DE3731136A1 - Steuervorrichtung zur haertung mittels energiestrahlung - Google Patents

Steuervorrichtung zur haertung mittels energiestrahlung

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DE3731136A1
DE3731136A1 DE19873731136 DE3731136A DE3731136A1 DE 3731136 A1 DE3731136 A1 DE 3731136A1 DE 19873731136 DE19873731136 DE 19873731136 DE 3731136 A DE3731136 A DE 3731136A DE 3731136 A1 DE3731136 A1 DE 3731136A1
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Masaharu Moriyasu
Takeshi Morita
Seigo Hiramoto
Osamu Hamada
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Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur genauen Steuerung von bespielsweise Härtungstiefe und Härte einer gehärteten Oberfläche von unlegiertem Stahl (Kohlenstoffstahl) durch einen Laser- oder Elektronenstrahl.
Fig. 9 zeigt in perspektivischer Darstellung ein herkömmliches Laserhärtungsgerät, wie es z. B. in der japanischen Patentveröffentlichung Nr.12 726/1984 (Official Gazette) offenbart ist. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen von einem Laseroszillator abstrahlenden Laserstrahl, das Bezugszeichen 2 ein gehärtetes Material wie z. B. unlegierten Stahl (Kohlenstoffstahl) und das Bezugszeichen 3 einen auf der Oberfläche des gehärteten Materials 2 gebildeten gehärteten Abschnitt. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet die Bewegungsrichtung des gehärteten Materials 2, das sich mit einer Geschwindigkeit V bewegt.
Die herkömmliche Laserhärtungsapparatur ist wie oben beschrieben gebaut, wobei der Laserstrahl 1 und das zu härtende Material 2 sich mit einer Geschwindigkeit V in Richtung des Pfeiles 4 sich relativ zueinander bewegen, während dessen das gehärtete Material vom Laserstrahl 1 bestrahlt wird.
Eine während dieses Verfahrens an einer beliebigen Stelle des gehärteten Materials sich ausbildende Temperaturhysterese ist in Fig. 10 dargestellt. In Fig. 10 ist die Zeit auf einer Abszissenachse aufgetragen, die Temperatur auf einer Ordinatenachse, während die Bezeichnungen Ms, Ac 3 und Tmp jeweils die Martensit-Transformationstemperatur, die Austensit-Transformationstemperatur und die Schmelztemperatur anzeigen. Wenn der Strahl ausgestrahlt wird, wird das Material von einer Temperatur 0 auf eine Temperatur t 1 aufgeheizt, dann von einer Zeit t 1 bis zu einer Zeit t 2 auf einer Temperatur gleich der oder höher als die Austenit-Transformationstemperatur Ac 3 gehalten, worauf die Strahlemission beendet wird und das Material nach der Zeit t 2 abgekühlt wird. In diesem Abkühlschritt ist die Abkühlgeschwindigkeit des zu härtenden Materials 2 ausreichend, um im Material die Martensit-Transformation zu bewirken, so daß der dem Laserstrahl ausgesetzte Abschnitt gehärtet wird. Fig. 11 zeigt ein Beispiel für die Härteverteilung im Bereich des gehärteten Abschnittes des Materials 2.
