專利名稱：用于形狀記憶合金線材的連續質量控制方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于由形狀記憶合金(在下文中也叫做SMA)制成的線材的連續質量控制方法和設備。應當知道，盡管下文中提到的是線材，這當然也是最重要的應用，但是本發明的方法還適用于其它類似的形狀，有一維實際上無限大，其它兩維有限且通常很小，例如帶或類似物。
背景技術：
正如所知的，形狀記憶現象在于，由呈現這種現象的合金制成的機械構件在制造過程中，可以在很短的時間內對應于溫度變化在兩種預定形狀之間轉變，而沒有中間的平衡位置。這種現象可能出現在所謂的“單向”模式中，其中，由于溫度變化，機械構件單向變形，例如從形狀B變到形狀A，而相反的轉變從A到B則需要使用機械力；相反，在所謂的“雙向”模式中，溫度改變可導致兩種轉變。
已知這些材料從其微晶結構經過在低溫穩定的所謂的馬氏體類型轉變到在高溫穩定的所謂的奧氏體類型，反之亦然。依據溫度-延伸圖的遲滯周期產生兩種形狀之間的轉變，其特征在于四個溫度值加熱期間，從馬氏體相穩定的低溫開始，到達第一溫度As，在該溫度開始向奧氏體相轉變，然后到達第二溫度Af，在該溫度確定向奧氏體相轉變的終點。在冷卻過程中，從奧氏體相穩定的溫度范圍開始，到達第三溫度Ms，在該溫度開始向馬氏體相轉變，然后到達第四溫度Mf，在該溫度結束轉變。例如，在專利US4,896,955和EP0807276中可以實現這些遲滯周期。
上述轉變的實際溫度取決于材料的類型和制造工藝，但是對于每種材料，依據兩相轉變速率，這些溫度通常采取Mf＜Ms，As＜Af，也可以是Ms＜Af，反之亦然。在申請人的專利US6,309,184中具有形狀記憶合金的成分的例子，其中主要是Ni-Ti合金，優選具有54÷55.5％重量的Ni，余下的是Ti(可以有痕量的其它成分)。
對于實際應用，SMA線材必須有多種功能和技術特性，這些特性用特種測試評估。通常用于檢查這些線材的特性的這些測試有下面四種1.疲勞強度將一個線材樣品(例如10cm的段)引入爐內，在一端懸浮，在自由端懸掛一個配重；該配重依據線材的直徑來選擇，通常和線材在其實際應用中必須承受到負荷相近。通過循環加熱和冷卻樣品，其經受一系列延伸和縮短周期，直至斷裂；2.剩余集在于評估樣品，例如是前面測試中的樣品的凈剩余集，在相同的條件下測試，除了周期數量小于產生斷裂的數量(例如產生斷裂的數量的75％或90％)；3.遲滯周期用于驗證線材實際上完成該合成物所預期的溫度下的延伸和縮短。當前，在和第一個測試相同的條件下進行該測試；4.行程在于評估樣品在轉變過程中延伸和縮短的比例。該最后的測試也在相同的條件下進行，試驗設定和第一個測試一樣。
因而，上面這四個測試均為樣品試驗，例如可在每千米線材上取一件進行試驗，但是，前兩個測試是破壞性的，必須在樣品上進行，故最好能連續進行測試3和4。事實上，進行這后兩個測試作為樣品測試有一些缺點。
第一個缺點是，因為沿著線材取樣頻率很低，故沒有檢測的線材的特性具有多樣性；此外，對于現有的操作模式，這些測試和制造工藝同步進行，因而從生產線上取樣并實施脫線測試的時間和成本會增加；最后，在工業生產中，最好具有盡可能長的線材，因而，實施上述樣品測試必須將線材斷至相對短的部分。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種方法和設備，其克服了前述的缺點。該目的是通過本發明來實現的，本發明的一個方面是用于形狀記憶合金線材或類似物的連續質量控制的方法，其特征在于包括以下步驟a)通過一個設備供應線材，該設備中線材經受溫度幅度，溫度幅度覆蓋的范圍包括制成線材的材料的特性轉變溫度；b)對應于不同的已知溫度在所述裝置的預置點直接或間接地在線測量線材的長度變化；c)使用溫度和長度變化的數據以獲得溫度-延伸圖上的所述材料的遲滯曲線的點。
