[发明专利]一种钢轨激光热处理的过程控制方法

说明书

本发明属于激光加工技术领域，并具体公开了一种钢轨激光热处理的过程控制方法，包括以下步骤：将激光热处理加工过程分割为若干段加工周期并确定出迭代周期；生成期望温度轨迹序列；激光器按照功率序列中对应的功率值输出对钢轨进行激光热处理；采集钢轨表面光斑区域内的辐射信号得到温度序列；比较期望温度轨迹序列和温度序列得到温度误差序列；计算温度误差序列的方差，将其与预设的方差阈值进行比较，根据比较结果计算出下一迭代周期的功率序列；判断热处理是否完成，若是，则结束；若否，重复步骤之前的步骤完成下一迭代周期的热处理，直至热处理结束。本发明可实现钢轨表面激光加工区域温度的实时控制，提高了加工质量，简单易行。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，更具体地，涉及一种钢轨激光热处理的过程控制方法。

背景技术

激光热处理是以高能量激光束快速扫描工件，使被照射的金属或合金表面温度以极快速度升高到相变点以上，激光束离开被照射部位时，由于热传导作用，处于冷态的基体使其迅速冷却而进行自冷淬火，得到较细小的硬化层组织，硬度一般高于常规淬火硬度。在此过程中，工件表面的相变程度取决于其表面温度，温度过低则无法达到热处理硬化效果，温度过高则有可能破坏工件表层金相组织，因此，若将温度控制在相变温度范围内就可以保证激光热处理的加工质量。

目前，加工过程检测方法通常为在激光束停止扫描后，随时用肉眼或低倍放大镜观察激光淬火带表面状态，宏观判断淬火带表面质量，加工完成后微观分析应取淬火带横截面为观察面，用金相显微镜在放大100倍下检测淬火硬化层深度。上述方法无法在加工过程中准确反映钢轨热处理的状态，难以做到对加工状态的实时检测以及控制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钢轨激光热处理的过程控制方法，其可实现激光器输出功率的控制，进而实现钢轨表面激光加工区域温度的实时控制，以使钢轨表面光斑区域内的温度轨迹达到期望的轨迹，提高了加工质量，简单易行。

为实现上述目的，本发明提出了一种钢轨激光热处理的过程控制方法，该方法包括以下步骤：

1)将激光热处理加工过程分割为若干段加工周期，并根据分割出的加工周期确定出迭代周期；

2)根据热处理的工艺要求得到钢轨加工区域期望达到的温度轨迹，并生成期望温度轨迹序列；

3)控制器读取当前迭代周期的功率序列u_k[]，使激光器在当前迭代周期内按照功率序列u_k[]中对应的功率值输出以对钢轨进行激光热处理；

4)采集激光热处理过程中钢轨表面光斑区域内的辐射信号，并转化为温度信号，以得到当前迭代周期内的温度序列；

5)比较步骤2)中得到的期望温度轨迹序列和步骤4)中得到的当前迭代周期内的温度序列，得到当前迭代周期内的温度误差序列e_k[]；

6)计算当前温度误差序列的方差S_k，将其与预设的方差阈值S进行比较，若S_k≤S，则下一迭代周期激光器以当前功率序列u_k[]输出，即u_k+1[]＝u_k[]；若S_k＞S，则根据当前迭代周期内的温度误差序列e_k[]和功率序列u_k[]计算出下一迭代周期的功率序列u_k+1[]；

7)判断热处理是否完成，若是，则结束；若否，重复步骤3)-6)完成下一迭代周期的热处理，直至热处理结束。