Устройство управления технологическим процессом лазерного термоупрочнения

Авторы патента:

Старостин Дмитрий Александрович (RU)

B23K26/062 - Обработка металла лазерным лучом, например сварка, резка, образование отверстий (лазеры H01S 3/00)

Владельцы патента RU 2599920:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (RU)

Изобретение относится к устройству управления технологическим процессом лазерного термоупрочнения. Для повышения качества обработки обеспечен контроль с последующей корректировкой параметров упрочняемого слоя детали в реальном масштабе времени. В устройстве представлена двухконтурная система управления: контур стабилизации температуры на поверхности объекта обработки и контур коррекции параметров упрочняемого слоя. Устройство содержит контроллер задания параметров упрочняемого слоя, контроллер формирования технологических параметров обработки, формирующих управляющие сигналы для регулятора мощности источника излучения и регуляторов скорости приводов перемещения подвижных звеньев лучепровода, осуществляющего лазерным лучом нагрев обрабатываемой поверхности, датчик температуры, связанный с функциональным преобразователем ФП1, формирующим корректирующие сигналы на регуляторы скорости. Интеллектуальный идентификатор параметров упрочняемого слоя формирует корректирующие сигналы для регулятора параметров упрочненного слоя с помощью функционального преобразователя ФП3 на основе данных, полученных с контроллера формирования технологических параметров обработки, с датчика температуры через функциональный преобразователь ФП2 и с блока модели процесса нагрева. Модель процесса нагрева генерируется на основе данных, полученных с датчика температуры и контроллера формирования технологических параметров обработки. 1 ил.

Область техники

Изобретение относится к области обработки металла лазерным лучом, в частности к управлению технологическим процессом лазерного термоупрочнения.

Уровень техники

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.).

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.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является повышение производительности и качества технологического процесса лазерного термоупрочнения.

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.

Описание чертежей

На фигуре представлена структурная схема двухконтурной системы управления технологическим процессом лазерного термоупрочнения.

Осуществление изобретения

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.

Устройство работает следующим образом.

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.

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.

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.

Устройство для управления технологическим процессом лазерного термоупрочнения, содержащее контроллер задания параметров упрочняемого слоя, контроллер формирования технологических параметров обработки, формирующий управляющие сигналы для регулятора мощности источника излучения и для регуляторов скорости приводов перемещения подвижных звеньев лучепровода лазерного луча для нагрева обрабатываемой поверхности, датчик температуры, связанный с функциональным преобразователем ФП1, формирующим корректирующие сигналы на упомянутые регуляторы скорости, отличающееся тем, что оно содержит интеллектуальный идентификатор параметров упрочняемого слоя, формирующий корректирующие сигналы, подаваемые на регулятор параметров упрочненного слоя с помощью функционального преобразователя ФП3 на основе данных, полученных от контроллера формирования технологических параметров обработки, датчика температуры через функциональный преобразователь ФП2 и блока модели процесса нагрева, генерируемой на основе данных, полученных с датчика температуры и контроллера формирования технологических параметров обработки.

Изобретение относится к способу эпитаксиального нанесения ремонтного материала на поверхность (38) подложки, полученной направленной кристаллизацией, и может быть использовано для ремонта деталей газотурбинного двигателя.

Инструмент для удерживания конструктивного элемента турбомашины, содержащий средства установки и фиксации в неподвижном положении конструктивного элемента и элемента, прикрепляемого путем припаивания или приваривания на упомянутом конструктивном элементе // 2598418

Изобретение относится к инструменту для удерживания конструктивного элемента турбомашины при креплении металлического элемента (32, 34) на данном конструктивном элементе и способу крепления металлического элемента (32, 34) на упомянутом конструктивном элементе.

Устройство спекания и лазерного плавления, содержащее средство индукционного нагрева порошка // 2598015

Группа изобретений относится к лазерному спеканию металлического порошка. Устройство лазерного спекания для наплавки металлической детали из металлического порошка содержит генератор лазерного луча, средство отклонения лазерного луча для сканирования поверхности детали, емкость для спекания, содержащую металлический порошок для утолщения детали посредством расплавления металлического порошка лазерным лучом, и по меньшей мере одно средство индукционного нагрева металлического порошка, содержащегося в зоне упомянутой емкости для спекания.

