阅读说明：本技术 一种增材修复过程中熔池状态的稳定性控制系统 (Stability control system of molten pool state in material increase repair process ) 是由 李小平 印伟 郭立祥 陈阳 于 2020-03-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种熔池温度控制技术,具体为一种增材修复过程中熔池状态的稳定性控制系统,包括熔池、CCD相机、数据采集卡和分析显示装置；所述CCD相机设在熔池上方并与数据采集卡通讯连接,所述数据采集卡与分析显示装置通信连接,还包括PLC控制器,电磁感应加热装置和水冷装置,所述数据采集卡与PLC控制器数据连接,所述电磁感应加热装置和水冷装置安装在熔池上,所述PLC控制器还分别与电磁感应加热装置和水冷装置通讯连接,具有闭环控制功能,可对熔池温度进行预热、升温、保温、降温的动作,并且处于动态调节过程,通过CCD相机对熔池温度进行采集可以提高系统安装的兼容性,并且可以实现一体化和高精度控制。(The invention relates to a molten pool temperature control technology, in particular to a molten pool state stability control system in an additive repair process, which comprises a molten pool, a CCD camera, a data acquisition card and an analysis display device, wherein the CCD camera is arranged above the molten pool and is in communication connection with the data acquisition card, the data acquisition card is in communication connection with the analysis display device, the system also comprises a P L C controller, an electromagnetic induction heating device and a water cooling device, the data acquisition card is in data connection with the P L C controller, the electromagnetic induction heating device and the water cooling device are arranged on the molten pool, the P L C controller is also in communication connection with the electromagnetic induction heating device and the water cooling device respectively, the system has a closed-loop control function, can preheat, heat and preserve heat the molten pool temperature, is in a dynamic adjustment process, and can improve the compatibility of system installation and realize integration and high-precision control by acquiring the molten pool temperature through the CCD camera.)

一种增材修复过程中熔池状态的稳定性控制系统

技术领域

本发明涉及一种熔池温度控制技术，具体为一种增材修复过程中熔池状态的稳定性控制系统。

背景技术

由于增材修复是将修复模型分层切片，然后进行材料逐层累加。在此过程中，上一层的焊道成形质量将直接影响下一层的焊道成形质量，而熔池温度将直接影响焊接质量，过高或者过低都不行。熔池温度过高会造成铁水下淌，烧穿基材，难以控制焊道的成形。温度过低，熔池较小，铁水流动性差，易产生未焊透，未融合，夹渣等缺陷。当熔池温度处于某个范围的值时，熔池温度足够高，熔池较大，铁水流动性好，且易于融合。

焊前预热的目的：1)延长焊接时熔池凝固时间，避免氢致裂纹；

2)减缓冷却速度，提高抗裂性；3)减少温度梯度，降低焊接应力；

4)降低焊件结构的拘束度。

PLC控制器的主要特点：(1)使用灵活、通用性强——PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。

(2)可靠性高、抗干扰能力强，PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高

(3)编程简单、容易掌握——PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和习惯。大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。

但目前尚未有熔池的温度进行稳定性控制的专门设计。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种增材修复过程中熔池状态的稳定性控制系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种增材修复过程中熔池状态的稳定性控制系统，包括熔池、CCD相机、数据采集卡和分析显示装置；

所述CCD相机设在熔池上方并与数据采集卡通讯连接，所述数据采集卡与分析显示装置通信连接，还包括PLC控制器，电磁感应加热装置和水冷装置，所述数据采集卡与PLC控制器数据连接，所述电磁感应加热装置和水冷装置安装在熔池上，所述PLC控制器还分别与电磁感应加热装置和水冷装置通讯连接。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种如权利要求1所述的控制系统的控制方法，包括如下步骤：步骤一、CCD相机拍摄记录熔池的图像信息传递到数据采集卡后，数据采集卡通过灰度值和温度值之间的关系换算出熔池温度值，并将该温度值与PLC控制器和分析显示装置进行通信；

