[发明专利]矿用液压支架立柱表面激光熔覆温度控制系统以及控制方法

说明书

本发明公开了矿用液压支架立柱表面激光熔覆温度控制系统以及控制方法，涉及一种基于模糊PID控制的温度控制系统以及控制方法，在常规PID控制的基础上结合模糊化模块，实现对温度更加快速精准地实时调控；同时本发明还设计了一种红外测温装置和温度调控装置。红外测温装置通过红外辐射测温仪直接读取工作熔池温度来实现，而温度调控装置通过数控伺服机床控制调节激光器对焦来实现，结合数控伺服机床，能够在矿用液压支架立柱表面激光熔覆过程中，实现温度的实时调控。

技术领域

本发明涉及矿用液压支架立柱，具体涉及矿用液压立柱的激光熔覆修复过程中的温度检测与温度调控系统。

背景技术

在矿业生产中，为了保证矿道的生产安全，需要在矿道中使用矿用液压支架进行支护，矿用液压立柱是液圧支架中的一个重要的支撑部件。而激光熔覆技术是一项新兴的零件加工表面改型技术，可以极大地提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能。将激光熔覆技术运用到液压支架的修复焊接中，其激光熔池的热过程贯穿整个加工过程，一切物理化学过程都是在热过程中发生和发展。

由于激光的高能密度和聚焦的尺度小等特点，这一过程都是在极短的时间内完成，这使得激光再制造的熔池温度检测与控制变得比较困难。而激光熔覆技术是一个复杂的物理、化学冶金过程，熔覆过程中的参数对熔覆件的质量有很大的影响。其参数主要有激光功率、光斑直径、送粉速度、扫描速度等，他们对熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性都有着很大的影响，这些影响都可以从熔池的温度变化中体现出来。

激光熔覆熔池温度测量一直是激光熔覆技术中的难点，实时的反映加工过程中激光熔池温度的变化，对改进激光加工工艺，控制加工质量有着重要的作用，因此，得到激光熔池的实时温度并对激光熔池温度进行实时的调整，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿用液压支架立柱表面激光熔覆温度控制系统以及控制方法。能够实时的掌握加工过程中激光熔池温度的变化，并对温度进行实时的控制和调整。

本发明的技术方案是，一种矿用液压支架立柱表面激光熔覆温度控制系统，包括工作台、模糊PID温度控制系统，其特征是，在工作台上安装有红外辐射测温仪、激光头、合金粉末输出喷嘴，使输出激光束的激光头、合金粉末输出喷嘴与红外辐射测温仪三者沿立柱表面X方向形成同步扫描；模糊PID温度控制系统包括温度测量电路、信号处理与补偿电路、模糊PID控制电路、驱动电路，执行电路与执行机构；

所述温度测量电路包括红外辐射测温仪的光学系统及其传感器，红外辐射测温仪的光学系统采集高温熔池的红外辐射量，经过红外测温仪的传感器，将采集到的辐射量转化为电信号，并将电信号输出到信号处理及补偿电路；

所述信号处理及补偿电路包括高通滤波器、差动放大器、同步整流电路和补偿电路；高通滤波器接收传感器的电信号并形成高频电信号，随后高频电信号被送入到差动放大器进行差分放大，放大差模信号，抑制共模信号；然后将差分放大后的电信号送入到同步整流电路中，对大信号进行整流，防止放大后的电路存在失真现象；与此同时，单独采用补偿电路，直接从传感器接收电信号，还原被测高温熔池的实际温度；最后将实际温度值送入模糊PID控制电路；

所述模糊PID控制电路包括模糊控制器与PID控制器，实际温度值同时输入至模糊控制器和PID控制器，模糊控制器利用模糊逻辑并根据一定的模糊规则对实际温度值进行优化，然后输出优化后的实际温度值到PID控制器；PID控制器根据温度设定值的大小对实际温度值进行判断处理，得到温度的判断控制电信号，并结合模糊控制器的输出结果，输出判断控制电信号到驱动电路；

所述驱动电路包括发光二极管、可控硅和过零触发器，输入部分为发光二极管，输出部分为过零触发器，可发送脉冲至执行电路；