專利名稱：熱分析方法、裝置和程序,使用該方法的加熱控制器以及加熱爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據所需的溫度曲線確定用于加熱目標的合適加熱條件的熱分析方法。本發明還涉及使用這種方法的熱分析裝置、加熱控制器和加熱爐。更具體地說，本發明涉及一種熱分析方法、以及使用這種方法的回流爐，以確定用于加熱電路襯底的正確加熱條件。通過在加熱時熔融的焊糊而把電子元件安裝在電路襯底上。電路襯底冷卻之后，熔融的焊糊固化，電子元件由此焊接在電路襯底上。本發明還涉及一種程序和用于記錄這種程序的計算機可讀記錄介質，其可以用于使計算機處理熱分析方法。
背景技術：
當加熱加熱爐中的目標時，需要采用預定的方式控制加熱溫度和加熱時間，從而在特定時間期間內使目標保持在合適溫度、而且不會超出目標的溫度上限而過熱。謹慎的熱分析和溫度控制的重要性不僅在于在特定時間期間內使加熱爐中的目標保持這種合適溫度，而且在于在預熱、主加熱和冷卻階段，根據所需的溫度曲線加熱目標。
下面參照作為實例的回流爐進行說明，該回流爐用于把電子元件焊接到諸如電子線路板(以下稱作“電路板”)之類的電路襯底上。在回流過程中，首先，焊糊印刷在電路板上，再把電子元件安裝在電路板上的相應位置處。然后把電路板引入回流爐，以加熱和熔融焊料，從而把元件焊接并固定在電路板上。為避免由于回流爐中的溫度急劇增加而使目標(即電子元件還有電路板)的加熱性能發生任何毀損，首先在預熱階段以相對較低的溫度加熱目標。預熱階段的這種加熱方式還優選激發包含在焊糊中的焊劑，例如防氧化焊劑，以提高焊接質量。隨后在回流階段加熱目標，此時目標保持在高于焊料熔點的溫度并且保持一預定時間段，從而使焊料完全熔融。回流階段之后，冷卻目標，以將焊料固化，從而把電子元件固定在電路板上。
從近來環境保護的觀點出發，一段時間的發展趨勢是，利用諸如錫-鋅-鉍化合物等不包含任何有毒材料的無鉛材料代替由錫鉛化合物制成的常規焊接材料。這種無鉛焊料的熔點通常大約為220℃，其高于大約為190℃的基于鉛的焊料的熔點。因此，在用于完全熔融的回流加熱操作期間，無鉛材料應在高于常規焊料的溫度下加熱。另一方面，為了防止這樣加熱期間電子元件和電路板的加熱性能變差，目標、或者其上具有電子元件的電路板就不應高于溫度上限而被加熱，這種溫度上限是所有元件和電路板都可經歷和承受它們所期望的功能的溫度。例如，在將被安裝在電路板上的其中一個電子元件是鋁電解質電容器的情況下，這種溫度上限大約為240℃。這就意味著，當用于加熱目標的加熱溫度太低時(例如低于220℃)，電子元件可能不能被可靠地焊接到電路板上，而另一方面，當加熱溫度太高時(例如超過240℃)，可能會損傷電子元件。結果，如上所述，需要在高于其熔點、而且還要低于各個元件的溫度上限的條件下對加熱焊料的溫度進行嚴格控制，以便在回流爐中實現可靠的焊接操作。為達到這一點，應當根據與用于加熱各個目標所需的加熱條件相對應的溫度曲線，正確地確定加熱條件，這些加熱條件包括例如加熱吹風機或者加熱盤之類的加熱源的溫度、和用于穿過加熱爐移動目標的傳輸速度。
有兩種類型的加熱方法適用于加熱爐。其中一種方法是對流型加熱方法，其中來自諸如電力或者燃燒氣體或者油之類的加熱源的經加熱空氣被吹向目標；而另一種方法是輻射型加熱方法，其中諸如紅外輻射加熱源之類的加熱源向目標輻射熱量。有各種加熱設備，例如回流爐、加熱處理爐、燒結爐、諸如用于制造陶瓷的烘焙爐、熔融爐或者焚化設備。根據加熱的目的和/或加熱設備的類型，可以選擇適當的加熱類型。在需要嚴格溫度控制的情況下，例如用于把電子元件焊接在電路板上的回流爐的情況下，由于其溫度控制的可能性相對容易，因此通常選擇對流型加熱方法。
在確定回流加熱條件的常規方法中，把至少一個熱電偶固定到電路板上，并且在加熱期間，測量這種固定點處的溫度變化。通過一個接一個地改變回流爐的加熱條件直到確定合適的加熱條件而重復這種測量過程。每次改變加熱條件時，需要相對較長的時間期間來等待爐溫變成用于下一次試驗的穩定條件。典型地，需要大約10次這樣的重復，直到確定了合適的加熱條件。除了這種漫長的等待時間之外，熟練操作人員的靈感和經驗對于基于先前的測量結果來設定后續的加熱條件也是不可避免的。而且，即便通過這種試驗和錯誤的努力確定了合適的加熱條件，也仍然不能確定這種加熱條件是否是最優的，即這種加熱條件是較容易符合所要求的條件、還是幾乎不能符合條件。
在現有技術中，已經提出了確定回流加熱條件的一些可選擇的方法，以避免這種由熟練操作人員運用的漫長繁瑣的操作方法。日本專利申請公開號JP特開平2002-45961A公開了一種用于確定最優加熱條件的方法，包括下述步驟在加熱爐中加熱具有已知物理特性的測試樣品，并測量其溫度變化；通過把加熱爐的加熱特征作為參數，利用微分方程處理溫度變化；通過改變表示加熱爐的加熱特征的值、直到測量值和已處理的值之間的差值變成最小，來重復這種處理過程。
日本專利申請公開號JP特開平1999-201947A(專利號3274095)公開了一種控制加熱源的方法，包括如下步驟對將被用于加熱目標的多個加熱源中的每一個加熱源設定加熱條件；加熱目標并檢測目標的多個檢測點的溫度；計算用于每一加熱源的加熱條件的差值和目標的每個檢測點的檢測溫度的差值之間的關系；以及根據計算結果，確定用于每一加熱源的可能使目標的溫度與指標溫度相同的加熱條件。
但是，這兩種方法都需要目標(或者測試件)的物理特性，以便用于確定最優加熱特征或者控制加熱源。因此，必須獲得目標的獨立物理特性數據，而且事先輸入這些數據。特別是近來，一個電路板一般要在其上安裝大約100個電子元件。設計的變化和元件組合的變化很常見。從這些情況來看，在操作的觀點來看很難實現這種復雜而費時的、需要獲得目標的獨立測量點或者電子元件的物理特性的方法。在某些情況下，例如由混合元件或者許多元件的組合形成目標的情況下，難于獲得這些元件的物理特性。
美國專利US6283378公開了一種調節具有多個加熱部分的加熱爐的邊界條件溫度的方法，包括如下步驟測量用于每個加熱部分的邊界條件溫度和吹風加熱溫度；以及調節邊界條件溫度使其等于所有加熱部分的差值中的邊界條件溫度與吹風加熱溫度之間的最小差值的量。
但是，根據這種方法，僅通過平行轉換溫度曲線而進行調節，這種調節基于單一因素移動溫度曲線，而不考慮加熱部分的每一邊界處的各個差值。因此，特別是在目標的峰值溫度在所述邊界處不存在時或者當由復雜曲線形成溫度曲線時，難于進行準確的模擬。而且，由于利用單一溫度控制從整體上調節加熱爐，因此存在的問題在于在多個測量點中的每個測量點處忽略了具體加熱條件。
發明內容
因此，鑒于傳統方法中的上述問題，本發明的目的是提供一種熱分析方法和裝置、以及加熱爐，可用于以有效的方式確定加熱爐的合適加熱條件，而不需要將被加熱目標的物理特性，或者不需要在試驗和誤差方式中進行對樣品目標的重復加熱和測量的過程。
本發明的還一個目的是提供一種能夠實現上述方法的加熱控制器、可用于該加熱控制器的計算機可讀記錄介質、以及將被記錄在這種記錄介質中的程序。
本發明通過提供一種熱分析方法和裝置而解決上述問題，該方法和裝置可根據測量位置的加熱溫度和加熱時間、以及測得的測量點處的溫度，確定在加熱爐的每個測量位置將被加熱的目標的每個測量點處的表示加熱特性的單個不變量。更具體地說，本發明包括下述內容。
本發明的一個方面涉及一種熱分析方法，其中，通過使用在目標測量點所測得的溫度以及加熱爐的測量位置處的加熱溫度和加熱時間，把在加熱爐的任何測量位置處的目標的任何測量點的加熱特性確定為單個不變量。這種加熱特性表示加熱爐和將被加熱的目標的其二者的物理特性。
通過使用這種不變量，有可能在加熱爐中以給定的加熱條件加熱目標時，模擬目標的溫度曲線。或者采用相反的方式，有可能確定用于根據給定的所需條件在加熱爐中加熱目標的合適加熱條件。
上述不變量可以是由下列等式限定的m值m=1tln[Ta-TintTa-Ts]]]>其中ln表示自然對數，Ta為加熱爐測量位置的加熱溫度，Tint為在測量位置處目標的測量點的初始溫度，Ts為在測量位置加熱目標時已到達的溫度，而t為在測量位置的加熱時間。
通過使用m值，可根據由下列等式限定的用于加熱的基本等式，確定用于滿足目標的溫度Ts的加熱爐的加熱溫度Ta和加熱時間tTs＝Ta-(Ta-Tint)e-mt其中等式中的e表示自然對數的底。或者采用相反的方式，當給出加熱爐的加熱溫度Ta和加熱時間t時，可以模擬目標的溫度Ts。
本發明的另一方面涉及一種用于使計算機處理用于確定加熱爐的合適加熱條件的步驟的程序，所述加熱爐具有用于根據與用于第一階段和第二階段中的每個階段的預定所需條件相對應的所需溫度曲線、形成用于加熱目標的第一和第二加熱階段的多個加熱部分，其中所述步驟包括當在測量位置處在特定加熱條件下加熱目標時，獲得所述多個加熱部分中的每個加熱部分的至少一個測量位置處的加熱特性值，所述加熱特性值是根據所述測量位置處的加熱溫度和加熱時間、以及目標的至少一個測量點處的測量溫度計算出的；在所有測量點中選出在第一加熱階段進行加熱的期間已達到最高溫度的一個測量點，并確認所選出的測量點的溫度是否超出所需條件的上限(確認步驟A)；當在確認步驟A所選出的測量點的溫度超出第一加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則降低加熱溫度而修改加熱條件，并通過使用相應的加熱特性值、在修改后的加熱條件下、在每個測量點處模擬溫度，再從確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟A所選出的測量點的溫度不超出第一加熱階段的所需條件時，確認所選出的測量點是否符合第一加熱階段的所需條件的加熱時間(確認步驟B)；當所選出的測量點的加熱時間在確認步驟B短于第一加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則升高加熱條件、或者通過根據預定法則延長加熱時間而修改加熱條件，通過使用相應的加熱特性值在修改后的加熱條件下對每個測量點進行溫度模擬，并且從確認步驟A重復上述處理步驟；當所選出的測量點的加熱時間在確認步驟B超出第一加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則降低加熱條件、或者通過根據預定法則縮短加熱時間而修改第一加熱階段的加熱條件，通過使用相應的加熱特性值在修改后的加熱條件下對每個測量點進行溫度模擬，并且從確認步驟A重復上述處理步驟；當所選出的測量點的加熱時間在確認步驟B符合第一加熱階段的所需條件時，確認所有其它測量點是否符合第一加熱階段的所需條件(確認步驟C)；當在確認步驟C任何一個測量點不符合第一加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則延長第一加熱階段的加熱時間、或者根據預定法則升高第一加熱階段的加熱溫度而修改加熱條件，而且通過使用相應加熱特性值、在修改后的加熱條件下對每個測量點模擬溫度，再從確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟C所有測量點符合第一加熱階段的所需條件時，在所有測量點中選出已在加熱期間在第二加熱階段達到最低溫度的一個測量點作為臨界測量點；通過根據預定算法在第二加熱階段使用用于每個測量位置的相應加熱特性值、來模擬臨界測量點的溫度，在第二加熱階段檢測每個加熱部分的加熱條件，所述加熱條件可使所述臨界測量點都滿足目標需要達到的所需上限溫度和目標不應超出的最大溫度；確認檢測步驟的任何檢測出的加熱條件是否符合目標需要通過(clear)以實現加熱目的的、被定為指標的加熱溫度和加熱時間(確認步驟D)；當在確認步驟D所有檢測出的加熱條件都不符合被定為指標的加熱溫度和加熱時間時，通過根據預定法則延長加熱時間而修改加熱條件，通過使用相應加熱特性值在修改后的加熱條件下在每個測量點模擬溫度，而且從選出臨界測量點的步驟或者確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟D任何檢測出的加熱條件都符合被定為指標的加熱溫度和加熱時間時，確認這種檢測出的加熱條件是否符合目標在加熱期間可以承受的、可允許極限溫度和時間的其它所需條件(確認步驟E)；當在確認步驟E所有檢測出的加熱條件都不符合可允許的極限溫度和時間時，通過根據預定法則縮短加熱時間而修改加熱條件，通過使用相應加熱特性值在修改后的加熱條件下在每個測量點模擬溫度，而且從選出臨界測量點的步驟或者確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟E任何檢測出的加熱條件符合可允許的極限溫度和時間時，利用所有檢測出的加熱條件中的最短時間、臨時選出已通過可允許極限溫度和時間要求的一種檢測出的加熱條件、作為用于滿足所需溫度曲線的合適加熱條件；通過使用其它測量點的相應加熱特性值在臨時選出的加熱條件下模擬溫度，確認所有其它測量點是否符合第二加熱階段的所需條件(確認步驟F)；當在確認步驟F任何測量點都不符合第二加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則縮短加熱時間而修改臨時選出的加熱條件，通過使用相應加熱特性值在修改后的加熱條件下模擬每個測量點的溫度，而且從選出臨界測量點的步驟或者確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟F所有測量點符合用于第二加熱階段的所需條件時，確定臨時選出的加熱條件適于滿足所需溫度曲線。
