激光加工温度场CCD检测中的温度标定

激光加工温度场的检测对实现激光加工智能化有重要的实用价值。根据比色测温原理，提出采用彩色CCD和计算机图像处理相结合检测激光加工温度场的实验方案，研究CCD比色测温的温度标定。采用BF1400和BBR1000型国家标准黑体炉作为温度标定仪器，用WV-CP474型CCD相机在标定温度范围700～1400 ℃时，每隔100 ℃拍摄黑体炉靶面图像。开发了基于VC++的温度场图像处理专用软件，并对CCD拍摄的图像进行处理，建立了温度与比色值的数学关系表达式，并给出了待定系数。结果表明：CCD测温数据与现行标准测温数据之间存在良好的对应关系，进一步发展后，可成为激光加工温度场检测的有效手段。     

激光熔覆成形中熔池表面温度场的检测与研究

针对激光熔覆成形中熔池表面温度场难以测量的问题,搭建了彩色CCD同轴测温系统。通过优化实验参数,该测温平台可获得清晰、稳定的熔池表面图像,对所拍图像进行处理和计算,可以得到熔池表面的温度场。为了验证得到的温度场是否准确,搭建了红外测温系统,通过对熔池表面不同区域进行测温,得到了与CCD测量结果基本吻合的熔池表面温度分布。两种不同的测温方式得到一致的温度场,说明此测温平台是实用、可靠的,为通过实时检测熔池表面温度进而控制熔覆成形系统打下基础。     

单CCD数字滤光温度场测量

 为提高CCD辐射测温精度,需在光路中加载滤光片以获取单色光.然而现场搭建光路极为不便且难于实现精确的图像匹配.为减小误差且便于工程实现,提出了对CCD光谱响应曲线寻迹的数字滤光方法,并与多色滤光系统进行了比较.结果表明,数字滤光方法简单有效,无需外置滤光光路即可实现图像辐射测温.     

基于彩色CCD的激光熔覆熔池温度闭环控制研究

为了保持激光熔覆过程中熔池温度的相对稳定,采用比色测温与比例-积分-微分（PID）控制策略相结合的方法实现了熔池温度的闭环控制,搭建了一套基于双通道彩色CCD的激光熔覆成形熔池温度在线测控系统。将发射率ε纳入到待定系数K中,建立了灰度比值与K的对应关系,推导出了熔池温度的计算公式。基于Socket通信实现了温度在工控机与机器人控制器之间的信号传递,设计了基于激光功率变化的温度控制器算法。结果表明,此系统能实时准确地测量并控制熔池温度,控制精度在3%以内;将该系统运用于薄壁圆筒堆积成形实验中,能够有效消除激光熔覆成形过程中的温度累积效应;成形件底部与顶部外径仅相差0.9mm,成形件各处显微组织差异较小,组织致密均匀。该控制方案具有实时性好、成本较低、便于集成应用等优点。     

基于CCD的激光熔覆熔池宽度的在线检测研究

为了研究激光熔覆熔池尺寸,采用CCD摄像机和VISUAL C++平台自主开发的图像处理软件,建立了一套针对激光熔覆熔池宽度的在线检测系统,提取了熔池边缘和几何特征参量,通过标定试验测定系统的校正系数,在线获取了熔覆层的宽度。结果表明,该系统能比较准确地实现熔池宽度的在线检测,为实时检测激光熔覆熔池表面质量提供了一个有效的工具。     

基于CCD激光熔覆成形过程在线监测与控制

激光熔覆快速成形过程中,熔覆层高度是由激光参数,加工工艺,粉末材料等多种因素共同决定。基于CCD实现了对成形过程的实时监测,并通过基于VC++开发的图像处理软件,有效的提取激光熔池中心到激光头之间的高度信息来控制熔覆堆积过程,从而确保了熔覆过程的顺利进行,提高了成形件的加工质量,为激光熔覆快速成形制造技术的在线监测提供了新的手段。     

