Najpopularniejszy w Polsce portal o finansach i biznesie
Money.plTechnologie dla biznesuPrzemysłPatentyEP 1712962 T3
Wyszukiwarka patentów
  • od
  • do
Patent EP 1712962 T3


EP 1712962 T3

RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 06.04.2006 06007270.9 (19) PL (11) PL/EP (13) (51) 1712962 T3 Int.Cl. C23C 4/12 (2006.01) B05B 13/04 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (54) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 19.10.2016 Europejski Biuletyn Patentowy 2016/42 EP 1712962 B1 G05D 23/19 (2006.01) G05D 23/27 (2006.01) C21D 1/613 (2006.01) C21D 1/667 (2006.01) Tytuł wynalazku: Metoda powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego (30) (43) Pierwszeństwo: 12.04.2005 US 670497 P 27.03.2006 US 389308 Zgłoszenie ogłoszono: 18.10.2006 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2006/42 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 31.05.2017 Wiadomości Urzędu Patentowego 2017/05 (73) Uprawniony z patentu: PL/EP 1712962 T3 Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, US (72) Twórca(y) wynalazku: ZBIGNIEW ZURECKI, Macungie, US (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Tadeusz Warzybok BIURO PATENTOWE INICJATOR SP. Z O.O. ul. Żółkiewskiego 7 B /1 35-203 Rzeszów Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich). Metoda powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego [0001] Znanych jest wiele procesów nakładania różnego rodzaju powłok metalicznych, ceramicznych i kompozytowych na rozmaite podłoża w celu wytworzenia elementów składowych z wykorzystaniem osadzania termicznego. Takie procesy są stosowane w celu poprawy właściwości podłoża, na przykład twardości, odporności na korozję, odporności na podwyższoną temperaturę, porowatości, itp. Przykładowe procesy powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego: natryskiwanie cieplne metodami naddźwiękowymi - HVOF i HVAF, natryskiwanie plazmowe, komora próżniowa i/lub komora do prac w atmosferze gazu obojętnego, metalizacja natryskowa przy pomocy łuku elektrycznego (podwójnym i pojedynczym przewodem), powlekanie proszkowe lub laserowe nakładanie powłok, i tak dalej. [0002] Procesy powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego prowadzą do osadzania podgrzanego i/lub stopionego materiału powlekającego na powierzchni podłoża. Proces powlekania tą metodą polega na wielokrotnym osadzaniu warstwy materiału powlekającego na całej powierzchni obrabianego przedmiotu. Konieczna jest znaczna ilość energii, zazwyczaj objawiającej się w postaci ciepła, aby osadzić materiał powlekający na obrabianym przedmiocie, przy czym część tej energii jest przynajmniej częściowo przenoszona na obrabiany przedmiot. Niewłaściwa kontrola temperatury podczas osadzania termicznego może prowadzić do przegrzania obrabianego przedmiotu, degradacji termicznej i szkodliwych naprężeń termicznych z powodu niedopasowania współczynników skurczu termicznego pomiędzy powłoką, a powierzchnią podłoża. W przypadku wystąpienia jakichkolwiek uszkodzeń wynikających z przegrzania, naprężenia termicznego itp., otrzymane powłoki mogą słabo przylegać, lub nawet pękać. [0003] Odprowadzanie ciepła z obrabianego przedmiotu podczas powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego ma decydujące znaczenie. Jednym z najbardziej popularnych sposobów odprowadzania ciepła podczas powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego jest wprowadzenie krótkich przerw w trakcie procesu, aby zgromadzone ciepło zostało rozproszone. Chłodzące strumienie powietrza są często stosowane, aby zrównoważyć straty wydajności 2 powodowane takim postępowaniem, jednak (A) chłodzenie powietrzem jest zazwyczaj niewystarczające oraz (b) tlen, pozostała wilgoć i węglowodory zawarte w powietrzu chłodzącym są niekorzystne dla jakości otrzymywanej powłoki. [0004] Poszukiwanie efektywnych metod odprowadzania ciepła w celu zmaksymalizowania jakości powłoki otrzymywanej na powierzchni obrabianego przedmiotu i/lub wydajności procesu doprowadziło do rozwoju chłodzenia kriogenicznego. Metody chłodzenia kriogenicznego oferują znaczącą poprawę zdolności do szybkiego odprowadzania ciepła, jednak są rzadko stosowane w przemyśle powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego ze względu na jeszcze bardziej zwiększoną trudność oraz węższy margines błędu w regulacji temperatury podczas powlekania, czyli akumulacji ciepła i równomierności rozkładu temperatury na obrabianym przedmiocie. [0005] Artykuły i patenty ilustrujące procesy powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego, niektóre przy użyciu chłodzenia kriogenicznego, są następujące: [0006] Nuse, J.D. i Falkowski, J.A. Surface Finishing of Tungsten Carbide Cobalt Coatings Applied by HVOF for Chrome Replacement Application, Aerospace/Airline Plating and Metal Finishing Forum, Cincinnati, OH, 27 marca 2000, ujawniają zastosowanie metody HVOF do powlekania podwozia samolotów węglikiem wolframu jako powłoką zamienną dla powłok chromowych. [0007] Stokes, J. i Looney, L., HVOF System Definition to Maximise the Thickness of Formed Substrates, Proceedings of the International Conference on Advances in Materials and Processing Technologies (AMPT ?99), Dublin, Irlandia, 3-6 sierpnia 1999, s. 775-784, ujawniają zastosowanie metody HVOF przy użyciu osadów tlenku glinu i stabilizowanego tlenku cyrkonu oraz osadów karbidu wykorzystując dwutlenek węgla w charakterze chłodziwa. Określają skutki wymuszonego chłodzenia i odległości rozpylania. [0008] Lucchese, P., et al., ?Optimization of Robotic Trajectories in the Atmosphere and Temperature Controlled Plasma Spray Process on Ceramic Substrate Using Heat Flow Modelling?, Proceedings of the 1993 National Thermal Spray Conference, Anaheim, CA, 7-11 czerwiec 1993, s. 231-239 ujawniają zastosowanie atmosfery i temperatury natryskiwania plazmowego przy użyciu ciekłego argonu jako chłodziwa. Na obrabianym przedmiocie rozpylono proszek ogniotrwały. Kamera na podczerwień umieszczona w obszarze natryskiwania plazmowego została zastosowana do pomiaru temperatury. Wyniki wykorzystano do zmniejszenia przepływów ciepła i uniknięcia zniszczeń podłoża i powłoki. [0009] WO 99/61674 A1, US 6,740,624 B1 i EP 0 960 955 A1 ujawniają sposób nanoszenia powłoki składającej się z tlenków metalu na podłoże o grubości większej niż 5 mm poprzez natryskiwanie plazmowe lub metodę płomieniową. Chłodzenie kriogeniczne dolnej strony podłoża jest wykonywane podczas natryskiwania cieplnego. Zaleca się zastosowanie jednopunktowego czujnika podczerwieni związanego z jednopunktowym źródłem chłodziwa kriogenicznego z dodatkową możliwością pomnożenia pary czujnik-chłodziwo na powierzchni podłoża. [0010] US 6,648,053 B2 , WO 02/083971 A1, WO 02/083972 A1 i EP 1 038 987 B1 ujawniają zastosowanie metod regulacji temperatury bez użycia chłodziwa oraz urządzenia do natryskiwania 3 łukiem elektrycznym w celu wytworzenia gęstych osadów w zautomatyzowanej komórce natryskowej z zastosowaniem podłoża ceramicznego o właściwościach termoizolacyjnych, charakteryzującego się niskim poziomem zniekształceń i naprężeń wewnętrznych. Ujawniony czujnik temperatury powierzchni został oparty na czasie rzeczywistym, dwuwymiarowym mapowaniu natryskiwanej powierzchni z zastosowaniem pomiaru wielopunktowego oraz kamery