激光金屬沉積是一種典型的金屬增材制造技術(shù),可以通過動(dòng)態(tài)調(diào)控工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)大型、高性能復(fù)雜構(gòu)件制造,所以被廣泛地應(yīng)用在航空航天、快速原型制造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。激光金屬沉積工藝涉及的物理化學(xué)過程復(fù)雜,包括激光衰減、熱量傳遞、激光與粉末及熔融金屬的相互作用、熔池動(dòng)力學(xué)以及熔池凝固行為等各方面,導(dǎo)致工藝條件控制困難,構(gòu)件性能可預(yù)測(cè)性差。熔池是工藝過程中最基本的制造單元。研究表明,熔池在工藝過程中的尺寸形態(tài)與工藝參數(shù)和構(gòu)件的組織性能有重要的聯(lián)系。目前已有的研究采用各種技術(shù)手段成功獲取豐富的熔池形態(tài)信息作為性能預(yù)測(cè)與閉環(huán)控制的依據(jù),但并未對(duì)信號(hào)進(jìn)行充分的利用,構(gòu)件性能預(yù)測(cè)效果不夠理想。本文針對(duì)高溫合金IN625的激光金屬沉積過程,基于機(jī)器視覺技術(shù)提取熔池的尺寸與形態(tài)描述量,研究工藝中熔池形態(tài)描述量與工藝參數(shù)和構(gòu)件最終性能組織的關(guān)系,從而為工藝過程的條件控制與構(gòu)件性能預(yù)測(cè)工作提供參考。主要完成工作分為以下幾個(gè)方面:（1）使用Open CV對(duì)熔池圖像進(jìn)行處理與特征提取。獲得了熔池的面積與周長(zhǎng),并進(jìn)一步根據(jù)圖像概念計(jì)算了熔池區(qū)域致密度。將熔池面積與熔池區(qū)域致密度作為兩個(gè)主要研究的熔池特征量,進(jìn)行了改變線能... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：102 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

激光金屬沉積技術(shù)原理圖[5]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-建立一個(gè)有效的性能預(yù)測(cè)和最優(yōu)參數(shù)選擇參考。這樣不僅能夠加快使用激光金屬沉積時(shí)最優(yōu)參數(shù)的選擇速度，從而快速獲得更加理想的構(gòu)件組織與性能，也能夠?yàn)槭┘娱]環(huán)控制提供有效的依據(jù)，從而增加構(gòu)件的幾何精度，減少材料的浪費(fèi)，對(duì)實(shí)現(xiàn)激光金屬沉積工藝的進(jìn)一步工業(yè)化推廣具有巨大意義。圖1-2熔池在線監(jiān)測(cè)方法a)同軸監(jiān)測(cè)；b)旁軸監(jiān)測(cè)熔池監(jiān)測(cè)不僅能夠幫助研究人員理解激光金屬沉積工藝過程中的反應(yīng)機(jī)理，還有望進(jìn)一步解決最優(yōu)參數(shù)選擇周期長(zhǎng)和構(gòu)件性能預(yù)測(cè)性差的問題。本課題將對(duì)激光金屬沉積工藝過程中的熔池進(jìn)行同軸監(jiān)測(cè)，獲得一系列特征描述量，分析打印構(gòu)件的力學(xué)性能與微觀組織，研究工藝參數(shù)、熔池特征量與構(gòu)件性能的影響規(guī)律，從而能夠加快最優(yōu)參數(shù)的選擇，也能夠?yàn)槭┘娱]環(huán)控制提供依據(jù)，有利于進(jìn)一步推動(dòng)激光金屬沉積技術(shù)的工業(yè)化推廣。1.2激光增材制造原位監(jiān)測(cè)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展目前，對(duì)激光增材制造的原位監(jiān)測(cè)主要通過高速攝像機(jī)、高溫計(jì)、紅外熱像儀、激光位移傳感器、加速度計(jì)以及聲學(xué)探測(cè)器等傳感器獲取監(jiān)測(cè)信號(hào)，其中高速攝像機(jī)與紅外熱像儀獲取工藝過程中的圖像信號(hào)是最常用的監(jiān)測(cè)方法。在獲取監(jiān)測(cè)信號(hào)之后，對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的使用主要分三類：第一類是使用監(jiān)測(cè)信號(hào)分析工藝參數(shù)對(duì)工藝過程中一些過程現(xiàn)象的影響機(jī)理，從而達(dá)到優(yōu)化工藝參數(shù)的目的，如熔池形態(tài)溫度的變化規(guī)律，飛濺的產(chǎn)生規(guī)律等；第二類是將監(jiān)測(cè)信號(hào)作為反饋實(shí)現(xiàn)工藝過程的閉環(huán)控制，達(dá)到提高構(gòu)件力學(xué)性能和幾何精度的目的；第三類是近年來隨著人工智

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-能的發(fā)展而出現(xiàn)的，使用監(jiān)測(cè)信號(hào)與構(gòu)件性能的數(shù)據(jù)組構(gòu)成的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)構(gòu)件性能如表面粗糙度，從而達(dá)到快速確定工藝參數(shù)的目的。1.2.1金屬增材制造工藝參數(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的影響規(guī)律研究Liu和Farahmand[11]在使用高能二極管激光器的激光熔覆過程中，使用電荷耦合元件（ChargeCoupledDevice，CCD）研究了粉末的空中行為，使用紅外相機(jī)研究了熔融金屬液流與激光的相互作用，此外還將紅外相機(jī)結(jié)合高溫計(jì)提取熔池溫度信號(hào)，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行分析，研究了工藝參數(shù)對(duì)激光衰減、粉末顆粒加熱以及熔覆性能的影響，探究了工藝過程中物質(zhì)相互作用的機(jī)理。受限于信號(hào)處理的技術(shù)手段，有的圖像信號(hào)難以直接轉(zhuǎn)換成可以描述物質(zhì)相互作用的物理量，此研究使用了若干種監(jiān)測(cè)裝置，但對(duì)不同監(jiān)測(cè)裝置采集的信號(hào)利用不夠充分，比如獲取的激光與粉流相互作用的紅外圖像只進(jìn)行了宏觀的定性趨勢(shì)分析，圖像如1-3所示。圖1-3金屬粉流與激光相互作用紅外圖像[11]a)側(cè)視圖；b)正視圖新加坡國(guó)立大學(xué)的YingjieZhang等人[12]在激光粉床增材制造中，提出了一種側(cè)視視覺的監(jiān)測(cè)方法。他們使用高速攝像機(jī)，在不同的掃描策略下研究了熔池強(qiáng)度，等離子體羽流面積、取向，飛濺數(shù)量、面積、方向和飛濺速度等特征，區(qū)分了四種熔池形態(tài)，研究了等離子羽流和飛濺的產(chǎn)生機(jī)理。其中在處理熔池圖像時(shí)，將圖中所有特征統(tǒng)一處理計(jì)算了特征尺寸，通過一定的判斷規(guī)則分別提取熔池和飛濺特征，具體的處理過程如圖1-4所示。結(jié)果表明等離子體羽流和飛濺的特征信息與能量輸入以及熔池狀態(tài)有關(guān)，是建立質(zhì)量評(píng)估的潛在指標(biāo)。這個(gè)結(jié)果有助于進(jìn)一步理解整個(gè)工藝過程。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3590617