CN1391667A - 控制传送带型热处理器中工件的温度响应的方法与设备 - Google Patents

Abstract

一种用于控制一个正暴露在一个热处理器中的加热和/或冷却环境下的工件的温度响应曲线的方法和设备利用对工件的测量数据通过闭环反馈来调节热处理器的控制参数设定。

Description

控制传送带型热处理器中工件的温度响应的方法与设备

相关的申请

本申请与美国专利申请09/404,572相关，后者于1999年9月23日递交，标题为“Method and Apparatus for Optimizing Control of aPart Temperature in a Conveyorized Thermal Processor(对传送带型热处理器中工件的优化控制的方法与设备)”，发明人为Steven ArthurSchultz和Philip C.Kazmierowicz及共同受让人为KIC ThermalProfiling，INC.(公司名)。

本发明的领域

本发明涉及一种利用闭环反馈控制传送带型热处理器中工件的温度响应的改进方法。

本发明的背景

热处理涉及一系列可能让一个工件暴露在一个温度受控的环境中的处理，它被用于各种各样的生产过程中，例如加热处理、淬火、和冷冻储藏。热处理器的一个例子是回流炉。焊接回流炉中的例如电子线路板等各种工件的生产经常需要在仔细的控制之下于一些特定的时期内暴露于加热和/或冷却的环境中。焊接元件所需的高温环境导致对印刷电路板的加热必须缓慢而均匀，以便使热膨胀应力最小化。因此，在这种焊接“回流”操作中可以利用热量的对流传导。焊剂与一种汞剂材料共同起焊接作用，后者必须在不同的温度下发生相变。可以通过让工件(例如需变成为经处理的产品的印刷电路板)依次地经过一系列互相热隔离的，各自的温度独立受控的相邻区域或“区带”，来实现焊接回流。

典型地，在整个热处理过程中，这些对流热传导室或区带被设定在固定的控制温度上。一个区带可含有一个或几个受控热元件，每个热元件又有一个相应的控制监视位置。热元件的定义是，一个用于加热的热源或一个用于冷却的热换能器，它们都可以按命令来控制温度。各个控制监视位置处的指定温度构成了沿着回流炉的一条“控制温度(分布)曲线”。工件的温度暴露情况可以由每个区带中的处理器空气温度和在每个区带中的暴露时间来控制。沿着各个区带的空气温度构成了一条“处理器温度(分布)曲线”。当工件沿着传送带经过回流炉时其各个瞬时温度值将构成所谓的“工件温度曲线”，如果该曲线是根据测量数据得到的，则可称为“测量工件温度曲线”。工件的温度响应必须满足制造商的工件规范要求，其中包括已确定的容差范围或相对目标值的容差极限。当测量值落在相应的容差极限范围内时即为满足规范。通过对炉子的操作来获得温度数据的处理(用于生成一条测量工件温度曲线)可以称作“测试处理”。

工件的温度响应可以这样监测到：在把工件放入回流炉之前，把一个或几个热电偶(或其他接触式测温器件，如热敏器件或热敏电阻温度探测器)安装到工件或其相邻位置上，或者用一个热传感器进行遥测。另外，也可以用诸如红外或光学扫描器等遥测装置来测量工件的温度响应。热电偶的测量结果可以通过连接电缆或无线发射器等传送给一个数据获取装置。沿着传送带的温度也可以用不同的方法测量，其中的两个方法是：(a)连结在传送带上(虽然并无热接触)的热电偶，这样热电偶将随工件一起运动，或者(b)一个其内部设有多个热电偶的固定控头，它沿着炉子的长度方向伸展，并邻近于传送带。

诸如回流炉这样的一个热处理器可以被n个控制参数C_j(j＝1-n)调制。这些控制参数可以包括：每个区带处的炉子设定点温度，传送带速度，工件的传送带密度(单位传送带长度上的工件数)，或者这些参数的组合以及在热处理器操作时需直接调节或会产生间接影响的变量。对热处理的其他物理影响有：可能与环境温度和湿度有关的初始条件，以及诸如对流率等难以直接测量的特性。这些因素可以统称为不可控制的处理器参数。

作为热处理器的一个例子，图1示出了一个回流炉的侧视图。回流炉10有一个沿其长度方向布置的传送带12，它从入口14向右移动到出口16。炉子内部可以分成用于热处理的两个或多个区带。图中示出了第一和第二区带18a和18b。每个区带都至少有一个加热和/或冷却元件20a和20b，还可以在它们附近设置一个或几个监视装置22a和22b，用于监视热处理。这些监视装置22a和22b可以是热电偶或热敏器件。炉子10还可以有一个或几个用来增强对流的循环风扇24。传送带12可以用传送带马达26a驱动，风扇可以用风扇马达26b驱动。加热和/或冷却元件20a、20b以及马达26a、26b的设定受一个控制站28的控制，该控制站从一个受操作员32或其他设备指令的接收器30接收设定输入。每个控制参数都可以在输入接收器30与控制参数之间的一个控制界面上被命令达到某个目标条件。在图1的例子中示出了一个第一区带界面34a、一个第二区带界面34b、一个传送带界面34c、和一个风扇界面34d。这些控制参数可以用一个n维的向量C表示，其中各个维的值为C_j(j＝1-n)，每个控制参数由C₁，C₂，…，C_n中的一个来代表。在图1例子中，n＝4。由设备的监视控制性能，例如由监视装置22a和22b所得到的测量数据，可由一个数据获取装置36a接收并由一个存储介质36b记录。

热处理器对控制参数设定的响应可能不等于C_j值。处理器的响应可以用一个类似于C’的n维向量C’来表示。其中C’的各个维的值为各个处理器参数。C’可以与各处理器参数同时测得并存储。控制参数C与处理器参数C’之间的相关性可能受到对流率，各区带间的热隔离情况、和热元件达到目标控制参数值的能力等因素的影响。在实践中，处理器参数可能随时间环绕某个局部的或过程中的平均C’起伏变化。可以规定或定义处理偏差的容差，当超过了该容差时将使热处理器停止工作。这种容差可以表达为控制参数与它们相应的平均处理器参数之间的绝对差值：|C-C’|_j，j＝1-n。当处理器经过足够的时间(t→0)使处理器参数达到热平衡(假定控制参数保持固定值)，从而处理器参数C’只在一个规定的平衡范围或容差范围ε_cj内变化时，可以期望差值|C-C’|_j将在一个平衡范围|C-C’|_j·ε_cj之内变化。

工件38，例如一块印刷电路板，可以放置在炉子入口14处传送带12的上游处，准备被传送通过炉子10并经出口16送出。变化时间的热暴露可以这样实现：利用一系列相邻的第一和第二区带18a和18b，并使传送带的速度满足工件在炉子10中的位置等于传送带速度乘上从工件到达入口处开始计算的时间这一要求。工件38的温度可以用红外或光学扫描器在远处监测，或者用一个或几个附着在工件上的诸如热电偶40这样的热传感器监测。热电偶40测得的工件温度数据可以用直接连接或无线信号的方式传送给数据获取装置36a并记录到存储介质36b上。

可以向操作员32提供工件的温度曲线规范42，使他能把工件的温度曲线与规定的范围相比较，并据此人工地调节控制站28上的控制参数。规定的范围代表了计算得到的被选择为表征工件热处理特性的反馈参数所容许的极限范围。这些反馈参数B₁，B₂，…，B_m或B_i(i＝1-m)可构成一个m维的矢量B。一个测量的值相对于其规定范围的中央值的偏差对应于一个反馈指数，各个反馈指数中的最大值代表了热处理的“处理窗口指数”S。

工件对于对流热传导环境的响应主要取决于4个因素：工件的初始温度(由加注上标O表示)，工件所暴露的环境中的环境温度，取决于流体介质及其运动特性的对流系数，以及工件自身的物理性质和材料性质。在回流炉中，环境温度随着沿传送带路径的距离变化，这使得沿该路径运动的工件的温度实际上是随时间t变化的。对流条件可以用一个无量纲的量即Nusselt数Nu来表示。如本技术领域所众知的，工件的瞬时响应可以用另外两个无量纲量表示：Biot(比奥)数Bi和Fourier(傅里叶)数Fo。这三个无量纲量合起来可以当作以下这些参数的函数来处理：流体速度u(该参数又可能依赖于风扇速度ω)，流体热传导介质(在回流炉情形中是空气)及工件(在许多应用中为简单起见它可当作是一个具有恒定性质的物体)的热导率k，流体(由加注下标a表示)及工件(由加注下标P表示)的密度ρ，以及流体和工件的热容量c。于是工件的瞬时热传导响应可以表示为式(1)所示的函数： $T_p\left(t\right)=f\{T_p^o,T_z\left(t\right),\mathrm{Nu},\mathrm{Bi},\mathrm{Fo}\}$ $=f\{T_p^o,T_z(t,\mathrm{Uc}),u\left(\mathrm{\ω}\right),k_p,{\mathrm{\ρ}}_P,C_p,k_a,{\mathrm{\ρ}}_a,C_a,X_{\mathrm{\ρ}}\}--\left(1\right)$

其中t为时间，T_p是随时间变化的工件温度，T_z是处理器(或热源)的温度，u是空气流速，u_c是传送带速度，X_p构成了与工件液化面积和/或体积有关的工件的一个或几个特征长度。另一个与传送带速度有关的因素可能是传送带承载的工件密度。在某些情形中，工件的热容量可能大到使得当传送带上有几个互相靠近的工件时将会吸收热能，从而它们的温度上升率将低于传送带上一个孤立工件的温度上升率。这种情况可以借助传送带的一个工件装载装置来控制。

可以在以下几个方面比较沿着回流炉长度方向上的温度变化、元件的指令温度、测得的区带温度、测得的工件温度响应和相应的工件规定范围。图2示出了沿着传送带路径的温度分布图。图中的纵坐标50是温度标尺，横坐标52是沿传送带路径的距离。第一区带54a和第二区带54b包含跨越了回流炉距离52这一部分的空间区域。图中也画出了每个区带的控制温度分布，该分布构成了一条控制曲线56，它沿着距离轴52可能是分段连续的。测得的(或用其他方法确定的)邻近于热元件的处理器温度构成了处理器曲线58。在对流热传导的情况下，由于跨区带的气流和其他物理效应，处理器曲线58上的处理器温度往往要偏离控制典线56上的控制温度一个小量。

