[发明专利]激光表面淬火淬硬层深度均匀性控制方法及其装置

权利要求书

1.一种激光表面淬火淬硬层深度均匀性控制方法，其特征在于，通过红外增强CCD摄像机拍摄淬火过程中加热区域的温度场图像，根据温度场图像分析得到实际加热峰值温度，并通过闭环控制反馈调控激光功率将实际加热峰值温度调整至激光表面淬火前设定的加热峰值温度，当设定的加热峰值温度与激光的移动速度为定值时，实现淬硬层深度在金属表面均匀一致。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是，所述的激光为半导体激光，其光斑为矩形光斑，能量密度在慢轴上为顶帽分布、快轴上为高斯分布。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是，所述的根据温度场图像分析得到实际加热峰值温度是指：红外增强CCD摄像机拍摄的加热区域的灰度图像，即温度场图像，按灰度值转换成温度值后构造的加热区域的温度图像，其中灰度值最小的位置即为峰值温度区域，其对应的温度即加热峰值温度。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是，所述的设定的加热峰值温度选取奥氏体相变温度与材料熔点之间。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是，所述的激光功率，其调整取决于实际加热峰值温度和设定加热峰值温度之间的误差：当实际加热峰值温度高于设定加热峰值温度时，降低激光功率；当实际加热峰值温度小于设定加热峰值温度时，增加激光功率；当两者相等时，保持激光功率；调整激光功率的幅度由实际加热峰值温度和设定加热峰值温度之间的误差按PID算法决定。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是，所述的PID算法是指：按实际加热峰值温度和设定加热峰值温度之间偏差信号的比例、积分和微分三个环节的不同组合计算出对激光器输出功率的控制量。

7.一种根据上述任一权利要求所述方法的控制装置，其特征在于，包括：控制模块以及分别与之相连接的红外增强CCD摄像机和激光器，其中：控制模块从红外增强CCD摄像机中得到熔池图像并输出功率控制指令至激光器，激光器的输出端和红外增强CCD摄像机的镜头分别正对基板上的待处理区域。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征是，所述的红外增强CCD摄像机采用特殊滤光片过滤可见光和激光，经校正后，拍摄图像的灰度值可反映相应点的温度值。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征是，所述的控制模块包括：串行通讯单元、模拟信号输出单元、人机界面单元、计算机信号处理单元，其中：串行通讯单元与红外增强CCD摄像机相连接并传输熔池图像信息至计算机信号处理单元，模拟信号输出单元与激光器相连接并传输激光器输出功率的控制量信号，计算机信号处理单元实现PID算法计算激光器输出功率的控制量信号，人机界面单元实现加热峰值温度的设定。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征是，所述的激光器为：焦点为矩形光斑，能量密度在慢轴上为顶帽分布、快轴上为高斯分布，激光器输出功率可通过0-10V的模拟信号进行线性调整，模拟信号为0V时激光器输出为0，模拟信号为10V时激光器输出为最大额定功率。