基于LIBS增材制造监测系统研究
发布时间：2021-03-23 02:58
金属增材制造（Additive manufacturing,AM）技术具有精确还原原型、快速成形等特点,可以制造各种复杂器件,在航空领域、机械领域以及军事领域均有很好的应用前景。然而,增材制造加工过程中存在着由于设备精度控制原因造成材料过损的问题,使成形零件产生缺陷。由于铬元素可以增强增材制造材料的塑形率,通过对材料铬元素的实时监测可以对零件的成形质量进行预测判断。因此,实现对增材制造制造过程的实时监测、对成分元素的精确检测对于成形质量的控制十分重要。激光诱导击穿光谱技术（Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS）因具备样品无需预处理、可同时快速分析多元素以及远距离实时在线检测等特点,在金属成分监测领域具有广泛的实用化前景。本文利用LIBS技术对增材制造材料中的铬（Cr）元素进行监测,并解决了监测过程中的一些关键因素问题,如提高三维移动平台的控制精度,激光能量、脉冲间隔、光谱仪采集延时、激光焦点距离和激光波长对监测的影响,同时,对如何提高监测Cr元素的稳定性和精确性以及增材制造成形零件中的缺陷进行精准识别方法研究,本文的具体研究内容如下:1、针...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 增材制造监测发展现状
1.2.2 LIBS监测技术发展现状
1.3 文章研究内容及章节安排
1.4 本章小结
第2章 增材制造监测系统原理及模型研究
2.1 监测系统设计原理
2.1.1 激光辐射原理
2.1.2 等离子体信号采集原理
2.1.3 同步控制原理
2.1.4 三维移动平台设计原理
2.2 单变量数学模型
2.2.1 绝对强度法
2.2.2 内标法
2.3 多变量数学模型
2.4 数学模型评价指标
2.5 本章小结
第3章 增材制造监测系统平台搭建
3.1 监测系统方案设计
3.2 监测系统硬件平台搭建
3.2.1 激光辐射模块
3.2.2 等离子体信号采集模块
3.2.3 同步控制系统
3.2.4 三维移动平台设计
3.3 监测系统软件平台设计
3.3.1 光谱数据分析
3.3.2 图像数据分析
3.3.3 数据处理
3.3.4 运动轨迹设计
3.4 监测样品制备
3.5 本章小结
第4章 增材制造监测系统参数研究
4.1 元素谱线的选取
4.2 实验参数及范围选取
4.2.1 激光能量对监测的影响
4.2.2 脉冲间隔对监测的影响
4.2.3 采集延时对监测的影响
4.2.4 焦距对监测的影响
4.2.5 激光波长对监测的影响
4.3 监测数据定量分析
4.3.1 基于绝对强度法对监测数据研究
4.3.2 基于偏最小二乘法监测数据研究
4.3.3 基于最小二乘-支持向量机监测数据研究
4.4 本章小结
第5章 增材制造系统缺陷监测研究
5.1 增材制造系统缺陷特征
5.1.1 缺陷分类和产生机理分析
5.1.2 缺陷特征提取
5.2 增材制造缺陷识别精度提高方法研究
5.2.1 基于偏最小二乘的缺陷识别
5.2.2 基于LSSVM的缺陷识别
5.3 预判结果验证
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr含量对激光增材制造12CrNi2合金钢的组织结构的影响[J]. 董志宏,亢红伟,谢玉江,迟长泰,彭晓. 材料研究学报. 2018(11)
[2]基于自由定标法的LIBS钢液Cr元素和Ni元素的定量分析[J]. 崔金龙,马翠红,徐少彬,高贝贝,郭宝军,于雪. 应用激光. 2018(04)
[3]共线双脉冲激光诱导击穿光谱技术检测铝合金中的Cr和Mn[J]. 杨瑞兆,苏雪娇,於有利,周卫东. 强激光与粒子束. 2018(09)
[4]最小二乘支持向量机和内标法的乐果农药含量LIBS检测[J]. 孙通,刘津,甘兰萍,吴宜青,刘木华. 光谱学与光谱分析. 2018(04)
[5]基于BP神经网络和激光诱导击穿光谱的燃煤热值快速测量方法研究[J]. 李越胜,卢伟业,赵静波,冯国行,魏东明,陆继东,姚顺春,卢志民. 光谱学与光谱分析. 2017(08)
[6]基于PLS的水体重金属LIBS特征变量筛选方法研究[J]. 胡丽,赵南京,李大创,唐磊,方丽. 光谱学与光谱分析. 2017(08)
[7]激光诱导击穿光谱结合人工神经网络测定地质标样中的铁含量[J]. 胡杨,李子涵,吕涛. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[8]多变量回归对大米中Cd元素LIBS分析精度比较[J]. 杨晖,黄林,刘木华,陈添兵,王彩虹,姚明印. 分析试验室. 2017(04)
[9]激光金属成形缺陷在线检测与控制技术综述[J]. 解瑞东,鲁中良,弋英民. 铸造. 2017(01)
[10]利用LIBS技术实现钢液中多元素含量检测[J]. 于云偲,潘从元,曾强,杜学维,魏珅,王声波,王秋平. 光谱学与光谱分析. 2016(08)
博士论文
[1]基于激光诱导等离子体光谱的真空环境熔融金属成分在线检测技术研究[D]. 潘从元.中国科学技术大学 2015
[2]基于定量离心分层技术的快速血液检测关键技术与装置研究[D]. 崔秀美.中国人民解放军军事医学科学院 2013
[3]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]基于DP-LIBS分析合金微量成分的关键问题研究[D]. 牛鸿飞.长春工业大学 2018