termowizyjnej lub termograficznej. [0011] Algorytm kontroli procesu synchronizuje współrzędne kamery termowizyjnej ze współrzędnymi zrobotyzowanego rozpylacza. Gorące punkty rozwijające się na powierzchni obrabianego przedmiotu są eliminowane przez regulację ilości materiału rozpylonego na obszar gorących punktów przy manipulowaniu prędkości i rozmieszczeniu zrobotyzowanego pistoletu natryskowego. [0012] JONES P. D. A. ET AL: ?Control of temperature profile for a spray deposition process? IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY IEEE USA, tom 11, nr 5, wrzesień 2003 (2003-09), strony 656-667, XP002392922 ISSN: 1063-6536 opisuje natryskiwanie jako metodę szybkiej produkcji narzędzi i matryc do tłoczenia i operacji zatłaczania. Proces polega na rozpylaniu stopionej stali na ceramiczną formę w celu nagromadzenia grubej powłoki stalowej przy użyciu zestawu pistoletowych urządzeń łukowych. Skurcz odlewniczy, który występuje podczas stygnięcia stali jest równoważony przez rozszerzanie objętościowe zachodzące w obrębie stali, które pozwala na wyprodukowanie dokładnie zwymiarowanych narzędzi. Temperatura stali jest regulowana podczas rozpylania w celu zapewnienia wymaganego przekształcenia. Rozpylany materiał działa zarówno jako źródło masy oraz źródło ciepła. Poprzez regulację szybkości, przy której rozpylany jest metal, można kontrolować profil temperatury na powierzchni powłoki stalowej. Profil temperatury jest mierzony za pomocą kamery termowizyjnej oraz regulowany przez dostosowanie prędkości, z jaką urządzenie rozpyla stal. [0013] WO 98/26104 ujawnia metodę oraz urządzenie do rozpylania stopionych cząstek napędzanych energią kinetyczną na uprzednio ogrzaną powierzchnię podłoża. Każdy odcinek podłoża jest podgrzewany tuż przed położeniem powłoki, pozostała część podłoża pozostaje w temperaturze pokojowej, a każdy z powlekanych odcinków jest schładzany natychmiast po nałożeniu powłoki. Poprzednia czynność jest następnie powtarzana na każdym odcinku, aż wspomniana powierzchnia zostanie całkowicie powleczona. [0014] Wynalazek został zdefiniowany w zastrzeżeniu 1 i dotyczy doskonalenia procesu osadzania termicznego z wykorzystaniem chłodziwa kriogenicznego podczas powlekania obrabianego przedmiotu składającego się z powierzchni przewodzącej ciepło w celu odprowadzania ciepła podczas powlekania. Wynalazek dotyczy procesu tworzenia powłok poprzez osadzanie termiczne. Proces obejmuje niniejsze etapy: (a) osadzanie termiczne lub powlekanie przewodzącej ciepło powierzchni obrabianego przedmiotu za pomocą głowicy urządzenia do osadzania; dostarczanie chłodziwa kriogenicznego (8) z układu chłodzącego (10) na powierzchnię (3) obrabianego 4 przedmiotu (2), znamienne tym, że prędkość przepływu chłodziwa kriogenicznego jest kontrolowana; (b) jednoczesny pomiar temperatury w wielu miejscach na całej powierzchni obrabianego przedmiotu; (c) określenie średniej wartości temperatur zmierzonych w punkcie (b); (d) porównanie średniej temperatury z określoną wcześniej temperaturą minimalną i wcześniej określoną temperaturą maksymalną obrabianego przedmiotu; oraz (e) automatyczne dostosowanie prędkości przepływu chłodziwa kriogenicznego przez obrabiany przedmiot, jeśli wspomniana temperatura średnia nie mieści się między wcześniej określoną temperaturą minimalną i wcześniej określoną temperaturą maksymalną obrabianego przedmiotu. Etap ten jest przeprowadzany przy jednoczesnym osadzaniu termicznym powłoki. Następnie wszystkie etapy są powtarzane. [0015] Kolejne preferowane zastosowania wynalazku zostały zdefiniowane w zastrzeżeniach 2-14. W drugim przykładzie zastosowania wynalazku dochodzi do redukcji miejscowych naprężeń powlekanego przedmiotu spowodowanych nierównomierną temperaturą różnych części obrabianego przedmiotu wynikającej z geometrii obrabianego przedmiotu, stosowania nieoptymalnego chłodziwa i innych substancji lub niezoptymalizowanych parametrów procesu osadzania termicznego. Można tego dokonać przez obliczenie odchylenia standardowego wszystkich pomiarów temperatury i regulowania ruchu (prędkości) pomiędzy głowicą urządzenia do osadzania termicznego i obrabianym przedmiotem, w odpowiedzi na określoną wcześniej wartość odchylenia standardowego. [0016] Drugie zastosowanie obejmuje etapy (a) - (e) oraz niniejsze dodatkowe etapy: (f) określenie standardowego odchylenia pomiędzy wspomnianą temperaturą średnią oraz wspomnianymi zmierzonymi temperaturami; (g) porównanie standardowego odchylenia z pierwszym określonym odchyleniem standardowym S1; oraz (h) automatyczne dostosowanie prędkości przepływu chłodziwa kriogenicznego przez obrabiany przedmiot, jeśli wspomniane odchylenie standardowe jest większe niż pierwsze określone odchylenie standardowe S1. Etap ten jest przeprowadzany przy jednoczesnym osadzaniu termicznym powłoki. Następnie wszystkie etapy są powtarzane. [0017] Trzecie zastosowanie niniejszego wynalazku obejmuje dodatkowe etapy: (i) porównanie odchylenia standardowego z drugim określonym odchyleniem standardowym S2; oraz (j) automatyczne przerwanie osadzania powłoki, jeśli wspomniane odchylenie standardowe jest większe niż drugie określone odchylenie standardowe S2. Etapy (i) i (j) można wykonać przed lub po wykonaniu etapów (f), (g) i (h). Następnie można powtórzyć wszystkie etapy. 5 [0018] Korzyści wynikające z tego wynalazku można osiągnąć w oparciu o proces kontroli wytwarzanych powłok na podłożach przewodzących ciepło z użyciem osadzania termicznego i chłodziwa kriogenicznego. Do tych korzyści można zaliczyć: możliwość osiągnięcia odpowiedniej prędkości wytwarzania powłok, bez ryzyka przegrzania i termicznego uszkodzenia materiału podłoża; możliwość wytworzenia dobrze przylegających powłok, wytworzenie jednolitej powłoki na całej powierzchni obrabianego przedmiotu z jednoczesnym zminimalizowaniem szkodliwych naprężeń wewnętrznych występujących pomiędzy powłoką, a powierzchnią podłoża powlekanego przedmiotu; możliwość kontroli temperatury przy użyciu chłodziwa kriogenicznego, korzyści mogą obejmować również prostotę wdrożenia w środowisku produkcyjnym, wiarygodny pomiar ciepła pomimo chwilowych rozstrojów i możliwość stosowania zarówno dotykowych jak i bezdotykowych czujników pomiarowych; oraz możliwość stosowania zmiksowanych sygnałów z różnych urządzeń do pomiaru temperatury. [0019] Rys. 1 przedstawia uproszczony proces powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego ilustrując jeden punkt pomiaru temperatury. Rys. 2 przedstawia wykres jednopunktowego pomiaru temperatury powierzchni pomiędzy obrabianym przedmiotem i powłoką ilustrując cykl temperatury w procesie osadzania termicznego przedstawionego na rys. 1. Rys. 3 przedstawia system, który może być używany w procesie będącym podmiotem niniejszego wynalazku, wykazując różne konfiguracje i rozmieszczenia dystrybutorów chłodziwa kriogenicznego w procesie osadzania termicznego. Rys. 4 przedstawia system, który może być używany w procesie będącym podmiotem niniejszego wynalazku, wykazując jedno zastosowanie procesu nakładania powłok z wykorzystaniem osadzania termicznego, chłodziwa kriogenicznego i systemu kontroli obrabianego elementu cylindrycznego. Rys. 5 przedstawia jedno zastosowanie zmiksowanych sygnałów z urządzeń do pomiaru temperatury użyteczne w procesie będącym podmiotem niniejszego wynalazku. Rys. 6 przedstawia schemat jednego zastosowania realizacji chłodzenia procesu będącego przedmiotem niniejszego wynalazku, wykazując dwa bloki logiczne dla kontroli cieplnej i kontroli temperatury. [0020] Procesy będące przedmiotem niniejszego wynalazku są użyteczne w dowolnych procesach powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego, wliczając: natryskiwanie cieplne metodami naddźwiękowymi - HVOF i HVAF, natryskiwanie plazmowe, komorę próżniową i/lub komorę do prac w atmosferze gazu obojętnego, metalizację natryskową przy pomocy łuku elektrycznego (podwójnym i pojedynczym przewodem), powlekanie proszkowe lub laserowe nakładanie powłok. 