Im oben beschriebenen Laserhärtungsverfahren wurden die Härtungsbedingungen wie z. B. die Ausgangswerte des Laserstrahls und die Härtungsgeschwindigkeit des zu härtenden Materials vor der Härtung eingestellt und während des Härtungsvorganges nicht verändert. Wenn die Bedingungen für die Vorbehandlung des zu härtenden Materials 2 und die Ausgangswerte des Laserstrahls geändert werden, ergibt sich ein Nachteil insofern, als die in Fig. 10 gezeigte Temperaturhysterese in ähnlicher Weise verändert wird, so daß die Härtungstiefe und die Härte des zu härtenden Materials nicht wie vorgesehen erzielt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät zur Härtung durch Energiestrahlung zu schaffen, das die oben erwähnten Nachteile beseitigen kann und Härtungscharakteristika des zu härtenden Materials wunschgemäß erzielen läßt, selbst wenn Vorbehandlungsbedingungen für das zu härtende Material und die Ausgangswerte der Strahlung verändert werden.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben wird erfindungsgemäß eine Steuervorrichtung zur Härtung mittels Energiestrahlung vorgesehen, die folgende Elemente umfaßt: Einen Detektor zum Erfassen einer von der Oberfläche eines gehärteten Abschnittes abgestrahlten elektromagnetischen Welle, auf den ein Energiestrahl abgegeben wurde oder wird, einen Temperaturkonverter zur Umwandlung eines vom Detektor stammenden Erfassungssignals in einen Temperaturwert, Einstellmittel (presuming means) zur Festsetzung (presuming) von Härtungscharakteristika durch Verarbeitung von Temperaturverteilungsdaten aus dem Temperaturkonverter, Entscheidungsmittel (deciding means) zum Bemessen (deciding) der Ausgangswerte und der Bewegungsgeschwindigkeit des ausgesandten Energiestrahls zur Erzielung gewünschter Härtungscharakteristika und entsprechend den angenommenen Härtungscharakteristika, und Energiestrahl-Steuermittel zur Steuerung der Ausgangswerte und/oder Bewegungsgeschwindigkeit des Engergiestrahls entsprechend den Ausgangsdaten der Entscheidungsmittel, wobei Unregelmäßigkeiten in den Härtungscharakteristika unterdrückt werden.
Im erfindungsgemäßen Steuergerät wird die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des gehärteten Abschnittes des zu härtenden Materials überprüft. Sollte die Temperaturverteilung, welche die Härtungscharakteristika bewirkt, sich zu ändern beginnen, wird die Temperaturverteilung unverzüglich zur Steuerung der Härtungsbedingungen zurückgemeldet, wodurch die Unregelmäßigkeiten in den Härtungscharakteristika unterdrückt werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 den Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zur Härtung mittels Energiestrahlung in der Ansicht,
Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Beschreibung des Arbeitsablaufs in der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 und 5 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zur Härtung mittels Energiestrahlung in der Ansicht,
Fig. 4 und 6 Flußdiagramme zur Beschreibung des Arbeitsablaufs in den Vorrichtungen gemäß Fig. 3 und 5,
Fig. 7 und 8 grafische Darstellung mit Meßfehlern in Wellenlängen von 0,9 und 1,6 µm,
Fig. 9 einen wesentlichen Teil eines herkömmlichen Gerätes zur Härtung mittels Energiestrahlung in perspektivischer Ansicht,
Fig. 10 eine grafische Darstellung der Temperaturhysterese eines gehärteten Materials und
Fig. 11 eine grafische Darstellung einer Härteverteilung eines Bereiches des gehärteten Abschnittes des gehärteten Materials.
In einer ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird nun eine erste Ausführungsform erläutert. Gemäß Fig. 1 umfaßt eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung einen Detektor für elektromagnetische Strahlung zum Detektieren einer elektromagnetischen Welle, die von der Oberfläche eines gehärteten Abschnittes eines zu härtenden Materials, der mit einem Energiestrahl bestrahlt wird, abgestrahlt (zurückgestrahlt) wird. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um einen Infrarotstrahlen-Detektor. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein Meßfeld des Infrarotstrahlen-Detektors 5, z. B. ein Quadrat mit einer Seitenlänge von 20 mm. Bei dieser Ausführungsform ist der Infrarotstrahlen-Detektor 5 an einer Stelle angeordnet, die senkrecht zur Bewegungsrichtung 4 des zu härtenden Materials 2 ist, so daß der Laserstrahl 1 und der Infrarotstrahlen-Detektor sich relativ zueinander nicht bewegen, d. h. relativ zueinander fixiert sind. Die Steuervorrichtung umfaßt ferner einen Temperaturkonverter 7 zur Umwandlung eines Meßsignals vom Infrarotstrahlen-Detektor in einen Temperaturwert, wie z. B. ein nach dem Abtastmodus arbeitendes handelsübliches Infrarotstrahlen-Thermometer, das mit dem Infrarotstrahlen-Detektor und dem Temperaturkonverter kombiniert ist. Das Symbol 7 a veranschaulicht Temperaturverteilungsdaten vom Temperaturkonverter 7 und das Bezugszeichen 8 bezeichnet z. B. einen 16-Bit-Rechner, der zur Vorgabe von Härtungscharakteristika aus einer Temperaturhysterese dient, die durch die Verarbeitung der Temperaturverteilungsdaten 7 a gewonnen wird, um eine Temperaturhysterese 8 a des gehärteten Abschnittes 3 des Materials 2 zu gewinnen.
