
可以使用不同類型熱源，閃光燈可以瞬時(shí)呈現(xiàn)需要考察的未加工板的加熱輪廓；激光能夠掃描表面，提供加熱路徑(最好是二極管激光)；常規(guī)的高強(qiáng)度燈(2000-8000焦耳)，最好是6000焦耳左右；以及磁感應(yīng)線圈可以利用該材料作為傳授熱能的接受器。
用于瞬時(shí)熱分析的磁感應(yīng)加熱器在圖5中示出。AC電源500為感應(yīng)線圈502供電。它將熱能傳授給材料504，只要它具有足夠的金屬成分，這些金屬成分便可充當(dāng)感應(yīng)線圈所生成的縮擴(kuò)磁場(chǎng)的接受器材料。如果開關(guān)AC電流，會(huì)在材料內(nèi)部生成瞬時(shí)熱脈沖。
隨著該材料在箭頭y方向上移動(dòng)，材料內(nèi)部感應(yīng)出脈沖并擴(kuò)散。攝像機(jī)506掃描熱帶A，而攝像機(jī)508掃描熱帶B，攝像機(jī)510掃描熱帶C。傳授的熱脈沖系列由控制器512控制。掃描的圖像也被饋送到控制器512，后者對(duì)它們進(jìn)行圖像分析，確定是否出現(xiàn)裂縫。
本申請(qǐng)的新穎的檢查和控制系統(tǒng)可使有效的熱檢測(cè)靈敏度和預(yù)定的激勵(lì)脈沖幾何形狀及功率輪廓相結(jié)合，以此檢測(cè)裂紋，從而可以調(diào)整生產(chǎn)板材的最優(yōu)的系統(tǒng)工藝參數(shù)。裂縫位置也可以“標(biāo)記”，存儲(chǔ)在廢品上，從而能夠通過(guò)切割來(lái)較早地從工藝控制中去除該材料。切割還可以包括僅由標(biāo)記器予以標(biāo)記，以指示該材料不再加工。
現(xiàn)在參看圖4，可以看出，這種檢查系統(tǒng)安裝于生產(chǎn)設(shè)施的重要位置，與整個(gè)工藝控制形成一體。中央控制器400控制工藝的整體功能，包括調(diào)整材料流，厚度，傳輸機(jī)的速度，干燥溫度，真空壓力和軋制器致密壓力。
檢查控制器402，404和406安裝在各種處理步驟之后。每個(gè)檢查站都配備有相應(yīng)加熱裝置408、410、412，用于發(fā)射熱脈沖或者熱能量。檢查站可以用成對(duì)的或者單個(gè)的攝像機(jī)傳感器414檢查該材料的表面。
重要的是，每個(gè)檢查控制器連接到中央控制器，向該控制器提供圖像分析。例如，如果控制器412指示密度正確，當(dāng)厚度錯(cuò)誤，則調(diào)整輥壓器416的壓力，和／或料槽的孔，在料槽內(nèi)中將帶鑄件擠壓到傳輸機(jī)，在維持密度的同時(shí)，增減厚度。
一旦材料已被熱激勵(lì)，若干物理原則就會(huì)起作用。首先，材料的熱響應(yīng)是材料厚度的函數(shù)。其次，材料的熱響應(yīng)是其熱擴(kuò)散系數(shù)的函數(shù)。第三，材料的熱擴(kuò)散系數(shù)受其組成成分和物理特性的影響。微區(qū)熱特性的變化現(xiàn)在在空間上與缺陷，例如裂縫、夾雜物、空隙、損壞和其它均勻性破壞相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明的重要部分包括在處理熱脈沖時(shí)，識(shí)別和計(jì)算適合的相互關(guān)系。
在材料環(huán)境中，脈沖加熱的熱瞬時(shí)時(shí)間由以下眾所周知的方程式計(jì)算(I)k2T=ρCT／t(yī)其中ρ=密度，k=熱傳導(dǎo)率，T=溫度，C=比熱。
此式對(duì)各向同性的均勻材料的熱傳送均成立。
這類材料的熱瞬時(shí)時(shí)間部分由熱擴(kuò)散系數(shù)(α)導(dǎo)出，它可以表示如下(ΙΙ)α=kρC]]>可以依賴這些關(guān)系預(yù)測(cè)熱場(chǎng)?？梢岳眠@種方案的變型方案來(lái)確定下面材料的不均勻性。
因?yàn)槲覀儗?duì)計(jì)算峰值熱脈沖到達(dá)時(shí)間隨分析的材料的厚度的變化感興趣，我們將其定義為峰值達(dá)到深度x的時(shí)間。第二峰值在反射熱擴(kuò)散波到達(dá)該深度點(diǎn)x時(shí)到達(dá)。這種反射來(lái)自樣本的后壁。
透射和反射熱分析技術(shù)產(chǎn)生了重要的理論結(jié)果，即關(guān)系(ΙΙΙ)tc∝L2ρCk]]>這表明，特征時(shí)間常數(shù)(tc)從根本上與板材的厚度(L)、密度、熱傳導(dǎo)系數(shù)比熱等特性相關(guān)(正比)。
在數(shù)據(jù)庫(kù)查詢表中為每個(gè)“理想”產(chǎn)品的建立基線值，或者通過(guò)預(yù)置的閾值，使得中央處理器能夠確定何時(shí)這些值從理想值偏離，并控制生產(chǎn)工藝的某個(gè)方面，或者生產(chǎn)工藝的多個(gè)方面，使該值達(dá)到可接受的范圍。這種數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)多次運(yùn)行和后續(xù)分析建立，取決于需要處理的材料及其所需參數(shù)。
圖6A用曲線示出了上述概念。對(duì)用熱透射分析的材料，針對(duì)溫度升高而掃描的表面可以根據(jù)計(jì)算的理論熱穿透時(shí)間來(lái)預(yù)測(cè)。與該曲線的偏離表明不均勻性。
特定的例子在圖6B中示出，其中鐵鋁未加工板的錐形樣本的厚度從0．013英寸到0．026英寸，它們?cè)趫D像收集設(shè)備的相反側(cè)被加熱(熱透射)。在A所表示的圖像中，采樣位置幾乎在頂部；在B所表示的圖像中，采樣位置進(jìn)一步趨向內(nèi)部，在C所表示的圖像中，采樣位置位于中央。
現(xiàn)在參看圖6C、6D和6E，圖中繪出作為時(shí)間(x軸)函數(shù)的瞬時(shí)溫度，給出了特征曲線。很明白，A不同于B，B不同于C。數(shù)據(jù)分析將會(huì)精確表明如何不同。例如，t1／2時(shí)刻可以量化成A=0．04，B=0．10，C=0．26，它們可以直接與厚度、密度、比熱和熱傳導(dǎo)率相關(guān)。從方程Ⅲ可以看出，一旦已知三個(gè)參數(shù)，最后一個(gè)可以計(jì)算出，它相當(dāng)于獨(dú)立測(cè)量值。
在一種尤其優(yōu)選的實(shí)施例中，6千焦耳閃光燈用作照明光源。攝像機(jī)被設(shè)置成線掃描，而不是全幀掃描，允許12kHz掃描時(shí)間掃描30行。
出于處理車間的空間考慮，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在分析的材料的一個(gè)單側(cè)面放置所有的成像設(shè)備。圖6F說(shuō)明了在加熱步驟之后的0．167秒外部反射成像得到的這種圖像，其中持續(xù)供熱。裂縫變得非常明顯。