6 [0021] W celu zrozumienia pojęć powiązanych z wynalazkiem należy odnieść się do rysunków. Rysunek 1 przedstawia uproszczony proces powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego, znamienny tym, że materiał powlekający oddziałuje na obrabiany przedmiot w warunkach podwyższonej temperatury. Na rysunku 1 przedstawiono obrabiany przedmiot 2 składający się z powierzchni 3 powleczonej materiałem powlekającym 4 naniesionym przez głowicę urządzenia do osadzania termicznego 6. Głowica urządzenia do osadzania termicznego 6 porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym pomiędzy punktem A i punktem B na powierzchni 3 obrabianego przedmiotu 2, a materiał powlekający 4 zostaje naniesiony na powierzchnię 3 obrabianego przedmiotu 2 wzdłuż linii AB. Oznacza to, że czas przeskoku między punktem A i punktem B jest znacznie mniejszy niż czas wymagany do zakończenia całego procesu powlekania. W związku z tym, zazwyczaj wymaganych jest kilka ruchów głowicy urządzenia do osadzania termicznego 6 w celu utworzenia powłoki o wcześniej określonej grubości na wcześniej określonych obszarach obrabianego przedmiotu lub na całej powierzchni 3 obrabianego przedmiotu 2. Chłodziwo kriogeniczne 8 jest dostarczane z układu chłodzącego 10 na powierzchnię 3 obrabianego przedmiotu 2, aby ułatwić odprowadzanie ciepła podczas przemieszczania się głowicy urządzenia do osadzania termicznego z punktu A do punktu B. Proces ten jest odwrotny, gdy głowica urządzenia do osadzania termicznego porusza się z punktu B do punktu A. Szybkie odprowadzanie ciepła z obrabianego przedmiotu 2 umożliwia zwiększenie wydajności produkcji, utrzymując całkowitą temperaturę poniżej wcześniej określonej temperatury maksymalnej (Tmaxi) oraz powyżej temperatury minimalnej (Tmini) obrabianego przedmiotu. Natychmiastowe pomiary temperatur są rejestrowane przez termoelement 12. [0022] Tmaxi i Tmini są dowolnie ustawiane przez operatora systemu natryskiwania cieplnego opartego na składowych geometrycznych i uwarunkowaniach materiału. Na przykład, Tmini jest zazwyczaj ustawiana powyżej punktu wrzenia wody w procesach natryskiwania cieplnego opartego na ogrzewaniu poprzez np. metodę HVOF (naddźwiękowe natryskiwanie płomieniowe), spryskiwanie wodorem bądź węglowodorem. Inne uwarunkowania mogą być stosowane do ustawiania Tmini w przypadku natryskiwania plazmowego w komorze próżniowej. Tmaxi jest zazwyczaj ustawiana na poziome zapobiegającym termomechanicznej degradacji materiału podłoża. Jeśli stalowa część poddana obróbce cieplnej i działaniu niskiej temperatury została powleczona przy zastosowaniu natryskiwania cieplnego, Tmaxi może zostać ustawiona na poziomie 200 lub 300 stopni C, aby zapobiec niepożądanemu zmiękczeniu materiału. Podobne podejście można wykorzystać podczas ustawiania Tmaxi dla stopów aluminiowych, złożonych składników polimerowych i skomplikowanych elementów geometrycznych, które skupiają szkodliwe naprężenia termiczne. [0023] Użycie terminu ?głowica urządzenia do osadzania termicznego? oznacza część urządzenia do powlekania termicznego, która jest używana do nakładania materiału powlekającego na powierzchnię obrabianego przedmiotu. Głowica urządzenia do osadzania termicznego zawiera pistolet do natryskiwania cieplnego (obejmującego HVOF, APS, VPS, itd.) oraz palniki spawalnicze, które mogą być używane do napawania, powlekania proszkowego, spawania plazmowego (połączenie spawania i natryskiwania plazmowego), itp. 7 [0024] Chłodziwa kriogeniczne (chłodziwa o temperaturze w zakresie od -70 °C do -100 °C), które mogą być wykorzystywane w procesie osadzania termicznego, obejmującego wytryskiwanie przynajmniej części chłodziwa na powleczoną, częściowo powleczoną i/lub jeszcze niepowleczoną powierzchnię 3, obejmują chłodziwa obojętne, np. gazy szlachetne, takie jak argon lub hel wykorzystywane do wszystkich rodzajów materiałów powlekających, azot do większości materiałów metalicznych, węglików, azotków, powłok borkowych i ewentualnie dwutlenek węgla oraz powietrze do nieutleniających powłok zawierających tlenki, takie jak tlenek glinu, tlenek cyrkonu, tlenek tytanu, hydroksyapatyt, perowskity, itp. Sytuacje w których należy stosować chłodziwo w formie gazów szlachetnych zamiast azotu do powłok metalowych, obejmują rozpylanie tytanu, tantalu, magnezu i innych podobnych powłok metalowych, które szybko tworzą azotki. Niektóre materiały powlekające nakładane z wykorzystaniem procesu osadzania termicznego dostosowane do realizacji wynalazku wybierane są z grupy metali, stopów, związków międzymetalicznych, kompozytów i materiałów ceramicznych zawierających tlenki, karbid, azot oraz wszelkie ich kombinacje. Chłodziwo może być w formie gazowej lub ciekłej. [0025] Rysunek 2 przedstawia wykres chwilowej wartości temperatury mierzonej przez termoelement 12 w odniesieniu do czasu, w którym głowica urządzenia do osadzania cieplnego 6, przedstawiona na rysunku 1, nakłada materiał powlekający 4 pomiędzy punktem A i punktem B, bez zastosowania chłodziwa. W procesie nakładania powłok z wykorzystaniem osadzania termicznego, maksymalne temperatury reprezentowane w punktach temperaturowych T peak 20 są generowane przy każdym przejściu termoelementu. W trakcie ruchu głowicy urządzenia do osadzania termicznego, temperatura obrabianego przedmiotu wskazywana na termoelemencie zmniejsza się w wyniku rozpraszania ciepła w obrębie obrabianego przedmiotu 2 przez przewodzenie, promieniowanie i konwekcję, co skutkuje niższą temperaturę minimalną 22. Linia Taver 24 reprezentuje średnią temperaturę (jej znaczenie w odniesieniu do wynalazku zostało opisane w kolejnych akapitach). Wcześniej określona temperatura maksymalna obrabianego przedmiotu została oznaczona punktem Tmaxi 25, a wcześniej określona temperatura minimalna obrabianego przedmiotu została oznaczona punktem Tmini 27. Tmaxi reprezentuje preferowaną maksymalną temperaturę obrabianego przedmiotu, a Tmini preferowaną minimalną temperaturę obrabianego przedmiotu. Jak pokazano na rysunku 2, temperatura szybko wzrasta powyżej Tmaxi, co może powodować uszkodzenia na powierzchni powłoki. [0026] Metoda osadzania przedstawiona na rys. 1 wykorzystuje pojedyncze źródło do pomiaru temperatury, które nie może służyć rozwiązaniu problemu odprowadzania ciepła z obrabianego przedmiotu 2 oraz nierównomiernych temperatur różnych obszarów obrabianego przedmiotu, które mogą mieścić się powyżej Tmaxi lub poniżej Tmini. Ponadto, stosowanie punktowego czujnika temperatury nie uwzględnia chwilowych zakłóceń pomiarów ciągłych, lokalizacji czujnika termicznego (w stosunku do głowicy urządzenia do osadzania termicznego w trakcie dokonywania pomiaru temperatury) oraz czujników wskazujących złą temperaturę. Wskazywanie złej temperatury przez czujniki może być spowodowane zaciemieniem lub zasłonieniem czujników temperatury przez smugę natrysku, kurz, parę wywołaną przez chłodziwo kriogeniczne lub chmurę lodową, poruszającą się głowicę urządzenia do osadzania termicznego i smugę gorącego materiału. 