使用不可逆熱致變色指示物確保熱處理部件的質量的方法
【專利摘要】公開了一種驗證部件被熱處理以強化部件的系統和方法。部件在熱處理之前用熱致變色組合物進行標記。然后對部件進行熱處理以強化部件并改變熱致變色組合物的顏色以指示熱處理過程的成功完成。檢測器可用于通過禁用裝配工具來防止裝配件中包括未被熱處理的部件。控制器還可提供與熱處理過程的完成有關的、將要被記錄在數據庫中的數據。
【專利說明】使用不可逆熱致變色指示物確保熱處理部件的質量的方法

【技術領域】
[0001]本公開涉及一種用于被成形、熱處理以增大屈服強度并被裝配的部件的制造系統。

【背景技術】
[0002]為了改善燃料經濟性的目的，對減小用于制造諸如汽車、卡車、飛機以及船只的交通工具的部件的重量有很大的興趣。一種減小部件的重量的方法是使用質輕的/高強度的鋁合金來制造這樣的部件。
[0003]可通過在相當長的時間段內老化(aging)由過飽和的、可熱處理的鋁合金制成的部件來增大該部件的屈服強度。由于需要長的時間段，因此在制造過程中等待發生自然老化通常不是經濟上可行的，而且自然老化將不會使得部件達到峰值強度。一些部件被包括在組件中，這些組件在涂料爐中被涂漆并烘烤，但涂料烘烤爐的時間和溫度可能不足以完全地強化這些部件。
[0004]可在被稱為“人工老化”的工藝中通過加熱部件來加速老化。例如，可通過加熱由T4態的AA6111系列的鋁制成的部件來人工老化這些部件，并能夠引起部件屈服強度的加倍。通常，由于相關的屈服強度的增大和可成形性的降低，因此不可能在人工老化之后形成給定的部件。所以，期望的是，通過當部件在更可成形的T4態時進行成形然后人工老化部件以獲得期望的強度來制造這樣的部件。此外，以這種方式加工時的部件在成形之后將具有更少的彈性回復。預成形操作可包括拉拔、延伸、沖孔、剪邊、折彎、擠壓、鍛造或液壓成形操作。
[0005]人工老化的一個問題是不可能通過目視檢查來確定部件是否經歷了人工老化處理。可使用抗拉試驗以檢驗部件的屈服應力，但抗拉試驗破壞部件。雖然耗時且相對昂貴的硬度試驗可被使用以對人工老化進行檢驗，但這些類型的硬度試驗不可能精確地預測屈服應力。
[0006]諸如支柱、車頂縱梁以及車架部件等的結構梁一旦裝配到交通工具也可位于難以接近(達到)的區域，這些區域不能容易地檢查屈服強度。這樣的部件的屈服強度對交通工具的耐久性和/或交通工具的質量可以是至關重要的。假如在事后確定這樣的結構部件缺乏規定的強度特性，將需要諸如更換部件或增加強化修補的昂貴的糾正措施。
[0007]本公開涉及解決上述的問題以及如下總結的其他問題。


【發明內容】

[0008]本公開提供一種系統和方法，用于確保僅在成形后熱處理之后部件被供給到裝配操作。在成形之后且部件被熱處理之前，將熱敏墨的沉積物施加到沖壓的或液壓成形的部件。熱敏墨在熱處理工藝過程中不可逆地改變顏色，以提供部件在熱處理工藝中被處理的可視指示物。傳感器或檢測器(例如光掃描器、光檢測器、光電管、光敏電阻或攝像機)在裝配線上設置在熱處理工藝之后，以檢驗熱敏墨的存在和該熱敏墨的顏色。缺少熱敏墨的任何部件或具有某顏色(該顏色不指示適當地經歷了熱處理工藝)的熱敏墨的部件被拒絕并從裝配線移除，或者以其他方式被防止在裝配工藝中進一步行進。
[0009]根據本公開的一方面，提供一種制造方法，該制造方法使用通過熱處理來強化的部件。該方法包括形成部件并用不可逆熱致變色組合物在預定位置標記部件。接著將部件加熱以增大部件的強度，同時改變熱致變色組合物的顏色。在加熱步驟之后檢測熱致變色組合物的顏色，并根據熱致變色組合物的顏色的變化來控制后續的制造工藝。
[0010]根據本公開的其他方面，不可逆熱致變色組合物可為熱致變色墨，熱致變色墨從白色到諸如綠色或黑色的暗色改變顏色。形成部件的步驟可包括在金屬板成形工藝中沖壓出部件的步驟。可通過用霧化或非霧化噴射或者接觸式或非接觸式標記進行涂覆或標記來完成標記部件的步驟。需要在檢測步驟中可見的位置進行部件標記。可通過加熱部件至1700C -240°c達20分鐘以上來執行加熱部件的步驟。
