檢查磨輪的設備與方法
2023-09-14 05:35:10
專利名稱：檢查磨輪的設備與方法
技術領域：
本發明一般涉及用於研磨生產金屬片料如鋁片的工作輥的磨輪。具體地說，本發明涉及用來檢查生產金屬片料所用磨輪的設備與方法。
背景技術：
生產金屬片料(以後簡作「金屬片」)如鋁片中的一個問題是，在軋製作業中會於金屬片上引入花紋。引入到金屬片上的「花紋」是由軋製作業中所用的工作輥造成。由工作輥導致的花紋是在用來預先加工軋製作業中所用工作輥時引入到工作輥上的。通常這種工作輥需用磨輪研磨來滿足某些預設的工作參數如表面粗糙度的要求。因此，如果磨輪帶有某種缺陷，這些缺陷就會在研磨作業中轉移到工作輥上。
如上所述，在研磨中壓印到工作輥上的花紋會在軋製作業中轉印或壓印到金屬片上。帶有壓印花紋的金屬片是不適出售作表面敏感產品的，同時有可能被擦傷。這種不希望有的「壓印」工作輥必須改換與重新研磨，結果當成品金屬片卷刮傷就會給生產線造成較長的停工時間和顯著的經濟損失。
在有關技術中，對於名義上相同的磨輪，用於製備工作輥的一些磨輪有的會優於另一些的。所謂較優的是指可以獲得所需的工作輥粗糙度技術要求與其他所需參數，而不會於工作輥上引入花紋致其以後在生產中壓印到軋制的金屬片上。某些磨輪會造成大量的花紋，同時常難以或不可能於工作輥上獲得所需的粗糙度技術要求與其他參數。
在這方面的技術中已知有眾多的系統與方法應用超聲波、雷射和類似技術，普遍地檢查材料的表面質量與其他參數。例如授予McFarland等的美國專利No.6182499公開了應用聲波來測定一系列材料的表面質量的方法與設備。授予Arnold等的美國專利No.5852233公開了一種聲顯微鏡，通過測量雷射束的偏轉來測量材料基體的外形與彈性。授予Kline的美國專利No.4991124公開了一種方法，通過測量引入液體中的超聲脈衝反射的振幅來測定液體的密度。應用變換器將超聲脈衝通過液體傳送給設在此液體中已知密度的參考材料。授予Kawasoki等的美國專利No.4969361公開了一種用於探測結構球體缺陷的超聲裝置。此待測試的球體設於充填有用作超聲傳導介質的水的池中，變換器發射出的聲波在此球體於該液體介質中轉動時反射回此變換器，掃描球體中的缺陷。
授予Blessing等的美國專利No.4738139公開了一種用於測量基片的表面特徵如粗糙度、劃痕與坑的超聲裝置。此超聲裝置通過沿弧形路徑為片流流動的流體發送超聲波。授予Heumüller的美國專利No.4603583公開了用於測試具有包層面的鐵氧體的超聲測試設備。超聲發射器從與此包層面相對的表面，相對於此包層面成某個角度發射超聲波到此鐵氧體內。接收器接收從此體中任何缺陷發射出的反射波。授予Re Florentin的美國專利No.4364264公開了一種用於測量不均勻表面粗糙度的超聲裝置。此超聲裝置包括一發射換能器，將傳播的聲波通過液體耦合介質發送到待檢查的表面上。此超聲裝置還包括一接收換能器，接收從檢查中的表面上的反射波。
發明內容
雖然在這方面的技術領域已有眾多的方法與設備用來測定基片的表面特性，但在金屬片生產領域存在有區分「良好」磨輪與「不良」磨輪的需要。此外，在金屬片生產領域需要在將磨輪用來製備工作輥之前客觀地區分良好的與不良的磨輪，不使花紋引入到工作輥上而形成所需的輥面，得以在第一時間以及每個時間都可用到專用的磨輪。此外還需要普遍地改進磨輪的生產，由此來改進用於金屬片生產中的工作輥的質量。再有，需要事先識別已知質量的磨輪來減少金屬片生產中花紋化的頻率，由此來改進金屬片的生產。
以上種種需要可由本發明來滿足，本發明一般是針對用於檢查製備用來生產金屬片的工作輥的方法與系統的。概括地說，本發明內容是這樣一種超聲檢查系統與方法，用以確定製備用於金屬片生產中的工作輥時所用磨輪的密度和/或硬度的變化。這種磨輪超聲檢查系統最好是一種非接觸系統，其中的聲波是通過環境空氣傳送給待檢查的磨輪的。但本發明的磨輪檢查系統和方法中也可採用液體聲導介質的。
