专利名称：电子束扫描加热温度闭环控制方法
技术领域：
本发明涉及一种温度闭环控制方法，特别是应用于以按设定轨迹运动的扫描电子束作为移动热源、对材料进行加热的电子束扫描加热温度闭环控制方法，属焊接技术领域。
背景技术：
采用作为可控移动热源的电子束对材料进行扫描加热时，电子束按照预先设定好的运动轨迹和运动方式在工件上进行扫描，由于电子束仅对扫描轨迹上的工件部分直接作用，因此是局部加热，并且温度变化速度快，在这种条件下为了能对扫描轨迹上加热温度进行闭环控制，须采用非接触式测温装置，在保证足够的精度和速度情况下能够实时地检测扫描轨迹上加热点的温度，并对加热点的温度进行闭环控制；因此，须通过计算机完成电子束焊机的过程控制、温度信号的采集与处理、电子束流大小调节以实现电子束扫描温度场闭环控制。经过对现有技术的检索查新，至今尚未发现有关电子束扫描加热温度场闭环控制文献的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种电子束扫描加热温度场闭环控制方法，通过电子束焊机的过程控制、温度信号的采集与处理、电子束流大小调节三个环节的整合，来实现电子束扫描温度场闭环控制。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明方法如下通过计算机编程进行电子束焊机过程控制、温度信号采集、调节电子束流大小，在计算机程序控制下，使电子束沿设定轨迹和方式对工件进行扫描加热的同时，将由双色红外测温仪实时测得的工件加热区域检测点温度信号通过数据采集卡输入计算机与设定值比较，根据比较的结果增大或减小电子束流以维持工件上检测点温度恒定，从而实现电子束加热温度场闭环控制。
以下对本发明方法作进一步的说明，具体步骤如下
(1)启动红外测温仪，在计算机程序控制下，启动电子束焊机，将温度设定值输入计算机；(2)在计算机程序控制下，使电子束沿设定轨迹和方式对工件进行扫描加热的同时，采用双色红外测温仪实时测得工件检测点的温度信号，由数据采集卡将此温度信号输入计算机；(3)在计算机程序控制下，将由数据采集卡输入的温度信号转变为温度值，并与温度设定值一起显示在计算机屏幕上；(4)在计算机程序控制下，将测得的温度值与设定值进行比较，在实测值持续上升到设定值以前，不改变电子束流值大小；(5)在计算机程序控制下，当实测温度值上升到设定值时启动温度闭环控制，同时开始计时，根据实测温度值与设定值的比较结果，对电子束流进行调节如果实测值大于设定值，则减少电子束流值，如果实测值小于设定值，则增大电子束流值；如果实测值与设定值相等，则保持电子束流值不变，计时时间到，结束电子束扫描加热过程。
本发明双色红外测温仪设置在电子束焊机中，双色红外测温仪测得的是反映束流加热点瞬时温度的标准电流信号，经精密电阻转化为电压信号，由数据采集卡输入计算机，本发明采用NI公司生产的多功能数据采集卡完成信号输入，数据采集卡设置在工控机中。在步骤(3)中，通过连接到工件加热区的热电偶来标定工件的实际温度。
本发明采用了虚拟仪器LabVIEW进行编程实现温度闭环控制，不仅编程方便、可离线编程，而且所测得温度值及设定值可以在计算机屏幕上直观地显示出来。
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例基于方法的装置由电子束焊机、工控机、可编程控制器(SYSMACC200HE)、数据采集卡、双色红外测温仪、功率放大器、匹配电阻(4Ω)、附加偏转线圈组成。双色红外测温仪设置在电子束焊机中，数据采集卡安装在工控机中，附加偏转线圈安装在扫描电子束的前进路径上控制电子束使之沿设定的轨迹和方式运动。离线编辑好的电子束扫描加热温度闭环控制程序在工控机中运行，完成电子束焊机过程控制、温度信号采集及处理、产生控制信号发送给电子束焊机的控制装置调节电子束流大小实现温度闭环控制的全部功能。
