CN111045377B - 一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统，所述智能监控方法是利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程的增重数值传输到处理器PC端；处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行，所述监控系统包括有处理器PC端(1)、增重测量装置(2)、控制系统(3)和检测单元。本发明利用杠杆原理，将测量工件增重转换为测量测量件增重情况，保证渗碳过程的可测性、有效性、真实性、实时性，从而提高效率和质量，其通用性好，适合推广应用。

Description

一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控 系统
技术领域
本发明涉及的是真空气体表面热处理技术领域，特别适用于真空管式炉的渗碳、渗氮及碳氮共渗，具体地说是一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统。
背景技术
航空系统使用的零配件，根据不同的使用环境，对材料有不同的要求，有的需要有较强的耐腐蚀性、有的要求具备较高的硬度、耐磨性、抗氧化性，更有甚者需同时具备好几样性能。钢铁表面渗碳（氮）的形成工艺，目前仍以真空气体渗氮、渗碳及气体碳氮共渗等传统方法为主，其工艺主要存在问题是，处理周期长、渗层不均匀、气氛不易控制、容易形成炭黑、无法定量生成特定渗层、新工艺研发周期长等缺点。传统动力学研究方法无法获得和记录实时数据，主要采用在一定时间梯度段内逐次将样品取出，在进行称重、计算等后续处理。整个过程工作量大、工序繁琐、误差大，导致宝贵数据流失，以及现有渗碳、渗氮热力学和动力学模型无法形成智能工艺库，服务于生产。
渗碳热力学主要研究化学反应进行的方向、达到反应平衡时所达到的最大限度，以及外界条件变化对化学反应平衡的影响，根据热力学的吉布斯自由能△G0、反应熵变△S、反应焓变△H、温度T等，可以计算出渗层表层碳含量、形成何种第二相、碳势范围、温度范围等。因此，利用热力学是制定特定渗层（特定碳含量、特定形状第二强化相、弥散分布）工艺最有效的方法；化学反应动力学，主要研究在化学反应过程的反应机理、反应速率，以及非平衡的反应动态系统中物质性质随时间变化的情况，是优化工艺参数，计算渗氮时间、获得特定渗层厚度最有效的方法。因此，如何有效、真实、实时地获取热力学、动力学数据，并利用对这些实验数据的研究分析推倒动力学模型，最后通过热力学和动力学模型进一步改善工艺参数设定、研发新工艺、定量获取特定渗层（厚度、第二相、表层碳含量等）、实现工艺最优化和可控性，提高生产效率具有重大意义。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程中测量件的质量变化放大，将测量工件增重转换为测量测量件增重情况，从而提高效率和质量，同时还提供了应用于该智能监控方法的监控系统，具体地说是一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，所述智能监控方法是利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程的增重数值传输到处理器PC端；处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行；具体监控方法为：处理器PC端接收增重测量装置传输的实时数值信息，处理器PC端先保存接收的数值信息，然后在将数值信息导入热力学模型、动力学模型数据库，根据导入的数值信息，利用origin软件中的Non-linear Curve Fit 功能对动力学曲线进行拟合，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2；根据拟合的相关系数自动判定匹配，确定相应的温度、气体压力及时间相关工艺参数；最后将计算出的最佳温度、气体压力及时间相关工艺参数传输至控制系统，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，实现对真空热处理炉中的工件热处理，通过增重测量装置反映工件在热处理过程中的实时增重。
