CN117870359A - 一种烧结炉的烧结工艺自动控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烧结炉的烧结工艺自动控制装置及方法，该装置包括烧结炉本体炉外温度传感器和控制器；烧结炉本体包括炉体、设于炉体下方的炉台以及用于驱动炉台升降的升降机构，炉体内设有炉膛，炉膛的周围设有加热体，炉膛的下方设有炉口，炉膛内设有用于对炉膛内的温度进行检测的炉内温度传感器，炉台被抬升时能够嵌入炉口内，炉台上设置有坩埚，坩埚内放置有样品；炉外温度传感器用于对处于炉体下方的坩埚及坩埚内的样品的温度进行检测；控制器的输入端分别与炉内温度传感器和炉外温度传感器电连接，控制器的输出端分别与升降机构和加热体电连接。本发明能够自动选择烧结工艺，降低了烧结工艺控制的难度以及对操作人员的要求。

Description

一种烧结炉的烧结工艺自动控制装置及方法

技术领域

本发明涉及烧结炉技术领域，具体涉及一种烧结炉的烧结工艺自动控制装置及方法。

背景技术

义齿加工的过程中，需要采用烧结炉进行烧结，现有的烧结炉上方为炉膛，炉膛内有电加热体加热炉膛，炉膛的下方为炉口，在炉口下方有坩埚，坩埚内有样品，坩埚下方是炉台，炉台下方是炉台连杆，炉台连杆可以根据用户的控制上下移动，烧结时，通过炉台连杆抬升炉台，使得抬升炉台堵在炉口内，样品在炉膛内进行高温烧结。

不同的样品因为体积、热容等参数不同，需要采用不同的烧结工艺，如果使用同一种烧结曲线烧制，可能会出现烧不透或者达不到烧结标准的情况，因此，烧结工艺的控制是烧结质量控制的重中之重，传统烧结工艺的控制方式是根据操作人员的经验来控制，控制的难度比较大，对操作人员的要求比较高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种烧结炉的烧结工艺自动控制装置及方法，以使其能够自动选择烧结工艺，降低烧结工艺控制的难度以及对操作人员的要求。

一方面，本发明提供了一种烧结炉的烧结工艺自动控制装置，包括烧结炉本体，所述烧结炉本体包括炉体、设于所述炉体下方的炉台以及用于驱动所述炉台升降的升降机构，所述炉体内设有炉膛，炉膛的周围设有加热体，炉膛的下方设有炉口，炉膛内设有用于对炉膛内的温度进行检测的炉内温度传感器，所述炉台被抬升时能够嵌入所述炉口内，炉台上设置有坩埚，所述坩埚内放置有样品；

还包括：

炉外温度传感器，所述炉外温度传感器用于对处于炉体下方的坩埚及坩埚内的样品的温度进行检测；

控制器，所述控制器的输入端分别与所述炉内温度传感器和炉外温度传感器电连接，控制器的输出端分别与所述升降机构和加热体电连接。

进一步地，所述炉台的下方设有底座，所述底座的侧部设有向上延伸的侧支架，所述炉体固定于所述侧支架上。

进一步地，所述温度检测装置为红外测温传感器。

进一步地，所述炉台的底部远离所述侧支架的一侧设有向斜下方伸出的安装板，所述温度检测装置固定于所述安装板上。

进一步地，所述升降机构包括电机、主动轮、从动轮、皮带和炉台连杆，所述电机固定在所述底座内，所述主动轮设于所述侧支架的下部安装在电机的输出轴上，所述从动轮安装在所述侧支架的上部，所述皮带连接于所述主动轮和从动轮之间，所述炉台连杆的一端沿竖向滑动安装于所述侧支架上并固定在皮带上，炉台连杆的另一端固定于所述炉台。

