激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统，包括第一温度采集模块、第二温度采集模块，以及与两者电连接的处理模块，第一温度采集模块设置在渐进成形设备主轴上采集成形压头顶端处板材温度；第二温度采集模块设置在板材背面采集渐进成形加工中板材背面温度；处理模块还与激光器的功率控制器电连接，激光器设置在渐进成形设备主轴上且与激光器的发射方向的延长线经过成形压头的顶端。本实用新型专利技术通过在渐进成形加工中对板材的正面和背面进行加工温度的闭环控制，使得板材在成形压头处的温度值在最佳成形温度阈值内，有利于提高材料柔性，降低板材的成形残余力，及降低回弹，提高板材的成形精度。

【技术实现步骤摘要】
激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统
本技术涉及渐进成形加工
，具体涉及一种激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统。
技术介绍
渐进成形技术作为无模成形技术的一种，由其特点不需要专用模具，节省了设计模具的时间和成本，市场响应速度快，可进行小批量生产，是一种柔性制造技术。但对于应用于航空航天的材料来说，例如钛合金，成形性能差，渐进成形技术满足柔性制造的特点，但若材料的成形性能差，加工精度就不能满足加工要求。而目前通常采用的激光加热辅助渐进成形技术及装备是通用挤压工具沿特定轨迹逐步渐进挤压板料使其产生塑性变形，同时采用激光加热板料提高材料成形性。该工艺的特点是工装成本低、制造周期短，尤其适用于航空航天小批量产品的高品质制造。但是，目前的成形设备中通常无法控制板材在成形压头处的温度，即无法实现对板材加工温度值闭环控制，不能使板材在成形压头处的温度值在最佳成形温度阈值内，不利于提高材料柔性，不利于降低板材的成形残余力，及降低回弹，从而影响板材的成形精度。另外，板材的成形压力对板材成形的质量有较大的影响，对于成形力的监测分析对于研究成形过程中塑性变形的作用机理和微型组织变化具有重要作用，更进一步的对于研究工具头直径、轴向进给量等工艺参数对成形质量的影响具有重要意义加工过程中，而目前成形加工设备中缺少对板材成形压力的监测及记录。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提供一种激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统，实现对板材的温度值闭环控制，使板材在成形压头处的温度值在最佳成形温度阈值内，提高材料柔性，降低板材的成形残余力，降低回弹，提高板材的成形精度。本技术是通过如下技术方案实现的：提供一种激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统，包括第一温度采集模块、第二温度采集模块，以及与两者电连接的处理模块，第一温度采集模块设置在渐进成形设备主轴上并用于采集成形压头顶端处板材温度；第二温度采集模块设置在板材背面且用于采集渐进成形加工中板材背面温度；处理模块还与激光器的功率控制器电连接用于调节激光器的功率，激光器设置在渐进成形设备主轴上且与激光器的发射方向的延长线经过成形压头的顶端。渐进成形设备工作时，第一温度采集模块、第二温度采集模块分别采集板材正面和背面的温度，处理模块用于将采集到的板材温度与设定的温度阈值区间比较，由闭环控制控制改变激光器的发射功率使成形压头顶端处板材的温度维持在设定温度阈值内，通过对板材的上下两面温度值的闭环反馈，使得在成形压头处金属板材的温度值在最佳成形温度阈值内，降低了板材的成形残余力，减小回弹，板材柔性提高，最终提高板材的成形精度。进一步的，第二温度采集模块包括位于成形压头正下方的中间温度采集模块以及对称设置在中间温度采集模块两侧的侧边温度采集模块，中间温度采集模块的测温方向与水平面的夹角为90°，两个侧边温度采集模块的测温方向与水平面的夹角为30°~45°。第二温度采集模块的传感器数量及安放位置由加工环境及加工形状决定，对于简单的加工形状，在现场加工环境允许的情况下，可由一个置于板材正下方的温度传感器即可完成测量；对加工形状及加工环境较为复杂的情况下需要两个以上的温度传感器配合完成。两个传感置于成形板材的背面，与水平方向呈30°~45°夹角，可避免出现有监测死角，保证监测准确性。更进一步的，中间温度采集模块和侧边温度采集模块均为彩色CCD工业相机。成形压头处板材背面温度由彩色CCD工业相机（带滤光片）测得，利用相机对板材进行拍照，经过高斯滤波、中值滤波等滤波算法对原始图像进行降噪处理，通过双比色原理比值测温法得温度值。进一步的，第一温度采集模块为红外温度传感器，且红外温度传感器的测温方向的延长线经过成形压头的顶端。进一步的，还包括与处理模块电连接的压力采集模块，压力采集模块设置在渐进成形设备机床刀柄与主轴连接法兰处并用于成形过程中板材的压力检测和记录。