製造用於編碼器的磁性基片的方法
2023-05-19 10:28:11 1
製造用於編碼器的磁性基片的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於製造編碼器標尺的磁性基片的方法。所述方法包括機械加工所述基片的步驟，其中所述基片在所述機械加工步驟之前被冷卻。在一個實施例中，使用不鏽鋼基片。所述不鏽鋼可以包括奧氏體（非磁性）相以及馬氏體（磁性）相。以這種方式機械加工和冷卻增加了所形成的磁性（馬氏體）相材料的量，從而提高了當隨後通過雷射標記在基片上形成非磁性（奧氏體）標記時的磁對比度。
【專利說明】製造用於編碼器的磁性基片的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種形成用於編碼器標尺的磁性基片的方法。
【背景技術】
[0002]已知具有無源磁性標尺的磁性編碼器。這種編碼器包括標尺，所述標尺包括一系列標記，所述標記具有與周圍材料不同的導磁率。可以應用關聯的讀頭感測標尺的導磁率變化，所述讀頭包括磁體和多個磁場傳感器(例如霍爾傳感器)。
[0003]之前在JP63098501中已經描述了如何通過應用雷射束以加熱磁性材料的小的區域而在磁性材料中形成編碼器標尺標記。這些被加熱的區域由磁性材料轉換成非磁性材料。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種製造用於編碼器標尺的磁性基片的改進的方法。通過本發明製造的這種磁性基片可以例如隨後應該雷射標記工藝在其上施加標尺標記。
[0005]根據本發明的第一方面，提供了一種用於製造編碼器標尺的磁性基片的方法，所述方法包括機械加工基片的步驟，其中在所述機械加工步驟之前冷卻所述基片。有利地，在所述機械加工步驟之後冷卻所述基片。也可以在所述機械加工步驟期間冷卻所述基片。
[0006]已經發現，機械加工(也稱為冷成型)和冷卻基片的組合能增加基片處理期間所形成的磁性材料的量。這就改善了在隨後形成的標尺標記與基片之間的導磁率差，從而提供了改進的磁性編碼器性能。
[0007]便利地，所述 基片包括金屬。所述基片可以包括鋼。優選地，所述基片包括不鏽鋼。有利地，所述不鏽鋼是奧氏體等級不鏽鋼，例如可以使用AISI304L級不鏽鋼。所述基片優選包括非無定形(例如晶態)材料。因此基片優選由可採用非磁性相和磁性相的材料形成。這可以例如包括可採用奧氏體(非磁性)和馬氏體(磁性)相的材料。
[0008]有利地，在已經被冷卻至低於室溫的溫度的基片上進行所述機械加工步驟。優選地，在已經被冷卻至低於O攝氏度的基片上進行所述機械加工步驟。在一個優選實施例中，在低溫冷卻基片上進行所述機械加工步驟。可以通過將基片浸入液態氮槽中提供這種低溫冷卻。
[0009]基片可以形成為任何合適的形狀。優選地，基片是細長的。有利地，基片包括杆。便利地，基片可以採取帶的形狀。
[0010]可以在基片上進行任何合適的機械加工步驟。例如，擠壓、錘擊、鍛造等等。有利地，所述機械加工步驟包括拉拔(drawing)基片。優選地,機械加工步驟包括滾壓基片的步驟。便利地，機械加工步驟包括在基片上進行多個加工操作的步驟。基片可以包括細長基片，諸如杆或者帶，並且細長基片的厚度可以通過每次加工操作減小。例如，通過每次加工(例如每次拉拔或滾壓)操作，杆直徑或帶厚度可以減小。優選地，在多個步驟中獲得細長基片的期望的最終厚度。[0011]便利地，在每次加工操作期間細長基片的厚度減小不超過20%。優選地，在每次加工操作期間細長基片的厚度減小大約5%至10%。
[0012]所述方法可以包括在完成機械加工步驟之後加熱所述基片的步驟。所述加熱步驟可以包括將基片加熱一段長的時間到達高溫。例如，所述基片可以被加熱至高於100°c、高於200°C或高於300°C。有利地，基片可以被加熱至大約450°C。高溫可以被保持至少一小時或至少兩小時。優選地，高溫低於任何相變溫度，在所述相變溫度之上材料回復成非磁性(例如奧氏體)狀態。