进一步地，本发明所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其中所述实时增重数值信息为所述增重测量装置中的测量件在真空热处理炉中，在表面热处理渗碳、渗氮和碳氮共渗过程中，为实时增重的数值按设定比例放大后的数值信息。
进一步地，本发明所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其中在所述动力学曲线拟合过程中，若根据拟合的相关系数判定为表面渗透控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，把碳势提高到所规定范围的上限，有利于提高反应效率，缩短渗碳时间，并根据表面渗透控速动力学模型计算出渗层生长速率，从而确定渗碳时间获得特定渗层厚度；若根据拟合的相关系数判定为内扩散控速模型，在所规定热力学条件下，把温度提高到所规定范围的上限，间歇式供气，有利于提高反应效率；若根据拟合的相关系数判定为表面渗透与内扩散混合控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，把温度、碳势、供气方式按表面渗透与内扩散混合控速模型时间节点进行变化控制，有利于提高反应效率，并根据表面渗透与内扩散混合控速模型获得特定渗层。
本发明还公开了应用上述智能监控方法的监控系统，所述监控系统包括有处理器PC端、增重测量装置、控制系统和检测单元；所述增重测量装置将表面热处理时的增重情况的数据信息实时反馈给处理器PC端，所述检测单元包括有多个传感器，多个传感器分别设置于真空热处理炉(4)中，用于检测在表面热处理过程中对渗碳、渗氮和碳氮共渗层影响因素的碳势、氮势、气压及温度相关参数；所述处理器PC端用于接收增重测量装置传输的数值信息的实际值，并执行相应的保存，导入热力学模型及动力学模型数据库，根据接收的实际数值信息与导入数据库中的相应模型对动力学曲线进行拟合，按规程设定计算，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2，其计算结果为热处理过程中最佳温度、气体压力及时间工艺参数；所述控制系统执行处理器PC端发送的计算结果，并将计算结果发送至真空热处理炉中的相应设备，控制相应设备的开启运行状态。
进一步地，本发明所述的监控系统，其中所述增重测量装置包括有第一内六角紧固螺钉、测量件、杠杆、卡盘前盖、活动卡爪、第二内六角紧固螺钉、压力传感器、安装座、第三内六角紧固螺钉、第四内六角紧固螺钉、顶针环)、支点销、第五内六角紧固螺钉、卡盘后盖、内六角调节齿轮和卡爪驱动齿轮；
其中所述测量件与真空热处理炉中待表面处理的工件材料一致，并在其端面有一通孔，用于安装固定测量件；所述测量件通过第一内六角紧固螺钉安装固定于杠杆的前端面；
所述杠杆两端设有用于安装紧固的螺纹孔，并在其中一端柱面设有一通孔，用于安装所述支点销；所述杠杆沿所述卡盘前盖及卡盘后盖的轴向设置；
所述卡盘前盖和卡盘后盖均设置为圆盘状结构，在所述卡盘前盖中设有与卡盘后盖中位置及大小相一致的第一、第二孔位，并在其端面沿其径向均布有多个大小一致的方形凸台，并在所述方形凸台开有方形孔，所述活动卡爪的一端位于方形孔中；在所述卡盘前盖中的小圆柱面的顶端沿第一孔位的中心设有一个方形台阶，在方形台阶上开有一个半圆柱形的卡位，通过所述卡位用于安装支点销；在所述卡盘后盖)端面设有沿其轴线平行的第一、第二孔位通孔，第三、第四孔位的螺纹孔以及径向的螺纹通孔，所述内六角调节齿轮的一端位于第二孔位中；卡盘前盖和卡盘后盖之间通过第五内六角紧固螺钉相连接；
所述活动卡爪设置为T形结构，并在T形的底部设有螺距，所述螺距与所述卡爪驱动齿轮中的平面螺纹相匹配，且T形的底部截面与所述卡盘前盖径向的方形孔相一致；
所述安装座的底座上设有第一、第二孔位，所述第一、第二孔位用于与所述卡盘后盖中的第三、第四孔位的螺纹孔相配合，并在安装座的顶端开有第三孔位通孔和螺纹通孔；所述安装座通过第二内六角紧固螺钉与所述卡盘后盖相连接；
所述压力传感器通过第三内六角紧固螺钉固定于安装座中，用于测量所述测量件在表面热处理时的实时增重情况，并将数据传输至处理器PC端；
所述顶针环为圆柱面并具有顶针的圆形垫圈，所述顶针环通过第四内六角紧固螺钉固定于所述杠杆的后端面；