工件的温度响应是基于在不同时间沿着炉子长度方向的温度测量得到的。通过乘上传送带速度与从工件进入炉子的时刻算起的时间的乘积，这个响应可以画成为一条随距离轴52的值变化的工件曲线60。相对于工件来说，空气(炉子中的热传导介质)的热导率比较低，热量就是以这样的热导率从热元件对流到工件表面上的。由于这个低的对流和由工件质量决定的工件内部热容量，工件曲线60上的工件响应温度将滞后于对工件所暴露的区带设定的控制温度56。

工件温度曲线60可以用来评估前面所提到的一些具体特征，以作为对应于热处理规范的反馈参数。例如，可以根据在一个选定的时间间隔62b内温度的增大量62a来确定最大温度上升率62，其中所选时间间隔62b的温度上升最好是比较平稳的。此外，可以根据工件温度曲线60上的最高测量值温度来确定峰值工件温度64。类似地，通过找出工件温度曲线60中高于回流温度66a的那段时间(从时间66b开始到最终时间66c结束)，就可以确定出回流时间间隔66，称之为“高于回流时间”。这些反馈参数值可以与为了能进行正确热处理曲线必须满足的规定范围相比较。最大温度上升率62可以与上升率范围比较，后者规定的最小可接受上升率由68a示出，最大可接受上升率由68b示出。典型地，可以在一个窄的、规定的时间间隔内要求温度上升率，并且这段时间间隔可以与某个特定的区带联系起来。峰值工件温度64可以与峰值范围相比较，后者规定了最小可接受峰值温度70a和最大可接受峰值温度70b。类似地，回流时间间隔66可以与回流时间范围相比较。后者规定了最小可接受间隔72a和最大可接受间隔72b。这些反馈参数与相应范围的中央值愈接近，反馈指数就愈小，其中的最大者确定了下面将较详细说明的处理窗口指数。

过去，典型的做法是，对回流热处理的测试步骤包括：让一个操作员设定各个炉子控制，等待足够的时间让每个区带中的处理器温度达到热平衡，设定传送带速度，以及使一个安装好的工件通过炉子。热平衡可以定义为这样一种稳态情况，其中处理器温度已经稳定(最好是在相应的控制参数值附近的一个规定的处理器偏差范围之内)，并且其平均值不再随时间变化。实践中可以容许位在规定的处理器平衡范围内的小起伏。在对工件的目标温度与沿着炉子长度的测量值进行比较之后，操作员将猜测或估计应对控制参数或传送带速度作出的改变量。然后，操作员将这些猜测付诸实现，并一再重复上述过程，直到目标温度值与测量温度值的差值能减小到容许的工件响应容差之内。容许的容差构成了该工件对目标温度曲线的可接受偏差。这就试探/误差方法是耗时的，且需要有经验的操作员来实施。

在对较早处理方法的一种改进中，猜测的控制调节被一种由计算机执行的算法所替代，这种算法计算目标与测量值之间的一条工件温差曲线，并把这温差曲线应用于另一个算法，以提供对控制参数的一系列改变，从而让测得的工件温度曲线更接近于其目标温度曲线。通过相继的迭代计算，有可能经过2次到5次的尝试(比试探/误差法快)便可让控制参数达到容许的工件响应容差范围内。然而，该方法中所使用的算法需要有印刷电路板的材料性质的知识和关于区带内空气流性质的信息，这就限制了该方法的实用性并使其实现变得复杂。

在对较早处理方法的一种改进中，包含了反馈机制，该方法对基于测量的数据与一系列的规定容差进行比较，以指明工件温度响应是否满足工件制造商规定的要求。代表是否满足要求的数字符号称作“处理窗口指数”，它代表了工件温度曲线的一种无量纲度量，用以表明工件曲线是否满足制造商规定的要求。这为操作员提供了关于是否需要调节生产模式的热处理的控制参数的一个定量指示。

处理窗口指数S是一个无量纲的正实数，它由一系列测量的或由测量导出的参数B_i(i＝1-m)描述，每个参数B_i都要与其容差范围进行比较，若要满足要求，每个B_i的值都必须落在其容差范围内。这些测量的或者由测量导出的参数以下称作计算反馈参数，它们形成了多个数据值。测量参数B_i的一个例子是工件沿着回流炉传送带移动时的峰值温度T_p ^peak。工件的峰值温度可以在至少一个工件位置上测量，而典型地，为了监视工件瞬时响应的空间非均匀性，可以在几个不同的工件位置上获得多个温度值。

由测量导出的测量参数B_i的一个例子是工件温度随时间的最大变化率，它可称作工件温度变化率，表示为·Tp/·t(符号·代表微分方程中的偏微分)。这种量典型地不是直接测得的，而是以离散的形式由在两个不同时间测得的工件温度之差除以这两个测量时间之差来导出。典型地，工件的温度变化率可被监测，以使工件的物理畸变最小化和产品的生产率最大化，所以这个参数代表要监测的一个重要参数。用于电子热处理应用的由测量导出的参数的另一个例子是“高于回流的时间”tar：(Tp·liq)，它意味着工件温度达到或超过焊剂液化温度的时期，监测这一高于回流的时间可以较好地使得焊剂有适当的液化，从而使印刷电路板与其上安装的元件之间有恰当的电连接，同时又不会因过度地暴露于高温而损坏印刷电路板。

容许的工件响应容差范围可以由它的极大值和极小值描述。处理窗口指数代表各个计算反馈参数中偏离该范围最大的那个偏离量。于是处理窗口指数S可由式(2)表达： $S=\max \left\{\right|(B_i-{\mathrm{\β}}_i^{+})|/{\mathrm{\β}}_i^{-}\∀i=1,\…m\}---\left(2\right)$

其中 ＝(Bimax+Bimin)/2，为容差范围的中央值，＝(Bimax-Bimin)/2为容许的偏离于中央值的大小。符号代表“对于所有的…”。值B_imax和B_imin代表容许的反馈参数B_i偏离目标值(典型为中央值 )的范围的上限和下限。处理窗口指数是所有反馈参数中偏离其容差范围最大者的偏离量的归一化绝对值，显示这个值时可以乘以100，以提供测试处理中所取的容差“窗口”大小的百分数值。这是向操作者提供处理窗口指数的典型形式。为了满足规范要求，这个用百分数形式表示的处理窗口指数的绝对值应该小于100。

居中能力比C_pk代表处理窗口指数的一个补充参数，同确定了基于规范要求的热处理器曲线与工件温度曲线的符合情况的处理窗口指数不同，居中能力比的数据偏离上下边界范围比较小。例如，若用B_imax表示第i个反馈参数容差范围的下边界，B_imax表示上边界，B_i表示第i个反馈参数的数据平均值，σ_B表示标准偏差，则居中能力比可由式(3)表示：

C_pk＝min{(B_imax-B_i)/3σ_B，(B_i-B_imin)/3σ_B}    (3)

典型地，为了表明数据设有不希望的变化，希望C_pk的值等于或大于1.33。

在获得处理窗口指数的过程中，包括诸如工件温度曲线中的峰值上升率、工件温度曲线中位于规定温度范围内的时间长度、和回流炉中的工件温度曲线的峰值等参数在内的计算反馈参数，是以上述归一化的形式被进行比较的。某些参数可能是回流炉某些局部的主要特性。例如，工件温度上升率的峰值通常出现在开始处的区带中，这是因为起初处于室温的工件与工件首先遇到的前几个回流炉区带之间的温度差通常高于已被部分加热的工件与其后的高控制温度区带之间的温度差。工件的峰值温度则可能典型地出现在控制温度设定得最高的回流处理的结束区带处。

对处理窗口指数的检测使得操作员可以确定是否需要调节热处理的控制参数。然而，使处理窗口指数向较低值改善的解决方法并不是唯一的，所以操作员经常需要根据一些具有任意性的准则从几种可选的方法中选出一个。让操作员来输入控制调节这个额外的要求将多了一个引入控制误差的机会。

可以用一种预测方法来在缺乏测试数据(在测试处理中没有得到这些数据)的情况下确定工件的温度响应。图3示出了通过测试处理得到的测量工件温度曲线与处理器温度曲线的离散温度值之间的差值曲线，其中纵坐标50为温度坐标，横坐标52为沿炉子长度方向的距离。在该例子中，区带54a和54b跨越了炉子距离。控制温度对对应于前两个控制参数。图中同时画出的代表指令值的控制温度曲线56、反映炉子响应的处理器温度曲线58、和表征工件对暴露于炉内的热响应的工件温度曲线60。可以沿着距离轴上的一些指定点对这些曲线采样。对于一个具体的距离值82，或者对应于时间ι，可以在工件温度曲线60上选择一个工件温度点Tp(ι)80，对应该点80的温度值为84。在下一个时间ι+1，可以在距离88处选择另一个工件温度点Tp(ι+1)86，其温度值为90。时间ι与ι+1之间的距离增量为92。与距离增量92对应的工件温度改变量(84与90之间的温度差)可以当作是工件响应差94，即Tp(ι+1)-Tp(ι)。

在时间ι处也可以从处理器温度曲线58上选择一个处理器温度点Tz(ι)96，它对应于距离88和温度值98。还可以在时间ι的这个距离88处确定出控制温度Tc(ι)。时间ι(距离88)处的处理器温度98与工件温度84之间的差值为Tz(ι)-Tp(ι)，可被称为热驱动差100。将响应差94除以驱动差100将得到温度差比率R_t，它在时间τ处的表达式由式(4)表示：

R_t(ι)＝{Tp(ι+1)-Tp(ι)}/{Tz(ι)-Tp(ι)}    (4)

也可以用其他的公式来联系工件温度瞬时响应和处理器与工件之间的温度差。熟悉本技术领域的人们容易理解可以有多种可选择的关系式。

对于上面讨论的例子，工件响应温度还依赖于作为第三个控制参数的传送带速度。传送带速度决定了工件在每个区带内的暴露时间。如果在测试处理和预测处理时有不同的传送带速度，则温度差比率Rt应乘上一个传送带速度比Rs，其定义是Rs＝[Uc/Uc’]^b，其中Uc是测量热处理期间的传送带速度，Uc’是响应温度预测时的新速度，b是幂指数。典型地，对于大量不同的电子工件来说，这个指数b可以为1。如果传送带速度比Rs在整个热处理中是一个常数，它就可当作一个标量处理，这与通过对每个时间增量τ分别计算得到的温度差比值Rt(ι)不同，在后述情形中它将由一个比值系列(矢量)来表示。

工件响应温度的另一个可控因素是风扇速度，后者决定了对流热传导速率。虽然可以利用本技术领域众知的解析工具来推导对流热传导系数，但这种技术典型地需要一些不确定度大和/或在热处理器中比温度难获得的测量数据。所以，可以用能被控制和/或测量的三次采样函数来近似工件温度变化率与传送带速度之间的函数关系。例如，工件温度沿热处理器的变化率可以用式(5)所示的一维关系式表示：