第一加熱階段和第二加熱階段既可以設置成在上述程序中示出的組合步驟中，也可以設置成分開的處理過程。
在上述程序中，用于檢測使臨界測量點都滿足所需上限溫度和最大溫度的加熱條件的預定法則由以下步驟構成通過將各個加熱溫度每次以預定的量獨立地、在加熱部分的起點處、從目標的初始溫度升高到由加熱爐限定的預定上限溫度，建立至少兩個加熱部分的加熱條件的組合；
在加熱條件的每種已建立的組合下，模擬臨界測量點的溫度，并且對應于加熱條件的每種組合生成溫度曲線；以及檢測加熱條件的任意組合，所述組合可以使相應的經模擬的溫度設定在由所述的至少兩個加熱部分限定的區域內部，該區域由上邊界和下邊界包圍；其中上邊界包括位于先前加熱部分的初始溫度的點H和位于同一加熱部分的終點處的最大溫度的點E之間的溫度上升線，以及位于所述點E和位于所述至少兩個加熱部分的終點處的點G之間的最大溫度的線；同時所述下邊界包括位于所述點H和位于所述至少兩個加熱部分的終點處的所需上限溫度的點F之間的線。
本發明另一方面還涉及一種用于執行熱分析的裝置，用于在加熱爐中加熱目標，包括輸入裝置、存儲器和處理器；其中所述輸入裝置獲得加熱爐的加熱溫度和加熱時間的信息以及目標的溫度信息；所述存儲器存儲用于計算加熱特性值的邏輯和用于加熱的基本等式、或者存儲通過使用所述加熱特性值以及加熱溫度和加熱時間來計算將被加熱的目標的溫度的邏輯；以及所述處理器通過使用存儲在所述存儲器中的所述邏輯和所述基本等式，計算所述加熱特性值、或者與加熱溫度和加熱時間相對應的目標的溫度。該裝置進一步包括用于讀取記錄介質的讀取裝置，在這種情況下，處理器通過使用由輸入裝置獲得的用于加熱目標的所需條件、通過讀取記錄介質所獲得的讀取裝置的算法以及由處理器計算出的加熱特性值，確定包括加熱溫度和加熱時間的、能夠滿足將被加熱目標的所需條件的合適加熱條件。
上述裝置可以通過增加輸入裝置而用做一種加熱控制器，所述加熱控制器可確定合適的加熱條件，所述加熱條件包括用于在加熱爐中構成的每個加熱部分的加熱溫度和加熱時間。該加熱控制器還根據這樣確定的合適加熱條件控制加熱爐，從而根據與用于加熱目標的所需條件相對應的所需溫度曲線來加熱目標。
本發明另一方面還涉及一種加熱爐，用于加熱根據與用于加熱目標的所需條件相對應的所需溫度曲線來加熱被引入爐內的目標，所述加熱爐包括至少一個加熱部分、設置在每個加熱部分以加熱目標的加熱源、以及能夠控制用于每個加熱部分的加熱條件的加熱控制器。該加熱爐設有上面所述的加熱控制器。
上述加熱爐可以是回流爐、加熱處理爐、燒結爐、烘焙爐、熔融爐、或者焚燒設備中的任何一種。
通過參照附圖將更詳細地描述本發明，其中圖1圖示出根據本發明所述的回流加熱爐的實施例、以及將在加熱爐中被加熱的目標的典型溫度曲線；圖2示出加熱爐和將被加熱的目標之間的能量傳遞關系；圖3示出將被加熱的樣品目標，以及用于在目標測量點處測量溫度的設備；圖4圖示出將在此確定m值的加熱爐的其中一個加熱部分的測量點；圖5示出根據本發明的一個實施例所述用于模擬溫度的試驗1的結果；圖6示出根據本發明的一個實施例所述用于模擬溫度的試驗2的結果；圖7圖示出根據本發明的一個實施例生產的模擬溫度曲線；圖8是根據本發明的另一實施例所述的熱分析方法的流程圖；圖9示出根據本發明的一個實施例所述用于模擬溫度的試驗3的結果；圖10示出用于判別加熱空氣的吹風速度和加熱特性值之間的關系的試驗的結果；圖11的流程圖示出根據本發明的另一實施例所述的程序的步驟；圖12簡要示出改進用于圖11所示流程的第一加熱階段的加熱條件的邏輯圖；圖13示出用于檢測圖11所示流程的第二加熱階段的加熱條件的算法；圖14簡要示出用于檢測圖11所示流程的第二加熱階段的加熱條件的另一種算法；圖15示出利用根據本發明所述的熱分析方法獲得的一些實例；圖16示出將被應用于第二加熱階段的圖11的可選流程圖；圖17圖示出根據本發明的另一實施例所述的用于熱分析的裝置和加熱爐的方框圖。
具體實施例方式
下面說明根據本發明所述的熱分析方法和裝置的第一實施例。在下面的說明中，用于焊接的回流爐作為一種實例進行討論，但要說明的是，本發明并不局限于此。圖1示出了回流爐(附圖的上半部分)的實例、以及在回流爐中加熱目標時目標的溫度曲線(附圖中的下半部分)。加熱目標、或者在此情況下具有多個安裝在其上的電子元件的電路板1利用輸送設備8從圖中的右側引入回流爐10。之后使電路板1在由箭頭2所示的方向上穿過回流爐10從右至左移動，并且在加熱之后最終送出回流爐10，到達左側。在加熱爐10中這樣移動過程期間，印刷在電路板1上的焊糊熔化，從而把安裝在電路板1上的電子元件錫焊(即焊接)在電路板1上。在圖1所示的回流爐10中，由7個加熱部分I-VII構成，而且這些加熱部分I-VII中的每一個具有各自獨立的加熱源7。每一加熱源7從箭頭5所示的上側和下側把受溫度控制的被加熱空氣吹向電路板1、從而把目標或者電路板1和電子元件加熱到所需的溫度。
圖1的下半部分示出了回流爐10中被加熱目標的溫度變化或者溫度曲線。電路板1在溫度Tr下(通常為室溫)被引入回流爐10，并被逐漸加熱，在加熱部分III處到達預熱溫度T0，并且保持在該溫度T0下一段時間t0。
之后，電路板1在加熱部分VI處被加熱到溫度T2，該溫度T2是熔融焊料所需的溫度(目標加熱溫度)，并把電路板1在加熱部分VI和VII中保持在溫度T2下總共一段時間T2，以熔融焊料。焊料完全熔融之后，把電路板1送出加熱部分VII，再冷卻到大氣溫度水平。在冷卻過程中，熔融的焊料固化，而且被安裝的電子元件固定在電路板1上。冷卻設備11可用于便于通過把空氣或者冷卻的空氣吹向電路板1而進行冷卻。圖示的溫度曲線僅僅是實例性的，而且通過改進每一加熱部分I-VII的加熱條件可實現其它所需的溫度曲線。
對于在回流爐10中加熱時需要實現完全焊接電子元件而且需要避免加熱損壞這些電子元件的情況，采用某些形式的所需條件進行加熱，以適當地控制回流爐10的加熱，例如下面所列的條件(a)至(f)。這些條件如圖1所示。可以理解這種條件可應用于焊料回流的目的，而且也可以根據加熱的目的設置其它條件。
(a)被定為指標的加熱溫度和加熱時間(T2，t2)它們用于根據加熱的目的，使目標在所需的溫度下保持所需的一段時間。在焊料回流加熱的情況下，需要這種加熱溫度和加熱時間，以將焊料保持在其熔點之上預定的時間段，從而實現完全熔融。
(b)所需的上限溫度(Treq)這種溫度是加熱過程中需要到達的目標的峰值溫度。在焊料回流加熱情況下，需要這種溫度，以將焊料轉換到完全液化的相態下。
(c)最大溫度(Tmax)這種溫度是目標將不轉換的最大溫度。在焊料回流加熱情況下，這種上限溫度用于避免電子元件以及電路板加熱損壞。
(d)可允許的極限溫度和時間(T1，t1)它們是在加熱過程期間目標可以承受的極限溫度和時間條件。在焊料回流加熱情況下，電子元件和電路板將在這種溫度和時間水平下承受加熱，而不會導致任何加熱損壞。
(e)預熱溫度和時間(T0，t0)它們是在為到達所需的目的，在主加熱之前加熱目標所需的溫度和時間。在焊料回流加熱情況下，這些預熱條件是為了激發焊糊流動，并為了避免由于在回流階段溫度急劇上升而造成電子元件加熱損壞。
(f)溫度變量(Δt)這是目標的多個測量點中的最大允許溫度差。在焊料回流加熱情況下，最好避免在電子元件之間存在任何局部溫度變化。由于圖1示出了僅用于單個測量點(即，單個電子元件)的溫度曲線，因此在該圖中未示出溫度變量Δt。
需要針對每一加熱部分I-VII確定合適的加熱條件，以使在穿過回流爐10移動目標的同時，加熱目標1可以滿足加熱操作過程中所需的所有這些加熱條件。
現在，引入一些表示加熱源和加熱目標之間的熱關系的等式。圖2示出加熱目標1上的一個測量點(即一個電子元件)、以及將被施加在測量點上的能量。在此情況下，使用由于吹動被加熱空氣而發生的對流式加熱。測量點具有前表面S、厚度D、體積V，以及用于對流式加熱的物理特性，即密度ρ、比熱C和傳熱比h。當將被吹動的被加熱空氣的溫度為Ta，并且測量點的表面溫度為Ts時，將被傳遞的熱能Q由下列等式表示Q＝h(Ta-Ts)S (1)在Δt秒期間測量點的表面溫度Ts的溫度變量ΔT大致表示為ΔTΔt=SρCV{h(Ta-Ts)+αϵF(Th4-Ts4)}---(2)]]>該等式可以改寫為ΔTΔt=hSρCV(Ta-Ts)+αϵFSρCV(Th4-Ts4)---(3)]]>等式3右側的后半部分表示輻射式加熱項(element)，其中α為測量點的輻射吸收率，ε為測量點的輻射率，F為加熱源和測量點之間的結構因子，而Th為輻射加熱源的溫度(表面溫度)。
在對流式加熱情況下，這種輻射式加熱的效果一般很小，可以忽略。因此，對于對流式加熱的情況，等式右側的后半部分被刪除，在這種情況下，等式3改寫為ΔTΔt=hSρCV(Ta-Ts)---(4)]]>通過引入由下式表示的“m”值m=hSρCV---(5)]]>將等式4改寫為ΔTΔt=m(Ta-Ts)---(6)]]>當起始時間(即t＝0)的溫度Ts假定為Tint時，等式6可以改寫為
Ts＝Ta-(Ta-Tint)e-mt(7)在等式7中，Ts和Tint都表示目標的表面溫度，其中Tint為開始加熱時的初始溫度，而Ts為目標被加熱時的已達溫度。還有，在等式7中，“e”表示自然對數的底。在本說明書中，可以用于確定目標的表面溫度Ts的等式7在下面稱作“加熱基礎等式”。
利用等式7，可將等式6中的“m”改寫為m=1tln[Ta-TintTa-Ts]---(8)]]>等式8中的“ln”表示自然對數。在等式8右側的項中，加熱時間t、加熱溫度Ta、初始溫度Tint、以及已達溫度Ts都是可測量的。于是，當測出這些項時，則可利用這些測量結果計算“m”的值。這就是說，一旦目標被加熱，并且這種加熱期間測得等式8右側的這些值，就可利用等式8確定“m”的值，而無需知道諸如等式5所示的目標密度ρ、比熱C和傳熱比h之類的目標的任何物理特性。在本說明書中，這樣計算出的值“m”以下稱作“m值”。由于從等式8計算出的m值基于通過特定加熱爐加熱而獲得的目標的實際測量值，因此可以認為這種m值是由單個量化常數定義的“加熱特性”。正如所理解的那樣，加熱特性顯然表示進行測量的目標和加熱爐的物理特性。
加熱爐和目標的上述物理特性可包括、但并不局限于下述情況加熱爐爐的結構、內部容積、加熱源的類型、加熱部分的個數和布局、加熱源的響應、加熱干擾、外部干擾等。
加熱目標物理特性(表面積S、厚度D、比熱C、傳熱比h等)、結構、初始溫度、表面情況等。特別是電路板的情況下，還包括電子元件的安裝密度和安裝位置、以及襯底表面上的電路布局等。
在本說明書中，與加熱爐和目標的加熱特征有關的所有這些因素都被稱作“加熱特性”。m值可以認為是表示所有這些因素的“加熱特性”的單個量化常數。
當在加熱爐中加熱目標時，很顯然即便是基于單個目標，其加熱條件在點與點之間也不相同。在僅依賴于目標的物理特性的傳統熱分析方法中，可以不考慮加熱特性的上述各種因素，因此模擬結果發生波動。相反，根據本發明，可以避免這些缺陷，這是因為使用了表示影響加熱條件的所有因素的m值。也就是說，通過使用模制，與使用單一物理特性的傳統模擬結果相比較，可獲得更實際而且更精確的模擬結果。
圖3圖示出將被用于確定m值的樣品電路板1。多個電子元件3安裝在樣品電路板1上，而且熱電偶4連接至被選作測量點的這三個元件3a、3b和3c。這些熱電偶4連接至用于記錄測量結果的外部記錄設備6。測量結果可通過A/D轉換器進一步從記錄設備6傳送到計算機或者加熱控制器，但計算機或者加熱控制器都沒有在附圖中示出。盡管附圖中只選擇了三個元件3a、3b和3c作為測量點，但將被測量的元件數并不局限于三個。一般來說，最好是識別出將被安裝在電路板上的所有元件的加熱特性(或者約束)、并且選擇作為加熱臨界條件中那些有代表性的元件或者這樣的元件即，對于被選擇的測量點，相對于元件的尺寸和/或熱容，其溫度上升相當困難。