8 Wskazywanie złej temperatury przez czujniki może być spowodowane miejscowymi zmianami w emisyjności i polach cieplnych powierzchni obrabianego przedmiotu oraz czasu pomiaru. [0027] Dane dotyczące mocy cieplnej generowanej przy użyciu metody pojedynczego źródła temperatury przedstawionej na rysunku 2 powyżej, doprowadziły do uznania, że: temperatura obrabianego przedmiotu podczas procesu powlekania musi być reprezentowana w sposób bardziej równomierny niż dotychczas, w celu wykorzystania jej do celów kontrolnych; użycie przewodzącej ciepło powierzchni podłoża, tzn. przewodzącego ciepło przedmiotu lub przewodzącej ciepło powierzchni obrabianego przedmiotu, będzie konieczne do wyrównania miejscowych gradientów temperatur wytwarzanych na powierzchni obrabianego przedmiotu podczas powlekania termicznego; oraz, jednoczesny pomiar temperatury wielu obszarów obrabianego przedmiotu i uśrednienie tych pomiarów może być przydatne do kontrolowania procesu osadzania. Integralność i przyczepność powłok termicznych, zależnych od miejscowych i czasowych gradientów temperatur wytwarzanych na powierzchni obrabianego przedmiotu podczas powlekania termicznego, zależą przede wszystkim od ograniczenia rozszerzania lub skurczania całego przedmiotu z powodu niedopasowania współczynnika rozszerzalności termicznej. Niniejszy wynalazek dotyczy zastosowania podłoża przewodzącego ciepło, które może być wykonane z metalu. W niektórych zastosowaniach całkowita grubość powłoki, która może być nakładana na powierzchnię podłoża obrabianego przedmiotu w wielu etapach, będzie dwa razy węższa od najwęższego przekroju podłoża. Innymi słowy, podłoże przewodzące ciepło jest co najmniej dwa razy grubsze od uzyskanej powłoki. Inny aspekt niniejszego wynalazku obejmuje zasadniczo jednoczesne użycie wielu dotykowych jak i bezdotykowych czujników pomiarowych do celów kontrolnych oraz, w trakcie ich pracy, wyliczenia średniej pomiarów temperatur powierzchni obrabianego przedmiotu na określonej powierzchni i w trakcie określonego okresu czasu. [0028] W trakcie opracowywania procesu kontroli osadzania termicznego materiałów powlekających na przewodzącym ciepło podłożu, Zgłaszający ustalił, że wartości temperatur zmierzonych na znacznym obszarze obrabianego elementu, wyliczenie średniej temperatur oraz naniesienie pomiarów średniej temperatury (Taver) wskazuje na szybki oraz równomierny wzrost średniej temperatury powierzchni obrabianego przedmiotu, jak przedstawiono za pomocą linii 24 na rys. 2. W niniejszym wynalazku Taver można regulować tak, aby średnia temperatura obrabianego przedmiotu utrzymywała się pomiędzy wcześniej określoną temperaturą maksymalną Tmaxi 25, a wcześniej określoną minimalną temperaturą Tmini. W związku z powyższym wyciągnięto wniosek, że prosty i skuteczny pomiar temperatury różnych obszarów obrabianego przedmiotu oraz obliczenie średniej temperatury obrabianego przedmiotu Taver, może być wykorzystywane do regulowania natężenia przepływu chłodziwa kriogenicznego przez obrabiany przedmiot. Szybkość osadzania to ilość materiału wyrzucanego z głowicy urządzenia do osadzania termicznego na jednostkę czasu. [0029] Usprawnienie podstawowych metod prowadzących do uśrednienia temperatury (określających średnią) i regulacji przepływu chłodziwa kriogenicznego (lub szybkości osadzania 9 powłok na powierzchni obrabianego przedmiotu bądź względnej prędkości ruchu głowicy urządzenia po powierzchni obrabianego przedmiotu), gdzie Taver (średnia wartość temperatur mierzonych na wielu obszarach) utrzymuje się powyżej wcześniej określonej niskiej temperatury Tmini oraz poniżej wcześniej określonej wysokiej temperatury [0030] Tmaxi, w celu zminimalizowania termicznych naprężeń występujących pomiędzy powłoką, a powierzchnią podłoża obrabianego przedmiotu oraz ochrony obrabianego przedmiotu przed miejscowymi uszkodzeniami termicznymi, polega na utrzymywaniu równomiernej temperatury na powierzchni podłoża i powłoki. Utrzymująca się nierównomierność temperatury na powierzchni obrabianego przedmiotu może być spowodowana zmiennymi, takimi jak geometria obrabianego przedmiotu, nieoptymalne wykorzystanie chłodziwa, niezoptymalizowane parametry procesu osadzania termicznego i inne. Dlatego też inne zastosowanie procesu będącego przedmiotem niniejszego wynalazku obejmuje określenie odchylenia standardowego od średniej wartości temperatur zmierzonych na wielu obszarach obrabianego przedmiotu, co pozwoli na lepszą kontrolę procesu, gdyż średnia wartość temperatur zmierzonych na wielu obszarach obrabianego przedmiotu nie służy wykryciu wzrostu temperatur podczas procesu powlekania i/lub nadmiernego wahania temperatur na powierzchni obrabianego przedmiotu oraz na jego powłoce. [0031] Mechanizm usprawnionych metod kontroli procesu będącego przedmiotem niniejszego wynalazku, przedstawionego na rys. 3-6, obejmuje przeprowadzenie pomiarów temperatur na wielu pojedynczych obszarach (SAR) na całej szerokości, długości, średnicy lub w obrębie innych wymiarów powierzchni obrabianego przedmiotu 2, wliczając krawędzie i obszary punktów środkowych (zastosowanie terminów długość i szerokość nie ogranicza stosowania innych terminów opisujących wymiary obrabianego przedmiotu; przyjmuje się, że proces będący przedmiotem niniejszego wynalazku może być stosowany do obróbki przedmiotów o dowolnym kształcie, oraz że inne terminy mogą być stosowane do określenia długości i szerokości). Na przykład, lokalizacja pomiarów temperatury na krawędzi obrabianego przedmiotu została określona jako punkty C-A i K na rys. 3 i A-F na rys. 4. Powyżej wspomniane pomiary temperatur są mierzone jednocześnie dla każdego etapu czasowego, zbierane z wielu obszarów pomiaru (MRR), a następnie uśredniane. Etap czasowy to odstęp między pomiarem temperatur na całej powierzchni obrabianego przedmiotu. Etap czasowy jest uzależniony od całkowitego czasu potrzebnego do powleczenia obrabianego przedmiotu z wykorzystaniem procesu będącego przedmiotem niniejszego wynalazku i może wynosić na przykład 0.1 do 5 sekund lub 0.5 do 1.0 sekundy. Średnia wartość temperatur zmierzonych w tym samym czasie na wielu obszarach obrabianego przedmiotu jest używana do kontrolowania jednego lub więcej z następujących czynników: przepływu chłodziwa kriogenicznego, szybkości osadzania powłoki na powierzchni obrabianego przedmiotu i/lub względnej prędkości ruchu głowicy urządzenia na powierzchni obrabianego przedmiotu oraz utrzymania Taver pomiędzy Tmaxi i Tmini. W drugim etapie usprawnionej metody kontroli procesu, odchylenie standardowe jest używane jako mechanizm do regulacji temperatury. W tym etapie zostaje ustalony określony moment progowy (ts), a wartości temperatur mierzonych na jednym obszarze w (każdym) etapie czasowym zostają wykorzystane do obliczeń nie tylko każdego MRR (wzdłuż poszczególnych rzędów na rys. 5), ale również do obliczenia 10 zbiorczego pomiaru wieloobszarowego, oznaczonego