本發(fā)明的一種實(shí)施例按如下方式增加了數(shù)據(jù)收集能力。一個(gè)表面(通常是上表面)由高強(qiáng)度光子從非常精確的點(diǎn)開始進(jìn)行轟擊。陰影，即波前到達(dá)另一面所需的時(shí)延提供了所分析的樣本的精確厚度測(cè)量值。同時(shí)，在此之后立即，或者并行地供給另一光源的熱脈沖，以便測(cè)量密度，檢查裂縫。同時(shí)得到這兩種數(shù)據(jù)塊使得密度和厚度能夠單獨(dú)計(jì)算。
現(xiàn)在參看圖7，說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的雙檢測(cè)系統(tǒng)。光或其它照明源700在點(diǎn)I撞擊材料表面。材料的“陰影”效果導(dǎo)致輻射到達(dá)點(diǎn)S的延時(shí)。這種傳播的時(shí)長(zhǎng)，以及波長(zhǎng)到達(dá)的方式給出了材料的密度、均勻性和厚度的重要分析數(shù)據(jù)。它還建立了熱脈沖從第二照明源702傳播的基線。然后，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分離出密度和厚度數(shù)據(jù)。
從材料表面和接收熱圖的適當(dāng)裝置和相關(guān)設(shè)備包括Agema InfraredSystems公司的“THERMOPROFILE’6LT Infrared Line Scanner。
圖8是閃光光前之后0．010秒的1帶鑄件樣本的數(shù)字圖像。松散的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)裂縫所包圍的較密區(qū)域看見(jiàn)。
圖9比較了樣本的具有瞬時(shí)熱分析圖像的光檢測(cè)和物理測(cè)量。熱分析圖像在較薄的區(qū)域顯得更亮，該處表面的光子通量大于樣本的其它部分。
圖10是透射的熱分析例子，示出了圖像的時(shí)間經(jīng)過(guò)序列，其中錐形樣本變得非常清晰。最薄的部分可以更快的看到，它們?cè)谝欢螘r(shí)間內(nèi)始終較亮。
圖11是能夠定位多個(gè)缺陷的瞬時(shí)熱分析的例子，缺陷包括質(zhì)量過(guò)重、較薄區(qū)域、裂縫和邊界缺陷。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，記錄并識(shí)別缺陷區(qū)域，以便從工藝流程中去除。它可以自動(dòng)標(biāo)記為可見(jiàn)指示器，或者流程控制器可以登記并通過(guò)物理切割從流中自動(dòng)除去該產(chǎn)品部分。
本發(fā)明尤其適用于厚度小于其寬度或長(zhǎng)度的板材，其中為了采樣和擴(kuò)散，它必須是一維的。
按照本發(fā)明的第二實(shí)施例，提供了一種用于檢查、定位和定量表述粉狀金屬部分中缺陷的設(shè)備和方法。按照該實(shí)施例，部件評(píng)估可以針對(duì)時(shí)間提供，從而能夠?qū)ε幚砘蜻B續(xù)生產(chǎn)材料中缺陷材料進(jìn)行交互工藝控制和／或鑒定。
許多粉狀金屬工藝包括“未加工部件”生成步驟，后者涉及粉狀部分的定型。這些部件在形狀上可以非常簡(jiǎn)單，或者非常復(fù)雜，可以利用壓緊、注塑、壓鑄或者帶鑄工藝得到。生成的合成物通常包括黏合劑、潤(rùn)滑劑和／或輔助加工的其它添加物。在需要時(shí)，可以對(duì)未加工部件進(jìn)行低溫干燥處理，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步處理所需的機(jī)械特性。工藝中的最后步驟涉及通過(guò)燒結(jié)和／或施加壓力消除非金屬成分和致密化。
涉及未加工部件的工藝存在若干生產(chǎn)上復(fù)雜問(wèn)題。例如，未加工部件和最終部件特性(例如強(qiáng)度、延展性、多孔性、電阻率等)和大小取決于未加工狀態(tài)下合金組成的均勻性(均勻混合和空隙量分布)。此外，許多黏合劑系統(tǒng)對(duì)相對(duì)溫度敏感，后者會(huì)影響形成未加工部件的能力。一旦未加工部件的黏度超過(guò)某個(gè)臨界值，則難以重新分配未加工部件中的質(zhì)量分布。而且在大多數(shù)情況下成本也過(guò)高。這些特性／大小對(duì)部件性能的重要性隨不同應(yīng)用而不同。未加工部件的不均勻性會(huì)導(dǎo)致后未加工材料處理的故障，或者如果該未加工材料成功地制作到最終部件中，那么在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)早期故障。
關(guān)鍵的未加工部件特性的快速量化測(cè)量使得就未加工部件處置方面能夠作出智能的質(zhì)量管理決定(即繼續(xù)處理、返修或者丟棄)和工藝控制決定。例如，通過(guò)監(jiān)視熱激勵(lì)未加工部件的時(shí)間發(fā)射歷程，人們可斷定樣本中的質(zhì)量、將來(lái)缺陷分布和大小變化?？梢允褂貌煌募?lì)模式(空間和時(shí)間)，商用的激勵(lì)硬件，以及紅外輻射檢測(cè)傳感器。
未加工混合部分的熱特性的空間變化提供了異質(zhì)性和水分含量的重要信息，這兩者可能會(huì)在后續(xù)處理步驟中產(chǎn)生缺陷(裂縫、孔隙率等)。特定的例子是利用熱噴流率變化來(lái)檢測(cè)未加工部件缺陷母體。熱噴流率提供了材料區(qū)域的熱阻定量測(cè)量。它表顯為混合物松密度，比熱和熱導(dǎo)率乘積的平方根。如果采用同側(cè)的閃／檢測(cè)技術(shù)，則檢測(cè)的信號(hào)中的變化取決于松散材料特性和幾何形狀。此外，混合物成分的分布細(xì)節(jié)(例如金屬顆粒、黏合劑、孔隙)影響體特性和這些成分的熱交互作用相當(dāng)復(fù)雜。
按照本發(fā)明，可以將材料分布，成分濃度和幾何形狀對(duì)松散熱行為的影響細(xì)節(jié)考慮在內(nèi)。不同的是，如果僅僅查看熱激勵(lì)未加工部件的輻射歷史，則材料幾何形狀的變化檢測(cè)可能無(wú)法與材料特性的變化相區(qū)分。按照本發(fā)明，所提出的關(guān)系和標(biāo)準(zhǔn)已用于校正未加工部件中的缺陷檢測(cè)。這些標(biāo)準(zhǔn)可以是已知黏合劑(作為填料或潤(rùn)滑劑)和粉狀金屬組合的例子，或者基于這樣的未加工部件的標(biāo)準(zhǔn)，即該未加工部件在產(chǎn)生符合要求的最終部件的加工中表現(xiàn)良好。
在開發(fā)適當(dāng)?shù)母咚贆z查技術(shù)和方法過(guò)程中，未加工粉狀金屬部件的物理特性需要特殊考慮。因?yàn)椴牧系臋C(jī)械整體性差，所以最好采用非接觸技術(shù)。另一方面，X射線系統(tǒng)不提供所需的高速三維樣本數(shù)據(jù)。超聲技術(shù)需要的耦合介質(zhì)會(huì)損傷綠部件。傳統(tǒng)的非破壞性電磁技術(shù)(例如渦流)較慢，經(jīng)常需要與樣本進(jìn)行直接物理連接。商用設(shè)備可提供定性的時(shí)間分辨輻射數(shù)據(jù)，但是該數(shù)據(jù)取決于許多可變因素，該設(shè)備本身無(wú)法提供缺陷的最終指示。
