用于监控和调整低温冷却的设备和方法技术

一种用于通过测量从低温冷却装置（１１２）产生的蒸气云（１１３）的不透明度来监控和／或控制低温冷却的设备和方法。通过测量穿过蒸气云（１１３）的光束（１２７）的强度的下降来确定不透明度。不透明度的测量被用来控制系统的操作参数，诸如低温冷却装置（１１２）的冷却率。不透明度的测量可被归一化以补偿变量，除了工件（１１９）的温度和冷却率外，该变量是还可影响蒸气云（１１３）的不透明度的变量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用本申请要求2007年8月28日提交的第60/968，479号临时申请的权益，通过引用视同于全面阐述将其全文结合于本文中。
本专利技术涉及低温喷射冷却，其一般用于金属加工及其它需要冷却来保持最佳处理 参数的工业应用。
技术介绍
在金属加工应用中直接感测工件和工具表面温度富有挑战性。由于工件和工具二 者均在运动的事实，基于接触的温度测量不是所希望的。常规的非接触式温度测量装置，诸 如红外线(IR)传感器和温度计，常常由于工件和工具材料的反射率引起的测量误差以及 低温范围中的低辐射水平而不准确。在其中使用低温冷却的应用中，准确的温度测量日益 重要。因此，需要一种更准确的非接触式温度测量方法。涉及的技术包括第5，517，842号美国专利和公布号为W02006/074875A 1的PCT。
技术实现思路
本专利技术包含一种设备，其用于具有当操作时产生蒸气云的低温冷却构件的系统。 该设备感测冷却并向控制器发送信号，该控制器被编程以设定和/或调节系统的至少一个 操作参数。在一方面，本专利技术包含一种设备，其供具有当操作时产生蒸气云的低温冷却构件 的系统使用。该设备包括适合发射在第一强度处的第一光束的第一发射器。该设备还包括 第一接收器，其具有适合探测第一感测强度的第一传感器。当第一光束被定向在第一传感 器时，第一感测强度为第一光束在第一传感器处的强度。第一接收器适合产生第一传感器 信号，该第一传感器信号为第一感测强度的函数，并且第一发射器和第一传感器具有第一 操作位置，其中第一发射器和第一传感器定位和定向成使得第一光束被定向到第一传感器 上并且第一光束在被第一传感器接收前经过蒸气云至少一次。还提供了控制器，且该控制 器被编程以基于控制器数据设定和/或调节系统的至少一个操作参数。当第一发射器和第 二传感器处于第一操作位置时，控制器数据包括第一传感器信号。在另一方面，本专利技术包含一种设备，其供具有当操作时产生蒸气云的低温冷却构 件的系统使用。该设备包括用于确定蒸气云的相对不透明度并产生涉及蒸气云的相对不透 明度的数据的机构，以及与该用于确定的机构通信的控制器，该控制器适合基于该数据设 定和/或调节系统的至少一个操作参数。再在另一方面，本专利技术包含一种供具有低温冷却构件的系统使用的方法，该方法 包括测量低温蒸气云的相对不透明度，以及基于测定的低温蒸气云的相对不透明度设定和 /或调节系统的至少一个操作参数。附图说明当结合附图阅读时，将更好地理解以下对本专利技术的优选实施例的详细描述。为了 示出本专利技术的目的，在附图中显示了目前优选的实施例。然而，应该理解的是，本专利技术并不 局限于附图所示的精确的布置和手段图1是按照本专利技术的基本低温蒸气云不透明度测量设备的第一实施例； 图2是基本低温蒸气云不透明度测量设备的第二实施例，其中光束被反射；图3是根据本专利技术的用于监控和调整工件和轧辊的低温冷却的设备的优选实施 例的示意图示；以及图4是用于监控和调整工件和轧辊的低温冷却的设备的第二实施例的示意图示。具体实施方式本专利技术为一种供具有当操作时产生蒸气云的低温冷却构件的系统使用的设备。具 有低温冷却构件的系统可包括但不局限于金属轧制和加工操作，诸如车床车削、镗孔、铣 肖|J、热喷射涂覆应用以及食物冷冻应用。“低温蒸气”为当环境空气中所含的水与诸如液态氮(下称“LIN”)、气态氮、氩气 和二氧化碳或这些液体和/或气体的两种或多种的混合物的低温喷射接触时形成的微观 水冰晶体的悬浮物。低温蒸气通常呈白色并且不透明或半透明。在涉及本专利技术的开发的实验中，已观察到从其中低温喷射被定向到基板上的区域 (例如，工件和/或工具区域和/或待冷却物体的零件表面和/或其它表面)演变来的“低 温蒸气”的量与喷射应用在其上的表面的表面温度成反比。