最好是使聲波通過磨輪體以揭示其內部的密度差。這種密度差是因磨輪而異的。例如此磨輪檢查系統可包括一超聲裝置或設備，發送聲波通過磨輪，順序地從磨輪的輪轂到磨輪的外輪緣並且反之。依據本發明的磨輪檢查系統，密度差表現在周向與徑向上。當超聲波通過磨輪此超聲波就會衰減。這種衰減便為此磨輪檢查系統記錄與分析，揭示此受檢查的磨輪的指示密度分布。此指示密度分布最好可以能為視覺形式顯示於計算機的屏上，作為二維甚至三維圖像為磨輪檢查系統的用戶審查。
磨輪檢查系統用戶審查所顯示的圖像，用視覺檢查磨輪密度差顯著的區域，這是不良磨輪的表徵。例如此密度差(表明的密度分布)可以在磨輪的顯示圖像中作為顏色差別顯示出來。不同的顏色可用來表示磨輪的不同密度區。可以採用任何方便的彩色圖表來區別不同密度區。例如根據本發明，紅色可用來表示高密度區而黃色可用來表示較低的密度區。綠色與藍色則可用來表示磨輪中密度較相似的區域。任何方便使用的彩色圖表都是在本發明的範圍之內。
本發明的目的之一在於減少或是消除有關良好與不良磨輪的不確定環境。如前所述，已知在這方面的技術領域，在製備工作輥方面有些磨輪是優於另一些磨輪的(即良好磨輪對比不良磨輪)。但在本發明之前並無方法可在生產設備中不通過實際測試磨輪而能客觀地區分優良與不良的磨輪。製造用於金屬片生產的工作輥所用磨輪的製作工藝是周知的，其中涉及許多步驟，依照這種工藝有可能在磨輪中造成密度的不一致性，製作磨輪的一般過程將在此作進一步討論，同樣還要論及依照這種生產過程而將不一致性帶到磨輪內的問題。由於現時並未測量這類不一致性，對於磨輪用戶發現從一批磨輪到另一批磨輪以及在同一磨輪中研磨性能有可感知的變異就不足為奇了。
如前所述，發現磨輪中缺陷的基本形式是在金屬片生產過程中引入了花紋。一旦出現花紋，金屬片的生產就必須中止更換軋輥或必須將金屬片提供給表面不敏感的應用。要是在工作輥精磨之際觀察到花紋，則此磨輪通常要用到它在研磨作業中通過磨輪的自然耗損將花紋去掉，或者此磨輪可以用金剛石刀「修整」以除去不需要的物料。若是磨輪的花紋不能通過磨耗或修整除去就可將其淘汰。本發明通過在磨輪用於製備工作輥之前鑑別其缺陷，最重要的是在工作輥用於生產之前進行這種鑑別，而能消除這種低效的處理。
為此，本發明提供了一種系統與方法來檢查磨輪和區分優良磨輪與不良磨輪。一般地說，本方法大致包括將磨輪可旋轉地支承於試驗臺上、鄰近此磨輪的兩相對側設置超聲波發射與接收設備、旋轉試驗臺上的磨輪、使超聲波通過磨輪的兩相對側以對其檢查。
這種超聲波發射與接收設備可以包括分設於此磨輪兩相對側的聲發射器與聲接收器。上述使超聲波通過磨輪的步驟還可包括使此聲波從聲發射器傳到聲接收器的步驟。
上述方法還可包括記錄通過磨輪的超聲波的振幅衰減的步驟。可採用數字示波器或計算機之類記錄裝置來記錄此振幅的衰減。超聲波振幅的衰減可於計算機中分析以確定通過磨輪時指示密度差。該計算機也適用於用作記錄表示以前聲波衰減的記錄裝置。這種指示密度差可以作為磨輪的指示密度分布存儲於計算機存儲器中。磨輪的指示密度分布可以顯示於計算機屏幕上供目視檢查。計算機可以編程將指示密度分布的二維或即使是三維圖像顯示於計算機屏幕上。此指示密度分布最好以彩色顯示來幫助用戶確定磨輪中有顯著密度差的區域。磨輪的這種指示密度分布可以與已知工作質量的磨輪的指示密度分布比較。
通過磨輪的超聲波最好在約100KHz到2MHz的範圍內。如已指出的，這種超聲波最好用環境空氣，作為其傳播介質發送給磨輪。
本發明的檢查磨輪的系統一般包括適合可旋轉地支承用以製備供金屬片生產用工作輥的磨輪、超聲波發射與接收設備以及記錄裝置或計算機。此超聲波發射與接收設備包括構造成分設於最接近磨輪相對側的發射器與接收器。此超聲波發射機可用來在超聲發射與接收設備工作時發射超聲波使之通過磨輪隨後為超聲波接收機接收。記錄裝置或計算機有效地連接此超聲波發射與接收設備，且構造成可記錄通過磨輪的超聲波的振幅衰減。換句話說，此計算機可以有效地與記錄裝置連接，用於從記錄裝置接收輸入信號指示超聲波通過磨輪的幅度衰減。
