基于光斑检测的激光加热系统研究

发布时间：2020-10-28 01:57

　　 随着高强度、高硬度、耐高温、难加工的高性能材料不断面世,常规加热方法难以对这些材料进行加工。激光具有定向性、单色性、高亮度的特征,激光加热能量分布集中、可控性好,利用激光对高性能材料进行加热是一种高效的加工方式。激光加热在诸多领域得到广泛应用,因此对于激光器的光斑质量要求越来越高。得到光斑质量高的激光器是激光应用技术的迫切需要,光斑性能评价对激光加热应用有十分关键的理论指导作用。本文针对激光加热系统和光斑性能评价作出如下研究工作:首先对比几种加热方式,说明激光加热优势;分析高斯激光原理和激光加热理论基础,建立激光热源物理模型,阐述激光与材料相互作用的过程。在理论基础指导下,搭建激光加热光斑图像采集系统,选择合适的光强衰减装置,得到光斑图像;对光斑图像进行去噪声处理,并通过图像阈值分割和边缘检测分析光斑参数,提取光斑能量密度分布和光斑均匀性,对激光加热光斑质量的提高提供理论依据。其次对激光加热光斑温度场进行分析。建立激光加热温度场物理模型,针对热传导方程、边界条件和初始条件进行分析,模拟计算激光加热参数条件;通过实验采集数据分析激光加热温度、激光功率、加热时间等参数的关系,说明加热光斑温度场分布状态,为激光加热系统设计奠定基础。最后建立激光加热系统,包括加热单元以及温度控制单元。利用MATLAB编写数据处理软件,该软件可以直观显示光斑图像处理结果和温度场分析结果,对激光加热过程具有监测反馈作用。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN249
【部分图文】：

工业和国防工业中被广泛关注。械制造、石油化工、仪表仪器及核工业等工业料具有高强度、高硬度、耐高温、难加工等特成效率低、表面质量差、精度低等缺陷[1]。随，如图 1.1 所示，故加热辅助是一种加工高强好，且能量分布和时间可控性好，因此，激光领域中的应用广泛。Nd:YAG 激光最早在七十应用研究的不断深入，高功率激光器的研发和使激光加热在加工领域中的占据日益重要的地于非接触、低噪声、无污染、节省材料。激光现高度集成化和模块化，全过程智能控制，可此，激光加热已经成为当前主流加工制造技术

图 2.1 不同模式下光斑横截面基模光束是横模和纵模指数都为零的激光模式，光束截面能量呈现高斯分布，即能中心向边缘递减的分布方式，因此该光束也称高斯光束，相应的热源模型称为为理斯热源模型。基模光束能量分布如图 2.2 所示。高斯激光束等相位面为球面，平面振幅和强度满足高斯分布，其曲率中心和曲率半径随传播过程改变。

表示沿光轴方向（纵向）场分布 E z 。图 2.1 是圆形激光不同模式的横截面光斑样式。图 2.1 不同模式下光斑横截面基模光束是横模和纵模指数都为零的激光模式，光束截面能量呈现高斯分布，即能量从中心向边缘递减的分布方式，因此该光束也称高斯光束，相应的热源模型称为为理想高斯热源模型。基模光束能量分布如图 2.2 所示。高斯激光束等相位面为球面，平面内的振幅和强度满足高斯分布，其曲率中心和曲率半径随传播过程改变。
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本文编号：2859396