所述支点销 穿过杠杆柱面上的通孔，作为杠杆的支点；
所述内六角调节齿轮两端面中心轴位置各设有一个凸出圆柱轴，用于配合所述卡盘前盖及卡盘后盖中的孔位，并在其一端设有内六角孔；
所述卡爪驱动齿轮为圆周有齿且一端面有平面螺纹的圆盘结构，并在其中心有通孔，所述通孔的直径与所述卡盘后盖中第一孔位的直径相等。
进一步地，本发明所述的智能监控系统，其中所述活动卡爪设有三个，三个活动卡爪沿所述卡盘前盖径向呈环状均布于卡盘前盖中。
进一步地，本发明所述的监控系统，其中所述真空热处理炉为真空管式炉，包括有石英管、加热箱、真空法兰盘组、密封圈、堵盖和快装卡箍，所述石英管贯穿于加热箱中，通过加热箱用于对石英管加热，所述真空法兰盘组设置于位于加热箱外侧的石英管中，所述增重测量装置通过快装卡箍设置于真空法兰盘组中，在所述真空法兰盘组中还设有用于密封的密封圈和堵盖。
进一步地，本发明所述的监控系统，其中所述传感器包括有探头，所述探头设置于真空热处理炉中的内壁上。
进一步地，本发明所述的监控系统，其中所述控制系统为可编程的PLC控制器。
采用本发明所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法及监控系统，与现有技术相比，其有益效果在于：利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程中测量件的质量变化数值传输到处理器PC端，处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行，实现工艺最优化和可控性，将测量工件增重转换为测量测量件增重情况，保证渗碳过程的可测性、有效性、真实性、实时性，从而提高效率和质量，其通用性好，适合推广应用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明所述监控方法的流程示意图；
图2是本发明所述增重测量装置的结构示意图；
图3是图2的侧示图；
图4是本发明所述增重测量装置的结构爆炸示意图；
图5是图4中A处的结构放大示意图；
图6是本发明所述真空热处理炉的结构分解示意图；
图7是图6组装后的结构示意图；
图8是本发明所述增重测量装置与真空热处理炉组装后的结构示意图；
图9是图8中B处的结构放大示意图；
图10是图8中C处的结构放大示意图。
图中所示：1-处理器PC端、2-增重测量装置、21-第一内六角紧固螺钉、22-测量件、23-杠杆、24-卡盘前盖、25-活动卡爪、26-第二内六角紧固螺钉、27-压力传感器、28-安装座、29-第三内六角紧固螺钉、210-第四内六角紧固螺钉、211-顶针环、212-支点销、213-第五内六角紧固螺钉、214-卡盘后盖、215-内六角调节齿轮、216-卡爪驱动齿轮、3-控制系统、4-真空热处理炉、41-石英管、42-加热箱、43-真空法兰盘组、44-密封圈、45-堵盖、46-快装卡箍、5-探头、6-工件。
具体实施方式
为进一步说明本发明的发明构思，以下将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，所述智能监控方法是利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程的增重数值传输到处理器PC端；处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行；具体监控方法为：处理器PC端接收增重测量装置传输的实时数值信息，处理器PC端先保存接收的数值信息，然后在将数值信息导入热力学模型、动力学模型数据库，根据导入的数值信息，利用origin软件中的Non-linearCurve Fit 功能对动力学曲线进行拟合，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2；根据拟合的相关系数自动判定匹配，确定相应的温度、气体压力及时间相关工艺参数；最后将计算出的最佳温度、气体压力及时间相关工艺参数传输至控制系统，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，实现对真空热处理炉中的工件热处理，通过增重测量装置反映工件在热处理过程中的实时增重。