激光熔覆立铣刀的制造研究

采用同步送粉激光熔覆方法，在45#钢立铣刀坯材的刃带部位，熔覆一层钴基自熔合金作为立铣刀的加工刃。研究了激光熔覆工艺参数对激光熔覆层形状和开裂的影响，结果表明，熔层宽度的关键因素是激光的有效光斑尺寸，它是由激光功率密度与熔覆速度决定的；熔层高度的关键因素是粉末的线送粉速率，它是由送粉器的送粉速率与熔覆速度的比值决定的；提高激光功率可显著降低熔层开裂倾向。同时，薄的熔层形状可以降低熔层开裂的倾向。进行了激光熔覆立铣刀工装设备．和工艺研究；采用优化工艺，在45#钢铣刀坯材上熔覆成功无裂纹，成型良好、硬度分布满足使用要求的功能层；通过了国标GB／T122．4．3-90规定的立铣刀切削性能试验。以激光熔覆新工艺完成了立铣刀的制造。     

激光熔覆中同轴粉末流温度场的CCD检测

在激光同轴送粉中,存在激光能量的吸收和衰减过程.利用Beer-Lambert定律,建立了同轴送粉中气粉两相流的温度场理论计算模型.依据所建立模型数值模拟研究了激光熔覆中的各种参数对温度场变化的影响,如激光功率、送粉量和送气量等.为验证计算模型的有效性,采用CCD实验测量粉末流温度值,从粉末流温度场分布图中可以看到,实验结果与理论计算结果十分接近.研究粉末流温度场分布情况对提高激光熔覆质量有很大帮助.     

激光熔覆熔池表面温度场分布的检测

采用电荷耦合器件(CCD)高温检测技术,检测了送粉同步式和预置式两种不同工艺下Ni基合金激光熔覆熔池,得到了其在不同功率下的熔池形貌、尺寸和温度场分布.结果表明,当激光功率低于1100 W时,合金粉末熔化不均匀,熔池形貌不规则;当激光功率达到1300 W时,熔池形貌近似椭圆形分布,比较规则平滑,x,y方向尺寸分别为2.8 mm,2.7 mm,平均温度为1800 K,其形貌和尺寸趋于稳定;当激光功率继续增加时,熔池形貌基本不变,但平均温度增加,由于高温热传导熔化,熔池尺寸会有少量增加.     

激光熔覆技术的研究进展

激光熔覆技术是一种先进的表面改性技术,具有广泛的应用领域.本文介绍了激光熔覆技术的发展、应用、激光熔覆技术的设备及工艺特点,对激光熔覆层的表面质量、熔覆层存在的问题及熔覆层内裂纹形成的影响因素进行了综合评述,同时展望了激光熔覆技术的发展前景.最后,指出了存在的问题和今后努力的方向.     

基于数字滤波的半导体激光器温控系统设计

为了使光收发模块发射光波长稳定,突破现有半导体激光器温控系统大都采用模拟器件实现的常规设计,提出了一种基于数字滤波方式的控制方案,采用数字信号处理方式,以固件形式实现了半导体激光器温度控制。通过理论分析和实验验证,取得了采用该方案的光收发模块在应用温度范围内的发射波长变化数据。结果表明,该系统性能稳定,温度控制精度达0.053℃。     

激光熔覆Ni/WC涂层温度场及形貌模拟

根据同轴送粉激光熔覆的特点,利用有限元软件ANSYS模拟温度场的动态过程,采用生死单元法求得熔覆层形貌的三维模型,模拟中加入了熔覆粉末的温升、激光的衰减、相变潜热以及温度对材料热物理性能的影响等因素的影响作用,并且对温度场的结果进行了分析和试验验证。结果表明,熔池前方温度梯度比后方大,熔池最高温度在短时间之后会基本保持稳定。在高锰钢表面采用4000 W多模光纤激光器熔覆镍包WC复合粉末,涂层组织主要为细化树枝晶,通过对熔覆层横截面形貌、组织形貌、温度场分布的观察分析,验证了模拟结果的准确性,可作为制备涂层的工艺的理论参考。     