Energiestrahlungs-Entscheidungsmittel dienen zur Festlegung der Ausgangswerte und Bewegungsgeschwindigkeit V des ausgesandten Energiestrahles 1, um die gewünschten Härtungscharakteristika entsprechend den vorgegebenen Härtungscharakteristika zu erhalten. Die Steuervorrichtung umfaßt außerdem Energiestrahlen-Steuermittel 9 zur Steuerung von Ausgangswerten und Bewegungsgeschwindigkeit V 4 des Energiestrahles entsprechend den Ausgangsdaten der Energiestrahlungs-Entscheidungsmittel, d. h. der Personal-Computer 8 wird beispielsweise von einer numerisch gesteuerten NC-Einrichtung angesteuert, die an eine gewöhnliche, mit Laser arbeitende Maschine angesetzt ist.
Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm zur Beschreibung des Arbeitsablaufs in der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1.
In die nach obiger Beschreibung ausgebildete Steuervorrichtung zur Härtung mittels Energiestrahlung werden bei Schritt 10 Werte für eine Strahlungsleistung und für eine Härtungsgeschwindigkeit eingegeben, wonach bei Schritt 11 ein Härtungsvorgang eingeleitet wird. Eine elektromagnetische Welle, abgestrahlt von der Oberfläche eines gehärteten Abschnittes des zu härtenden Materials 2, auf den der Energiestrahl abgegeben wurde, wird vom Infrarotstrahlen-Detektor 5 erfaßt, wonach als Folge ein Erfassungssignal vom Detektor 5 durch den Temperaturkonverter 7 in einen Temperaturwert umgewandelt wird, um bei Schritt 12 die Temperaturverteilungsdaten 7 a zu erhalten. Die Temperaturverteilungsdaten 7 a entsprechen der Bewegungsrichtung 4 des gehärteten Materials 2 auf einer X-Achse, und eine Y-Achse entspricht der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung 4 des Materials 2. Die Temperaturverteilungsdaten 7 a werden in den PC 8 eingegeben, damit sie bei Schritt 13 in eine Oberflächen-Temperaturhysterese 8 a umgewandelt werden. Hierbei ist die Abszissenachse der Temperaturhysterese die X-Achse der Temperaturverteilung mit einer Meßbereichslänge Lx des Infrarotstrahlen-Detektors 5, wobei die Länge Lx durch die Bewegungsgeschwindigkeit V des gehärteten Materials 2 (Lx/V) geteilt wird und damit eine Zeitbasis ergibt. Insbesondere ergibt diese Berechnung eine wachsende Temperaturveränderung des gehärteten Abschnittes des Materials 2, auf den der Laserstrahl abgegeben wurde. Wenn die Temperaturhysterese erhalten wurde, können die Schritte zum Erwärmen, Temperaturhalten und Abkühlen gemäß Fig. 10 ausgeführt werden.
Es ist notwendig, die maximal erreichte Temperatur gleich oder höher als Ac 3 und niedriger als Tmp in der Temperaturhysteresekurve einzustellen, um das zu härtende Material 2 zu härten. Ebenso ist es notwendig, daß der Wert, der durch den Mittelwert der Abkühlgeschwindigkeit (deltaT/deltat) t=t 2 zu einer Zeit t 2 und der Abkühlgeschwindigkeit (deltaT/deltat) t=t 3 zu einer Zeit t 3 gebildet ist, beim Passieren des Punktes Ms gleich oder höher ist als die kritische Abkühlgeschwindigkeit zur Durchführung der Martensittransformation in dem zu härtenden Material 2.