进一步地，所述加热体包括分布于所述炉膛周围的多组电加热管。

进一步地，所述炉内温度传感器为伸入所述炉膛上部的温度测量探头。

另一方面，本发明提供了一种烧结炉的烧结工艺自动控制方法，该方法基于上述烧结炉的烧结工艺自动控制装置，包括如下步骤：

步骤S10，升降机构驱动炉台升降带动坩埚移动，并停止在炉口下方的设定高度；

步骤S20，炉内温度传感器对炉膛内的温度进行监测，加热体将炉膛内的温度加热到设定温度，并将炉膛内的温度稳定维持在该设定温度；

步骤S30，炉外温度传感器采集到坩埚和坩埚内的样品的温度分别为Tg1，Ts1；

步骤S40，经过一段时间t后，炉外温度传感器采集到坩埚和坩埚内的样品的温度分别上升到Tg2，Ts2；

步骤S50，计算坩埚的升温速率Pg＝(Tg2-Tg1)/t，样品的升温速率Py＝(Ts2-Ts1)/t，从而计算出坩埚的升温速率Pg和样品的升温速率Py的比值Pg/Py；

步骤S60，根据坩埚的升温速率Pg和样品的升温速率Py的比值Pg/Py的大小选择对应的烧结工艺程序。

本发明的有益效果为：

烧结的过程中，首先将样品放置在坩埚内，控制升降机构驱动炉台升降带动坩埚移动，并停止在炉口下方的设定高度，同时控制加热体将炉膛内的温度加热到设定温度(例如300℃)，并将炉膛内的温度稳定维持在该设定温度，此时通过炉外温度传感器采集到坩埚和样品的温度分别为Tg1，Ts1，炉膛内的热量可以通过炉口辐射到下方的坩埚和样品上，热辐射的照射下可以使样品和坩埚升温，经过一段时间t后，通过炉外温度传感器采集到坩埚和样品温度上升到Tg2，Ts2，这样可以计算坩埚上升的温度为(Tg2-Tg1)，进而可以推导出坩埚的升温速率Pg＝(Tg2-Tg1)/t，样品上升的温度为(Ts2-Ts1)，进而可以推导出样品的升温速率Py＝(Ts2-Ts1)/t,然后即可计算出坩埚的升温速率Pg和样品的升温速率Py的比值Pg/Py。

由于炉膛的温度以及炉膛对坩埚和样品辐射的高度相同，因而炉膛对坩埚和样品辐射的强度基本相同，同时由于每次使用的坩埚都是标准的，坩埚的升温速率Pg和样品的升温速率Py的比值越大，则说明样品的升温速率越慢，样品越难以被加热，这种样品通常比热容高，或者厚度较厚，体积较大，外部温度渗透到内部需要较长的时间，如果使用同一种烧结曲线烧制，可能会出现烧不透或者达不到烧结标准的情况。

本申请内置许多个不同的烧结工艺程序，可以通过Pg/Py的大小来自动选择所使用的程序，Pg/Py越大时，样品越难以烧透，这样烧结炉自动选择烧结时间长的烧结工艺程序进行烧结来提高样品烧结的质量，当Pg/Py越小时，温度渗透到样品内部越容易，烧结炉自动选择烧结时间较短的烧结工艺程序，用来节约时间。

综上，本申请能够自动选择烧结工艺，降低了烧结工艺控制的难度以及对操作人员的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例的立体图；

图2为本发明实施例的正视图；

图3为图2的A-A剖视图。

附图标记：

100-炉体；110-炉膛；120-加热体；130-炉口；140-炉内温度传感器；150-安装板；200-炉台；210-坩埚；220-样品；300-升降机构；310-电机；320-主动轮；330-从动轮；340-皮带；350-炉台连杆；400-炉外温度传感器；500-底座；600-侧支架。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种烧结炉的烧结工艺自动控制装置，包括烧结炉本体、炉外温度传感器400和控制器。

烧结炉本体包括炉体100、设于炉体100下方的炉台200以及用于驱动炉台200升降的升降机构300，炉台200的下方设有底座500，底座500的侧部设有向上延伸的侧支架600，炉体100固定于侧支架600上。

炉体100内设有炉膛110，炉膛110的周围设有加热体120，加热体120具体包括分布于炉膛110周围的多组电加热管。炉膛110的下方设有炉口130，炉膛110内设有用于对炉膛110内的温度进行检测的炉内温度传感器140，炉内温度传感器140具体为伸入炉膛110上部的温度测量探头。炉台200被抬升时能够嵌入炉口130内，炉台200上设置有坩埚210，坩埚210内放置有样品220。