·Tp/·t＝f(Uc)＝η₁Uc³+η₂Uc²+η₃Uc+η₄    (5)

其中ω代表风扇的角速度，f代表被定义得其一阶和二阶导数为连续的三次条样关系，η为三次表达式中的系数，它们可以用本技术领域已知的方法解得。

另一个表征热处理器特性的度量利用了区带温度与控制温度之间的比较。这可表示为处理器比率Rz，其定义为区带温度与控制温度(均取绝对温度值，例如Rankine或Kelvin(开尔文)温度值)，即R_z(ι)＝Tz(ι)/Tc(ι)，它可以对每个增量ι计算得到。虽然对于某一组条件在一个特定增量下处理器比率可能是稳定的，但当这组条件改变时处理器比率也将随之改变，即使在达到了热平衡之后，特别当条件的改变极大地增大了各相邻增量之间的差别时(例如跨越区带时)，情况也是如此。

当完成了传送带速度Uc下的传送带型热处理器中的测试处理的温度差比率序列计算后，可以用预测处理来对不同的控制温度曲线计算出工件温度响应曲线。预测处理的边界条件可以是一个新的处理器温度序列Tz’和/或一个新的传送带速度Uc’。工件温度的初始值定义了初始条件(通常是环境条件)为Tp’(0)，也就是τ＝0时的温度。然后对于后续的各个时间间隔可以由关系式(6)来确定预测的工件温度响应：Tp’(ι+1)＝Tp’(ι)+{Tz’(ι)-Tp’(ι)}R_t(ι)Rs    (6)

如果新的传送带速度与测试传送带速度相同，则速度比率为1，在处理工件温度关系时可以略去这一项。上述从ι＝0开始的这个由显式表示的迭代计算可以确定出对于给定控制曲线的全部响应温度序列，这可以用称之为AutoPredict^TM的处理来实现。

目前的热处理器控制的一个主要缺点是没有对一些不可控制的影响参数进行补偿，这些参数例如可能改变处理器比率Rz的值，使得即使在保持控制参数固定的情况下，工件也将暴露在可能随时间变化的热环境中。这种复杂性增加了控制的不确定性，即“把一个选择来提供能让工件温度响应符合于规范的热环境的特定控制序列控制得确实能达到这种目标”的不确定性。

处理窗口指数、AutoPredict处理、以及过去开发的其他方法提供了关于规范符合程度的指示工具或预测了是否可以期望符合规范的指示，操作员可以以此作为操作指导。但是，目前尚没有一种方法或机制能够在一个或几个工件通过热处理器的时候或之后就可以把反馈和/或预测信息直接与控制参数设定的调节联系起来。开发一种在标定了热处理器之后便能实现上述直接联系的方法将会因免除了通过对工件的重复测试来调节控制参数的过程，而极大地加快了热处理器中工件的生产速度。

本发明的概述

一种用于控制一个正暴露在一个热处理器中的加热和/或冷却环境下的工件温度响应曲线的方法和设备利用了对工件的测量数据通过闭环反馈来调节热处理器的控制参数设定。

附图的简单说明

图1是一个普通传送带型回流炉的侧视图，其中示出了工件所暴露的不同区带。

图2是说明温度沿热处理器长度方向距离的变化情况的图，其中指明了反馈参数的例子。

图3是说明温度沿热处理器长度方向距离的变化情况的图，其中指明了特定间隔处的温度值例子。

图4是根据本发明的一个目前优选的实施例的一个传送带型回流炉的侧视图。

图5A是根据本发明的一个目前优选的实施例的用来在测试处理模式中控制热处理器的过程的流程图。

图5B是根据本发明的一个目前优选的实施例的用来在测试处理模式中控制热处理器的过程的流程图。

优选实施例的详细说明

具有本领域一般技术的人们应可理解，下面的本发明说明只是说明性的而不具有任何意义上的限制性。对于这些有技术的人们来说，在仔细阅读这里的公开内容之后，本发明的其他实施方法将是不言自明的。

根据本发明的一个目前优选的实施例，各个单元、处理步骤、和/或数据结构都可以利用各种类型的操作系统、计算平台、计算机程序、和/或通用机器来实现。而且，具有本领域一般技术的人们应容易理解，那些通用性稍差的装置，如硬连线装置等，也可以在此使用而不偏离这里所公开的本发明性概念的范畴和精神。

本发明是一种借助于工件温度曲线的反馈来直接控制热处理器的方法和设备。这一控制可以这样实现：根据偏离测试处理中设定的控制参数的情况来优化热响应特性，然后在工件或工件的生产系列通过热处理器运动的过程中，利用对应于优化的响应特性的控制参数来调整控制参数。控制参数与工件热响应之间的关系可能受到处理器环境，特别是处理器温度曲线与控制温度曲线的符合程度，的影响。把测量的工件温度曲线与其制造商的要求规范相比较，并通过根据优化参数来选择控制参数，便能让工件温度曲线符合于规范，同时具有最大的极限误差，从而能最好地补偿热处理器对控制参数的响应的起伏。

在本公开中，处理窗口指数S是用来描述“处理窗口”的一个用百分数表示的指数值，而处理窗口则表示反馈参数相对于规范容差的最大偏差。也可以采用最终用于相同控制参数的其他指标值。因此，具有本领域一般技术的人们应可理解，这里所用的“处理窗口指标”一词是期望包括了其他类似指标的，而不论它们的表示形式如何或如何受到应用范围的限制。

图4所示的热处理器是一个能执行上述功能的设备。被画成为一个回流炉的热处理器120在本例子中含有2个需控制的带区。第一带区122a有一个加热元件124a，第二带区122b有一个加热元件124b。此外，该热处理器还有一个传送带126和一个循环风扇128。传送带126由一个传送带马达130a驱动，风扇128由一个风扇马达130b驱动。加热元件124a、124b的恒温设定、传送带马达130a和风扇马达130b的速度设定受到来自一个控制器134并通过控制连接装置132的输入命令的控制。一个工件136在传送带126上并被后者传送通过热处理器120。为了测试处理，工件136上可以安装一个温度测量器138a。或者，在连续处理或生产处理中，这一测量器不一定必要从而可以省去。还有，可以安装一个或几个温度测量器138b来监视工件136附近的处理器热环境。这些温度测量器138b可以固定在传送带126或工件126上，但不与任何固态物体发生热接触。或者，也可把这些温度测量器138b集成在一个测温探头138c中，使得在测试处理中它在热处理器120内能保持静止不动。在这个测温探头138c上可以沿着热处理器120的部分长度范围布置多个温度测量器138b。

每个控制参数都可以在一个控制界面上被控制器134命令为某个目标值。在图4的例子中示出了一个第一区带界面140a、一个第二区带界面140b、一个传送带界面140c和一个风扇控制140d。从工件上的测量器138a得到的温度数据可通过反馈数据连接器142a传送给一个数据获取系统144a。来自控制器134的温度控制数据可通过命令数据连接器142b传送给数据获取系统144a。此外，来自处理器数据连接器142c的温度数据也可传送给数据获取系统144a。数据在一个数据存储装置144b中存储和产生。数据在一个数据处理器144c(它可以是与数据获取系统144a相同的机器)中得到分析，以根据工件温度数据及其与由一个源146提供的工件响应容差规范的比较结果来计算反馈参数。数据处理器144c还可以根据所收集到的数据来计算处理窗口指数和找到其最小值。数据获取系统144a、数据存储和提取装置144b、数据处理器144c或者它们的任意组合，可以被一个多用途装置所取代。最小处理窗口指数可以在处理器144c中与一组最优的控制参数关联起来，然后可以通过一个命令连接器148把这组修改后的控制参数提供给控制器。控制信息还可以任选地通过一个控制面板150提供给操作员。由计算反馈参数到控制器的直接反馈使得能对那些不可控的影响参数所产生的后果进行补偿。

控制参数的变化会影响计算反馈参数，从而可能通过增大相对于反馈参数中央值的最大归一化偏移量，或者通过因另一个反馈参数的改变而产生了大于原先的最大反馈偏移的偏移，使得处理窗口指数值也发生变化，有可能借助于把作为独立变量的控制参数的变化与作为非独立变量的反馈参数的变化关联起来的“影响系数”来找到控制参数与反馈参数之间的关系。根据反馈参数来调节的控制参数可以利用这些影响系数作为一个线性差值序列或其他归一化形式的变化序列中的系数，来从一个参考控制参数序列得到，如式(7)的线性近似所示： $B_i\·B_i^O+\·{\mathrm{ja}}_{\mathrm{ij}}(C_j-C_j^O)\}\∀i=1,\…,m;j=1,\…,n$ $=B_i^O+a_{i1}(C_1-C_1^O)+a_{i2}(C_2-C_2^O)+\…$ $+a_{\mathrm{in}}(C_n-C_n^O)\}\∀i=1,\…,m---\left(7\right)$

其中B_i代表反馈参数序列中的一个参数，i＝1，…，m，C_j代表所选择控制参数序列中的一个，j＝1，…，n，系数a_ij＝·B_i/·C_j，为一阶导数，省略号为高阶项，上标O代表进行控制改变时的原参考值。于是反馈参数可由系数a_ij近似求得。

作为计算反馈参数对于控制参数C_j的一阶导数的系数a_ij可以通过收集一组反馈值B_i(i＝1，2，…，m)来得到。作为一个简单的例子，假设作为要改变的控制参数的参考条件序列和调节条件序列(或者第一和第二测试条件序列)的控制参数有4个(n＝4)，反馈参数有3个(m＝3)。在该例中，这4个控制参数可以对应于：一，第一区带的控制温度，即C₁’≡T_C1；二，第二区带的控制温度，即C₂≡T_C2；三，传送带速度，即C₃≡Uc，以及四，风扇的角速度，即C₄≡ω。测试条件中对应的两个反馈参数序列提供了可用来获得系数a_ij的数据。

可以计算出在参考的第一区带控制温度、第二区带控制温度、等等下的第二与第一风扇速度之间的峰值工件温度(第三反馈参数)之差值。类似地可以计算出第二与第一风扇速度(第四控制参数)之间的差值。把这个第三反馈差值除以第四控制差值，再把总和值除以反馈容差范围，就得到了峰值工件温度与风扇速度之间的影响系数，即i＝3，j＝4的影响系数。在数学形式上，若用上标O代表参考条件，则a_ij可由式(8)确定：

a_ij＝(B_i-B_i ^O)/(C_j-C_j ^O)    (8)

