[實用新型]金屬粉末激光成形過程中溫度場檢測裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200620093234.6
• 申請日: 2006-09-13
• 公開（公告）號: CN200996876Y
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設計）人: 劉偉軍;邢飛;姜淑娟;于彥鳳;普雄鷹
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01K13/00
• 分類號: G01K13/00;G01J5/00;G01J5/60
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本實用新型涉及金屬粉末激光快速成形技術和溫度場的非接觸測溫技術，具體講是一種金屬粉末激光快速成形加工過程中溫度場檢測裝置。

背景技術

金屬粉末激光成形技術，出現(xiàn)于20世紀90年代后期，是基于快速成形技術基礎的一門新型加工制造技術，其獨特的金屬零件加工特點使其近年來得到了廣大科研院所等的普遍關注、研究及應用。金屬粉末激光成形是一個多因素影響的加工過程，例如加工工藝參數(shù)變化，環(huán)境條件的不穩(wěn)定等都會影響成形件的質量，且在連續(xù)的加工過程中由于誤差的累計往往導致成形件的質量或精度達不到要求，因而建立加工過程實時檢測控制系統(tǒng)極其必要。實踐證明，溫度場分布是反映加工過程條件的一個重要參數(shù)，穩(wěn)定的溫度場能夠保證成形件的質量及尺寸精度要求。

測溫方法有兩種，接觸式測溫和非接觸式測溫，根據(jù)激光加工過程環(huán)境復雜，應選用非接觸式測溫方法。目前，在快速成形方面非接觸紅外測溫是個研究熱門，已有研究部門利用紅外探測器進行測溫，但是該儀器受加工環(huán)境干擾較大，且造價高。基于雙波長的紅外圖像比色測溫方法目前已在焊接、冶金領域用來進行溫度場的檢測，在快速成形加工過程中的應用還未見報道，主要約束在于溫度場溫度變化范圍大、視場范圍狹小、加工環(huán)境條件惡劣等因素，因此基于雙波長的紅外圖像比色測溫方法在激光快速成形過程中的應用是一項新的溫度檢測技術。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種能夠在金屬粉末激光快速成形過程中實時檢測熔池溫度場的溫度分布及變化趨勢，并進而對其加工過程參數(shù)進行實時溫度調整的檢測裝置。

本實用新型的技術方案包括：

-轉盤，與驅動裝置相連；

-多個濾光片，兩兩一組，其中一組波長為0.79μm，另一組波長0.921μm，帶寬均為0.01μm，將4塊兩種波長的濾光片均勻間隔的固定在轉盤上；

-定位控制部件，采用光電傳感器感應定位裝置位置；

-圖像采集單元，由攝像機和圖像采集卡組成，攝像機所采集的紅外圖像，經過圖像采集卡傳輸?shù)接嬎銠C處理單元中，通過圖像處理程序進行圖像的分析，從而獲得熔池的溫度場分布及變化信息；

-驅動裝置，由步進電機構成，轉速由圖像采集單元中的攝像機的幀速率確定；

-整體傾斜15-30°角安裝在激光光軸旁側，固定在光軸上，隨同光軸運動。

所述濾光片個數(shù)可以為2-8；攝像機采用8～12倍變焦鏡頭，可實現(xiàn)小視場的遠距離測量。

其原理是：本實用新型以普朗克黑體輻射定律為理論依據(jù)，建立了一種加工過程中的溫度場實時在線檢測系統(tǒng)，利用熔池的輻射圖像比色算法求得熔池溫度，通過溫度分析軟件獲得熔池溫度分布，溫度變化趨勢等信息，為后續(xù)溫度控制提供控制參數(shù)信息，達到溫度場的平衡。

本實用新型具有如下特點：

1.雙波長紅外圖像比色非接觸測溫法。接觸式測溫方法雖然簡單，但不適用于激光快速成形過程的復雜工作環(huán)境，而單色的紅外圖像探測儀需要復雜的標定，且受加工條件變化影響較大。本測溫系統(tǒng)采用雙波長紅外圖像比色非接觸測溫方法。雙波長圖像比色測溫法，是根據(jù)同一時刻同一地點的兩個相鄰波長輻射能的比值來確定溫度值，因而較好的消除了環(huán)境光和輻射率的影響。基于CCD的雙波長紅外圖像比色測溫系統(tǒng)模型的測溫結構不受材料、距離及表面狀況的影響，且該測量方法具有不影響被測物的溫度分布，以及響應迅速等優(yōu)點。

2.轉盤濾光片及驅動裝置。在比色溫度測量過程中，需要連續(xù)采集兩幅通過兩個不同波長濾光片的紅外圖像進行比色處理來求取溫度，在該系統(tǒng)中將具有兩個不同波長的濾光片間隔均勻分布在轉盤上，以步進電機為驅動裝置帶動轉盤快速轉動，從而使不同波長的濾光片連續(xù)間隔出現(xiàn)在攝像機圖像采集光路中。多片濾光片的使用提高了濾光片的更替速度，保證了兩種波長濾光片更替速度和攝像機圖像采集頻率的一致。

3.單通道型圖像采集光路。濾光片和CCD攝像機在光路中形成單通道型，即使用一個光檢測裝置分時接收熱輻射束，再采用兩種不同波長濾光片來處理此熱輻射束，在圖像采集過程中，單通道型的優(yōu)點在于使用一個攝像機，減少系統(tǒng)成本，結構簡單，便于調整。轉盤濾光片、驅動裝置和定位部件的存在保證了濾光片在單通道型圖像采集系統(tǒng)中分時切換的速度和準確定位。

附圖說明

圖1是本實用新型的系統(tǒng)總體布局圖。

圖2是濾光片在轉盤上的布局示意圖。

圖3是該溫度檢測裝置在激光器上的安裝位置示意圖。

圖4是本實用新型一個實施例比色測溫軟件流程圖。