激光熔覆熔池图像检测试验研究

发布时间：2017-09-15 02:10

  本文关键词：激光熔覆熔池图像检测试验研究

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【摘要】：激光熔覆技术具有的良好涂层加工制造使用性能优势使其在汽车、航天、国防等领域得到了广泛的应用。激光熔覆技术主要应用的方面有激光熔覆成型、激光修复、表面改性等。近年来激光技术以及相配套的送粉技术和数控技术的发展使得其得到了更加广泛的应用。但是,激光熔覆技术依旧存在其不足之处,特别是是自动化程度亟待提高。本课题以提高熔覆过程自动化为出发点,对熔覆过程中形成的熔池采用机器视觉的方法进行检测并寻求熔池和熔覆带在熔覆工艺参数变化时的变化规律,为基于熔池检测来建立激光熔覆自动控制系统打下坚实的基础。为此,本课题主要对以下几个方面进行的研究:首先阐述了课题产生的背景及研究意义。针对激光熔覆熔池检测技术的研究发展现状进行综述,了解现有熔池检测技术的检测方式及其检测成果。分析了现有研究中的局限性及不足处。确定下来研究的内容是熔池特征和熔覆带质量随熔覆工艺参数变化的规律并分析熔池特征和熔覆带质量变化规律之间的联系。分析熔池的特点,建立起合适的熔池硬件检测系统。硬件检测装置主要包括合适参数的相机与镜头及相应的衰减片滤光片等。根据硬件检测装置所获得的熔池图像的特点选择合适的图像处理算法并在Labview环境下进行程序编写,成功的获取到了熔池的面积、长度和宽度。利用预置粉末单熔覆道激光熔覆技术不同粉末可以方便地同时熔覆的优势,研究了不同种类粉末在熔覆工艺参数变化时,熔池特征及熔覆带质量的变化规律。熔覆工艺参数包括激光功率、光斑扫描速度、预置粉末层厚度以及基体的预热温度。熔池的特征则包括主要熔池的面积、长度和宽度三个几何参数。熔覆带的质量包括熔覆带的高度宽度、熔覆带的稀释率、热影响区深度。试验总共研究了三种粉末:Fe327,SF6,Ni55,各取自激光熔覆中铁基、钴基、镍基三种常用的自溶性合金粉末。试验结果发现不同的材料其变化规律大体相同,局部有所差别。考虑到实际应用中,同步送粉激光熔覆应用最为广泛,单独取出Ni55进行同步送粉激光熔覆进行研究。首先对同步送粉单熔覆道熔覆时的熔池特征和熔覆带质量随工艺参数的变化规律进行了研究。在单熔覆道激光熔覆送粉的研究的基础上又对多道搭接激光熔覆熔池特征和熔覆带质量随熔覆工艺参数的变化规律进行了初步的研究。
【关键词】：激光熔覆 熔池检测 熔覆质量 预置粉末 同步送粉
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 课题背景及研究意义13-14
• 1.2 激光熔覆熔池检测研究现状14-22
• 1.2.1 激光熔覆熔池的检测方式14-19
• 1.2.2 工艺参数变化对熔池检测信号和熔覆层质量的影响19-20
• 1.2.3 基于熔池检测的熔覆质量控制20-22
• 1.3 激光熔覆熔池检测研究的成果与不足22-23
• 1.3.1 激光熔覆熔池研究的成果22
• 1.3.2 激光熔覆熔池存在的问题22-23
• 1.4 本课题主要研究内容23-25
• 第二章 熔池检测系统的建立25-41
• 2.1 引言25-26
• 2.2 熔池采集装置的建立26-30
• 2.2.1 传感器类型的选择26
• 2.2.2 传感器及镜头参数的选择26-27
• 2.2.3 滤光片衰减片以及保护镜片的选择27-28
• 2.2.4 相机支架的制作28-30
• 2.3 熔池图像的采集与处理30-36
• 2.3.1 熔池图像的采集30
• 2.3.2 熔池图像的处理30-36
• 2.4 程序实现36-39
• 2.4.1 程序设计总体结构36-37
• 2.4.2 程序具体模块37-39
• 2.5 本章小结39-41
• 第三章 不同种类粉末熔池图像检测对比研究41-83
• 3.1 引言41
• 3.2 试验设备41-43
• 3.2.1 试验装置41-42
• 3.2.2 制备试样设备42
• 3.2.3 分析测试仪器42-43
• 3.3 试验设计43-45
• 3.3.1 试验材料的选取43-44
• 3.3.2 预置粉末激光熔覆试验设计44-45
• 3.4 试验过程及试验结果获取45-46
• 3.4.1 试验过程45-46
• 3.4.2 熔池参数和熔覆带参数获取46
• 3.5 熔覆试验结果分析46-81
• 3.5.1 激光功率对熔池和熔覆带的影响46-55
• 3.5.2 扫描速度对熔池和熔覆带的影响55-63
• 3.5.3 粉末厚度对熔池和熔覆带的影响63-72
• 3.5.4 预热温度对熔池和熔覆带的影响72-81
• 3.6 本章小结81-83
• 第四章 同步送粉单道熔覆熔池图像检测研究83-99
• 4.1 引言83-84
• 4.2 试验系统及试验设计84-85
• 4.2.1 硬件系统84
• 4.2.2 试验材料84-85
• 4.2.3 试验设计85
• 4.3 试验过程及试验结果数据获取85-87
• 4.3.1 试验过程85
• 4.3.2 试验结果获取85-87
• 4.4 结果分析87-97
• 4.4.1 激光功率变化对熔池和熔覆带的影响87-90
• 4.4.2 扫描速度变化对熔池和熔覆带的影响90-94
• 4.4.3 送粉率变化对熔池和熔覆带的影响94-97
• 4.5 本章小结97-99
• 第五章 同步送粉多道熔覆熔池图像检测初步研究99-111
• 5.1 引言99-100
• 5.2 试验系统与试验设计100-101
• 5.2.1 硬件系统100
• 5.2.2 试验材料100
• 5.2.3 试验设计100-101
• 5.3 试验过程及试验结果数据获取101-103
• 5.3.1 试验过程101-102
• 5.3.2 试验结果获取102-103
• 5.4 试验结果分析103-109
• 5.4.1 激光功率对熔覆层和熔池几何特征的影响103-105
• 5.4.2 扫描速度对熔覆层和熔池几何特征的影响105-107
• 5.4.3 送粉率对熔覆层和熔池几何特征的影响107-109
• 5.5 本章小结109-111
• 第六章 总结与展望111-115
• 6.1 总结111-113
• 6.2 创新点113
• 6.3 展望113-115
• 参考文献115-119
• 致谢119-121
• 攻读学位期间的学术成果121

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