[0013]所述方法可以包括在機械加工所述基片的步驟之後應用表面硬化步驟的附加步驟。例如，所述表面硬化步驟可以便利地包括脈衝等離子滲氮。
[0014]還可以執行一個步驟:應用雷射來局部加熱基片以便在其中形成非磁性標記，所述非磁性標記限定編碼器標尺。這可以在表面硬化步驟之前進行。
[0015]本發明還可以延伸到應用上述方法製造的用於編碼器標尺的磁性基片。優選地，編碼器標尺是無源磁性標尺。應當注意，「無源」磁性標尺沒有用任何方法磁化(即，它沒有產生磁場)，但是具有局部導磁率變化，該局部導磁率變化影響由關聯的磁性標尺讀取單元的磁體所產生的磁場。這應當與「有源」磁性標尺成對比，在「有源」磁性標尺中，形成北磁極和南磁極。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]現在僅藉助例子並參照附圖(圖1)來描述本發明，其中附圖顯示了磁相材料的相對含量，其作為由拉拔工藝提供的面積減小的函數。
【具體實施方式】
[0017]在下面將詳細 描述的所述方法的優選實施例中，本發明允許在奧氏體等級不鏽鋼中形成高含量的馬氏體相。然後通過應用合適的標記工藝(例如雷射標記)產生小的非磁性區域，從而所產生的不鏽鋼基片(其可以以帶或杆的形式提供)可以製成為編碼器標尺。
[0018]在低於室溫冷卻期間(溫度地)或者通過機械加工(也稱為「冷成型」，因為在加工期間材料不被加熱)，在奧氏體不鏽鋼中形成馬氏體。本申請的發明人已經發現，可以通過應用冷卻和機械加工兩者來增加杆或帶中所形成的馬氏體的量。
[0019]在冷卻時開始形成馬氏體的溫度取決於鋼中的碳(C)和氮(N)的含量。C和N的含量越低，與形成馬氏體關聯的溫度就越高。已經發現不鏽鋼材料AISI304L是合適的材料。
[0020]應用Feritscope MP-30檢測鋼的磁含量。應當注意，這裡呈現的磁含量測量值的結果(鐵素體等級的百分比)不是磁含量的實際(絕對)值。這種測量值因此僅僅為了比較目的而提供。
[0021]通過在減小AISI304L不鏽鋼的2毫米厚(平直)帶的厚度之前將它冷卻到零下30至零下70攝氏度之間而進行第一次試驗。通過在將所述帶牽拉通過拉模之前將帶浸入液態氮槽中而進行所述冷卻。
[0022]如果僅僅在變形之前進行冷卻，所獲得的最佳磁含量大約為25%。然而，已經發現，如果在變形之前冷卻帶，並且在剛剛變形之後再冷卻帶，則磁含量增加至大約40%。
[0023]通過在多個階段中執行變形步驟而獲得帶的磁含量的進一步增加。如果在數個階段中發生變形，則在變形之前和之後將帶浸入液態氮中會提供55%-60%範圍的磁含量。據稱如果變形高(例如一次過程厚度減小30-40%)，則帶的溫度在變形期間增加，從而減緩馬氏體的形成。當每次通過圓柱體時帶的厚度減小5-10%時，獲得最佳結果。
[0024]通過將杆逐步地牽拉通過拉模而對不鏽鋼(AISI304L級別)重複所述過程。在拉拔之前杆被冷卻至零下196攝氏度，並且在剛好通過模具之後再次浸入液態氮。所獲得的磁含量再次處於55-60%範圍內。
[0025]圖1顯示了杆的磁相材料的相對含量，其為面積減小百分比的函數。如果杆的面積減小25-35%，則似乎獲得大約55%的磁相。如果在冷卻/成型工藝之後杆在真空中被加熱數小時直至450攝氏度，則觀察到磁含量另外增加大約10%。
[0026]在杆(或帶)成型之後，可以進行表面硬化處理。這可以改進標尺的機械剛性，並且可以在在杆上形成任何所需的標尺標記之後進行。所述表面硬化處理可以包括例如下面所述類型的等離子滲氮工藝。
[0027]獲得應用上述方法製造的杆，其具有62%的磁相相對含量。所述杆在400攝氏度下在包含5%的N2和75%的H2的大氣中滲氮10個小時。杆具有大約半圓形形狀的局部熱處理區域(例如，標尺標記)；它們(在表面上)大約0.13毫米深，0.28毫米寬。這些區域是應用雷射處理工藝形成在杆的表面上的非磁性(奧氏體)標記。
