автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Управление лазерным технологическим комплексом на основе поляризации излучения обрабатываемых металлов

Камский политехнический институт

Для служебного пользования Экз. №_

На правах рукописи ЗВЕЗДИН ВАЛЕРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ

ЛАЗЕРНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ НА ОСНОВЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ МЕТАЛЛОВ

Специальности: 05,12.17. -Радиотехнические и телевизионные системы

устройства

05.13.05. - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Авто реферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Набережные Челны 2000

Работа выполнена в Камском политехническом институте

О

Научный руководители д.ф-м.н профессор Ю.Е.Польский

к.т.н. доцент Р.Ш. Ильясов

Официальные оппоненты: д.т.н. профессор Песошин В. А.

д.т.н. профессор Непогодин И.А.

Ведущая организация Научно-производственная фирма

"ОПТОЙЛ" г. Казань

Зашита состоится2000 г. в часов на заседании диссертационного Совета К 063.43.05 Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева по адресу: 420111, г.Казань, ул. К.Маркса 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им А.Н. Туполева

Автореферат разослан^^У^йУ/ 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета к.т.н., доцент

Козлов В.А.

---РОСС:'> "'-«Л _

госу^-стсим НАЯ

И,:,..¡.'.ОТЕКА 1 _

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Использование лазерного излучения в ашиностроении в качестве рабочего инструмента непрерывно расширяется, то обусловлено широкими возможностями лазерных технологических эмплексов (ЛТК), позволяющих производить резку, сварку, поверхностное прочнение металлов, прошивку отверстии и т.д.

Общей тенденцией развития производства является увеличение эмеиклатуры обрабатываемых деталей и сокращение цикла замены спускаемых изделий новыми. В этих условиях наиболее целесообразным зляется применение автоматизированных ЛТК со стабилизацией заданных сходных параметров технологического процесса.

Автоматизация технологического процесса серийного производства зебует создания специализированных ЛТК с возможностью оптимизации кргетических и временных характеристик.

Одним из важнейших направлений является применение ЛТК для эверхностного упрочнения деталей, где по сравнению с традиционными етодами (азотирование, закалка токами высокой частоты, цементация и э.) особенно проявляются достоинства лазерной технологии.

Это более высоко реализуемая микротвердость и износостойкость ¡талей из углеродистых и низколегированных сталей с возможностью 2СТНОГО упрочнения рабочих поверхностей, в результате снижается ¡формация детали, что повышает точность изготовления и снижает >удоеу1кость последующих операций. Исследования, проведенные по первому упрочнению деталей, позволяют судить о поверхностной закалке 1к весьма перспективном методе повышения качественных показателей хнологического процесса. Важным достоинством лазерной технологии ¡ляется возможность автоматизации процесса при высокой юизводнтельности.

Однако в эвременных условиях возможности ЛТК используются далеко : полностью. Это объясняется в основном нестабильностью конечного зультата лазерного упрочнения, которая зависит от многих факторов, ¡зультаты исследований показывают, что воспроизводимость конечного зультата лазерного упрочнения зависит от стабильности мощности лучения, его плотности и модового состава, оптических "характеристик тлощающего покрытия и поверхности детали и т.д.

Одним из способов повышения эффективности использования подобного •рогостоящего оборудования, а значит и эффективности автоматизированных хнологических производств - это стабилизация заданных показателей чества технологического процесса (микротвердость, глубина упрочненной ны, шероховатость поверхности, микроструктура и химический состав).

Однако их контроль, как известно, в реальном масштабе времени протекающих процессов практически невозможен.

Исследования различных вариантов решения этой проблемы показывают, что наиболее перспективным направлением является метод измерения температуры зоны обработки лазерным излучением и введения в ЛТК обратной связи для управления плотностью мощности излучения на поверхности детали.

Это объясняется особенностями процесса поверхностной закалки металлов, где общим для всех способов является нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением. Стабильность температуры выступает основным фактором, влияющим на стабильность показателей качества технологического процесса. Наименее изученным аспектом здесь является условие физической реализуемости дистанционного метода измерения температуры. В связи с этим, важными составными частями в решение проблемы входят исследования по выяснению общих физических закономерностей взаимодействия излучения с металлом, исследование различных методов и способов анализа теплового излучения зоны взаимодействия и исследование показателей качества системы автоматического управления (САУ) ЛТК.

