[發(fā)明專利]激光金屬成形中熔道材質(zhì)缺陷的在線檢測(cè)消除裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610008315.X
• 申請(qǐng)日: 2016-01-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105618740B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解瑞東;李滌塵;張安峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué);西安交通大學(xué);渭南高新區(qū)火炬科技發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B22F3/00
• 分類號(hào): B22F3/00;G01N21/95;G01K11/32;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所61214
• 代理人: 李娜

1.一種激光金屬成形中熔道材質(zhì)缺陷的在線檢測(cè)裝置，與成形系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)(1)相連接，其特征在于，包括四臺(tái)光纖式雙色測(cè)溫儀(2)，四臺(tái)光纖式雙色測(cè)溫儀(2)的四個(gè)測(cè)溫探頭(5)分別固定在同軸送粉噴嘴(6)的左、右、前、后；四個(gè)測(cè)溫探頭(5)的檢測(cè)瞄準(zhǔn)點(diǎn)的中心分別對(duì)準(zhǔn)成形平面上成形掃描激光光斑的左、右、前、后，且距離成形掃描激光光斑中心的距離相等，為1.5～3.5mm，四個(gè)測(cè)溫探頭(5)與同軸送粉噴嘴(6)及激光束(7)一起移動(dòng)；在金屬成形中，當(dāng)同軸送粉噴嘴(6)與激光束(7)沿-X、X、-Y、Y任一個(gè)方向掃描時(shí)，位于同軸送粉噴嘴(6)掃描方向相反一側(cè)的測(cè)溫探頭(5)持續(xù)檢測(cè)高溫熔道上距激光光斑中心1.5～3.5mm處的溫度，并將溫度傳輸給控制計(jì)算機(jī)(1)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光金屬成形中熔道材質(zhì)缺陷的在線檢測(cè)裝置，其特征在于，所述四個(gè)測(cè)溫探頭(5)到金屬成形表面的距離相等，且均為5～10cm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光金屬成形中熔道材質(zhì)缺陷的在線檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光纖式雙色測(cè)溫儀(2)的響應(yīng)時(shí)間為2ms，測(cè)溫探頭(5)可承受250℃的高溫，測(cè)溫范圍為350～1300℃，測(cè)溫光譜為1.52及1.64μm，測(cè)溫精度為讀數(shù)的0.5％+1℃，測(cè)溫探頭(5)最小檢測(cè)瞄準(zhǔn)直徑為0.45mm，允許被檢目標(biāo)小于該直徑。

4.一種激光金屬成形中熔道材質(zhì)缺陷的在線檢測(cè)消除方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，在激光金屬成形開(kāi)始的同時(shí)開(kāi)啟測(cè)溫探頭(5)分別固定在同軸送粉噴嘴(6)左、右、前、后的四臺(tái)光纖式雙色測(cè)溫儀(2)，當(dāng)同軸送粉噴嘴(6)與激光束(7)沿-X、X、-Y、Y任一個(gè)方向掃描時(shí)，由位于同軸送粉噴嘴(6)掃描方向相反一側(cè)的測(cè)溫探頭(5)持續(xù)檢測(cè)高溫熔道上距成形掃描激光光斑中心1.5～3.5mm處的溫度，并將溫度傳輸給成形系統(tǒng)的控制計(jì)算機(jī)(1)；

步驟2，當(dāng)控制計(jì)算機(jī)(1)根據(jù)光纖式雙色測(cè)溫儀(2)傳來(lái)的溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)到熔道某處的溫度發(fā)生異常突變時(shí)，則判定該處存在材質(zhì)缺陷(4)，并計(jì)算出材質(zhì)缺陷(4)的平面坐標(biāo)方位，并在該條熔道掃描結(jié)束后，由控制計(jì)算機(jī)(1)控制激光束對(duì)該熔道上的材質(zhì)缺陷(4)進(jìn)行激光靶向重熔以消除缺陷，如果該熔道上的缺陷數(shù)量大于1，則按照檢出缺陷的先后順序依次進(jìn)行激光靶向重熔；當(dāng)該高溫熔道上所有缺陷都消除后，繼續(xù)下一條熔道的成形掃描及在線檢測(cè)消除。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光金屬成形中熔道材質(zhì)缺陷的在線檢測(cè)消除方法，其特征在于，步驟2中某處的熔道溫度發(fā)生異常突變的判斷方法為：在某處測(cè)得的熔道溫度與成形中已測(cè)得的高溫熔道距成形掃描激光光斑中心1.5～3.5mm處溫度的平均值相比，差值絕對(duì)值大于等于3％時(shí)，認(rèn)為該處熔道溫度發(fā)生異常突變。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光金屬成形中熔道材質(zhì)缺陷的在線檢測(cè)消除方法，其特征在于，步驟2控制計(jì)算機(jī)(1)計(jì)算出材質(zhì)缺陷(4)的平面坐標(biāo)方位及材質(zhì)缺陷(4)激光靶向重熔的具體方法為：根據(jù)異常溫度波動(dòng)出現(xiàn)時(shí)刻的激光光斑在成形平面的坐標(biāo)值、異常溫度波動(dòng)消失時(shí)刻的激光光斑在成形平面的坐標(biāo)值、相應(yīng)測(cè)溫探頭(5)在熔道上的瞄準(zhǔn)點(diǎn)的中心相對(duì)激光光斑中心的微距距離，計(jì)算出材質(zhì)缺陷(4)起點(diǎn)在成形平面的坐標(biāo)方位(x1，y1)、材質(zhì)缺陷(4)中點(diǎn)的平面坐標(biāo)方位(x0，y0)、材質(zhì)缺陷(4)終點(diǎn)的平面坐標(biāo)方位(x2，y2)；再根據(jù)(x1，y1)點(diǎn)與(x2，y2)點(diǎn)的距離計(jì)算出材質(zhì)缺陷(4)沿熔道方向的長(zhǎng)度L，如果L小于激光光斑直徑d，則將該材質(zhì)缺陷(4)的尺寸標(biāo)志Flag的值賦0，如果L大于等于d，則將Flag的值賦1；如果材質(zhì)缺陷(4)尺寸標(biāo)志Flag的值為0，控制計(jì)算機(jī)(1)驅(qū)動(dòng)激光束(7)直接對(duì)材質(zhì)缺陷(4)中點(diǎn)坐標(biāo)(x0，y0)處進(jìn)行定點(diǎn)靶向重熔；如果材質(zhì)缺陷(4)尺寸標(biāo)志Flag的值為1，控制計(jì)算機(jī)(1)驅(qū)動(dòng)激光束(7)從材質(zhì)缺陷(4)的起點(diǎn)坐標(biāo)(x1，y1)處沿著熔道移動(dòng)至材質(zhì)缺陷(4)的終點(diǎn)坐標(biāo)(x2，y2)處，完成對(duì)整個(gè)材質(zhì)缺陷(4)的靶向重熔。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光金屬成形中熔道材質(zhì)缺陷的在線檢測(cè)消除方法，其特征在于，所述材質(zhì)缺陷(4)尺寸標(biāo)志Flag的值為0時(shí)，所述定點(diǎn)靶向重熔的時(shí)間是50ms。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光金屬成形中熔道材質(zhì)缺陷的在線檢測(cè)消除方法，其特征在于，所述激光束(7)從(x1，y1)點(diǎn)沿掃描方向移動(dòng)至(x2，y2)點(diǎn)的速度為激光金屬成形的掃描速度。