基于CCD的激光再制造熔池溫度場檢測研究.pdf

1、激光再制造技術(shù)近年來在國內(nèi)外已受到廣泛關(guān)注,成為先進(jìn)制造技術(shù)研究領(lǐng)域一個新的分支。該技術(shù)尚處在發(fā)展之中,目前的研究多限于設(shè)備、工藝和材料等方面,其中許多基礎(chǔ)理論和技術(shù)問題尚需深入開展研究,如高功率激光與粉末流相互作用機(jī)理及粉末流狀態(tài)的檢測技術(shù)研究,激光熔池內(nèi)外傳熱、傳質(zhì)與對流理論及對冶金組織性能的影響,激光再制造的CAD/CAM 軟件研究開發(fā),激光再制造過程中溫度及尺寸精度檢測控制等。這些問題使其應(yīng)用受到很大限制。 激光再制造過

2、程中,激光熔池內(nèi)存在著強(qiáng)烈的能量、動量和質(zhì)量傳輸過程,從而產(chǎn)生傳熱、對流和傳質(zhì)等現(xiàn)象。激光熔池的溫度場分布強(qiáng)烈影響能量、動量和質(zhì)量傳輸過程,它直接影響激光再制造的冶金性能和表面質(zhì)量。從理論和試驗上開展激光再制造熔池溫度場檢測研究對激光再制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要指導(dǎo)作用。 本文旨在研究激光再制造過程中激光熔池的溫度場分布,為該技術(shù)的發(fā)展作進(jìn)一步研究。針對激光再制造熔池溫度場的檢測研究,本文詳細(xì)說明了激光再制造技術(shù)的原理,綜述了

3、激光熔池溫度檢測國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,提出采用CCD進(jìn)行激光熔池溫度場檢測,主要做了以下創(chuàng)新工作： 1)基于熱輻射機(jī)理和金屬對激光的反射與吸收特性,研究了激光再制造熔池?zé)彷椛涞囊恍┨匦?選擇激光熔池在可見光波段的熱輻射進(jìn)行溫度檢測,分析了激光再制造常用材料在不同波長、溫度和表面狀況的表面發(fā)射率變化規(guī)律,為CCD檢測激光再制造熔池溫度場模型建立與分析奠定基礎(chǔ)。 2)確定CCD檢測激光再制造熔池溫度場系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案,基于普朗克輻射

4、定律和比色測溫原理,建立CCD檢測激光熔池溫度場模型和一套CCD測溫裝置,根據(jù)模型和CCD的實際光譜響應(yīng)曲線,進(jìn)行系統(tǒng)響應(yīng)、靈敏度和測溫誤差分析,對比色測溫波長選擇進(jìn)行了分析研究。 3)進(jìn)行激光熔池測溫專用軟件需求和可行性分析,描述了激光熔池?zé)彷椛鋱D像的數(shù)據(jù)流程,采用模塊化思想進(jìn)行軟件設(shè)計,基于數(shù)字圖像處理技術(shù),開發(fā)出一套激光再制造熔池測溫專用軟件,詳細(xì)介紹了熱輻射圖像的數(shù)據(jù)采集、輸入/輸出、圖像處理、溫度計算模塊及程序設(shè)計開發(fā)