CN115468657B - 用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备及测定方法 - Google Patents

Abstract

用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备及测定方法，本发明涉及热处理零部件辐射高温测定技术领域，包括机架、与零部件淬火部位形状一致的辐射导向组件、与高频淬火设备高频线圈数量一致的辐射测温传感器和辐射测温终端；所述机架位于高频淬火设备的上方，所述辐射导向组件设有与高频淬火设备高频线圈数量一致的辐射导向通道，辐射导向组件设置在机架的底面上。本发明采用对应高频线圈位置的单独辐射导向组件来单独对一个高频线圈加热部位进行单独测定温度，当相邻局部测定的温度差异值较大时，辐射测温终端针对这种情况作出零部件淬火温度不均匀的判断，提醒工作人员及时处理，大大提高了大尺寸零部件高频淬火的合格率。

Description

用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备及测定方法

技术领域

本发明涉及热处理零部件辐射高温测定技术领域，尤其是涉及用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备及测定方法。

背景技术

高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电（1000-300000Hz或更高）的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个趋肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小。

目前，现有技术中对于大型零部件，特别是大齿轮的外齿圈采用高频淬火来提升齿圈的表面层强度及耐磨性，通常所说的大齿轮和小齿轮，都是从表面上去衡量的。首先是从齿轮的尺寸大小来看，在尺寸上最明显的就是其直径大小，正确地说应该是指其齿顶圆直径的大小。齿顶圆一般达到300mm的齿轮称为大齿轮。

由于大齿轮的齿顶圆尺寸过大，在高频淬火时需要采用多个线圈来组合对外齿圈进行高频淬火，这样就会导致外齿圈的各个部位的受热情况会有所区别，而对于外齿圈温度的测定一般采用红外测温仪的方式进行测定，这个测定温度不能准确地反映整个齿圈的温度，如果某段高频线圈1011的输入电路或者线圈本身出现故障，就会导致局部温度不均匀的情况，而红外测温仪如果并没有对准该部位就不能发现这个温度不均匀的情况，淬火不均匀的时间持续超过一定时间就会导致不可逆的结构缺陷，最终的结果就是不合格的淬火齿轮。

发明内容

为了解决工业零部件高频淬火中辐射测温准确度，及时发现高频淬火不均匀的情况，如何提高高频淬火合格品率的技术问题，本发明提供用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备及测定方法。采用如下的技术方案：

用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备，包括机架、与零部件淬火部位形状一致的辐射导向组件、与高频淬火设备高频线圈数量一致的辐射测温传感器和辐射测温终端；

所述机架位于高频淬火设备的上方，所述辐射导向组件设有与高频淬火设备高频线圈数量一致的辐射导向通道，辐射导向组件设置在机架的底面上，且辐射导向通道正对零部件淬火部位，所述辐射测温传感器设置在辐射导向通道处，并与辐射测温终端通信连接，所述辐射测温终端接收辐射测温传感器的测温信号，显示测温结果，并做出零部件淬火温度是否均匀的判断。

通过上述技术方案，在大齿轮的外齿圈高频淬火的应用场景下，高频淬火设备高频线圈对零部件的外齿圈进行高频加温时，由于尺寸较大，采用多个高频线圈组合的方式进行加热，由于每个高频线圈的工况不一定一样，这种工况不一样的原因有可能是零部件的装夹错位，有可能是高频线圈的电路故障，如果不能及时发现很有可能对零部件的外圈造成不可逆的结构损伤，甚至局部变形或开裂；

采用对应高频线圈位置的单独辐射导向组件来单独对一个高频线圈加热部位进行单独测定温度，当相邻局部测定的温度差异值较大时，可以认定其中有高频线圈出现故障或者局部的位置错位，因此辐射测温终端针对这种情况作出零部件淬火温度不均匀的判断，提醒工作人员及时处理，避免零部件长时间不均匀淬火导致的结构不可逆损坏情况。

可选的，所述辐射导向组件包括一组扇形盒体和一组辐射导向透镜，所述扇形盒体的顶部和底部为敞口，中部的内壁处设有传感器安装支架，一组扇形盒体的侧壁依次相接形成环形的辐射导向组件，所述辐射导向透镜固定安装在辐射导向透镜的底部敞口处，且辐射导向透镜一侧接收零部件表面的高温辐射后，另一侧在扇形盒体内壁的中部形成均匀辐射带，辐射测温传感器的壳体安装在传感器安装支架处，并检测匀辐射带的辐射温度值。

