一种激光淬火质量均匀性控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光淬火质量均匀性控制方法及装置，该装置包括激光淬火头；温度探测器，用于探测工件表面位于淬火区的温度；以及位置调节机构连接，所述激光淬火头和所述温度探测器通过所述位置调节机构相连，所述位置调节机构调节所述温度探测器的探头焦点与所述激光淬火头的激光加工点至重合的位置。具体应用过程为：步骤一：应用检测装置采集激光淬火工艺参数，构建工件表面温度/扫描速度和工件表面质量的关系模型；步骤二：在激光淬火加工中，基于所构建的模型，实时监控工件表面位于淬火区的温度，根据监控的数据实施调节激光设备的输出功率，控制工件淬火区表面温度的温差在所设定的阈值范围内。

【技术实现步骤摘要】
一种激光淬火质量均匀性控制方法及装置
本专利技术属于金属材料加工领域，具体涉及一种激光淬火质量均匀性控制方法及装置。
技术介绍
低碳钢材料因含碳量低、淬硬性差，传统淬火方法无法显著提高其表面性能。激光淬火作为重要的激光表面处理技术，以高能密度的激光束辐照工件局部表面，使之迅速积聚激光能量，以105～106℃/s的速度瞬间升温至奥氏体相变点与熔点的温度区间，后自激冷却发生马氏体相变，大幅提升材料表面硬度及耐磨性，进而提高零部件的使用寿命。但在零部件激光淬火批量加工过程中，仍存在淬火表面硬度以及硬化层深的一致性无法保证的问题，致使零部件表面质量降低，进而制约零部件使用寿命的提升。导致激光淬火表面质量均匀性变差有两方面原因：一方面，由于在产业化批量生产时，激光器能量衰减、光学器件老化致使实际输出功率低于设定功率，从而达不到预期淬火效果所规定的表面温度，通常条件下，无法实现实时反馈与及时调整；另一方面，大尺寸工件表面油漆及锈蚀引起的表面能量吸收(温度)异常，导致批量加工过程中工件的表面硬度与硬化层深度等指标的一致性无法满足，工件表面质量均匀性无法保证，零部件使用寿命大幅下降，严重制约激光淬火技术产业化发展。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种激光淬火温度在线检测装置和应用。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术提供了一种激光淬火温度在线检测装置，包括激光淬火头；温度探测器，用于探测工件表面位于淬火区的温度；以及位置调节机构连接，所述激光淬火头和所述温度探测器通过所述位置调节机构相连，所述位置调节机构调节所述温度探测器的探头焦点与所述激光淬火头的激光加工点至重合的位置。作为本专利技术的进一步改进，所述位置调节机构包括转动连接杆，第一调节旋钮和第二调节旋钮，所述转动连接杆的一端与所述激光淬火头固定相连，另一端通过垂直连接的所述第一调节旋钮和所述第二调节旋钮连接所述温度探测器。作为本专利技术的进一步改进，所述转动连接杆包括第一连杆和第二连杆，所述的第一连杆和所述第二连杆通过角度调节旋钮连接。作为本专利技术的进一步改进，所述的第一调节旋钮与所述的转动连接杆垂直连接，所述的第二调节旋转与所述的第一调节旋钮垂直相连，所述温度探测器与所述的第一调节旋钮垂直相连。作为本专利技术的进一步改进，所述的激光淬火头与所述的温度探测器共面设置，两者所在的平面垂直于激光扫描方向。本专利技术还提供了一种应用以上装置在对工件进行淬火加工过程中实施对工件表面加工金属层的均匀化质量控制的方法，包括以下步骤：步骤一：应用检测装置采集激光淬火工艺参数，构建工件表面温度/扫描速度和工件表面质量的关系模型；步骤二：在激光淬火加工中，基于所构建的模型，实时监控工件表面位于淬火区的温度，根据监控的数据实施调节激光设备的输出功率，控制工件淬火区表面温度的温差在所设定的阈值范围内。作为本专利技术的进一步改进，所构建的模型与具有同一种材质的加工件相对应。作为本专利技术的进一步改进，所构建的模型包括表面温度-扫描速度-硬度关系模型和温度-扫描速度-硬化层深度关系模型，步骤二中，首先根据工件的对硬度和硬化层的要求结合构建的模型先确定加工过程中工件表面应控制的温度和扫描速度，之后确定激光设备的初始功率。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤二中对输出功率的调节是在扫描速度保持恒定的基础上实施的，包括：当工件表面温度的温差在所设定的阈值范围内，维持激光设备的输出功率；当工件表面温度的温差超出所设定的阈值范围，调节激光设备的输出功率，直至温度探测的工件表面温度在监控的范围内。。本专利技术的有益效果：基于本专利技术的在线检测装置实时检测的淬火工艺参数，一方面可以利用所采集的工艺参数构建与工件质量相关的关系模型，进一步的在淬火加工过程中，基于所建立的模型，检测加工过程中的工艺条件的变化，调节设备直至工艺条件对应的质量要求，解决因设备或工件自身因素导致的表面硬度及淬硬层深度不一致的问题，实现激光淬火过程质量均匀性控制。