激光熔覆技術(shù)是利用高能激光束輻照到待加工材料表面使之迅速融合、擴(kuò)展及快速凝固的新型特種加工工藝。熔覆層質(zhì)量控制是通過(guò)合理匹配熔覆過(guò)程參數(shù),控制熔覆層的成形質(zhì)量。其中激光熔覆熔池形貌檢測(cè)是質(zhì)量控制的關(guān)鍵,通過(guò)檢測(cè)熔池形貌,發(fā)掘熔覆層質(zhì)量與工藝參數(shù)(送粉速度、激光功率和掃描速度等)之間的關(guān)系,揭示關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)熔覆層的影響規(guī)律,為金屬模具修復(fù)的激光熔覆工藝提供優(yōu)化操作參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。首先,對(duì)激光熔覆弧光譜分布的特點(diǎn)和熔池區(qū)圖像亮度分布特點(diǎn)進(jìn)行分析,對(duì)比多種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn),確定使用CMOS圖像采集傳感器作為熔池檢測(cè)的傳感器類型,針對(duì)熔池區(qū)存在的弧光和飛濺等噪聲干擾,在攝像頭前端安裝5mm厚的石英玻璃對(duì)鏡頭和相機(jī)進(jìn)行保護(hù)以避免熔池飛濺顆粒對(duì)它們?cè)斐蓚?同時(shí)還選取了透光量為10%的中性衰減片和632.8nm的濾光片以衰減進(jìn)光量和提高熔池內(nèi)部特征在圖像上的清晰度,并制作了便于使相機(jī)和熔池相對(duì)位置同時(shí)保持穩(wěn)定的相機(jī)專用支架。然后,對(duì)采集到的熔池圖像進(jìn)行濾波降噪和二值化處理,獲得了相對(duì)清晰的熔池圖像,并采用形態(tài)學(xué)中二值化方法去除由于焊接過(guò)程中陰極霧化作用形成的干擾。首次將熔池缺陷檢測(cè)和基于RANSAC算法橢圓擬合應(yīng)用于激光熔覆熔池圖像處理中,可為提取熔池形貌特征信息打下良好基礎(chǔ)。通過(guò)特征提取,獲得了熔池寬度、長(zhǎng)度和面積,為研究關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)熔覆層的影響規(guī)律提供有力支持。最后,結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)中同步送粉應(yīng)用最為廣泛,設(shè)計(jì)了以QT450-10鑄鐵為基體材料,Ni30AA粉末為熔覆材料的激光熔覆實(shí)驗(yàn)。對(duì)不同激光工藝參數(shù)(激光功率、掃描速度和送粉速率)下,熔覆層和熔池成像規(guī)律做了初步研究。
【學(xué)位單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG665;TP391.41
【部分圖文】：

圖１．１文獻(xiàn)ｉ１４】中的激光熔覆檢測(cè)裝置簡(jiǎn)圖??Ｈ．Ｋｏｈｌｅｒ等利用比色紅外測(cè)溫儀【１５］作為非接觸式傳感器，用于熔池直徑熱以及基于有限元的溫度場(chǎng)的模擬驗(yàn)證，作為單一實(shí)驗(yàn)，沒(méi)能驗(yàn)證多道搭藝參數(shù)的適用性。美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)ＭＡＺＵＭＤＥ等［１６］，設(shè)計(jì)了一個(gè)可以全

、?Ｊ?ＣＮＣ?ｔａｂｌｅ??圖１．１文獻(xiàn)ｉ１４】中的激光熔覆檢測(cè)裝置簡(jiǎn)圖??Ｈ．Ｋｏｈｌｅｒ等利用比色紅外測(cè)溫儀【１５］作為非接觸式傳感器，用于熔池直徑、汽??化熱以及基于有限元的溫度場(chǎng)的模擬驗(yàn)證，作為單一實(shí)驗(yàn)，沒(méi)能驗(yàn)證多道搭接的??工藝參數(shù)的適用性。美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)ＭＡＺＵＭＤＥ等［１６］，設(shè)計(jì)了一個(gè)可以全方位??監(jiān)控熔池形貌的裝置，在熔池周圍安裝三個(gè)位置傳感器，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析，??計(jì)算出比較精確的熔覆層高度》Ｍａｈｌｅｎ?Ｄ．?Ｔ．?Ｆｏｘ等利用溫度傳感器對(duì)熔池內(nèi)溫??度進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)的溫度信號(hào)控制激光功率參數(shù)［１＇但是未能對(duì)工藝參數(shù)與??熔覆層質(zhì)量的影響規(guī)律進(jìn)行研究。Ｍ．Ｄｏｕｂｅｎｓｋａｉａ等在零件修復(fù)過(guò)程中，通過(guò)紅??外攝像機(jī)將熔池的輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為亮度進(jìn)行檢測(cè)，然后對(duì)熔池圖像進(jìn)行采集【１８－１９］。??美國(guó)的Ｈｕ

??圖１．２文獻(xiàn)—中的同軸輔助照明光源的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)??采用對(duì)等離子體具有較強(qiáng)投射能力的波長(zhǎng)８３０ｎｍ的半導(dǎo)體激光器作為輔助??光源有效避免焊接過(guò)程產(chǎn)生的等離子體影響成像質(zhì)量。天津工業(yè)大學(xué)的雷劍??波等研發(fā)了側(cè)面安裝ＣＣＤ熔池測(cè)溫系統(tǒng)，利用ＣＣＤ捕獲同軸送粉方式的熔池??熱輻射圖像，根據(jù)黑體輻射定律比色溫度的方法，使用一個(gè)單一的彩色攝像機(jī)與?－??藍(lán)綠色（５３５ｎｍ，?４７０ｍｎ）兩個(gè)波長(zhǎng)通道的熱輻射強(qiáng)度信號(hào)計(jì)算得到熔池溫度場(chǎng)的??分布ＰＵ。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：?，??４??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2887950