[发明专利]控制传送带型热处理器中工件的温度响应的方法与设备

说明书

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。