計算機可編程分析此輸入信號來確定通過磨輪的指示密度差，並將此指示密度差作為指示密度分布存儲於計算機存儲器中。這種計算機最好包括計算機屏幕以顯示指示密度分布供磨輪檢查系統用戶的視覺檢查。此計算機可編程於計算機屏幕上顯示此指示密度分布的至少二維圖像。此計算機還可編程將所檢查磨輪的指示密度分布與已知工作質量的磨輪的指示密度分布比較。
由上述超聲波發射與接收設備產生的超聲波最好用環境空氣為其傳導介質耦合到擬檢查的磨輪上。由此超聲波發射與接收設備的超聲波發射機所產生而為其接收機接收的超聲波最好在約100KHz至2MHz的範圍。
本發明的其他細節與優點可結合附圖閱讀下面的詳細描述獲得理解，所有附圖中以相同的標號指明相同的部件。
圖1是本發明的磨輪檢查系統的透視圖；圖2是用於圖1的磨輪檢查系統中的超聲發射與接收設備的透視圖；圖3是適用於圖1的磨輪檢查系統中的測試臺的平面圖；圖4是圖3測試臺的側視圖，示明它支承一待檢查的磨輪；圖5例示示明所檢查磨輪的指示密度分布的計算機顯示結果。
圖6中的計算機顯示結果表明所檢查的磨輪的指示密度分布，其中在此檢查磨輪的一個象限中存在顯著的指示密度差；圖7中的計算機顯示結果表明所檢查的磨輪的指示密度分布，其中此指示密度分布表明此檢查的磨輪在形成時注入有附加的材料；圖8中的計算機顯示結果表明所檢查的磨輪的指示密度分布，其中此指示密度分布表明此檢查的磨輪中潛在的徑向裂紋；圖9的計算機顯示結果表明指示優質的所查磨輪的指示密度分布。
具體實施例方式
在以下的說明中，「上」、「下」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」等詞及由其導出的詞是相對於本發明依附圖中取向而言。但應認識到本發明可取許多其他的變更形式和步驟序列，除非另有說明。還應認識到附圖中闡明的以及後文中所描述的具體裝置與方法只是本發明示範性的實施例。因此有關這裡所公開的實施例的具體尺寸及其他物理特徵不應視作為一種限制。
參看圖1～4，其中示明了本發明的磨輪檢查系統10。檢查系統10一般具有測試臺12。測試臺12支承著磨輪14，以檢查磨輪14可能在用於金屬片生產的工作輥上壓印出不希望有的花紋(即花紋化(patterning))的此磨輪整體的密度和/或硬度差。正如前面指出過的，磨輪通常被認為在上述領域於質量上有很大的變動。在這一技術領域還知道用於製備工作輥時某些磨輪會優於另一些磨輪(即「優良」的磨輪與「不良」的磨輪比較)。這裡所討論的檢查系統10和測試方法或檢查磨輪提供了一種客觀方法與工藝，不用在生產設置如製備工作輥並用此工作輥來生產金屬片如鋁片中實際測試磨輪，就能區分優良與不良磨輪。
申請人業已發現，從輪轂到輪緣顯示出均勻組成與均勻密度變化的磨輪14，在製備用於金屬片生產的工作輥時要優於缺乏這種特性的磨輪。磨輪14內部結構存在著高度的密度波動時就說明此磨輪的質量差或是劣質的。在圖1～4中，磨輪14的輪轂以標號16示明而其輪緣以標號18標明。申請人發現，「優良」的磨輪14將在其環形方向(即從輪轂16到輪緣18的同心方向)具有基本一致的密度。沿環形方向的密度一致性至關重要，因為這會在很大程度上影響到是否會引入花紋。磨輪14有密度劇變的任何區域都是有害的，因為這樣的密度差可能會在用此磨輪生產出的工作輥上引入花紋，而最終將此花紋帶到用此工作輥軋制的金屬片上。在這種有顯著密度差區域的過渡段很可能在工作輥造成壓印花紋並最終使之出現於生產出的金屬片材料上。