圖4示出了在圖1所示回流爐10的加熱部分I的情況下，其中一個加熱部分中的測量位置。這些測量位置是將要確定m值的位置。圖中的垂直線表示測量點(目標)的溫度，而水平線表示時間。在本說明書中，“測量點”和“測量位置”的彼此不同之處在于“測量點”表示在此進行溫度測量的、將被加熱的目標的部位，而“測量位置”表示在此進行溫度測量的、加熱爐的部位(即，確定m值的、加熱爐的部位)。盡管圖中的水平線表示時間，但也可將其解釋為目標每經過t秒時的測量位置。在圖示的實例中，在加熱部分I有n個測量位置，其中該加熱部分I具有彼此相同的距離，而且個數n可設定為任何所需的數值。在時間t期間，在這些測量位置的每個位置處加熱目標，而且隨著時間的流逝、或者隨著目標在圖中從右至左的移動，目標的溫度逐漸上升。測量位置彼此之間不需要具有相同的距離，而是每一距離都可以是任意長的。
室溫Tr下的樣品電路板1被引入加熱爐，利用從各個加熱源7(參加圖1)吹來的溫度為Ta的被加熱空氣在每個測量位置加熱樣品電路板。在測量點3a、3b、和3c的溫度逐漸從室溫Tr上升的時間期間，測量各個表面溫度Ts。根據等式8測得的溫度計算總共n個m值(m1，m2，m3......和mn)。在等式7和8中，每一測量位置的初始溫度Tint由在前測量位置達到的溫度Ts給出。
盡管圖4示出了僅用于電子元件3a的m值，但也可通過測量每個相應測量位置的各自溫度而計算其它元件3b和3c中的每個元件的總共n個m值。根據由本發明所進行的試驗，在單個加熱部分選擇100個測量位置(即n＝100)，并對每個測量點計算總共100個m值。選擇這么多測量位置的原因是，即便在根據被加熱空氣的溫度變化和/或被加熱空氣的吹動速度變化而改變單個加熱部分時，特別是在加熱爐的入口部分或者在兩個相鄰加熱部分之間的邊界處，也不可避免地由加熱部分之間的加熱干擾和/或外部空氣導致某些影響，由此理想的是通過使每個測量位置變窄而確定許多個加熱特性，以進行準確地模擬。相反，在只需要加熱爐的一般特征的情況下，在極端情況下，只計算用于每個加熱部分的一個m值、甚至計算整個加熱爐的大多數臨界部分的單個m值就足夠了。
盡管圖4只示出了加熱部分I，也可采用類似的方式測量用于其它加熱部分II-VII的每個測量位置的溫度，由此計算用于所有這些位置的m值。假設其它加熱部分中的每個位置也具有100個測量點，將被計算的m值的總數之和為2100(100個位置×7個部分×3個測量點)，而且所有這些值都被傳送到計算機和/或加熱控制器。
現在，將在下面說明一種模擬方法，該方法通過使用這些用于每個測量點和測量位置的計算出的m值、識別基于回流爐加熱條件的變化的受熱目標的溫度曲線。如上所述，根據本發明，以樣品電路板的實際加熱和測量情況而確定表示加熱特性的m值，而不需要使用將被加熱的目標的諸如密度ρ、比熱C和傳熱比h之類的物理特性。由于這樣確定的m值表示每個測量位置的每個測量點處的單個加熱特性，因此可以更有效更準確地模擬基于加熱條件變化的溫度曲線，而且可以不需要通過對樣品電路板實際加熱而進行驗證。
圖5(a)-5(e)示出利用回流爐根據本發明而執行的模擬結果1。圖5(a)示出樣品電路板1在回流爐10中進行輸送而且被加熱時，每個加熱部分I-VII處的加熱溫度。在此加熱過程期間，測量每個測量位置的每個測量點3a-3c的溫度。在這種試驗中對加熱目標所需的條件為(a)被定為指標的加熱溫度和加熱時間(T2，t2)T2＝220℃，而且t2≥20秒。
(b)所需的上限溫度(Treq)230℃。
(c)最大溫度(Tmax)240℃。
(d)可允許的極限溫度和時間(T1，t1)T1＝200℃，而且t1≤40秒。
(e)預熱溫度和時間(T0，t0)T0＝160℃-190℃，而且t0＝60秒-120秒。
(f)溫度變量(Δt)＜10℃。
把樣品電路板1從圖5(a)右側引入加熱部分I，并且隨后通過以穿過每個加熱部分I至VII的這種順序在回流爐10中進行輸送。由加熱部分I至V組成的第一加熱階段為預加熱階段，而由加熱部分VI至VII組成的第二加熱階段為回流階段。在圖中所示的實例中，預加熱階段的加熱溫度對于該階段中的所有加熱部分I-V設定為190℃。這種溫度是用于預加熱的允許溫度范圍的上限(T0)。回流階段的加熱溫度對于該階段中的加熱部分VI和VII被設定為240℃，該溫度等于所需條件中的最大溫度(Tmax)。樣品電路板1的輸送速度v為1.25米/分鐘。正如所理解的那樣，在勻速輸送目標的情況下，輸送速度v可以用于進行分析，代替加熱時間t。例如，當單個測量位置的長度為1時，可利用等式v＝1/t將時間t轉換成輸送速度v。
樣品電路板1引入這樣設定加熱條件的回流爐10中，而且之后在回流爐10的每個測量位置測量樣品電路板1的每個測量點處的表面溫度Ts。結果，利用這些測得的溫度Ts以及加熱溫度Ta和加熱時間t(或者在此情況下為輸送速度v)，根據等式8計算m值。
當計算出用于目標的每個測量點和加熱爐的測量位置的所有m值時，就可以進行模擬。圖5(b)示出了用于模擬的加熱條件，其中加熱部分I，II和VI中的加熱溫度是變化的，而輸送速度v不變(v＝1.25米/分鐘)。圖5(c)示出這種加熱條件下的模擬結果。通過使用如上所述計算出的相應m值根據等式7獲得這些模擬結果。
在圖5(c)中，示出了只有部分模擬結果包括用于3個測量點(3a，3b和3c)的溫度變化Δt(上面所列出的所需條件中的(f)項)、最大溫度Tmax(上面所列出的(c)項)、超過220℃的溫度下的被定為指標的加熱時間t2(上面所列出的(a)項)、以及超過200℃的溫度下的允許極限時間t1(上面所列出的(d)項)。如果需要，通過使用用于單個測量點的每個測量位置的總共700個表面溫度，也可以獲得與上面所列的所需條件相對應的所有其它模擬結果。例如，圖5(c)示出只在回流階段的模擬數據，但是也可以得到預加熱階段的數據(例如，加熱部分III的中心位置處的測量值)。
圖5(d)示出了在與圖5(b)所示的相同加熱條件下、通過實際加熱樣品電路板1而獲得的與圖5(c)所列的相同項的驗證結果。圖5(e)示出圖5(c)所示的模擬結果和圖5(d)所示的驗證結果之間的差別。正如從圖5(e)所理解的那樣，模擬和驗證之間的最大溫度差在測量點3b為2.4℃(228.1-225.7)，而在測量點3a處的最大時間差為2.4秒(28.0-25.6)。考慮到這樣的事實，即由于回流爐和測量設備所引起的特定水平的測量變化是不可避免的，這種差值相當小，而且這也證明根據本實施例所述的模擬方法非常準確。
圖5(c)和5(d)中的圓圈內的數值表示測量點3b處的峰值溫度并不符合所需的上限溫度(Treq＝230℃)，該溫度是把焊料轉換成完全液化相態所需的溫度。于是，模擬結果(圖5(c))以及驗證結果(5(d))表明需要在回流階段進一步升高溫度和/或降低輸送速度。
圖6示出根據本實施例的另一試驗性模擬結果2。圖6(a)-6(e)中的圖表的內容與圖5(a)-5(e)的類似，即圖6(a)示出用于加熱樣品電路板1以獲得m值的加熱條件。很顯然，樣品電路板1的每個測量點的溫度不應超出加熱源的加熱溫度。因此，在初始加熱時刻，最好把預加熱階段的加熱溫度設定在最高可允許預加熱的溫度范圍T0(190℃)、并且類似地把用于回流階段的加熱溫度設定在最大溫度Tmax(240℃)。由于可以只在一種方向上進一步地改變條件，當需要這種條件變化時，該方向是增加加熱溫度的方向，這種溫度設定過程使用于選擇模擬用后續加熱條件的工作更加容易。用于這樣加熱的輸送速度v為0.8米/分鐘。除T2和T1分別設定在200℃和180℃之外，用于加熱目標的所需條件與先前的試驗1中的條件相同。
圖6(b)示出用于模擬的加熱條件，其中輸送速度v為雙倍的(0.8→1.6米/分鐘)，而其它所有條件自初始加熱以來沒有變化。當進行模擬時，這種速度變化實際上是通過改變等式7中的加熱時間t而實現的。也就是說，當輸送速度為二倍時，每一加熱部分I-VII處的加熱時間變成一半。
圖6(c)示出在上述改變的加熱條件下執行模擬的結果，圖6(d)示出在相同加熱條件下通過實際上加熱樣品電路板1的驗證結果，而圖6(e)示出圖6(c)和6(d)之間的差別。從圖6(e)可以清楚看到，模擬和驗證之間的最大溫度差為4.1℃(214.9-210.8)，而最大時間差為4.6秒(19.8-15.2)。對于模擬精度來說，可以認為這是邊際值(marginal level)。實際上，當與技術人員的預測和實際加熱產生的結果之間的差值相比較時，這種差值的大小還是可以接受的。
但是，應當承認，當與圖5(e)所示的差值相比較時，圖6(e)所示的差值相對較大。對此的可能原因是，由于當樣品電路板1高速經過兩個相鄰加熱部分之間的邊界時產生的加熱界面，在此情況下的諸如雙倍輸送速度之類的急劇條件變化可能降低模擬精度。因此，在急劇條件變化時進行模擬的情況下，例如雙倍輸送速度的情況下，最好通過在這種更改的加熱條件下實際上加熱樣品電路板而重新計算m值，并通過利用重新計算的m值進行進一步模擬。
圖7示出在圖5(c)和5(d)所示的測量點3a處的兩條溫度曲線，其中一條是使用根據本發明獲得的m值的模擬結果的溫度曲線，而另一條是通過在相同加熱條件下在驗證步驟中實際上加熱樣品電路板而獲得的溫度曲線。垂直線表示溫度，而水平線表示時間(從右至左)。通過對從每一加熱部分的100個測量位置(對于單個測量點總共有700個位置)獲得的經計算的表面溫度進行繪圖，可得到模擬結果的溫度曲線。從圖中可以清楚看到，模擬結果和驗證結果幾乎相同，這就表明根據本實施例所述的模擬非常精確。從圖中也可以理解，當在用于回流爐的總共700個位置處進行溫度模擬時，可以獲得幾乎完美的溫度曲線。
現在，通過參照圖8所示的流程圖在下面說明使用上述模擬方式進行熱分析的方法。熱分析的這種方法可用于確定諸如回流加熱線之類的生產線中的加熱爐的合適加熱條件。首先，在確定m值階段，在步驟#1確定加熱爐的樣品和加熱條件。這種加熱條件可包括，但并不局限于，每一加熱部分I-VII的加熱溫度和加熱時間(或者輸送速度)、樣品電路板的測量點、以及用于每一加熱部分I-VII的測量位置。在步驟#2，輸入用于加熱目標的所需條件。在這種情況下，最好是包括上述所需的項(a)-(f)(T0，T1，T2，Tmax，Treq，ΔT，t0，t1，t2)，但還有可能包括任何其它所需的條件。
確定這些所需的條件之后，把樣品電路板1引入回流爐，并通過在步驟#3使用溫度測量設備(例如熱電偶)測量每個測量點的表面溫度Ts(包括初始溫度Tint)。之后，在步驟#4，通過使用加熱條件和已測的溫度計算用于每個測量位置和測量點的m值或者加熱特性值。怎樣計算m值的方法和上面已經說明的方法相同。應當說明的是，如上所述，加熱目標和/或加熱爐的物理特性并不需要用于計算m值。進一步地，這樣計算出的m值被認為是可以表示加熱爐和加熱目標的所有物理特性的加熱特性值。
計算出m值之后，操作過程進入模擬階段。在步驟#5，確定用于模擬的加熱條件。在該步驟，可把用于每一加熱部分的加熱溫度和加熱時間(或者輸送速度)設定在任何理想的值上。另外，如后面所述，如果使用對流式加熱方式，還可以選擇被加熱空氣的吹動速度。在步驟#6，根據使用在步驟#4計算出的相應m值的模擬結果生成溫度曲線。盡管圖7中只示出了一條用于單個測量點的溫度曲線，但也可以生成用于所有其它測量點的類似溫度曲線。在步驟#7，根據所有這些溫度曲線，核對第一加熱階段的所需條件是否滿足。在流程圖中所示的過程中，該第一加熱階段與預加熱階段相對應。也就是說，在步驟#7，核對用于對所有測量點預加熱的溫度T0和時間t0(在先前所示的實例中，T0＝150-190℃，t0＝60-120秒)的所需條件是否滿足。
如果不是所有測量點滿足所需的條件，操作過程就進入步驟#5，而且重新設定諸如加熱溫度之類的模擬加熱條件。如上所述，如果用于第一加熱階段(預加熱階段)的加熱溫度設定在可允許范圍中的最高溫度(先前實例中的190℃)，應當理解，當不滿足所需條件時，因為被加熱目標的溫度將不超出加熱溫度，因此由于加熱時間短而導致這種失敗。由此，當重新設定第一加熱階段的加熱條件時，無論是升高加熱溫度還是延長加熱時間(或者降低輸送速度)的條件變化、或者二者都發生變化是需要的。一般來說，對于第一加熱階段或者預加熱階段所需的加熱條件的要求并不象對第二加熱階段的要求那樣嚴格，這是因為第二加熱階段對于實現加熱的最終目的更重要。
之后，在步驟#8，核對第二加熱階段所需的條件是否滿足。在回流加熱情況下，在該第二加熱階段需要嚴格的溫度控制，從而確保電子元件的完全焊接，而且同時防止這些元件發生任何加熱損壞。盡管用于第一和第二加熱階段的兩個核對步驟#7和#8示出在流程圖中，但如果需要，也可以有其它核對步驟，像第三或者第四加熱階段一樣。相反，如果只需要一個加熱階段，也可以省略核對步驟#7和#8中的其中之一。
如果在核對步驟#8中不滿足第二加熱階段的所需條件，操作過程就返回步驟#5，并修改用于模擬的加熱條件。例如，如果模擬結果與圖5(c)所示的結果相同，則用于測量點3b的所需上限溫度(Treq)的圓圈內的數據(228.1℃)就不滿足230℃的所需條件。于是，需要在步驟#5中通過升高加熱溫度或者延長加熱時間9(或者降低輸送速度)來修改用于回流階段的加熱條件，以滿足這種所需的條件。正如圖1所示，由于在此回流階段給出了象一個網絡一樣的各種所需加熱條件，因此當重新設定用于模擬的加熱條件時，需要考慮所有這些因素。
