【摘要】：盾構(gòu)機(jī)是近十年來我國逐步形成的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“大國重器”,在國家重大地下隧道工程施工、煤炭開采以及新近開展的“川藏線建設(shè)”中發(fā)揮了不可取代的作用。其關(guān)重件(刀盤、主驅(qū)動)的可靠運(yùn)行是盾構(gòu)行業(yè)健康、快速、可持續(xù)發(fā)展的重要保障。激光熔覆再制造是基于激光沉積技術(shù)原理,實現(xiàn)零部件損傷部位尺寸恢復(fù)和零部件性能提升的重要手段。目前,利用激光熔覆技術(shù)對精度要求較高的產(chǎn)品進(jìn)行成形時,通常采用實驗優(yōu)化工藝參數(shù)以及路徑規(guī)劃的方式來完成。但是在激光熔覆沉積成形過程中,由于熱堆積作用引起的熱輸入量難以控制,從而導(dǎo)致實際成形精度難以滿足預(yù)期的成形精度,這種不可控性在多層曲面再制造成形過程中尤為明顯。因此,在激光熔覆沉積過程中,對激光熔覆熔池的溫度以及形狀進(jìn)行監(jiān)測是實現(xiàn)精準(zhǔn)再制造的關(guān)鍵,也是引領(lǐng)激光熔覆再制造技術(shù)“跨代式”發(fā)展的保障。本文針對上述問題,圍繞盾構(gòu)關(guān)重件激光熔覆精準(zhǔn)再制造成形問題,構(gòu)建了基于彩色CCD相機(jī)的熔池實時監(jiān)測系統(tǒng)平臺,利用圓形光斑的光纖激光器,以Fe-Cr-B球形合金粉末進(jìn)行熔覆實驗,通過獲得的熔池溫度、尺寸數(shù)據(jù),建立了激光熔覆工藝參數(shù)與熔池溫度、形狀之間的相關(guān)性。主要研究內(nèi)容如下:(1)研究了高溫輻射體的圖像處理算法。對監(jiān)測過程中存在的鏡頭畸變和圖像畸變進(jìn)行了校正,在此基礎(chǔ)上,對熔池圖像的實際尺寸進(jìn)行了標(biāo)定。采用中值濾波加維納濾波相結(jié)合的圖像預(yù)處理方法降低了熔覆過程中的噪聲和干擾。進(jìn)一步通過溫度閾值分割方法提高了圖像分割的速度,采最后,基于先閉操作后開操作的形態(tài)學(xué)處理方法減小了分割后圖像存在游離點和空穴的干擾。(2)研究了彩色CCD測溫技術(shù)。通過分析彩色CCD比色測溫原理,在黑體爐標(biāo)定實驗分析的基礎(chǔ)上,提出了基于激光熔覆熔池表征的分溫度段比色測溫方法。獲得了校正響應(yīng)帶寬系數(shù)的溫度計算模型和多項式擬合的溫度計算模型,確定了不同溫度段的溫度計算模型,實現(xiàn)了全溫度段測溫絕對誤差低于3.5℃。(3)開發(fā)了盾構(gòu)關(guān)重件激光熔覆熔池監(jiān)測系統(tǒng)。利用彩色CCD相機(jī)及相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)、實驗設(shè)備搭建熔池監(jiān)測系統(tǒng)的硬件平臺,利用LabVIEW編程軟件和Opencv視覺庫構(gòu)建系統(tǒng)的軟件平臺。通過應(yīng)用高溫輻射體的圖像處理算法和彩色CCD測溫技術(shù),實現(xiàn)了激光熔覆熔池形狀、溫度信號的獲取。(4)研究了激光熔覆工藝參數(shù)對熔池形狀和溫度的影響。建立了激光熔覆熔池溫度、形狀表征方法。結(jié)果表明:在盾構(gòu)關(guān)重件激光精密再制造系統(tǒng)開發(fā)中,優(yōu)先考慮選用熔池寬度作為輸入量進(jìn)行控制更為合適。
【圖文】：