測試臺12可用來將待檢查的磨輪14沿垂直軸線作可旋轉的支承，如圖1～4所示。但此測試臺也可用來沿水平軸線或沿所需的另外軸線來支承磨輪14。此測試臺12可以是本項技術中傳統的那種。此檢查系統10還包括位於測試臺12與待檢查磨輪14鄰近的超聲波發射與接收設備20。後者安裝於臂22上，而此臂又連接到支承此超聲波設備20的支座或底座24上。支座24最好是高度可調的而可將超聲波設備20調節到測試臺12上的磨輪14的高度。此外，超聲波設備20最好是在臂22上安裝成可移動的，使之能順序地從輪轂16到輪緣18並且反之，如以前所述依環行方向檢查磨輪14中的密度變化。
上述超聲波設備包括適合定位於磨輪14兩相對側30、32的超聲波發射器26與超聲波接收器28，這在圖2中清楚地示明，此發射器26與接收器28可以是本項技術中常規的裝置，用來使超聲波通過磨輪14。適用於此處目的的發射器26與接收器28是Ultran Industrias製造的。具體地說，此超聲波發射器26可用來將超聲波傳導到磨輪14的頂面或頂側30，此超聲波通過磨輪14而為位於磨輪14的底面或底側32鄰近的超聲波接收器28接收。此發射器26與接收器28最好分別構造成能發射與接收在約100KHz至2MHz範圍的聲波。
如已指出的，此發射器26與接收器28最好是可移動地安裝於臂22上。工作時，發射器26與接收器28最好從磨輪14的輪轂16移動到輪緣18或反之，以使輪轂16與輪緣18間的整個區域在磨輪14於測試臺12上轉動時都能為超聲波設備20檢查到。這種順序的移動保證了能由此超聲波設備20檢查磨輪的徑向與環行方向的密度變化。此超聲波發射器26與接收器28在臂22上的移動最好如這裡所討論的由控制裝置如計算機來控制。
發射器26所發射的超聲波用環境空氣為傳輸介質傳送到磨輪的頂面或頂側30上。此超聲波通過磨輪14而為接收器28接收。超聲波在其通過磨輪14體內時衰減，揭示出磨輪14的內部結構。然後，磨輪14的內部結構可以用來研究密度和/或硬度的變化。磨輪14的密度從其一個區域到另一區域有顯著差別或是在磨輪14內有大的密度波動都說明磨輪14可能極不宜用於製備金屬片生產例如鋁片生產的工作輥。在超聲波通過磨輪14時的衰減所揭示的密度變化可由計算機作最有效的分析與顯示。為此將一臺計算機34有效地連接超聲波設備20。
計算機34包括顯示屏36用於顯示表示檢查的或測試的磨輪14為超聲波設備20指出的密度差和/或硬度差的圖像。適用於本發明的計算機是eIndustrial Computer Inc.製造的。在最佳實施例中，計算機34有效地直接與超聲波設備20連接，而在它們之間以數字形式傳輸數據。或者，超聲波的衰減可以以模擬形式傳送而由數字示波器或由適當的模數變換器A/D用作記錄裝置38記錄。此示波器數據在結束各掃描線後傳送給計算機34。如果採用A/D變換器，則這種數據可以點對點地緩存於或傳送給計算機34。
工作中，計算機34從記錄裝置38或直接從超聲波設備20接收表示超聲波衰減特別是所檢查的磨輪14的內部結構所造成的超聲波衰減的輸入信號。計算機34一般已編程來分析這些輸入信號同時將超聲波衰減的變化作為可視圖像顯示於計算機屏幕36上。此可視圖像表示或指明磨輪14的密度和/或硬度差。計算機34可編程將一個彩色圖分配給磨輪14的指示密度差，後者在以後討論中稱作為所檢查磨輪14的「指示密度分布」40。內行人可知這種指示密度分布40對磨輪檢查系統10所測試或所檢查的各個磨輪14是具有唯一性的，對於磨輪14來說類似於「指紋」。所顯示的指示密度分布40並非磨輪14的實際密度而為所檢查磨輪14的密度表示，更具體地說是其中密度差的表示。
參考圖1～5，下面討論測試或檢查與評估給定的磨輪14的一般方法。為了測試給定的磨輪14，此磨輪14安置在測試臺12上，此測試臺可在超聲波設備發射超聲波通過磨輪14體內的同時使磨輪14繞垂直軸線轉動。超聲波設備14設於最接近待檢查與評估的磨輪14。具體地說，超聲波發射器26鄰近或相對於磨輪14的頂面或頂側30，而超聲波接收器28則鄰近或相對於磨輪14的底面或底側32設置。內行人可知此發射器26與接收器28的位置可以相反。超聲波設備20可以有效地連接記錄裝置38而更好是直接連接計算機34，後者於是如前所述起到記錄裝置的作用。超聲波設備20包括一嵌入式計算機，獲得數據並將此數據發送給計算機34或記錄裝置38，此嵌入式計算機控制掃描作業並觸發超聲波設備20以獲取和交換數據。