启动双色红外测温仪，然后运行电子束扫描加热温度闭环控制程序，该程序首先通过串行口COM1与可编程控制器通讯，完成电子束焊机的正常启动过程，然后通过数据采集卡的两个模拟量输出通道输出两路模拟驱动信号分别经功率放大器放大后输入给附加偏转线圈的X、Y绕组，在附加偏转线圈中产生的磁场使电子束沿设定轨迹和方式对工件进行扫描加热，由电子束焊机中的双色红外测温仪测得反映束流加热点瞬时温度的标准电流信号，经精密电阻将此电流信号转变为电压信号，通过数据采集卡的模拟量输入通道输入计算机中，经程序转变为温度值后与设定值比较，在实测温度值持续上升到设定温度值以前，不改变电子束流值大小；当实测温度上升到设定温度值时启动温度闭环控制，并同时开始计时，将实测温度值与设定值进行比较，根据比较结果通过串行口COM1向可编程控制器发出增大或减小电子束流的指令，对电子束流进行调节如果实测温度值大于设定值，则减少电子束流值大小，如果实测温度值小于设定值，则增大电子束流值大小；如果实测温度与设定值相等，则保持电子束流值不变，维持工件上检测点温度恒定，从而实现电子束加热温度场闭环控制。
本发明具有实质性的特点和显著进步，本发明通过电子束焊机的过程控制、温度信号的采集与处理、电子束流大小调节三个环节的整合，实现了电子束扫描加热温度场的闭环控制。测温装置具有响应快、灵敏度高、分辨率高等特点；能实现高速数据采集和处理，操作方便。本发明除可用于以电子束为热源的情况外，也适合于以其它高能束流为热源的温度闭环控制。
权利要求
1.一种电子束扫描加热温度闭环控制方法，其特征在于，方法如下通过计算机编程进行电子束焊机过程控制、温度信号采集、调节电子束流大小，在计算机程序控制下，使电子束沿设定轨迹和方式对工件进行扫描加热的同时，将由双色红外测温仪实时测得的工件加热区域检测点温度信号通过数据采集卡输入计算机与设定值比较，根据比较的结果增大或减小电子束流以维持工件上检测点温度恒定，从而实现电子束加热温度场闭环控制。
2.根据权利要求1所述的电子束扫描加热温度闭环控制方法，其特征是，具体步骤如下(1)启动红外测温仪，在计算机程序控制下，启动电子束焊机，将温度设定值输入计算机；(2)在计算机程序控制下，使电子束沿设定轨迹和方式对工件进行扫描加热的同时，采用双色红外测温仪实时测得工件检测点的温度信号，由数据采集卡将此温度信号输入计算机；(3)在计算机程序控制下，将由数据采集卡输入的温度信号转变为温度值，并与温度设定值一起显示在计算机屏幕上；(4)在计算机程序控制下，将测得的温度值与设定值进行比较，在实测值持续上升到设定值以前，不改变电子束流值大小；(5)在计算机程序控制下，当实测温度值上升到设定值时启动温度闭环控制，并开始计时，根据实测温度值与设定值的比较结果，对电子束流进行调节如果实测值大于设定值，则减少电子束流值，如果实测值小于设定值，则增大电子束流值；如果实测值与设定值相等，则保持电子束流值不变，计时时间到，结束电子束扫描过程；
3.根据权利要求1或2所述的电子束扫描加热温度闭环控制方法，其特征是，双色红外测温仪设置在电子束焊机中，双色红外测温仪测得的是反映束流加热点瞬时温度的标准电流信号，经精密电阻转化为电压信号，由数据采集卡输入计算机中；
4.根据权利要求1或2所述的电子束扫描加热温度闭环控制方法，其特征是，数据采集卡采用NI公司生产的多功能数据采集卡，数据采集卡设置在工控机中。
5.根据权利要求2所述的电子束扫描加热温度闭环控制方法，其特征是，步骤(3)中，通过连接到工件加热区的热电偶来标定工件的实际温度。
6.根据权利要求1或2所述的电子束扫描加热温度闭环控制方法，其特征是，采用虚拟仪器LabVIEW进行编程实现温度闭环控制，所测得温度值及设定温度值在计算机屏幕上直观地显示出来。
7.根据权利要求1或2所述的电子束扫描加热温度闭环控制方法，其特征是，适用于以电子束为热源的温度闭环控制，或者适用于以其它高能束流为热源的温度闭环控制。
全文摘要
一种电子束扫描加热温度闭环控制方法属焊接技术领域。方法如下通过计算机编程进行电子束焊机过程控制、温度信号采集、调节电子束流大小，在计算机程序控制下，使电子束沿设定轨迹和方式对工件进行扫描加热的同时，将由双色红外测温仪实时测得的工件加热区域检测点温度信号通过数据采集卡输入计算机与设定值比较，根据比较的结果增大或减小电子束流以维持工件上检测点温度恒定，从而实现电子束加热温度场闭环控制。本发明实现了电子束扫描加热温度场的闭环控制，测温装置具有响应快、灵敏度高、分辨率高等特点；能实现高速数据采集和处理，操作方便。本发明除可用于以电子束为热源的情况外，也适合于以其它高能束流为热源的温度闭环控制。
文档编号B23K15/02GK1472613SQ0311699
公开日2004年2月4日 申请日期2003年5月16日 优先权日2003年5月16日
发明者姚舜, 李仕民, 俞海良, 王学东, 黄哲贇, 楼松年, 张毓新, 姚 舜 申请人:上海交通大学, 上海航天动力机械研究所