汽车发动机激光增材制造质量自动诊断研究

发布时间：2022-05-10 18:57

　　当今汽车市场竞争日益激烈,车企的新产品研发频次越来越高,对发动机新品的研发速度提出了更高的要求。在汽车零部件轻量化的背景下,应用激光增材制造技术能辅助汽车发动机的快速开发,降低研发成本。然而,增材制造零部件的尺寸精度和表面品质存在比较明显的差距。因此,对发动机增材制造过程进行质量诊断研究具有重要的理论意义和应用价值。本文从发动机激光增材制造过程的质量保证出发,探究不同工艺参数对熔池和等离子体信息的影响,进而确定后续增材质量诊断实验所用的工艺参数,并对发动机激光增材制造进行统计过程监控,以判断其过程稳定性,同时对存在的质量问题进行判别与分析,实现对发动机激光增材制造过程的质量诊断。首先,开发了激光熔池的图像处理算法,通过ROI提取、均值滤波、灰度变换、阈值分割和边缘检测等技术,实现了熔池面积和熔池温度等特征的提取。设计并进行单一变量条件下的单道多层沉积实验,同时采集了增材过程中的熔池图像和光谱信号,结合相关理论公式计算了等离子体温度和电子密度,从而建立了监测信息与工艺参数两者之间的变化关系。其次,设计并进行Al Si12和316L两种材料的缺陷实验,基于熔池面积和熔池温度变化的分析,实现... 

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 激光增材制造质量诊断技术的研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 国内外文献综述的简析
    1.3 本课题的研究内容
第2章 激光增材制造过程监控系统开发
    2.1 发动机质量诊断试验材料
    2.2 增材制造在线监测系统搭建
        2.2.1 监测系统的总体结构
        2.2.2 相机及滤光片的选型
        2.2.3 熔池图像旁轴采集系统
    2.3 增材质量诊断试验方案设计
        2.3.1 工艺参数影响及成因研究方案
        2.3.2 增材制造统计过程监控方案
        2.3.3 增材制造质量判别分析方案
    2.4 增材制造监测对象检测原理
        2.4.1 比色测温原理
        2.4.2 等离子体温度计算原理
        2.4.3 电子密度计算原理
    2.5 本章小结
第3章 熔池图像处理及工艺参数影响探究
    3.1 激光熔池图像处理
        3.1.1 图像预处理
        3.1.2 图像阈值分割
        3.1.3 熔池边缘检测
    3.2 工艺参数对熔池特征的影响
        3.2.1 熔池面积与工艺参数关系的研究
        3.2.2 熔池温度与工艺参数关系的研究
    3.3 工艺参数对等离子体特征的影响
        3.3.1 谱线强度与工艺参数关系的研究
        3.3.2 等离子体温度与工艺参数关系的研究
        3.3.3 电子密度与工艺参数关系的研究
    3.4 本章小结
第4章 基于控制图的激光增材制造过程稳定性判别
    4.1 基于视觉分析的缺陷诊断
        4.1.1 实验方案的设计
        4.1.2 缺陷实验视觉分析
    4.2 基于统计学方法的增材过程熔池监测
        4.2.1 实验方案的设计
        4.2.2 统计变量选取及控制图设计
        4.2.3 不同成型件的过程监控分析
    4.3 发动机零部件结构的统计过程监控
        4.3.1 墙体结构的统计过程监控
        4.3.2 三角筒结构的统计过程监控
        4.3.3 圆筒结构的统计过程监控
    4.4 本章小结
第5章 基于监督学习的激光增材制造质量分类研究
    5.1 实验方案的设计
    5.2 铝合金零部件增材制造过程的质量诊断
        5.2.1 熔池特征的提取
        5.2.2 特征数据的主成分分析
        5.2.3 支持向量机分类模型的建立
        5.2.4 支持向量机模型缺陷分类验证
        5.2.5 不同分类模型缺陷识别的比较
    5.3 排气系统不锈钢增材制造过程的质量诊断
        5.3.1 熔池和等离子体特征的提取
        5.3.2 不同分类模型缺陷识别的比较
        5.3.3 不同特征对分类准确率的影响
        5.3.4 决策树模型缺陷分类验证
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术在汽车工业发展中的应用[J]. 宋彬,及晓阳,任瑞,李雨.  金属加工(热加工). 2018(02)
[2]应用3D打印技术修复柴油机[J]. 麦世基.  工程机械. 2018(01)
[3]基于金属3D打印技术的发动机气门设计与制造[J]. 蔡黎,代妮娜,邓明,王海宝,龚小祥.  制造技术与机床. 2017(12)
[4]3D打印在汽车塑料件设计中的应用与研究进展[J]. 杨振英,于博.  塑料工业. 2017(05)
[5]3D打印在汽车制造中的应用[J]. 崔厚学,高方勇,魏青松.  世界制造技术与装备市场. 2017(02)
[6]汽车轻量化技术发展趋势[J]. 武万斌,年雪山.  汽车工程师. 2017(01)
[7]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)
[8]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘.  航空制造技术. 2016(12)
[9]增材制造技术在汽车发动机方面的应用[J]. 祝天安,添玉,李国伟,张卫国,宓为建.  装备制造技术. 2015(04)
[10]激光熔覆熔池检测控制技术的研究进展[J]. 陈殿炳,邓琦林.  电加工与模具. 2014(05)

博士论文
[1]基于CCD图像传感原理的温度监测方法及应用研究[D]. 周颖慧.燕山大学 2010
[2]基于CCD的激光再制造熔池温度场检测研究[D]. 雷剑波.天津工业大学 2007

硕士论文
[1]基于数据驱动的激光增材制造熔池温度预测控制[D]. 叶进余.湖南大学 2016
[2]基于CCD的激光熔覆在线检测系统的开发与应用研究[D]. 杨柳杉.湖南大学 2011
[3]激光熔池温度场检测技术研究[D]. 王宇宁.沈阳工业大学 2009
[4]多变量控制图的理论分析与实际应用[D]. 颜甄瑜.西安电子科技大学 2009



本文编号：3652506