在本例子中，上式的i＝3，j＝4。这一处理可以分别对第三反馈参数与其他控制参数的变化，以及其他反馈参数与各个控制参数变化重复执行。这样便能生成一个基于所有控制参数值的所有反馈参数值的系数a_ij的表格。这个表格可以用来计算由某组特定控制参数所定义的一个特定点的周围的反馈参数。这种走捷径的计算将加速特定点附近的处理窗口指数的计算。对上面相继讨论的算法经过适当次数的迭代计算之后，便能根据式(7)不断重新计算a_ij的值，从而把表格调整得能适应于反馈参数与控制参数之间的非线性函数关系，这样的处理便是本发明目前的优选实施例。

为了把控制参数调节得有最大的误差极限，必须在热处理器能实现的控制参数范围内找到最小的处理窗口指数S_min，使得S_min小于所有其他的S值并且其百分数值小于100。控制参数会直接影响回流炉的热处理并改变计算的反馈参数响应，从而影响一个特定热处理的处理窗口指数。因此，处理窗口指数S可以表示为控制参数的所有函数中的最大者。这可用式(9)的关系式表达：

S＝max{f(Cj)j＝1，2，...，n}＝max{f(C₁)，f(C₂)，...，f(C_n)}  (9)其中处理窗口指数S代表一系列控制参数C_j＝(j＝1-n)的正函数的最大值。这组估计的控制参数代表一个控制序列。某些函数，例如C≡Tc，可能正比于在预测工件温度响应时使用的差值比率Rt。

处理窗口指数对控制参数变化的响应不能像反馈参数对控制参数变化的响应那样容易地确定。被定义为一个非负数组的极大值的处理窗口指数排除了处理窗口指数对控制参数的导数是连续的这种一般假设。处理窗口指数随控制参数的变化可以由一些不连续的矢量函数gi＝·f/·Cj(j＝1-n)来表征。对应于处理窗口指数变小的影响特性矢量gj提供了可用来搜索最小处理窗口指数的最陡梯度。为了产生对应于最小处理窗口指数的控制参数值，可以用一种数字优化算法根据处理窗口指数随相应控制序列的变化情况来找出它的最小值。

找到最小处理窗口指数不一定就完成了确定最优控制参数序列的任务。如果相对于参考控制序列控制参数有较大的偏离，则与不连续梯度近似有关的任何误差都可能使处理窗口指数不符合期望的最小值。一般认为，几个控制参数的适度改变要优于只使少量参数作大的改变。结果，可以给处理窗口指数指定加权因子或偏置，它们称为“信任(confidence)系数”，用ζ表示，其大小取决于控制参数的调节程度。

信任系数的一个例子是归一化控制参数改变量的乘积，例如ξ＝·j{1+|Cj-C_j ^O|/|C_j ^O|}^q，j＝1-n，其中信任系数ξ代表各个归一化控制参数(变化)偏离1的量的乘积，q是一个选择的幂指数，例如为2。典型地，这个信任系数将大于或等于1，所以如果在处理窗口指数S上乘以ξ，则得到的“处理窗口信任积”S’至少将与相应的S一样大。在通过计算预测的处理窗口指数并据此来确定需在热处理器控制器中设定的经修改的控制参数这样的操作中，信任系数将使预测处理窗口指数或者偏向于或者远离于所要求的不可超过的处理窗口指数。在一个例子中，第一个处理窗口指数S₁＝70，第二个处理窗口指数S₂＝80，第一个信任系数ξ₁＝1.5，第二个信任系数ξ₂＝1.2。于是第一个信任积S₁’＝ξ₁S₁＝105，而第二个信任积S₂’＝ξ₂S₂＝96，可见虽然第二个处理窗口指数较大，但第二个信任积却比第一个信任积小。因此在该例子中，第二个处理窗口指数要优于第一个。或者，为了得到最小值，信任系数可以作为处理窗口指数的相加偏置项，而不是一个相乘系数。对于熟知本技术领域的人们来说，用其他关系来建立信任系数但又不脱离本发明范畴将是不言自明的。在本发明的另一个实施例中，信任积(confidence product)可以替代或乘以预测的处理窗口指数作为最优化的准则。

另一个可考虑替代处理窗口指数或与之结合的因子是居中能力比率Cpk，其定义已在前面由式(3)给出。居中能力比率的倒数可能使预测处理窗口指数偏向或远离所需的处理窗口指数值。在一个例子中，第一个处理窗口指数值S₁＝96，第二个处理窗口指数值为S₂’＝84，第一个居中能力比率C_pk1＝1.6，第二个居中能力比率C_pk2＝1.2。于是，第一个能力商S·₁＝S₁/C_pk1＝60，第二个能力商S·₂＝S₂/C_pk2＝70，虽然第二个处理窗口指数比较小，但第二个能力商却大于第一个能力商。因此在这个例子中，第一处理窗口指数应优于第二个。在本发明的另一个实施例中，用能力商替代预测处理窗口指数或以其倒数乘以该指数来作为最优化准则。

在本发明的优选实施例中，操作员在控制热处理器时有三种优化准则可以选择：最大处理容限、最大生产率、和最小设定时间。第一种选择即最大处理容限准则可以通过提供最小或最低的预测处理窗口指数来达到工件制造商容限要求的最大极限范围。这一准则可以在进行预料到会发生处理参数漂移的长时间连续处理时选择。第二种选择即最大生产率准则可能提供最大的产品流量，这个流量可以通过在保持令人满意的处理窗口指数的前提下建立最大的传送带速度来规定。第三种选择即最小设定时间准则可以提供最快的控制器调节，这典型地对应于在能提供令人满意的处理窗口指数的前提下对各种控制参数进行最小的调节。在一个多区带回流炉中，在一个带有加热元件的区带中通过提高温度来达到平衡值可以快于在一个带有冷却元件的区带中通过降低温度来达到平衡值。因此，最小控制器调节限制对于一个方向的改变可以比对另一个方向的改变有更大的容许变化。

作为本发明的优选实施例之一，图5A示出了把热处理器条件建立成对应于最优控制参数以及通过利用连续或不连续的工件温度监视处理器性能来操作热处理器的处理过程的流程图。该例子对应于基于最小处理窗口指数来控制热处理器的第一种选择，热处理操作从步骤160开始，在其中建立工件响应的希望的温度曲线范围。例如，对于反馈参数序列Bi(i＝1，…，m)中的每个参数Bi，建立从Bimin到Bimax这一范围，或者，建立容限范围的中央值β_i ⁺和β_i ^-。工件响应反馈范围可从工件制造商的规范得到。可以对待热处理的工件称重以得到其重量w，还可测量其空间尺寸x并在数据处理器中计算出表面面积和体积(测量步骤162)。然后在数据库搜索步骤164中，从以前测试的工件的数据库中搜索出一个适当的样本，其与上面测得的空间尺寸x和重量w的差别位在已建立在数据库内的容限范围之内。这种差别可表示为绝对差，例如对于长度表示为|X-X_d|·ε_x，对于重量为|w-w_d|·ε_w、或者，也可以用一个条形码把工件长度和重量数据库进行分类，该条形码可通过扫描被输入给数据存储装置。此外，每个反馈参数Bi也可以通过与数据库的比较来使得绝对差|B＜B_d|·ε_Bi位在一系列可接受反馈容差范围内。热处理器可实现的控制参数Cj(j＝1，…，n)的可能范围可以在控制限制步骤166中确定，以用来设定操作限制，如C_jmin·C_j·C_jmax。

可以在输入步骤168中给控制器输入一些参考控制参数值Cj，这些值是从对应于工件的反馈和尺寸容限的数据库值Cjd得到的。这个参考控制参数序列可以称作一个参考控制组。此外，可以让这些控制参数与热处理器能实现的范围相比较。当前的处理窗口指数S_O开始时可设定为无限大(或任一个大数)，即S_O→·(随着工件通过热处理器并通过测量数据得到了工件温度曲线，可以根据测量数据来更新当前处理窗口指数)(步骤170)。接着，执行当前优化步骤172来找出一个经调整优化的参数(在本例子中它是最小预测处理窗口指数Spre)以及其对应的符合由控制限制步骤166中所确定的操作限制的修改控制参数序列。这优化操作可以称作为Auto-Predict^TM的一个单元。计算当前容差窗口(见步骤196)。当前处理窗口指数值(见198)，和最小预测处理窗口指数值(见当前优化步骤172)的计算工具可以是同一个装置。

优化操作的执行过程可概括为：对来自数据库的输入控制参数按增量调节改变，根据热处理器的特性计算对应的经优化调节参数，重复这一操作直到不能在规定的容差内进一步改善这优化调节参数，便得到了最终优化调节参数，后者可称为预测优化参数。对应于预测优化参数的经调节控制参数可指定为修改控制参数。修改控制参数序列可称为修改控制组。对于如图5A中的优化步骤172所示的最大处理极限的情况，最小预测处理窗口指数代表了计算调整控制参数时的主要目标。在其他情况下，例如最大产率情况下，主要目标将是传送带速度；而对于最小设定时间情况，主要目标是最小的控制参数变化，这是因为对控制参数设定的变化愈小，热处理达到平衡就愈跌，这样便能较其他情况更早地起动生产。虽然最小预测处理窗口指数典型地是表明工件温度曲线符合于规范的程度的，但它更广义的含义可以通过这里所描述的例子来理解。不过，在任何情况下，当前处理窗口指数必须满足保证工件温度曲线符合于规范这一要求。

然后在预测/当前比较步骤174中，将最小预测处理窗口指数Spre与当前处理窗口指数So相比较。如果Spre不小于So，则表明Spre＜So为“假”，即意味着没有可能得到进一步改善，则将在当前/要求比较步骤176中把当前处理窗口指数So与最大容许或要求的处理窗口指数Sreq相比较，后者用百分数表示时通常设定为100或稍小一些。如果So不小于Sreq，意味着So＜Sreq为“假”，则将终止操作并记录一个出错消息(步骤178)。为了在当前优化步骤172中当处理窗口指数的改善比较小时能避免不必要的操作停顿；可以让预测/当前比较步骤174这样来工作：当当前处理窗口指数与预测处理窗口指数之差值落在一个窗口容差范围内时，如So-Spre·es，该步骤将给出“假”作为应答。