此計算機34還最好用來控制以可移動方式安裝於臂22上的超聲波發射器26與接收器28的移動。特別是控制此發射器26與接收器28於臂22上進行這樣的移動，使它們順次地與級聯地從磨輪14的輪緣18移動到其輪轂16並且反之，而此時的磨輪14則是在測試臺12上旋轉。計算機34還可控制開始和終止超聲波發射器26的超聲波發射以及超聲波接收器28對此的接收，以與此發射器26和接收器28從待檢查的磨輪14的輪緣18到輪轂16的移動或是相反的移動在時間上一致。
當磨輪14於測試臺12上轉動，超聲發射器26發射超聲波到磨輪14的頂面30上。此超聲波通過磨輪14的體部而為鄰近磨輪14底面或底側32的超聲波接收器28接收。在磨輪14的體部內，超聲波在通過磨輪14時衰減。此發射器26與接收器28在其級聯式地例如從磨輪14的輪緣18移動到輪轂16時，捕獲表示磨輪14同心「部分」的數據點的同心圓。圖5中示明了這些同心數據點圓之一且由標號42將其標明，它一般用來表明本說明書中涉及到的任何同心數據點圓。通過超聲波設備20可以獲得任意個數的同心數據點圓並傳送給記錄裝置38和/或計算機34。
超聲波在磨輪14體內的衰減關係到磨輪14的密度和/或硬度的變化。由記錄裝置38或計算機34記錄離散時間段內的振幅衰減，還是這種振幅衰減與其變化指示出通過磨輪14的密度差。
超聲波設備20將上述同心「部分(slices)」或同心數據點圓42作為輸入信號提供給記錄裝置38或直接提供給計算機34，而於其中將此同心部分或同心數據點圓42記錄。如前面指出的，超聲波設備20可以取得任意個數的同心數據點圓42並傳送給記錄裝置38或計算機34。內行人當知，超聲波設備20從輪轂16到輪緣18或反之所取得的同心數據點圓42的個數愈多，結果將可獲得進一步改進的和更精確的磨輪14的指示密度分布40。
這些記錄下的同心數據點圓42最好作為輸入信號從記錄裝置38提供給計算機34或直接記錄於計算機34的存儲器中。然後用此計算機34去評價或分析所記錄的數據。特別是此計算機34將通過評價或分析各個同心數據點圓42和組合或集合這些同心數據點圓42，形成磨輪14的指示密度分布40的可顯示圖像以顯示到計算機屏幕36上。由此來分析記錄下的通過磨輪14體內的超聲波的衰減。除了組合或集合這些同心數據點圓42外，計算機最好給磨輪14的指示密度分布40分配一個彩色圖，幫助評估磨輪14為「優質」的或是「劣質」的磨輪。
可以由任意多個數據點組成這種同心數據點圓42。但對於各個同心數據點圓42最好取相同個數的數據點。這樣，位於磨輪14的輪轂附近的同心數據點圓42便與位於遠離輪緣18的同心數據點圓42具有相同個數的數據點。計算機34已編程，使得即使是各同心數據點圓42的數據點的間距會有變化，也能在計算機屏幕36上提供均勻的圖像。計算機34已編程在同心數據點圓42的各數據點之間加線性的陰影，將以與數據點的間距無關而形成立體圖像。為此可以利用Gouraud限影形成模型，使得顯示於計算機屏幕36上的磨輪14圖像中的所有像素代表了所檢查磨輪14內所有點處的超聲波衰減最好是根據衰減的最佳估計或表示。Gouraud限影形成模型是內行人周知的。
總之，此計算機34是有效地連接記錄裝置38或是其本身用作記錄裝置從超聲波設備20接收輸入信號。圖1中，標號38標明可設置記錄裝置38的為計算機34的硬體支持結構所在的位置。計算機34應用所記錄的同心數據點圖42以電子方法構造磨輪14內部的(即磨輪14的指示密度分布40)視覺表示。此指示密度分布40是以圖像來表示磨輪14內的密度差而不是磨輪14內的密度或密度差的實際值。特別是計算機34取通過超聲波設備20得到的各個同心數據點圓42而編譯代表磨輪14的「指示」密度橫剖面或「分布」40。最好所顯示的圖像利用彩色來區分磨輪14內不同密度的區域。