Kohlenstoffstahl (unlegierter Stahl) wird nur gehärtet, wenn diese Härtungsbedingungen erfüllt sind. Die größte Härte wird durch die geeignete Abkühlgeschwindigkeit erreicht, wohingegen die Härtungstiefe bestimmt wird durch die maximale Spitzentemperatur und dadurch, daß die Temperaturhaltezeit (t 2-t 1) höher ist als Ac 3, gewährleistet durch einen Rechenprozessor, d. h. durch den PC, unter Bezug auf Daten, die bei Schritt 14 in ihm gespeichert werden. Dann werden in Schritt 15 die angenommenen Härtungscharakteristika mit den gewünschten (ursprünglich eingegebenen) Werten verglichen. Falls die angenommenen Härtungscharakteristika sich von den eingestellten Werten unterscheiden, werden die Ausgangswerte und die Härtungsgeschwindigkeit der Energiestrahlung einer Entscheidung zur Erhöhung oder Verminderung unterworfen, um so in den Schritten 16 bis 18 die gewünschten Härtungscharakteristika zu erreichen. Die Ausgangswerte und die Bewegungsgeschwindigkeit des Energiestrahles werden durch die Energiestrahl-Steuermittel 9 entsprechend den Ausgangswerten der Energiestrahl-Entscheidungsmittel und somit vom PC 8 gesteuert. Wenn die angenommenen Härtungscharakteristika den gewünschten Werten entsprechen, wird das Verfahren zu Schritt 12 zurückgeführt, wo die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des gehärteten Abschnittes des zu härtenden Materials 2 gemessen wird. Diese Schritte werden wiederholt, bis die Härtung des zu härtenden Materials 2 abgeschlossen ist.
Das Erfassungselement des Infrarotstrahlen-Detektors 5 ist z. B. aus lnSb, PbSe oder PbS oder kann ein Si-Sensor mit kürzerer Detektier-Wellenlänge sein. Gemäß den Versuchen arbeitet der Temperaturdetektor bei Härtungsschritten von 400 bis 1000° vorzugsweise mit Wellenlängen von 0,7 bis 15 µm (Mikron).
Fig. 3 zeigt die Bauweise einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zur Härtung durch Energiestrahlung. Bei dieser Ausführungsform ist die Anordnung im wesentlichen die gleiche wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme, daß ein Infrarotstrahlen-Detektor 5 auf der gleichen Achse wie die Bewegungsrichtung 4 des zu härtenden Materials 2 angeordnet ist, weshalb auf eine ausführliche Beschreibung dieser Ausführungsform verzichtet werden kann.
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm zur Beschreibung des Arbeitsablaufs in der Ausführungsform gemäß Fig. 3.
Bei der nach obiger Beschreibung gebauten Steuervorrichtung zur Härtung durch Energiestrahlung wird der Härtungsvorgang in den Schritten 10 und 11 unter beliebigen Härtungsbedingungen eingeleitet, wobei in Schritt 12 ein Infrarotstrahls vom gehärteten Abschnitt des zu härtenden Materials 2 nach Erfassung durch den Infrarotstrahlen-Detektor 5 mittels eines Temperaturkonverters 7 in eine zweidimensionale Temperaturverteilung 7 a auf der Oberfläche des Materials 2 gemäß Fig. 3 umgewandelt wird. In Fig. 3 entspricht die X-Achse der Bewegungsrichtung 4 des gehärteten Materials 2 und die Y-Achse entspricht der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung 4 des gehärteten Materials 2. Die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des gehärteten Materials 2 wird in einen Rechenprozessor eingegeben, d. h. in einen PC 8, der seinerseits in Schritt 13 eine eindimensionale Temperaturverteilung 8 a auf der Y-Achse erhält mit Anzeige der Maximaltemperatur. In Schritt 14 wird die Temperaturverteilung 8 a im gehärteten Material 2 entsprechend der Temperaturverteilung 8 a auf der Y-Achse berechnet sowie die Temperaturverteilung vor dem Strahl vom Kreuzungspunkt 0 der X-Achse und der Y-Achse der zweidimensionalen Temperaturverteilung 7 b auf der Oberfläche des Materials 2. Das Maß der Härtungstiefe im gehärteten Abschnitt des gehärteten Materials 2 wird durch die maximal erreichte Temperatur und den Temperaturgradienten (deltaT/deltaY) bis zum Erreichen der maximal erreichten Temperatur unter Bezug auf die darin gespeicherte Datenbasis umgewandelt. Der Abschnitt, der den Transformationspunkt Ac 3 der so erhaltenen Temperaturverteilung 8b im Inneren des gehärteten Materials 2 erreicht hat, wird gehärtet und die Härtungsqualität, wie beispielsweise Härtungsbreite und Härtungstiefe des gehärteten Abschnittes des gehärteten Materials 2 kann in Schritt 15 durch die Temperaturverteilung ermittelt werden. Dann können in Schritt 16 die ermittelten Härtungscharakteristika mit den gewünschten (ursprünglich eingestellten) Werten verglichen werden. Falls sich die ermittelten Härtungscharakteristika von den eingestellten Werten unterscheiden, werden in den Schritten 17 bis 19 zur Erzielung der gewünschten Härtungscharakteristika die Ausgangswerte und Härtungsgeschwindigkeit des Energiestrahls einer Entscheidung zur Erhöhung oder Verminderung unterworfen. Die Ausgangswerte und die Bewegungsgeschwindigkeit des Energiestrahls werden durch die Energiestrahl-Steuermittel 9 entsprechend den Ausgangswerten der Energiestrahl-Entscheidungsmittel, d. h. durch den PC 8, gesteuert. Falls die ermittelten Härtungscharakteristika mit den gewünschten Werten übereinstimmen, kehrt das Programm zu Schritt 12 zurück, um die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des gehärteten Materials 2 zu messen. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis die Härtung des Materials 2 abgeschlossen ist.