综述激光熔覆材料的若干问题

综合评述了激光熔覆材料的设计原则、体系分类，提出了激光熔覆材料应用中存在的主要问题及解决途径，并指出了熔覆材料的发展趋势。     

送粉激光熔覆WC陶瓷层的高温组织与性能

实验研究了Co基自熔合金、Ni基自熔合金+WC、Co基自熔合金+WC激光熔覆层在不同温度下的显微组织和各种化合物的硬度,结果表明三种材料在相同激光熔覆工艺参数下获得的熔覆层的高温显微组织、性能存在很大的差异,Ni基自熔合金+WC在700℃时硬度开始显著降低且显微组织发生很大变化,而Co基自熔合金和Co基自熔合金+WC在700℃时才开始发生变化且变化幅度较小。同时证明WC在加热过程中硬度没有显著降低。实验结果对获得具有抗高温粘着磨损的激光熔覆层有重要的理论和实际意义。     

基于DSP的加热炉内钢坯表面温度检测及分析系统

设计了一种加热炉内钢坯表面温度实时检测系统,以DSP为图像处理核心,采集加热炉内两幅临近中心波长的近红外辐射图像,用比色测温算法计算出钢坯表面温度。对比色测温原理、系统的硬件电路、软件流程和试验效果进行了分析。在H型钢加热炉的试验表明,系统能实时检测加热钢坯的表面温度,实时生成加热炉内温度场的伪彩图像并完成工况分析。钢坯表面温度检测的相对误差小于0.5%,满足加热炉温度控制工艺的要求,解决了加热炉内钢坯表面温度动态检测的技术难题。     

温度场模拟激光熔覆TC11钛合金工艺参数的选择

以通过激光熔覆修复钛合金薄壁件并在钛合金表面获得优质激光熔覆涂层为目标,运用ANSYS软件对同步送粉式激光熔覆的温度场进行了三维建模数值模拟。基于该模型对激光熔覆过程中的温度场分布和工艺参数进行了分析。结果表明,激光扫描方向前方的表面温度场相比后方熔池温度小,等温线密集,温度梯度大,熔覆两道后熔覆道1没有重熔,并且对熔覆道2产生预热作用。激光加工的快速加热和冷却的特性显著,冷却时的冷却速度可达104℃/s,在其他工艺参数不变的情况下,理论上在激光功率P=1100 W,扫描速度v=4 mm/s,光斑直径d=1 mm 时模拟过程可获得良好的冶金结合,为修复薄壁零件提供了借鉴和指导作用。     

一种激光三角测量的标定方法及误差分析

为了解决激光三角测量法在标定时,不能直接准确地测量激光器端口与标定物的距离的问题,采用了一种基于距离差进行标定的方法。该方法利用标定物移动的距离作为标定输入,改进了测量系统的标定方法;采用高斯-牛顿迭代法计算测量系统的参量,分析了测量系统在标定时可能产生的激光像点提取误差和非垂直误差。结果表明,测量距离的精度可达到4.000mm。该方法能够准确标定激光三角测量系统的参量。     

基于进化神经网络的激光熔覆层质量预测

为了有效地控制激光熔覆层质量,采用反向传播(BP)算法建立了激光熔覆层质量(熔覆层宽度、熔覆层深度和稀释率)随激光功率、光斑直径和扫描速度变化的进化神经网络预测模型。针对BP算法存在收敛速度慢、容易陷入局部极小值及全局搜索能力弱等缺陷,采用遗传算法训练BP神经网络,取代了一些传统的学习算法,设计了基于进化神经网络的学习算法。经过理论分析和实验验证,在神经网络的输出端得到期望的线性输出,并在训练样本之外,选取了5组工艺参数检验神经网络模型的可靠性,预测结果与相应的实验结果的最大相对误差为2.14%。结果表明,运用该模型可以方便、准确地选择激光工艺参数,提高激光熔覆层的加工质量。