在這種關系中，在現有技術中加熱樣品電路板之后，技術人員根據先前的結果確定用于后續加熱試驗的后續加熱條件，并重復這種處理步驟。相反，根據本實施例，一旦計算出m值，就通過使用m值把模擬作為紙件上的工作來進行。因此，即便在有些隨機的基礎上設定后續加熱條件，這種重復的模擬工作也并需要很長的時間。作為一實例，假定通過每次改變加熱條件而進行10次重復模擬，在完成一次加熱試驗之后，在穩定條件下完成包括用于制作加熱爐的等待時間的傳統工作通常需要大約5小時。根據本實施例的模擬，這種模擬工作大約可在1小時內完成。顯然當使用后面將會說明的計算機時，甚至能夠以更高的效率完成這種模擬。
如果在步驟#8中所有用于回流階段的所需條件都滿足，則可在步驟#11確定如虛線所示的適當加熱條件。步驟#9和#10為驗證步驟，用于確認通過這種模擬工作確定的加熱條件是否實際上滿足通過實際上加熱樣品目標的所需條件。這些步驟#9和#10是任選的，而且只要能夠確保根據本實施例所示的模擬工作的精度，就可以省略這些處理步驟。如果驗證步驟#9和#10的結果表明不滿足所需的條件，則操作過程就返回步驟#4，而且根據驗證步驟的結果重新計算m值，并重復模擬步驟。通過改變加熱條件而這樣重復模擬工作，可獲得更精確的溫度模擬結果。
圖9示出包括如下步驟的試驗3即，加熱樣品電路板并獲得m值；使用m值進行模擬；通過在與模擬相同的加熱條件下實際加熱樣品電路板而驗證模擬結果；根據這種驗證過程所獲得的數據重新計算m值；以及使用重新計算出的m值進行另一種模擬。圖9(a)示出用于加熱樣品電路板的每一加熱部分I-VII的初始加熱條件。根據這種加熱結果計算初始m值。圖9(b)示出為執行第一次模擬而選出的加熱條件，而圖9(c)示出通過第一次模擬獲得的最終溫度和時間的一些結果。圖9(d)示出通過在與圖9(b)所示相同的加熱條件下實際加熱樣品電路板而得到的相應驗證結果，而圖9(e)示出模擬結果(圖9(c))和驗證結果(圖9(d))之間的差值。
根據圖9(e)所示，最大溫度差為3.4℃(239.4-236.0)，而最大時間差為3.3秒(240.1-236.8)，這是可以接受的精度水平，盡管與例如如圖5(e)所示的那些其它結果相比不那么誘人。除加熱部分I、II、VI和VII的溫度變化之外，對于這種結果的可能原因在于還相當大地增加了加熱目標的輸送速度(從0.8至1.35米/分鐘)。特別是，圖9(d)圓圈中的數據，即用于測量點3a的t1(41.4秒，與所需的值＜40秒相比)、以及用于測量點3c的Tmax(240.1攝氏度，與所需的值＜240℃相比)都超出了可允許范圍，這些數據在圖9(c)所示模擬結果的情況下看不出來。
因此，使用通過實際加熱樣品電路板(圖9(d))而從驗證結果獲得用于每個測量位置和測量點的相應重新計算出的m值，在9(f)所示加熱條件下實施第二次模擬。在該第二次模擬中，降低了用于加熱部分I-V和VII的加熱溫度，然而為了分別滿足測量點3c和3a的t1和Tmax的條件，升高了用于加熱部分VI的加熱溫度，關于這些溫度在先前的加熱過程生產了失敗。如圖9(g)所示的最新獲得的模擬結果符合每個測量點3a-3c的所有所需條件。
圖9(h)示出與圖9(f)所示相同的加熱條件下通過實際加熱樣品電路板而實現的驗證結果。正如圖9(f)清楚所示的一樣，生成的曲線滿足所有所需的條件，包括在圖9(d)所示的先前驗證步驟中沒有滿足的t1和Tmax。圖9(i)示出圖9(g)所示的模擬結果和圖9(h)所示的驗證結果之間的差值。從圖9(i)中可以清楚看出，二者之間的最大溫度差為1.0℃(38.8-37.8)，而最大時間差為1.0秒(231.3-230.3)，其遠遠小于圖9(e)所示第一次模擬結果中的這些數值。從上面所述可以理解，通過重復計算m值的步驟和執行模擬，可逐漸提高模擬精度。這是因為用于模擬的加熱條件一步一步地接近可以滿足所有所需條件的目標加熱條件。
可能發生這些情況，即一方面加熱目標的其中一個測量點的溫度超出最高溫度Tmax(240℃)，而另一方面同一目標的其它測量點的溫度可能沒有達到所需的上限溫度Treq(230℃)(即在測量點中存在較大溫度不一致性)。例如通過調節加熱目標的輸送速度v(或者加熱時間t)，即便在這種極端情況下，也有可能發現解決辦法，但是特別是當條件的可允許范圍非常窄時，確定合適的加熱條件有時變得不可能。根據本發明，通過重復模擬，可以在短時間期間內識別出這種臨界狀態，這就有可能更早判斷出確定合適的加熱條件是不可能的。在現有技術情況下，即便在全部操作過程有時間損失的情況下，也要繼續試驗和誤差處理過程。
當測量點(ΔT)之間的溫度不一致性非常大時，可以考慮加熱爐的物理條件可能存在某些問題和/或變化，例如被加熱的空氣沒有吹到爐的內壁側，或者被加熱的空氣由于某些原因而局部受阻。根據本發明，通過定期獲得特定加熱爐的m值并監視m值的趨勢而可以預見加熱爐的這類問題。另外，當使用多個加熱爐時，可通過在相同加熱條件下加熱相同樣品而獲得每一加熱爐的m值。通過對這些m值之間進行相互比較，可識別出這些爐的物理特性的差別，并且根據這些比較而識別出特定加熱爐的問題。因此，根據本實施例所述的m值也可應用于加熱爐的預防性維修和管理的目的。
進一步地，當識別出多個設備之間的物理特性差別時，可將這種差別用于從整體上控制多個設備。例如，一旦通過使用特定爐A獲得m值，就可對另一加熱爐B進行模擬，而不須實際獲得用于該特殊爐B的單獨m值，這是因為可通過使用二者之間的預先識別出的差值調整爐A的m值而很容易地識別出用于爐B的這種m值。
甚至可將根據本發明的上述實施例所述的熱分析方法應用于更廣泛的領域。其中的一個實例可通過在一個或者多個加熱部分I-VII處改變被加熱空氣吹動的速度來進行模擬。在上述實施例中，假設被加熱空氣的吹動速度為常數(例如5每/秒鐘)。但是，已經知道即便當加熱溫度相同時，改變被加熱空氣的吹動速度的情況下，也可以改變目標的傳熱。通過試驗可獲得傳熱和吹動速度之間的這種關系，或者對于某些情況可得到平均統計數據。
在圖10所示的一種實例中示出了由本發明人進行試驗而獲得的被加熱空氣的吹動速度和加熱特性值、或者m值之間的關系。附圖中，水平線表示被加熱空氣的吹動速度(每/秒)，而垂直線表示m值。根據試驗結果，當垂直線為y軸而水平線為x軸時，利用下列等式近似表示這種關系y＝0.0006x2-0.0009x+0.0377 (9)通過預先獲得這種關系，可通過調整根據等式9所述的m值而進行包括改變被加熱空氣的吹動速度在內的模擬。其它模擬過程與上面所述的這些過程相同。
在上述實施例中，通過對流式加熱對目標進行加熱。根據本發明的另一種m值的可能性應用是輻射式加熱，例如利用紅外輻射加熱目標。正如利用等式3在前面解釋的一樣，利用下列等式示出時間Δt期間加熱目標的溫度變化ΔTΔTΔt=hSρCV(Ta-Ts)+αϵFSρCV(Th4-Ts4)---(3)]]>等式右側的前半部分是對流式加熱項而后半部分是輻射式加熱項。由于對于對流式加熱來說輻射式加熱的影響幾乎可以忽略，因此在等式4所述的對流式加熱的情況下舍去后半部分。在類似方式中，對于輻射式加熱的情況，等式右側前半部分可以舍去，成為下列等式
ΔTΔt=αϵFSρCV(Th4-Ts4)---(10)]]>通過利用等式10替換等式4，可以計算輻射式加熱情況下的加熱特性或者m值。其余的模擬步驟和上面所述的處理步驟類似，因此即使通過使用輻射式加熱情況下的m值也能進行各種模擬。
根據本發明的加熱特性的另一種可能的應用是冷卻目標的情況。在圖1所示的加熱爐中，冷卻設備11設置在現有加熱爐10處。當不需要長時間在高溫下留置目標(例如電路板的情況)時，空氣或者已冷卻的空氣可吹向目標，以快速冷卻目標。即便在這種冷卻操作過程中，在類似于上述方式中，通過在具有已知冷卻空氣的溫度和冷卻時間的預定冷卻條件的情況下冷卻樣品目標，并通過測量目標的每個測量點的溫度，可計算由于冷卻過程的m值。進行溫度模擬的其余步驟類似于上面所述的步驟。
冷卻設備和將被冷卻的目標的這些表示加熱特性(即在這種情況下為冷卻特性)的m值也可應用于對完整的冷卻過程進行熱分析。例如，m值可應用于如下冷卻過程，該冷卻過程相對于圖1所示的曲線具有完全顛倒的溫度曲線，而且初始溫度Tr作為對照軸。也就是說，通過在預定冷卻溫度和冷卻時間(或者目標的傳輸速度)下在冷卻設備中冷卻樣品、并通過測量位于冷卻設備的至少一個測量位置的每個測量位置處的冷卻目標的至少一個測量點的溫度，而計算m值。通過使用這些m值而進行模擬，以生成溫度曲線。也有可能確定滿足冷卻目標的所需溫度曲線的合適冷卻條件。
當將本發明的方法應用于這種冷卻處理時，應該理解上面說明書中的一些技術術語需要被相應的冷卻技術術語替換，例如用“冷卻”替換“加熱”，用“被冷卻的空氣”替換“被加熱的空氣”，用“預加熱”替換“預冷卻”，用“下降”替換溫度的“上述”或者“升高”等等。代替被加熱的空氣或者用于加熱的紅外輻射，把被冷卻的空氣或者冷凍板用做冷卻源。因此，在本說明書中，術語“加熱”不但包括加熱的通常解釋，而且還意味著“負加熱”，即冷卻，除非有另外的特別限定。圖1所示的加熱爐通過使用輸送裝置8穿過爐10輸送目標。本實施例可應用于其它類型的加熱爐，例如不設有輸送設備的爐。在這種加熱爐中，目標放置在爐內部，并通過以特定的時間間隔改變爐內部的加熱溫度而不在加熱爐內部移動目標，而根據所需的溫度曲線加熱目標。因此，在圖1所示的加熱爐10內構造而成的加熱部分I-VII沒有必要要求具有在物理上隔開的加熱區，但寧可加熱部分包括單個加熱室(或者區)的情況，該加熱室可在同一室內以各種溫度條件對目標加熱特定的時間間隔。
將在下面描述本發明的第二實施例。該實施例涉及程序或者記錄這種程序的計算機可讀記錄介質，它們都可用于通過使用計算機執行上述熱分析。
本實施例所述的程序和計算機可讀介質基本上包括用于實現先前實施例中所述的熱分析的處理步驟。也就是說，本實施例的程序構造成使計算機處理下列步驟使用基于等式8的這些測量結果，在特定加熱條件(加熱溫度和加熱時間)下加熱樣品目標，并測量目標的溫度，從而計算m值或者加熱特性值，或者，不同地，接收從計算機外部輸入的以類似方式獲得的m值；確定目標，例如電路板，并確定用于模擬的加熱條件；通過使用用于模擬的加熱條件和所獲得的m值，計算用于電路板的每個測量點的溫度，從而模擬溫度曲線；通過將模擬結果與用于加熱的所需條件進行比較，核對用于模擬的加熱條件是否滿足所需的溫度曲線；如果用于加熱的所需條件沒有得到滿足，就根據先前的核對處理過程修改用于后續模擬的加熱條件，并且再次進行模擬；如果用于加熱的所需條件得到滿足，就判斷加熱條件是能夠適當地滿足用于加熱的所需條件；而且任選地，如果在預定時間內在閉環中重復上述步驟，就判斷不可能確定適當的加熱條件來滿足用于加熱的所需條件。
上面所列的步驟基本上和先前實施例所述的這些步驟相同。但是，特定的算法將包含在程序中，從而使計算機本身修改和確定用于后續模擬的加熱條件。下面說明針對具有第一加熱階段(即預加熱階段)和第二加熱階段(即回流階段)的回流加熱情況的這種算法，盡管該算法能夠以類似的方式應用于其它類型的熱分析方法。
下面所做的說明建立在假設用于加熱目標的所需條件與先前實施例相同的情況下，說明如下(a)被定為指標的加熱溫度和加熱時間(T2，t2)T2＝220℃，而且t2≥20秒。
(b)所需的上限溫度(Treq)230℃。
(c)最大溫度(Tmax)240℃。
(d)可允許的極限溫度和時間(T1，t1)T1＝200℃，而且t1≤40秒。
(e)預熱溫度和時間(T0，t0)T0＝160℃-190℃，而且t0＝60秒-120秒。
這些具體的所需條件在下面的說明中在某些情況下可成塊的示出。
盡管在此情況下為了簡化起見不包括(f)項(溫度變量ΔT)，但是如果需要，這種條件或者其它任何所需條件都可以加入。
參照圖8，在步驟#3加熱樣品電路板，并利用在步驟#4測量的溫度計算m值。在步驟#5確定用于模擬的加熱條件，并通過這種模擬在步驟#7和#8核對這種加熱條件是否滿足所需的條件。圖11示出包括下列算法的步驟，即在處理期間計算機本身確定用于模擬的合適加熱條件。
在圖11中，在步驟#21獲得加熱特性值(即m值)。通過圖8所示的步驟#1-#4計算用于多個測量點和測量位置中的每一個的這種值。基于電路板的實際加熱情況或者模擬結果，在步驟#22選出在第一加熱階段已達到最高溫度的測量點(在圖4所示實例的情況下，將選出測量點3c)。通過在預加熱階段選出并核對具有最溫度的測量點3c(確認步驟A)，該測量點用于在步驟#23確認任何測量點的溫度是否超出用于預加熱階段的可允許溫度范圍。如果測量點3c超出可允許溫度范圍，就意味著測量點3c在可允許范圍的上限(190℃)之上。在這種情況下，通過在步驟#24根據預定的法則降低溫度而修改加熱條件，并在步驟#25再次進行模擬，之后處理過程返回至步驟#22，重復至此所述的步驟。