Способ изготовления многофункциональных прецизионных оптических прицельных сеток методом лазерной абляции с запуском // 2591034

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа изготовления многофункциональных оптических прицельных сеток. Способ включает в себя чистку подложки, нанесение на подложку элементов топологии оптической шкалы в световой зоне сетки методом лазерной абляции с использованием инфракрасного фемтосекундного импульсного лазера, запуск, поправку, чистку органическим растворителем, нанесение металлического покрытия из алюминия или серебра.

Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород // 2590759

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки, осуществляемому с помощью электрической дуги и лазерного луча, сочетающихся друг с другом в единой сварочной ванне, в которую расплавленный металл подается посредством плавления расходуемой проволоки.

Способ гибридной лазерно-дуговой сварки деталей из алитированной стали с проволокой, содержащей образующие гамму-фазу элементы, и газом, содержащим менее 10% азота или кислорода // 2588978

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки стальных деталей, содержащих поверхностное покрытие на основе алюминия. Осуществляют сварку с помощью электрической дуги и лазерного луча, сочетающихся друг с другом в единой сварочной ванне, в которую расплавленный металл вносят в результате плавления расходуемой проволоки, сварку ведут с защитным газом.

Устройство для лучевой обработки // 2587367

Изобретение относится к устройству для лучевой обработки, которое способно быстро и точно обрабатывать поверхность заготовки. Устройство (10) для обработки поверхности заготовки (W) лучом (LB) содержит источник (32) для генерирования луча (LB), средство (12) перемещения луча (LB) и несколько отражателей (14), расположенных на оптическом пути луча (LB) между средством (12) перемещения луча и обрабатываемой поверхностью.

Способ лазерной пробивки сквозного отверстия в неметаллической пластине // 2582849

Изобретение относится к способу лазерной пробивки сквозного отверстия в неметаллической пластине и может найти применение изготовления пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов с отверстиями.

Способ лазерной наплавки и устройство для его осуществления // 2580180

Изобретение относится к способу и устройству лазерной наплавки материалов. Способ лазерной наплавки состоит в подаче наплавляемого материала в фокальную область лазерного пучка, размещенную на поверхности обрабатываемого изделия.

Способ изготовления малогабаритных оптических резонансных ячеек с парами атомов щелочных металлов и устройство для его осуществления // 2578890

Группа изобретений относится к способу и устройству для изготовления малогабаритных атомных ячеек с парами атомов щелочных металлов и может быть использована при изготовлении квантовых приборов различного применения.

Лазерная обрабатывающая головка // 2600458

Изобретение относится к лазерной обрабатывающей головке для лазерной обрабатывающей установки (варианты) и лазерной обрабатывающей установке. Лазерная головка содержит держатель (2) для узла (3) датчика, сформированный из электропроводящего материала, внешний изоляционный узел (4), изготовленный из электроизоляционного материала, такого как пластик, для электрического экранирования и внутренний изоляционный узел (5), вставленный во внешний изоляционный узел (4) в качестве экрана для излучения. Внутренний изоляционный узел (5) сформирован из металла и электрически изолирован от узла (3) датчика. В результате повышается срок службы лазерной головки, поскольку исключается повреждение узлов лазерной головки от излучения в процессе ее работы. 5 н. и 30 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ изготовления деталей из слюды методом лазерной резки // 2601362