通过上述技术方案，辐射导向组件采用多个扇形盒体组成一个与零部件外圈对应的环形，并在底部和顶部开口，底部开口便于安装辐射导向透镜，顶部开口避免热量的聚集，辐射导向透镜将对应高频线圈位置的零部件上表面高温辐射进行辐射导向后在扇形盒体中部区域形成均匀的辐射区域，使得辐射测温传感器测得的温度较为均匀，避免热辐射干扰。

可选的，所述扇形盒体由铝合金型材制成，内外壁均设置0.5-1mm厚的石墨烯散热涂料层。

通过上述技术方案，铝合金型材制成的扇形盒体强度高，重量轻，石墨烯散热涂料层不集热，避免高温辐射带来的集热影响到辐射测温结果。

可选的，所述辐射导向透镜是PC材质制成的准直透镜。

通过上述技术方案，准直透镜能将辐射向扇形盒体底部敞口的每一点的光线变成一束平行的准直光柱，PC材质的准直透镜具有非常强的韧性，耐冲击性能比较好，可以耐受130摄氏度的高温，非常适宜于高温注塑成型，所以生产效率比较高，但是漏光率稍低，仅有88%左右。

可选的，所述机架由铝合金型材制成，顶部通过连接杆固定连接在高频淬火设备的壳体上，底部位于高频淬火设备高频线圈的正上方。

可选的，所述辐射测温终端包括模拟量输入模块、单片机、显示驱动模块、显示屏和开关量输出模块，所述辐射测温传感器通过模拟量输入模块与单片机通信连接，所述单片机通过显示驱动模块与显示屏通信连接，并通过开关量输出模块控制高频淬火设备高频线圈的通断。

通过上述技术方案，采用单片机来对辐射测温传感器测得的温度值进行数据比较，效率高，响应速度快，在达到设定阈值后，能快速地断开高频线圈，避免持续的高温带来的不可逆的结构损伤，正常情况下，如果出现受热不均，在秒内即可断开高频线圈。

可选的，所述辐射测温终端还包括声光报警器，所述单片机通过开关量输出模块控制声光报警器的开关。

通过上述技术方案，设置声光报警器，当测定的温度差异达到阈值后，单片机通过开关量输出模块控制声光报警器开启，提醒工作人员马上介入进行检查，在排除故障后可以重启设备。

可选的，所述辐射测温传感器是红外测温传感器。

高频淬火零部件的辐射高温测定方法，具体步骤是：

步骤1，将零部件装夹在高频淬火设备高频线圈中间的夹具上；

步骤2，打开高频淬火设备的高频线圈，开始对零部件的外圈进行高频加热；

步骤3，辐射测温传感器实时测量对应的扇形盒体内经过辐射导向透镜后的热辐射值，并通过模拟量输入模块传输给单片机，单片机通过显示驱动模块控制显示屏显示测定温度值；

将辐射测温传感器按照安装位置顺序进行编号，编号为1，2，3，……，n，设任一辐 射测温传感器测定值为Tn，设任意相邻两个测定温度值的差异值为

，当

大于温度差异 阈值时，单片机执行淬火异常程序，淬火异常程序为控制通过开关量输出模块控制声光报 警器开启，同时控制高频淬火设备高频线圈断电。

可选的，

=

，温度差异阈值为5%，当

＞5%时，单片机执行淬火异常程 序。

通过上述技术方案，采用温度差异阈值的方式来对各个高频线圈的加热结果进行高效的判断，若相邻两个辐射测温传感器测定温度差异过大，则单片机立即执行淬火异常程序，即报警和切断高频线圈，此时工作人员应该检查是否是该段高频线圈电路故障或者对应不稳的零部件是否有装夹导致的位置偏差，在排除故障因素后，可以重启设备，能够尽可能避免淬火的不合格品的产生，避免产品的损坏。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：本发明能提供用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备及测定方法，采用对应高频线圈位置的单独辐射导向组件来单独对一个高频线圈加热部位进行单独测定温度，当相邻局部测定的温度差异值较大时，可以认定其中有高频线圈出现故障或者局部的位置错位，辐射测温终端针对这种情况作出零部件淬火温度不均匀的判断，提醒工作人员及时处理，避免零部件长时间不均匀淬火导致的结构不可逆损坏情况，大大提高了大尺寸零部件高频淬火的合格率。