[0011]檢測熱致變色組合物的顏色的步驟還可包括:用機器視覺檢測器光學地感測涂料的顏色，機器視覺檢測器向裝配工具的控制器提供信號，裝配工具在加熱步驟之后對部件進行操作。如果熱致變色組合物的顏色沒有改變或如果熱致變色組合物未被檢測到，則防止裝配工具操作。裝配工具可以是例如焊機、鉚接機、夾具或其他工具。可選擇地，機器視覺檢測器可提供信號至數據存儲系統，數據存儲系統使信號和與部件相關的識別記錄進行關聯并記錄熱致變色組合物的顏色在加熱步驟中符合要求地變化。
[0012]根據涉及制造系統的本公開的另一方面，公開了用于確保部件強化的成形后熱處理系統。該系統包括施加器，用于將熱致變色組合物施加到部件上的預定位置。熱處理爐將部件加熱至預定溫度并保持預定時間，其中，熱處理爐將熱致變色組合物的顏色從剛施加時的顏色改變成熱改變的顏色。檢測器朝向所述預定位置，檢測熱致變色組合物的存在，還檢測熱致變色組合物是剛施加時的顏色還是熱改變的顏色。控制器從檢測器接收信號，驗證熱致變色組合物存在以及熱致變色組合物是熱改變的顏色。
[0013]根據涉及制造系統的本公開的其他方面，該系統還可包括數據庫，用于記錄來自檢測器的信號并將該信號記錄在與部件識別器相關的字段中。控制器可操作性地連接到在熱處理爐后方作用于部件的機器。如果控制器未接收到來自檢測器的信號，則可防止機器操作。
[0014]該系統可選擇性地包括用于將貼花施加到部件上的預定位置的設備，貼花至少部分地承載有不可逆熱致變色組合物。在貼花實施例中，標簽或懸掛標識被附著到部件，而不是將熱致變色墨或涂料直接施用到部件。
[0015]根據涉及制造系統的本公開的另一方面，公開了一種用于確保部件的強化的熱處理系統，該系統包括:施加器，用于將不可逆熱致變色組合物施加到部件上的預定位置；熱處理爐，將部件加熱至預定溫度并保持預定時間，其中，熱處理爐將熱致變色組合物從剛施加時的顏色改變成熱改變的顏色；檢測器，朝向所述預定位置，檢測熱致變色組合物的存在，還檢測熱致變色組合物是剛施加時的顏色還是熱改變的顏色；以及控制器，從檢測器接收關于是否存在熱致變色組合物以及熱致變色組合物是否為熱改變的顏色的信號。
[0016]該系統還可包括數據庫，用于記錄來自檢測器的信號并將該信號記錄在與部件識別器相關的字段中。
[0017]控制器可操作性地連接到在熱處理爐后方作用于部件的機器，其中，如果控制器未接收到來自檢測器的信號，則防止所述機器操作。
[0018]熱致變色組合物可以是從白色到暗色改變顏色的熱致變色墨。
[0019]施加器可通過將熱致變色組合物噴射在部件上檢測器可以達到的位置來將熱致變色組合物施加到部件。
[0020]熱處理爐可將部件暴露于170°C _240°C達20分鐘以上。
[0021]根據涉及制造系統的本公開的另一方面，公開了一種用于確保部件的強化的熱處理系統，該系統包括:用于將貼花施加到部件上的預定位置的設備，其中，貼花至少部分地承載有不可逆熱致變色組合物；熱處理爐，將部件加熱至預定溫度并保持預定時間，其中，熱處理爐將熱致變色組合物從剛施加時的顏色改變成熱改變的顏色；檢測器，朝向所述預定位置，檢測熱致變色組合物的存在，還檢測熱致變色組合物是剛施加時的顏色還是熱改變的顏色；以及控制器，從檢測器接收關于是否存在熱致變色組合物以及熱致變色組合物是否為熱改變的顏色的信號。
[0022]在參照附圖的詳細描述中，下面將更詳細地描述本公開的上述方面和其他方面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是使用不可逆熱致變色指示物來熱處理部件的方法的流程圖；
[0024]圖2是對部件施用不可逆熱致變色墨的噴涂器的圖形表示；
[0025]圖3是用于對多批部件進行熱處理的離線爐系統；以及
