[發(fā)明專利]一種基于多傳感器融合的在線可控連續(xù)自阻加熱控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610936789.0
• 申請(qǐng)日: 2016-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106270218B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚圣杰;趙洪運(yùn);劉洪偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): B21D37/16
• 分類號(hào): B21D37/16
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11401
• 代理人: 楊采良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱沖壓異形坯料加熱控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多傳感器融合的在線可控連續(xù)自阻加熱控制方法。

背景技術(shù)

熱沖壓成形技術(shù)是提高高強(qiáng)度鋼板塑性成形能力，保證沖壓零件尺寸精度及提高沖壓零件強(qiáng)度級(jí)別的新型成形技術(shù)，目前已成為高強(qiáng)鋼汽車零部件制造行業(yè)的熱門(mén)技術(shù)。熱沖壓工藝的坯料加熱都采用輥底爐加熱。其主要優(yōu)勢(shì)在于：適用于激光切割下料后不同形狀坯料的均勻加熱。但是，使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，采用該加熱方式，由于加熱速度的限制，要提高生產(chǎn)效率，只能通過(guò)增加爐身長(zhǎng)度的方式實(shí)現(xiàn)。因此，通常輥底爐爐身長(zhǎng)度大于40m，占地面積大，投資高；另外，由于加熱過(guò)程為防止坯料氧化，需始終通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，且爐體的爐底輥均為陶瓷輥，價(jià)格昂貴，單根陶瓷輥的市場(chǎng)價(jià)格一般在3000～5000元不等，上述兩方面主要因素也在一定程度上增加了該加熱方式的運(yùn)行及維護(hù)成本。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，為適應(yīng)未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對(duì)于其高強(qiáng)鋼汽車零部件制造亟需一種更加高效、低成本的替代加熱方式能夠取代現(xiàn)有輥底爐加熱，促進(jìn)熱沖壓成形技術(shù)的進(jìn)一步提升，目前探討較多的快速加熱方式主要有感應(yīng)加熱、自阻加熱以及火焰加熱。

另一方面，現(xiàn)代汽車被動(dòng)安全不再單純考慮結(jié)構(gòu)件的高強(qiáng)度化，而是提倡一種變強(qiáng)度的理念，希望在同一結(jié)構(gòu)件的不同區(qū)域獲得差異的強(qiáng)度，從而同時(shí)保證防撞性以及吸能性。為此，多數(shù)工藝還是基于傳統(tǒng)輥底爐加熱，而對(duì)熱沖壓模具采取分塊加熱及冷卻的方式，實(shí)現(xiàn)坯料的變強(qiáng)度處理。除此之外，還有部分研究通過(guò)拼焊的方式將兩種不同力學(xué)性能的成形件焊接在一起，以實(shí)現(xiàn)變強(qiáng)度處理。當(dāng)然，還有研究通過(guò)熱沖壓后再對(duì)沖壓件進(jìn)行局部退火的工藝方式實(shí)現(xiàn)上述目的。

而考慮從坯料加熱方式的改變或處理方面，目前提出的工藝思路也有一些，如利用感應(yīng)加熱或自阻加熱對(duì)坯料進(jìn)行局部加熱后，再進(jìn)行沖壓；或者對(duì)坯料整體加熱至奧氏體化以后，通過(guò)控制板料不同區(qū)域的冷卻速度，待冷卻一定時(shí)間后獲得梯度化的溫度場(chǎng)再進(jìn)行熱沖壓等。但是，截止目前還沒(méi)有任何一種快速加熱方式能夠真正有效的用于熱沖壓異形板料的在線可控加熱。監(jiān)于上述背景，綜合考慮加熱速度以及溫度場(chǎng)可控的要求，本發(fā)明提出基于視覺(jué)輪廓識(shí)別的在線可控連續(xù)自阻加熱工藝。

現(xiàn)有快速加熱的方法主要有感應(yīng)加熱、自阻加熱以及火焰加熱三種。其中感應(yīng)加熱以及火焰加熱主要用于管材的加熱，而針對(duì)薄板材的加熱，其最大的問(wèn)題在于快速加熱導(dǎo)致板材內(nèi)應(yīng)力的急劇增加，從而產(chǎn)生顯著的板形缺陷，如果板材為異形板，則這一現(xiàn)象會(huì)更加明顯。因此，針對(duì)感應(yīng)加熱以及火焰加熱兩種快速加熱方式，在薄板材尤其是異形薄板材的加熱方面因尚未有良好的解決措施而無(wú)法進(jìn)一步推廣。自阻加熱技術(shù)目前雖然有應(yīng)用于薄板帶材加熱的范例，但是目前應(yīng)用該加熱技術(shù)所加熱的板材均為規(guī)整的矩形板材，其主要問(wèn)題也是板形控制的問(wèn)題。因?yàn)橹挥型獠枯喞?guī)整的板材，在自阻加熱時(shí)沿板材長(zhǎng)度方向每處橫截面上的電流密度才能夠保證一致，以至于不會(huì)由于溫度梯度造成顯著內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致加熱板形缺陷。因此，對(duì)于異形板的自阻加熱，目前也沒(méi)有良好的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于多傳感器融合的在線可控連續(xù)自阻加熱控制方法，旨在解決目前還沒(méi)有任何一種快速加熱方式能夠真正有效的用于熱沖壓異形薄板料的在線加熱速度以及溫度場(chǎng)可控，造成加熱過(guò)程容易誘發(fā)的板形不良的問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于多傳感器融合的在線可控連續(xù)自阻加熱控制方法，該基于多傳感器融合的在線可控連續(xù)自阻加熱控制方法包括以下步驟：

首先，坯料在進(jìn)入第一對(duì)電極輥之前，由坯料視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)完成外部輪廓的掃描并將信息傳送至電腦主機(jī)，根據(jù)此特征信息由電腦主機(jī)根據(jù)加熱目標(biāo)溫度需要以及坯料在特定溫度下的屈服強(qiáng)度等特征信息，對(duì)第一對(duì)電極輥之間的加載電流、輥速以及接觸壓力進(jìn)行初步設(shè)定，沿坯料厚度方向加載電流完成坯料的第一道次自阻加熱；

坯料經(jīng)第一道次加熱完畢后，由隨后布置的紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)記錄坯料沿長(zhǎng)度方向的加熱溫度，反饋給電腦主機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)目標(biāo)溫度與實(shí)際測(cè)量溫度的差值,通過(guò)智能PID算法,實(shí)時(shí)控制第一對(duì)電極輥的加熱電流，將此修正信息以及布置于第二對(duì)電極輥前的坯料視覺(jué)檢測(cè)信息前饋給第二對(duì)電極輥，由第二對(duì)電極輥通過(guò)對(duì)加載電流、輥速以及接觸壓力的進(jìn)一步調(diào)整，用于沿坯料長(zhǎng)度方向溫度場(chǎng)的加熱；

坯料加熱完畢后，通過(guò)紅外測(cè)溫儀記錄坯料最終加熱溫度場(chǎng)信息，存儲(chǔ)給電腦主機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，電腦主機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)計(jì)算，為后續(xù)相同或相似坯料的加熱提供基礎(chǔ)信息且用于后續(xù)坯料加熱的進(jìn)一步優(yōu)化與提升。

進(jìn)一步，電腦主機(jī)進(jìn)行的精細(xì)化控制方法為：