jako CMRR (w dwóch wymiarach, jak pokazano na rys. 5). Całość zbiorczego pomiaru wieloobszarowego z wszelkimi CMRR jest stale aktualizowana (poszerzana) i wykorzystywana do obliczania standardowego odchylenia wraz z każdym nowym etapem czasowym przekraczającym moment progowy. Po obliczeniu odchylenia standardowego S(CMRR), można je zastosować do porównania wcześniej ustalonych i oznaczonych kontrolnych odchyleń standardowych. Na przykład, można ustalić dwa kontrolne odchylenia standardowe oznaczone jako S1 i S2, gdzie S2 jest większe niż S1; jednak w innych zastosowaniach można stosować 1 lub dowolną liczbę kontrolnych odchyleń standardowych. Dla przykładu, w którym stosuje się dwa kontrolne odchylenia standardowe, obliczone odchylenie standardowe jest porównywane do S1 i S2, a jeśli wartość S(CMRR) jest większa niż wcześniej określone wartości, można wykonać co najmniej jedną z następujących czynności: [1] względny ruch (prędkość) głowicy urządzenia do osadzania termicznego na powierzchni obrabianego przedmiotu może zostać przyspieszony, prędkość osadzania powłok na powierzchni tego przedmiotu może zostać zmniejszona, a częstotliwość przepływu chłodziwa kriogenicznego przez wspomniany przedmiot może zostać zwiększona, bądź [2] osadzanie materiału powlekającego może być tymczasowo wstrzymane. W pierwszym zastosowaniu wariant [1] może być stosowany, jeśli S(CMRR) jest większy niż S1, ale mniejszy niż S2, a wariant [2] może być stosowany, jeśli S(CMRR) przekracza zarówno S1 i S2. [0032] Niskie wartości (mieszczące się poniżej S1) standardowego odchylenia od zbiorczego pomiaru wieloobszarowego S(CMRR) są pożądane, ponieważ wskazują na upływ czasu, jednolitość podłoża (odpowiednie rozproszenie ciepła), zapewniając akceptowalną jakość otrzymanej powłoki i minimalne ryzyko miejscowych przegrzań (lub przechłodzeń) oraz naprężeń rozwijających się na powierzchni obrabianego przedmiotu i powłoki. Niemniej jednak, rzeczywiste wartości standardowych odchyleń od zbiorczych pomiarów wieloobszarowych oraz ich znaczenie dla kontroli procesu zależą od wielu czynników oraz określenia wartości momentu progowego. Zatem jeśli proces powlekania wymaga nałożenia 5 kompletnych powłok na powierzchni obrabianego przedmiotu za pomocą głowicy urządzenia do osadzania termicznego, może być konieczne ustalenie momentu progowego (Ts) oraz obliczenie standardowego odchylenia od zbiorczego pomiaru wieloobszarowego w sposób, który umożliwi jego zastosowanie do kontroli procesu, po nałożeniu pierwszej powłoki na co najmniej 50% lub co najmniej 70% bądź co najmniej 90% całkowitej powierzchni obrabianego przedmiotu. Ewentualnie, wartości zbiorczego pomiaru wieloobszarowego CMRR i standardowego odchylenia S(CMRR) mogą być wykorzystywane do kontroli procesu osadzania termicznego po nałożeniu pierwszej powłoki na obrabiany przedmiot przy użyciu głowicy urządzenia do osadzania termicznego, co oznacza, że moment progowy został ustalony na czas potrzebny do nałożenia pierwszej kompletnej powłoki, bądź ukończenia nakładania pierwszej powłoki na obrabiany przedmiot przy użyciu głowicy urządzenia do osadzania termicznego. [0033] Podsumowując powyższe, chwilowa wartość średnia lub średnia wartość pomiarów wieloobszarowych w jednym czasie, mean(MRR), stosowana do regulacji przepływu chłodziwa, może być obliczana w sposób przedstawiony w poniższym równaniu; 11 gdzie: Mean(MRR) = średnia wartość jednoczesnych pomiarów wieloobszarowych Tij = pojedynczy pomiar temperatury w jednym czasie i na jednym obszarze i = A, B, C ... M (liczba obszarów kontrolnych pomiarów temperatur) j = 1,2, 3 ... n (liczba pomiarowych etapów czasowych) [0034] Wartość mean(MRR) umożliwia natychmiastowy, uśredniony pomiar temperatury na powierzchni przedmiotu, który ma zostać powleczony. Wynik ten zapewnia odpowiednie oszacowanie zmian temperatur w różnych punktach na powierzchni obrabianego przedmiotu. W pierwszym zastosowaniu, regulacja temperatury obrabianego przedmiotu jest przeprowadzana przez regulacją przepływu chłodziwa przez powierzchnię obrabianego przedmiotu, w celu utrzymania średniej wartości temperatur pomiędzy Tmaxi i Tmini. [0035] W innym zastosowaniu, po przekroczeniu momentu progowego, mechanizm wyznaczania standardowego odchylenia od wartości CMRR jest reprezentowany przez równanie: gdzie: S(CMRR) = standardowe odchylenie od zbiorczych pomiarów wieloobszarowych zgromadzonych od czasu rozpoczęcia do rzeczywistego czasu pomiaru Tij = pojedynczy pomiar temperatury w jednym czasie i na jednym obszarze i = A, B, C... M (liczba obszarów kontrolnych pomiarów temperatur) j = 1,2, 3... n (liczba pomiarowych etapów czasowych) [0036] Jak wspomniano powyżej, wartość S(CMRR) może być porównana do S1 i S2. Przekroczenie wartości S1 oznacza, że równomierność cieplna powierzchni obrabianego przedmiotu staje się marginalna. W takiej sytuacji należy usprawnić rozpraszanie energii cieplnej, w przeciwnym razie, jakość osadzonej powłoki może być niska. W pierwszym zastosowaniu, równomierne rozpraszanie energii cieplnej może być osiągnięte poprzez przyspieszenie prędkości ruchu głowicy urządzenia do osadzania termicznego i/lub obrabianego przedmiotu, z odpowiednim przyspieszeniem działania dystrybutora chłodziwa. Przyspieszony ruch głowicy urządzenia do osadzania termicznego i obrabianego przedmiotu skutkuje cieńszą warstwą powłoki osadzonej przez głowicę urządzenia, w związku z czym każde przyspieszenie związane jest z odpowiednim wzrostem ilości nakładanych powłok w celu osiągnięcia grubości docelowej. Ewentualnie lub 12 dodatkowo, w celu osiągnięcia bardziej równomiernego rozpraszania energii cieplnej, szybkość osadzania powłok na powierzchni obrabianego przedmiotu może być zmniejszona poprzez zmniejszenie szybkości osadzania materiału z głowicy urządzenia do osadzania. Można również zwiększyć prędkość nanoszenia chłodziwa kriogenicznego na wspomniany przedmiot w odpowiedzi na wartość S(CMRR) wynoszącą więcej niż S1. Proces może zwiększyć prędkość obrabianego przedmiotu lub prędkość głowicy urządzenia do osadzania bądź obie te prędkości w celu zwiększenia ruchu względnego obrabianego przedmiotu i głowicy urządzenia do osadzania. [0037] Osiągnięcie i przekroczenie odchylenia standardowego S2, którego wartość przekracza wartość S1, wskazuje, że równomierność temperatur powierzchni obrabianego przedmiotu stała się niedopuszczalna, a działanie głowicy urządzenia do osadzania termicznego musi zostać tymczasowo przerwane przed wznowieniem pracy, w celu zapewnienia większej ilości czasu na rozprowadzenie energii cieplnej naniesionej na powierzchnię obrabianego przedmiotu wraz z materiałem powlekającym. Częste lub wydłużone przestoje w pracy głowicy urządzenia do osadzania termicznego podczas procesu powlekania, wynikające z osiągnięcia lub przekroczenia wcześniej określonej wartości S2, wskazują, że wymagane są zmiany w konfiguracji dystrybutora chłodziwa lub, ewentualnie, w konfiguracji całej instalacji, w celu uniknięcia strat produkcyjnych. W razie potrzeby należy określić dodatkowe granice odchyleń standardowych zapewniające alternatywne etapy procesu kontroli. [0038] Rysunek 6 przedstawia i opisuje jeden ze sposobów regulacji średniej temperatury i równomierności temperatur obrabianego przedmiotu, zgodnie z niniejszym