RU2599920C2

RU2599920C2 - Control device for laser thermal strengthening process

Info

Publication number: RU2599920C2
Application number: RU2014146861/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Умнов; Дмитрий Александрович Старостин
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-10-20
Also published as: RU2014146861A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to a control device foe laser thermal strengthening process. Control is provided with further parameters correction of a reinforced part layer in real time to increase processing quality. Device has a double-circuit control system: temperature stabilization circuit on processing object surface and a reinforced layer parameters correction circuit. Device comprises a controller for setting parameters of the reinforced layer, a controller for forming processing parameters, forming control signals for radiation source power control and controllers of the rate of drives of beam guide movable links movement, beam guide heats the treated surface by laser beam, a temperature sensor connected to the functional converter FC1 forming correcting signals at rate controllers. Intelligent reinforced layer parameters identifier forms correcting signals for reinforced layer parameters controller by means of functional converter FC3 based on data, obtained from the controller for forming processing parameters, from the temperature sensor through a function converter FC2 and from the heating model unit.

EFFECT: heating model is generated based on data received from the temperature sensor and controller for forming processing parameters.

1 cl, 1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области обработки металла лазерным лучом, в частности к управлению технологическим процессом лазерного термоупрочнения.The invention relates to the field of metal processing by a laser beam, in particular, to controlling a process of laser thermal hardening.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство управления процессом лазерной закалки материала, содержащее источник лазерного излучения, приемник инфракрасного излучения с светофильтром на входе и усилителем электрических сигналов на выходе, связанный с микропроцессором, контроллер исполнительных механизмов, первый выход которого подключен к блоку питания, связанному с источником лазерного излучения, а вход - к первому выходу микропроцессора, и панель управления оператора, связанную первой двухсторонней связью с контроллером исполнительных механизмов, приемник инфракрасного излучения, выполненный в виде многоэлементного линейного фотоприемника для измерения поверхностного распределения температуры по линии визирования, расположенной на поверхности материала за точкой воздействия лазерного луча по направлению перемещения и перпендикулярно траектории обработки, и установленный на оптической головке, оптически связанной с источником лазерного излучения (RU 110669 U1 по кл. В23К 26/02 от 29.07.2011 г.).A known device for controlling the process of laser hardening of a material, comprising a laser radiation source, an infrared radiation receiver with a light filter at the input and an electric signal amplifier at the output, connected to a microprocessor, an actuator controller, the first output of which is connected to a power supply unit connected to the laser radiation source, and input - to the first output of the microprocessor, and the operator control panel associated with the first two-way communication with the controller of the actuators, reception infrared radiation nickel made in the form of a multi-element linear photodetector for measuring the surface temperature distribution along the line of sight located on the surface of the material behind the point of influence of the laser beam in the direction of movement and perpendicular to the processing path, and mounted on an optical head optically coupled to the laser radiation source (RU 110669 U1 according to class B23K 26/02 from 07/29/2011).

Недостаток данного устройства заключается в том, что для контроля параметров обрабатываемой поверхности определяются мгновенные значения температуры в поперечном сечении пятна нагрева. В то же время процесс лазерного термоупрочнения поверхности происходит путем нагрева и охлаждения металла по направлению движения светового пятна. Поэтому для повышения качества лазерного термоупрочнения, необходимо определять глубину и твердость упрочняемого слоя путем анализа термического цикла, происходящего в металле в реальном масштабе времени.The disadvantage of this device is that to control the parameters of the processed surface, instantaneous temperature values are determined in the cross section of the heating spot. At the same time, the process of laser thermal hardening of the surface occurs by heating and cooling the metal in the direction of movement of the light spot. Therefore, to improve the quality of laser thermal hardening, it is necessary to determine the depth and hardness of the hardened layer by analyzing the thermal cycle that occurs in the metal in real time.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является повышение производительности и качества технологического процесса лазерного термоупрочнения.The objective of the invention is to increase the productivity and quality of the process of laser thermal hardening.

Поставленная задача решается за счет того, что в отличие от известного технологического решения, устройство управления технологическим процессом лазерного термоупрочнения содержит контур коррекции параметров упрочняемого слоя, обеспечивающий требуемое качество протекания технологического процесса исходя из анализа температурного цикла воздействия лазерного излучения на материал объекта обработки в реальном масштабе времени.The problem is solved due to the fact that, in contrast to the known technological solution, the process control device for laser thermal hardening contains a correction circuit for the parameters of the hardened layer, which provides the required quality of the process flow based on the analysis of the temperature cycle of the effect of laser radiation on the material of the processed object in real time .