如果在预测/当前比较步骤174中发现最小预测处理窗口指数小于当前处理窗口指数即Spre＜So为“真”，则如果生产过程已在早些时候开始，步骤180将命令正在处理的一个或几个工件的生产过程停顿。热处理器控制器将在控制器命令步骤182中被重新设定控制参数，使其对应于优化的处理窗口指数，即使C_j＝C_j，opt。在热平衡步骤184中可以允许热处理器有足够的时间去稳定时间平均处理器条件(它们刚开始变化)以在一个控制容差范围内达到热平衡，即|C-C’(t)|·ε_cj(t→·)，其中C’代表相应受控元件的测量温度，它不一定需要是关于工件附近的环境温度的一个处理参数。当控制参数稳定后，在区带符合步骤186中通过对区带符合程度，例如两区带间界面两侧的温度差是否满足容差，进行逻辑测试来估算热处理器满足控制器设定(给控制器规定的控制参数值)的能力。区带符合条件的一个例子可表示为·Tz(τ)/·(Uct)·ε_z，其中，对于每个增量τ，处理温度Tz随距离的变化率必须保持在一个特定的区带界面容差ε_z之内，上述的距离可表示为传送带速度Uc乘以时间t。这也可以用更普遍的形式来表示：用构成受控元件测量温度的一个处理器参数子组C_j’(j＝n’，…，n·)来代表各相继区带的处理温度。区带符合条件可以表示为要求跨区带的绝对差值不超过区带界面容差|C’_j+1-C’_j|·ε_z，这一条件的满足将导至在测试处理步骤192中测量工件温度曲线，并依此来更新当前处理窗口指数。若不满足这个区带符合要求，则将在控制器修正步骤188中修改热处理器的操作极限，并在处理逻辑上返回到当前优化步骤172，建立修改的最小预测处理窗口指数Spre和相应的修改控制参数C_j，opt。

如果当前处理窗口指数的逻辑运算结果小于所要求的，即当前/要求比较步骤176中的So＜Sreq为“真”，则将在步骤190开始或继续热处理器中一个或几个工件的生产，并且操作将转移到测试处理步骤192，测量工件温度响应曲线Tp。如果在区带符合步骤186中对“未超过区带界面容差”的判断为“真”，则操作也可以转移到测试处理步骤192。在连续测量模式中，可以用无干扰性的遥测传感器来替代安装在工件上的热电偶。如上所述，如果区带符合步骤186的判断结果为“假”，则将在控制器修正步骤188中修正控制参数的限制范围，并返回当前优化步骤172。可以在步骤194中根据测量的工件温度曲线计算处理反馈参数B_i，t，在步骤196中计算相应的反馈容限窗口B’_it＝|(B_i-β_i ⁺)|/β_I ^-，在步骤198中根据式(2)来更新对应于这些窗口的最大值的当前处理窗口指数S_O。为了保证连续性，可以通过返回到当前优化步骤172来更新控制参数，直到对所有要处理的工件都完成了热处理。如果发生热处理器性能的变坏，这种连续的监测使得能更快地发现处理参数对控制参数的偏离，从而使热处理工件的废品要少得多，导致更高和更稳定的产品率。

作为本发明的一个优选实施例，图5B示出了建立能对应于最优控制参数的热处理条件及利用连续的处理器参数(邻近于工件的环境温度)和不连续的工件温度来监视处理器性能的流程图。图5A中的步骤号码在图5B中被重复使用。所示的例子对应于基于最小处理窗口指数来控制热处理器这第一种选择。热处理操作从步骤160开始，在其中建立工件响应的希望的温度曲线范围。例如，对于反馈参数序列Bi(i＝1，…，m)中的每个参数Bi，建立从B_imin到B_imax这一范围，或者，建立容限范围的中央值β_i ⁺和β_i ^-。工件响应反馈范围可从工件制造商的规范得到。可对待热处理的工件称重以得到其重量w，还可以测量其工件尺寸x并计算出表面面积和体积(测量步骤162)。然后在数据库搜索步骤164中，从以前测试的数据库中搜索出一个适当的样本，其与上面测得的空间尺寸x和重量w的差别位在已建立在数据库内的容限范围之内。这种差别可表示为绝对差，例如对于长度表示为|X-X_d|·ε_x，对于重量为|w-w_d|_i·ε_x。此外，每个参数B_i也可以通过与数据库的比较来使得绝对差|B＜B_d|·ε_B，i位在一系列可接受反馈容差的范围内。热处理器可实现的控制参数C_j(j＝1，…，m)的可能范围可以在控制限制步骤166中确定，以用来设定操作限制，如C_jmin·C_j·C_jmax。

可以在输入步骤168中给控制器输入一些参考控制参数值C’j，这些值是从对应于工件的反馈和尺寸容限的数据库值C_j，d得到的。这个参考控制参数序列可以称作一个参考控制组。此外，可以让这些控制参数与热处理器能实现的范围相比较。当前的处理窗口指数S_O开始时可设定为无限大(或任一个大数)，即So→·。接着，通过执行当前优化步骤172来找出最小预测处理窗口指数Spre以及其对应的符合由控制限制步骤166中所确定的操作限制的修改控制参数序列。该修改控制参数序列可称作一个修改控制组。这优化操作可称作为Auto-Predict^TM的一个单元。计算当前容差窗口(见步骤196)、当前处理窗口指数值(见198)、和最小预测处理窗口指数值(见当前优化步骤172)的计算工具可以是同一个装置。

然后在预测/当前比较步骤174中，将最小预测处理窗口指数Spre与当前处理窗口指数So相比较。如果Spre不小于So，即Spre＜So为“假”，则将在当前/要求比较步骤176中把当前处理窗口指数So与最大容许或要求的处理窗口指数Sreq相比较，后者用百分数表示时通常设定为100。如果So不小于Sreq，即对询问So＜Sreq的应答为“假”，则将终止操作并记录一个出错消息，以便对热处理器进行诊断(步骤178)。为了在当前优化步骤172中对处理窗口指数的改善比较小时能避免不必要的操作停顿，可以让预测/当前比较步骤174这样来工作：当当前处理窗口指数与预测处理窗口指数之差值落在一个窗口容差范围内时，如So-S·ε_S，该步骤将给出“假”作为应答。

如果在预测/当前比较步骤174中发现最小预测处理窗口指数小于当前处理窗口指数，即Spre＜So为“真”，则如果生产过程已在早些时候开始，步骤180将命令正在处理的一个或几个工件的生产过程停顿。接着在步骤200中设置一个指明是否需执行虚曲线建立的旗标“flg-v”为“假”(如果对flg-v的默认值是“假”，则可保持该旗标设置不变)。热处理器控制器将在控制器命令步骤182中被重新设定控制参数，使其对应于优化的处理窗口指数，即使C_j＝C_j，opt。在热平衡步骤184中，可以允许热处理器有足够的时间去稳定时间平均处理器条件(它们刚开始变化)，以在一个控制容差范围内达到热平衡，即|C-C’(t)|·ε_cj(t→·)，其中C’代表相应受控元件的测量温度，它不一定需要是关于工件附近的环境温度的一个处理参数。当控制参数稳定后，可以在区带符合步骤186中估算热处理器满足控制器设定(对控制器规定的控制参数值)的能力，例如区带间界面两侧情况的容差。区带符合条件的一个例子可表示为·Tz(τ)/·(Ucτ)·ε_z，其中，对于每个增量τ，处理温度Tz随距离的变化率必须保持在一个特定的区带界面容差ε_z之内，上述的距离可表示为传送带速度Uc乘以时间t。如果满足区带符合条件，将导致在测试处理步骤192中测量工件温度曲线并由此更新当前处理窗口指数，如果不满足区带符合条件，则操作逻辑将返回到控制器修改步骤188，修改热处理器的操作极限值。可以在第一个旗标检测步骤202中对虚旗标flg-v进行逻辑询问，如果应答为“假”，则操作转移到当前优化步骤172，以与当前处理窗口指数比较。

如果当前/要求比较步骤176中关于So＜Sreq的询问应答为“真”，则在起动命令步骤190中起动或继续热处理器中一个或几个工件的生产。同时在步骤204中把虚旗标flg-v设置为“真”，然后转移到步骤206，测量至少一个处理器参数。如果区带符合步骤186中发现区带界面容差未被超出，即应答为“真”，则操作也转移到测量处理参数步骤186。在连续的处理器温度测量模式中，步骤206将测量至少一个处理器参数值C_j’，而假定其他的处理器参数C_j’，(j·j’)保持不变。为了利用这种工件预测特性，最好在工件通过工作中的热处理器的过程中连续地测量或用其他方法确定处理参数Cj’。或者，如果能以足够的精度得到工件的热曲线(thermal profile)，则也可以跳过虚处理的工件热曲线预测。

在测量处理参数步骤206之后，可以在第二个旗标检测步骤208中进行逻辑询问：flg-v是“真”还是“假”。如果flg-v为“真”(意味着虚曲线建立)，则操作继续前进到处理漂移比较步骤210，以估测处理参数值的热漂移，具体为询问其瞬时变化率是否保持在区带变化漂移容差范围内，即·Cj’/·t·ε_i或者，处理器漂移增加到超出了容差范围可以由居中能力比率的下降探测到。如果处理漂移比较步骤210表明满足漂移容差的情况为“真”，则可以继续虚曲线的建立，即利用处理器参数来确定工件温度曲线是否符合规定的准则，对此下面将有较详细的说明。如果处理漂移比较步骤210的判断结果为“假”(即不满足漂移容差)，则在步骤212中把flg-v设置为“假”。

不论是由于第二个旗标检测步骤208还是设置步骤212造成了flg-v为“假”(例如初始条件即为此情形)，则操作将转移到测试处理步骤192，在那里测量工件温度T_p，t。然后根据测量的工件温度曲线计算测试处理反馈参数B_i，t(步骤194)，并计算相应的反馈容差窗口B’_i，t(步骤196)，从而可以在步骤198中更新对应于当前处理窗口指数So的这些窗口的最大者。为了保证连续性，可以通过返回到当前优化步骤172并重复上述过程直到对所有被传送的工件都完成了热处理，来更新控制参数。