进一步地，其中所述实时增重数值信息为所述增重测量装置中的测量件在真空热处理炉中，在表面热处理渗碳、渗氮和碳氮共渗过程中，为实时增重的数值按设定比例放大后的数值信息。在所述动力学曲线拟合过程中，若根据拟合的相关系数判定为表面渗透控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，把碳势提高到所规定范围的上限，有利于提高反应效率，缩短渗碳时间，并根据表面渗透控速动力学模型计算出渗层生长速率，从而确定渗碳时间获得特定渗层厚度；若根据拟合的相关系数判定为内扩散控速模型，在所规定热力学条件下，把温度提高到所规定范围的上限，间歇式供气，有利于提高反应效率；若根据拟合的相关系数判定为表面渗透与内扩散混合控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统来控制真空热处理炉中的相应设备，把温度、碳势、供气方式按表面渗透与内扩散混合控速模型时间节点进行变化控制，有利于提高反应效率，并根据表面渗透与内扩散混合控速模型获得特定渗层。
另外，还可以人为地利用处理器PC端1所记录及保存数据信息所形成的大数据库，用于推理并不断完善气固反应动力学模型，以便保证理论符合实际。
如图1至图10所示，本发明所述监控系统包括有处理器PC端1、增重测量装置2、控制系统3和检测单元；所述增重测量装置2将表面热处理时的增重情况的数据信息实时反馈给处理器PC端1，所述检测单元包括有多个传感器，所述传感器包括有探头5，多个传感器分别设置于真空热处理炉4中，所述探头5设置于真空热处理炉4中的内壁上；用于检测在表面热处理过程中对渗碳、渗氮和碳氮共渗层影响因素的碳势、氮势、气压及温度相关参数； 所述处理器PC端1用于接收增重测量装置传输的数值信息的实际值，并执行相应的保存，导入热力学模型及动力学模型数据库，根据接收的实际数值信息与导入数据库中的相应模型对动力学曲线进行拟合，按规程设定计算，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2，其计算结果为热处理过程中最佳温度、气体压力及时间工艺参数；所述控制系统3为可编程的PLC控制器，所述控制系统3执行处理器PC端1发送的计算结果，并将计算结果发送至真空热处理炉4中的相应设备，控制相应设备的开启运行状态。
进一步地，本发明所述的监控系统，其中所述增重测量装置2包括有第一内六角紧固螺钉21、测量件22、杠杆23、卡盘前盖24、活动卡爪25、第二内六角紧固螺钉26、压力传感器27、安装座28、第三内六角紧固螺钉29、第四内六角紧固螺钉210、顶针环211、支点销212、第五内六角紧固螺钉213、卡盘后盖214、内六角调节齿轮215和卡爪驱动齿轮216；
其中所述测量件22与真空热处理炉4中待表面处理的工件材料一致，并在其端面有一通孔，用于安装固定测量件22；所述测量件22通过第一内六角紧固螺钉21安装固定于杠杆23的前端面；
所述杠杆23两端设有用于安装紧固的螺纹孔，并在其中一端柱面设有一通孔，用于安装所述支点销212；所述杠杆23沿所述卡盘前盖24及卡盘后盖214的轴向设置；
所述卡盘前盖24和卡盘后盖214均设置为圆盘状结构，在所述卡盘前盖24中设有与卡盘后盖214中位置及大小相一致的第一、第二孔位，并在其端面沿其径向均布有多个大小一致的方形凸台，并在所述方形凸台开有方形孔，所述活动卡爪25的一端位于方形孔中；在所述卡盘前盖24中的小圆柱面的顶端沿第一孔位的中心设有一个方形台阶，在方形台阶上开有一个半圆柱形的卡位，通过所述卡位用于安装支点销212；在所述卡盘后盖214端面设有沿其轴线平行的第一、第二孔位通孔，第三、第四孔位的螺纹孔以及径向的螺纹通孔，所述内六角调节齿轮215的一端位于第二孔位中；卡盘前盖24和卡盘后盖214之间通过第五内六角紧固螺钉213相连接；
所述活动卡爪25设置为T形结构，并设有三个，三个活动卡爪25沿所述卡盘前盖24径向呈环状均布于卡盘前盖24中；并在T形的底部设有螺距，所述螺距与所述卡爪驱动齿轮216中的平面螺纹相匹配，且T形的底部截面与所述卡盘前盖24径向的方形孔相一致；
所述安装座28的底座上设有第一、第二孔位，所述第一、第二孔位用于与所述卡盘后盖214中的第三、第四孔位的螺纹孔相配合，并在安装座28的顶端开有第三孔位通孔和螺纹通孔；所述安装座28通过第二内六角紧固螺钉26与所述卡盘后盖214相连接；