炉外温度传感器400用于对处于炉体100下方的坩埚210及坩埚210内的样品220的温度进行检测，炉外温度传感器400具体可以采用红外测温传感器。

为了便于安装炉外温度传感器400，炉台200的底部远离侧支架600的一侧设有向斜下方伸出的安装板150，温度检测装置固定于安装板150上。

升降机构300具体包括电机310、主动轮320、从动轮330、皮带340和炉台连杆350，电机310固定在底座500内，主动轮320设于侧支架600的下部安装在电机310的输出轴上，从动轮330安装在侧支架600的上部，皮带340连接于主动轮320和从动轮330之间，炉台连杆350的一端沿竖向滑动安装于侧支架600上并固定在皮带340上，炉台连杆350的另一端固定于炉台200，这样通过电机310带动皮带340转动，即可驱动炉台连杆350带动炉台200升降。

控制器的输入端分别与炉内温度传感器140和炉外温度传感器400电连接，用于接收炉内温度传感器140和炉外温度传感器400检测的温度信号，控制器的输出端分别与升降机构300和加热体120电连接，用于输出信号控制升降机构300驱动炉台升降以及控制加热体120加热的功率和时间，控制器具体为PLC控制器。

本发明实施例还提供了一种烧结炉的烧结工艺自动控制方法，该方法基于上述烧结炉的烧结工艺自动控制装置，包括如下步骤：

步骤S10，升降机构300驱动炉台200升降带动坩埚210移动，并停止在炉口下方的设定高度；

步骤S20，炉内温度传感器140对炉膛110内的温度进行监测，加热体120将炉膛110内的温度加热到设定温度，并将炉膛110内的温度稳定维持在该设定温度；

步骤S30，炉外温度传感器400采集到坩埚210和坩埚210内的样品220的温度分别为Tg1，Ts1；

步骤S40，经过一段时间t后，炉外温度传感器400采集到坩埚210和坩埚210内的样品220的温度分别上升到Tg2，Ts2；

步骤S50，计算坩埚210的升温速率Pg＝(Tg2-Tg1)/t，样品220的升温速率Py＝(Ts2-Ts1)/t，从而计算出坩埚210的升温速率Pg和样品220的升温速率Py的比值Pg/Py；

步骤S60，根据坩埚210的升温速率Pg和样品220的升温速率Py的比值Pg/Py的大小选择对应的烧结工艺程序。

烧结的过程中，首先将样品220放置在坩埚210内，控制升降机构300驱动炉台200升降带动坩埚210移动，并停止在炉口下方的设定高度，同时控制加热体120将炉膛110内的温度加热到设定温度(例如300℃)，并将炉膛110内的温度稳定维持在该设定温度，此时通过炉外温度传感器400采集到坩埚210和样品220的温度分别为Tg1，Ts1，炉膛110内的热量可以通过炉口130辐射到下方的坩埚210和样品220上，热辐射的照射下可以使样品220和坩埚210升温，经过一段时间t后，通过炉外温度传感器400采集到坩埚210和样品220温度上升到Tg2，Ts2，这样可以计算坩埚210上升的温度为(Tg2-Tg1)，进而可以推导出坩埚210的升温速率Pg＝(Tg2-Tg1)/t，样品220上升的温度为(Ts2-Ts1)，进而可以推导出样品220的升温速率Py＝(Ts2-Ts1)/t,然后即可计算出坩埚210的升温速率Pg和样品220的升温速率Py的比值Pg/Py。

由于炉膛110的温度以及炉膛110对坩埚210和样品220辐射的高度相同，因而炉膛110对坩埚210和样品220辐射的强度基本相同，同时由于每次使用的坩埚210都是标准的，坩埚210的升温速率Pg和样品220的升温速率Py的比值越大，则说明样品220的升温速率越慢，样品220越难以被加热，这种样品220通常比热容高，或者厚度较厚，体积较大，外部温度渗透到内部需要较长的时间，如果使用同一种烧结曲线烧制，可能会出现烧不透或者达不到烧结标准的情况。