Цель работы. Совершенствование САУ ЛТК для поверхностного упрочнения деталей и повышение на этой основе эффективности его использования.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. проведены металлографические исследования образцов и деталег из конструкционных материалов после лазерного упрочнения и не их основе получен новый способ стабилизации показателе? качества технологического процесса путем введенш отрицательной обратной связи в САУ ЛТК по темлературе металл; в зоне взаимодействия с лазерным лучом;

2. разработан новый метод измерения поляризационны> характеристик собственного теплового излучения металла;

3. исследованы поляризационные свойства теплового излученш металлов и разработан метод измерения температуры металла [ зоне взаимодействия с лучом лазера на основе поляризационно! фильтрации собственного теплового излучения;

4. разработаны, реализованы и исследованы структурные схемь информационно-измерительных управляющих систем ЛТК.

Методы исследования. Экспериментальные исследования ш упрочнению образцов проводились на лазерах ЛГН-702 "Кардамон" "Юпитер 03", "Латус 31", "Хебр-1200".

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Исследованы зависимости микротвердости, микроструктуры от оптических характеристик собственного теплового излучения металлов. Выявлены недостатки существующих методов стабилизации режимов обработки по отношению к показателям качества технологического процесса.

2. Определены зависимости степени поляризации излучения от температуры металла.

5. Разработан новый метод измерения степени поляризации собственного теплового излучения металлов.

к Исследованы поляризационные характеристики собственного теплового излучения металлов и плазмы на основе предложенных методов.

!. Разработан новый метод дистанционного измерения температуры тел в зоне обработки лазерным излучением.

Исследовано влияние температуры металла в зоне обработки на качественные показатели технологического процесса на основе предложенного метода измерения температуры.

. Разработано новое техническое решение САУ ЛТК для поверхностного упрочнения.

. Исследованы и оптимизированы параметры САУ ЛТК, реализованного на основе предложенных технических решений

Практическая ценность работы.

Исследованы поляризационные характеристики собственного теплового излучения металлов из зоны обработки лучом лазера. Определены закономерности, которым подчиняются качественные показатели технологического процесса; найдена зависимость температуры от поляризационных характеристик теплового излучения металла. Показано, »'-о измерение температуры в зоне обработки лазерным излучением позволяет создать качественно новый класс САУ ЛТК со стабилизацией заданных значений параметров лазерного упрочнения. Разработаны и исследованы методы измерения степени поляризации излучения и температуры металла в зоне обработки лучом лазера автоматизированной ЛТК.

Разработан и создан ЛТК на основе предложенных методов. Показана перспективность используемых принципов в создании САУ ЛТК для поверхностного упрочнения деталей.

Реализация в промышленности. На основании проведенных )ретических и экспериментальных исследований была разработана САУ

ЛТК на базе лазера "Юпитер 03" и внедрена на АООТ "Сталъконструкция", годовой эффект за 1995 год составил 51,2 млн. руб.

Отдельные результаты были внедрены на п/я Г-4671. Экономически!' эффект не подсчигывался.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные раздель диссертации докладывались и обсуждались на XIV научно-техническо:' конференции молодых специалистов (Ленинград, 1982 г.), на научно технической конференции "КамАЗ-КамПИ" ( Н.Челны, 1984-1998 гг.), н итоговых научно-технических конференциях Казанского авиационное института (1985,1986 гг.), па кафедре "Квантовая электроника" Казанског авиационного института (1986,1987г,). Результаты исследовани экспонировались на Всероссийской выставке "ВУЗы РСФСР машиностроению" (г.Тодьятги, 1983г.) и первой городской выставке НТТ& (г. Н.Челны 1987г.). Часть результатов исследования получила практическу! реализацию в хоздоговорных работах с КамАЗом и п/я Г-4671, ГИПО (198: 1990гг), з-дом "Пластмасс" г. Котовск Тамбовской области, АОО "Стальконструкция" и ряде госбюджетных тем с 1990 по 1998 год.