所述压力传感器27通过所述第三内六角紧固螺钉29固定于安装座28中，用于测量所述测量件22在表面热处理时的实时增重情况，并将数据传输至处理器PC端1；
所述顶针环211为圆柱面并具有顶针的圆形垫圈，所述顶针环211通过第四内六角紧固螺钉210固定于所述杠杆23的后端面；
所述支点销212穿过杠杆23柱面上的通孔，作为杠杆23的支点；
所述内六角调节齿轮215两端面中心轴位置各设有一个凸出圆柱轴，用于配合所述卡盘前盖24及卡盘后盖214中的孔位，并在其一端设有内六角孔；
所述卡爪驱动齿轮216为圆周有齿且一端面有平面螺纹的圆盘结构，并在其中心有通孔，所述通孔的直径与所述卡盘后盖214中第一孔位的直径相等。
进一步地，本发明所述的监控系统，其中所述真空热处理炉4为真空管式炉，包括有石英管41、加热箱42、真空法兰盘组43、密封圈44、堵盖45和快装卡箍46，所述石英管41贯穿于加热箱42中，通过加热箱42用于对石英管41加热，所述真空法兰盘组43设置于位于加热箱42外侧的石英管41中，所述增重测量装置2通过快装卡箍46设置于真空法兰盘组43中，在所述真空法兰盘组43中还设有用于密封的密封圈44和堵盖45。
在实际应用过程中，采用本发明所述的监控系统进行监控时，需要将增重测量装置2与真空热处理炉4进行组装，增重测量装置2的装配顺序如下：
(1)）先将3个活动卡爪25分别装入卡盘前盖24径向的3个方形孔中，注意3个活动卡爪25的平面螺纹面朝外；
(2)将卡爪驱动齿轮216装配到卡盘前盖24上，注意调整好活动卡爪25位置，使其平面螺纹与卡爪驱动齿轮216平面螺纹有效配合；
(3)将内六角调节齿轮215装配到卡盘前盖24的第二孔位中，注意保证齿轮齿的有效配合；
(4)将卡盘后盖214装配到卡盘前盖24上，确保内六角调节齿轮215装配到第二孔位上，并使用第五内六角紧固螺钉213将其固定；
(5)使用第四内六角紧固螺钉210将顶针环211通过螺纹紧固到杠杆23；
(6)将支点销212插入杠杆23柱面通孔中，并将其装配到卡盘前盖24方形台阶上的一半圆柱形卡位中，使用第一内六角紧固螺钉21将测量件22紧固到杠杆23的另一端；
(7)使用第二内六角紧固螺钉26将安装座28安装到卡盘前盖24中，并使用第三内六角紧固螺钉29将压力传感器27安装到安装座28上。
而所述真空热处理炉4包括有石英管41、加热箱42、真空法兰盘组43、密封圈44、堵盖45和快装卡箍46，所述石英管41贯穿于加热箱42中，通过加热箱42用于对石英管41加热，所述真空法兰盘组43设置于位于加热箱42外侧的石英管41中，将组装好的增重测量装置2通过快装卡箍46设置于真空法兰盘组43中，在所述真空法兰盘组43中还设有密封圈44和堵盖45。另外，为了安装传感器，所述传感器包括有探头5，将用于检测碳势、氮势和温度等探头5，需要在堵盖45中打孔，导线穿过堵盖45与处理器PC端1相连接，并在孔位置需要用密封圈或密封胶等进行真空处理。
采用本发明所述方法，其中所述处理器PC端、控制系统和传感器均为现有技术中的常用技术，本发明将其应用于真空气体表面热处理，用于过程监控，其工作原理为：测量件22和工件6为同样材质，在进行真空气体表面热处理时，装炉完成后，将增重测量装置2放入真空管式炉中的石英管41中，并使用六角工具拧动内六角调节齿轮215，而爪驱动齿轮216转动过程中，平面螺纹驱动活动卡爪25，使活动卡爪25卡紧于石英管41的内壁上，并放入碳势、氮势和温度等探头52。依次装上密封圈44、堵盖45和快装卡箍46。测量件22、探头5和工件6的位置如图8所示。在热处理过程中，利用压力传感器27将测量件22在表面热处理时的实时增重情况，并将数据传输至处理器PC端1，处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行，通过增重测量装置2反映工件6在热处理过程中的实时增重，即将测量工件6渗碳过程实时增重转换为测量测量件22渗碳过程实时增重，并利用杠杆原理将实时增重数值放大，配合压力传感器27将过程实时增重数值传输到处理器PC端1，从而不受零件结构、大小、装炉量的影响，从而保证渗碳过程的可测性、有效性、真实性和实时性。