Fig. 5 zeigt in der Ansicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zur Härtung durch Energiestrahlung. Bei dieser Ausführungsform ist die Anordnung im wesentlichen die gleiche wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme, daß Infrarotstrahlen eines Wellenlängenberiches von 0,9 bis 1,6 µm (Mikron) durch einen Si-Sensor und einen Ge-Sensor (in einem Infrarotstrahlen-Detektor 5 zusammengeschlossen) erfaßt werden und der Meßbereich beispielsweise ungefähr 30 mm beträgt in Achsrichtung der Bewegungsrichtung des zu härtenden Materials 2 oder eines Energiestrahls 3. Eine genaue Beschreibung der Anordnung kann deshalb entfallen.
Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm zur Beschreibung des Arbeitsablaufs in der Ausführungsform gemäß Fig. 5.
Bei der nach obiger Beschreibung ausgebildeten Steuervorrichtung zur Härtung durch Energiestrahlung wird in Schritt 10 beispielsweise eine Härtungstiefe als geforderte Bedingung in das Gerät eingegeben, wobei die geeignete Strahlenausgangsleistung und Härtungsgeschwindigkeit aus einem in der Anlage gespeicherten Datenvorrat ausgewählt werden, um die Härtungsbedingungen einzustellen, wonach in Schritt 11 der Härtungsvorgang eingeleitet wird. Dann werden in Schritt 12 zwei Arten von Erfassungssignalen, die durch den Infrarotstrahlen-Detektor 5 detektiert werden, durch einen Temperaturkonverter 7 in die Temperaturverteilung 7 a umgewandelt, wie in Fig. 5 dargestellt. Die Temperaturverteilung 7 a wird in einen Datenprozessor 8, d. h. in einen PC, eingespeist und eine Temperaturverteilung 8 a, die einen geringen Meßwertfehler und eine hohe Genauigkeit aufweist, wird in Schritt 13 aus den beiden Daten errechnet. Wie in Fig. 7 und 8 dargestellt ist, ändern sich die Werte der Infrarotstrahlen-Temperaturmessung entsprechend einem Emissionsvermögen xi, das von der Oberflächenbeschaffenheit des Materials 2 beeinflußt wird, so daß ein Unterschied von einer tatsächlichen Temperatur, d. h. der Meßwertfehler mit steigender Temperatur zunimmt. Die Veränderungen sind unterschiedlich je nach der zu messenden Wellenlänge, derart daß, je kürzer die Wellenlänge ist, umso geringer der Einfluß wird. Daher ist ein Sensor mit kurzer Wellenlänge vorteilhaft und ein Si-Sensor mit der für den praktischen Gebrauch kürzesten verfügbaren Wellenlänge von 0,9 µm (Mikron) kann Temperaturen von 800° und mehr zuverlässig messen. Daher werden Temperaturen von 800° und darunter mit einem Ge-Sensor gemessen mit einer Wellenlänge von 1,6 µm (Mikron), die ein wenig kürzer als die des Si-Sensors ist, wobei zuverlässige Messungen bis ungefähr 300° möglich sind. Das Emissionsvermögen xi des gehärteten Materials 2 fällt in einen Bereich von 0,4 bis 0,7. Wenn bei Festsetzung des Emissionsvermögens auf ca. 0,6 die Temperatur umgewandelt wurde, kann sie mit einer Genauigkeit von +/-30°C im notwendigen Temperaturbereich gemessen werden.
