[實(shí)用新型]基于LabView的激光加工過程溫度場測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220447936.5
• 申請日: 2012-09-04
• 公開（公告）號: CN202770534U
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭華鋒;雍兆;滿家祥;張佐營;楊根喜;李清偉;胡志強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 徐州工程學(xué)院
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 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

本實(shí)用新型涉及激光加工過程溫度場測量領(lǐng)域，具體是一種基于LabView的

激光加工過程溫度場測量裝置。

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(gè)共同的特點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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、激光焊接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(jìn)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(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但其測量方式為接觸式測量，在測量時(shí)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(diǎn)處的溫度，只能定點(diǎn)測量，不能進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jìn)行遠(yuǎn)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(jìn)行高溫測量則需要專門定制、價(jià)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(gè)加工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，只能采集某一時(shí)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(gè)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(jì)專用夾具，而且一般由于體積較大，不便于安裝在加工機(jī)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(jìn)行標(biāo)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(gè)新的發(fā)展趨勢，但受黑體輻射源設(shè)備限制，其溫度標(biāo)定范圍也受到限制，特別是在高溫區(qū)域標(biāo)定方面；而且在圖像數(shù)據(jù)采集、圖像處理、程序設(shè)計(jì)開發(fā)等方面較為繁瑣，總體上還處于實(shí)驗(yàn)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，本實(shí)用新型提供一種基于LabView的激光加工過程溫度場測量裝置，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。

本實(shí)用新型是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：基于LabView的激光加工過程溫度場測量裝置有一溫度測量裝置，所述的溫度測量裝置包括紅外測溫傳感器、單片機(jī)、單片機(jī)供電電源模塊、傳感器供電電源模塊、22.1184MH晶振及復(fù)位電路；所述的紅外測溫傳感器通過線路與單片機(jī)連接，單片機(jī)通過RS232芯片與上位機(jī)相連，傳感器供電電源模塊與傳感器連接，單片機(jī)供電電源模塊與單片機(jī)相連，紅外測溫傳感器安裝在激光加工裝置上。

本實(shí)用新型的有益效果：本測溫裝置測溫范圍廣，精度高，通過改變測溫傳感器的位置即可進(jìn)行定點(diǎn)和動態(tài)兩種溫度測量，滿足不同條件需要。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型原理框圖；

圖2是本實(shí)用新型系統(tǒng)電路圖；

圖3是本實(shí)用新型上位機(jī)程序流程圖；

圖4是本實(shí)用新型下位機(jī)單片機(jī)程序流程圖；

圖5是本實(shí)用新型基于LabView的測溫系統(tǒng)界面。

具體實(shí)施方式

基于LabView的激光加工過程溫度場測量裝置，主要由軟件控制部分和溫度測量裝置組成，軟件控制部分由LabView程序和單片機(jī)程序組成。軟件部分以C語言技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、測試技術(shù)等為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際加工工藝研制出操作簡單、界面友好、開放性強(qiáng)的溫度實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)。

如圖1所示，溫度測量裝置包括紅外測溫傳感器、單片機(jī)、單片機(jī)供電電源模塊、傳感器供電電源模塊、22.1184MH晶振及復(fù)位電路。所述的紅外測溫傳感器通過線路與單片機(jī)連接，單片機(jī)通過RS232芯片與上位機(jī)相連，24V電源適配器與傳感器連接，5V電源適配器與單片機(jī)相連。例如，激光加工裝置為激光加工機(jī)床，激光加工機(jī)床一般是由CO₂激光器和數(shù)控系統(tǒng)組成的數(shù)控激光加工機(jī)床。紅外測溫傳感器通過夾具固定在激光加工機(jī)床主軸上進(jìn)行測溫。