[0026]圖4是檢測器的圖形表示，其中，檢測器用于檢測不可逆熱致變色墨的顏色并提供信號至控制器，控制器繼而解釋顏色的意義以及部件的熱處理是否發生，并且進一步地，控制裝配工具并提供可被存儲在數據庫中的數據，所述數據涉及證實熱處理工藝的完成。

【具體實施方式】
[0027]下面提供本發明的說明的實施例的詳細描述。公開的實施例是本發明的可以以各種可替代的形式體現的示例。附圖未必是按比例繪制的。可將一些特征夸大或縮小以顯示具體組件的細節。在本申請中公開的特定結構和功能性細節不被解釋為限制性的，而僅作為用于教導本領域技術人員如何實踐本發明的代表性基礎。
[0028]參照圖1，流程圖示出了使用不可逆熱致變色指示物對鋁進行熱處理的方法的一個實施例。該方法10開始于在步驟12選擇由可熱處理的材料制成的坯料。示例材料包括AA6xxx、AA2xxx、AA7xxx以及一些AA4xxx系列的鋁合金。可選擇地，可使用在合金內具有沉淀彌散強化機制的其他過飽和合金，這些合金可被熱處理以增大部件的抗拉強度。
[0029]坯料在其預處理階段(例如，用于鋁合金的T4)被成形。可在常規的金屬板成形線中成形出部件，并可包括拉拔操作、折邊操作、沖孔操作以及卷邊操作等。可選擇地，可在步驟14在液壓成形操作中成形出部件。在任何一種情況下，因為材料更具有延展性，所以材料在熱處理之前更容易形成期望的部件。
[0030]在步驟16，對部件施用不可逆熱致變色墨。參照圖2描述施用熱致變色墨的步驟。在圖2中，部件20與噴涂器22 —起被示出。噴涂器22被示出為將原始顏色的熱致變色組合物24噴射到部件20的預定區域26。
[0031]可選擇地，代替在步驟16將涂料施用到部件，可在成形后熱處理之前將具有熱致變色墨或涂料的懸掛標識、壓敏標簽或其他貼花附著到部件。貼花、懸掛標識、壓敏標簽可被永久地附著到部件以防止移除，且必須為耐熱的使得它在熱處理工藝過程中不被損壞。貼花可由熱致變色組合物形成或涂覆有熱致變色組合物，或以其他方式承載該組合物。可手工地或用附著設備將貼花施用到部件上的預定位置。
[0032]參照圖1和圖3，該工藝中的下一步是在步驟30在爐中加熱部件。參照圖3，示出了高速分批對流爐，它是離線爐系統32。離線爐系統32包括通向對流爐36的裝載站34。傳送器38移動多個架40順序地通過對流爐36并進入冷卻系統單元42。架40裝載有部件20(在圖2示出)。當部件在對流爐36中時，部件被加熱至170°C和240°C之間的溫度達至少20分鐘的時間段。傳送器38移動架40通過對架進行加熱的對流爐，然后在卸載站44卸載架40之前，移動架40通過冷卻系統單元42。
[0033]在一個示例中，由AA6111制成的部件在到貨時具有大約150MPa的初始屈服應力。一組部件循環通過涂料烘烤操作，且屈服強度增加至大約175MPa。另一組部件不先暴露通過涂料烘烤循環，而在225°C的溫度經受熱處理達O至100分鐘的時間段，且在20分鐘后獲得大約280MPa的屈服應力。與只在涂料烘烤操作的過程中被加熱的部件相比，由于熱處理，所以部件被強化了超過lOOMPa。熱處理到貨時的部件在30分鐘之后被強化了超過115MPa。
[0034]參照圖1和圖4，該工藝中的下一步是在步驟46檢測熱致變色墨的存在和顏色。參照圖4，部件20具有預定區域26，在預定區域26中，熱致變色組合物24以其剛被施用的或原始的顏色被施用，如上面參照圖2所描述的。然而，在經過離線爐系統32之后，熱致變色性組合物具有熱改變的顏色48。使用諸如光掃描器、光檢測器、光電管、光敏電阻或攝像機的檢測器50檢測在部件20上的熱改變的顏色48。
[0035]參照圖1，該工藝中的下一步是在步驟52，檢測器50(示出在圖4中)根據檢測到的顏色將信號提供到控制器。再一次參照圖4，檢測器50提供信號至控制器54。控制器54可以是裝配工具的部件，或可以是生產線或工廠的生產控制系統。控制器操作性地連接到裝配工具58。裝配工具58可以是在后續的制造操作中作用于部件20的焊槍、焊接夾具、鉚接工具、壓接工具、熱熔鉆(flow drill screwing)工具、物料裝卸工具或其他類型的工具。在步驟55，控制器解釋信號并確定部件是否被熱處理過。