Изобретение относится к способу изготовления деталей из слюды методом лазерной резки. Подготавливают и жестко фиксируют плоскую заготовку из слюды на неподвижном основании, выполненном составным из съемной металлической сетки, опирающейся на прямоугольный выступ, выполненный по периметру окна в основании, закрепленном на предметном столе, к которому подводят вытяжную магистраль для поджатия упомянутой заготовки к съемной металлической сетке. Подают сфокусированное лазерное излучение (ЛИ) регулируемой мощности посредством портальной оптической отклоняющей системы на поверхность плоской заготовки. Формируют пятно в заданной точке поверхности плоской заготовки и осуществляют рез с управлением процессом реза упомянутой заготовки путем подачи управляющих сигналов от персонального компьютера на подвижный портал, содержащий направляющие и подвижную каретку, на которой закреплена оптическая лазерная головка с обеспечением продольно-поперечных перемещений по соответствующим координатам контура реза. Изобретение позволяет упростить способ и обеспечить условия для точной резки без деформирования расслаивающихся заготовок. 6 ил., 1 пр.

Способ изготовления металлических порошков // 2601983

Изобретение относится к изготовлению металлических порошков. Способ включает нагрев металла донора порошка до температуры его плавления, формирование из него капель металла и их охлаждение в среде нейтрального газа и сбор порошка. Поверхность образца металла донора порошка нагревают излучением лазера, которое перемещают в пределах площади поверхности образца металла донора со скоростью, достаточной для формирования на ней ванны расплава с объемом от 10-5 до 10 мм3. Объем расплавленного металла из ванны расплава дробят и выдувают струей сжатого нейтрального газа с обеспечением свободного полета капель металла до их охлаждения ниже температуры плавления. Частицы порошка собирают в объеме уловителя порошка. Обеспечивается стабильность формы и фракционного состава порошка, возможность регулирования среднего размера частиц и изготовления порошка с диаметром меньше 50 мкм. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Установка по изготовлению детали путем селективной плавки порошка // 2603737

Изобретение относится к установке и способу изготовления детали путем селективной плавки порошка. Установка содержит средства образования луча, например лазерного луча или электронного луча, и средства перемещения точки воздействия луча на слой порошка. Собирающий элемент брызг расплавленного порошка (24), образующихся во время локальной плавки порошка лучом (11), содержит отверстие (15) для прохождения луча (11). В установке предусмотрены средства для перемещения упомянутого собирающего элемента (14) совместно с лучом (11) над слоем порошка. 2 н. 9 з.п. ф- лы, 6 ил.

Способ изготовления металлических порошков // 2604079

Изобретение относится к изготовлению металлического порошка. Способ включает нагрев металла донора порошка до температуры его плавления, формирование из него капель металла и их охлаждение в среде нейтрального газа и сбор порошка. Поверхность образца металла донора порошка нагревают излучением лазера, которое перемещают в пределах площади поверхности образца металла донора порошка со скоростью, достаточной для формирования на ней ванны расплава, объем которой составляет от 10-5 до 10 мм3. Объем расплавленного металла из ванны расплава дробят и выдувают струей сжатого нейтрального газа с обеспечением свободного полета капель металла до их охлаждения ниже температуры плавления, при этом частицы порошка собирают в объеме уловителя порошка. Размер фракции порошка регулируют изменением мощности лазерного излучения, и/или фокусировкой лазерного луча, и/или скоростью перемещения луча лазера относительно поверхности образца металла донора, и/или длительностью воздействия лазерного излучения на образец метала донора, и/или давлением и скоростью струи сжатого нейтрального газа. Обеспечивается повышение эффективности производства металлического порошка. 3 ил.

Способ изготовления металлических порошков // 2604743

Изобретение относится к изготовлению металлических порошков. Способ включает нагрев металлического материала до температуры его плавления лазерным излучением, формирование из расплава капель, их охлаждение в свободном полете в среде нейтрального газа до температуры ниже температуры плавления металлического материала и сбор частиц порошка. Нагрев металлического материала до температуры его плавления ведут лазерным излучением путем прорезывания образца металлического материала с перемещением в сторону нетронутого массива материала со скоростью, обеспечивающей образование в месте контакта с ним зоны расплава. Формирование из расплава капель осуществляют в направлении движения струи плазмы посредством ее напора и/или струи сжатого нейтрального газа. Сбор частиц порошка осуществляют в объеме уловителя порошка, расположенного со стороны образца металлического материала, противоположной размещению лазерной головки, для формирования лазерного излучения. Обеспечивается повышение эффективности производства металлического порошка, а также стабильность формы и фракционного состава порошка. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Способ придания супергидрофобных свойств поверхности металла // 2605401