如果第二个旗标检测步骤208和处理漂移比较步骤210给出的flg-v判断结果和处理漂移容差符合情况判断结果均为“真”，则操作进入计算虚工件温度曲线响应的步骤214。在该虚处理中，不使用直接的测量装置就可以计算工件的热曲线，其中工件温度响应及其对应的虚反馈参数Bi可以根据测得的处理参数C’_j和由数据库搜索步骤164中取得的测量数据得到的工件尺寸x和重量w来进行预测。在步骤216中计算虚处理的反馈参数B_i，v。在步骤218中利用式(2)计算这些反馈参数的虚容差窗口，其中对应于每个虚反馈参数的窗口可表示为B’_i，v＝|(B-β⁺)/β^-|_i，v。在虚指数步骤220中，通过对反馈参数序列中的任一个i值找出最大虚容差窗口值B’_i，v。计算出虚处理窗口指数Sv。然后在虚优化步骤222中更新最小预测处理窗口指数Spre及其对应的修改控制参数控制Cj，opt。这个修改控制参数序列可称作修改控制组。另外，另一条达到虚优化步骤222的途径是当第一个旗标检测步骤202的判断结果为“真”时，即意味着可以进行虚曲线建立时，从这个flg-v比较步骤202进入。计算虚工件曲线(步骤214)，虚反馈参数(216)，虚容差窗口(218)，虚指数步骤220中的虚处理窗口指数值，以及虚优化步骤222中的最小预测窗口等的计算装置可以是同一个装置。用于当前优化步骤172中的计算装置可以与虚优化步骤222中的相同。

在预测/比较步骤224中，通过比较最小预测处理窗口指数与虚处理窗口指数来判断最小预测窗口是否小于虚窗口，即Spre＜Sv是否成立。如果判断结果为“真”(意味着虚曲线还可以改善)，则可进入停顿工件生产步骤226，然后返回控制器命令步骤182，把控制器参数设定在从虚优化步骤222优化得到的最优(最小预测)控制参数值上，其后操作将按上述那样继续进行，如果预测/虚比较步骤224的Spre＜Sv判断结果为“假”，则将在虚/要求比较步骤228中通过虚处理窗口指数与要求处理窗口指数的比较来判断虚处理窗口指数是否小于要求指数，即Sv＜Sreq是否成立。为了避免当虚优化步骤222得到的处理窗口指数改善比较小时避免出现不必要的操作停顿，可以把预测/虚比较步骤224改进为在发现Sv与最小预测处理窗口指数Spre之间的差值落在一个窗口容差范围内时，例如当Sv-Spre·ε_S时，步骤224也将给出“假”。

如果虚/要求比较步骤228的判断结果为“真”，则将起动或继续工件的生产(步骤230)，并把旗标flg-v设置为“真”(步骤232)，然后返回测量处理参数步骤206。如果步骤228的判断结果为“假”，则在步骤234中使生产停顿，同时操作返回到步骤212，把flg-v设置为“假”，其后返回测试处理步骤192，测量工件温度曲线。如果发生热处理器性能变坏的情况，这种连续监视使得能较快地识别出处理器参数偏离控制参数的情况，从而大为减少热处理工件的废品率，导致较高和较稳定的产额。

总结上述各个逻辑判断操作，如果当前处理窗口指数So既不大于最小预测处理窗口指数值Spre，又不小于要求的Sreq值，则可以终止热处理器的操作，并向操作员给出一个出错消息。如果最小预测处理窗口指数Spre小于当前值So，则可以通过建立修改的控制参数条件C_j，ept来调节控制器。如果当前的或虚的处理窗口指数不小于最小预测值，但小于要求值，则可以执行或继续执行监测处理器参数和反馈参数的测试处理。

对于操作员的第二种和第三种选择，也可由图5A和图5B来进行类似的描述，只是应把当前优化步骤172和虚优化步骤222中的最小预测处理窗口指数准则用相应的准则来替换。在第二种选择下，操作员可以引进最大的或由其他方法确定的传送带速度Uc，在第三种选择下，可以引入最小控制调节准则。可以用与前述相同的方法来建立修改的控制参数，只是在计算它们的值时应使用不同的准则。

如前面曾提到的，当操作员采用第三种选择时，通过控制参数的调节来建立它们的最优值时可以用绝对值·C_j＝|C_jopt-C_j|来表示调节量。可以执行下述逻辑判断来确定：(a)调节量是否为零，或·Cj＝0，·Cj＝0表示不需要改变控制参数，(b)调节量是否在零与一个物理控制参数极限之间，即0＜·C_j··C_jlim，以及(c)调节量是否超过了物理控制参数极限，·C_j＞·C_jlim。如果控制参数的调节量超过了其极限值，则可终止操作并关断热处理器。如果调节量在零与极限值之间，则可把控制参数重新设定到能达到最优地符合于反馈容差的最优值上。如果不需要调节(调节量为零)，则可以绕过重新设定操作。其后的步骤涉及到激活或保持热处理器的控制器设定。在让工件通过热处理器进行生产处理之前，可先让控制参数达到热平衡，在生产处理中有一个闭环系统不断地监视着各个处理参数。

基于为获得修改控制参数而进行的优化操作来直接调节控制器的方法可以在各种用于这种目的的计算和/或存储媒体上以编码的形式来实现和执行。修改的控制参数可以通过找出都是基于温度测量的最小处理窗口指数值或工件温度曲线预测步骤来确定。相应的设备应具有的功能包括：收集测量的温度数据，利用处理窗口指数计算能使热处理满足规定要求的极限范围(如果存在这样的范围)，找出最小的或另外最合适的处理窗口指数，建立它们对应的修改控制参数值，以及在决定了最优准则后把这些值输给控制器，以在自动处理中进行最优的热处理。该直接控制方法及相应的实施设备使得操作员可以在不论初始选择的可能符合于制造商规范的控制参数是否能对应于令人满意的热处理的情况下，都免去对控制参数的调节。其结果是，利用来自工件的反馈参数的这种控制调节使得能完成热处理的闭环自动化。

虽然已给出和说明了本发明的一些实施例和应用，但对于那些熟悉本领域一般技术的人们来说，在仔细阅读了本公开内容后，就可能在不偏离本发明概念的情况下作出许多上面未提及的修改。因此，本发明仅受所附权利要求书的精神的限制。

Claims (45)

1、一种控制热处理器的方法，上述方法包括：

对一个工件建立至少一个希望的工件热曲线范围；

测量上述工件的工件重量和至少一个方向上的工件长度；

确定热处理器的多个控制范围；

选择多个符合上述多个控制范围并对应于上述至少一个希望的工件热曲线范围的参考控制参数，上述工件重量和上述工件长度各自都在规定的容差范围内；

运行一个优化操作来从一个预测处理窗口指数计算多个修改的控制参数；

通过将一个当前处理窗口指数与上述预测处理窗口指数和一个要求处理窗口指数进行比较，以命令形式指令控制器或者起动或者停顿生产过程，其中上述当前处理窗口指数最初被设定为一个选定的大数；

对一个热控制器设定上述多个修改控制参数；

在多个处理器参数达到平衡后，验证热处理器中达到了上述多个修改的控制参数；

测量上述工件的一个测量工件温度；

根据上述测量工件温度修改上述当前处理窗口指数；以及

当上述工件位于热处理器内时依次重复上述运行、比较、设定、测量和修改等操作。

2、根据权利要求1的方法，其中运行一个优化操作进一步包括：

根据最大处理极限范围，最大产率和最小设定时间这三者中的至少一个计算一个预测处理窗口指数。

3、根据权利要求1的方法，其中运行一个优化操作进一步包括：

通过把多个控制参数中的至少一个参数调节一个规定的增量来产生一个调节控制组，上述调节控制组进一步包括多个调节控制参数；

根据上述调节控制组计算一个调节优化参数；

重复上述调节和计算操作直到在一个优化容差范围内不再能改善上述调节优化参数，从而产生一个最终调节优化参数；

确定一个对应于上述最终调节优化参数的预测优化参数；

根据上述多个调节控制组建立一个优化控制组，上述优化控制组对应于上述预测优化参数；

根据上述优化控制组计算一个预测处理窗口指数；以及

把上述优化控制组指定为多个修改控制参数。

4、根据权利要求3的方法，其中计算多个修改控制参数进一步包括：

根据一个调节控制组与上述参考控制组之间的一组差值，将上述调节处理窗口指数乘上一个权重系数。

5、根据权利要求3的方法，其中上述调节优化参数可以从下述至少一个参数中选择：对于最大处理极限范围情况的最小处理窗口指数，对于最大产率情况的最大传送带速度，和对于最小设定时间情况的修改控制参数与参考控制参数之间的最小差值。

6、根据权利要求5的方法，其中找出一个最小处理窗口指数进一步包括：

从多个调节处理窗口指数值中识别出其中的最小值。

7、根据权利要求5的方法，其中找出一个最大传送带速度进一步包括：

从多个传送带速度识别出其中的最大值。

8、根据权利要求5的方法，其中找出一个最大传送带速度进一步包括：

识别修改控制参数与参考控制参数之间的多个差值中的最大值的最小绝对值。

9、根据权利要求1的方法，其中修改上述当前处理窗口指数进一步包括：

根据上述测量工件温度计算多个反馈参数；

根据上述多个反馈参数计算多个容差窗口；及

把上述多个容差窗口中的最大值指定给上述当前处理窗口指数。

10、一种控制热处理器的方法，所述方法包括：

对一个工件建立至少一个希望的工件热曲线范围；

测量上述工件的工件重量和至少一个方向上的一个工件长度；

确定热处理器的多个控制范围；

选择一个符合上述多个控制范围并对应于上述至少一个希望的工件热曲线范围的多个参考控制参数，上述工件重量和上述工件长度各自都位在规定的容差范围内；

通过第一运行一个优化操作来从一个预测处理窗口指数计算多个修改控制参数；

通过将一个当前处理窗口指数与上述预测处理窗口指数和一个要求处理窗口指数进行第一比较以作为一个第一命令来指令控制器或者起动或者停顿生产过程，其中上述当前处理窗口指数最初被设定在一个选定的大数上；