Публикации. Содержащиеся в диссертации сведения ограниченног распространения нашли отражения в 26 научных трудах, в том числе: авторских свидетельствах, 10 тезисах докладов, двух статьях и 5 научн< технических отчетах. Материалы диссертации, не разрешенные опубликованию в открытой печати, отражены в 3-х научных работах. Основные положения, которые выносятся на защиту:

- экспериментальные исследования показателей качества лазерной закалки их зависимость от нестабильности параметров лазерного технологическо: комплекса;

- экспериментальные исследования поляризационных характерисл собственного теплового излучения металлов и методы их-измерения;

- особенности построения систем управления ЛТК, оптимизация 1 параметров;

измеритель степени поляризации, инвариантный к ориентации векто напряженности электрического поля квазимонохроматического излученш система управления ЛТК на базе лазера "Юпитер 03" и система управлен на базе лазера "Хебр 1200", внедренная в производство / "Стальконструкция".

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит введения, четырех глав, заключения, приложения, библиограф! Содержание работы изложено на 143 страницах машинописного текс иллюстрируется 59 рисунками и таблицами, выполненными на 17 страниц Библиография содержит 129 наименования литературы. Содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность разработки и исследований систем управления с введением обратных связей по параметрам, измеряемым в реальном масштабе времени. Дана ее общая характеристика.

В первой главе изложены предпосылки и необходимость исследований поставленной задачи, сформулированы цели, дана характеристика проблемы и определены пути ее решения.

Исследования, проведенные по лазерной закалке конструкционных материалов, показывают нестабильность показателей качества технологического процесса. К этим показателям качества относятся шероховатость упрочненной поверхности, глубина упрочненного слоя, микротвердость, однородность химического состава и микроструктуры. Существенное значение в этом играют параметры лазерного технологического комплекса. Здесь необходимо рассматривать лазерный технологический комплекс как совокупность взаимодействующих между собой звеньев сложной системы. Это оптический квантовый генератор, оптическая система, среда пропускания лазерного излучения, обрабатываемая деталь и механизм ее перемещения.

На основании обзора литературы определены основные задачи исследований и сформулирована постановка решаемых задач.

Рассматривая зависимость их параметров от многочисленных факторов, изменяющихся во времени, можно утверждать, что путь построения системы управления лазерным технологическим комплексом по их стабилизации практически нереализуем. Это доказывается невозможностью измерения многих из них вообще, а других - в реальном масштабе времени .

Общим для всех способов закалки металлов является его нагрев до температуры закалки с последующим охлаждением. Поэтому в качестве оценки технологического процесса закалки выступает температура зоны, время выдержки для фазовых преобразований микроструктуры и скорость охлаждения.

Необходимо отметить, что время фазовых преобразований в микроструктуре железа имеет конечное значение, вследствие этого при обычной закалке металл выдерживают некоторое время при температуре закалки.

Охлаждение зоны взаимодействия происходит за счет отбора тепла всей массой металла, и эта скорость, как показывают экспериментальные исследования , превышает критическую.

Анализ взаимосвязи параметров лазерного технологического комплекса, параметров закалки и показателей качества процесса показал, что первые большее влияние оказывают на температуру, а от нее зависят все показатели качества процесса-закалки.

Отсюда следует, что главным критерием оценки качества параметров технологического процесса выступает температура зоны взаимодействия лазерного излучения с металлом. Оптимальный путь построения системы автоматического управления лазерным технологическим комплексом, приводящий к стабилизации показателей качества технологического процесса является стабилизация температуры в зоне взаимодействия лазерного излучения с металлом.

Во второй главе приводятся результаты оптико-физическш исследований процесса взаимодействия лазерного излучения с металлами Показано, что качество процесса закалки связано с параметрами Стоксе собственного излучения металла. В то же время сложность измсрсши поляризационных характеристик обусловлена прохождением собственной: теплового излучения металла через турбулентные слои плазменного факела.

Время процесса нагрева при лазерной обработке мало и составляв: единицы секунд. Для ускорения процесса фазовых преобразований 1 микроструктуре железа необходимо повышать температуру закалки. Но она н< должна превышать температуру перехода аустенита в жидкое состояние. Пр1 невыполнении этого условия шероховатость поверхности после лазерно! обработки увеличивается.

Охлаждение зоны взаимодействия происходит за счет отбора тепла все] массой металла, и эта скорость, как показывают экспериментальны! исследования, превышает критическую.

Отсюда следует, что главным критерием оценки качества параметро технологического процесса выступает температура зоны взаимодействи лазерного излучения с металлом. Оптимальный путь построения систем! автоматического • управления лазерным технологическим комплексо\< приводящий к стабилизации показателей качества технологического процесс; является стабилизация температуры в зоне взаимодействия лазерног излучения с металлом.