在所观察的所有情形中，当基 板(例如，工件、零件和/或工具)表面低于希望的温度范围(即，过冷)时观察到大量的 低温蒸气，而当工件和工具表面高于希望的温度范围(即，冷却不充分)时几乎看不到低温 蒸气。已观察到大量的低温蒸气所产生的“云”比更少量的低温蒸气所产生的“云”更加不 透明。申请人发现，可通过测量被定向通过蒸气云的光束的强度下降来以合理的准确度测 量蒸气云的不透明度。强度下降是由于光束在形成一部分低温蒸气云的微观冰晶体的固体 表面上的散射和吸收而引起的。这些概念形成本专利技术的基础。图1示出了用来测量低温蒸气不透明度的基本设备。如图1所示，低温冷却装置 12产生蒸气云13。光源23定位成定向光束25通过蒸气云13。在本实施例中，光源23为 激光发射器。接收器29定位在光束25已穿过蒸气云13之后的光束25的路线中。接收器 29具有适合探测在光束25的波长范围内的光的强度33的光传感器31。光束25在光源23 处具有已知的初始强度27，而当光束在穿过蒸气云13之后到达传感器31时其具有较低的 强度33( “感测强度”)。优选地，传感器31产生与感测强度成正比的电信号。在本实施例 中，传感器31为光学传感器，其基于感测强度产生在4-20mA范围内的信号。如以上所注明的，光源23在本实施例中为激光发射器。应当理解的是，可使用其 它发射器。基于本说明书和权利要求书的目的，用语“发射器”意味着任何能够发射光的装 置并且可与用语“光源”互换地使用。红色或绿色激光为用于本专利技术的优选光源的实例，因 为蒸气云不透明度是光束在微观冰晶体的固体表面上的散射和吸收所导致的。此类激光特 别适合用于本专利技术，因为它们不昂贵，它们能产生高度聚焦的、易于测量的光束，并且产生可见光束，这有利于传感器31的正确定位。也可使用发射紫外(UV)或红外(IR)波长的光 的光源，但较不优选，因为它们不产生可见光束。图2显示了用于图1中所示的设备的备选布置。在图2中，反射器59用来在光束 25被传感器31接收之前重新定向光束25。这允许接收器29和传感器31位于光源23附 近。如图所示的，在这种构造中，光源25穿过蒸气云13两次。备选地，光束和反射器可定 位成使得光束在被传感器(未显示)接收之前穿过蒸气云一次。 传感器31产生的信号可有益地用于各种应用中。例如，该信号可(结合其它处理 数据)用来计算基板(工件或工具或其它物体)表面的温度，如果信号指示在优选操作范 围之外的蒸气不透明度水平则产生通知或警报，或控制一个或多个处理参数。图3显示了一种此类应用的一个实施例，其包括轧机机座，其中工件119被拖拽通 过上轧辊121和下轧辊122。工件119和轧辊121、122由产生蒸气云113的低温喷射装置 112冷却。在本实施例中，低温喷射装置112被定向到上轧辊121上。许多其它构造是可能 的，取决于金属加工应用。例如，低温喷射装置112可被定向在工件119的表面或可被定向 在工件与轧辊121、122之一的交叉处。在本实施例中，光源123和接收器129位于工件119和轧辊121、122的相对侧上 (类似于图1中所示的构造)。光源123产生具有初始强度127的光束125 (即，在其穿过 蒸气云113之前)。如图1中所示，光源123和传感器131 (接收器129的一部分)定位成 使得来自光源123的光束125被定向到传感器131上(即，操作位置)。传感器131产生电 信号135，该电信号与光束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供具有当操作时产生蒸气云的低温冷却构件的系统使用的设备，所述设备包括：第一发射器，其适合发射处在第一初始强度的第一光束；第一接收器，其具有适合探测第一感测强度的第一传感器，所述第一感测强度为当所述第一光束被定向在所述第一传感器时所述第一光束在所述第一传感器处的强度，所述第一接收器适合产生第一传感器信号，所述第一传感器信号为所述第一感测强度的函数，所述第一发射器和第一传感器具有第一操作位置，其中所述第一发射器和第一传感器定位和定向成使得所述第一光束被定向到所述第一传感器上，并且所述第一光束在被所述第一传感器接收之前穿过所述蒸气云至少一次；以及控制器，对其进行编程以基于控制器数据设定和／或调节所述系统的至少一个操作参数，所述控制器数据包括所述第一传感器信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-8-28 