本發(fā)明提供了一種技術(shù)和設(shè)備，用于粉狀金屬未加工部件中缺陷的檢測(cè)、定位和定量表述，這些缺陷是最終部件中缺陷的母體。例如，在加工FeAI板中，可以大幅度降低生產(chǎn)壓實(shí)FeAI板的成本。按照本發(fā)明的檢查技術(shù)可用于檢測(cè)和定位嚴(yán)重的未加工板缺陷，后者可以導(dǎo)致后續(xù)輥軋生產(chǎn)工藝中廢品的生成。因此，本發(fā)明可以提供一種濾除存在故障的未加工板材料，并減少全加工FeAI板材的整體成本的方式。缺陷識(shí)別可以足夠快的完成，并反饋給生產(chǎn)設(shè)備，從而改進(jìn)生產(chǎn)能力，減少?gòu)U品未加工板的數(shù)量。另一優(yōu)點(diǎn)在于，能夠獨(dú)立于組成確定板的厚度。與此不同的是，X射線隨樣本厚度衰減，不允許進(jìn)行這種獨(dú)立測(cè)定(即密度和厚度變化無(wú)法利用單個(gè)光束-單個(gè)位置幾何形狀分離)。
下面針對(duì)圖12-24，解釋按照本發(fā)明的檢查技術(shù)的細(xì)節(jié)。圖12說(shuō)明了按照本發(fā)明的第二實(shí)施例控制工藝變量的設(shè)備，該設(shè)備包括中央處理控制器800，熱梯度發(fā)生器810，紅外檢測(cè)器820和計(jì)算機(jī)830。中央處理控制器800在生產(chǎn)線850中控制產(chǎn)品840的生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)或多個(gè)工藝變量。熱梯度發(fā)生器在生產(chǎn)線的某個(gè)位置加熱或冷卻產(chǎn)品840，檢測(cè)器820例如利用光透鏡和／或反射鏡接收熱分析圖像。熱梯度發(fā)生器可以是某種物體，例如熱源或散熱片，或者正生產(chǎn)的產(chǎn)品中的化學(xué)反應(yīng)，例如放熱或吸熱反應(yīng)。計(jì)算機(jī)接收并分析圖像，確定產(chǎn)品的一種或多種物理特性。如果確定的物理特性位于預(yù)定值之外，則中央處理控制器修改一個(gè)或多個(gè)工藝變量和／或記錄產(chǎn)品中缺陷材料的位置和／或大小。
圖13說(shuō)明了FeAI未加工板樣本的熱噴流的兩維圖。該板致密期間在低密度區(qū)域生成的裂縫的位置由箭頭A表示。圖14說(shuō)明了表面溫度在變化的黏合劑濃度區(qū)域的時(shí)間衰減。早期任兩個(gè)曲線相對(duì)于材料中的擴(kuò)散距離的差表示出相對(duì)熱噴流系數(shù)。較慢的衰減與較低的熱噴流率相關(guān)聯(lián)?？梢钥闯?，黏合劑濃度越高，壓實(shí)塊熱噴流率越低(即較高的黏合劑濃度會(huì)導(dǎo)致較高的熱阻)。對(duì)孔隙濃度可以看到類似的效果。如底部的曲線所示，在黏合劑內(nèi)容低于3％時(shí)，歸一化信號(hào)沒(méi)有太多變化。
圖15說(shuō)明了在這樣的樣本上表面溫度隨時(shí)間的衰減，該樣本具有標(biāo)稱黏合劑濃度，但對(duì)粉狀混合物施加的壓力不同，該壓力對(duì)應(yīng)于輥軋粉狀混合物情況下的壓實(shí)壓力。早期任兩根曲線相對(duì)于材料中的擴(kuò)散距離的差表示出熱噴流率的差?？梢钥闯?，壓實(shí)壓力越低，容積噴流率越低(即較低的壓力導(dǎo)致較高的熱阻)。這兩種效果都起因于主要熱傳導(dǎo)路線均經(jīng)過(guò)金屬顆粒交互作用形成。因此，限制這些顆粒間的熱傳送的組合屬性，例如增加顆粒間距離或者通過(guò)孔或黏合劑隔離顆粒，都會(huì)減少噴流率。應(yīng)當(dāng)注意，因?yàn)閷?duì)所有這些樣本而言，衰減X射線的材料(在本例中是金屬粉末)量是固定的，所以X射線掃描無(wú)法指示這些樣本的不同(即，X射線無(wú)法區(qū)分這些樣本承受了不同加工壓力的事實(shí))。
圖16結(jié)合了圖14和15的結(jié)果，示出了未加工壓實(shí)塊的相對(duì)噴流隨成分和壓力而變化。該結(jié)果令人驚奇的是，隨著黏合劑超過(guò)2％的FeAI相對(duì)噴流率的增加，密度的增加趨勢(shì)對(duì)黏合劑小于2％的FeAI的54％到58％密度范圍而言，恰好相反。這種令人驚奇的結(jié)果的原因是隨著黏合劑增加到約3％，黏合劑潤(rùn)滑了金屬顆粒，改進(jìn)了顆粒間的熱傳送。但是，在超過(guò)3％黏合劑之后，顆粒間的距離過(guò)大，導(dǎo)致粉狀混合物的密度減小。因此，在約3％的黏合劑時(shí)有一個(gè)密度峰值。不均勻黏合劑含量的效果通過(guò)黏合劑過(guò)少的低的未加工部件強(qiáng)度表現(xiàn)出來(lái)，并可能在較高但是不均勻的黏合劑含量的區(qū)域在輥軋期間生成孔隙。這種孔隙可能會(huì)導(dǎo)致在未加工板材料的燒結(jié)期間缺少顆粒結(jié)合。
圖17說(shuō)明了未加工密度和黏合劑裝入的重要關(guān)系。這導(dǎo)致了圖18所示的復(fù)合強(qiáng)度與黏合劑的關(guān)系曲線。如這些曲線所示，在黏合劑含量增加到約3％時(shí)，未加工強(qiáng)度減少，之后，未加工強(qiáng)度隨著黏合劑含量的增加而增加。圖19示出了未加工強(qiáng)度可以根據(jù)相對(duì)輻射信號(hào)(與噴流率成反比)進(jìn)行預(yù)測(cè)(高于特定黏合劑閾值)。為了處理未加工部件，高于最小值的未加工強(qiáng)度是必需的。
圖20示出了標(biāo)準(zhǔn)未加工板中的噴流率變化(經(jīng)受加工后可生成可接受的完全致密FeAI板的板)。橫向方向是橫向于板的軋制方向(在本例中是圖13的下方)?？梢詾榭v向繪出類似的曲線?？梢缘玫綐?biāo)準(zhǔn)未加工板噴流率的空間導(dǎo)數(shù)的變化。它們都是絕對(duì)異質(zhì)的，這種異質(zhì)的空間梯度導(dǎo)致裂縫。同樣，可以在縱向以類似方式處理數(shù)據(jù)。梯度圖(類似于圖13的噴流率圖)還可以利用矩陣濾波器生成。
圖21和22說(shuō)明了(圖13給出的材料的)噴流率相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)材料的偏離。出現(xiàn)缺陷的第一跡象是平均值位于標(biāo)準(zhǔn)曲線的范圍之外。其次，噴流率中較大的梯度和尖峰出現(xiàn)在存在高孔隙率和發(fā)生裂縫的區(qū)域。最終裂縫的位置可以利用圖22所示的導(dǎo)數(shù)曲線通過(guò)零區(qū)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。