本方法以及相關設備的主要優點是，可以不用取樣而連續地檢查線材的特性，這樣，可以在整個生產中進行產品的質量控制。
另一個相當大的優點在于，這種控制是在線進行的，節省了取樣和進行脫線測試的時間和金錢。
通過下面參照附圖對一個實施例進行的詳細描述，本領域技術人員可顯而易見地得出依據本發明的方法和設備的這些和其它優點和特性，其中圖1是實施依據本發明的方法的設備的示意性的前視圖；以及圖2是圖1中設備的示意性的頂視圖。
具體實施例方式
本方法基于這樣一個想法，使連續線材經過測量裝置，在其中線材經受溫度幅度，溫度幅度覆蓋范圍包括前述的特性轉變溫度，并在線測量溫度幅度過程中線材的長度變化。優選的，進入和離開測量裝置的線材的溫度為室溫，因而在裝置的至少一個區域內，將線材加熱至至少等于(優選高于)Af的溫度。在裝置內部，可以具有連續或非連續、“階梯狀”的熱分布。
在該方法的第一個實施例中，可以直接測量線材的延伸度；例如通過使線材在裝置的支撐點滑動，線材的長度變化導致所述支撐點之間的松弛逐漸出現和消失，以及通過測量所述松弛，可以獲得支撐點之間的長度變化一旦已知這些點的溫度和長度變化，就可以得到線材的遲滯曲線。
然而，由于延伸度很小，很難實現其直接測量，還因為需要使用光學精密儀器以不影響線材的張力。
因此，在一個優選實施例中，本發明的方法在于，當線材經過系統不同溫度的區域之間時，測量線材速度的變化。鑒于長度變化可以表示為初始長度的百分比，經過一個溫度至另一個溫度時后者的變化測量為其對于時間的一次導數，即，例如是速度更準確地，在本發明的方法中，測量線材在經過設備的不同溫度的若干點之間的速度差。換句話說，通過以一個固定的已知速度供給線材，具有適當的恒定張力，經過一系列不同溫度的區域，測量每個溫度下的線材速度，當經由一個溫度到另一個溫度時可以獲得延伸(或縮短)量。這樣，通過對速度變化積分，可以獲得溫度-延伸圖上的遲滯曲線的點，并計算兩個溫度之間的轉變的行程。
在本測量方法中，線材速度的測量比前述松弛方法中進行的直接測量延伸或縮短要簡單。
第二方面，本發明關于一個實施本發明的方法的設備。
前述圖中示出了進行速度變化測量的設備的一個例子，圖中給出，線材F由輸入開卷機B松開，并卷繞在輸出卷繞機B’上。線材F的張力由放置在輸入開卷機B下游的裝置V控制，所述裝置具有兩個驅動輥R，線材F在輥上繞幾圈，以及一個檢測線材上張力的自由臂C。通過臂C的張力測量的目的是通過作用于輥R的控制，使之保持恒定，可能還作用于控制線材的速度，并放置在輸出卷繞機B’上游的裝置V’的輥R’的控制。裝置V和V’均互饋連接。
在兩個裝置V、V’之間放置一系列恒溫腔T，每個腔通過已知的調節系統使給定溫度保持不變，從而以一種離散的方式復制某種溫度分布。在示例性的例子中，有十三個腔T，其具有一個首先20℃增加然后下降的溫“階”，即相鄰腔之間的溫差，這樣獲得一個40-60-80-100-120-140-160-120-100-80-60-40℃的溫度分布。
