[發(fā)明專利]基于LabView的激光熔覆/激光重熔過程溫度場實時監(jiān)測系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2012-09-04
• 公開（公告）號: CN102794565A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭華鋒;雍兆;滿家祥;張佐營;楊根喜;李清偉;胡志強
• 申請（專利權(quán)）人: 徐州工程學(xué)院
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/42;C23C24/10
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 周愛芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光加工過程溫度場測量領(lǐng)域，具體來說，是一種基于LabView的激光熔覆/激光重熔過程溫度場實時監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

激光熔覆、激光重熔、激光焊接等激光加工過程一個共同的特點就是在高能束激光作用下與金屬材料相互作用形成高溫熔池。但激光加工特有的急冷急熱特性以及輸入能量的不均衡不穩(wěn)定特點勢必導(dǎo)致溫度場的顯著變化，影響金屬熔池的穩(wěn)定性，產(chǎn)生較大的溫度梯度和熱應(yīng)力，進而引起成形件或涂層的翹曲變形、開裂等缺陷。比外，加工過程中溫度場的演變決定了激光熔池內(nèi)的傳熱傳質(zhì)，進而直接影響到了熔池的形狀、金屬層及基體的組織、性能、表面質(zhì)量等。因此對激光加工過程進行溫度場測量和監(jiān)控，對于揭示其溫度場演變規(guī)律、合理選擇材料及優(yōu)化加工工藝參數(shù)、控制成形質(zhì)量有著極其重要的意義。

目前激光熔覆/激光重熔過程中溫度場的測量一般都是通過熱電偶、便攜式紅外測溫槍或紅外熱成像儀、基于高速CCD的溫度場測量等方法進行。

熱電偶測溫具有結(jié)構(gòu)簡、單應(yīng)用廣泛、型號多、測溫范圍廣、價格低廉等優(yōu)點，但其測量方式為接觸式測量，在測量時需要在基體上打孔埋入熱電偶，對基體造成破壞，而且不能測量熔池中心點處的溫度，只能定點測量，不能進行實時溫度測量。

便攜式紅外測溫槍或紅外熱成像儀屬于非接觸式測量，攜帶方便，而且能夠進行遠距離測量，近年來在測溫領(lǐng)域使用越來越廣泛。但商業(yè)化的紅外測溫槍或紅外熱成像儀測溫范圍較小，一般都在1200℃以下，如果要進行高溫測量則需要專門定制、價格較為昂貴。關(guān)鍵是商業(yè)化的便攜式紅外測溫槍不能對整個加工過程進行實時測量，只能采集某一時刻溫度，無法獲取加工過程溫度場的演變規(guī)律。紅外熱成像儀雖然能夠錄制整個加工過程錄像，獲取加工過程溫度場，但要根據(jù)其外形結(jié)構(gòu)設(shè)計專用夾具，而且一般由于體積較大，不便于安裝在加工機床主軸上。

基于高速CCD的溫度場測量，其原理是通過高速CCD拍攝激光加工過程中熔池的熱輻射圖像，然后通過圖像處理技術(shù)進行標定、對比即可得到物體表面的溫度場分布，是高溫物體溫度場檢測的一個新的發(fā)展趨勢，但受黑體輻射源設(shè)備限制，其溫度標定范圍也受到限制，特別是在高溫區(qū)域標定方面；而且在圖像數(shù)據(jù)采集、圖像處理、程序設(shè)計開發(fā)等方面較為繁瑣，總體上還處于實驗室階段。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)和測溫系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供一種基于LabView的激光熔覆/激光重熔過程溫度場實時監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以上位機技術(shù)、單片機技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、測試技術(shù)等為基礎(chǔ)，根據(jù)實際加工工藝研制出操作簡單、界面友好、開放性強的溫度實時測量系統(tǒng)，能夠滿足激光熔覆、激光重熔以及激光焊接等激光加工過程中溫度場的測量需求。

本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種基于LabView的激光熔覆/激光重熔過程溫度場實時監(jiān)測系統(tǒng)，由軟件控制部分和溫度測量裝置組成，其特征在于：所述的軟件控制部分包含有LabView程序和單片機程序；LabView程序的參數(shù)設(shè)置包括控制界面模塊、圖形控制模塊、參數(shù)顯示模塊、溫度曲線動態(tài)顯示窗口和動態(tài)溫度計；

控制界面模塊設(shè)有串口輸入、波特率輸入、啟動/停止按鈕、報警溫度設(shè)置、數(shù)據(jù)輸出路徑設(shè)置和溫度超限警告燈；

圖形控制模塊設(shè)有移動游標工具、縮放和平移選項，還有溫度曲線設(shè)置選項；

參數(shù)顯示模塊設(shè)有日期、實時溫度、報警溫度、精度選擇、時間和周期選擇選項；

單片機程序設(shè)有與上位機串口通信模塊、電壓控制模塊；

所述的溫度測量裝置由紅外測溫傳感器、單片機、22.1184MHZ晶振及復(fù)位電路、單片機供電電源模塊、紅外傳感器供電電源模塊、激光加工機床構(gòu)成；

將紅外測溫傳感器通過線路與單片機連接，單片機通過RS232芯片與上位機相連，紅外測溫傳感器電源模塊與紅外測溫傳感器連接，單片機電源模塊與單片機連接；然后通過夾具將紅外測溫傳感器固定在激光加工機床主軸上；通過夾具將紅外測溫傳感器固定在激光加工機床主軸上。??

控制界面模塊中數(shù)據(jù)輸出路徑設(shè)置可以保存為用Excel或Origin兩種軟件打開的文件。

圖形控制模塊中溫度曲線設(shè)置選項具有折線圖、散點圖、數(shù)據(jù)點折線圖、面積圖、直線圖、直方圖六種常用顯示模式。

所述的溫度曲線動態(tài)顯示窗口中縱坐標溫度數(shù)值可以根據(jù)需求進行起始溫度和終止溫度設(shè)置，只需單擊兩端溫度值，然后輸入新的溫度值即可。動態(tài)溫度計也可以根據(jù)需求進行起始溫度和終止溫度設(shè)置。