本申请内置许多个不同的烧结工艺程序，可以通过Pg/Py的大小来自动选择所使用的程序，Pg/Py越大时，样品220越难以烧透，这样烧结炉自动选择烧结时间长的烧结工艺程序进行烧结来提高样品220烧结的质量，当Pg/Py越小时，温度渗透到样品220内部越容易，烧结炉自动选择烧结时间较短的烧结工艺程序，用来节约时间。

综上，本申请能够自动选择烧结工艺，降低了烧结工艺控制的难度以及对操作人员的要求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种烧结炉的烧结工艺自动控制装置，包括烧结炉本体，所述烧结炉本体包括炉体、设于所述炉体下方的炉台以及用于驱动所述炉台升降的升降机构，所述炉体内设有炉膛，炉膛的周围设有加热体，炉膛的下方设有炉口，炉膛内设有用于对炉膛内的温度进行检测的炉内温度传感器，所述炉台被抬升时能够嵌入所述炉口内，炉台上设置有坩埚，所述坩埚内放置有样品，其特征在于：

还包括：

炉外温度传感器，所述炉外温度传感器用于对处于炉体下方的坩埚及坩埚内的样品的温度进行检测；

控制器，所述控制器的输入端分别与所述炉内温度传感器和炉外温度传感器电连接，控制器的输出端分别与所述升降机构和加热体电连接。

2.根据权利要求1所述的烧结炉的烧结工艺自动控制装置，其特征在于：

所述炉台的下方设有底座，所述底座的侧部设有向上延伸的侧支架，所述炉体固定于所述侧支架上。

3.根据权利要求2所述的烧结炉的烧结工艺自动控制装置，其特征在于：

所述温度检测装置为红外测温传感器。

4.根据权利要求3所述的烧结炉的烧结工艺自动控制装置，其特征在于：

所述炉台的底部远离所述侧支架的一侧设有向斜下方伸出的安装板，所述温度检测装置固定于所述安装板上。

5.根据权利要求2所述的烧结炉的烧结工艺自动控制装置，其特征在于：

所述升降机构包括电机、主动轮、从动轮、皮带和炉台连杆，所述电机固定在所述底座内，所述主动轮设于所述侧支架的下部安装在电机的输出轴上，所述从动轮安装在所述侧支架的上部，所述皮带连接于所述主动轮和从动轮之间，所述炉台连杆的一端沿竖向滑动安装于所述侧支架上并固定在皮带上，炉台连杆的另一端固定于所述炉台。

6.根据权利要求1所述的烧结炉的烧结工艺自动控制装置，其特征在于：

所述加热体包括分布于所述炉膛周围的多组电加热管。

7.根据权利要求1所述的烧结炉的烧结工艺自动控制装置，其特征在于：

所述炉内温度传感器为伸入所述炉膛上部的温度测量探头。

8.一种烧结炉的烧结工艺自动控制方法，该方法基于如权利要求1-7任一项所述的烧结炉的烧结工艺自动控制装置，包括如下步骤：

步骤S10，升降机构驱动炉台升降带动坩埚移动，并停止在炉口下方的设定高度；

步骤S20，炉内温度传感器对炉膛内的温度进行监测，加热体将炉膛内的温度加热到设定温度，并将炉膛内的温度稳定维持在该设定温度；

步骤S30，炉外温度传感器采集到坩埚和坩埚内的样品的温度分别为Tg1，Ts1；

步骤S40，经过一段时间t后，炉外温度传感器采集到坩埚和坩埚内的样品的温度分别上升到Tg2，Ts2；

步骤S50，计算坩埚的升温速率Pg＝(Tg2-Tg1)/t，样品的升温速率Py＝(Ts2-Ts1)/t，从而计算出坩埚的升温速率Pg和样品的升温速率Py的比值Pg/Py；

步骤S60，根据坩埚的升温速率Pg和样品的升温速率Py的比值Pg/Py的大小选择对应的烧结工艺程序。