用于在步驟#24降低加熱溫度的其中一個可能的預定法則是在預加熱階段把加熱溫度降低到可允許范圍的上限溫度(109℃)。這是因為只要把加熱溫度設定在可允許范圍的上限值，每個測量點都將不會超出可允許范圍而被加熱。用于降低加熱溫度的其它可能法則可以是識別已測量或者計算出的溫度和可允許范圍的上限溫度(190℃)之間的溫度差、以及利用這種溫度差的值或者利用通過將這種溫度差乘以特定比率而獲得的值來降低加熱溫度。通過預先將這種預定法則輸入到計算機，計算機可以做出適當的調整，以在步驟#24自身設定用于后續模擬的加熱條件。
盡管圖中未示出，但如果所選出的、已在步驟#22達到最高溫度的測量點不符合可允許范圍的下限溫度(160℃)，則當然需要通過在步驟#24升高溫度而修改加熱條件，并在步驟#25再次進行模擬。處理過程隨后返回至步驟#22，以重復上述步驟。但是，一般來說，當考慮到將被加熱的目標的溫度不會超出加熱溫度的事實時，可以不選擇加熱溫度低于可允許范圍的最低值的加熱條件。因此，把這種調整看作是對例外情況的救濟補償。在這種情況下，可以以與上述用于降低溫度的情況類似的方式、確定將被預先提供到計算機以升高加熱溫度的可能法則(盡管調整方向相反)。
如果在步驟#23中測量點3c的溫度滿足所需條件的可允許范圍，則隨后在步驟#26(確認步驟B)核對所需的預加熱時間(60-120秒)是否滿足。如果這種要求不滿足，則為了使目標的溫度在預加熱階段中的較早時刻達到所需的溫度(190℃)，既可以通過升高加熱溫度也可以通過增加加熱時間(或者降低輸送速度)來修改加熱條件。
圖12示出用于在步驟#27升高溫度的其中一個可能的預定法則。該圖示出測量點3c(或者目標)的溫度曲線，其中垂直線或者水平線分別表示溫度和時間(從右至左)。水平線中的時間由加熱部分I-VII順序示出。將在溫度Tr下引入加熱爐的目標被逐漸加熱，同時在預加熱階段的從I至V的加熱部分輸送目標，并在所示情況中的加熱部分III的中部達到預加熱溫度T0的所需范圍(160℃-190℃)。將目標保持在預加熱溫度值一段時間t。如果該時間t縮短至短于預加熱時間t0(60秒)的所需范圍，即如果t＜t0，則通過將各個溫度上升例如1℃而在加熱部分I和II(即，目標首先到達所需溫度T0的、設置在部分III之前的任何加熱部分)處對溫度進行調整。根據修改的加熱條件進行模擬，而且如果時間t再次不符合所需的時間t0，那么這些加熱部分I和II的加熱溫度多次被調整例如1℃。重復這種步驟，直到時間t達到所需的時間t0。溫度調整1℃只是實例性的，而且該值可以大于或者小于1℃。
仍然參照圖12，用于在步驟#27增加加熱時間的一種可能的預定法則為，所需時間t0對所計算的或者所測量的時間t的比值(t/t0，＜1)乘以目標的預先輸送速度，或者是利用相同的比值除以先前的加熱時間。可以預先確定是否在步驟#27通過升高加熱溫度、或者通過延長加熱時間、或者二者兼有而進行調整。
盡管在圖11和12沒有示出，如果所計算的或者所測量的時間t超出預加熱時間的所需范圍t0，即如果t＞120秒，則以類似的方式調整加熱條件，但調整方向相反。也就是說，通過在位于目標達到預加熱溫度T0的所需范圍的那個加熱部分之前的任何加熱部分、將加熱溫度降低預定的量，或者通過根據預定法則在預加熱階段縮短加熱時間，或者通過根據預定法則二者都采用，來修改加熱條件。用于降低加熱溫度或者縮短加熱時間的這種預定法則可以與上面所述的類似，但方向相反。在通常狀態下，可以不需要采用這種相反方向來修改加熱條件，因為在預加熱階段對所需條件的要求并不嚴格。因此，這種調整被認為是用于例外情況的救濟補償。
如果在預加熱階段已達到最高溫度的測量點3c能夠符合圖11中的步驟#26的所需條件，就在步驟#28確認其余的測量點3a和3b是否也滿足預加熱階段的溫度和時間的所有所需條件(確認步驟c)。由于已達到最高溫度的測量點3c也已符合這些條件，因此只有由于其它測量點而引起的可能不符合要求的情況將導致加熱不足。因此，如果任何測量點不符合這些所需條件，則可以通過延長加熱時間(或者降低輸送速度)、或者通過升高加熱溫度、或者根據預定法則二者兼用，而在步驟#29修改加熱條件，而且處理過程返回至步驟#25，以重復上述過程。在步驟#29用于延長加熱時間的可能性預定法則是，將先前的輸送速度乘以下列比值中最接近于1的比值，即用于每個測量點的所需時間t0(60秒)對所計算的或者所測量的時間t的比值(t/t0，＜1)，上述法則或者是以相同的比值除以先前的加熱時間。用于在步驟#29升高溫度的可能性預定法則是，識別所計算的或者所測量的溫度和不符合所要求的溫度范圍的所有測量點的可允許范圍(160℃)的下限溫度之間的溫度差；該法則也是，將加熱溫度升高與所有失敗的測量點之間的最小溫度差相同的量，或者將加熱溫度升高通過將特定比值乘以該最小溫度差而獲得的量。可預先將這種調整法則輸入到計算機。
在圖11所示的步驟#28確認所有測量點已經符合用于第一加熱(預加熱)階段的所需條件之后，處理過程進入要求更嚴格的溫度控制的第二加熱階段。為簡化這種情況，此處假設所獲得的圖5(c)所示的數據為對三個測量點3a-3c的模擬(或者實際加熱)結果。在圖11的步驟#30中，選出所有測量點中在模擬或者實際加熱期間已在回流階段達到最低溫度的其中一個測量點。為什么選出具有最低溫度的測量點的原因在于，在用于焊接的回流階段，包括具有最低溫度的測量點在內的所有測量點都應以某種方式達到所需的上限溫度(Treq230℃)，以便電路板上的焊料被完全轉換成液化相態。在圖5(c)所示的實例中，在步驟#30將選出測量點3b(如圓圈中所示，其峰值溫度為228.1℃)(以下稱作“下臨界測量點3b”)。
當下臨界測量點3b在這種情況下不符合所示的所需上限溫度Treq(230℃)要求時，就需要通過升高加熱溫度修改加熱條件。在這種關系中，應當注意在回流階段的加熱或者模擬期間已達到最高溫度的其它測量點的溫度(在圖5(c)所示的實例中，為測量點3c)也可通過這樣的調整而升高，而且這樣的溫度升高并不使測量點3c超出最大溫度Tmax(240℃)。鑒于這種原因，也應仔細觀察這種特殊測量點(在此情況下為測量點3c)(以下，稱作“上臨界測量點3c”)的溫度升高。可以假設除下臨界測量點3b和上臨界測量點3c之外的其余測量點(在此情況下只有測量點3a)的溫度曲線在下面所述的整個加熱處理過程中處于(或者夾在)上下臨界測量點之間。
在圖11所示的步驟#31中，通過模擬檢測可以使下臨界測量點3b符合用于回流階段(第二加熱階段)的所需條件的至少一種加熱條件。對于這種檢測目的，可以使用應用最大溫度Tmax(240℃)和所需的上限溫度Treq(230℃)的算法，將在下面對此進行說明。圖13(a)示出該算法的概要，其中垂直線表示下臨界測量點3b的溫度，而水平線表示時間。在圖中，在回流階段構造成兩個加熱部分VI，VII，這與圖1所示的加熱爐類似。將被加熱的目標從右至左輸送，即隨著時間流失，輸送順序為加熱部分V，VI和VII，從右至左。
在圖13(a)中，穿過預加熱階段的加熱部分I-V被加熱到預加熱溫度T0的下臨界測量點3b被引入回流階段的初始加熱部分VI。隨后以加熱部分VI和VII的順序加熱下臨界測量點3b。具有斜線的區域X表示這樣的區域，即在該區域當在加熱部分VI和VII中被加熱時，下臨界測量點3b的溫度曲線將被確定在該區域。區域X的上邊界由兩條線限定，其中一條線是位于加熱部分VI的起點處的預加熱溫度T0的點H和位于加熱部分VI的終點處的最大溫度Tmax的點E之間的溫度上升線，而另一條線為位于加熱部分VI的終點處(或者加熱部分VII的起點處)的點E和位于加熱部分VII的終點處的Tmax點G之間的線。區域X的下邊界由位于加熱部分VI的起點處的預加熱溫度T0的點H和位于加熱部分VII終點處的所需上限溫度Treq的點F之間的線限定。
只要下臨界測量點3b的溫度曲線被定在區域X中，滿足回流階段的至少兩個所需條件的點3b，即測量點3b的溫度就不會超出最大溫度Tmax，也不會低于所需的上限溫度Treq。盡管圖中所示的區域X由H和E、以及H和F之間的所有直線限定，但這種線也可以是凹形或者凸形的，或者其它類型的曲線，或者這些線的組合，只要測量點3b的溫度曲線不超出最大溫度Tmax即可。
可以確定加熱部分VI和VII的加熱條件，從而利用m值通過模擬將下臨界測量點3b的溫度曲線設定在區域X內部。更具體地說，加熱部分VI和VII的加熱溫度可以從預加熱溫度T0(190℃)上升到所給定的、由互不相關的加熱爐從物理上限定的上限溫度(例如為300℃)。通過將加熱部分VI和VII中的每個加熱部分的溫度都獨立地每次上升2℃，例如在預定范圍內從最低溫度(190℃)上升到最高溫度(300℃)，而重復進行模擬。對于加熱部分VI和VII的這種各自的溫度變化的所有組合，可利用m值通過模擬獲得下臨界測量點3b的相應溫度曲線。在這些溫度變化的組合中，檢測可以把下臨界測量點3b的溫度曲線設定在區域X內部的、加熱部分VI和VII的任何溫度組合。溫度每次上升2℃只是實例性的，而且這種溫度上升的梯度可以更大，如每次4℃，或者更小，例如每次1℃。
還有一些其它的加熱爐結構，例如，在這些加熱爐中第二加熱階段只有一個加熱部分VI，或者兩個或者兩個以上的加熱部分VI，VII，VIII等等。圖13(b)和13(c)示出在這種情況下限定區域X的實例。如果回流加熱階段只有一個加熱部分VI，則在加熱部分VI檢測加熱條件的一種可能方式例如是，通過在加熱部分VI每次改變2℃的加熱溫度來實施模擬，并識別可以把下臨界測量點3b的溫度曲線設定于圖3(b)所示的區域X中的加熱條件。如果回流加熱階段具有3(或者更多)個加熱部分，則區域X由圖13(c)所示的、由下列線組成的3條線限定，即一條線是位于初始加熱部分VI的起點處的溫度T0的點H和位于同一加熱部分VI的終點處的最大溫度Tmax的點E之間的線；一條線為點E和位于最后的加熱部分(在此實例中為部分VIII)的終點處的最大溫度Tmax的點G之間的線；以及一條線為點H和位于最后的加熱部分(在此實例中為部分VIII)的終點處的所需上限溫度Treq的點F之間的線。之后，通過對每個加熱部分單獨每次改變2℃、針對所有可能的組合進行重復模擬。圖13(a)-13(c)所示的這些區域X僅僅是實例性的，而且還可以限定其它類型的區域。如上所述，H和E、以及H和F之間的線并不需要是直線。
圖14示出通過改變上述加熱部分的加熱溫度的組合而經過模擬檢測到的下臨界測量點3b的一些溫度曲線。圖14示出只在回流階段的溫度曲線(預加熱階段的曲線未示出)。在圖14所示的實例中，圖中所示的與6條溫度曲線相對應的6種加熱條件(或者加熱部分VI和VII處的加熱溫度的6種組合)能夠滿意地將這些獨立的曲線設定在區域X內部。這6條曲線中的每一條都已符合溫度條件，即這些曲線的峰值低于最大溫度Tmax并高于所需的上限溫度Treq。還有，對于這6條曲線中的每一條，以一條一條的為基礎，識別加熱部分VI和VII的相應加熱溫度組合。
現在返回圖11，在步驟#32確認下臨界測量點3b的每條測得的曲線是否滿足其它所需條件，即被定為指標的加熱溫度T2和時間t2(在220℃以上等于或大于20秒)(確認步驟D)。如果識別出的曲線都不滿足這種要求，就意味著加熱不充分，而且處理過程返回至步驟#33，在此步驟通過根據預定的法則延長加熱時間(或者降低輸送速度)而修改加熱條件，之后處理過程返回至步驟#25，以重復上述步驟。
用于在步驟#33延長加熱時間的預定法則的一種可能實例為，將先前的輸送速度乘以、所需時間t2(20秒)對用于對所有識別出的溫度曲線進行過模擬或者測量的時間t(t/t2，＜1)的比值中最接近1的比值，或者是以相同的比值除以先前加熱時間。
如果在步驟#32下臨界測量點3b的至少一條識別出的溫度曲線滿足這種要求，就在步驟#34確認這種溫度曲線是否滿足回流階段的其它加熱條件，即可允許極限溫度T1和時間t1(在200℃以上等于或小于40秒)(確認步驟E)。如果所選擇的所有溫度曲線都不符合這種條件，就意味著目標被過度加熱。在此情況下，通過根據預定法則縮短加熱時間(或者增加輸送速度)而修改加熱條件，而且之后處理過程返回至步驟#25，以重復上述步驟。在此情況下預定法則的一種可能的實例為，將先前的輸送速度乘以、可允許的極限時間t1對用于對所有檢測出的溫度曲線進行過模擬或者測量的時間t(t/t1，＞1)的比值中最接近1的比值，或者是以相同的比值除以先前加熱時間。
如果在步驟#34下臨界測量點3b的至少一條識別出的溫度曲線滿足這種要求，就選出其中一條曲線(例如圖14所示的實例中，將選出曲線A)，該曲線以最小的時間差(或者最接近20秒)滿足被定為指標的加熱時間t2(等于或大于20秒)。在如上所述的所有測量點中，在樣品加熱時間，下臨界測量點3b已達到最低溫度，而且現在同一測量點3b的所選溫度曲線(圖14中的曲線A)已經滿意地滿足回流階段的所有所需條件。可以假設用于其余測量點3a和3c的曲線都被設定在該曲線A之上(上側，即較高溫度以及較長加熱時間的一側)。因此，在步驟#36將對應于用于測量點3b的溫度曲線A的加熱部分VI和VII的加熱條件能夠臨時確定為合適的加熱條件，這種合適的加熱條件被認為滿足用于加熱目標的所有所需條件。