综上所述，采用本发明所述智能监控方法及监控系统，利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程中测量件的质量变化数值传输到处理器PC端，处理器PC端根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统控制真空热处理炉按工艺参数执行，实现工艺最优化和可控性，将测量工件增重转换为测量测量件增重情况，保证渗碳过程的可测性、有效性、真实性、实时性，从而提高效率和质量。
本发明的保护范围不仅限于具体实施方式所公开的技术方案，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不限制本发明，凡依据本发明的技术方案所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其特征在于：所述智能监控方法是利用杠杆原理，将真空渗碳、渗氮和碳氮共渗过程的增重数值传输到处理器PC端(1)；处理器PC端(1)根据增重数值导入热力学模型、动力学模型数据库，从而计算出最佳的工艺参数，由控制系统(3)控制真空热处理炉(4)按工艺参数执行；具体监控方法为：处理器PC端(1)接收增重测量装置(2)传输的实时数值信息，处理器PC端(1)先保存接收的数值信息，然后再将数值信息导入热力学模型、动力学模型数据库，根据导入的数值信息，利用origin软件中的Non-linear Curve Fit 功能对动力学曲线进行拟合，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2；根据拟合的相关系数自动判定匹配，确定相应的温度、气体压力及时间相关工艺参数；最后将计算出的最佳温度、气体压力及时间相关工艺参数传输至控制系统(3)，通过控制系统(3)来控制真空热处理炉(4)中的相应设备，实现对真空热处理炉(4)中的工件热处理，通过增重测量装置(2)反映工件在热处理过程中的实时增重；
其中所述增重测量装置(2)包括有第一内六角紧固螺钉(21)、测量件(22)、杠杆(23)、卡盘前盖(24)、活动卡爪(25)、第二内六角紧固螺钉(26)、压力传感器(27)、安装座(28)、第三内六角紧固螺钉(29)、第四内六角紧固螺钉(210)、顶针环(211)、支点销(212)、第五内六角紧固螺钉(213)、卡盘后盖(214)、内六角调节齿轮(215)和卡爪驱动齿轮(216)；
所述测量件(22)与真空热处理炉(4)中待表面处理的工件材料一致，并在其端面有一通孔，用于安装固定测量件(22)；所述测量件(22)通过第一内六角紧固螺钉(21)安装固定于杠杆(23)的前端面；
所述杠杆(23)两端设有用于安装紧固的螺纹孔，并在其中一端柱面设有一通孔，用于安装所述支点销(212)；所述杠杆(23)沿所述卡盘前盖(24)及卡盘后盖(214)的轴向设置；
所述卡盘前盖(24)和卡盘后盖(214)均设置为圆盘状结构，在所述卡盘前盖(24)中设有与卡盘后盖(214)中位置及大小相一致的第一、第二孔位，并在其端面沿其径向均布有多个大小一致的方形凸台，并在所述方形凸台开有方形孔，所述活动卡爪(25)的一端位于方形孔中；在所述卡盘前盖(24)中的小圆柱面的顶端沿第一孔位的中心设有一个方形台阶，在方形台阶上开有一个半圆柱形的卡位，通过所述卡位用于安装支点销(212)；在所述卡盘后盖(214)端面设有沿其轴线平行的第一、第二孔位通孔，第三、第四孔位的螺纹孔以及径向的螺纹通孔，所述内六角调节齿轮(215)的一端位于第二孔位中；卡盘前盖(24)和卡盘后盖(214)之间通过第五内六角紧固螺钉(213)相连接；
所述活动卡爪(25)设置为T形结构，并在T形的底部设有螺距，所述螺距与所述卡爪驱动齿轮(216)中的平面螺纹相匹配，且T形的底部截面与所述卡盘前盖(24)径向的方形孔相一致；
所述安装座(28)的底座上设有第一、第二孔位，所述第一、第二孔位用于与所述卡盘后盖(214)中的第三、第四孔位的螺纹孔相配合，并在安装座(28)的顶端开有第三孔位通孔和螺纹通孔；所述安装座(28)通过第二内六角紧固螺钉(26)与所述卡盘后盖(214)相连接；
所述压力传感器(27)通过第三内六角紧固螺钉(29)固定于安装座(28)中，用于测量所述测量件(22)在表面热处理时的实时增重情况，并将数据传输至处理器PC端(1)；