Рассмотрим процесс нагрева металла в зоне взаимодействия, показанны на рис. 1, который можно разбить на три характерные стадии.

Тм < Тпл

Тм = Тпл

ли

плазменный факел

зона взаимодействия

Тм > Тпл

выброс части металле I/ 1 и плазмсенныйфаке. зона взаимодействия

21 31

Рис. 1. Ход процесса закалки

На первой стадии происходит процесс нагрева матрицы металла до температуры ниже температуры плавления. Вторая стадия, зслсдствие достижения ею температуры плавления, характеризуется объемным эасширением зоны взаимодействия. Она характеризуется равенством сил поверхностного натяжения силам внутреннего давления нагреваемого объема, ría третьей стадии силы внутреннего давления превышают силы товсрхностного натяжения, и происходит выброс части металла из зоны ззаимодействия.

Исследования поляризационных характеристик собственного теплового излучения показывают их зависимость от геометрии тел и угла между юрмалыо излучающей поверхности с осью оптической системы })отоприемника. Для различных стадий эти зависимости имеют вид (см. рис.

Тм < Тпл Тм = Тпл Тм > Тпл

Рис. 2. Изменение степени поляризации от угла визирования при различных температурах

Первые кривые (М) характеризуют зависимость степени поляризации обственного теплового излучения металла при различных температурах от тла визирования. Вторые (М+П) характеризуют изменение степени юляризации суммарного теплового излучения металла и плазменного факела.

Из графиков видно, что существует критическое значение степени юляризации суммарного излучения, характеризующее вторую стадию нагрева. 1осле выброса расплавленного металла из объема зоны происходит полная еподяризация принимаемого излучения.

Рассмотрим поляризацию теплового излучения зоны лазерного оздействия и методы их измерения.

Общим свойством векторных волн является их поляризация. Это :войство вектора напряженности электрического поля, характеризующего ¡олны, есть ориентация в пространстве и времени. Его ориентация юдчиняется определенным законам, зависящим как от источника, так и от :реды, в которой распространяется волна.

Для квазимонохроматического излучения мгновенное значение

напряженности электрического поля описывается выражением :

£(/•,/) = 1£,(г,0 (1)

где Е\г,1) - мгновенное значение напряженности электрического поля г -волны излучения.

В монохроматической волне изменения суммарного вектора подчиняется синусоидальному закону. Для квазимонохроматическогс излучения

Е,(г,1) = Е-зт((а^31), (2)

где Е1,а>1,5! - соответственно амплитуда, круговая частота и фаза колебашп напряженности электрического поля г - волны.

В общем случае вектор описывает в пространстве эллипс, причег» каждый поляризационный эллипс имеет различные свойства. Поэтом) суммарный вектор Е будет описывать более сложную траекторшо.

Для плоской волны, когда Е1г= 0 и вектор напряженности буде~ состоять только из двух компонент Еж и Е,у, траектория движения вектор; будет также описываться эллипсом, однако его эллиптичность, ориентация I размер будут непрерывно изменяться во времени.

Для исключения влияния вращения поляризационного эллипс; квазимонохроматического излучения на точность разработаны методь измерения его параметров.

Нам неизвестна общая интенсивность прошедшего излучения /•", а такж ортогональные составляющие Рх, /у Поэтому для их определения необходим! произвести минимум четыре измерения интенсивностей излучения прошедшего через анализатор, ориентация которого составляет углы плоскостью поляризации излучения, где щ=х, <?2~Х+45 "(Рз^Х+ЭО0, у =%+]35 °соответственно.

Найдем степень поляризации в системе XV'.

Р' - Р • (ят2 <р - со5" <р), (3)

Р" = Р-вт2(р, (4)

Р2 = Р'2+Р"2, (5) ■

Р=/Р'2+Р"2 (6)

Исследования поляризационных характеристик собственного тепловог излучения показывают их зависимость от геометрии тел и угла межд нормалью излучающей поверхности и осью оптической систем фотоприемника.

Согласно математической модели (3) ч- (6) измерения степен поляризации может быть синтезирована функциональная схема измерител: показанная на рис.3.