下一步，在步驟#37，根據上述臨時確定的加熱條件，在假設在相同加熱條件下加熱其余測量點的情況下，進行模擬，以生成用于其余測量點的溫度曲線。之后，在步驟#38根據模擬結果確認其余測量點是否實際上滿足回流階段的每個所需條件(確認步驟F)。在此關系中，通過確認上臨界測量點3c是否能夠滿足包括最高溫度Tmax的所有所需條件，而首先核對已在樣品加熱時間達到最高溫度的上臨界測量點3c。如果上臨界測量點3c不滿足用于加熱的所需條件，則即便沒有確認其余測量點是否滿足所需條件，也可以臨時判斷出，這種臨時確定的加熱條件不是最終解決方案。
如果通過模擬確認上臨界測量點3c能夠滿足所有所需條件，就可以認為用于其余測量點(在此實例中只是測量點3a)的溫度曲線被設定(即，被夾)在上和下臨界測量點3c和3b之間。因此，可以在步驟#36判斷出臨時確定的加熱條件滿足用于在所有測量點進行加熱的所有所需條件。然而，以防萬一，最好是進行模擬，以確認其余測量點是否也滿足用于加熱的所需條件。
如果在步驟#38通過模擬任何測量點都不符合所需的條件，就需要對加熱條件進行其它調整。在此情況下，不符合所需條件的原因很明顯是過加熱，因為已經知道具有最低溫度的下臨界測量點3b能夠符合所需條件。因此，通過在步驟#35根據預定法則縮短加熱時間(或者增加輸送速度)可修改加熱條件，而且隨后處理過程返回至步驟#25，以重復上述步驟。
當通過在步驟#35縮短加熱時間而修改加熱條件時，預定法則的一種可能實例是，將先前的輸送速度乘以下列比值中最接近1的比值所述比值為被指定的目標加熱時間t2對相應模擬結果t(t/t2，＞1)的比值、或者可允許極限時間t1對相應模擬結果t(t/t1，＞1)的比值、或者這兩種比值中最接近1的比值。也有可能以相同的比值除以先前的加熱時間。
盡管上面說明了所有的步驟，但當在步驟#38確認了所有所需條件都符合時，可在步驟#39將這種臨時確定的加熱條件最終確定為合適的加熱條件。如果在這種最終確定的加熱條件下加熱目標，則至少假定經過在第一和第二加熱階段處所需條件都滿足于所有測量點的模擬過程。盡管在圖11所示的流程圖中未示出，但仍然還有可能通過在相同加熱條件下加熱樣品目標并在所有測量點處測量溫度和時間以獲得實際溫度曲線，而驗證這種最終確定的加熱條件是否實際上滿足所有所需條件。
在圖11中，當在任意確認步驟A-F加熱條件不符合所需條件而且修改加熱條件時，處理過程就將通過附圖所示的相應計時步驟#50。無論何時處理過程通過任何一個步驟#50，都對這樣經過的時間n計數。有些時候，需要重復調整，而且處理過程進入閉環。在這種情況下，對閉環中重復的經過時間n進行計數，而且如果時間n超出預定的閥值數，就可以在步驟#51判斷出不可能確定符合所需條件的合適加熱條件。當認為確定合適的加熱條件是不可能的時候，在短時期內得出結論成為一種任選步驟。在需要實際加熱和測量樣品目標的現有技術情況下，在這樣的短時期內難于得出不可能的結論。當在步驟#51輸出結論時，理想的是進一步分析，以識別哪種條件不被多少溫度和/或時間差滿足。根據本發明，如上所述，通過模擬很容易得到這種數據。
即便在沒確定滿足所有所需條件的合適加熱條件時，也應存在在任何情況下需要合適的加熱條件的情況，這種情況存在于幾乎滿足要求的條件中。滿足這種要求的算法可以如下設置。圖15(a)-15(c)示出修改加熱條件時，用于每個測量點3a-3c的在被定為指標的加熱溫度T2(220℃)下的加熱時間t2和可允許極限溫度T1(200℃)下的加熱時間t1的重復模擬結果。在圖15(a)中，上臨界測量點3c的時間t1(42秒)不滿足所需條件(低于40秒)，這一點可在圖11的步驟#38(確認步驟F)中發現。通過縮短加熱時間而在步驟#35修改這種加熱條件，并再次進行模擬。
圖15(b)示出這樣重復模擬的結果。盡管通過上述調整，上臨界測量點3c可能符合所需時間(低于40秒)，但下臨界測量點3b(18秒)不滿足所需時間(大于20秒)，如圓圈內所示的時間。根據圖11所示的流程圖，在步驟#32(確認步驟D)產生了失敗，而且處理過程進入通過延長加熱時間而修改加熱條件的步驟#33，并且再重復模擬。但是，根據這種步驟，很顯然，如果延長加熱時間，上臨界測量點3c將不再滿足所需時間t1(少于40秒)，而且因此在閉環內將重復相同步驟。
圖16示出確定用于這種情況的近似解決方案的流程圖。圖16只示出比較容易理解的第二加熱階段(回流階段)，但是類似于圖11所示的流程圖，當然，也有可能把第一加熱階段(預加熱階段)增加到該流程圖中。在圖16所示的流程圖中，把步驟#52-#54增加到第二加熱階段。在圖16中，如果狀態轉換到圖15(a)和15(b)所示的情況，處理過程在步驟#32失敗之后進入步驟#52，而且在步驟#52核對用于上臨界測量點3c的溫度T1(200℃)下的可允許極限時間t1(小于40秒)是否已經達到極限值。術語“極限值”是指模擬時間t已經達到極限時間t1(在此情況下為40秒)，或者甚至高于該極限時間t1。如果上臨界測量點3c已經達到這種極限值，則很明顯，如果處理過程進入步驟#33以延長加熱時間，則上臨界測量點3c不能再滿足t1的所需條件。在此關系中，如果處理過程一旦進入上臨界測量點3c不滿足所需時間t1的步驟#38，并且通過在步驟#35縮短加熱時間而進行后續調整以重復經過步驟#25的處理步驟，并且步驟#32的條件未被通過(clear)，則在步驟#52判斷出上臨界測量點3c已經達到這種極限值的點。
在此情況下，處理過程進入步驟#53，而且核對除下臨界測量點3b之外的所有測量點是否滿足所有的所需條件。這種步驟與步驟#38的處理步驟相對應。由于在此階段已經知道上臨界測量點3c處于極限值，而且假定其余測量點的溫度曲線設定在(即夾在)下和上臨界測量點之間，因此可如圖中虛線所示跳過步驟#53。
如果步驟#53的條件滿足(即，流程圖中為“是”)，處理過程就進入步驟#54，以通過根據預定法則延長加熱時間而修改加熱條件，從而使下臨界測量點3b滿足被定為指標的加熱溫度t2。在步驟#54這樣調整的加熱條件被認為是在步驟#39的合適加熱條件。圖15(c)示出在以這種方式確定的加熱條件下進行模擬的結果。由于在步驟#54延長加熱時間，因此下臨界測量點3b將符合被指定為指標的加熱時間t2(大于20秒)。作為替代，上臨界測量點3c不符合可允許極限時間t1(少于40秒)，如圓圈中所示。特別是對于回流處理過程的情況，加熱的主要目的是完全熔融焊料，因此首先優先考慮的是使所有測量點符合被定為指標的加熱溫度T2和相應的加熱時間t2。如果主要目的不同，就有可能使用其它算法，其中首先考慮的是其它條件，例如符合可允許的極限溫度T1和時間t1。在步驟#54的預定法則的一種可能的實例為，將先前的輸送速度乘以、被定為指標的時間t2與測量點3b的模擬結果的相應時間t的比值(t/t2，＜1)，或者是以相同的比值除以先前加熱時間。
如果在步驟#53其它任何測量點都不符合所需條件，就在最后的步驟#51判斷出確定合適的加熱條件是不可能的。但是，這種判斷依賴于加熱的目的。如果在任何情況下需要任何近似的加熱條件，則步驟#53可被跳過，而且處理過程進入步驟#54和#39，以確定近似的最終解決方案。
參照圖11所做的上述說明涉及熱分析程序，該程序包括第一(預加熱)和第二(回流)加熱階段的加熱條件。也有可能對于其它類型的加熱處理過程應用類似的程序。例如，如果只設置一個加熱階段，則可通過利用圖11所示的第一加熱階段或者第二加熱階段進行類似的熱分析。如果需要三個或者更多加熱階段，則也可以通過有選擇地使用第一或者第二加熱階段、或者以重復的方式使用這兩個加熱階段而進行熱分析。
在上面的說明中，當加熱條件在任何確認步驟A-F都條件不符合所需條件時，可從確認步驟A重復所有處理步驟，該步驟A是用于所有情況的第一(預加熱)加熱階段的第一確認步驟。如果包括加熱溫度和加熱時間(或者目標的輸送速度)在內的加熱條件可在第一加熱階段和第二加熱階段中彼此獨立地進行控制，在所有時間過程中，處理過程可以不必要返回至作為加熱處理過程的真正起點的第一確認步驟A。可替換的，如果加熱條件在任何確認步驟A-F都不符合第二(回流)階段的所需條件，則可以只針對第二加熱階段修改加熱條件，而且如圖11中的虛線所示，處理過程返回至確認步驟D(或者步驟#30)，以重復只用于第二加熱階段的處理步驟。
在上述處理步驟中，諸如最大溫度Tmax或者可允許的極限溫度T1和時間t1之類的用于加熱的每個所需條件被確定為用于諸如電路板之類的將被加熱的整個目標的單個數據(或者單個條件)。這意味著，這樣確定的條件同樣應用于安裝在電路板上的所有電子元件。這種情況的背景是，如果將被安裝在電路板上的所有元件中的大多數熱臨界電子元件都符合所需條件，則其余的電子元件可更容易符合同樣的條件。可供選擇地，也有可能確定基于元件對元件的獨立所需條件，而且這種獨立條件可用做用于確定合適加熱條件的輔助標準。例如，即便在其中一個測量點的被模擬溫度上升到245℃，其中該溫度例如高于240℃的最大溫度Tmax的所需條件時，只要用于該特殊電子元件的獨立的所需條件允許溫度上升到例如250℃，這種加熱條件就是可以接受的。在確定加熱條件似乎很困難的熱臨界情況下，對于確定合適的加熱條件來說，具有這種救濟邏輯是特別有益的。
基于回流加熱爐進行了上述說明，在該加熱爐中延長/縮短加熱時間和增加/降低輸送速度可以交互使用，因為將被加熱的目標在加熱爐中輸送。在不具備任何輸送設備的分批式加熱爐的情況下，僅應用調整加熱時間。
本實施例開始說明的記錄介質是可使計算機處理上述步驟的計算機可讀記錄介質。
下面說明本發明的第三實施例。本實施例涉及如第一實施例所述的用于進行分析的熱分析裝置、如第二實施例所述通過利用程序或者記錄介質控制加熱爐的溫度的加熱控制器、以及使用這種加熱控制器的加熱爐。圖1所示的加熱爐是本實施例的一種實例。參照圖1，加熱爐10具有多個加熱部分I-VII，每一部分都具有加熱源7。可獨立控制每一加熱源7的溫度。利用輸送設備8把加熱目標1引入加熱爐10，并隨后根據所需的溫度曲線加熱目標，同時將輸送目標經過各個加熱部分I-VII。
加熱控制器20連接至加熱爐10，或者與加熱爐10一體形成，而且設計成獨立地在每個加熱部分I-VII控制目標的加熱溫度和/或輸送速度。加熱控制器20根據加熱樣品目標1期間測得的溫度，能夠計算如第一實施例所述的m值、或者加熱特性值。而且，加熱控制器20能夠確定可滿足相應的所需條件的加熱條件，而且能夠根據用于加熱的預定所需條件控制加熱爐10。在此關系中，加熱控制器20可使用用于記錄第二實施例中所述的程序的記錄介質30。
圖17簡要示出根據本實施例所述的加熱控制器20的方框圖。該加熱控制器20具有輸入裝置28，通過該輸入裝置輸入加熱條件，該加熱條件包括加熱溫度21和加熱時間22、還有用于加熱目標的所需條件27。可分別地輸入通過在加熱爐10中加熱目標1而獲得的測量溫度23，以計算加熱特性值(m值)。加熱控制器20還具有存儲器24，該存儲器24存儲用于計算目標溫度的基本加熱等式(等式7)、以及用于計算m值的等式(等式8)。通過使用這樣輸入的信息處理裝置25可計算m值，并可通過使用基于修改的加熱條件的m值進行模擬。加熱控制器20還具有用于讀取記錄介質30的讀取裝置29，從而使用記錄在介質30中的算法。通過這些裝置，加熱控制器20可根據基于模擬結果的所需條件確定適于用于加熱目標的加熱條件。這些結果通過輸出裝置26輸出，而且基于該結果控制加熱爐10。第二實施例中所述的記錄介質30可應用于這些目的。
圖17所述的加熱控制器20具有通過輸出裝置26控制加熱爐10的功能。加熱控制器20也可用做用于進行模擬的熱分析裝置，從而當通過使用計算出的m值在已輸入的加熱條件下加熱目標時，識別加熱目標的溫度。而且，如果需要，通過包括用于讀取如第二實施例所述的記錄介質的讀取裝置29，加熱控制器20也可用做根據預定算法進行溫度模擬的熱分析裝置。
如上所述，圖1所示的回流爐僅示出了本實施例的一個實例，而且本實施例也可應用于不具有輸送設備的加熱爐。換句話說，本實施例可根據各自所需的溫度曲線而應用于具有溫度管理和控制功能的各種加熱設備，例如用于金屬材料的加熱處理爐、用于粉末冶金的燒結爐、諸如用于陶瓷材料等的烘焙爐、用于熔融各種材料的熔融爐、或者燃燒廢品的焚燒設備。
進一步地，如上所述，本說明書中的術語“加熱”可具有寬泛的含義，包括負加熱，本發明所示的這種加熱爐包括用于冷卻的設備，例如冰箱、冷凍機、冷卻器等等。通過使用本發明的m值進行加熱模擬的方法還可以完全類似的方式應用于用于進行冷卻模擬方法的冷卻情況。