在每個腔T內，放置一個惰輪M，其保持在腔的溫度，在其上非滑動地纏繞線材F，用于通過精確地檢測輪M的旋轉速度的高精度編碼器測量線材F的速度。另兩個具有相關編碼器的輪M也分別放置在腔T的上游和下游，用以檢測室溫，通常約為20℃時的線材速度。
通過知道各個溫度下不同腔T內的線材速度，以及知道輪M之間的節距P，可以得到線材溫度和其延伸度之間的關系。通過適當的已知手段實時連續記錄測量的參數，如果測量的參數達到允許容差范圍之外的值時，優選還提供自動驅動的線材標記裝置。
在可選擇的實施例中，在兩個裝置V和V’之間放置一個單獨的加熱腔，其具有開口端，輪M可沿著所述腔的軸線移動；通過使腔的中心區域到達的最高有益溫度(在上面的例子中為160℃)，腔的開口端的熱分布確定了沿著單個腔的“鐘形”溫度分布，中間最大，朝端部有規律地遞減。如果已知腔的熱分布，可以將各個輪M移動至處于所需溫度(例如，對應于前述實施例中十三個腔的溫度)的腔內的位置。該腔的熱分布可通過測量沿著腔定位的一系列點的溫度來獲知，例如通過溫差電偶或光學高溫計或者其它合適的系統測量；所述系列點溫度的測量可在適當的校準試驗過程中進行，或者是在實際的線材檢查測試過程中以一個連續的方式進行。優選地，沿著腔測量溫度的點對應于放置輥M的點。
很顯然，依據前面公開和闡述的本發明的方法和設備的實施例僅僅是允許進行各種改變的例子。尤其，各種結構和操作參數，例如腔T的數量、腔之間的溫“階”、線材的開卷、纏繞和供應裝置可以改變，甚至相鄰輪M之間的節距P在已知的時候可為非恒定的。而且，在沿著設備具有階梯溫度分布的實施例中，通過使用焦耳效應導致的線材的受熱來分配腔T(至少是對于溫度的升高)在線材接觸的不同點施加不同的電壓(它們可以為同一輪M)，可以設置線材各單個部分的預置電位降，因而，在已知線材的電阻的情況下，可以預置這些部分的已知溫度。
類似地，可通過和前述具有編碼器的輪不同的裝置檢測速度，例如通過檢測放置在線材上恒定距離處的標記的通過的光學儀器，或者不需要線材上的標記的激光讀數光學儀器，其中，其速度測量是基于多普勒效應的。
本發明的設備，在其各種變型中，可以進一步包括線材標記裝置，當在這些部分測量的參數到達允許的容差范圍之外時可以標記線材的部分；當系統檢測到線材的這些部分不符合規格時，這些標記裝置通常是自動驅動的。
本發明的設備和方法構成了僅有的已知的提供由SMA合金制成的線材的手段，其中，100％的線材證明具有所需的特性。然而，對于某些具有不很嚴格的質量要求的應用來說，可使用本發明的方法和設備來檢測小于線材的總數，例如線材的75％。這可例如通過不使線材的部分長度通過系統中，或者通過一段時間不記錄系統的測量數據來實現；在這些階段，線材可更快地從輸入開卷機B移動至輸出卷繞機B’，因而縮短了操作的總的時間。以這種方式操作，還可以較低的成本獲得好的線材特性的可靠度，足夠用于較低的應用。
權利要求
1.一種用于形狀記憶合金線材或類似物的連續質量控制的方法，其特征在于包括以下步驟a)通過一個設備供應線材，該設備中線材經受溫度幅度，溫度幅度覆蓋范圍包括制成線材的材料的特性轉變溫度；b)對應于不同的已知溫度在所述裝置的預置點直接或間接地在線測量線材的長度變化；c)使用溫度和長度變化的數據獲得溫度-延伸圖上的所述材料的遲滯曲線的點。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，以已知的速度和恒定的張力供給線材，由沿著設備放置的不同支撐點之間的松弛獲得長度變化的測量值。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，以已知的速度和恒定的張力供給線材，通過測量設備的不同點之間的線材的速度變化獲得長度變化的測量值。
