[发明专利]用于轧辊激光熔覆的实时在线数据采集及远程监控系统

说明书

技术领域

本发明属于工业激光熔覆加工领域，具体地说是一种轧辊激光熔覆用实时在线数据采集及远程监控系统。

背景技术

传统激光熔覆过程中，激光加工人员可直接通过保护眼镜观察激光加工区，监视激光加工过程，实时调整工艺参数。

针对超长超重轧辊激光熔覆工艺特点，轧辊激光熔覆过程中需要整体预热至350摄氏度，局部加热至700摄氏度，整个激光熔覆加工过程中轧辊需要放置在专用保温箱中，只设置400mm×400mm加工窗口区，加工区始终处于高温高粉尘高辐射环境中，现场加工人员无法直接观察加工过程。同时轧辊激光熔覆过程加工时间较长，设备需要连续几天运转。针对上述项目要求开发了一种应用于轧辊激光熔覆的实时在线数据采集及远程监控系统。

发明内容

根据熔覆加工实时监控需要，考虑加工环境高温、粉尘、激光辐射等因素，激光加工过程中采用远程监控及全自动控制的方案，实现整个加工过程全自动远程控制及监控。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

用于轧辊激光熔覆的实时在线数据采集及远程监控系统，其特征在于包括：分布式通信监控及集中控制模块：用于进行熔覆设备的闭环控制、以及与上位机的通信；分别与远程监控显示模块、多点分布式红外测温模块、熔覆后轧辊表面质量监测模块、轧辊熔覆后熔覆层厚度检测模块和熔池状态实时监视模块通过分布式485通信网络连接，还与远程监控显示模块相连接；

远程监控显示模块：用于实时显示熔覆设备状态、熔覆工艺过程；与熔覆后轧辊表面质量监测模块和熔池状态实时监视模块通信；

多点分布式红外测温仪：用于检测并采集熔覆过程中轧辊预热温度及外围水冷器件的温度；

熔覆后轧辊表面质量监测模块：用于实时采集熔覆后轧辊表面形貌；

轧辊熔覆后熔覆层厚度检测模块：用于监测熔覆层的厚度；

熔池状态实时监视模块：用于在压辊周围实时监视激光熔覆过程中轧辊的加工状态。

所述分布式通信监控及集中控制模块包括：

主控服务器：装有视频采集卡和数据采集卡，存有监控软件，对熔覆工艺过程以及熔覆设备状态进行监控；与视频记录计算机、监控PLC通信；还与远程监控显示模块的拼接控制器和与传输轧辊表面质量监测模块信号的视频分配器通信；

视频记录计算机：装有视频采集卡，用于采集并处理来自熔覆后轧辊表面质量监测模块和熔池状态实时监视模块的视频信号，并将结果显示在远程监控显示模块的显示器中，还与传输轧辊表面质量监测模块信号的视频分配器相连接；

监控PLC：与熔覆设备构成星型拓扑网络结构；用于实时采集并存储来自熔覆设备的数据和状态信息，发送控制命令至熔覆设备。

所述远程监控显示模块包括监控大屏幕、多个激光投影机、多个显示器和多个全景云台；所述监控大屏幕接收多个激光投影机的投影；所述激光投影机与拼接控制器连接；所述显示器与视频记录计算机连接，还可通过连接的视频分配器与拼接控制器和传输熔池状态实时监视模块信号的视频远程传输器连接；所述全景云台通过视频远程传输器与拼接控制器连接。

所述熔覆后轧辊表面质量监测模块包括形貌摄影机和连接有编码器采集卡的多个编码器；所述编码器为轧辊旋转编码器和机器人轴向行走编码器。

轧辊熔覆后熔覆层厚度检测模块为熔覆层厚度记录仪。

熔池状态实时监视模块为熔池摄像机。

所述熔覆设备包括激光器，激光加工头，机器人，水冷机，中频加热系统，水冷机，送粉系统和烟尘处理系统。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.整个轧辊激光熔覆的实时在线数据采集及远程监控系统系统分为7个子系统，各系统相对独立保证系统可靠性，同时集中控制及显示，便于设备监控。

2.分布式通信监控及集中控制系统采用PLC集中进行设备控制及上位计算机作为实时监控主机，PLC与上位计算机之间通过网络通信，充分发挥PLC可靠性高实时性强的优势及PC机软件界面强大及计算能力强的优势，采用分布式监控网络，分布式网络采用485串行通信网络，采用星型拓扑组网方式，大大减少设备布线。

3.轧辊熔覆后熔覆层厚度检测系统利用激光位移传感器实时检测激光加工头与轧辊距离，数据经数据采集卡由数据传输总线传输至数据库软件包及厚度计算及报警软件包，自动求算熔覆层厚度平均值，并将每层厚度数据经由PLC传送至机器人控制器，实现激光加工头自动提升。