附图说明图1为本专利技术激光淬火温度在线检测装置结构示意图；图2为位置调节机构的结构示意图；图3为本专利技术所采用的控制激光淬火件表面质量均匀性的控制流程图；图4为同一激光输出功率调节下，不同扫描速度下与表面中心温度的关系图；图5为应用本专利技术的方法对工件修正前后工件表面温度变化的模拟示意图；图6为采用本专利技术的专利技术所加工的工件的表面质量结果图，(a)表面宏观加工效果对比，(b)硬化层金相形貌；其中：1-机械手，2-激光淬火头，3-位置调节机构，4-温度探测器，5-激光束斑，6-转动连接杆，601-第一连杆，602-第二连杆，7-第一调节旋钮，8-第二调节旋钮，9-角度调节旋钮。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示的检测装置，该装置连接在激光淬火设备中智能机械手1上，主要包括激光淬火头2、温度探测器4，其中温度探测器4采用的是红外温度探测头，其测温范围250℃～1800℃，测温精度±2℃，信号探测响应时间1ms。两者通过位置调节机构3连接，保证探测头与淬火头全程的协同运动，同时所述位置调节机构3调节所述温度探测器4的探头焦点与所述激光淬火头2的激光加工点至重合的位置，保证准确的获取淬火区加工件表面的准确温度。另外为了保证位置的稳定性，优选的是将所述的激光淬火头2与所述的温度探测器4调节至共面设置的位置，并且该平面垂直于激光扫描方向的前提下，再调节探头焦点和激光点的重合。如图1-2所示，所述位置调节机构3调节包括转动连接杆6，第一调节旋钮7和第二调节旋钮8，所述转动连接杆6的一端与所述激光淬火头2固定相连，另一端通过垂直连接的所述第一调节旋钮7和所述第二调节旋钮8连接所述温度探测器4，其中所述转动连接杆6包括第一连杆601和第二连杆602，所述的第一连杆601和所述第二连杆602通过角度调节旋钮9连接。调节重合点的具有过程为：首先将温度探测器4旋至第一调节旋钮7前端的固定螺纹中、探头前端镜片距离光斑区域约200mm，其次转动第一调节旋钮7，使探头轴向与激光扫描方向垂直并固定旋钮，将第一调节旋钮7对应的刻度数记为A1；其次转动平行扫描方向的第二调节旋钮8，并观察显示界面的温度示数，当出现最大值时，将该温度值记为Tmax1，固定旋钮并将刻度记为A2；最后转动角度调节旋钮9，当界面显示温度为最大值时，将该温度值记为Tmax2，固定旋钮并将刻度记为A3。之后该装置将温度探测器4探测的温度数据并结合激光淬火头2的扫描数据输入到激光设备的控制系统中，控制系统应用所采集的工艺参数数据构建与工件质量相关的工艺模型，以便于应用于后期激光淬火的修正，为温度异常提供了调整的指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光淬火温度在线检测装置，其特征在于：包括激光淬火头；/n温度探测器，用于探测工件表面位于淬火区的温度；/n以及位置调节机构连接，所述激光淬火头和所述温度探测器通过所述位置调节机构相连，所述位置调节机构调节所述温度探测器的探头焦点与所述激光淬火头的激光加工点至重合的位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光淬火温度在线检测装置，其特征在于：包括激光淬火头；
温度探测器，用于探测工件表面位于淬火区的温度；
以及位置调节机构连接，所述激光淬火头和所述温度探测器通过所述位置调节机构相连，所述位置调节机构调节所述温度探测器的探头焦点与所述激光淬火头的激光加工点至重合的位置。


2.根据权利要求1所述的一种激光淬火温度在线检测装置，其特征在于：所述位置调节机构包括转动连接杆，第一调节旋钮和第二调节旋钮，所述转动连接杆的一端与所述激光淬火头固定相连，另一端通过垂直连接的所述第一调节旋钮和所述第二调节旋钮连接所述温度探测器。


3.根据权利要求2所述的一种激光淬火温度在线检测装置，其特征在于：所述转动连接杆包括第一连杆和第二连杆，所述的第一连杆和所述第二连杆通过角度调节旋钮连接。


4.根据权利要求2所述的一种激光淬火温度在线检测装置，其特征在于：所述的第一调节旋钮与所述的转动连接杆垂直连接，所述的第二调节旋转与所述的第一调节旋钮垂直相连，所述温度探测器与所述的第一调节旋钮垂直相连。


5.根据权利要求1所述的一种激光淬火温度在线检测装置，其特征在于：所述的激光淬火头与所述的温度探测器共面设置，两者所在的平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：关婷婷，陈志凯，李强，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32