4.一種用于形狀記憶合金線材(F)或類似物的連續質量控制的設備，其特征在于包括a)適于在包含線材的特性轉變溫度的范圍內沿著線材(F)設置一個已知的溫度分布的裝置；b)適于直接或間接測量線材在各個不同溫度下線材(F)的長度變化的裝置；c)線材(F)的供給裝置(B，B’，V，V’)。
5.如權利要求4所述的設備，其特征在于，通過用光學裝置測量不同溫度下的不同支撐點之間的線材形成的松弛，直接測量線材的長度變化。
6.如權利要求4所述的設備，其特征在于，供給裝置(B，B’，V，V’)適于調節線材(F)的張力和供給速度，其中，通過適于測量設置在不同溫度下的不同點處的線材速度的裝置，間接測量線材的長度變化。
7.如權利要求4所述的設備，其特征在于，所述適于沿線材設置已知的溫度分布的裝置包括設置在不同的電勢下的線材的接觸點。
8.如權利要求4所述的設備，其特征在于，所述適于沿線材設置已知的溫度分布的裝置包括一個或多個恒溫腔(T)。
9.如權利要求4所述的設備，其特征在于，包括多個恒溫腔(T)，各個恒溫腔中，通過自動調節系統使給定的溫度保持恒定，以及其中，所述適于直接或間接測量線材的長度變化的裝置放置在各個所述恒溫腔(T)內。
10.如權利要求4所述的設備，其特征在于，包括單個恒溫腔(T)，在其中心區域加熱，以在所述范圍內產生一個連續的溫度分布，以及其中，所述適于直接或間接測量線材的長度變化的裝置放置在沿腔(T)的預設點處。
11.如權利要求10所述的設備，其特征在于，其進一步包括位于沿所述單個恒溫腔(T)的預設點的溫度檢查裝置。
12.如權利要求10所述的設備，其特征在于，所述預設的溫度檢查點和放置所述適于直接或間接測量線材的長度變化的裝置的點重合。
13.如權利要求6所述的設備，其特征在于，線材(F)的速度測量裝置是惰輪(M)，線材(F)無滑動地纏繞在其上，通過高精度編碼器測量其旋轉速度。
14.如權利要求13所述的設備，其特征在于，輪(M)之間的節距(P)為常量。
15.如權利要求4-14中任一項所述的設備，其特征在于，其進一步包括線材標記裝置，如果測量參數到達允許容差范圍之外的值，其自動驅動。
16.形狀記憶合金線材，其特征在于，線材100％的長度證明具有在預置的所需值的范圍內的遲滯周期和行程特性。
17.形狀記憶合金線材，其特征在于，線材75％的長度證明具有在預置的所需值的范圍內的遲滯周期和行程特性。
全文摘要
一種用于形狀記憶合金線材的連續質量控制的方法，包括a)將線材送經多個溫度受控制的區域，該區域適于復制包括制成線材的材料的特性轉變溫度的溫度分布；b)測量受控制溫度下各個區域的線材的延伸度；c)使用溫度和延伸度的數據獲得溫度－延伸圖上的所述材料的遲滯曲線的點。優選地，線材以已知的速度和恒定的張力供給，通過測量線材的速度測量延伸度。實施該方法的設備，包括適于通過一系列包含惰輪(M)的恒溫腔(T)調節線材(F)的張力和供給速度的供給裝置(B，B’，V，V’)，線材(F)無滑動地纏繞在惰輪上，惰輪的旋轉速度例如可通過高精度編碼器來測量。
文檔編號G01N25/00GK1930469SQ200580007995
公開日2007年3月14日 申請日期2005年4月28日 優先權日2004年4月29日
發明者G·薩爾瓦戈, L·托亞 申請人:工程吸氣公司