通过测量实时成形力，并且对压力数据进行实时存储，以供对板材在成形过程中的压力分布进行分析，为后续的成形方案的制定提供参考，进一步的对研究各种工艺参数对成形压力的影响以及成形压力对成形质量的影响提供可靠的依据，最终达到对成形压力的检测。更进一步的，压力传感器为法兰式压力传感器。由于现场加工环境的复杂性，设备种类繁多，考虑到现实情况，压力检测模块置于主轴上，实现压力检测的方式不能直接接触板材，实时监测板材在成形过程中板材所承受的压力。进一步的，还包括与处理模块电连接的显示模块，显示模块为工业触屏显示器，用于显示板材正面成形压头顶端处和板材背面的实时温度以及板材承受的成形力。进一步的，还包括与处理模块电连接的报警模块，报警模块为声光报警器，声光报警器通过工业触屏显示器设置报警阈值，并在工业触屏显示器上显示报警信息。本技术的有益效果：通过第一温度采集模块、第二温度采集模块分别采集板材正面和背面的温度，处理模块用于将采集到的板材温度与设定的温度阈值区间比较，由闭环控制控制改变激光器的发射功率使成形压头顶端处板材的温度维持在设定温度阈值内，通过对板材的上下两面温度值的闭环反馈，使得在成形压头处金属板材的温度值在最佳成形温度阈值内，降低了板材的成形残余力，减小回弹，板材柔性提高，最终提高板材的成形精度。附图说明图1为激光辅助渐进成形设备的结构示意图。图2为本技术的结构示意图。图3为本技术各模块的连接框图。图中所示：100-激光器；110-第一温度采集模块；120-处理模块；122-处理器；124-存储器；126-存储控制器；130-第二温度采集模块；170-压力采集模块；140-显示模块；150-报警模块；210-渐进成形设备，211-主轴；212-成形压头；213-压块；214-成形板材。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。一种激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统，如图1所示，本技术设置在渐进成形设备210上，其中渐进成形设备210包括主轴211、成形压头212、托板213，及成形区域214等部分。温度监控调节装置包括第一温度采集模块110、第二温度采集模块130，以及与两者电连接的处理模块120。第一温度采集模块110设置在渐进成形设备主轴211上并用于采集成形压头顶端处板材温度；第二温度采集模块130设置在板材背面且用于采集渐进成形加工中板材背面温度；处理模块120还与激光器100的功率控制器电连接用于调节激光器100的功率，激光器100设置在渐进成形设备主轴211上且与激光器100的发射方向的延长线经过成形压头的顶端。第二温度采集模块130包括位于成形压头212正下方的中间温度采集模块以及对称设置在中间温度采集模块两侧的侧边温度采集模块，中间温度采集模块的测温方向与水平面的夹角为90°，两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统，其特征在于：包括第一温度采集模块、第二温度采集模块，以及与两者电连接的处理模块，/n第一温度采集模块设置在渐进成形设备主轴上并用于采集成形压头顶端处板材温度；/n第二温度采集模块设置在板材背面且用于采集渐进成形加工中板材背面温度；/n处理模块还与激光器的功率控制器电连接用于调节激光器的功率，激光器设置在渐进成形设备主轴上且与激光器的发射方向的延长线经过成形压头的顶端。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统，其特征在于：包括第一温度采集模块、第二温度采集模块，以及与两者电连接的处理模块，
第一温度采集模块设置在渐进成形设备主轴上并用于采集成形压头顶端处板材温度；
第二温度采集模块设置在板材背面且用于采集渐进成形加工中板材背面温度；
处理模块还与激光器的功率控制器电连接用于调节激光器的功率，激光器设置在渐进成形设备主轴上且与激光器的发射方向的延长线经过成形压头的顶端。


2.根据权利要求1所述的激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统，其特征在于：第二温度采集模块包括位于成形压头正下方的中间温度采集模块以及对称设置在中间温度采集模块两侧的侧边温度采集模块，中间温度采集模块的测温方向与水平面的夹角为90°，两个侧边温度采集模块的测温方向与水平面的夹角为30°~45°。


3.根据权利要求2所述的激光辅助渐进成形加工过程温度监控调节系统，其特征在于：中间温度采集模块和侧边温度采集模块均为彩色CCD工业相机。


4.根据权利要求1所述的激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣涛，成巍，戈海龙，马庆增，马新强，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：新型
国别省市：山东;37