所述顶针环(211)为圆柱面并具有顶针的圆形垫圈，所述顶针环(211)通过第四内六角紧固螺钉(210)固定于所述杠杆(23)的后端面；
所述支点销(212) 穿过杠杆(23)柱面上的通孔，作为杠杆(23)的支点；
所述内六角调节齿轮(215)两端面中心轴位置各设有一个凸出圆柱轴，用于配合所述卡盘前盖(24)及卡盘后盖(214)中的孔位，并在其一端设有内六角孔；
所述卡爪驱动齿轮(216)为圆周有齿且一端面有平面螺纹的圆盘结构，并在其中心有通孔，所述通孔的直径与所述卡盘后盖(214)中第一孔位的直径相等。
2.根据权利要求1所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其特征在于：所述实时增重数值信息为所述增重测量装置(2)中的测量件(22)在真空热处理炉(4)中，在表面热处理渗碳、渗氮和碳氮共渗过程中，为实时增重的数值按设定比例放大后的数值信息。
3.根据权利要求1所述的一种应用于真空气体表面热处理过程的智能监控方法，其特征在于：在所述动力学曲线拟合过程中，若根据拟合的相关系数判定为表面渗透控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统(3)来控制真空热处理炉(4)中的相应设备，把碳势提高到所规定范围的上限，有利于提高反应效率，缩短渗碳时间，并根据表面渗透控速动力学模型计算出渗层生长速率，从而确定渗碳时间获得特定渗层厚度；若根据拟合的相关系数判定为内扩散控速模型，在所规定热力学条件下，把温度提高到所规定范围的上限，间歇式供气，有利于提高反应效率；若根据拟合的相关系数判定为表面渗透与内扩散混合控速模型，在保证不改变渗层特性的条件下，即特定的第二相和浓度相关参数所规定的热力学条件下，通过控制系统(3)来控制真空热处理炉(4)中的相应设备，把温度、碳势、供气方式按表面渗透与内扩散混合控速模型时间节点进行变化控制，有利于提高反应效率，并根据表面渗透与内扩散混合控速模型获
得特定渗层。
4.一种采用如权利要求1至3中任意一项所述方法的监控系统，其特征在于：所述监控系统包括有处理器PC端(1)、增重测量装置(2)、控制系统(3)和检测单元；所述增重测量装置(2)将表面热处理时的增重情况的数据信息实时反馈给处理器PC端(1)，所述检测单元包括有多个传感器，多个传感器分别设置于真空热处理炉(4)中，用于检测在表面热处理过程中对渗碳、渗氮和碳氮共渗层影响因素的碳势、氮势、气压及温度相关参数；所述处理器PC端(1)用于接收增重测量装置传输的数值信息的实际值，并执行相应的保存，导入热力学模型及动力学模型数据库，根据接收的实际数值信息与导入数据库中的相应模型对动力学曲线进行拟合，按规程设定计算，经拟合后得到气固反应动力学模型相关系数R2，其计算结果为热处理过程中最佳温度、气体压力及时间工艺参数；所述控制系统(3)执行处理器PC端(1)发送的计算结果，并将计算结果发送至真空热处理炉(4)中的相应设备，控制相应设备的开启运行状态。
5.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于：所述活动卡爪(25)设有三个，三个活动卡爪(25)沿所述卡盘前盖(24)径向呈环状均布于卡盘前盖(24)中。
6.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于：所述真空热处理炉(4)为真空管式炉，包括有石英管(41)、加热箱(42)、真空法兰盘组(43)、密封圈(44)、堵盖(45)和快装卡箍(46)，所述石英管(41)贯穿于加热箱(42)中，通过加热箱(42)用于对石英管(41)加热，所述真空法兰盘组(43)设置于位于加热箱(42)外侧的石英管(41)中，所述增重测量装置(2)通过快装卡箍(46)设置于真空法兰盘组(43)中，在所述真空法兰盘组(43)中还设有用于密封的密封圈(44)和堵盖(45)。
7.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于：所述传感器包括有探头(5)，所述探头(5)设置于真空热处理炉(4)中的内壁上。
8.根据权利要求4所述的监控系统，其特征在于：所述控制系统(3)为可编程的PLC控制器。
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