面向激光熔覆工艺的熔池视觉检测与识别方法研究

发布时间：2020-11-17 21:43

　　 激光熔覆技术是利用高能激光束辐照到待加工材料表面使之迅速融合、扩展及快速凝固的新型特种加工工艺。熔覆层质量控制是通过合理匹配熔覆过程参数,控制熔覆层的成形质量。其中激光熔覆熔池形貌检测是质量控制的关键,通过检测熔池形貌,发掘熔覆层质量与工艺参数(送粉速度、激光功率和扫描速度等)之间的关系,揭示关键工艺参数对熔覆层的影响规律,为金属模具修复的激光熔覆工艺提供优化操作参数数据库。首先,对激光熔覆弧光谱分布的特点和熔池区图像亮度分布特点进行分析,对比多种传感器的优缺点,确定使用CMOS图像采集传感器作为熔池检测的传感器类型,针对熔池区存在的弧光和飞溅等噪声干扰,在摄像头前端安装5mm厚的石英玻璃对镜头和相机进行保护以避免熔池飞溅颗粒对它们造成伤害,同时还选取了透光量为10%的中性衰减片和632.8nm的滤光片以衰减进光量和提高熔池内部特征在图像上的清晰度,并制作了便于使相机和熔池相对位置同时保持稳定的相机专用支架。然后,对采集到的熔池图像进行滤波降噪和二值化处理,获得了相对清晰的熔池图像,并采用形态学中二值化方法去除由于焊接过程中阴极雾化作用形成的干扰。首次将熔池缺陷检测和基于RANSAC算法椭圆拟合应用于激光熔覆熔池图像处理中,可为提取熔池形貌特征信息打下良好基础。通过特征提取,获得了熔池宽度、长度和面积,为研究关键工艺参数对熔覆层的影响规律提供有力支持。最后,结合企业生产中同步送粉应用最为广泛,设计了以QT450-10铸铁为基体材料,Ni30AA粉末为熔覆材料的激光熔覆实验。对不同激光工艺参数(激光功率、扫描速度和送粉速率)下,熔覆层和熔池成像规律做了初步研究。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG665;TP391.41
【部分图文】：

图１．１文献ｉ１４】中的激光熔覆检测装置简图??Ｈ．Ｋｏｈｌｅｒ等利用比色红外测温仪【１５］作为非接触式传感器，用于熔池直径热以及基于有限元的温度场的模拟验证，作为单一实验，没能验证多道搭艺参数的适用性。美国密执安大学ＭＡＺＵＭＤＥ等［１６］，设计了一个可以全

、?Ｊ?ＣＮＣ?ｔａｂｌｅ??图１．１文献ｉ１４】中的激光熔覆检测装置简图??Ｈ．Ｋｏｈｌｅｒ等利用比色红外测温仪【１５］作为非接触式传感器，用于熔池直径、汽??化热以及基于有限元的温度场的模拟验证，作为单一实验，没能验证多道搭接的??工艺参数的适用性。美国密执安大学ＭＡＺＵＭＤＥ等［１６］，设计了一个可以全方位??监控熔池形貌的装置，在熔池周围安装三个位置传感器，通过对监测结果的分析，??计算出比较精确的熔覆层高度》Ｍａｈｌｅｎ?Ｄ．?Ｔ．?Ｆｏｘ等利用温度传感器对熔池内温??度进行检测，通过检测的温度信号控制激光功率参数［１＇但是未能对工艺参数与??熔覆层质量的影响规律进行研究。Ｍ．Ｄｏｕｂｅｎｓｋａｉａ等在零件修复过程中，通过红??外摄像机将熔池的辐射强度转化为亮度进行检测，然后对熔池图像进行采集【１８－１９］。??美国的Ｈｕ

??图１．２文献—中的同轴辅助照明光源的机器视觉系统??采用对等离子体具有较强投射能力的波长８３０ｎｍ的半导体激光器作为辅助??光源有效避免焊接过程产生的等离子体影响成像质量。天津工业大学的雷剑??波等研发了侧面安装ＣＣＤ熔池测温系统，利用ＣＣＤ捕获同轴送粉方式的熔池??热辐射图像，根据黑体辐射定律比色温度的方法，使用一个单一的彩色摄像机与?－??蓝绿色（５３５ｎｍ，?４７０ｍｎ）两个波长通道的热辐射强度信号计算得到熔池温度场的??分布ＰＵ。其结构示意图如下：?，??４??
【参考文献】

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本文编号：2887950