僅以圖示的目的、通過參照幾個實施例給出了詳細說明和具體實施例，而且需要說明的是，對于本領域的技術人員來說，從這種詳細的說明中，本發明保護范圍之內的各種變化和改進都是很顯然的。
權利要求
1.一種熱分析方法，其中，通過使用在目標測量點測量的溫度以及加熱爐的測量位置處的加熱溫度和加熱時間，把在加熱爐的任何測量位置處的目標的任何測量點的加熱特性確定為單個不變量，所述加熱特性表示加熱爐和將被加熱的目標的物理特性。
2.如權利要求1所述的方法，其中通過周期性地獲得所述不變量并分析所述加熱特性的變化而檢測加熱爐的所述物理特性和/或缺陷。
3.如權利要求1所述的方法，其中通過從多個加熱爐獲得所述不變量并將所述多個加熱爐的所述加熱特性相互比較而檢測特定加熱爐的物理特性和/或缺陷的變化情況。
4.如權利要求1所述的方法，其中通過使用所述不變量，而模擬在給定加熱條件下加熱目標時目標的溫度曲線。
5.如權利要求1所述的方法，其中通過使用所述不變量、而確定用于根據所需溫度曲線加熱目標的、加熱爐的合適加熱條件。
6.如權利要求5所述的方法，其中通過使用從用于多個加熱部分中的每個加熱部分的至少一個測量位置獲得的不變量，確定用于多個加熱部分中的每個加熱部分的合適加熱條件，其中所述多個加熱部分構造在加熱爐中，用于根據所需的溫度曲線加熱目標。
7.如權利要求4所述的方法，其中所述加熱條件包括加熱爐中目標的加熱溫度、加熱時間、輸送速度中的任何一個、或者包括用于加熱目標的被加熱空氣的吹動速度、或者包括上述條件的任意組合。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述加熱爐是回流爐、加熱處理爐、燒結爐、烘焙爐、熔融爐、或者焚燒設備中的任何一種。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述不變量是由下列等式限定的m值m=1tln[Ta-TintTa-Ts]]]>其中ln表示自然對數，Ta為加熱爐測量位置的加熱溫度，Tint為在測量位置處目標的測量點的初始溫度，Ts為在測量位置加熱目標時已到達的溫度，而t為在測量位置的加熱時間。
10.如權利要求9所述的方法，其中當給出加熱爐的加熱溫度Ta和加熱時間t時，確定目標的溫度Ts；或者當通過基于下列用于加熱的基本等式，給出所需的溫度Ta時，確定加熱溫度Ta和加熱時間tTs＝Ta-(Ta-Tint)e-mt其中等式中的e表示自然對數的底。
11.如權利要求9所述的方法，其中當改變加熱爐的被加熱空氣的吹動速度時，根據被加熱空氣的吹動速度和m值之間的預定關系式，調整所述m值。
12.一種熱分析方法，用于根據與用于加熱目標的預定所需條件相對應的所需溫度曲線，確定用于在加熱爐中加熱目標的合適加熱條件，其中所述方法包括如下步驟確定將被加熱的樣品目標和加熱爐的加熱條件；確定用于加熱目標的所需條件；加熱樣品目標，并在所述加熱爐的多個測量位置處、測量樣品目標的至少一個測量點的溫度；根據測量點的測量溫度還有每一測量位置處的加熱溫度和加熱時間，計算用于每一測量位置處的每個測量點的加熱特性值；通過改變至少一個測量位置的加熱溫度和加熱時間中的任何一個或者二者都改變，而修改加熱條件；通過根據用于加熱的基本等式使用相應的加熱特性值，在經修改的加熱條件下，模擬加熱爐的每個測量位置處的目標的每個測量點的溫度；當根據模擬的溫度生成的溫度曲線符合所述所需條件時，確定經修改的加熱條件適于滿足所需的溫度曲線；而且當生成的溫度曲線不符合所述的所需條件時，重新修改加熱條件，而且重復上述處理步驟，直到生成的溫度曲線符合所需條件。
13.一種熱分析方法，用于根據與用于加熱目標的預定所需條件相對應的所需溫度曲線，確定用于在加熱爐中加熱目標的合適加熱條件，其中所述方法包括如下步驟確定將被加熱的樣品目標和加熱爐的每個加熱部分的加熱條件；確定用于加熱目標的所需條件；加熱樣品目標，并在所述加熱爐的每個加熱部分的至少一個測量位置處、測量樣品目標的至少一個測量點的溫度；根據測量點的測量溫度還有每一測量位置處的加熱溫度和加熱時間，計算用于每一測量位置處的每個測量點的加熱特性值；通過改變至少一個測量部分的加熱溫度和加熱時間中的任何一個或者二者都改變，而修改加熱條件；通過根據用于加熱的基本等式使用相應的加熱特性值，在經修改的加熱條件下，模擬加熱爐的每個測量位置處的目標的每個測量點的溫度；當根據模擬的溫度生成的溫度曲線符合所述所需條件時，確定經修改的加熱條件適于滿足所需的溫度曲線；而且當生成的溫度曲線不符合所述的所需條件時，重新修改加熱條件，而且重復上述處理步驟，直到生成的溫度曲線符合所需條件。
14.如權利要求12所述的方法，其中所述加熱爐是回流爐、加熱處理爐、燒結爐、烘焙爐、熔融爐、或者焚燒設備中的任何一種。
15.一種熱分析方法，用于在目標被輸送于具有多個加熱部分的加熱爐中的同時，確定用于加熱目標的合適加熱條件，所述目標包括具有被印刷在其上的焊料的電路襯底，所述多個加熱部分根據與用于加熱目標的預定所需條件相對應的所需溫度曲線形成預加熱階段和回流階段，其中所述方法包括如下步驟確定將被加熱的樣品目標和加熱爐的每個加熱部分的加熱條件；確定用于在預加熱階段和回流階段都加熱目標的所需條件；加熱樣品目標，并在所述加熱爐的每個加熱部分的至少一個測量位置處、測量樣品目標的至少一個測量點的溫度；根據測量點的測量溫度還有每一測量位置處的加熱溫度和加熱時間，計算用于每一測量位置處的每個測量點的加熱特性值；通過改變至少一個測量部分的加熱溫度和加熱時間中的任何一個或者二者都改變，而修改加熱條件；通過根據用于加熱的基本等式使用相應的加熱特性值，在經修改的加熱條件下，模擬加熱爐的每個測量位置處的目標的每個測量點的溫度；當根據模擬的溫度生成的溫度曲線符合預加熱階段和回流階段的所述所需條件時，確定經修改的加熱條件適于滿足所需的溫度曲線；而且當生成的溫度曲線不符合預加熱階段或回流階段的所述的所需條件時，重新修改加熱條件，而且重復上述處理步驟，直到生成的溫度曲線符合所需條件。
16.如權利要求12所述的方法，其中所述方法進一步包括如下步驟在確定這種加熱條件適于滿足所需的溫度曲線之前，通過在相同加熱條件下實際上加熱樣品目標并在所述加熱爐的每個測量位置處測量樣品目標的每個測量點的溫度，而驗證已通過模擬而符合預定的所需條件的加熱條件；當在驗證步驟中生成的溫度曲線符合所需條件時，確定已驗證的加熱條件適于滿足所需的溫度曲線；當在驗證步驟中生成的溫度曲線不符合所需條件時，根據驗證步驟的結果，重新計算用于每個測量位置處的每個測量點的加熱特性值，并重復上述處理步驟，直到所生成的溫度曲線符合所需條件。
17.如權利要求12所述的方法，其中所述加熱特性值是由下列等式限定的m值m=1tln[Ta-TintTa-Ts]]]>其中ln表示自然對數，Ta為加熱爐測量位置的加熱溫度，Tint為在測量位置處目標的測量點的初始溫度，Ts為在測量位置加熱目標時已到達的溫度，而t為在測量位置的加熱時間。
18.如權利要求12所述的方法，其中利用下列等式確定用于加熱的基本等式Ts＝Ta-(Ta-Tint)e-mt(7)其中，Ta為加熱爐測量位置的加熱溫度，Tint為在測量位置處目標的測量點的初始溫度，Ts為在測量位置加熱目標時已到達的溫度，t為在測量位置的加熱時間，m為相應的加熱特性值，而e為自然對數的底。
19.如權利要求12所述的方法，其中用于加熱目標的所述所需條件包括下列任何一個步驟或者這些步驟的任意組合(a)被定為指標的加熱溫度和加熱時間，用于把目標在特定溫度下保持特定長的時間，從而達到加熱的目的；(b)所需的上限溫度，這種上限溫度是加熱期間目標需要到達的溫度；(c)最大溫度，該溫度是為保持其功能，目標將不超出的溫度；(d)可允許的極限溫度和時間，這是在加熱處理過程期間，目標可以承受的溫度和時間；(e)預熱溫度和時間，這是為達到最終目的，在加熱之前用于加熱目標所需的溫度和時間；(f)目標的多個測量點中的可允許的溫度變量。
20.一種用于使計算機處理用于確定加熱爐的合適加熱條件的步驟的程序，所述加熱爐具有用于根據與用于加熱目標的預定所需條件相對應的所需溫度曲線、加熱目標的多個加熱部分，其中所述步驟包括當在測量位置在特定加熱條件下加熱目標時，獲得所述多個加熱部分中的每個加熱部分的至少一個測量位置處的加熱特性值，所述加熱特性值是根據所述測量位置處的加熱溫度和加熱時間、還有目標的至少一個測量點的測量溫度計算出的；在所有測量點選擇在加熱期間已達到最高溫度的一個測量點，并確認所選擇的測量點的溫度是否超出所需條件的上限(確認步驟A)；當在確認步驟A所選擇的測量點的溫度超出所需條件時，通過根據預定法則降低加熱溫度而修改加熱條件，并通過使用相應的加熱特性值、在修改后的加熱條件下、在每個測量點模擬溫度，再從確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟A所選擇的測量點的溫度不超出所需條件時，就確認所選擇的測量點是否符合所需條件的加熱時間(確認步驟B)；當所選擇的測量點的加熱時間在確認步驟B短于所需條件時，通過根據預定法則升高加熱溫度、或者通過根據預定法則延長加熱時間而修改加熱條件，并通過使用相應的加熱特性值在修改后的加熱條件下對每個測量點進行溫度模擬，并且從確認步驟A重復上述處理步驟；當所選擇的測量點的加熱時間在確認步驟B超出所需條件時，通過根據預定法則降低加熱溫度、或者通過根據預定法則縮短加熱時間而修改加熱條件，通過使用相應的加熱特性值在修改后的加熱條件下對每個測量點進行溫度模擬，并且從確認步驟A重復上述處理步驟；當所選擇的測量點的加熱時間在確認步驟B符合所需條件時，確認其它所有測量點是否符合所需條件(確認步驟C)；當在確認步驟C任何一個測量點不符合所需條件時，通過根據預定法則延長加熱時間、或者根據預定法則升高加熱溫度而修改加熱條件，而且通過使用相應加熱特性值、在修改后的加熱條件下對每個測量點模擬溫度，再從確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟C所有測量點符合所需條件時，確定這種加熱條件適于滿足所需溫度曲線。
21.一種用于使計算機處理用于確定加熱爐的合適加熱條件的步驟的程序，所述加熱爐具有用于根據與用于加熱目標的預定所需條件相對應的所需溫度曲線、加熱目標的多個加熱部分，其中所述步驟包括當在測量位置在特定加熱條件下加熱目標時，獲得所述多個加熱部分中的每個加熱部分的至少一個測量位置處的加熱特性值，所述加熱特性值是根據所述測量位置處的加熱溫度和加熱時間、還有目標的至少一個測量點的測量溫度計算出的；在所有測量點選擇在加熱期間已達到最低溫度的一個測量點作為臨界測量點；通過根據預定算法使用用于每個測量點的相應加熱特性值、模擬臨界測量點的溫度，檢測用于每個加熱部分的加熱條件，所述加熱條件使所述臨界測量點都滿足目標需要達到的所需上限溫度和目標不應超出的最大溫度；確認檢測步驟的任何檢測出的加熱條件是否符合目標需要通過(clear)以實現加熱目的的、被定為指標的加熱溫度和加熱時間(確認步驟D)；當在確認步驟D所有檢測出的加熱條件都不符合被定為指標的加熱溫度和加熱時間時，通過根據預定法則延長加熱時間而修改加熱條件，通過使用相應加熱特性值在修改后的加熱條件下在每個測量點模擬溫度，而且從選擇臨界測量點的步驟重復上述處理步驟；當在確認步驟D任何檢測出的加熱條件都符合被定為指標的加熱溫度和加熱時間時，確認這種檢測出的加熱條件是否符合目標在加熱期間可以承受的、可允許極限溫度和時間的其它所需條件(確認步驟E)；當在確認步驟E所有檢測出的加熱條件都不符合可允許的極限溫度和時間時，通過根據預定法則縮短加熱時間而修改加熱條件，通過使用相應加熱特性值在修改后的加熱條件下在每個測量點模擬溫度，而且從選擇臨界測量點的步驟重復上述處理步驟；當在確認步驟E任何檢測出的加熱條件符合可允許的極限溫度和時間時，利用所有檢測出的加熱條件中的最短時間、臨時選擇已通過可允許極限溫度和時間要求的一種檢測出的加熱條件、作為用于滿足所需溫度曲線的合適加熱條件；通過使用其它測量點的相應加熱特性值在臨時選擇的加熱條件下模擬溫度，確認所有其它測量點是否符合第二加熱階段的所需條件(確認步驟F)；當在確認步驟F所有測量點都不符合所需條件時，通過根據預定法則縮短加熱時間而修改臨時選擇的加熱條件，通過使用相應加熱特性值在修改后的加熱條件下模擬每個測量點的溫度，而且從選擇臨界測量點的步驟重復上述處理步驟；當在確認步驟F所有測量點符合所需條件時，確定臨時選擇的加熱條件適于滿足所需溫度曲線。