公路、輸油管道、市政管廊等工程，具有研發(fā)周期長、技術(shù)工藝復(fù)雜、施工風(fēng)險大等特點，如圖 1-1 所示[1]。在國家重大地下隧道工程施及新近開展的 川藏線建設(shè) 中越來越發(fā)揮出舉足輕重的作用，逐步形主知識產(chǎn)權(quán)的 大國重器[2-3]。目前，我國的隧道工程及盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)位。截止到 2017 年底，國內(nèi)市場的盾構(gòu)機(jī)（包括 TBM：TunnelBoringM隧道掘進(jìn)機(jī)）保有量已經(jīng)突破 2000 臺套。未來 3 年，我國盾構(gòu)機(jī)保更是達(dá)到 30%以上，，累計設(shè)備價值將達(dá) 1500 億元；然而，目前市場盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)品即將進(jìn)入大修及報廢時段[4]。因此，盾構(gòu)裝備再制造潛力制造產(chǎn)業(yè)將逐步成為盾構(gòu)行業(yè)健康、快速、可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分是制造產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，也是先進(jìn)制造和綠色制造的重要組成部分。再 十三五 戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，《中國制造 2025》提出 大力發(fā)展再制造再制造、智能再制造、在役再制造，推進(jìn)再制造產(chǎn)品認(rèn)定，促進(jìn)再制發(fā)展[5]。再制造產(chǎn)品的質(zhì)量特性不低于原型新品，而成本僅是新品的實現(xiàn)節(jié)能 60％、節(jié)材 70％、污染物排放量降低 80％，經(jīng)濟(jì)效益、社益顯著[6-7]。因此，開展盾構(gòu)關(guān)重件再制造研究具有十分重要的意義。

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文過低的溫度不足以熔化足量的粉末，造成填充金屬不足；象[29]。因此，激光熔覆熔池溫度監(jiān)測對熔覆層質(zhì)量有重過程中熔池監(jiān)測系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r采集熔池溫度圖像，還完成熔池形狀的檢測。熔池形狀不僅可以反映出熔覆層的熔覆中可以有效地控制熔覆層的成形精度。根據(jù)獲得的熔應(yīng)的反饋控制，通過調(diào)節(jié)激光加工工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)激[30-37]。熔池形狀信號檢測方法研究方面鐵盧大學(xué) M. Asselin 等[39]采用三個互為 120 的攝像機(jī)對。并在該檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)了模糊自適應(yīng)閾值分割算法時精確提取熔覆層的高度、寬度和凝固速度，實現(xiàn)了對熔
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TN249

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 花超;;簡述工藝參數(shù)對激光熔覆的影響[J];科技風(fēng);2019年24期

2 李嘉寧;陳傳忠;;鈦合金表面激光熔覆材料體系與熔覆層質(zhì)量的研究現(xiàn)狀[J];現(xiàn)代焊接;2011年01期

3 李嘉寧;陳傳忠;;鈦合金表面激光熔覆陶瓷涂層的研究現(xiàn)狀[J];現(xiàn)代焊接;2010年05期

4 趙龍海;張理;蔣曉明;郭震;劉嘉杰;;激光熔覆在再制造中的應(yīng)用[J];自動化應(yīng)用;2019年01期

5 王洪波;;激光熔覆焊在機(jī)械零部件修復(fù)上的應(yīng)用[J];現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備;2018年09期

6 傅衛(wèi);鄧琦林;;激光熔覆修復(fù)青銅零件的實驗研究和工程應(yīng)用[J];電加工與模具;2017年02期

7 謝玉萍;師文慶;黃江;李思東;安芬菊;李永強(qiáng);;激光熔覆技術(shù)研究現(xiàn)狀及應(yīng)用[J];裝備制造技術(shù);2017年06期

8 樊艷肖;;河北敬業(yè)公司:激光熔覆再制造 化腐朽為神奇的利器[J];表面工程與再制造;2017年Z1期

9 張瑜芳;陳殿炳;鄧琦林;;腐蝕和磨損零件的激光熔覆修復(fù)研究[J];中國修船;2014年06期

10 陳斗;戴圣偉;李玲;;激光熔覆3D打印智能化控制技術(shù)必要性研究[J];科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力;2015年06期

相關(guān)會議論文 前10條

1 陳華勇;高森;鄧琦林;沈洪;王健超;姜兆華;張偉;;激光熔覆修復(fù)中應(yīng)力場的數(shù)值模擬及實驗驗證[A];長三角地區(qū)科技論壇激光分論壇暨上海市激光學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

2 鄧琦林;高賓;周春燕;宋建麗;;激光熔覆修復(fù)中溫度場的數(shù)值模擬與實驗研究[A];上海市激光學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

3 鄧琦林;;艦船關(guān)鍵零件的激光熔覆修復(fù)[A];第13屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

4 王輝明;朱紅鋼;耿軍儒;魏穎;李文濤;;渦輪封嚴(yán)盤篦齒激光熔覆修復(fù)工藝研究[A];特種加工技術(shù)智能化與精密化——第17屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集（摘要）[C];2017年

5 湯光平;黃文榮;楊家林;;模具鋼的激光熔覆組織和性能[A];中國工程物理研究院科技年報（2001）[C];2001年

6 王輝明;朱紅鋼;耿軍儒;魏穎;李文濤;;渦輪封嚴(yán)盤篦齒激光熔覆修復(fù)工藝研究[A];第17屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2017年

7 毛懷東;張大衛(wèi);;增壓泵軸激光熔覆修復(fù)工藝實驗研究[A];中國化工學(xué)會2008年石油化工學(xué)術(shù)年會暨北京化工研究院建院50周年學(xué)術(shù)報告會論文集[C];2008年