附图说明

图1是本发明用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备的结构示意图；

图2是本发明用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备高频线圈和零部件高频淬火状态结构示意图；

图3是本发明用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备辐射导向组件结构示意图；

图4是本发明用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备的电器件连接原理示意图。

附图标记说明：1、机架；2、辐射导向组件；21、扇形盒体；22、辐射导向透镜；3、辐射测温传感器；4、辐射测温终端；41、模拟量输入模块；42、单片机；43、显示驱动模块；44、显示屏；45、开关量输出模块；46、声光报警器；100、零部件；101、高频淬火设备；1011、高频线圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备及测定方法。

参照图1－图4，用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备，包括机架1、与零部件100淬火部位形状一致的辐射导向组件2、与高频淬火设备101高频线圈1011数量一致的辐射测温传感器3和辐射测温终端4；

机架1位于高频淬火设备101的上方，辐射导向组件2设有与高频淬火设备101高频线圈1011数量一致的辐射导向通道，辐射导向组件2设置在机架1的底面上，且辐射导向通道正对零部件100淬火部位，辐射测温传感器3设置在辐射导向通道处，并与辐射测温终端4通信连接，辐射测温终端4接收辐射测温传感器3的测温信号，显示测温结果，并做出零部件100淬火温度是否均匀的判断。

在大齿轮的外齿圈高频淬火的应用场景下，高频淬火设备101高频线圈1011对零部件100的外齿圈进行高频加温时，由于尺寸较大，采用多个高频线圈1011组合的方式进行加热，由于每个高频线圈1011的工况不一定一样，这种工况不一样的原因有可能是零部件100的装夹错位，有可能是高频线圈1011的电路故障，如果不能及时发现很有可能对零部件100的外圈造成不可逆的结构损伤，甚至局部变形或开裂；

采用对应高频线圈1011位置的单独辐射导向组件2来单独对一个高频线圈1011加热部位进行单独测定温度，当相邻局部测定的温度差异值较大时，可以认定其中有高频线圈1011出现故障或者局部的位置错位，因此辐射测温终端4针对这种情况作出零部件100淬火温度不均匀的判断，提醒工作人员及时处理，避免零部件100长时间不均匀淬火导致的结构不可逆损坏情况。

辐射导向组件2包括一组扇形盒体21和一组辐射导向透镜22，扇形盒体21的顶部和底部为敞口，中部的内壁处设有传感器安装支架，一组扇形盒体21的侧壁依次相接形成环形的辐射导向组件2，辐射导向透镜22固定安装在辐射导向透镜22的底部敞口处，且辐射导向透镜22一侧接收零部件100表面的高温辐射后，另一侧在扇形盒体21内壁的中部形成均匀辐射带，辐射测温传感器3的壳体安装在传感器安装支架处，并检测匀辐射带的辐射温度值。

辐射导向组件2采用多个扇形盒体21组成一个与零部件100外圈对应的环形，并在底部和顶部开口，底部开口便于安装辐射导向透镜22，顶部开口避免热量的聚集，辐射导向透镜22将对应高频线圈1011位置的零部件100上表面高温辐射进行辐射导向后在扇形盒体21中部区域形成均匀的辐射区域，使得辐射测温传感器3测得的温度较为均匀，避免热辐射干扰。

扇形盒体21由铝合金型材制成，内外壁均设置0.5-1mm厚的石墨烯散热涂料层。

铝合金型材制成的扇形盒体21强度高，重量轻，石墨烯散热涂料层不集热，避免高温辐射带来的集热影响到辐射测温结果。

辐射导向透镜22是PC材质制成的准直透镜。

准直透镜能将辐射向扇形盒体21底部敞口的每一点的光线变成一束平行的准直光柱，PC材质的准直透镜具有非常强的韧性，耐冲击性能比较好，可以耐受130摄氏度的高温，非常适宜于高温注塑成型，所以生产效率比较高，但是漏光率稍低，仅有88%左右。

机架1由铝合金型材制成，顶部通过连接杆固定连接在高频淬火设备101的壳体上，底部位于高频淬火设备101高频线圈1011的正上方。

辐射测温终端4包括模拟量输入模块41、单片机42、显示驱动模块43、显示屏44和开关量输出模块45，辐射测温传感器3通过模拟量输入模块41与单片机42通信连接，单片机42通过显示驱动模块43与显示屏44通信连接，并通过开关量输出模块45控制高频淬火设备101高频线圈1011的通断。