[2]Inconel 625镍基高温合金选区激光熔化工艺及性能研究[D]. 李磊.哈尔滨理工大学 2018
[3]空间约束下激光诱导铜等离子体光谱研究[D]. 王莹.吉林大学 2017
[4]激光选区熔化Ni 625合金工艺基础研究[D]. 张洁.华中科技大学 2015
[5]Cr元素检测的激光诱导击穿光谱研究[D]. 艾卓.沈阳理工大学 2015
[6]激光-TIG电弧复合焊接等离子体形态与焊缝特征的研究[D]. 赵子强.北京工业大学 2011
[7]金属粉末选择性激光熔化成形模拟及试验研究[D]. 李佳桂.华中科技大学 2007
本文编号：3094997
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 增材制造监测发展现状
1.2.2 LIBS监测技术发展现状
1.3 文章研究内容及章节安排
1.4 本章小结
第2章 增材制造监测系统原理及模型研究
2.1 监测系统设计原理
2.1.1 激光辐射原理
2.1.2 等离子体信号采集原理
2.1.3 同步控制原理
2.1.4 三维移动平台设计原理
2.2 单变量数学模型
2.2.1 绝对强度法
2.2.2 内标法
2.3 多变量数学模型
2.4 数学模型评价指标
2.5 本章小结
第3章 增材制造监测系统平台搭建
3.1 监测系统方案设计
3.2 监测系统硬件平台搭建
3.2.1 激光辐射模块
3.2.2 等离子体信号采集模块
3.2.3 同步控制系统
3.2.4 三维移动平台设计
3.3 监测系统软件平台设计
3.3.1 光谱数据分析
3.3.2 图像数据分析
3.3.3 数据处理
3.3.4 运动轨迹设计
3.4 监测样品制备
3.5 本章小结
第4章 增材制造监测系统参数研究
4.1 元素谱线的选取
4.2 实验参数及范围选取
4.2.1 激光能量对监测的影响
4.2.2 脉冲间隔对监测的影响
4.2.3 采集延时对监测的影响
4.2.4 焦距对监测的影响
4.2.5 激光波长对监测的影响
4.3 监测数据定量分析
4.3.1 基于绝对强度法对监测数据研究
4.3.2 基于偏最小二乘法监测数据研究
4.3.3 基于最小二乘-支持向量机监测数据研究
4.4 本章小结
第5章 增材制造系统缺陷监测研究
5.1 增材制造系统缺陷特征
5.1.1 缺陷分类和产生机理分析
5.1.2 缺陷特征提取
5.2 增材制造缺陷识别精度提高方法研究
5.2.1 基于偏最小二乘的缺陷识别
5.2.2 基于LSSVM的缺陷识别
5.3 预判结果验证
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr含量对激光增材制造12CrNi2合金钢的组织结构的影响[J]. 董志宏,亢红伟,谢玉江,迟长泰,彭晓. 材料研究学报. 2018(11)
[2]基于自由定标法的LIBS钢液Cr元素和Ni元素的定量分析[J]. 崔金龙,马翠红,徐少彬,高贝贝,郭宝军,于雪. 应用激光. 2018(04)
[3]共线双脉冲激光诱导击穿光谱技术检测铝合金中的Cr和Mn[J]. 杨瑞兆,苏雪娇,於有利,周卫东. 强激光与粒子束. 2018(09)
[4]最小二乘支持向量机和内标法的乐果农药含量LIBS检测[J]. 孙通,刘津,甘兰萍,吴宜青,刘木华. 光谱学与光谱分析. 2018(04)
[5]基于BP神经网络和激光诱导击穿光谱的燃煤热值快速测量方法研究[J]. 李越胜,卢伟业,赵静波,冯国行,魏东明,陆继东,姚顺春,卢志民. 光谱学与光谱分析. 2017(08)
[6]基于PLS的水体重金属LIBS特征变量筛选方法研究[J]. 胡丽,赵南京,李大创,唐磊,方丽. 光谱学与光谱分析. 2017(08)
[7]激光诱导击穿光谱结合人工神经网络测定地质标样中的铁含量[J]. 胡杨,李子涵,吕涛. 激光与光电子学进展. 2017(05)
[8]多变量回归对大米中Cd元素LIBS分析精度比较[J]. 杨晖,黄林,刘木华,陈添兵,王彩虹,姚明印. 分析试验室. 2017(04)
[9]激光金属成形缺陷在线检测与控制技术综述[J]. 解瑞东,鲁中良,弋英民. 铸造. 2017(01)
[10]利用LIBS技术实现钢液中多元素含量检测[J]. 于云偲,潘从元,曾强,杜学维,魏珅,王声波,王秋平. 光谱学与光谱分析. 2016(08)
博士论文
[1]基于激光诱导等离子体光谱的真空环境熔融金属成分在线检测技术研究[D]. 潘从元.中国科学技术大学 2015
[2]基于定量离心分层技术的快速血液检测关键技术与装置研究[D]. 崔秀美.中国人民解放军军事医学科学院 2013
[3]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]基于DP-LIBS分析合金微量成分的关键问题研究[D]. 牛鸿飞.长春工业大学 2018
[2]Inconel 625镍基高温合金选区激光熔化工艺及性能研究[D]. 李磊.哈尔滨理工大学 2018
[3]空间约束下激光诱导铜等离子体光谱研究[D]. 王莹.吉林大学 2017
[4]激光选区熔化Ni 625合金工艺基础研究[D]. 张洁.华中科技大学 2015
[5]Cr元素检测的激光诱导击穿光谱研究[D]. 艾卓.沈阳理工大学 2015
[6]激光-TIG电弧复合焊接等离子体形态与焊缝特征的研究[D]. 赵子强.北京工业大学 2011
[7]金属粉末选择性激光熔化成形模拟及试验研究[D]. 李佳桂.华中科技大学 2007
本文编号：3094997
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3094997.html