Wie oben beschrieben, erhält man die Temperaturverteilung 8 a im Inneren des gehärteten Materials 2 mittels thermischer Leitung auf der Grundlage der sorgfältig ermittelten Temperaturverteilung 7 a in Schritt 14. Dann werden die Härtungscharakteristika, z. B. die Härtungstiefe, mittels der maximal erreichten Temperatur und des Temperaturgradienten (deltaT/deltaY) umgewandelt bis zum Erreichen der maximalen Spitzentemperatur unter Bezug auf die in der Anlage gespeicherten Datenbasis. Ein Abschnitt, der den Transformationspunkt Ac 3 in der Temperaturverteilung im Inneren des gehärteten Materials so erreicht hat, wird gehärtet, wobei die Härtungsqualität, wie beispielsweise die Härtungstiefe, mit Hilfe der Temperaturverteilung in Schritt 15 festgestellt werden kann. Danach werden in Schritt 16 die ermittelten Härtungscharakteristika mit den gewünschten (ursprünglich eingestellten) Werten verglichen. Falls sich die ermittelten Härtungscharakteristika von den eingestellten Werten unterscheiden, werden in den Schritten 17 bis 19 zur Erzielung der gewünschten Härtungscharakteristika die Ausgangswerte und Härtungsgeschwindigkeit des Energiestrahls einer Entscheidung zur Erhöhung oder Verminderung unterworfen. Die Ausgangswerte und die Bewegungsgeschwindigkeit des Energiestrahls werden durch die Energiestrahl-Steuermittel 9 entsprechend den Ausgangswerten der Energiestrahl-Entscheidungsmittel, d. h. durch den PC 8, gesteuert. Falls die ermittelten Härtungscharakteristika mit den gewünschten Werten übereinstimmen, kehrt das Programm zu Schritt 12 zurück, um die Temperaturverteilung auf der Oberfläche des gehärteten Materials 2 zu messen. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis die Härtung des Materials 2 abgeschlossen ist.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden im Infrarotstrahlen-Detektor 5 zwei Arten von Detektierelementen benutzt, nämlich Si und Ge. Andere Sensoren von zwei Arten arbeiten vorzugsweise mit detektierbaren Wellenlängen eines Bereiches von 0,7 bis 1,1 µm (Mikron) und von 1,4 bis 2,0 µm (Mikron) in Abhängigkeit von den Temperaturbereichen, in denen die Erfassung stattfinden soll. Wenn der Temperaturerfassungsbereich weit ist, können drei oder mehr Arten von Sensoren benutzt werden. Ist er dagegen eng, reicht eine Sensorart aus, um die Temperaturen genau zu messen.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde als Energiestrahl ein Laserstrahl verwendet. Jedoch kann als Energiestrahl auch ein Elektronenstrahl benutzt werden, wobei die gleichen Vorteile wie bei den anderen Ausführungsformen gleichermaßen erzielt werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde das zu härtende Material 2 bewegt. Statt dessen kann jedoch auch der Laserstrahl 1 bewegt werden.
Erfindungsgemäß umfaßt die Steuervorrichtung zur Härtung mittels Energiestrahlung, wie oben beschrieben, den Detektor zum Erfassen einer von der Oberfläche eines gehärteten Abschnittes abgestrahlten elektromagnetischen Welle, auf den ein Energiestrahl abgegeben wurde oder wird, den Temperaturkonverter zur Umwandlung eines vom Detektor stammenden Erfassungssignals in einen Temperaturwert, die Einstellmittel (presuming means) zur Festsetzung (presuming) von Härtungscharakteristika durch Verarbeitung von Temperaturverteilungsdaten aus dem Temperaturkonverter, die Entscheidungsmittel (deciding means) zum Bemessen (deciding) der Ausgangswerte und der Bewegungsgeschwindigkeit des ausgesandten Energiestrahls zur Erzielung gewünschter Härtungscharakteristika und entsprechend den angenommenen Härtungscharakteristika, und die Energiestrahl-Steuermittel zur Steuerung der Ausgangswerte und/oder Bewegungsgeschwindigkeit des Enegergiestrahls entsprechend den Ausgangsdaten der Entscheidungsmittel, wobei Unregelmäßigkeiten in den Härtungscharakteristika unterdrückt werden. Auf diese Weise können stabile Härtungscharakteristika stets erzielt werden, selbst wenn die Vorbehandlungsbedingungen und die Ausgangswerte vor dem Härten geändert werden.