圖23說(shuō)明通過(guò)確定原始未加工板不均勻可預(yù)測(cè)致密FeAI板上裂縫信息頻率的統(tǒng)計(jì)方法。根據(jù)噴流率在未加工板體積上的統(tǒng)計(jì)擴(kuò)散可以確定與完全均勻材料的不同。給出的數(shù)據(jù)基于加工的30片未加工板的處理。當(dāng)未加工板噴流率的變化系數(shù)超過(guò)約1-10閾值時(shí)，在后續(xù)處理過(guò)程中生成的高度可見(jiàn)的裂縫的總裂縫長(zhǎng)度(即在完全致密FeAI板的生產(chǎn)過(guò)程中生成的所有裂縫的長(zhǎng)度總和)急劇增加。在粉狀金屬業(yè)界，混合物均勻的指數(shù)(從0到1)一般根據(jù)樣品致密特性確定。如果需要，噴流率變化可以以相同形式預(yù)測(cè)。致密的防止過(guò)大孔隙率的板，也在該閾值以上的區(qū)域中。這兩種缺陷(裂縫和孔隙)都起因于未加工板具有低的微區(qū)金屬粉濃度。不均勻度可用于篩選目的。如果需要缺陷嚴(yán)重性和位置的詳細(xì)信息，則需要進(jìn)行上述分析。
按照本發(fā)明，可以結(jié)合較早的衰變信息和較晚的衰變數(shù)據(jù)來(lái)確定樣本厚度，而與樣本組成無(wú)關(guān)。早期數(shù)據(jù)(例如對(duì)應(yīng)于松散特性的數(shù)據(jù)，例如密度、熱導(dǎo)率和比熱)提供了噴流率“e”的直接測(cè)量，“e”定義為e=(kρC)1／2。這可以通過(guò)已知組成的標(biāo)準(zhǔn)得到(見(jiàn)前面針對(duì)圖14的討論)。在較后的時(shí)間中，熱擴(kuò)散長(zhǎng)度超過(guò)樣本厚度，出現(xiàn)冷卻率的變化(見(jiàn)前面針對(duì)公式Ⅲ的討論)。這種改變的時(shí)間隨著厚度的平方變化?？衫幂^早時(shí)間數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別半空間的適當(dāng)組成標(biāo)準(zhǔn)冷卻曲線，可以確定熱穿透時(shí)間(冷卻率的改變)，并決定實(shí)際厚度。相應(yīng)地，可以使用早期時(shí)間數(shù)據(jù)來(lái)得到樣本組成，利用樣本組成數(shù)據(jù)和以后的時(shí)間數(shù)據(jù)來(lái)確定樣本厚度。
下面結(jié)合連續(xù)非金屬產(chǎn)品，例如煙草的生產(chǎn)來(lái)描述本發(fā)明的檢測(cè)技術(shù)。具體是，按照本發(fā)明，提供了一種技術(shù)，利用它可以測(cè)量與質(zhì)量分布的變化，平整性偏離，水分含量和其它工藝參數(shù)相關(guān)的特性，這些其它工藝參數(shù)與含有板材的煙草的生產(chǎn)相關(guān)。這些特性可以在線或離線測(cè)量，其結(jié)果進(jìn)入工藝反饋控制中。煙草材料可以是薄膜產(chǎn)品，濕投射到襯底的產(chǎn)品，干施工藝產(chǎn)品，或者在造紙工藝中形成的產(chǎn)品。該產(chǎn)品還可以是組合所有或任何上述形成技術(shù)的加工結(jié)果。
物理測(cè)量包括利用紅外檢測(cè)器和相關(guān)光學(xué)器件(紅外輻射測(cè)量)掃描片表面。得到的數(shù)據(jù)清楚表明了板的溫度場(chǎng)。該信息可以存儲(chǔ)并利用前面描述的適當(dāng)?shù)膱D像處理硬件和軟件處理。一旦板生產(chǎn)工藝變量和表觀熱場(chǎng)特征之間的有關(guān)相關(guān)性已確定，則可以使用(對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知或可以導(dǎo)出的)圖像處理算法來(lái)監(jiān)測(cè)工藝。換句話說(shuō)，利用前面針對(duì)制造粉末金屬產(chǎn)品討論的技術(shù)，可以評(píng)估熱特性和不均勻性以確定其它材料的質(zhì)量，例如包含煙草的材料。
溫度場(chǎng)的表象熱分布取決于板中使用的各材料的空間分布。將以下這點(diǎn)考慮在內(nèi)即使在等溫情況下，不同材料也可以基于熱輻射的差別所導(dǎo)致的不同表象溫度來(lái)檢測(cè)，可以利用表象熱分布來(lái)檢測(cè)微區(qū)水分含量的不同和微區(qū)質(zhì)量濃度的不同。所有這些因素可以導(dǎo)致到該板的熱傳導(dǎo)的不同。其結(jié)果是熱擴(kuò)散通過(guò)片的時(shí)間變化。片中熱梯度可以由處理部分(例如干燥處理的結(jié)果)引發(fā)，和／或由活性元件，例如該板從其上面經(jīng)過(guò)的加熱燈或者加熱表面。例如，該板和支持表面例如卷筒或帶之間的熱傳導(dǎo)可以根據(jù)該板表面和支持表面的溫度差提供流出和進(jìn)入的熱流。
板的熱傳導(dǎo)的變化除其它因素之外還受該板表面和支持表面的物理分離變化的影響。因此，與兩個(gè)表面之間的分隔較大的區(qū)域相比，與支持面緊密接觸的板的區(qū)域?qū)⑻幱谳^高的溫度(就熱流進(jìn)入該板的情況而言)。這使得拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息可以從表象熱場(chǎng)得到。這種板的復(fù)雜的外形與上述影響的類型相關(guān)聯(lián)。因此，圖像的統(tǒng)計(jì)與板內(nèi)宏觀特性的變化相關(guān)，并最終與該板的體特性，例如強(qiáng)度、柔度等相關(guān)。
表象熱場(chǎng)可以用于指示加熱表面和各不同的煙草板材之間的熱傳導(dǎo)。例如，熱噴流率可以利用一種設(shè)備測(cè)量，該設(shè)備中加熱表面用于向煙草板供熱，具有相關(guān)光學(xué)設(shè)備及圖像處理硬件和軟件的IR攝像機(jī)接收鏡面反射的IR圖像。加熱表面可以在約50攝氏度左右，利用攝像機(jī)可以測(cè)量微分熱流，從而可以利用最終得到的熱強(qiáng)度輪廓場(chǎng)指示板材的質(zhì)量分布和平整性。干煙草的放置與濕煙草模壓件有間隙，在紅外熱分析中可以表現(xiàn)為加亮區(qū)域，表示煙草的濕模壓件上存在碳?jí)|，暗區(qū)域示出了其上存在干煙草的碳?jí)|。紅外熱分析還可以包含暗區(qū)，表示材料已向上移動(dòng)，離開襯底的區(qū)域，亮區(qū)域指示了材料與襯底緊密結(jié)合的區(qū)域。因此，紅外熱分析的亮和暗區(qū)域可以用于檢測(cè)材料的平整性的變化。