Описание чертежейDescription of drawings

На фигуре представлена структурная схема двухконтурной системы управления технологическим процессом лазерного термоупрочнения.The figure shows a structural diagram of a dual-circuit process control system for laser thermal hardening.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Устройство управления технологическим процессом лазерного термоупрочнения содержит контроллер задания параметров упрочняемого слоя 1, регулятор параметров упрочняемого слоя 2, контроллер формирования технологических параметров обработки 3, регулятор мощности 4, источник излучения (лазер) 5, регуляторы скорости 6, приводы перемещения подвижных звеньев лучепровода 7, лучепровод 8, объект обработки 9, датчик температуры 10, функциональный преобразователь (ФП1) 11, модель процесса нагрева 12, функциональный преобразователь (ФП2) 13, интеллектуальный идентификатор параметров упрочняемого слоя 14, функциональный преобразователь (ФП3) 15.The laser thermal hardening technological process control device comprises a controller for setting the parameters of the hardenable layer 1, a controller for the parameters of the hardenable layer 2, a controller for generating technological processing parameters 3, a power controller 4, a radiation source (laser) 5, speed controllers 6, moving link drives of the beam path 7, a beam path 8, processing object 9, temperature sensor 10, functional converter (FP1) 11, model of the heating process 12, functional converter (FP2) 13, intelligent the identifier of the parameters of the hardened layer 14, the functional Converter (FP3) 15.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Контроллер задания параметров упрочняемого слоя 1 задает исходные данные для регулятора параметров упрочняемого слоя 2, с которого данные поступают на контроллер формирования технологических параметров обработки 3, где формируются управляющие сигналы для регулятора мощности 4 источника излучения (лазера) 5 и регуляторов скорости 6 приводов 7 перемещения подвижных звеньев лучепровода 8.The controller for setting the parameters of the hardened layer 1 sets the initial data for the controller of the parameters of the hardened layer 2, from which the data are sent to the controller for the formation of technological processing parameters 3, where control signals are generated for the power controller 4 of the radiation source (laser) 5 and speed regulators 6 of the drives 7 for moving 7 drives links of the beam line 8.

Во время процесса лазерного воздействия на объект обработки 9 датчик температуры 10 измеряет параметры нагрева обрабатываемой поверхности. Температура нагрева поверхности в зоне обработки имеет функциональную связь со скоростью обработки. В функциональном преобразователе (ФП1) 11 происходит преобразование температуры нагрева поверхности в скорость обработки, здесь же происходит вычитание заданной изначально скорости в контроллере формирования технологических параметров обработки 3 и скорости требуемой в зависимости от показаний датчика температуры 10 во время процесса лазерной обработки. Ошибка по скорости, полученная в результате преобразований, подается на регуляторы скорости 6 перемещения подвижных звеньев лучепровода.During the process of laser exposure to the processing object 9, the temperature sensor 10 measures the heating parameters of the treated surface. The surface heating temperature in the treatment zone has a functional relationship with the processing speed. In the functional converter (FP1) 11, the surface heating temperature is converted to the processing speed; here, the initial speed specified in the controller for the formation of technological processing parameters 3 and the speed required depending on the readings of the temperature sensor 10 during the laser processing are subtracted. The error in speed obtained as a result of the transformations is fed to the speed controllers 6 for moving the movable links of the beam path.

В это же время информация с датчика температуры 10 поступает на блок модели процесса нагрева 12 для построения эталонной компьютерной модели тепловых преобразований в металле. Интеллектуальный идентификатор 14, обрабатывая с помощью функционального преобразователя (ФП2) 13 данные с датчика температуры 10, модели процесса нагрева 12, заданные скорость обработки и мощность излучения, формирует корректирующие данные, которые обрабатываются в функциональном преобразователе (ФП3) 15. Далее информация поступает на регулятор параметров упрочняемого слоя 2 для изменения технологического задания.At the same time, information from the temperature sensor 10 enters the heating process model block 12 to build a reference computer model of thermal transformations in the metal. Intelligent identifier 14, processing with the help of a functional converter (FP2) 13, data from a temperature sensor 10, models of the heating process 12, a given processing speed and radiation power, generates correction data that is processed in a functional converter (FP3) 15. Further, the information goes to the controller hardened layer 2 parameters for changing the technological task.

Claims

A device for controlling the process of laser thermal hardening, comprising a controller for setting parameters of the hardened layer, a controller for generating technological processing parameters that generates control signals for the radiation source power controller and for speed controllers of the drives for moving the movable links of the laser beam path for heating the surface to be treated, a temperature sensor associated with functional converter FP1, forming corrective signals to the aforementioned speed regulators, characterized in that it contains an intelligent identifier of the parameters of the hardened layer, which generates correction signals supplied to the controller of the parameters of the hardened layer using the FP3 functional converter based on data received from the controller for generating technological processing parameters, the temperature sensor through the FP2 functional converter and the unit models of the heating process generated on the basis of data obtained from the temperature sensor and the formation controller technological parameters of processing.