п

П2

окг

™Г д

I_____Л\

! П 3

Ф П 1 - ПУ1 - С ВХ1 -

Ф П 2 ПУ2 - СВХ2 -

ФПЗ - ПУЗ - свхз -

т

ч

Ф П4 - ~I ПУ4

С ВХ4

АК

- АЦП

МПС

ОКГ - оптический квантовый генератор ЛИ - лазерное излучение Д -обрабатываемая деталь ТИ - тепловое излучение П - поляр изато р ФП - ф ото п рие м ни к

ПУ - предварительный усилитель

АК - аналоговый коммутатор

СВХ - схема выборки-хранения

АЦП - а нал ого во-аи ф ров ой преобразователь

МПС -микропроцессорная система

Рис. 3. Блок-схема измерителя степени поляризации

Результаты теоретических анализов хорошо согласуются с результатами эксперимента. Точность измерения не превысила 3%.

Проведенные исследования показали, что для снижения разброса показателей качества до 5-7%, необходимая погрешность измерения температуры достаточна в пределах 3%. Однако необходимо учитывать и стабильность скорости охлаждения, так как в процессе закалки деталь будет нагреваться. В конце главы приведены рекомендации по габаритио-весовым характеристикам деталей и способам их охлаждения.

Полученные результаты представляют значительный интерес для разработчиков оптикоэлектронных систем.

Третья глава посвящена разработке и исследованию системы автоматического управления.

Система автоматического управления имеет сложную структуру с большим количеством обратных связей. Поэтому она является нелинейной. Это означает, что в результате целого ряда чередующихся, в зависимости от воздействия, устойчивого и неустойчивого режимов не выполняется принцип суперпозиции в системе. Для исследования нелинейной системы необходимо знать ее поведение в линейном режиме и привести систему в устойчивое состояние. Поэтому при обосновании выбора математической модели системы автоматического управления были приняты определенные условия и допущения, при которых данная система является линейной. Все последующие

расчеты и исследования будут производиться для линеаризованной системы управления.

Все воздействия, оказывающие наиболее заметное влияние, условно можно разделить на три группы в зависимости от характера влияния на температуру (см. рис. 4).

Р

А

Рис.4. Изменение мощности излучения под действием

Здесь приведены группы возмущающих воздействий: медленно изменяющиеся воздействия, влияющие на параметры ЛТК в течение всего периода эксплуатации: старение полупроводниковых элементов'блока питания и системы управления, загрязнение поверхности элементов оптической системы и резонатора, посменное колебание напряжения и т.п.

На рис.4 линией 1 нанесена кривая воздействия, влияющая на параметры ЛТК с периодом, соизмеримым со временем технологической операции: изменение процентного состава температуры газа активного вещества, колебания температуры охлаждающей жидкости, приводящие к изменению температуры элементов оптической системы и т.п.

Вторая и ' третья кривые характеризуют быстроизменяющиеся воздействия, влияющие на параметры ЛТК с периодом, соизмеримым со временем перемещения лазерного луча на диаметр фокусного пятна: разброс параметров поглощающего покрытия, разброс параметров поверхности детали (коэффициент отражения, шероховатость), разброс оптических параметров среды пропускания лазерного излучения.

В соответствии с данным разделением возмущающих воздействий в САУ ЛТК можно выделить следующие независимые подсистемы, постоянные времени которых будут отличаться на несколько порядков друг от друга:

1-я подсистема представляет собой канал регулировки грубой точности и грубого быстродействия (канал грубой настройки ).

11-я подсистема, канал регулировки средней точности и медленного быстродействия (канал средней настройки ).

Ш-я подсистема, канал регулировки высокой точности и высокого быс тродействия (канал точной настройки).

Тогда в соответствии с математической моделью, структурная схема системы автоматического управления будет выглядеть следующим образом (рис.5).

Рис.5. Структурная схема САУ:

1 - блок питания; 2 - резонатор; 3 - измеритель мощности; 4 - оптическая система; 5 - сканатор; б - деталь; 7 - блок измерения степени поляризации; 8 -блок обратной связи по степени поляризации; 9 - механизм перемещения сканатора; 10 - блок измерения температуры; 11 - блок обратной связи по температуре; 12 - механизм перемещения оптической системы; 13 - блок измерения мощности; 14 - блок обратной связи по мощности.

Проведенные исследования, подтверждаемые соответствующими расчетами показателен качества трехконтурной САУ, доказывают потенциальную возможность создания ЛТК с обратными связями по информативным параметрам, измеряемым в реальном масштабе времени.

В четвертой главе проводятся расчеты основных элементов системы управления ЛТК.