任何方便的色彩圖都可用來區分不同密度的區域。例如根據本發明，紅色可用來表示指示的高密度區而黃色可用來表示較低的指示密度區。綠色與藍色例如可用來表示磨輪14中較相似的指示密度區。任何方便類型的色彩圖都是在本發明的範圍之內，而對於內行人則能開發適當的用於指示密度分布40的色彩圖。與當前的超聲波傳送方法不同，本發明的磨輪檢查設備10以及檢查方法是利用空氣作為超聲波發射器26與接收器28的超聲波傳輸介質的。傳統的超聲波設備通常依賴液體作為傳輸超聲波介質。
本發明涉及到提供一種客觀方法在磨輪14用於製備工作輥之前對其評估。具體地說，本發明用來提供一種簡單和有效的方法在劣質磨輪14用於製備工作輥前，更為重要的是在此工作輥用於金屬片的生產過程之前識別此劣質磨輪。如前所述，磨輪14通常是用「試選法」或配方類型方法製造的，這主要涉及到磨料粒度、磨粒分布與粘合劑等。這種製造方法認為是將「硬斑點」或「軟斑點」引入到磨輪內的主要原因，這些「硬斑點」或「軟斑點」乃是磨輪14內有顯著密度差的區域，據信是在工作輥上壓印出「花紋」的根本原因。於是本發明還涉及改進磨輪14的製造工藝以減少可能有在工作輥上造成花紋的缺陷。
製造磨輪14的「測試法」形式在有關技術中是周知的，一般依照下述步驟序列。首先依據規定的配方稱重和測量磨輪14的成分。這些成分包括磨料、粘合劑與添加劑。這些成分混合設定的時間，並根據需要篩分除去大的料塊。將此混合物注入模盤內，它可以是固定的或轉動的模盤。必要時在此模盤內應用攪拌板。可視需要對模盤施加振動以固實物料。可用模盤頂部件於原位壓擠物料至適當尺寸而形成磨輪14。模壓過程結束後，可將磨輪14於「素坯」狀態從模盤中取出，例如置於低溫爐中乾燥除去水分。必要時，磨輪14可於高溫爐中燒結，同時機加工至所需尺寸且均衡化。
本發明的檢查系統10與檢查方法可用於前述製造工藝以對其進行改進，當前已知在這種工藝下的若干環節上會將缺陷引入磨輪14中。例如已知磨輪14內的密度差是由混合步驟中混合不適當、在澆注與原處固化步驟中讓磨輪14的成分在模盤內沉積或分離以及原料在模盤內的加壓不勻等所致。本發明的檢查系統10與檢查方法可以用來沿著製造過程識別在哪些環境能夠改進磨輪14的製作工藝與最終質量。例如磨輪14可以在其送到爐內乾燥之前於其「素坯」狀態時進行檢查。這樣可在磨輪14的最後精加工步驟之前識別出劣質磨輪而可節約生產費用，所淘汰的「素坯」態磨輪可以回收其原料而能進一步節省製造過程中的費用。
此外，可以利用檢查過程的結果來識別混料、模盤-填料、硬化處理與模盤壓模的問題以從整體上改進位造過程。例如可以利用檢查過程的結果來優化本發明的混料、模盤填料、模盤壓模，或去校正生產過程中可能發生的導致劣質磨輪14的系統誤差。例如，一旦由上述過程識別了「劣質」磨輪14，就可分析檢查結果來確定磨輪14中存在的具體缺陷類型以及在製造過程的哪個步驟中最可能引入缺陷，若是檢查同一製造廠生產的許多磨輪14都看到了一致的花紋，例如這種重複性的問題涉及到組成磨輪14的原料混合不當，則製造廠商就應留心檢查其設備缺陷。以上所述只是一般地如何可以用本發明來改進磨輪14的一個非限制性例子。下面結合圖5～9討論其他特例。
參看圖5～9，其中示明了應用本發明的檢查方法與系統10所檢查的特定與實際磨輪14的指示密度分布40。圖5示明一典型的指示密度分布40，其中指示密度分布40較暗的區域表示較高的密度區而指示密度分布40較亮的區域表示較低密度區域。圖5中所示的指示密度分布表明了在所檢查的磨輪14中密度並非基本均勻的，但同時並未表明存在較大的缺陷或裂紋。圖5中的指示密度分布40表明有兩個較暗的區域表示顯著提高了密度的區域43。一個在同心數據點圓42上而另一個在磨輪14的約90°位置處與磨輪14的輪轂鄰近。隨著磨輪14的表面於工作輥研磨作業中的耗損。處於圖5中同心數據點圖42上或其鄰近的較高密度區43可能將關連到相對於磨輪14的相鄰區域提高了密度的「硬斑點」。這樣的「硬斑點」會在磨輪14製備的工作輥上導致花紋，用於前面所討論過的。