[0028]在滲氮處理之後，杆的中心硬度從460HV1Q增加到580HV1(l(620HVaQ1)。杆自身的表面硬度在滲氮之後是1318HVa(ll，而熱處理區域的頂部上的杆的表面硬度是470HVaΜ。熱處理區域中(即，奧氏體區域中)的硬度是295HVa(ll。已經發現滲氮層的深度為大約8微米的馬氏體區域和3.5-4微米的奧氏體區域。
[0029]在滲氮樣品中觀察到信號幅度的小`的增加(用百分數，而不是幾十個百分數)。該效果被認為是因為在大約400-450攝氏度的溫度下處理數小時使得少量ε馬氏體(B卩，順磁馬氏體)轉化為鐵磁(α 』)馬氏體而發生的。
[0030]重要的是要注意，以上僅僅是本發明的一個例子。所述方法可以應用於不同的材料，並且基片可以用於除製造編碼器標尺之外的不同目的。以上描述的各種溫度和處理參數也僅僅是示意性的，本領域的普通技術人員能夠容易地理解如何將所述工藝適用於其它材料。
【權利要求】
1.一種用於製造編碼器標尺的磁性基片的方法，所述方法包括機械加工所述基片的步驟，其中所述基片在所述機械加工步驟之前被冷卻。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述基片在所述機械加工步驟之後被冷卻。
3.根據前面任意一項權利要求所述的方法，其中，所述基片在所述機械加工步驟期間被冷卻。
4.根據前面任意一項權利要求所述的方法，其中，所述基片包括金屬。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述基片包括不鏽鋼。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述不鏽鋼是奧氏體等級不鏽鋼。
7.根據前面任意一項權利要求所述的方法，其中，在已經被冷卻至低於室溫的溫度的基片上進行所述機械加工步驟。
8.根據前面任意一項權利要求所述的方法，其中，在已經被冷卻至低於O攝氏度的基片上進行所述機械加工步驟。
9.根據前面任意一項權利要求所述的方法，其中，在低溫冷卻基片上進行所述機械加工步驟。·
10.根據前面任意一項權利要求所述的方法，其中，所述基片包括細長杆或帶。
11.根據前面任意一項權利要求所述的方法，其中，所述機械加工步驟包括拉拔所述基片。
12.根據權利要求1至10的任意一項所述的方法，其中，所述機械加工步驟包括滾壓所述基片。
13.根據前面任意一項權利要求所述的方法，其中，所述機械加工步驟包括在所述基片上進行多個加工操作的步驟，其中所述基片包括細長基片，諸如杆或帶，並且所述細長基片的厚度通過每次加工操作而減小。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述細長基片的厚度在每次加工操作期間減小不超過20%。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，所述細長基片的厚度在每次加工操作期間減小大約5%至10%ο
16.根據前面任意一項權利要求所述的方法，其中，在機械加工所述基片的步驟之後，所述基片被加熱至少一小時，到達例如450°C的高溫。
17.根據前面任意一項權利要求所述的方法，包括在機械加工所述基片的步驟之後應用表面硬化步驟的附加步驟。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，所述表面硬化步驟包括脈衝等離子滲氮。
19.根據前面任意一項權利要求所述的方法，包括以下步驟:應用雷射來局部加熱所述基片，以便在其中形成限定編碼器標尺的非磁性標記。
20.一種用於編碼器標尺的磁性基片，其應用根據前面任意權利要求所述的方法製造。
【文檔編號】C21D10/00GK103443301SQ201280012241
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年3月5日 優先權日:2011年3月3日
【發明者】彼得·科蓋伊, 沃伊特·列斯科夫塞克 申請人:Rls梅裡那技術公司, 瑞尼斯豪公司