按照這種實(shí)施例，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控板材的重要特性。該技術(shù)可以用于檢查煙草板材或者任何其它板材，例如不包含煙草的紙張。通過(guò)反射光檢查表面圖案，或者通過(guò)衰減發(fā)射光確定路徑長(zhǎng)度的技術(shù)，例如紅外光譜吸收測(cè)定水分含量技術(shù)和光檢查技術(shù)(即那些工作在光譜可視區(qū)域的技術(shù))，并不能在生產(chǎn)操作的同時(shí)測(cè)量中這種板的板熱傳導(dǎo)特性。但是，板熱傳導(dǎo)特性的信息提供了板內(nèi)質(zhì)量分布的變化，片的形狀，以及總的板質(zhì)量含量信息。利用本領(lǐng)域最新的硬件和軟件，可以提供的數(shù)據(jù)獲取速度快到足以將通過(guò)這種技術(shù)得到的信息輸入到工藝控制中，從而改進(jìn)生產(chǎn)產(chǎn)品在以下屬性上的一致性厚度、平整性、組成、水分含量等。因此，本實(shí)施例提供了不同產(chǎn)品的實(shí)時(shí)反饋控制技術(shù)，前述產(chǎn)品例如是處理的煙草或紙張，其中平面中熱流微分變化的檢測(cè)可以為工藝控制器提供與質(zhì)量分布和平整性的變化相關(guān)的數(shù)據(jù)。工藝控制器又利用軟件和／或硬件調(diào)整工藝變量，使得落入所需工藝窗口之外的板特性(例如質(zhì)量分布、平整性等)盡可能少。
下面結(jié)合這樣一種實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，其中利用煙草混合材料中缺陷的檢測(cè)、定位和定量表征來(lái)確定允許交互作用的工藝控制的時(shí)間標(biāo)度。該技術(shù)可用于監(jiān)測(cè)和修改制造煙草材料和復(fù)合物(例如模壓葉片，涂層墊)的工藝控制，前述材料和復(fù)合物設(shè)計(jì)成具有特定質(zhì)量／成分分布，機(jī)械特性和大小。這種煙草產(chǎn)品的成分例子包括煙草顆粒、煙草紙產(chǎn)品和甘油。每種成分的小部分和中間產(chǎn)品的狀態(tài)(例如在特定水分含量和溫度下涂層之前的墊)導(dǎo)致一種中間材料，這種中間材料具有的獨(dú)特的對(duì)實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品規(guī)格很重要的特性。在某些情況下，如同在涂層墊的情況下，希望得到特定各向異性的特性，例如強(qiáng)度，而對(duì)其它應(yīng)用，例如FeAI板而言，需要各向同性。在生產(chǎn)和檢查這些材料時(shí)，存在若干難點(diǎn)。一個(gè)是生產(chǎn)材料的速率。例如，涂層墊可以以每分鐘許多平方米的速度生產(chǎn)，而影響性能的缺陷可以小到若干平方厘米。利用光束來(lái)采樣板中不同區(qū)域的物質(zhì)的技術(shù)受限于采樣材料的較小部分，從而對(duì)空間分布不敏感(例如，沿射束路徑的均勻性)。按照本發(fā)明，可以快速定量測(cè)量關(guān)鍵的煙草材料／組成特性。這使得智能操作員或者基于質(zhì)量管理決定的自動(dòng)化可以針對(duì)材料進(jìn)行處置(即連續(xù)加工、回收或者丟棄)和進(jìn)行工藝控制。
按照本發(fā)明，監(jiān)控?zé)峒?lì)材料組成部分的時(shí)間輻射經(jīng)歷可用于定性評(píng)估未來(lái)缺陷分布，以及樣本內(nèi)的尺寸變化。該監(jiān)控可以利用各種激勵(lì)模式(空間和時(shí)間)、進(jìn)行激勵(lì)的商用硬件和紅外輻射檢測(cè)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，材料的熱特性的空間變化可以用于提供不均勻性和水分含量的信息，這種不均勻性和水分含量可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)處理步驟中出現(xiàn)缺陷(例如多孔性等)。特定例子是利用熱噴流率變化來(lái)檢測(cè)缺陷母體。前面討論過(guò)，熱噴流率提供了材料區(qū)域的熱阻的量化測(cè)量，可表示為復(fù)合物松密度、比熱和熱導(dǎo)率的乘積的平方根。
圖32的圖像說(shuō)明了不同的涂層墊復(fù)合板的熱阻差別。最高的刻度值(白)表示高熱阻，而較低刻度值(較黑)與較低的熱阻相關(guān)。黑背景是厚鋼板。左邊的復(fù)合物具有板重規(guī)格205g／m2，右邊的復(fù)合物具有板重規(guī)格170g／m2。注意沿左側(cè)樣本的豎直區(qū)域(高負(fù)載)，膠錨線已部分剝離。結(jié)果是該圖像的一個(gè)區(qū)域(黑斑)由襯底、涂層和粘合劑組成。該區(qū)域顯示了兩個(gè)樣本的最低熱阻。沿同一豎線(上下)黏合劑的除去也同時(shí)除去了襯底的涂層。襯底獨(dú)自顯示了最高阻抗。注意到在涂層區(qū)域中，較高的負(fù)載樣本所具有的阻抗(較黑)比具有較低涂層量的樣本(較亮)低。
前面描述了本發(fā)明原理、優(yōu)選實(shí)施例和操作模式。但是，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明理解為受限于所討論的特定實(shí)施例。因此，上述實(shí)施例應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的，而不是限制性的，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種改變，而不偏離后附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1．一種檢查用工藝流程的生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)的板材的設(shè)備，包括中央處理控制器，配置成控制生產(chǎn)工藝的至少一個(gè)方面；入射輻射源，該輻射射到板材上；輸送機(jī)，在單個(gè)平面上移動(dòng)板材；至少一個(gè)紅外檢測(cè)器，其位置靠近板材表面，所述紅外檢測(cè)器的位置使得它能夠在入射輻射源處或其下游生成板材表面圖像；與中央處理控制器通信的計(jì)算機(jī)，它被配置成接收并分析紅外檢測(cè)器送來(lái)的圖像，確定板材的物理特性，并將確定的物理特性發(fā)送給中央處理控制器；使得中央處理控制器在接收到確定的物理特性之后，調(diào)整生產(chǎn)工藝的至少一方面。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括定位板材檢查部分的索引設(shè)備。
3．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，還包括切割器，用于從工藝流程中去除板材的檢查部分。
4．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，存在多個(gè)照射同一位置的入射輻射源，其中至少一個(gè)是脈沖輻射源。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其中紅外檢測(cè)器的數(shù)量至少與輻射源的數(shù)量相同。