步骤二、当数据采集卡采集的温度T低于a值时，PLC控制器启动电磁加热装置，通过电磁加热装置对熔池进行加热；

步骤三、当温度T大于a值且小于b值时，PLC控制器关闭电磁加热装置；

步骤四、当温度T大于b值时，PLC控制器启动水冷装置。

作为优选，还包括步骤五：当分析显示装置输入a值时，当温度T低于a值时，PLC控制器启动电磁加热装置对熔池进行加热，直至熔池温度升至a值。

作为优选，还包括步骤六：当分析显示装置输入b值时，当温度T超过b值时，PLC控制器启动水冷装置对熔池进行降温，直至熔池温度降至b值。

本发明有益效果：本发明的一种增材修复过程中熔池状态的稳定性控制系统具有闭环控制功能，可对熔池温度进行预热、升温、保温、降温的动作，并且处于动态调节过程，通过CCD相机对熔池温度进行采集可以提高系统安装的兼容性，并且可以实现一体化和高精度控制。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明的增材修复过程中熔池状态的稳定性控制流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

在具体实施时，选择已有的视觉照相机技术，将CCD相机按照现有的技术安装在焊接背面正下方拍摄焊接熔池的图像输入至分析显示装置。所述熔池温度场检测系统包括CCD相机，数据采集卡以及分析显示装置，将CCD相机安装在焊接背面正下方拍摄焊接熔池的图像。CCD相机经过图片采样，将信息输入至分析显示装置，该装置能够对热辐射场的图像进行滤波处理，得到灰度值和温度值之间的对应关系，则可准确找到熔池的温度值。这种方法能够保证实验室对增材修复过程中温度的精准采集，同时，对于基材和熔池温度的采集是实时的，输出的温度值信息也是实时的，直至增材过程结束。

温度场检测系统得到的温度值，将直接输出至PLC控制器。

由于控制系统的闭环调节，相机能不断接收到图片信息的反馈，温度值也将由计算机不断输出至PLC控制器。

PLC控制器获得数据后需要先对数值先进行判定，如果该值低于a值，则PLC控制器则对电磁感应加热系统输出信号，电磁感应系统接收信号后开始工作，对基材进行预热。

CCD相机对焊接基材的监控是实时的，故当温度超过所设的a值后，电磁感应加热系统停止工作，基材达到电弧熔覆所需要求的温度值。

在增材修复的过程中因为热源的作用下，熔池温度逐渐上升，上升到b值后，温度场检测系统则将数据输出至PLC控制器，控制器的输出端则会运行冷却系统。

水冷的方式是直接开启水流最大值进行快速降温，因为温度场检测系统能够直接准确的测量出熔池的温度，且PLC的特点是稳定，迅速，当温度降到所设置b值时，PLC会立即停止冷却系统，以免造温度下降过多形成过高的温度梯度，增加焊接的内应力。而随着试验继续熔池温度会迅速再次升温，PLC则又会迅速触发降温系统，这样设定可以使得熔池温度保持在一个理想温度范围之中。

以实际操作为例，根据修复零件的材料选用相应的丝材，根据材料的特性确定所需要的预热温度，增材修复中的熔池的温度。

基材为七系铝合金，丝材选用五系丝材，故确认a取值为200度，b取值为1700度。

将a,b值输入温度场检测系统后，试验即可开始。由于基材温度并没有达到200度，温度场检测系统输出信息至PLC控制器，控制器则会触发运行电磁感应加热系统。

温度上升超过200度后，温度场检测系统则会发送信息至控制器，触发停止电磁感应加热系统。

满足试验预热条件后，则可开始进行增擦修复，在此过程中，熔池温度迅速增加，并很快到达1700度，温度场系统检测到后则会立即输出信息至控制器，并且触发冷却系统。

随着冷却系统的开启，熔池温度会小幅上升后逐渐降低温度，温度在下降到1700度一下后，控制器会停止水冷系统，熔池温度会再次上升，水冷系统也会在其达到1700度时开启，由此可以将熔池温度稳定维持在1700度左右，从而控制熔池状态的稳定性。

出现增材修复暂停的情况，熔池温度会迅速下降，在下降至设定的200度时，温度场检测系统则会输出信息至控制器，触发电磁感应加热系统，保证基材温度稳定在200度左右，实现保温的作用。

熔池状态需要分在形成熔池前的基材预热和熔池形成过程中温度的实时控制，在连续增材修复过程中如果需要暂停，该系统仍可对基材和熔覆层进行保温，现有的熔池稳定系统只能单项控温，预热保温和降温并未实现一体化控制，在从保温箱中取出基材，再经过表面处理，放置于工作台等操作使得基材在空气中的散去的热量无法控制，这也造成了实验的误差，相比于此类系统，本系统的特点从根本上解决了该问题，具有很高的一体化和高精度的特点。

以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。