[发明专利]一种复杂曲面自适应扫描感应加热装置及方法

说明书

本发明公开了一种复杂曲面自适应扫描感应加热装置及方法，装置包括中心控制台、组合探针式感应器、CCD相机、滑块连接装置Ⅰ、滑块连接装置Ⅱ、固定导轨、滑行导轨Ⅰ、滑行导轨Ⅱ、温度传感器，方法实施步骤为：利用CCD相机采集工件表面结构尺寸；通过中心控制台设定并调整加热装置初始状态；计算工件加热位置并利用中心控制台的伺服驱动器驱动实施；利用温度反馈对当前加热工件与组合探针式感应器间距进行调整。本发明采用离散的探针式感应加热单元，可以适应多种复杂曲面，适用范围广，加热效率高；具有温度反馈闭环控制系统，可以根据工件曲面形状和表面温度实时在线控制并调节探针式感应器位置及加热功能。

技术领域

本发明涉及热处理领域，尤其涉及一种复杂曲面自适应扫描感应加热装置及方法。

背景技术

为满足功能需求和美观性，复杂曲面在航空航天、天文、航海、汽车零部件、模具和生物医用植入等众多领域广泛应用，并且伴随这些行业的不断兴起和发展，对工作面为复杂曲面的零件及工业产品的需求量和性能要求不断提升。

随着我国经济和科技的快速发展，高效节能和精密化已然成为零件热加工领域的关注热点。为提升加热效率、节约能源并且提高热处理过程的可控性和精密化，目前采用感应加热对零部件进行热处理的方式较为有效并且应用广泛。

已有的感应加热装置大多数是针对结构简单、形状规则的零部件，而复杂曲面由多曲率的曲面组合而成，包括非球面、自由曲面和异型面等，曲率多变，结构复杂，因此通过对其表面进行感应热处理，从而实现表面性能强化，仍然存在热处理难度大、温度分布不均、加热精度低等问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种在线控制、自动调节、无需更换感应线圈、整体工作效率高、适用范围广的复杂曲面自适应扫描感应加热装置及方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明主要包括中心控制台、固定导轨、滑行导轨Ⅰ、滑行导轨Ⅱ、温度传感器、CCD相机、组合探针式感应器、滑块连接装置Ⅰ、滑块连接装置Ⅱ，所述固定导轨为两根平行导轨组成，滑行导轨Ⅰ、滑行导轨Ⅱ与两根固定导轨垂直，滑行导轨Ⅰ、滑行导轨Ⅱ分别通过滑块连接装置Ⅰ与两根固定导轨连接形成“井”字形结构；在滑行导轨Ⅰ上通过滑块连接装置Ⅱ安装CCD相机，CCD相机自身可绕x、z两轴转动，在滑块连接装置Ⅰ的作用下实现x方向的水平移动，在滑块连接装置Ⅱ的作用下实现y方向的水平移动；在滑行导轨Ⅱ上通过滑块连接装置Ⅱ安装组合探针式感应器，在组合探针式感应器的加热前端安装温度传感器；所述CCD相机通过信号线Ⅰ与中心控制台端口Ⅰ相连，所述组合探针式感应器通过信号线Ⅱ与中心控制台端口Ⅱ相连；所述温度传感器通过信号线Ⅲ与中心控制台端口Ⅲ相连，所述CCD相机、温度传感器、组合探针式感应器、中心控制台组成具有温度反馈的闭环控制系统。

进一步的，在滑行导轨Ⅱ上安装若干个滑块连接装置Ⅱ，在滑行导轨Ⅱ上的每个滑块连接装置Ⅱ上对应安装组合探针式感应器。

进一步的，中心控制台独立控制每个组合探针式感应器。

进一步的，所述组合探针式感应器由直线电机、电机推杆、探针式感应器加热前端组成；电机推杆的顶端与直线电机相连，电机推杆的底端为加热前端，直线电机驱动电机推杆调节探针式感应器的直线位移，加热前端装有温度传感器。

进一步的，所述组合探针式感应器的加热前端包括感应器外壳、正电极接口、负电极接口、“C”形导磁体和感应线圈；在感应器外壳内部安装正电极接口和负电极接口，正、负电极接口穿过“C”形导磁体与感应线圈的两端分别连接，感应线圈置于加热前端的底端。

一种复杂曲面自适应扫描感应加热方法，包括以下步骤：

步骤1，利用CCD相机采集工件表面结构尺寸；

中心控制台驱动滑行导轨Ⅰ在固定导轨上沿x轴方向水平移动到合适位置，实现CCD相机对工件表面的整体拍摄，并在完成拍摄后移动到远离工件表面的终点位置，将得到的几何形貌图像通过中心控制台处理为对应的结构参数；