激光熔覆快速成形是近40年來(lái)快速發(fā)展的一種增材制造技術(shù),是激光熔覆技術(shù)與快速成形技術(shù)的結(jié)合體。相比于傳統(tǒng)加工方法的切削式加工制造模式,激光快速成型技術(shù)是一種由下而上的層層疊加式的加工制造模式,該技術(shù)現(xiàn)已被運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域,如汽車(chē)制造業(yè)、航天航空、機(jī)械加工制造等。在激光熔覆成形過(guò)程中,熔覆件的成形質(zhì)量受到加工參數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)表明不同加工參數(shù)下熔池的溫度分布、尺寸大小也會(huì)不同,可以通過(guò)控制熔池的狀態(tài)來(lái)控制最終熔覆件的成形質(zhì)量。由于熔池具有高溫度、高亮度、小尺寸等特點(diǎn),在熔池檢測(cè)環(huán)節(jié)有很多困難。為了確定熔池的準(zhǔn)確位置并獲取熔池表面清晰完整的圖像,本文設(shè)計(jì)了雙色CCD同軸熔池檢測(cè)及閉環(huán)控制系統(tǒng),并通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)與紅外測(cè)溫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了熔池檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。為了快速有效地獲取熔池區(qū)域信息并加以控制,設(shè)計(jì)了熔池尺寸閉環(huán)控制軟件,使用閾值分割、邊緣檢測(cè)、最小外接矩形等算法,快速準(zhǔn)確地獲得熔池的尺寸信息,并反饋給PID控制器以調(diào)節(jié)激光輸出功率,通過(guò)控制熔池寬度來(lái)改善熔覆件的成形質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于同軸拍攝熔池雙色圖像數(shù)據(jù)的熔池寬度閉環(huán)控制系統(tǒng)有效解決了激光往復(fù)掃描下薄壁工件的邊緣凸起、彎曲處凹陷、以及上下寬... 

【文章頁(yè)數(shù)】：91 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 激光熔覆熔池檢測(cè)與控制的研究概況
        1.2.1 熔池溫度場(chǎng)的監(jiān)控
        1.2.2 激光熔池形態(tài)的監(jiān)控
    1.3 激光熔覆熔池檢測(cè)與控制的成果和不足
    1.4 本研究工作意義及論文的主要內(nèi)容
第二章 熔池實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)
    2.1 熔池圖像特點(diǎn)
    2.2 熔池雙色圖像的原理
    2.3 熔池檢測(cè)方案
    2.4 熔池檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的組成
        2.4.1 彩色CCD相機(jī)
        2.4.2 成像鏡頭
        2.4.3 濾波片
        2.4.4 分束鏡
        2.4.5 熔池大小標(biāo)定
    2.5 數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)
        2.5.1 AD轉(zhuǎn)換器
        2.5.2 Ethercat協(xié)議通訊模塊
    2.6 熔池實(shí)時(shí)檢測(cè)軟件
    2.7 本章小結(jié)
第三章 熔池尺寸控制系統(tǒng)
    3.1 圖像處理概述
    3.2 熔池圖像處理方案
        3.2.1 圖像去噪
        3.2.2 熔池溫度分布計(jì)算
        3.2.3 閾值分割與二值化處理
        3.2.4 邊緣檢測(cè)
        3.2.5 長(zhǎng)寬捕捉
    3.3 PID控制器
        3.3.1 PID控制原理
        3.3.2 PID控制器參數(shù)的選定
    3.4 熔池寬度在線檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)
    3.5 本章小結(jié)
第四章 熔覆過(guò)程中參數(shù)變化對(duì)熔覆質(zhì)量的研究
    4.1 引言
    4.2 激光熔覆平臺(tái)硬件配置
        4.2.1 激光器
        4.2.2 庫(kù)卡機(jī)器人
        4.2.3 冷水機(jī)
        4.2.4 空氣壓縮機(jī)
        4.2.5 熔覆頭
        4.2.6 送粉系統(tǒng)
        4.2.7 紅外測(cè)溫儀
    4.3 激光熔覆實(shí)驗(yàn)材料
    4.4 激光熔覆實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        4.4.1 熔池溫度分布的數(shù)值模擬
        4.4.2 不同激光功率對(duì)熔池長(zhǎng)寬的影響
        4.4.3 紅外測(cè)溫儀測(cè)量熔池溫度分布
        4.4.4 分層分功率熔覆對(duì)熔覆質(zhì)量的影響
        4.4.5 離焦量變化對(duì)熔覆件尺寸的影響
        4.4.6 不同掃描速度對(duì)熔覆件尺寸的影響
    4.5 本章小結(jié)
第五章 熔池寬度控制實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
    5.1 引言
    5.2 研究方案
    5.3 直線形單道薄壁件實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        5.3.1 恒定功率下激光熔覆
        5.3.2 控制模式下激光熔覆
    5.4 U形單道薄壁件實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        5.4.1 恒定功率下激光熔覆
        5.4.2 寬度控制下激光熔覆
    5.5 S形單道薄壁件實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        5.5.1 恒定功率下激光熔覆
        5.5.2 寬度控制下激光熔覆
    5.6 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 論文工作總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況



本文編號(hào)：3702005