6．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中一個(gè)紅外檢測(cè)器的位置使得它能夠接收外部反射的輻射。
7．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中一個(gè)紅外檢測(cè)器的位置使得它能夠接收內(nèi)部反射的輻射。
8．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中一個(gè)紅外檢測(cè)器的位置使得它能夠接收透射的輻射。
9．根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其中一個(gè)紅外檢測(cè)器的位置使得它能夠接收透射的脈沖輻射，而一個(gè)紅外檢測(cè)器的位置使得它能夠接收透射的非脈沖輻射。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中紅外檢測(cè)器生成數(shù)據(jù)，比較該數(shù)據(jù)可以分開密度和厚度信息。
11．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中入射輻射源是產(chǎn)生光的燈，該光可以是可見(jiàn)光，紅外光或紫外光。
12．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中入射輻射源是感應(yīng)輻射源。
13．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中入射輻射源是激光。
14．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中入射輻射源的輸出在2000焦耳和8000焦耳之間。
15．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中入射輻射源的輸出約為6000焦耳。
16．根據(jù)任一前述權(quán)利要求的設(shè)備，其中有多個(gè)紅外檢測(cè)器位于入射輻射源的下游，板材的平移速率使得各攝像機(jī)能夠成像同一表面部分的時(shí)間差圖像。
17．一種檢查由生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)的板材的設(shè)備，包括入射輻射源，入射輻射射到板材上；輸送機(jī)，在單個(gè)平面上移動(dòng)板材；至少一個(gè)紅外檢測(cè)器，其位置靠近板材表面，所述紅外檢測(cè)器的位置使得它位于入射輻射源下游，能夠生成板材表面圖像；與紅外檢測(cè)器通信的計(jì)算機(jī)，它被配置成接收并分析紅外檢測(cè)器送來(lái)的圖像，確定板材的物理特性，并將確定的物理特性發(fā)送給控制器。
18．一種檢查生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)的板材的設(shè)備，包括中央處理控制器，配置成控制生產(chǎn)工藝的至少一個(gè)方面；多個(gè)入射輻射源，入射輻射射到板材上，其中至少一個(gè)是受脈沖輻射源；輸送機(jī)，在單個(gè)平面上以預(yù)定速度移動(dòng)板材；多個(gè)紅外檢測(cè)器，其位置靠近板材表面，所述紅外檢測(cè)器的位置使得它們位于入射輻射源下游，能夠生成板材表面圖像；與中央處理控制器通信的計(jì)算機(jī)，它被配置成接收并分析紅外檢測(cè)器送來(lái)的圖像，確定板材的物理特性，并將確定的物理特性發(fā)送給中央處理控制器；使得中央處理控制器在接收到確定的物理特性之后，調(diào)整生產(chǎn)工藝的至少一方面。
19．確定連續(xù)工藝中生產(chǎn)的板材的特性的一種方法，包括以下步驟連續(xù)輻射源和脈沖輻射源的入射輻射照射板材；將板材在單個(gè)平面上以預(yù)定速度移動(dòng)；用多個(gè)紅外檢測(cè)器檢測(cè)板材的紅外發(fā)射；以及分析和接收輻射，確定從由密度和厚度組成的特性組中選出的至少一個(gè)特性。
20．確定連續(xù)工藝生產(chǎn)的板材的特性的一種方法，包括以下步驟以入射輻射照射板材；將板材在單個(gè)平面上以預(yù)定速度移動(dòng)；用多個(gè)紅外檢測(cè)器檢測(cè)板材的紅外發(fā)射，其中至少一個(gè)檢測(cè)器的位置使得它能夠接收反射的輻射，而至少一個(gè)檢測(cè)器的位置使得它能夠接收透射的輻射；以及分析接收的輻射，確定從由密度和厚度組成的特性組中選出的至少一個(gè)特性。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中反射的輻射是外部反射輻射。
22．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中反射的輻射是內(nèi)部反射輻射。
23．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中分析步驟包括訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以識(shí)別可接受的熱信號(hào)。
24．一種改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)備，改進(jìn)的方法是控制一個(gè)或多個(gè)處理變量，該變量是產(chǎn)品生產(chǎn)期間監(jiān)測(cè)的至少一個(gè)產(chǎn)品特性的函數(shù)，該設(shè)備包括中央處理控制器，包括在生產(chǎn)線上產(chǎn)品的生產(chǎn)期間有助于控制一個(gè)和多個(gè)處理變量的硬件和／或軟件；熱梯度發(fā)生器，它在生產(chǎn)線的某個(gè)位置向產(chǎn)品內(nèi)部提供熱梯度；至少一個(gè)紅外檢測(cè)器，它的位置使得它能夠在熱梯度發(fā)生器處或其下游接收產(chǎn)品的熱分析圖像；與中央處理控制器通信的計(jì)算機(jī)，它接收并分析紅外檢測(cè)器送來(lái)的圖像，確定產(chǎn)品的至少一個(gè)物理特性，并將對(duì)應(yīng)于確定的物理特性的數(shù)據(jù)輸出到中央處理控制器，在確定的物理特性位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外時(shí)，中央處理控制器修改一個(gè)或多個(gè)工藝變量。
25．根據(jù)權(quán)利要求24的設(shè)備，其中生產(chǎn)線包括成形站，站中產(chǎn)品被成形為連續(xù)長(zhǎng)度的散微粒陶瓷、金屬或有機(jī)材料，在確定的物理特性位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外時(shí)，中央處理控制器有效地改變微粒材料的成分和／或外形。