wynalazkiem. W niniejszym procesie działanie układu chłodzenia kriogenicznego oraz względny ruch głowicy urządzenia do osadzania i obrabianego przedmiotu są regulowane na podstawie dwóch logicznych bloków funkcyjnych: [1] chwilowe korekty temperatur powierzchni obrabianego przedmiotu; oraz [2] zbiorcze lub czasowe korekty temperatur. [0039] Blok 1 opisuje regulacje przepływu chłodziwa w oparciu o rzeczywistą, średnią wartość pomiarów temperatur na wielu obszarach, mean(MRR), a blok 2 opisuje regulację prędkości głowicy urządzenia do osadzania termicznego i obrabianego przedmiotu oraz zaprzestanie nakładania materiału powlekającego z głowicy urządzenia do osadzania termicznego w oparciu o zaktualizowaną wartość standardowego odchylenia od zbiorczych pomiarów temperatur na wielu obszarach S(CMRR). Dodatkowo, blok 1 służy do regulacji przepływu chłodziwa i temperatury w wykonywanych testach niezbędnych do ustalenia wartości granicznych S1 i S2. Należy zauważyć, że wartości Tmini i Tmaxi są określane przez operatora procesu powlekania w stosunku do procesu chłodzenia i powlekania opartego na materiale ?zewnętrznym? wprowadzonym do programu kontrolnego w etapie poprzedzającym blok 1. [0040] Poniżej znajduje się procedura operacyjna stosowana w trakcie testowania: (a) komputer osobisty/system gromadzenia danych (PC/DAC) odbiera wartości Tmini, Tmaxi i moment progowy (Ts); 13 (b) głowica urządzenia do osadzania termicznego została przygotowana do działania, które obejmuje kontrolę ruchu głowicy urządzenia do osadzania termicznego za pomocą odpowiednich sterowników (na przykład, TCDC, MC i CFC, rys. 4), poza systemem regulacji temperatury; (c) wraz z rozpoczęciem procesu powlekania, w pierwszym etapie czasowym (tj=1), wieloobszarowy sensor optyczny MTOS odczytuje poszczególne wartości pomiaru pojedynczego obszaru (SAR) z każdego obszaru kontrolnego lub punktu kontrolnego, podczas gdy PC/DAC zapisuje je w pierwszym rzędzie, jak pokazano na rys. 5 w formie MRR oraz oblicza ich średnią, mean(MRR). Należy zauważyć, że SAR zostaje wyrażony w stopniach Celsjusza i definiowany jest dwoma indeksami ustalającymi jego kolumnę i wiersz, na przykład TD7 to pomiar temperatury w obszarze D przedstawiony na rys. 4, zmierzony w etapie czasowym 7, jak pokazano na rys. 5; (d) w pierwszym polu logicznym, w bloku 1, przedstawionym na rys. 6, średnia wartość temperatur wielu obszarów jest porównywana do Tmaxi. Jeśli wartość średnia jest większa niż Tmaxi, chłodziwo zaczyna przepływać przez obrabiany przedmiot (jego prędkość może zostać zwiększona, gdy etap ten jest powtarzany). Następnie powtarzany jest etap (c) dla kolejnego etapu czasowego (tj=2), chyba że wartość średnia jest mniejsza niż Tmaxi, wówczas proces kontynuowany jest w etapie (e); (e) drugie pole logiczne w bloku 1 porównuje wartość średnią do Tmini. Jeśli wartość średnia jest mniejsza niż Tmini, to przepływ chłodziwa kriogenicznego zostaje wstrzymany lub zawór chłodziwa pozostaje w pozycji zamkniętej (jeśli nie został wcześniej otworzony), a proces powtarza etap (c) przy następnym etapie czasowym (tj=2) (na początku procesu powlekania obrabiany przedmiot może być zbyt zimny, jednak nie dochodzi do zmian ustawień w oczekiwaniu na zwiększenie temperatury obrabianego przedmiotu w kolejnych etapach czasowych); jednakże, jeśli obrabiany przedmiot nie nagrzewa się w trakcie przewidywanego okresu czasu, proces może zostać wstrzymany i/lub wskazać komunikat o błędzie; (f) jeżeli średnia wartość jest większa niż Tmini, nie dochodzi do żadnych zmian w przepływie chłodziwa, czyli chłodziwo nadal przepływa przez obrabiany przedmiot, jeśli jego zawór został wcześniej otworzony bądź nie przepływa, jeśli zawór był zamknięty; proces powtarza etap (c) w następnym etapie czasowym (tj=2); (g) etapy (c) - (f) są powtarzane przy każdym nowym etapie czasowym (tj= 2, 3, 4, 5...) aż do zakończenia całego procesu powlekania, jak określono przez sterownik głowicy urządzenia do osadzania termicznego (TCDC) i sterownik ruchu (MC), które znajdują się ?na zewnątrz? układu regulacji temperatury. Wartości S(CMRR) są obliczane i zapisywane przez system PC/DAC począwszy od momentu progowego (ts) do testów w celu określenia S1 i S2; oraz, (h) następnie, po kilku kolejnych seriach testów, w razie potrzeby, operator określa jakość otrzymanej powłoki, koreluje ją z zapisanymi wartościami S(CMRR) i określa wartość S1 i S2 dla kolejnych serii produkcyjnych. [0041] Proces powlekania obrabianego przedmiotu, po zakończeniu testów, rozpoczyna się poprzez dodanie wartości S1 i S2 do określonych wartości (np. ts, Tmini i Tmaxi). W przeciwieństwie do testów, podczas powlekania blok 1 i blok 2 pracują równolegle. Działanie bloku 1 jest takie samo 14 jak opisano powyżej podczas testów. Blok 2 rozpoczyna się w momencie sprawdzania czy rzeczywisty etap czasowy, tj, jest mniejszy czy większy niż moment progowy (ts). Jeśli tj jest mniejszy niż ts, cały blok 2 jest pomijany w trakcie etapu czasowego, jednak wartości tj i ts są ponownie porównywane w następnym etapie. Tymczasem, blok 1 działa tak samo jak w trakcie testowania. Jednakże, jeśli tj jest większy niż ts, następne pole logiczne bloku 2 sprawdza, czy rzeczywista wartość S(CMRR) przekracza wartość S2. Jeśli wartość S(CMRR) jest większa niż S2, głowica urządzenia do osadzania termicznego zostaje wyłączona, wstrzymując osadzanie powłoki do czasu, aż energia cieplna znajdująca się na powierzchni obrabianego przedmiotu rozprzestrzeni się, tym samym ujednolicając temperaturę powierzchni. Należy zauważyć, że wyłączenie głowicy urządzenia do osadzania termicznego nie wiąże się ze wstrzymaniem działania bloku 1, który kontynuuje swoje działanie, uruchamiając bądź wstrzymując przepływ chłodziwa. Jeśli wartość S(CMRR) jest mniejsza niż S2, wówczas następne pole logiczne bloku 2 porównuje wartość S(CMRR) do S1. Jeśli wartość S(CMRR) jest mniejsza niż S1, program upewnia się, że głowica urządzenia do osadzania termicznego jest włączona, oraz że jej ruchy są wykonywane z normalną prędkością. Jeśli wartość średnia jest większa niż S1, program sygnalizuje, że należy przyspieszyć ruch względny głowicy urządzenia do osadzania termicznego po obrabianym przedmiocie. Następnie proces ten jest powtarzany w następnym etapie czasowym. [0042] Korzyści wynikające z kontroli zastosowania procesu będącego przedmiotem niniejszego wynalazku określone na rys. 3, 4, 5 i 6 to prostota i elastyczność procesu, ze względu na niezależną regulację chłodzenia obrabianego przedmiotu w ramach bloku 1 oraz rozpraszanie energii cieplnej na powierzchni obrabianego przedmiotu w ramach bloku 2. Algorytm procesu pozwala na uniknięcie programowania i automatyzacji złożonego charakteru konkretnych punktów znajdujących się na obrazie w podczerwieni przedstawiającym powierzchnię obrabianego przedmiotu z rzeczywistym położeniem głowicy urządzenia do osadzania termicznego i/lub manipulacji ruchu oraz regulacji chłodziwa, zgodnie z gradientami temperatur zidentyfikowanych na obrazach termograficznych. Ponadto, obliczenie wartości S(CMRR) zapewnia operatorom szansę na poprawę początkowych parametrów procesowych i konfiguracji systemu chłodzenia, aby wraz z upływem czasu i po kilku testach można było wprowadzić korekty oraz wykorzystywać proces powlekania przy minimalnej