8 謝安寧;鄧琦林;周廣才;;選擇性激光熔覆快速成形致密金屬零件的試驗研究[A];2005年中國機(jī)械工程學(xué)會年會論文集[C];2005年

9 孫華杰;石拓;石世宏;魯健;傅戈雁;陳磊;;激光熔覆熔池溫度閉環(huán)控制研究[A];第17屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2017年

10 孫華杰;石拓;石世宏;魯健;傅戈雁;陳磊;;激光熔覆熔池溫度閉環(huán)控制研究[A];特種加工技術(shù)智能化與精密化——第17屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集（摘要）[C];2017年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 翟揚(yáng);激光熔覆硼、鈦材料市場海闊天空[N];中國有色金屬報;2003年

2 記者 趙靜;激光熔覆術(shù)成功再造煤礦機(jī)械[N];中國煤炭報;2013年

3 湯兆宏;激光熔覆專利技術(shù)修復(fù)綏中電廠80萬千瓦汽輪機(jī)圍帶鉚釘損傷[N];中國電力報;2008年

4 記者 任永亮　通訊員 張劍平;呂梁項目建設(shè)提質(zhì)擴(kuò)容落地快[N];山西日報;2012年

5 時報記者 張文弟 實習(xí)生 劉煒晨;領(lǐng)跑光制造4.0時代[N];濱海時報;2018年

6 記者 李墨 通訊員 余健 王少雨;3D打印如何打印“錢途”[N];湖北日報;2014年

7 記者 張劍平;我市項目建設(shè)新格局：提質(zhì)擴(kuò)容落地快[N];呂梁日報;2012年

8 記者 吳巧君;本市3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模近5億元[N];天津日報;2016年

9 本報記者 柳祖林;為冶金零部件穿上延壽“防護(hù)服”[N];中國冶金報;2014年

10 李毅 高榮惠 薛琳;依托創(chuàng)新構(gòu)筑競爭優(yōu)勢[N];中國煤炭報;2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 華亮;激光熔覆再制造產(chǎn)品疲勞壽命評估方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2017年

2 車?yán)?面向高溫高壓失效零件的增材修復(fù)工藝研究及可修復(fù)性評價[D];新疆大學(xué);2018年

3 李會山;激光再制造的光與粉末流相互作用機(jī)理及試驗研究[D];天津工業(yè)大學(xué);2004年

4 李明喜;鈷基合金及其納米復(fù)合材料激光熔覆涂層研究[D];東南大學(xué);2004年

5 方金祥;激光熔覆成形馬氏體不銹鋼應(yīng)力演化及調(diào)控機(jī)制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

6 張三川;送粉激光熔覆陶瓷摻雜復(fù)合涂層技術(shù)及涂層成形機(jī)理研究[D];鄭州大學(xué);2002年

7 張慶茂;送粉激光熔覆應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究[D];中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2000年

8 宮新勇;激光熔覆沉積修復(fù)TC11鈦合金葉片的基礎(chǔ)問題研究[D];北京有色金屬研究總院;2014年

9 趙彥華;KMN鋼壓縮機(jī)葉片激光熔覆修復(fù)及后續(xù)加工特性研究[D];山東大學(xué);2015年

10 劉治;選擇性激光熔覆氧化鋁/氧化鋯共晶陶瓷材料的實驗研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張濤;鎂合金表面激光熔覆Zr基非晶復(fù)合涂層的組織與性能研究[D];中北大學(xué);2019年

2 蘇科強(qiáng);TC4合金表面激光熔覆Ti/TiBCN涂層的組織與性能研究[D];中北大學(xué);2019年

3 馮英豪;陶瓷相對激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金組織與性能的影響[D];中北大學(xué);2019年

4 郭強(qiáng);激光熔覆Fe基合金工藝與性能研究[D];中原工學(xué)院;2019年

5 馮嘉寧;304不銹鋼表面激光熔覆鎳基合金涂層的熔敷工藝及改性研究[D];蘭州理工大學(xué);2019年

6 咬登治;激光熔覆Inconel 718合金數(shù)值模擬研究[D];蘭州理工大學(xué);2019年

7 王晨;激光熔覆Co-9Al-12W合金的工藝優(yōu)化[D];蘭州理工大學(xué);2019年

8 張躍楠;激光熔覆高鉻不銹鋼耐蝕涂層的研究[D];鄭州大學(xué);2019年

9 劉文成;激光熔覆BCC基高熔點高熵合金復(fù)合涂層研究[D];貴州大學(xué);2019年

10 馮志杰;盾構(gòu)關(guān)重件激光熔覆精準(zhǔn)再制造熔池監(jiān)測系統(tǒng)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2019年

本文編號：2647528