Па основе математической модели поляризационных характеристик теплового излучения разработана модель фотоприемного устройства, инвариантного к ориентации вектора напряженности электромагнитного поля.

В общем случае, если вектор Стокса линейно

поляризованного излучения (ЛПИ) имеет вид [5']= (5'0;5'1;52;о| где50, О параметры вектора Стокса, то поляризации (Р) и азимут поляризации \]. такого излучения определяются по формулам:

р-^О*

1 S, = — arctg —

2 S,

В общем случае матрица Мюллера поляризатора, ориентированного i плоскости поляризации линейно поляризационного излучения по, произвольным углом \|/, имеет вид

1 eos 2 ц/ sin2vj/

1 cos2v|/ eos2 2ц/ cos2i|ysin2i|;

2 sin2i|/ cos2i|/sin2v|; sin2 2ц> 0 0 0

м=

Допустим, что вектор Стокса ЛПИ на входе поляризатора имеет вц. [Б']= (80;5,;82;о) тогда вектор Стокса излучения на выходе поляризатор получается простом перемножением входного вектора на его матриц Мюллера:

80 +8, • соб2^ + Б2 -5т2у

И=[ф]*И=

S0 ■ cos2v}7 + S, - eos2 2\|/ + S2 -cos2vj/ - sin2\\i

S0 ■sin2\i/ + S1 -cos2v]; + S2 - sin2 2v¡f

0

Используя известный фотоприемник (ФП), при условии совмещени плоскости анализа поляризатора одного из фоточувствительного элемент (ФЧЭ) с плоскостью поляризации анализируемого излучения (при этом векто Стокса принимает вид [3]= (50;8г;0;0)), можно, измеряя напряжени фотосигнала с чувствительных элементов, определить степень линейно поляризации падающего излучения по формуле, вытекающей из (7):

U ^90

т.е., используя известный ФП, можно определить степень линейно поляризации излучения, азимут которого совпадает с плоскостью анализ одного из поляризаторов ФП.

Исследуя взаимосвязь между температурой и поляризационным

характеристиками, приходим к выводу, что критерием оценки показателей качества технологического процесса лазерной закалки выступает степень поляризации собственного теплового излучения металла. Эта характеристика измеряется в реальном масштабе времени и позволяет строить систему автоматического управления лазерным технологическим комплексом, что приводит к повышению показателей качества технологии лазерной закалки металлов. На рис. 6 показана функциональная схема лазерного технологического комплекса.

Лазер "Юпитер - 0,3" Р - 300 (Вт) 1 (мм)

} " 10,6 (икм)

1 -лазер

2 - оптическая система

3 - среда пропускания

4 - деталь

5 - механизм перемещения

6 - поляризационный

фотоприемник_

7 - преобразование сигнала

8 - микропроцессорная система

9-блок питания

10-дисплей

11 - пульт управления

Рис. 6. Лазерный технологический комплекс

Рис. 7. Образцы микроструктуры серого чугуна после • обработки лазерным излучением.

Проведенные экспериментальные

исследования серого чугуна показывают стабильность показателей качества упрочненного слоя, что видно из сравнительной оценки микроструктур образцов, обработанных с временным интервалом в 1 час (см. рис. 7).

На основании проведенных расчетов определены показатели качеств различных систем.

ВЫВОДЫ

1. На основе исследования качественных показателей технологического процесса лазерной закалки (шероховатость, микротвердость, глубина упрочненной зоны и т.д.) показано, что одним из наиболее важных параметров технологического процесса, определяющего воспроизводимость его характеристик, является температура металла и скорость ее изменения в зоне обработки. Поэтому данный параметр следует считать основным информативным параметром при построении САУ ЛТК.

2. Разработан новый метод измерения поляризационных характеристик собственного теплового излучения металлов.

3. Показано, что степень поляризации теплового излучения металла определяется температурой в зоне обработки.

4. На основе разработанного метода измерения лоляризационных характеристик разработана и реализована структурная схема САУ ЛТК, обеспечивающая повышенную воспроизводимость основных показателей качества технологического процесса лазерного упрочнения металлов.

5. Разработанная система внедрена на ЛТК в АООТ «Стальконструкция». Это позволило повысить качество изделий после обработки на данных ЛТК.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Звездин В.В., Кусюмов А.Н., Юлин С.Н., Зарипов Р.Ф. Об одном методе измерения степени поляризации / Тезисы докладов всесоюзной XIV научно-технической конференции молодых специалистов / ГОИ - г. Ленинград, 1982.