wartości S(CMRR), bez wywoływania zmian prędkości ruchu oraz z regulacją przepływu chłodziwa jedynie w obrębie bloku 1. [0043] Poniższe przykłady zostały przedstawione w celu zilustrowania różnych zastosowań wynalazku i nie mają na celu ograniczania ich zakresu. Przykład 1 Przedmiot Cylindryczny [0044] Celem niniejszego przykładu jest bardziej szczegółowe objaśnienie parametrów kontroli wymienionych w opisie etapów procesu przedstawionego na rys. 4, 5 i 6. [0045] Rys. 4 przedstawia proces osadzania termicznego wykorzystującego przedmiot 40 składający się z powierzchni obrabianego przedmiotu 41 o cylindrycznym kształcie, który jest 15 obracany podczas procesu powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego. Obrabiany przedmiot (RW), składający się z powierzchni podłoża obrabianego przedmiotu 41 zostaje zamontowany w zdalnie uruchamianym, obrotowym uchwycie (RWA) 42 oraz wystawiony na działanie rozgrzanego materiału powlekającego 46 nakładanego przez głowicę urządzenia do osadzania termicznego (TCD) 44, która przechodzi przez powierzchnię obrabianego przedmiotu za pomocą oddzielnie uruchamianego uchwytu (TCDA). Głowica urządzenia do osadzania termicznego 44 jest wydłużonym dystrybutorem chłodziwa kriogenicznego (SCMD) 48, który zapewnia odpowiedni efekt chłodzenia na powleczonej części podłoża 41 lub na niepowleczonej bądź powleczonej powierzchni obrabianego przedmiotu. CNC lub zrobotyzowany sterownik ruchu (MC) 50 koordynuje obroty obrabianego przedmiotu 40, ruch głowicy urządzenia do osadzania termicznego 44 oraz, opcjonalnie, dystrybutora chłodziwa 48. [0046] Na skutek obrotu obrabianego przedmiotu 40, do pomiaru temperatury używany jest bezstykowy, wielopunktowy system optyczny (MTOS). Wielopunktowy czujnik optyczny 52 może zawierać oddzielny czujnik jednopunktowy, a wielopunktowy czujnik może być termowizyjną lub termograficzną kamerą z możliwością mapowania pól termicznych występujących na badanej powierzchni. Odpowiednie czujniki jednopunktowe dostępne są w ofercie firm Micron Infrared, Raytek, Omega i innych. Niektóre z tych czujników mogą być wyposażone w urządzenie laserowe lub urządzenie, które przenosi odbierane sygnały optyczne za pośrednictwem elastycznych włókien optycznych. Najbardziej wymagające zastosowania procesu działającego w zakresie stosunkowo wysokich temperatur mogą wykorzystywać samokorygujące termometry na podczerwień Quantum od Micron, które oświetlają powierzchnię za pomocą wiązki lasera w celu skorygowania początkowo zakładanego współczynnika emisyjności. [0047] Przedstawiona na rys. 4 temperatura punktów kontrolnych A - F może być rozprowadzona przez operatora procesu powlekania na powierzchni obrabianego przedmiotu 40 w sposób dogodny dla danej sytuacji. Rozmiar punktów kontrolnych bądź obszarów, na przykład A, B, ... F przedstawionych na rys. 5 nie ma decydującego znaczenia i może zmieniać się w zależności od używanego rodzaju czujnika temperatury, jednak ich liczba powinna być wystarczająca, aby odzwierciedlić rozkład temperatur na powierzchni obrabianego przedmiotu oraz rozkład temperatur na powierzchni powleczonego i niepowleczonego przedmiotu. W związku z tym, należy stosować co najmniej cztery punkty kontrolne do powlekania małych przedmiotów, które mają kilka centymetrów długości lub szerokości, oraz co najmniej sześć punktów kontrolnych do powlekania dużych przedmiotów. [0048] W celu dalszego zilustrowania kontroli równomierności energii cieplnej i temperatury, należy przyjąć kriogenicznie schłodzony proces osadzania termicznego, gdzie pojedyncze przejście głowicy urządzenia do osadzania termicznego (TCD) 44 po powierzchni obrabianego przedmiotu skutkuje powłoką o grubości 0.002 cala (0.00508 cm, 51 p,m), jednak docelowa grubość powłoki wynosi 0.010 cala (0.0254 cm, 254 p,m). Potrzeba pięciu przejść, aby osiągnąć docelową grubość przy normalnej prędkości ruchu TCD. Należy założyć, że etap czasowy polegający na kontroli temperatury wynosi 0.5 sekundy, a TCD może przechodzić z normalną lub podwojoną prędkością. Właściwości materiału podłoża i powłoki oraz wcześniejsze testy z udziałem powłoki obrabianego 16 przedmiotu za pomocą konkretnego system TCD wykazały, że należy stosować następujące wartości graniczne podczas procesu produkcyjnego: Tmini=80°C, Tmaxi=140°C, S1 = 10°C, S2=40°C oraz moment progowy ts=20, powtarzane etapy czasowe = 10 sekund. Jeśli początkowe parametry procesowe, włącznie z umieszczeniem dystrybutorów chłodziwa kriogenicznego (SMCD) są właściwe, w trakcie procesu produkcyjnego można dokonać następujących obserwacji: ? Początkowa temperatura Taver lub mean(MRR) jest nieco wyższa od temperatury pokojowej, a następnie powoli zmienia się w ciągu procesu powlekania i wynosi między 80°C a 140°C i jest utrzymywana w tym zakresie przez zawór kontroli przepływu chłodziwa kriogenicznego (CFC). ? Średnia wartość zbiorczych pomiarów wieloobszarowych zgromadzonych podczas procesu powlekania, Mean(CMRR), dyskretna wartość procesowa stosowana przez PC/DAC do obliczenia standardowego odchylenia S(CMRR) waha się znacznie mniej niż wartość chwilowej Taver, w zakresie od 100°C do 110°C. ? Wartość S(CMRR) lub odchylenie standardowe jest obliczane i aktualizowane podczas każdego etapu czasowego począwszy od etapu czasowego #21 dla wszystkich pomiarów wieloobszarowych zgromadzonych podczas procesu powlekania (CMRR), a wartość ta jest mniejsza niż 8°C i waha się o około 1°C. [0049] Jeżeli początkowe parametry procesowe, włącznie z umieszczeniem dystrybutorów chłodziwa kriogenicznego nie są optymalne, obserwowane wartości Taver i Mean(CMRR) mogą nadal pozostać na takim samym poziomie jak wcześniej, ale odchylenie standardowe S(CMRR) może zmienić się podczas procesu powlekania i osiągnąć wartość, na przykład, 20°C po etapie czasowym #80. Ponieważ wartość ta jest większa niż wartość graniczna S1, procesor podwoi względną prędkość TCD w stosunku do powierzchni obrabianego przedmiotu i podwoi liczbę pozostałych etapów czasowych od 20 do 40 sekund więcej, jak również liczbę pozostałych przejść TCD od jednego do dwóch więcej. [0050] Wzrost względnej prędkości TCD i obrabianego przedmiotu 40 powinien obniżyć rzeczywistą wartość S(CMR) poniżej wartości S1. W odwrotnej sytuacji, sterownik wyłączy TCD przy jednoczesnym kontynuowaniu kontroli Taver poprzez przepływ chłodziwa kriogenicznego. Zatem, jeśli po etapie czasowym #90 rzeczywista wartość S(CMRR) wzrasta do 50°C, czyli wynosi więcej niż wartość graniczna S2, sterownik głowicy urządzenia do osadzania termicznego TCDC wyłączy TCD oraz przeprowadzi kontrolę zmian w obrębie S(CMRR) w następnych etapach czasowych. Tak szybko, jak rzeczywista wartość S(CMRR) spadnie poniżej wartości S2 (S2=40°C), nakładanie powłoki jest przywracane z podwójną prędkością odpowiadającą powyżej opisanej sytuacji, z podwojoną liczbą pominiętych etapów czasowych, którą dodaje się do liczby pozostałych etapów. Przykład 2 [0051] Rysunek 3 przedstawia widok procesu osadzania termicznego wykorzystującego zarówno stacjonarne jak i ruchome układy dostarczania chłodziwa kriogenicznego do obrabianego 17 przedmiotu. Powszechne elementy wyposażenia, jak te przedstawione na rys. 1 zostały podobnie ponumerowane. Przedstawiając sposób ustanawiania chłodzenia w procesach powlekania z wykorzystaniem