22.一種用于使計算機處理用于確定加熱爐的合適加熱條件的步驟的程序，所述加熱爐具有用于根據與用于第一階段和第二階段中的每個階段相對應的預定所需條件、形成用于加熱目標的第一和第二加熱階段的多個加熱部分，其中所述步驟包括當在測量位置在特定加熱條件下加熱目標時，獲得所述多個加熱部分中的每個加熱部分的至少一個測量位置處的加熱特性值，所述加熱特性值是根據所述測量位置處的加熱溫度和加熱時間、還有目標的至少一個測量點的測量溫度計算出的；在所有測量點選擇在第一加熱階段加熱期間已達到最高溫度的一個測量點，并確認所選擇的測量點的溫度是否超出所需條件的上限(確認步驟A)；當在確認步驟A所選擇的測量點的溫度超出第一加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則降低加熱溫度而修改加熱條件，并通過使用相應的加熱特性值、在修改后的加熱條件下、在每個測量點模擬溫度，再從確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟A所選擇的測量點的溫度不超出第一加熱階段的所需條件時，就確認所選擇的測量點是否符合第一加熱階段的所需條件的加熱時間(確認步驟B)；當所選擇的測量點的加熱時間在確認步驟B短于第一加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則升高加熱條件、或者通過根據預定法則延長加熱時間而修改加熱條件，通過使用相應的加熱特性值在修改后的加熱條件下對每個測量點進行溫度模擬，并且從確認步驟A重復上述處理步驟；當所選擇的測量點的加熱時間在確認步驟B超出第一加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則降低加熱條件、或者通過根據預定法則縮短加熱時間而修改第一加熱階段的加熱條件，通過使用相應的加熱特性值在修改后的加熱條件下對每個測量點進行溫度模擬，并且從確認步驟A重復上述處理步驟；當所選擇的測量點的加熱時間在確認步驟B符合第一加熱階段的所需條件時，確認所有其它測量點是否符合第一加熱階段的所需條件(確認步驟C)；當在確認步驟C任何一個測量點不符合第一加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則延長第一加熱階段的加熱時間、或者根據預定法則升高加熱溫度而修改加熱條件，而且通過使用相應加熱特性值、在修改后的加熱條件下對每個測量點模擬溫度，再從確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟C所有測量點符合第一加熱階段的所需條件時，在所有測量點中選擇已在加熱期間在第二加熱階段達到最低溫度的一個測量點作為臨界測量點；通過根據預定算法在第二加熱階段使用用于每個測量點的相應加熱特性值、模擬臨界測量點的溫度，在第二加熱階段檢測每個加熱部分的加熱條件，所述加熱條件可使所述臨界測量點都滿足目標需要達到的所需上限溫度和目標不應超出的最大溫度；確認檢測步驟的任何檢測出的加熱條件是否符合目標需要通過(clear)以實現加熱目的的、被定為指標的加熱溫度和加熱時間(確認步驟D)；當在確認步驟D所有檢測出的加熱條件都不符合被定為指標的加熱溫度和加熱時間時，通過根據預定法則延長加熱時間而修改加熱條件，通過使用相應加熱特性值在修改后的加熱條件下在每個測量點模擬溫度，而且從選擇臨界測量點的步驟或者確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟D任何檢測出的加熱條件都符合被定為指標的加熱溫度和加熱時間時，確認這種檢測出的加熱條件是否符合目標在加熱期間可以承受的、可允許極限溫度和時間的其它所需條件(確認步驟E)；當在確認步驟E所有檢測出的加熱條件都不符合可允許的極限溫度和時間時，通過根據預定法則縮短加熱時間而修改加熱條件，通過使用相應加熱特性值在修改后的加熱條件下在每個測量點模擬溫度，而且從選擇臨界測量點的步驟或者確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟E任何檢測出的加熱條件符合可允許的極限溫度和時間時，利用所有檢測出的加熱條件中的最短時間、臨時選擇已通過可允許極限溫度和時間要求的一種檢測出的加熱條件、作為用于滿足所需溫度曲線的合適加熱條件；通過使用其它測量點的相應加熱特性值在臨時選擇的加熱條件下模擬溫度，確認所有其它測量點是否符合所需條件(確認步驟F)；當在確認步驟F所有測量點都不符合第二加熱階段的所需條件時，通過根據預定法則縮短加熱時間而修改臨時選擇的加熱條件，通過使用相應加熱特性值在修改后的加熱條件下模擬每個測量點的溫度，而且從選擇臨界測量點的步驟或者確認步驟A重復上述處理步驟；當在確認步驟F所有測量點符合用于第二加熱階段的所需條件時，確定臨時選擇的加熱條件適于滿足所需溫度曲線。
23.如權利要求22所述的程序，其中當在確認步驟F發現所有測量點都不符合第二加熱階段的所需條件之后，當重復處理步驟過程期間在確認步驟D用于臨界測量點的所有加熱條件都不符合被定為指標的加熱溫度和時間要求時，通過縮短加熱時間修改加熱條件，所述程序進一步包括通過根據預定法則延長最后臨時選擇的加熱條件的加熱時間、近似確定合適加熱條件的的邏輯。
24.如權利要求22所述的程序，其中所述程序進一步包括做出如下判斷的邏輯，即當在任何確認步驟A-F、在閉環中的多次重復處理步驟超出預定時間時，判斷出根據所需溫度曲線確定用于加熱目標的合適加熱條件是不可能的。
25.如權利要求22所述的程序，其中所述加熱特性值是由下列等式限定的m值m=1tln[Ta-TintTa-Ts]]]>其中ln表示自然對數，Ta為加熱爐測量位置的加熱溫度，Tint為在測量位置處目標的測量點的初始溫度，Ts為在測量位置加熱目標時已到達的溫度，而t為在測量位置的加熱時間；而且根據用于加熱的下列基本等式對使用相應加熱特性值的每個測量點的溫度進行模擬Ts＝Ta-(Ta-Tint)e-mt其中，等式中的e為自然對數的底。
26.如權利要求22所述的程序，其中當所選擇的測量點的溫度在確認步驟A超出所需條件時用于降低加熱溫度的預定法則即可以是，把加熱溫度降低到所需加熱條件的可允許范圍的上限溫度，也可以是將加熱溫度降低通過下列運算獲得的量，即以特定比值乘以、在所測量的或者所模擬的溫度、和可允許范圍的上限溫度之間識別出的溫度差。
27.如權利要求22所述的程序，其中當所選擇的測量點的加熱時間在確認步驟B短于或者超出所需條件時用于升高或者降低加熱溫度的預定法則即可以是把特定加熱部分的加熱溫度升高也可以是降低預定的量，其中特定加熱部分這樣設定在下列加熱部分之前，即在該加熱部分中所選擇的測量點的溫度達到所需條件的可允許范圍。
28.如權利要求22所述的程序，其中在確認步驟C任何一個測量點不符合所需條件時用于延長加熱時間的預定法則為，將目標先前的輸送速度乘以、所需加熱時間、對用于對不符合所需條件的每個測量點進行過測量或者模擬的加熱時間的比值中最接近1的比值，或者是以相同的比值除以先前加熱時間。
29.如權利要求22所述的程序，其中用于檢測使臨界測量點都滿足所需上限溫度和最大溫度的加熱條件的預定法則由以下步驟構成通過將各自的加熱溫度每次以預定的量獨立地、在加熱部分的起點處、從目標的初始溫度升高到由加熱爐限定的預定上限溫度，建立至少兩個加熱部分的加熱條件的組合；在加熱條件的每種已建立的組合下，模擬臨界測量點的溫度，并且對應于加熱條件的每種組合生成溫度曲線；以及檢測加熱條件的任意組合，所述組合可以使相應的經模擬的溫度設定在由所述的至少兩個加熱部分限定的區域內部，該區域由上邊界和下邊界包圍；其中上邊界包括位于先前加熱部分的初始熱溫度的點H和位于同一加熱部分的終點的最大溫度的點E之間的溫度上升線，還有位于所述點E和位于所述至少兩個加熱部分的終點的點G之間最大溫度的線；同時所述下邊界包括位于所述點H和位于所述至少兩個加熱部分終點的所需上限溫度的點F之間的線。
30.如權利要求22所述的程序，其中當在確認步驟D所有加熱條件都不符合所需時間條件時用于延長加熱時間的預定法則為，將目標先前的輸送速度乘以、被定為指標的加熱溫度下加熱時間、對用于對不符合所需條件的每個測量點的相應模擬的時間的比值中最接近1的比值，或者是以相同的比值除以先前加熱時間。
31.如權利要求22所述的程序，其中當在確認步驟E所有測量條件都不符合所需時間條件時用于縮短加熱時間的預定法則為，將目標先前的輸送速度乘以、可允許的極限溫度下加熱時間、對用于對不符合所需條件的每個測量點的相應模擬的時間的比值中最接近1的比值，或者是以相同的比值除以先前加熱時間。
32.如權利要求22所述的程序，其中當在確認步驟F任何加熱條件都不符合所需時間條件時用于縮短加熱時間的預定法則為，將目標先前的輸送速度乘以、被定為指標的加熱溫度下加熱時間對相應的模擬時間中、或者可允許的極限溫度下加熱時間、對用于對不符合所需條件的每個測量點的相應模擬的時間的比值中最接近1的比值，或者是以相同的比值除以先前加熱時間。
33.如權利要求22所述的程序，其中除用于加熱目標、將被相同地應用于目標任何部分的所有所需條件之外，單獨確定將被獨立地應用于目標的每個相應測量點的各個所需條件；而且所述程序包括用于做出判斷的邏輯，即便在某些測量點加熱條件不符合所有所需條件的某些要求，只要將被應用于這些特殊測量點的所述各個所需條件得到滿足，就認為這種加熱條件合適。
34.一種記錄程序的計算機可讀記錄介質，用于使計算機處理下述步驟，所述步驟根據與用于加熱目標的所需條件相對應的所需溫度曲線，確定用于加熱目標的合適加熱條件，其中所述程序由權利要求22限定。
35.一種用于執行熱分析的裝置，用于在加熱爐中加熱目標，包括輸入裝置、存儲器和處理器；其中所述輸入裝置獲得加熱爐的加熱溫度和加熱時間的信息以及目標的溫度信息；所述存儲器存儲用于計算加熱特性值的邏輯和用于加熱的基本等式、或者通過使用所述加熱特性值還有加熱溫度和加熱時間獲得用于計算目標溫度的邏輯；以及所述處理器通過使用存儲在所述存儲器中的所述邏輯和所述基本等式，計算所述加熱特性值、或者與加熱溫度和加熱時間相對應的目標的溫度。
36.如權利要求35所述的裝置，其中所述裝置進一步包括用于讀取記錄介質的讀取裝置，其中所述處理器通過使用由輸入裝置獲得的用于加熱目標的所需條件、通過讀取記錄介質獲得的讀取裝置的算法以及由處理器計算出的加熱特性值，確定包括加熱溫度和加熱時間的合適加熱條件。
37.如權利要求35所述的裝置，其中所述加熱特性值是由下列等式限定的m值m=1tln[Ta-TintTa-Ts]]]>其中ln表示自然對數，Ta為加熱溫度，Tint為目標的初始溫度，Ts為加熱目標時已到達的溫度，而t為加熱時間。
38.如權利要求35所述的方法，其中利用下列等式確定用于加熱的基本等式Ts＝Ta-(Ta-Tint)e-mt(7)其中，Ta為加熱溫度，Tint為目標的初始溫度，Ts為加熱目標時已到達的溫度，t為加熱時間，而e為自然對數的底，m為加熱特性值。
39.一種用于確定合適加熱條件的加熱控制器，所述加熱條件包括用于在加熱爐中構成的每個加熱部分的加熱溫度和加熱時間，而且所述加熱控制器還用于根據這樣確定的合適加熱條件控制加熱爐，從而根據與用于加熱目標的所需條件相對應的所需溫度曲線加熱目標，所述控制器包括輸入裝置、輸出裝置、存儲器、處理器和用于讀取記錄介質的讀取裝置；其中所述控制器通過讀取由權利要求34限定的記錄介質控制加熱爐。
40.一種加熱爐，用于加熱根據與用于加熱目標的所需條件相對應的所需溫度曲線加熱被引入爐內的目標，所述加熱爐包括至少一個加熱部分、設置在每個加熱部分以加熱目標的加熱源、以及能夠控制用于每個加熱部分的加熱條件的加熱控制器；其中所述加熱控制器由權利要求39限定。
41.如權利要求40所述的加熱爐，其中所述加熱爐是回流爐、加熱處理爐、燒結爐、烘焙爐、熔融爐、或者焚燒設備中的任何一種。
42.一種熱分析方法，其中，通過使用在目標的所述至少一個測量點測量的溫度、還有在冷卻裝置的至少一個測量位置處冷卻溫度和冷卻時間，把在冷卻設備的一個測量位置的目標的至少一個測量點的冷卻特性確定為單個變量，所述冷卻特性表示將被冷卻的冷卻設備和目標的物理特性。
43.如權利要求42所述的方法，其中通過使用所確定的變量，確定用于根據所需溫度曲線冷卻目標的冷卻設備的合適冷卻條件。
全文摘要
通過使用在目標測量點測量的溫度(Tint和Ts)以及加熱爐的測量位置處的加熱溫度(Ta)和加熱時間(t)，把在加熱爐的任何測量位置處的目標的任何測量點的加熱特性值確定為單個不變量。不用使用目標的物理特性就可以計算加熱特性值(m值)。通過使用m值，在短時間期間內可模擬修改后加熱條件下的被加熱目標的溫度曲線，而不需以很高的精度實際加熱和測量目標的溫度。通過使用這種模擬，可以容易確定用于根據所需加熱條件加熱目標的合適加熱條件。
文檔編號C21D11/00GK1672107SQ0381766
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月30日 優先權日2002年7月31日
發明者野野村勝, 磯端美伯, 大西浩昭, 谷口昌弘 申請人:松下電器產業株式會社