26．根據(jù)權(quán)利要求24或25的設(shè)備，其中生產(chǎn)線包括加熱站，站中將產(chǎn)品加熱到某個(gè)較高溫度，在確定的物理特性位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外時(shí)，中央處理控制器有效地改變加熱產(chǎn)品的較高溫度。
27．根據(jù)權(quán)利要求24到26中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中沿生產(chǎn)線的多個(gè)位置測(cè)量確定的物理特性。
28．根據(jù)權(quán)利要求24到27中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中熱梯度發(fā)生器包括襯底支持，產(chǎn)品在該襯底上沿生產(chǎn)線傳送。
29．根據(jù)權(quán)利要求24到28中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中熱梯度發(fā)生器包括冷卻裝置，后者通過(guò)冷卻產(chǎn)品提供熱梯度。
30．根據(jù)權(quán)利要求24到29中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中紅外檢測(cè)器從產(chǎn)品接收脈沖和／或非脈沖的熱輻射。
31．根據(jù)權(quán)利要求24到30中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中確定的物理特性是產(chǎn)品密度和厚度中的至少一項(xiàng)。
32．根據(jù)權(quán)利要求24到31中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中熱梯度發(fā)生器包括燈，該燈發(fā)射從包括可見(jiàn)光，紅外光和紫外光的組中選擇的光。
33．根據(jù)權(quán)利要求24到32中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中熱梯度發(fā)生器包括通過(guò)感應(yīng)、超聲、微波或激光加熱來(lái)加熱產(chǎn)品的設(shè)備。
34．根據(jù)權(quán)利要求24到33中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中計(jì)算機(jī)將接收的圖像與具有所需特性的產(chǎn)品的一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)熱分析圖像進(jìn)行比較。
35．根據(jù)權(quán)利要求24到34中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中生產(chǎn)線包括這樣一個(gè)站，站中將微粒材料堆放在傳送帶上，控制器調(diào)節(jié)工藝變量，該變量包括堆放在傳送帶上的微粒材料的厚度，堆放在傳送帶上的微粒材料的量，和／或傳送帶的速度。
36．根據(jù)權(quán)利要求24到35中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中生產(chǎn)線包括輥軋壓實(shí)站和／或加熱站，控制器有效地調(diào)節(jié)處理變量，該變量包括輥軋壓實(shí)站中輥軋機(jī)所施加的壓力量，從輥軋壓實(shí)站輸出的產(chǎn)品的厚度，和／或加熱站中加熱產(chǎn)品的溫度。
37．根據(jù)權(quán)利要求24到36中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中生產(chǎn)線包括這樣一個(gè)站，站中將多種金屬粉末與黏合劑混合在一起，之后堆放在傳送帶上，控制器有效地調(diào)節(jié)處理變量，該變量包括混合粉末的混合度，混合粉末的均勻性，混合粉末的組成，堆放在傳送帶上的混合粉末的厚度，堆放在傳送帶上的混合粉末的量，和／或傳送帶的速度。
38．根據(jù)權(quán)利要求24到37中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中熱梯度發(fā)生器加熱產(chǎn)品到某個(gè)不高于100攝氏度的溫度，檢測(cè)器包括一個(gè)攝像機(jī)，后者有一個(gè)像素陣列，該像素陣列生成的衰減曲線數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于該像素陣列中各像素的衰減曲線，計(jì)算機(jī)有效地分析衰減曲線數(shù)據(jù)，確定所確定的物理特性是否位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外。
39．根據(jù)權(quán)利要求24到38中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其中熱梯度發(fā)生器包括產(chǎn)品中進(jìn)行的放熱或吸熱反應(yīng)。
40．一種改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的方法，改進(jìn)的方法是控制一個(gè)或多個(gè)處理變量，該處理變量是產(chǎn)品生產(chǎn)期間監(jiān)測(cè)的至少一個(gè)產(chǎn)品特性的函數(shù)，該方法包括在生產(chǎn)線上的生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝中，中央處理控制器控制處理變量；在生產(chǎn)線的第一位置加熱或冷卻產(chǎn)品，使得產(chǎn)品內(nèi)出現(xiàn)熱梯度；利用紅外檢測(cè)器檢測(cè)在第一位置或其下游從產(chǎn)品所發(fā)射的紅外輻射，根據(jù)檢測(cè)到的紅外輻射生成熱分析圖像；利用與中央處理控制器通信的計(jì)算機(jī)接收并分析紅外檢測(cè)器送來(lái)的圖像，確定產(chǎn)品的至少一個(gè)物理特性；以及利用該計(jì)算機(jī)將對(duì)應(yīng)于確定的物理特性的數(shù)據(jù)輸出到中央處理控制器，在確定的物理特性位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外時(shí)，中央處理控制器修改一個(gè)或多個(gè)工藝變量。
41．根據(jù)權(quán)利要求40中的一種方法，其中生產(chǎn)線包括成形站，站中產(chǎn)品被成形為連續(xù)長(zhǎng)度的微粒陶瓷、金屬或有機(jī)材料，該方法包括以下步驟在確定的物理特性位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外時(shí)，利用中央處理控制器改變微粒材料的成分和／或外形。