osadzania termicznego i gazowego chłodziwa kriogenicznego 8, jedno lub więcej chłodziw zostało oznaczonych jako 10A, 10B i 10C. To chłodziwo może być rozprowadzane za pomocą dystrybutora 48 przedstawionego na rys. 4, tak jak chłodziwo 10A może być rozprowadzane za pomocą głowicy urządzenia do osadzania termicznego 6. Schładzanie górnej części obrabianego przedmiotu, czyli powierzchni powlekanego przedmiotu, gdzie energia cieplna jest osadzana razem z materiałem powlekającym, jest bardziej pożądane od schładzania dolnej części obrabianego przedmiotu, ze względu na powstały rozkład naprężeń. Oczywistym jest, że schładzanie górnej części powierzchni obrabianego przedmiotu, bez względu na to czy schładzana część została już powleczona czy nie, jest trudniejsze. W pierwszym zastosowaniu schładzanie oznacza, że jedna dysza 10A jest stosowana do rozpylania chłodziwa na powierzchni obrabianego przedmiotu, gdy dysza osadzająca porusza się z punktów C, D i E w kierunku punktów I, H i G, a druga dysza 10A jest stosowana do rozpylania chłodziwa w odwrotnym kierunku. W tych zastosowaniach, chłodziwo zostaje rozprowadzane wraz z osadzaniem materiału na powierzchni przedmiotu. [0052] Podsumowując, proces będący podmiotem niniejszego wynalazku minimalizuje naprężenia występujące pomiędzy powłoką, a podłożem na całej długości/szerokości obrabianego przedmiotu, a ponadto chroni podłoże przed uszkodzeniem termicznym poprzez uśrednianie pomiarów temperatur oraz regulowanie chwilowej prędkości przepływu chłodziwa oraz, opcjonalnie, prędkości osadzania materiału powlekającego i/lub względnego ruchu (prędkości) głowicy urządzenia do osadzania po obrabianym przedmiocie. Proces ten minimalizuje również miejscowe naprężenia rozwijające się pomiędzy różnymi częściami powierzchni obrabianego przedmiotu wynikające z geometrii obrabianego przedmiotu, stosowania nieoptymalnego chłodziwa i innych substancji lub niezoptymalizowanych parametrów procesu osadzania termicznego poprzez obliczenie odchylenia standardowego od wszystkich pomiarów temperatur oraz sprowadzenie wartości tego odchylenia do wartości poniżej pewnych wcześniej określonych wartości, albo poprzez zwiększenie względnej prędkości ruchu głowicy urządzenia do osadzania termicznego po obrabianym przedmiocie, zwiększając prędkość przepływu chłodziwa i/lub przez tymczasowe wstrzymanie osadzania materiału powlekającego. Procedura niniejszego wynalazku umożliwia stosowanie zarówno dotykowych jak i bezdotykowych czujników temperatury. Obszary lub punkty tych czujników powinny być rozłożone na całej powierzchni schładzanego przedmiotu. Proces ten jest łatwy do wdrożenia w produkcji przemysłowej i zapewnia niezawodną kontrolę chłodzenia, pomimo różnych rozstrojów charakterystycznych dla procesów powlekania, nawet w przypadku trudnych zastosowań związanych z chłodziwem kriogenicznym i/lub procesem głębokiego mrożenia. Zastrzeżenia patentowe 1. 2. Proces powlekania obrabianego przedmiotu (2) z wykorzystaniem osadzania termicznego, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy: (a) osadzanie termiczne lub powlekanie przewodzącej ciepło powierzchni (3) obrabianego przedmiotu za pomocą głowicy urządzenia do osadzania (6, 44); dostarczanie chłodziwa kriogenicznego (8) z układu chłodzącego (10) na powierzchnię (3) obrabianego przedmiotu (2), kontrolując prędkość przepływu chłodziwa kriogenicznego przez obrabiany przedmiot; (b) jednoczesny pomiar temperatury w wielu miejscach na całej powierzchni (3) obrabianego przedmiotu (2); (c) określenie średniej wartości temperatur zmierzonych w punkcie (b); (d) porównanie średniej temperatury z określoną wcześniej temperaturą minimalną i wcześniej określoną temperaturą maksymalną obrabianego przedmiotu (2); oraz (e) automatyczne dostosowanie prędkości przepływu chłodziwa kriogenicznego przez obrabiany przedmiot (2), jeśli wspomniana temperatura średnia nie mieści się między wcześniej określoną temperaturą minimalną i wcześniej określoną temperaturą maksymalną obrabianego przedmiotu (2). Proces wymieniony w zastrzeżeniu 1 obejmuje kolejne etapy: (f) określenie standardowego odchylenia pomiędzy wspomnianą temperaturą średnią oraz wspomnianymi zmierzonymi temperaturami; (g) porównanie standardowego odchylenia z pierwszym określonym odchyleniem standardowym S1; (h) dostosowanie prędkości przepływu chłodziwa kriogenicznego przez obrabiany przedmiot (2) i pozostałych warunków kontrolowanych, jeśli wspomniane 19 odchylenie standardowe jest większe niż pierwsze określone odchylenie standardowe S1; warunki wybierane są z grupy składającej się z: szybkości nakładania powłoki i ruchu głowicy (6; 44) po powierzchni obrabianego przedmiotu; oraz (i) powtórzenie etapów (a) - (i). 3. Proces wymieniony w zastrzeżeniu 2 znamienny tym, że prędkość przepływu chłodziwa kriogenicznego przez obrabiany przedmiot (2) zwiększa się w etapie (h). 4. Proces wymieniony w zastrzeżeniu 1 obejmuje kolejne etapy: 5. (f) określenie standardowego odchylenia pomiędzy wspomnianą temperaturą średnią oraz wspomnianymi zmierzonymi temperaturami; (g) porównanie standardowego odchylenia z drugim określonym odchyleniem standardowym S2; oraz (h) automatyczne przerwanie osadzania powłoki przy użyciu głowicy (6; 44), jeśli wspomniane odchylenie standardowe jest większe niż drugie określone odchylenie standardowe S2. Proces wymieniony w zastrzeżeniu 4 obejmuje kolejne etapy: (i) 6. powtórzenie etapów (b) - (g), jeśli wspomniane odchylenie standardowe jest większe niż drugie wcześniej określone odchylenie standardowe S2. Proces wymieniony w zastrzeżeniu 5 obejmuje kolejne etapy: (j) porównanie odchylenia standardowego z pierwszym określonym odchyleniem standardowym S1; oraz (k) dostosowanie prędkości przepływu chłodziwa kriogenicznego przez obrabiany przedmiot (2) i pozostałych warunków kontrolowanych, jeśli wspomniane odchylenie standardowe jest większe niż pierwsze określone odchylenie standardowe S1; warunki wybierane są z grupy składającej się z: szybkości nakładania powłoki i ruchu głowicy (6; 44) po powierzchni obrabianego przedmiotu. 7. Proces wymieniony w zastrzeżeniu 6 znamienny tym, że ruch głowicy urządzenia (6; 44) po powierzchni (3) obrabianego przedmiotu jest regulowany w etapie (k). 8. Proces wymieniony w zastrzeżeniu 6 znamienny tym, że prędkość przepływu chłodziwa kriogenicznego przez obrabiany przedmiot (2) jest regulowana w etapie (k). 9. Proces wymieniony w poprzednich zastrzeżeniach znamienny tym, że wymaga chłodziwa oznaczonego jako (10,10A) rozprowadzanego przez głowicę urządzenia (6, 44). 10. Proces wymieniony w poprzednich zastrzeżeniach znamienny tym, że wspomniane pomiary wykonywane są przez optyczne czujniki temperatury. 11. Proces wymieniony w poprzednich zastrzeżeniach znamienny tym, że wymaga powtórzenia etapów (a) - (e). 20 12. Proces wymieniony w poprzednich zastrzeżeniach znamienny tym, że chłodziwo kriogeniczne składa się z azotu. 13. Proces wymieniony w poprzednich zastrzeżeniach znamienny tym, że pomiary wykonywane są przez dotykowe i bezdotykowe czujniki. 14. Proces wymieniony w poprzednich zastrzeżeniach znamienny tym, że pomiary wykonywane są przez czujniki do pomiaru temperatury zasadniczo na całej powierzchni (3) obrabianego przedmiotu (2). 21 22 23 24 25

























Grupy dyskusyjne