[發明專利]一種粉末床激光熔融熔池的溫度測量系統及方法

在審

• 申請號: 202310553158.0
• 申請日: 2023-05-16
• 公開（公告）號: CN116558648A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 楊永強;蔣仁武;王迪;嚴仲偉;周瀚翔;劉林青;王巖
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01J5/02;G01K11/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭宏謀

1.一種粉末床激光熔融熔池的溫度測量系統，其特征在于，包括：

粉末床激光熔融裝置，包括成型腔、成型平臺和連續光纖激光器，所述成型腔內設有鋪粉單元，所述成型平臺包括成型缸，所述鋪粉單元用于將金屬粉末鋪到成型缸上，所述連續光纖激光器用于產生激光，激光照射到金屬粉末上，熔化金屬粉末，以形成熔池；

其中在激光選區熔化時，所述成型平臺設置在所述成型腔的下方；

熔池測溫裝置，包括二向色鏡、分光鏡、第一紅外窄帶濾波片、第二紅外窄帶濾波片、第一光電二極管和第二光電二極管；熔池向外發出的熱輻射紅外光束經所述二向色鏡反射后，到達分光鏡，由分光鏡將光束分為兩路；其中一路光束經過第一紅外窄帶濾波片到達第一光電二極管，另一路光束經過第二紅外窄帶濾波片到達第二光電二極管；其中，所述第一紅外窄帶濾波片的中心波長和所述第二紅外窄帶濾波片的中心波長不同；

數據處理裝置，與所述第一光電二極管和第二光電二極管連接，用于根據兩個光電二極管采集到的信號計算獲得熔池溫度。

2.根據權利要求1所述的一種粉末床激光熔融熔池的溫度測量系統，其特征在于，所述溫度測量系統還包括溯源裝置，所述溯源裝置包括黑體輻射源，所述黑體輻射源用于產生預設的溫度；

在對溫度測量值進行溯源時，關閉連續光纖激光器，將所述溯源裝置設置在所述成型腔的下方；

所述黑體輻射源產生的熱輻射紅外光束經所述二向色鏡反射后，到達分光鏡，由分光鏡將光束分為兩路；其中一路光束經過第一紅外窄帶濾波片到達第一光電二極管，另一路光束經過第二紅外窄帶濾波片到達第二光電二極管；

根據兩個光電二極管采集到的信號計算黑體輻射源的溫度值，根據計算獲得的溫度值和預設的溫度值對光電二極管進行標定，以實現溫度測量值的溯源。

3.根據權利要求1所述的一種粉末床激光熔融熔池的溫度測量系統，其特征在于，所述數據處理裝置通過以下公式計算獲得熔池溫度：

其中，C₂為第二輻射常數，λ₁為第一紅外窄帶濾波片的中心波長，λ₂為第二紅外窄帶濾波片的中心波長，M₁為第一光電二極管的輸出信號與實際物體在波長下λ₁光譜發射率的乘積，M₂為第二光電二極管的輸出信號與實際物體在波長λ₂下光譜發射率的乘積。

4.根據權利要求1所述的一種粉末床激光熔融熔池的溫度測量系統，其特征在于，所述粉末床激光熔融裝置還包括場鏡、振鏡和準直器；

所述連續光纖激光器發射的激光依次經過所述準直器進行準直、所述二向色鏡進行透射、所述振鏡進行位置調整以及所述場鏡進行聚焦后，到達成型缸；

熔池向外發出的熱輻射紅外光束依次經過所述場鏡、所述振鏡、所述二向色鏡，反射到所述分光鏡上。

5.根據權利要求1所述的一種粉末床激光熔融熔池的溫度測量系統，其特征在于，所述鋪粉單元包括鋪粉車、鋪粉導軌和進氣導軌；

所述鋪粉車用于從粉料缸內刮帶金屬粉末，并沿著所述鋪粉導軌到達預設的位置后落粉；

所述進氣導軌用于輸入保護氣體。

6.根據權利要求1所述的一種粉末床激光熔融熔池的溫度測量系統，其特征在于，所述連續光纖激光器產生的激光的波長為1064nm；所述二向色鏡的最短透射波長大于1000nm，且小于1064nm；所述二向色鏡的最短反射波長小于800nm；和/或，

所述分光鏡的分光比例為1:1；和/或，

所述第一紅外窄帶濾波片的中心波長為800nm，所述第二紅外窄帶濾波片的中心波長為900nm。