60/968479一种供具有当操作时产生蒸气云的低温冷却构件的系统使用的设备，所述设备包括第一发射器，其适合发射处在第一初始强度的第一光束；第一接收器，其具有适合探测第一感测强度的第一传感器，所述第一感测强度为当所述第一光束被定向在所述第一传感器时所述第一光束在所述第一传感器处的强度，所述第一接收器适合产生第一传感器信号，所述第一传感器信号为所述第一感测强度的函数，所述第一发射器和第一传感器具有第一操作位置，其中所述第一发射器和第一传感器定位和定向成使得所述第一光束被定向到所述第一传感器上，并且所述第一光束在被所述第一传感器接收之前穿过所述蒸气云至少一次；以及控制器，对其进行编程以基于控制器数据设定和/或调节所述系统的至少一个操作参数，所述控制器数据包括所述第一传感器信号。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个操作参数包括所述低温冷 却构件的冷却率。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个操作参数包括如果所述第 一传感器信号指示所述蒸气云的不透明度在预定范围之外则被激活的警报。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一光束包括可见激光。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括传感器组，所述传感器组 包括至少一个参数传感器，所述至少一个参数传感器的每一个均适合测量这样的参数，除 了所述冷却构件应用到其上的基板的温度，所述参数是可影响所述蒸气云的不透明度的参 数，并且所述至少一个参数传感器的每一个均适合产生参数传感器信号，所述参数传感器 信号为所述至少一个参数传感器所感测的参数的函数，其中所述数据还包括来自所述至少 一个传感器的每一个的所述参数传感器信号。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第三传感器，所述第三传 感器适合测量所述蒸气云邻近的环境空气的相对湿度并适合产生第三信号，所述第三信号 为测定的相对湿度的函数，并且其中所述控制器数据还包括所述第三信号。7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第四传感器，所述第四传 感器适合当基板移动经过所述低温冷却构件时确定其速度并适合产生第四信号，所述第四 信号为所述测定速度的函数，并且其中所述控制器数据还包括所述第四信号。8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一发射器和第一接收器定位成使 得所述光束在被所述第一传感器接收之前被第一表面反射。9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第一传感器与所述第一发射器定位 成相邻。10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第二发射器，其适合发射在第二初始强度的第二光束；第二接收器，其具有适合探测第二感测强度的第二传感器，所述第二感测强度为当所 述第二光束被定向在所述第二传感器时所述第二光束在所述第二传感器处的强度，所述第 二接收器适合产生第二传感器信号，所述第二传感器信号为所述第二感测强度的函数，所 述第二发射器和第二传感器具有第二操作位置，其中所述第二发射器和第二传感器定位成 使得所述第二光束被定向到所...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z朱雷克基，RE小诺尔，JL格伦，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]