Claims (12)

1. Steuervorrichtung zur Härtung mittels Energiestrahlung, gekennzeichnet durch
  • a) einen Detektor (5) zum Erfassen einer von der Oberfläche eines gehärteten Abschnittes abgestrahlten elektromagnetischen Welle, auf den ein Energiestrahl abgegeben wurde oder wird,
  • b) einen Temperaturkonverter (7) zur Umwandlung eines vom Detektor (5) stammenden Erfassungssignals in einen Temperaturwert,
  • c) Einstellmittel zur Festsetzung von Härtungscharakteristika durch Verarbeitung von Temperaturverteilungsdaten aus dem Temperaturkonverter (7),
  • d) Entscheidungsmittel zum Bemessen der Ausgangswerte und der Bewegungsgeschwindigkeit des ausgesandten Energiestrahls zur Erzielung gewünschter Härtungscharakteristika und entsprechend den angenommenen Härtungscharakteristika, und
  • e) Energiestrahl-Steuermittel (9) zur Steuerung der Ausgangswerte und/oder Bewegungsgeschwindigkeit des Engergiestrahls entsprechend den Ausgangsdaten der Entscheidungsmittel,
  • f) wobei Unregelmäßigkeiten in den Härtungscharakteristika unterdrückt werden.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtungscharakteristika durch Verarbeitung der Temperaturverteilungsdaten aus dem Temperaturkonverter (7) gewonnen werden, um eine Temperaturverteilung in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Engergiestrahls vom gehärteten Abschnitt des gehärteten oder zu härtenden Materials (2) zu erhalten und um entsprechend der erhaltenen Temperaturverteilung eine Temperaturverteilung im Inneren des gehärteten Materials (2) zu erhalten.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtungscharakteristika durch Verarbeitung der Temperaturverteilungsdaten aus dem Temperaturkonverter (7) gewonnen werden, um eine Temperaturhysterese des gehärteten Abschnittes des gehärteten Materials (2) zu erhalten.
4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl ein Laserstrahl (1) ist.
5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiestrahl ein Elektronenstrahl ist.
6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erfassende elektromagnetische Welle ein Licht ist und daß dessen Wellenlängenbereich gleich oder größer als 0,7 µm (Mikron) und kleiner als 15 µm (Mikron) ist.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (5) für elektromagnetische Wellen zwei oder mehrere elektromagnetischen Wellen mit unterschiedlichen Wellenlängen erfaßt.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu erfassende elektromagnetische Welle zwei Wellenlängenbereiche umfaßt, die gleich oder größer als 0,7 µm (Mikron) und kleiner als 1,1 µm (Mikron) sowie gleich oder größer als 1,4 µm (Mikron) und kleiner als 1,4 µm (Mikron) sind.
9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die lagemäßige Zuordnung des Detektors (5) für die elektromagnetischen Wellen und der Abstrahlposition des Energiestrahls fixiert ist.
10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (5) in einer Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des zu härtenden Materials (2) oder des Energiestrahls angeordnet ist.
11. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (5) in der gleichen Richtungsachse wie die Bewegungsrichtung des zu härtenden Materials (2) oder des Energiestrahls angeordnet ist.
12. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtungscharakteristika-Einsstellmittel und die Energiestrahl-Entscheidungsmittel als personal Computer (8) ausgeführt sind.
DE19873731136 1986-09-20 1987-09-16 Steuervorrichtung zur haertung mittels energiestrahlung Ceased DE3731136A1 (de)

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JP22336586 1986-09-20
JP13917987A JPS63190115A (ja) 1986-09-20 1987-06-03 エネルギビ−ム焼入の制御装置

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DE (1) DE3731136A1 (de)
GB (1) GB2196155B (de)

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