圖6示明所檢查的磨輪14的指示密度分布40，其中於磨輪14的一個象限中存在密度顯著增大的一個大的區域44。這一顯著增大了密度44的區域要比磨輪14的其他部分或其他區域暗的多，這些其他區域具有較均勻的密度，如磨輪14的其他三個象限的較均勻的陰影所表示的。因此，圖6的指示密度分布說明所檢查的磨輪14的質量是低的或差的。這是由於與磨輪14的其餘部分相比，存在著顯著增大了密度的大的區域44。所檢查的磨輪14中存在的密度差尤其是磨輪14在上限左面象限內所集中的密度差可能會在由磨輪14製備的工作輥上壓印出花紋。
圖7同樣示明了整體質量差的所檢查磨輪14的指示密度分布40。圖7所示的指示密度分布40表明在所檢查的磨輪14非常接近其輪緣處局部區域中存在一密度顯著提高了的大區域46。此密度顯著提高了的區域46比起磨輪14中以指示密度分布40中由較均勻陰影表示的仍然是有較均勻密度其他部分或區域要暗的多。由此在顯著提高了密度的區域46之外的指示密度分布40所表明的密度變化在整個磨輪14上並不明顯或顯著。上述顯著提高了密度的區域46表明磨輪14在製造過程中注入了附加的原料。這種附加的原料很可能是在磨輪14的最後精加工步驟中之一的補平步驟中注入的。存在於所檢查磨輪14一個區域中的更為重要的是靠近其輪緣處的集中的密度差可能會於由圖7所示磨輪14製備的工作輥上壓印出花紋。
圖8所示的仍是一個整體質量差的所檢查磨輪14的指示密度分布40，其中示明在此磨輪14的輪緣的極近處潛存著徑向裂紋48。這種潛在的徑向裂紋48與磨輪14的其他部分或區域相比顯示出一個暗的區域，而這些其他部分則仍然具有如指示密度分布40中較均勻的陰影所表示的較為均勻的密度。同樣，由包含著潛在的徑向裂紋48的區域之外的指示密度分布40表明存在著密度變化，但是這些變化在整個磨輪14上並不明顯或顯著。例如此潛在的徑向裂紋48可能會出現於「素坯」狀態磨輪14的固化中，或是出現於最後的機加工中或是出現於磨輪14用於研磨作業時。這種潛在的徑向裂紋48處於磨輪14的輪緣附近，很可能會將花紋壓印到由圖8所示的磨輪14製備的工作輥上。
與圖5～8相反，圖9示明所檢查的優質磨視14的指示密度分布40。圖9中，指示的密度分布40表明不存在「硬斑點」或「軟斑點」或是相對於磨輪14的其他區域顯著增大了密度的區域。由於指示密度分布40表明了所檢查的磨輪14具有較均一的密度，此磨輪14為優質的磨輪，能夠良好地進行涉及到工作輥的研磨作業，由圖9所示磨輪14研磨的工作輥不可能在印上花紋，能於金屬片特別是鋁片上進行良好的研磨作業。
儘管本發明業已參考最佳實施例作過描述，但內行人在不脫離本發明的範圍與精神的前提下是可以對本發明作出改進與變動的。因此，以上的詳細說明乃是用於闡明的非限制。本發明是由後附權利要求書限定，而落入與此權利要求書等效的意義與範圍內的本發明的所有變更內容都將包括在此權利要求書之內。
權利要求
1.一種檢查用於製備供金屬片生產的工作輥所用磨輪的方法，此方法包括下述步驟將磨輪可旋轉地支承於測試臺上；將超聲波發射與接收設備設於最接近此磨輪的相對側；在此測試臺上轉動此磨輪；使聲波通過上述相對側之間的此磨輪以檢查磨輪。
2.根據權利要求1的方法，其中上述超聲波發射與接收設備包括分別位於最接近此磨輪上述各相對側的聲波發射器與聲波接收器，而所述使聲波通過此磨輪的步驟還包括使此聲波從該聲波發射器傳送到該聲波接收器的步驟。
3.根據權利要求1的方法，其中還包括記錄通過此磨輪的聲波振幅衰減的步驟。
4.根據權利要求3的方法，其中還包括於計算機中分析上述振幅衰減以確定通過此磨輪的指示密度差，並將所述指示密度差作為此磨輪的指示密度分布存儲於計算機存儲器中的步驟。