Изобретение относится к способу придания супергидрофобных свойств поверхности металла. Воздействуют на упомянутую поверхность сфокусированным лучом импульсного лазерного излучения с длительностью импульсов в наносекундном диапазоне, осуществляют перемещение упомянутого луча относительно упомянутой поверхности по заранее заданному закону. Выбирают характеристики упомянутого лазерного излучения и параметры упомянутого относительного перемещения таким образом, чтобы формировать на упомянутой поверхности многомодальную шероховатость с размерами одновременно в нанометровом и микрометровом диапазонах. Модифицируют упомянутую поверхность веществом с низкой поверхностной энергией - гидрофобизатором. Технический результат заключается в высокой эффективности процесса текстурирования поверхности и обеспечении формирования супергидрофобного состояния многомодальной шероховатости с характерными размерами одновременно в нанометровом (нанометры и/или десятки нанометров) и микрометровом (десятки и/или сотни микрон) диапазонах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

Изготовленная путем лазерной сварки фасонная деталь // 2606682

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано для изготовления путем лазерной сварки фасонной детали в виде таврового соединения стальных пластин, содержащей расположенные перпендикулярно друг другу стенку и полку, приваренную к стенке своей кромочной частью посредством плавления при однопроходном облучении лазерным лучом, направляемым со стороны одной из поверхностей полки. Форма сварной области в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению фасонной детали, должна быть такой, чтобы выполнялись заданные размеры ширины расплавленной области полки с двух сторон, ширины расплавленной области стенки с двух сторон и максимальной глубины проплавления стенки. В случае если стенка и полка выполнены в виде пластин с гальваническим покрытием, то для такой детали должны выполняться другие соответствующие условия для указанных заданных размеров. Изобретение обеспечивает повышение прочности таврового сварного соединения и его коррозионной стойкости. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 12 табл.

Установка для удержания лазерного излучения в безопасном замкнутом пространстве // 2607295

Установка содержит по меньшей мере два расположенных противоположно по бокам отверстия (О1, О2), через которые может протягиваться по меньшей мере одна металлическая лента, оболочку, содержащую первое и второе устройства с зажимными губками (М11, М12, M12s, М21, М22, M22s) для ленты, расположенные на пути протягивания ленты между двумя отверстиями, при этом упомянутые губки расположены поперечно, по меньшей мере, ширине ленты, головку (TL) установки для резки или сварки, испускающую пучок лазерного излучения в замкнутом пространстве, при этом упомянутый пучок является поперечно перемещаемым между парой губок (М11, М12), расположенных напротив одной из сторон поверхности ленты, причем в сжатом положении губок на ленте соединение губок (М11, М12, M12s; М21, М22, M22s) на поверхностях ленты приводит к образованию физического экрана (F1b) для лазерного излучения, препятствующего прохождению излучения через два отверстия оболочки. Достигается повышение безопасности лазерной резки. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для лазерной обработки и способ лазерной обработки, содержащие синглетную линзу для фокусировки // 2607500

Изобретение относится к способу и устройствам для лазерной обработки и может быть использовано для расплавления, испарения или резки материла под действием лазерного излучения. В устройстве несфокусированный свет (А) от точки (В) выхода света излучается на синглетную линзу (8). Линза (8) фокусирует лазерный свет (А) и направляет его на точку обработки детали (7). Расстояние (ma, mb) между линзой (8) и точкой (В) выхода света и расстояние (la, lb) между линзой (8) и точкой обработки детали (7) и расстояние между точкой (В) выхода света и упомянутой выше точкой обработки могут изменяться. При этом достигается расширение технологических возможностей устройства и способа, заключающееся в обработке деталей различной толщины, и повышается точность лазерной обработки. 5 н. и 35 з.п. ф-лы, 6 ил.