采用单片机42来对辐射测温传感器3测得的温度值进行数据比较，效率高，响应速度快，在达到设定阈值后，能快速地断开高频线圈1011，避免持续的高温带来的不可逆的结构损伤，正常情况下，如果出现受热不均，在1秒内即可断开高频线圈1011。

辐射测温终端4还包括声光报警器46，单片机42通过开关量输出模块45控制声光报警器46的开关。

设置声光报警器46，当测定的温度差异达到阈值后，单片机42通过开关量输出模块45控制声光报警器46开启，提醒工作人员马上介入进行检查，在排除故障后可以重启设备。

辐射测温传感器3是红外测温传感器。

高频淬火零部件的辐射高温测定方法，具体步骤是：

步骤1，将零部件100装夹在高频淬火设备101高频线圈1011中间的夹具上；

步骤2，打开高频淬火设备101的高频线圈1011，开始对零部件100的外圈进行高频加热；

步骤3，辐射测温传感器3实时测量对应的扇形盒体21内经过辐射导向透镜22后的热辐射值，并通过模拟量输入模块41传输给单片机42，单片机42通过显示驱动模块43控制显示屏44显示测定温度值；

将辐射测温传感器3按照安装位置顺序进行编号，编号为1，2，3，……，n，设任一辐 射测温传感器3测定值为Tn，设任意相邻两个测定温度值的差异值为

，当

大于温度差 异阈值时，单片机42执行淬火异常程序，淬火异常程序为控制通过开关量输出模块45控制 声光报警器46开启，同时控制高频淬火设备101高频线圈1011断电。

=

，温度差异阈值为5%，当

＞5%时，单片机42执行淬火异常程序。

采用温度差异阈值的方式来对各个高频线圈1011的加热结果进行高效的判断，若相邻两个辐射测温传感器3测定温度差异过大，则单片机42立即执行淬火异常程序，即报警和切断高频线圈1011，此时工作人员应该检查是否是该段高频线圈1011电路故障或者对应不稳的零部件100是否有装夹导致的位置偏差，在排除故障因素后，可以重启设备，能够尽可能避免淬火的不合格品的产生，避免产品的损坏。

本发明实施例一用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备及测定方法的实施原理为：

在具体的大齿轮高频淬火应用场景下，齿顶圆直径为480mm，将大齿轮装夹在高频淬火设备101高频线圈1011中间的夹具上；

打开高频淬火设备101的高频线圈1011，开始对大齿轮的外齿圈进行高频加热；

辐射测温传感器3实时测量对应的扇形盒体21内经过辐射导向透镜22后的热辐射值，并通过模拟量输入模块41传输给单片机42，单片机42通过显示驱动模块43控制显示屏44显示测定温度值；

将辐射测温传感器3按照安装位置顺序进行编号，编号为1，2，3，4设任一辐射测温 传感器3测定值为Tn，在设备开启的第850毫秒时，第3个线圈测得850℃，第二个线圈测得 700℃，此时

=

=21.4%＞5%，单片机42执行淬火异常程序，控制通过开关量输出模 块45控制声光报警器46开启，同时控制高频淬火设备101高频线圈1011断电。

工作人员检查后发现，第二个线圈的电路故障导致输入的电压不足，在检修后，重启设备完成大齿轮外齿圈的高频淬火工艺。

本发明实施例二用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备及测定方法的实施原理为：

在具体的大齿轮高频淬火应用场景下，齿顶圆直径为600mm，将大齿轮装夹在高频淬火设备101高频线圈1011中间的夹具上；

打开高频淬火设备101的高频线圈1011，开始对大齿轮的外齿圈进行高频加热；

辐射测温传感器3实时测量对应的扇形盒体21内经过辐射导向透镜22后的热辐射值，并通过模拟量输入模块41传输给单片机42，单片机42通过显示驱动模块43控制显示屏44显示测定温度值；

将辐射测温传感器3按照安装位置顺序进行编号，编号为1，2，3，4，5设任一辐射测 温传感器3测定值为Tn，在设备开启的第920毫秒时，第5个线圈测得950℃，第四个线圈测得 825℃，此时