把一个热控制器设定在上述多个修改控制参数上；

第一验证在多个处理器参数达到平衡后在热处理器中实现了上述多个修改控制参数；

第一测量上述工件的测量工件温度；

根据上述测量工件温度修改上述当前处理窗口指数；

第一依次重复上述第一运行、第一比较、设定、第一测量和修改操作，直到上述当前处理窗口指数满足上述要求处理窗口指数；

第二测量至少一个处理参数；

第二验证上述至少一个处理参数随时间的变化位在一个漂移容差范围内；

根据一个预测虚工件温度计算一个虚处理窗指数；

通过第二运行上述优化操作来根据一个预测处理窗口指数计算多个修改控制参数；

通过将上述虚处理窗口指数与上述预测处理窗口指数和一个要求处理窗口指数进行第二比较以作为一个第二命令来指令控制器或者开始或者停顿生产；以及

在上述工件位在热处理器中的情况下第二依次重复上述第二测量、第二验证、计算、第二运行和第二比较等操作。

11、根据权利要求10的方法，其中当上述虚处理窗口指数小于上述预测处理窗口时上述第二比较操作中的上述第二命令是停顿生产，上述方法还包括：

把上述热控制器控制设定到上述多个修改控制参数上；以及

等待到上述多个处理器参数达到热平衡。

12、根据权利要求10的方法，其中当上述虚处理窗口指数不小于上述要求处理窗口指数时上述第二比较操作中的上述第二命令是停顿生产，上述方法还包括：

第一测量上述测量工件温度；

根据上述测量工件温度修改上述当前处理窗口指数；以及

第一依次重复上述第一运行、第一比较、控制设定、第一测量和修改等操作，直到上述当前处理窗口指数满足上述要求处理窗口指数。

13、根据权利要求10的方法，其中第二测量进一步包括：

除了上述至少一个处理参数之外保持上述多个处理参数恒定不变。

14、根据权利要求10的方法，它还包括：

生成一个可被设置为一个第一逻辑状态或一个第二逻辑状态中的一个状态的虚旗标，当上述虚旗标处于上述第一逻辑状态时将决定计算一个虚工件温度，当上述虚旗标处于上述第二逻辑状态时将决定测量一个虚工件温度；

如果上述当前处理窗口指数与预测处理窗口指数之间的差值大于一个窗口容差，则把上述虚旗标设置为上述第二逻辑状态；

如果上述当前处理窗口指数小于上述要求处理窗口指数，则把上述虚旗标设置为上述第一逻辑状态；

如果上述多个处理参数不满足上述漂移容差，则把上述虚旗标设置为上述第二逻辑状态；以及

如果上述虚处理窗口指数小于上述要求处理窗口指数，则把上述虚旗标设置为上述第二逻辑状态。

15、根据权利要求14的方法，它还包括：

如果区带符合于区带容差为上述第二逻辑状态，则修改正上述控制参数极限；

如果上述虚旗标为上述第二逻辑状态，则第一运行优化操作；以及

如果上述虚旗标为上述第一逻辑状态，则第二运行优化操作。

16、根据权利要求10的方法，其中设定多个控制参数进一步包括：

通过对一个选定的控制组计算至少一个工件温度响应曲线来产生一个预测工件温度响应；

判断上述预测工件温度响应曲线是否满足是一个工件规范；以及

将上述选定的控制组与多个控制能力极限相比较。

17、根据权利要求10的方法，其中计算多个修改控制参数进一步包括：

通过调节多个控制参数来产生一个调节控制组；

根据多个调节控制组来计算多个响应处理窗口指数值；

从上述多个处理窗口指数值中找出一个最小处理窗口指数值；

根据上述多个调节调节控制组来建立一个修改控制组，上述修改控制组对应于上述最小处理窗口指数值；以及

把上述修改控制组指定为多个修改控制参数。

18、根据权利要求10的方法，其中计算多个修改控制参数进一步包括：

根据一个调节控制组与上述参考控制组之间的一组差值，把上述调节处理窗口指数乘上一个权重系数。

19、根据权利要求18的方法，其中计算多个修改控制参数进一步包括：

使得能满足以下三个条件中的至少一个条件：最小处理窗口指数，最大传送带速度，以及上述多个修改控制参数与多个已存在控制参数之间的最小差值，其中上述多个已存在控制参数是从上述多个参考控制参数和多个以前的修改控制参数这两组参数中的至少一组参数中取得的；以及

计算一个满足一个要求处理窗口指数的处理窗口指数。

20、根据权利要求10的方法，其中上述第一运行优化操作和上述第二运行优化操作可以由同一装置来执行。

21、一种可被一个机器读出的可编程存储装置，其中具体体现了一个可被该机器执行的指令程序，该程序用于执行用来控制一个具有一个来自多个控制参数的控制序列的热处理器的一些方法步骤，上述方法步骤包括：

对一个工件建立至少一个希望的工件热曲线范围；

测量上述工件的工件重量和至少一个方向上的工件长度；

确定用于该热处理器的多个控制范围；

选择符合上述多个控制范围并对应于上述至少一个希望的工件热曲线范围的参考控制参数，上述工件重量和上述工件长度各自都位在一个确定的容差范围内；

通过运行一个优化操作来根据一个预测处理窗口指数计算多个修改控制参数；

通过将一个当前处理窗口指数与上述预测处理窗口指数和一个要求处理窗口指数进行比较以作为一个命令来指令控制器或者起动或者停顿生产，其中上述当前处理窗口指数最初被设定在一个选定的大数；

把一个热控制器设定至上述多个修改控制参数上；

在多个热处理参数达到热平衡后验证上述多个修改控制参数条件已在热处理器中达到；

测量一个测量工件温度；

根据上述测量工件温度来修改上述当前处理窗口指数；以及

当上述工件位于热处理器内时依次重复上述运行、比较、设定、测量和修改等操作。

22、根据权利要求21的可编程存储装置，其中运行一个优化操作进一步包括：

计算从最大处理极限范围、最大产率和最小设定时间三个条件的至少一个条件下选出的一个预测处理窗口指数。

23、根据权利要求21的可编程存储装置，其中运行一个优化操作进一步包括：

通过把多个控制参数中的至少一个参数调节一个确定的增量来产生一个调节控制组，上述调节控制组进一步包括多个调节控制参数；

根据上述调节控制组来计算一个调节优化参数；

重复上述调节和计算操作直到在一个优化容差范围内不再能改善上述调节优化参数，由此产生一个最终调节优化参数；

确定一个对应于上述最终调节优化参数的预测优化参数；

根据上述多个调节控制组建立一个优化控制组，上述优化控制组对应于上述预测优化参数；

根据上述优化控制组计算一个预测处理窗口指数；以及

把上述优化控制组指定为多个修改控制参数。

24、根据权利要求23的可编程存储装置，其中计算多个修改控制参数进一步包括：

根据一个调节控制组与上述参考控制组之间的一组差值，把上述调节处理窗口指数乘以一个权重系数。

25、根据权利要求23的可编程存储装置，其中上述调节优化参数可以从最大处理极限范围情况下的最小处理窗口指数、最大产率情况下的最大传送带速度和最小设定时间情况下的修改控制参数与参考控制参数之间的最小差值这三个参数中的至少一个选择。

26、一种可被一个机器读出的可编程存储装置，其中具体体现了一个可被该机器执行的指令程序，该程序用于执行用来控制一个具有来自多个控制参数的一控制序列的热处理器的一些方法步骤，上述方法步骤包括：

对一个工件建立至少一个希望的工件热曲线范围；

测量上述工件的工件重量和至少一个方向上的工件长度；

确定用于该热处理器的多个控制范围；

选择符合上述多个控制范围并对应于上述至少一个希望的工件热曲线范围的多个参考控制参数，上述工件重量和上述工件长度各自都位在一个确定的容差范围内；

通过第一运行一个优化操作来从一个预测处理窗口指数计算多个修改控制参数；

通过将一个当前处理窗口指数与上述预测处理窗口指数和一个要求处理窗口指数进行第一比较以作为一个第一命令来指令控制器或者起动或者停顿生产，其中上述当前处理窗口指数最初被设定在一个选定的大数上；

把一个热控制器设定到上述多个修改控制参数上；

在多个处理器参数达到平衡后第一验证上述多个修改控制参数条件已在热处理器中达到；

第一测量一个测量工件温度；

根据上述测量工件温度来修改上述当前处理窗口指数；

第一依次重复上述第一运行、第一比较、设定、第一测量和修改等操作，直到上述当前处理窗口指数满足上述要求处理窗口指数；

第二测量至少一个处理参数；

第二验证上述至少一个处理参数随时间的变化位在一个漂移容差范围内；

预测一个虚工件温度；

根据上述虚工件温度来计算一个虚处理窗口指数；

通过第二运行上述优化操作来从一个预测处理窗口指数计算多个修改控制参数；

通过将上述虚处理窗口指数与上述预测处理窗口指数和一个要求处理窗口指数进行第二比较以作为一个第二命令来指令控制器或者起动或者停顿生产；以及

当上述工件位在热处理器中时，第二依次重复第二测量、第二验证、计算、第二运行和第二比较等操作。

27、根据权利要求26的方法，其中当上述虚处理窗口指数小于上述预测处理窗口指数时，上述第二比较操作中的上述第二命令是停顿生产，它还包括：

把上述热控制器设定到上述多个修改控制参数上；以及

等待到上述多个处理器参数达到热平衡。

28、根据权利要求26的可编程存储装置，其中当上述虚处理窗口指数不小于上述要求的处理窗口指数时上述第二比较操作中的上述第二命令为停顿生产，它还包括：

第一测量上述测量工件温度；

根据上述测量工件温度修改上述当前的处理窗口指数；以及

第一依次重复上述第一运行、第一比较、设定、第一测量和修改等操作直到上述当前处理窗口指数满足上述要求处理窗口指数。

29、根据权利要求26的可编程存储装置，其中上述第二测量进一步包括：

除了上述至少一个处理参数之外保持上述多个处理参数恒定。

30、根据权利要求26的可编程存储装置，它还包括：

生成一个可被设置为一个第一逻辑状态或一个第二逻辑状态中的一个状态的虚旗标，当上述虚旗标处于上述第一逻辑状态时将决定计算一个虚工件温度，当上述虚旗标处于上述第二逻辑状态时将决定测量一个虚工件温度；