[0036]如圖1所示，步驟61和步驟64分別示出了部件為未被熱處理的以及被熱處理過的。如果檢測器50未能檢測到部件20上的熱改變的顏色48，則可將裝配工具58配置為不能對部件20進行操作。如果熱致變色組合物處于其原始顏色(如附圖標記24所指示的)，或如果噴涂器22未能對部件20施用熱致變色組合物，或如果不可逆熱致變色組合物不是熱改變的顏色48，則控制器54可以不允許裝配工具58操作，并防止包括未經歷熱處理步驟的部件20而被用在裝配工藝中(這在圖1中以步驟56示出)。可選擇地，如果部件被符合要求地經過了熱處理，則在步驟63，裝配工具可繼續。
[0037]參照圖1，在步驟60，該工藝可包括在數據庫中記錄部件被熱處理的事實。參照圖4，數據庫62被示出為從控制器54接收數據。數據庫62可提供記錄，該記錄證實部件20已經通過離線爐系統32加工而被強化。
[0038]雖然上面描述了示例性實施例，但這些實施例并不意圖描述本發明的所有可能的形式。確切地說，在說明書中使用的詞語為描述性的詞語，而不是限制性的詞語，且理解的是，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可做出各種改變。此外，可將各種實現實施例的特征組合以形成本發明的進一步的實施例。
【權利要求】
1.一種通過熱處理而被強化的部件的制造方法，包括下述步驟: 形成部件； 在預定位置用不可逆熱致變色組合物對部件進行標記； 加熱部件以增大部件的強度并將不可逆熱致變色組合物從第一顏色改變成第二顏色； 在加熱步驟之后，檢測熱致變色組合物是第一顏色還是第二顏色；以及 根據熱致變色組合物是第一顏色還是第二顏色來控制后續的制造工藝。
2.如權利要求1所述的制造方法，其中，熱致變色組合物是具有作為白色的第一顏色和作為暗色的第二顏色的不可逆熱致變色墨。
3.如權利要求1所述的制造方法，其中，通過在檢測步驟中可見的位置對部件進行噴射來執行對部件進行標記的步驟。
4.如權利要求1所述的制造方法，其中，通過將部件暴露于170°C_240°C的對流空氣20分鐘以上來執行加熱部件的步驟。
5.如權利要求1所述的制造方法，其中，形成部件的步驟選自由下述操作組成的組: 在金屬板成形工藝中沖壓出部件， 擠壓出部件， 鍛造，以及 液壓成形出部件。
6.如權利要求1所述的制造方法，其中，檢測不可逆熱致變色組合物是第一顏色還是第二顏色的步驟還包括:用機器視覺檢測器光學地感測熱致變色組合物，機器視覺檢測器向裝配工具的控制器提供信號，裝配工具在加熱步驟之后對部件進行操作，其中，如果熱致變色組合物是第一顏色，或如果熱致變色組合物不是第二顏色，或如果熱致變色組合物未被檢測到，則阻止制造工具操作。
7.如權利要求6所述的制造方法，其中，裝配工具為焊接工具。
8.如權利要求6所述的制造方法，其中，裝配工具為鉚接機。
9.如權利要求6所述的制造方法，其中，裝配工具為壓接工具。
10.如權利要求6所述的制造方法，其中，裝配工具為熱熔鉆工具。
11.如權利要求6所述的制造方法，其中，制造工具為物料裝卸工具。
12.如權利要求1所述的制造方法，其中，檢測熱致變色組合物是第一顏色還是第二顏色的步驟還包括:用機器視覺檢測器光學地感測熱致變色組合物的顏色，機器視覺檢測器向數據存儲系統提供信號，數據存儲系統使信號和與部件相關的部件識別記錄進行關聯并記錄熱致變色組合物在加熱步驟中從第一顏色改變成第二顏色或者記錄熱致變色組合物未改變顏色。
【文檔編號】G01K11/12GK104250715SQ201410301870
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2013年6月27日
【發明者】安德里亞·麥凱維·坎貝爾, 阿曼達·凱·弗萊斯, 彼特·A·弗里德曼, 羅莎·林達·努諾, S·喬治·洛奇 申請人:福特全球技術公司