42．根據(jù)權(quán)利要求40或41的方法，其中生產(chǎn)線包括加熱站，站中將產(chǎn)品加熱到某個(gè)較高溫度，該方法包括在確定的物理特性位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外時(shí)，中央處理控制器改變加熱產(chǎn)品的較高溫度。
43．根據(jù)權(quán)利要求40到42中任意一項(xiàng)的方法，其中沿生產(chǎn)線的多個(gè)位置測(cè)量確定的物理特性。
44．根據(jù)權(quán)利要求40到43中任意一項(xiàng)的方法，其中利用襯底支持件加熱或冷卻產(chǎn)品生成熱梯度，產(chǎn)品在該襯底上沿生產(chǎn)線傳送。
45．根據(jù)權(quán)利要求40到44中任意一項(xiàng)的方法，其中熱梯度發(fā)生器包括冷卻裝置，后者通過(guò)冷卻產(chǎn)品提供熱梯度。
46．根據(jù)權(quán)利要求40到45中任意一項(xiàng)的方法，其中該方法包括利用紅外檢測(cè)器從產(chǎn)品接收脈沖和／或非脈沖的熱輻射。
47．根據(jù)權(quán)利要求40到46中任意一項(xiàng)的方法，其中計(jì)算機(jī)確定的物理特性是產(chǎn)品密度和厚度中的至少一項(xiàng)。
48．根據(jù)權(quán)利要求40到47中任意一項(xiàng)的方法，其中熱梯度由燈產(chǎn)生，該燈發(fā)射包括可見(jiàn)光，紅外光和紫外光的組中選擇的光。
49．根據(jù)權(quán)利要求40到48中任意一項(xiàng)的方法，其中熱梯度通過(guò)感應(yīng)、超聲、微波或激光加熱來(lái)生成。
50．根據(jù)權(quán)利要求40到49中任意一項(xiàng)的方法，其中通過(guò)比較接收的圖像和具有所需特性的產(chǎn)品的一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)熱分析圖像來(lái)確定物理特性。
51．根據(jù)權(quán)利要求40到50中任意一項(xiàng)的方法，其中生產(chǎn)線包括這樣一個(gè)站，站中將微粒材料堆放在傳送帶上，該方法包括利用控制器調(diào)節(jié)工藝變量，該變量包括堆放在傳送帶上的微粒材料的厚度，堆放在傳送帶上的微粒材料的量，和／或傳送帶的速度。
52．根據(jù)權(quán)利要求40到51中任意一項(xiàng)的方法，其中生產(chǎn)線包括輥軋壓實(shí)站和／或加熱站，該方法包括利用控制器調(diào)節(jié)處理變量，該變量包括輥軋壓實(shí)站中輥軋機(jī)所施加的壓力量，從輥軋壓實(shí)站輸出的產(chǎn)品厚度，和／或加熱站中加熱產(chǎn)品的溫度。
53．根據(jù)權(quán)利要求40到52中任意一項(xiàng)的方法，其中生產(chǎn)線包括這樣一個(gè)站，其中將多種金屬粉末與黏合劑混合在一起，之后堆放在傳送帶上，該方法包括利用控制器調(diào)節(jié)處理變量，該變量包括混合粉末的混合度，混合粉末的均勻性，混合粉末的組成，堆放在傳送帶上的混合粉末的厚度，堆放在傳送帶上的混合粉末的量，和／或傳送帶的速度。
54．根據(jù)權(quán)利要求40到53中任意一項(xiàng)的方法，其中加熱產(chǎn)品到某個(gè)不高于100攝氏度的溫度，檢測(cè)器包括一個(gè)攝像機(jī)，后者有一個(gè)像素陣列，該像素陣列生成的衰減曲線數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于該像素陣列中各像素的衰減曲線，該方法包括利用計(jì)算機(jī)分析衰減曲線數(shù)據(jù)，確定所確定的物理特性是否位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外。
55．根據(jù)權(quán)利要求40到54中任意一項(xiàng)的方法，其中熱梯度通過(guò)產(chǎn)品中進(jìn)行的放熱或吸熱化學(xué)反應(yīng)生成。
56．一種通過(guò)檢測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)期間生產(chǎn)的產(chǎn)品中的缺陷位置來(lái)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)備，包括中央處理控制器，包括有助于在生產(chǎn)線上在生產(chǎn)產(chǎn)品期間控制一個(gè)和多個(gè)工藝變量的硬件和／或軟件；熱梯度發(fā)生器，它在生產(chǎn)線的某個(gè)位置向產(chǎn)品內(nèi)部提供熱梯度；至少一個(gè)紅外檢測(cè)器，它的位置使得它能夠在熱梯度發(fā)生器處或其下游接收產(chǎn)品的熱分析圖像；包括與中央處理控制器通信的硬件和／或軟件的計(jì)算機(jī)，它接收并分析紅外檢測(cè)器送來(lái)的圖像，根據(jù)所確定的產(chǎn)品的至少一個(gè)物理特性，確定產(chǎn)品中缺陷的位置，并將對(duì)應(yīng)于確定物理特性的數(shù)據(jù)輸出到中央處理控制器，在確定的物理特性位于該物理特性的預(yù)定值范圍之外時(shí)，中央處理控制器記錄缺陷的位置。
57．根據(jù)權(quán)利要求56的設(shè)備，其中檢測(cè)器輸出對(duì)應(yīng)于產(chǎn)品時(shí)間衰減圖像的早期數(shù)據(jù)和晚期數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)早期數(shù)據(jù)確定產(chǎn)品的第一物理特性，計(jì)算機(jī)根據(jù)第一物理特性和晚期數(shù)據(jù)確定第二物理特性。
58．根據(jù)權(quán)利要求57的設(shè)備，其中第一物理特性是產(chǎn)品組成，而第二物理特性是產(chǎn)品厚度。
全文摘要
一種利用瞬時(shí)熱分析法檢測(cè)、定位、隔離和控制生產(chǎn)工藝中變化的方法和設(shè)備。熱源(200)將熱傳送到一個(gè)表面,該表面受到紅外區(qū)輻射的照射。紅外傳感器(204、206、208、210)連接到處理器,后者跟蹤樣本的物理特性,并反饋到中央處理控制器,以對(duì)生產(chǎn)工藝作出調(diào)整。該樣本可以是連續(xù)產(chǎn)品,例如未加工的粉末金屬片或者煙草產(chǎn)品。
文檔編號(hào)G01N21/89GK1292871SQ99803943
公開日2001年4月25日 申請(qǐng)日期1999年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月10日
發(fā)明者邁克爾·L·沃特金斯, 吉爾·S·弗雷施豪爾, 小A·克里夫頓·莉利 申請(qǐng)人:菲利普莫里斯生產(chǎn)公司