=

=15.1%＞5%，单片机42执行淬火异常程序，控制通过开关量输出模 块45控制声光报警器46开启，同时控制高频淬火设备101高频线圈1011断电。

工作人员检查后发现，第四个线圈对应的大齿轮部位偏低，导致高频线圈1011不能完全作用于大齿轮外圈，在调整安装位后，重启设备，正常完成大齿轮的高频淬火工艺。

以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备，其特征在于：包括机架（1）、与零部件（100）淬火部位形状一致的辐射导向组件（2）、与高频淬火设备（101）高频线圈（1011）数量一致的辐射测温传感器（3）和辐射测温终端（4）；

所述机架（1）位于高频淬火设备（101）的上方，所述辐射导向组件（2）设有与高频淬火设备（101）高频线圈（1011）数量一致的辐射导向通道，辐射导向组件（2）设置在机架（1）的底面上，且辐射导向通道正对零部件（100）淬火部位，所述辐射测温传感器（3）设置在辐射导向通道处，并与辐射测温终端（4）通信连接，所述辐射测温终端（4）接收辐射测温传感器（3）的测温信号，显示测温结果，并做出零部件（100）淬火温度是否均匀的判断；

所述辐射导向组件（2）包括一组扇形盒体（21）和一组辐射导向透镜（22），所述扇形盒体（21）的顶部和底部为敞口，中部的内壁处设有传感器安装支架，一组扇形盒体（21）的侧壁依次相接形成环形的辐射导向组件（2），所述辐射导向透镜（22）固定安装在辐射导向透镜（22）的底部敞口处，且辐射导向透镜（22）一侧接收零部件（100）表面的高温辐射后，另一侧在扇形盒体（21）内壁的中部形成均匀辐射带，辐射测温传感器（3）的壳体安装在传感器安装支架处，并检测匀辐射带的辐射温度值。

2.根据权利要求1所述的用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备，其特征在于：所述扇形盒体（21）由铝合金型材制成，内外壁均设置0.5-1mm厚的石墨烯散热涂料层。

3.根据权利要求1所述的用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备，其特征在于：所述辐射导向透镜（22）是PC材质制成的准直透镜。

4.根据权利要求1所述的用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备，其特征在于：所述机架（1）由铝合金型材制成，顶部通过连接杆固定连接在高频淬火设备（101）的壳体上，底部位于高频淬火设备（101）高频线圈（1011）的正上方。

5.根据权利要求1所述的用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备，其特征在于：所述辐射测温终端（4）包括模拟量输入模块（41）、单片机（42）、显示驱动模块（43）、显示屏（44）和开关量输出模块（45），所述辐射测温传感器（3）通过模拟量输入模块（41）与单片机（42）通信连接，所述单片机（42）通过显示驱动模块（43）与显示屏（44）通信连接，并通过开关量输出模块（45）控制高频淬火设备（101）高频线圈（1011）的通断。

6.根据权利要求5所述的用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备，其特征在于：所述辐射测温终端（4）还包括声光报警器（46），所述单片机（42）通过开关量输出模块（45）控制声光报警器（46）的开关。

7.根据权利要求1所述的用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备，其特征在于：所述辐射测温传感器（3）是红外测温传感器。

8.高频淬火零部件的辐射高温测定方法，其特征在于：采用权利要求1-7任一所述的用于高频淬火零部件的辐射高温测定设备进行测定，具体步骤是：

步骤1，将零部件（100）装夹在高频淬火设备（101）高频线圈（1011）中间的夹具上；

步骤2，打开高频淬火设备（101）的高频线圈（1011），开始对零部件（100）的外圈进行高频加热；

步骤3，辐射测温传感器（3）实时测量对应的扇形盒体（21）内经过辐射导向透镜（22）后的热辐射值，并通过模拟量输入模块（41）传输给单片机（42），单片机（42）通过显示驱动模块（43）控制显示屏（44）显示测定温度值；

将辐射测温传感器（3）按照安装位置顺序进行编号，编号为1，2，3，……，n，设任一辐射测温传感器（3）测定值为Tn，设任意相邻两个测定温度值的差异值为∆t，当∆t大于温度差异阈值时，单片机（42）执行淬火异常程序，淬火异常程序为控制通过开关量输出模块（45）控制声光报警器（46）开启，同时控制高频淬火设备（101）高频线圈（1011）断电。

9.根据权利要求8所述的高频淬火零部件的辐射高温测定方法，其特征在于：

=

，温度差异阈值为5%，当

＞5%时，单片机（42）执行淬火异常程序。

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