5.根據權利要求4的方法，其中還包括將所述指示密度分布顯示於計算機屏幕上供視覺檢查的步驟。
6.根據權利要求5的方法，其中所述計算機被編程以在計算機屏幕上顯示此指示密度分布的至少一個二維圖像。
7.根據權利要求4的方法，其中還包括將此磨輪的指示密度分布與已知工作質量的磨輪的指示密度分布進行比較的步驟。
8.根據權利要求1的方法，其中所述通過該磨輪的聲波的頻帶是在約100KHz至2MHz的範圍。
9.根據權利要求1的方法，其中所述通過該磨輪的聲波是用環境空氣為聲波傳導介質。
10.一種檢查用於製備供金屬片生產的工作輥的所用磨輪的方法，此方法包括下述步驟將磨輪可旋轉地支承於測試臺上；將超聲波發生與接收設備設於最接近此磨輪的相對側；在此測試臺上轉動此磨輪；使超聲波通過上述相對側之間的磨輪以檢查磨輪；在記錄裝置或直接在計算機上記錄通過此磨輪的聲波的振幅衰減。
11.根據權利要求10的方法，其中還包括於計算機中分析上述聲波的振幅衰減以確定通過此磨輪的指示密度差，並將所述指示密度差作為此磨輪的指示密度分布存儲於計算機存儲器中的步驟。
12.根據權利要求11的方法，其中還包括將所述指示密度分布顯示於此計算機屏幕上供視覺檢查的步驟。
13.根據權利要求12的方法，其中所述計算機被編程以在計算機屏幕上顯示此指示密度分布的至少一個二維圖像。
14.根據權利要求11的方法，其中還包括將此磨輪的指示密度分布與已知工作質量的磨輪的指示密度分布進行比較的步驟。
15.根據權利要求10的方法，其中所述通過該磨輪的聲波的頻帶是在約100KHz至2MHz的範圍。
16.根據權利要求10的方法，其中所述通過該磨輪的聲波是用環境空氣為聲波傳導介質。
17.一種檢查用於製備供金屬片生產的工作輥所用磨輪的系統，此系統包括適合可旋轉地支承用於製備供金屬片生產用工作輥的磨輪的測試臺；超聲波發射與接收設備，此設備包括構造成可分別設置於最接近此磨輪相對側的聲波發射器與聲波接收器，上述聲波發射器可用來在此超聲波發射與接收設備運轉期間使聲波通過該磨輪而隨後為上述聲波接收器接收；記錄裝置或計算機，它與此超聲波發射與接收設備有效地連接且構造成可記錄通過此磨輪的聲波的振幅衰減。
18.根據權利要求17的系統，其中於計算機被編程分析上述超聲波的振幅衰減以確定通過此磨輪的指示密度差，並將所述指示密度差作為此磨輪的指示密度分布存儲於計算機存儲器中的步驟。
19.根據權利要求18的系統，其中還包括將所述指示密度分布顯示於計算機屏幕上供視覺檢查的步驟。
20.根據權利要求19的系統，其中所述計算機被編程以在計算機屏幕上顯示此指示密度分布的至少一個二維圖像。
21.根據權利要求18的系統，其中計算機已編程將所檢查的磨輪的指示密度分布與已知工作質量的磨輪的指示密度分布進行比較的步驟。
22.根據權利要求17的系統，在超聲波發送和接收設備工作期間是用環境空氣為聲波傳導介質將聲波耦合到所檢查的磨輪。
23.根據權利要求17的系統，其中聲波發射器適應在約100KHz至2MHz的範圍產生聲波。
全文摘要
檢查用於製備供金屬片生產的工作輥所用磨輪的超聲波檢查系統(10)。此系統(10)包括可用來旋轉地支承磨輪(14)的測試臺(12)。超聲波發射與接收設備(20)發射通過些磨輪體的超聲波。通過此磨輪(14)的超聲波衰減記錄於記錄裝置(38)中並為計算機(34)分析。此記錄裝置(38)可為一計算機(34)，最好記錄超聲波振幅的衰減。計算機(34)分析此振幅衰減並以之為指示密度分布(40)記錄而顯示於計算機屏幕(36)上供檢查。此所檢查的磨輪的指示密度分布(40)可與其他磨輪的特別是已知工作特性的磨輪的指示密度分布比較。
文檔編號G01N29/06GK1890551SQ200480036053
公開日2007年1月3日 申請日期2004年2月24日 優先權日2003年10月27日
發明者羅伯特·A.·布萊克, 尼維爾·C.·懷特爾, 麥可·M.·泰克曼 申請人:美鋁公司