2. Звездин В.В., Кусюмов А.Н., Юлин С.Н. Датчик углового положения вала привода сканирующего устройства // Тезисы докладов всесоюзной XIV научно-технической конференции молодых специалистов / ГОИ -г. Ленинград, 1982.

3. Звездин В.В., Саттаров Р.К., Ильясов Р.Ш., Шакиров. Ю.И. и др. Исследования и отработка технологии лазерной обработки деталей семейства автомобилей КамАЗ / Научно-технический отчет инв.№02830025566, ВНТИцентр, 1983.

4. Зиездин В.В., Рубин А.Ю., Ильясов Р.Щ. Измерение температуры обрабатываемых металлов оптическими методами 1! Тезисы докладов V Республиканской научно-технической конференции «КамАЗ- КамПИ» / КамПИ - г. Н. Челны, 1986.

5. Рыжков В.Н., Андреев А.И., Алеев P.M., Звездин В.В. и др. Изготовление фоторезисторов, чувствительных к поляризованному излучению — ВОТ серия XI 1986, вып. 2, с 66-65. (ДСП)

5. Звездин В.В., Зарипов Р.Ф., Ильясов Р.Ш. Исследование температурных полей в упругих телах при локальном воздействии источника энергии // Тезисы докладов II республиканской научно-технической конференции «Механика машиностроения » / КамПИ - т. Н. Челны, 1988.

К Звездин В.В., Валиев P.A., Бочков В.Е. Оценка причин нестабильности результатов лазерной обработки сталей // Тезисы докладов республиканской VI научно-технической конференции «КамАЗ-КамПИ» / КамПИ

г. Н. Челны, 1988.

>. Звездин В.В., Асанов А.З. Система автоматического управления лазерным технологическим комплексом // Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции, посвященной 10-летию КамПИ / КамПИ

г. Н. Челны, 1990.

Звездин В.В., Ворожейкин В-.А. Метод исследования поляризационных характеристик. // Тезисы докладов международной НТК «Механика машиностроения » / КамПИ - г. Н. Челны, 1995.

0. Звездин В.В., Ахмадеев И.А., Ворожейкин В.А. Пути построения САУ JITK // Тезисы докладов Международной НТК «Механика машиностроения» / КамПИ - г. Я. Челны, 1995.

1. Звездин В.В., Ворожейкин В.А., Ибрагимов P.M. Система автоматического управления лазерным технологическим комплексом // Тезисы докладов Международной НТК «Механика машиностроения» / КамПИ - г. Н. Челны, 1996.

2. Звездин В.В.„ Асанов А.З. Постановка задачи оптимального управления ЛКГ - типа лазерным технологическим комплексом // Тезисы докладов Международной НТК «Механика машиностроения» / КамПИ - г. Н. Челны, 1997.

3. Валиахметов P.P., Звездин В.В., Янчар Н.В. Формирование композитных поверхностей деталей лазерным излучением //Тезисы докладов Второго Международного симпозиума «Композиты и глубокая переработка ресурсов»./КамПИ, г.Наб.Челны, 1999 г.

4. A.c. 165033 приоритет от 15.12.80. Измеритель степени поляризации / Звездин В.В., Алеев P.M., Мухамедяров Р.Д. (ДСП)

15. A.c. 1059996 приоритет от 09.07.81. Фотоэлектрический датчик углового положения вращающихся объектов / Звездин В.В., Алеев P.M., Мухамедяров Р.Д., Кусюмов А.Н., Суторин A.M. ,Юлин С.Н., Ямановский Б.М.

16. A.c. 187521 приоритет от 01.06.82. Измеритель степени поляризации / Звездин В.В., Алеев P.M., Мухамедяров Р.Д., Бутаков В.М., Кусюмов А.Н., ЕлинС.Н. (ДСП)

17. A.c. 1600480 приоритет от 02.04.88. Способ измерения температуры металла / Звездин В.В.

18. A.c. 1610706 приоритет от 06.03.90. Система автоматического управления лазерным технологическим комплексом / Звездин В.В., Асанов А.З.

19. A.c. 1767792 приоритет от 08.06.92. Способ контроля качества лазерной обработки / Звездин В.В., Асанов А.З.