[0001] 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。

[0002] 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。

[0003] 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。

[0031] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0032] 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，整个实时在线数据采集及远程监控系统包括多点分布式红外测温仪、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、熔池状态实时监视模块、监控软件、远程监控显示模块、分布式通信监控及集中控制模块。

[0033] 多点分布式红外测温系统包括工件预热温度实时采集装置及加工区温度实时采集装置，红外测温单元采用水冷型红外测温仪。

[0034] 熔覆后轧辊滚筒表面质量监测模块包括：轧辊旋转编码器，机器人轴向行走编码器，表面形状采集视频装置，还涉及数据采集卡，数据传输总线，可视化软件包，对缺陷进行模式识别和记录软件包。

[0035] 轧辊熔覆后熔覆层厚度检测模块包括：隔热系统加带热防护的激光位移传感器探头，还涉及数据采集卡，数据传输总线，数据库软件包，厚度计算及报警软件包。

[0036] 熔池状态实时监视模块由带滤波衰减片的工业用黑白CCD实现。

[0037] 轧辊熔覆激光加工监控软件是根据客户实际加工工艺及监控内容专门为针对客户情况开发的一套监控软件系统，包括熔覆工艺及过程监控、设备状态监控两部分。

[0038] 远程监控显示模块主要由背投屏幕、4台激光投影机、拼接控制器，视频远程传输器，视频分配器、液晶显示器组成。

[0039] 分布式通信监控及集中控制模块主要由监控PLC、主控服务器、视频记录计算机、分布式485通信模块组成。

[0040] 如图1所示，多点分布式红外测温仪3，熔覆后轧辊表面质量监测模块4，轧辊熔覆后熔覆层厚度检测模块5，熔池状态实时监视模块6通过分布式485通信网络与分布式通信监控及集中控制模块1相连，监控软件运行在分布式通信监控及集中控制模块的主控服务器上，同时主控服务器与远程监控显示模块2相连，将监控软件显示在远程监控显示模块的拼接屏幕上。

[0041] 如图2所示，远程监控显示模块2包括背投屏幕、4台激光投影机、拼接控制器，视频远程传输器，视频分配器、液晶显示器。显示设备均安装于背投暗室，有效的避免光、环境灰尘及设备噪音的干扰，配合性能优异的显示设备，将为用户呈现完美的显示效果。视频远程传输器为多个，一条线路中用一对视频远程传输器连接，接口为RJ45，用于远程线路的视频信号的传输。

[0042] 激光加工监控软件是根据客户实际加工工艺及监控内容专门为针对客户情况开发的一套监控系统，包括熔覆工艺及过程监控、设备状态监控两大部分。熔覆工艺及过程监控部分包括：

[0043] 预热温度实时监控显示；熔覆后熔覆层表面形貌实时监控检测；熔覆加工过程实时仿真显示。设备状态监控部分包括：激光器状态监控及故障报警；激光加工头状态监控及故障报警；机器人状态监控及故障报警；水冷机状态监控及故障报警；中频加热系统状态监控及故障报警；冷却水套温度状态监控及故障报警；送粉系统状态监控及故障报警；烟尘处理系统状态监控及故障报警；

[0044] 上位机监控软件采用VC++编程或组态软件编制，监控软件安装在主控服务器上，监控软件通过视频记录计算机内的视频采集卡对熔覆后监控摄像机视频信号实时采集，经过图像处理，实时检测及显示当前加工后熔覆后轧辊滚筒表面形状。监控软件通过RS232串口与温度采集单片机相连，实时采集各个温度传感器温度，并实时监控检测并显示，根据温度设定监控范围实时监控各点温度，出现任何温度异常波动软件会及时发出报警，监控软件通过数据采集卡读取导轨及转台编码器当前位置，实时模拟显示当前激光头位置及轧辊运动状态。监控软件通过RS232串口与监控PLC相连，监控PLC实时监控所有设备状态及报警信号，并实时将状态信号通过串口发送给上位机软件，上位机软件实时检测并显示。考虑到在加工过程中突然断电等意外因素，为主控服务器增加UPS外置电源，断电后工艺人员可以及时保存当前加工数据，同时监控软件对工艺数据进行实时保存，将加工工艺数据保存为独立的工艺文件，当设备再次上电初始化后可根据保存的工艺文件，自动寻找当前断点位置，由当前断点位置开始延续上次加工工艺数据继续进行加工。

[0045] 如图2所示，在分布式通信监控及集中控制模块中，监控PLC通过485通信模块与外围系统相连，通信协议采用MODBUS协议，网络形式采用星形拓扑结构，PLC采用分时方式实时采集外部设备数据及状态，并将数据保存在内部寄存器内；同时PLC通过专用通信网络与主控服务器通信，主控服务器定时访问PLC内部寄存器，读取外围设备状态，并通过系统监控软件将设备状态及运动仿真过程及时显示在监控屏幕上。本实施方式中，外围系统包括激光器，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。

[0046] 多点分布式红外测温模块，采用带水冷的红外测温仪实现整个熔覆过程中预热温度及外围水冷器件的温度采集及控制采集温度信号通过实时温度反馈PID调节控制系统形成温度的闭环控制系。

[0047] 如图3所示，熔覆后轧辊表面质量监测模块，采用工业用彩色CCD实时采集熔覆后轧辊表面形貌，经数据总线传输由视频采集卡采集，可视化及缺陷识别和记录软件将图像实时显示在大屏幕上，同时根据编码器位置计算图像当前位置，当有缺陷点出现时，软件根据工艺人员在当前图片上标示出的缺陷位置自动计算缺陷点在轧辊的实际位置，并将缺陷点存入缺陷数据库，当一层加工完毕后，工人根据缺陷数据库提示的缺陷点位置进行适当修补，修补完毕后开始下一层加工。

[0048] 如图4所示，轧辊熔覆后熔覆层厚度检测模块，熔覆层厚度记录仪由隔热系统加带热防护的激光位移传感器探头组成，在激光熔覆过程中，采用在一定间隔时间内用熔覆层厚度记录仪对熔覆层厚度进行测量，监测熔覆层厚度，便于工艺人员控制熔覆工艺，同时将熔覆层厚度数据记录进工艺数据库，在每层结束后，自动求算熔覆层厚度平均值，自动控制机器人下一层抬升高度。在熔覆过程中，计算机对各采集点所得厚度数据实时进行比较监控，当所测得熔覆层厚度偏差超过设定偏差值时，软件自动报警，提示工艺人员检查熔覆工艺及相关设备。熔覆开始时，熔覆层厚度记录仪记录当前位置W0，熔覆过程中厚度探测仪根据设定时间记录当前熔覆层厚度W1，W2，W3……，则各点处熔覆层厚度为：

[0049] H1＝(W0-W1)，H2＝(W0-W2)，H3＝(W0-W3)…….

[0050] 软件将采集到的厚度数据存入工艺数据库，每层加工结束后记算H平均值，同时实时监测各点△H＝(H2-H1)，(H3-H1)，(H3-H2)，……范围，保证熔覆层厚度均匀一致。

[0051] 如图5所示，熔池状态实时监视模块的目的在于实时近距离监视激光熔覆过程中加工状态，保证加工过程的实时监视。具体实现方法为采用工业用黑白CCD通过选择合适的滤波衰减片，实时采集熔池及周围等离子体图像，同时实时将采集图像以开窗口的方式在大屏幕上显示出来，在正常熔覆过程中，熔池与飞溅是一个相对稳定的状态，工艺人员通过监视图像的稳定性，实时间接监视加工过程激光及粉末状态。