如果上述当前处理窗口指数与预测处理窗口指数之间的差值大于一个窗口容差时，则把上述虚旗标设置为上述第二逻辑状态；

如果上述当前处理窗口指数小于上述要求处理窗口指数，则把上述虚旗标设置为上述第一逻辑状态；

如果上述多个处理参数不满足上述漂移容差，则把上述虚旗标设置为上述第二逻辑状态；以及

如果上述虚处理窗口指数小于上述要求处理窗口指数，则把上述虚旗标设置为上述第一逻辑状态。

31、根据权利要求30的可编程存储装置，它还包括：

如果区带符合于区带容差是上述第二逻辑状态，则修改上述控制参数极限；

如果上述虚旗标处于上述第二逻辑状态，则第一运行优化操作；以及

如果上述虚旗标处于上述第一逻辑状态，则第二运行优化操作。

32、根据权利要求26的可编程存储装置，其中设定多个控制参数进一步包括：

计算至少一个工件温度响应曲线至一个选定的控制组来产生一个预测工件温度响应；

判断上述预测工件温度响应曲线是否满足一个工件规范；以及

将上述选定的控制组与多个控制能力极限相比较。

33、根据权利要求26的可编程存储装置，其中计算多个修改控制参数进一步包括：

通过调节多个控制参数来产生一个调节控制组；

根据多个调节控制组来计算多个响应处理窗口指数值；

从上述多个处理窗口指数值中找出一个最小的处理窗口指数值；

根据上述多个调节控制组来建立一个修改控制组，上述修改控制组对应于上述最小处理窗口指数值；以及

把上述修改控制指定为多个修改控制参数。

34、一种控制一个热处理器的设备，上述设备包括：

一个处理器控制器，用于设定多个控制参数；

一个数据记录器，用于记录来自一个工件和热处理器的测量数据或计算数据；

一个要求工件热曲线，上述工件热曲线被记录在上述数据记录器中；

一个称重器，用于测量上述工件的重量，上述重量被记录在上述数据记录器中；

一个量尺，用于测量上述工件的至少一个长度，上述至少一个长度被记录在上述数据记录器中；

一个传送带，用于把上述工件传送进入和通过热处理器；

多个测量的工件热曲线的一个第一数据库，上述第一数据库被记录在上述数据记录器中；

多个热处理器操作能力的一个第二个数据库，上述第二数据库被记录在上述数据记录器中；

一个第一数据处理器，用于通过计算多个参考控制参数来产生一个参考控制组，上述第一数据处理器连接在上述数据记录器上，上述参考控制组受上述第二数据库限制；

一个第二数据处理器，用于通过优化一个优化参数和确定多个修改控制参数来产生一个修改控制组，上述第二数据处理器连接在上述第一处理器和上述数据记录器上，上述优化参数能产生一个预测处理窗口指数；

一个第三数据处理器，用于把一个当前处理窗口指数与上述预测处理窗口指数和一个要求处理窗口指数相比较，上述第三数据处理器连接在上述第二数据处理器和上述数据记录器上；

一个生产控制器，用于向一个工件装载器发出关于停止或开始把上述工件装载到上述传送带上的信号，上述生产控制器连接在上述处理器控制器上；

一个控制输入装置，用于把上述处理器控制器设定在上述修改控制组上；

一个控制连接器，用于命令多个控制单元，其中上述控制连接器连接在上述处理器控制器、上述多个控制单元、上述控制输入装置和上述第二数据处理器上，并且上述多个控制单元是从至少一个加热器、至少一个冷却器、至少一个马达、至少一个风扇、至少一个传送带和至少一个工件装载器中的至少一单元中选出的；

一个第四数据处理器，用于判断来自上述多个控制单元的多个测量值是否符合上述修改控制组，上述第四数据处理器连接在上述第二数据处理器上；

一个工件温度测量器，用于测量工件温度，上述工件温度测量器连接在上述数据记录器上；

一个第五数据处理器，用于根据上述工件温度计算上述当前处理窗口指数的一个替代值，上述第五数据处理器连接在上述数据记录器上；以及

一个数据连接器，用于连接上述数据记录器、上述第一数据处理器、上述第二数据处理器，上述第三数据处理器、上述第四数据处理器、上述第五数据处理器以及上述工件温度测量器。

35、根据权利要求34的设备，其中上述第一数据处理器、上述第二数据处理器、上述第三数据处理器、上述第四数据处理器、上述第五数据处理器、或者它们的任意组合，被一个多用途装置所取代。

36、根据权利要求34的设备，其中上述用来计算上述多个修改控制参数的第二数据处理器进一步包括：

一个取自一个最小处理窗口指数、一个最大传送带速度和上述多个参考控制参数与述多个修改控制参数之间的一个最小差值这三者中至少一个的条件；以及

一个满足一个要求处理窗口指数的当前处理窗口指数。

37、根据权利要求34的设备，其中上述用于修改上述当前处理窗口指数的第二数据处理器进一步包括：

多个从上述测量工件温度测量到的反馈参数；

多个从上述多个反馈参数计算到的容差窗口；以及

从指定给上述当前的处理窗口指数的多个容差窗口中得到的一个最大值。

38、一种用于控制一个热处理器的设备，上述设备包括：

一个处理器控制器，用于设定多个控制参数；

一个数据记录器，用于记录来自一个工件和热处理器的测量数据或计算数据；

一个要求工件热曲线，上述工件热曲线被记录在上述数据记录器中；

一个称重器，用于测量上述工件的重量，上述重量被记录在上述数据记录器中；

一个量尺，用于测量上述工件的至少一个长度，上述至少一个长度被记录在上述数据记录器中；

一个传送带，用于把上述工件传送进入和通过热处理器；

多个测量工件热曲线的一个第一数据库，上述第一数据库被记录在上述数据记录器中；

多个热处理器操作能力的一个第二数据库，上述第二数据库被记录在上述数据记录器中；

一个第一数据处理器，用于通过计算多个参考控制参数来产生一个参考控制组，上述第一数据处理器连接在上述数据记录器上，上述参考控制组受上述第二数据库的限制；

一个第二数据处理器，用于通过优化一个当前优化参数和确定多个当前修改控制参数来产生一个当前修改控制组，上述第二数据处理器连接在上述第一处理器和上述数据记录器上，上述优化参数能产生一个第一预测处理窗口指数；

一个第三数据处理器，用于把一个当前处理窗口指数与上述第一预测处理窗口指数和一个要求处理窗口指数相比较，上述第三数据处理器连接在上述第二数据处理和上述数据记录器上；

一个生产控制器，用于对一个工件装载器发出一个关于停止或开始把上述工件装载到上述传送带上的信号，上述生产控制器连接在上述处理器控制器上；

一个第一控制输入装置，用于把上述处理器控制器设定在上述当前修改控制组上；

一个第四数据处理器，用于判断来自上述多个控制单元的多个测量值是否符合上述修改控制组，上述第四数据处理器连接在上述第二数据处理器和上述数据记录器上；

一个位于热处理器中至少一个位置上的处理器温度测量器，用于测量处理器温度，上述处理器温度测量器连接在上述数据记录器上；

一个工件温度测量器，用于测量一个测量工件温度，上述工件温度测量器连接在上述数据记录器上；

一个第五数据处理器，用于根据上述工件温度来计算上述当前处理窗口指数的一个替代值，上述第五数据处理器连接在上述数据记录器上；

一个第六数据处理器，用于计算上述处理器温度随时间的变化是否超出了一个漂移容差范围，上述第六数据处理器连接在上述数据记录器上；

一个第七数据处理器，用于根据上述修改控制组和一个从上述虚工件温度得到的虚处理窗口指数来计算一个虚工件温度，上述第七数据处理器连接在上述数据记录器上；

一个第八数据处理器，用于通过优化一个优化参数和确定多个虚修改控制参数来产生一个虚修改控制组，上述第八数据处理器连接在上述第一处理器和上述数据记录器上，上述优化参数能产生一个第二预测处理窗口指数；

一个第九数据处理器，用于把上述虚处理窗口指数与上述第二预测处理窗口指数和一个要求处理窗口指数相比较，上述第九数据处理器连接在上述第八数据处理器和上述数据记录器上；

一个第二控制输入装置，用于把上述处理器控制器设定在上述虚修改控制组上，上述第二控制输入装置连接在上述第八数据处理器和上述数据记录器上；

一个控制连接器，用于命令多个控制单元，其中上述控制连接器连接在上述处理器控制器、上述多个控制单元、上述第一控制输入装置、上述第二控制输入装置、上述第二数据处理器和上述第八数据处理器上，并且上述多个控制单元是从至少一个加热器、至少一个冷却器、至少一个马达、至少一个风扇、至少一个传送带、和至少一个工件装载器中的至少一个单元中选出的；以及

一个数据连接器，用于连接上述数据记录器、上述第一数据处理器，上述第二数据处理器，上述第三数据处理器、上述第四数据处理器，上述第五数据处理器，上述第六数据处理器、上述第七数据处理器，上述第八数据处理器、上述第九数据处理器、上述处理器温度测量器、和上述工件温度测量器。

39、根据权利要求38的设备，其中上述第一数据处理器、第二数据处理器、第三数据处理器、第四数据处理器、第五数据处理器、第六数据处理器、第七数据处理器、第八数据处理器、第九数据处理器或它们的任意组合，被一个多用途的装所取代。

40、根据权利要求38的设备，其中上述第一控制输入装置和上述第二控制输入装置被一个多用途装置所取代。

41、根据权利要求38的设备，其中上述用于计算上述多个当前修改控制参数的第二数据处理器进一步包括：

一个取自一个最小处理窗口指数、一个最大传送带速度、和上述多个参考控制参数与上述多个当前修改控制参数之间的一个最小差值这三者中至少一个的条件；以及

满足一个要求处理窗口指数的一个当前处理窗口指数。

42、根据权利要求38的设备，其中上述用于计算上述多个虚修改控制参数的第八数据处理器进一步包括：

一个取自一个最小处理窗口指数，一个最大传送带速度和上述多个参考控制参数与上述多个虚修改控制参数之间的一个最小差值这三者中的至少一个的条件；以及

满足一个要求处理窗口指数的一个虚处理窗口指数。

43、根据权利要求38的设备，它还包括：

一个可被设置为“真”或“假”中的一个的虚旗标，当上述虚旗标为“真”时将决定计算一个虚工件温度，当上述旗标为“假”时将决定测量一个虚工件温度；

如果上述当前处理窗口指数与预测处理窗口指数之间的差值大于一个窗口容限，则对上述虚旗标作第一“假”设置；

如果上述当前处理窗口指数小于上述要求处理窗口指数，则对上述虚旗标作第一“真”设置；

如果上述多个处理参数不满足上述漂移容差，则对上述虚旗标作第二“假”设置；以及

如果上述虚处理窗口指数小于上述要求处理窗口指数，则对上述虚旗标作第二“真”设置。

44、根据权利要求43的设备，它还包括：

如果区带符合于区带容差为“假”，则向一个第十数据处理器发出一个第一指令，令其修改上述控制参数极限，上述第十数据处理器连接在上述数据记录器上；

如果上述虚旗标为“假”，则向上述第二数据处理器发出一个第二指令，令其计算上述当前修改控制组；以及

如果上述虚旗标为“真”，则向上述第八数据处理器发出一个第三指令，令其通过第二运行优化操作来计算上述虚修改控制组。

45、根据权利要求44的设备，其中上述第一数据处理器、第二数据处理器、第三数据处理器、第四数据处理器、第五数据处理器、第六数据处理器、第七数据处理器、第八数据处理器、第九数据处理器、第十数据处理器、或它们的任意组合被一个多用途装置所替代。

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