一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置及方法
專利匯可以提供一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置及方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 提供一種激光選區(qū) 熔化 加工過程熔池 溫度 實時監(jiān)測裝置及方法，包括光路連接的激光光路系統(tǒng)和熔池溫度監(jiān)測系統(tǒng)組成的熔池溫度實時監(jiān)控裝置，其中，所述激光光路系統(tǒng)包括 激光器 、半透半反鏡和振鏡，所述激光器通過半透半反鏡與振鏡光路連接；所述熔池溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括分光鏡、第一濾鏡、第二濾鏡、第一高速相機、第二高速相機、采集處理器和計算機，所述分光鏡、第一濾鏡和第一高速相機依次 電路 連接，所述分光鏡、第二濾鏡和第二高速相機依次電路連接，所述第一高速相機和第二高速相機電訊連接采集處理器，所述采集處理器電訊連接計算機。本發(fā)明有效地解決激光選區(qū)熔化加工過程中熔池溫度的實時監(jiān)測問題。，下面是一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置及方法專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置，其特征在于：包括光路連接的激光光路系統(tǒng)和熔池溫度監(jiān)測系統(tǒng)組成的熔池溫度實時監(jiān)控裝置，
其中，所述激光光路系統(tǒng)包括激光器(5)、半透半反鏡(4)和振鏡(3)，所述激光器(5)通過半透半反鏡(4)與振鏡(3)光路連接；
所述熔池溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括分光鏡(6)、第一濾鏡(7)、第二濾鏡(9)、第一高速相機(8-
1)、第二高速相機(8-2)、采集處理器(10)和計算機(11)，所述分光鏡(6)、第一濾鏡(7)和第一高速相機(8-1)依次光路連接，所述分光鏡(6)、第二濾鏡(9)和第二高速相機(8-2)依次光路連接，所述第一高速相機(8-1)和第二高速相機(8-2)電訊連接采集處理器(10)，所述采集處理器(10)電訊連接計算機(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置，其特征在于：所述激光光路系統(tǒng)將激光光束照射到成型平臺(1)，熔化成型平臺(1)表面的金屬粉末形成熔池(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置，其特征在于：所述半透半反鏡(4)100％反射1064nm的激光，并將600nm-1000nm的熔池(2)的輻射波段增透。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置，其特征在于：所述分光鏡(6)將由半透半反鏡(4)傳輸過來的熔池(2)的輻射信息分為兩部分，分別傳輸?shù)降谝粸V鏡(7)和第二濾鏡(9)，分光比例為1:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置，其特征在于：所述第一濾鏡(7)實現(xiàn)700nm單通濾光，并將通過的700nm波段輻射信息傳輸?shù)降谝桓咚傧鄼C(8-1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置，其特征在于：所述第二濾鏡(9)實現(xiàn)950nm單通濾光，并將通過的950nm波段輻射信息傳輸?shù)降诙咚傧鄼C(8-2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置，其特征在于：所述第一高速相機(8-1)和第二高速相機(8-2)的幀頻可達到200000fps，光譜響應(yīng)范圍為400nm-1100nm。
8.一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-7中任意一項所述激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置實現(xiàn)，其包括如下步驟：
S1：根據(jù)普朗克輻射定律，獲取不同波長條件下熔池輻射出射度比值與溫度的關(guān)系公式；
首先，所有高于絕對零度的物體都會產(chǎn)生熱輻射，因此根據(jù)普朗克輻射定律，對于溫度為T的單位面積元的絕對黑體，在半球面方向所輻射的波長為λ的輻射出射度I可以表示為：
其中，式中I為光譜輻射出射度；λ為波長；h為普朗克常數(shù)，T為絕對溫度，c為光速，k為玻爾茲曼常數(shù)；
實際物體均非絕對黑體，采用發(fā)射率□來描述物體散發(fā)熱輻射的能力，與絕對黑體(發(fā)射率為1)比較，實際物體的發(fā)射率在0和1之間；
當hc/λ≧kT時，普朗克輻射定律簡化為維恩輻射定律，并將兩個不同波長(λ1和λ2)條件下監(jiān)測的輻射出射度相比，可得：
其中，式中A1和A2為光路傳輸?shù)木C合效率，對于確定的光路而言，其為常數(shù)；如所選的輻射波長較為接近，則可以假設(shè)兩個波段下的發(fā)射率ε1＝ε2，確定A1和A2后，則可以通過I1和I2的比值精確計算出溫度值；
S2：標定熔池溫度實時監(jiān)測裝置，獲取第一高速相機(8)光路的綜合傳輸效率A1值，獲取第二高速相機(10)光路的綜合傳輸效率A2值；
S3：根據(jù)S1中的公式，可以繪制出在波長λ1＝700nm、λ2＝950nm時，I1/I2與溫度T的關(guān)系曲線；
S4：激光選區(qū)熔化加工零件：激光從激光器(5)發(fā)射，經(jīng)半透半反鏡(4)反射偏轉(zhuǎn)進入掃描振鏡(3)，再照射到成型平臺(1)表面熔化金屬粉末，形成熔池(2)；熔池輻射光經(jīng)過掃描振鏡(3)返回半透半反鏡(4)，半透半反鏡(4)將100％反射1064nm的激光波長，對600nm-
1000nm以內(nèi)熔池輻射信息的可見光和近紅外光進行增透，傳遞至分光鏡(6)將600nm-
1000nm的熔池輻射光的50％偏轉(zhuǎn)給第一濾鏡(7)，另外的50％偏轉(zhuǎn)到第二濾鏡(9)，經(jīng)兩個濾光鏡濾光后分別將700nm的輻射光信息傳輸至第一高速相機(8-1)，將950nm的輻射光信息傳輸至第二高速相機(8-2)；
S5：第一高速相機(8-1)和第二高速相機(8-2)分別監(jiān)測熔池(2)在設(shè)定的λ1＝700nm、λ2＝950nm兩波段下的輻射信息，同時傳輸?shù)讲杉幚砥?10)，實時計算I1/I2的比值，再通過S3中I1/I2與溫度T的關(guān)系圖即可實時監(jiān)測出加工過程中熔池(2)的溫度；
S6：將采集處理器(10)實時處理的溫度信息傳輸至計算機(11)，在打印過程中實時顯示并保存，以供工藝調(diào)整和實時反饋處理。
一種激光選區(qū)熔化加工過程熔池溫度實時監(jiān)測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
背景技術(shù)
鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，制造三維實體零件的技術(shù)。
內(nèi)部殘留大量的殘余應(yīng)力等問題。此外，熔池的不穩(wěn)定往往在制造過程中會導(dǎo)致一些其他
缺陷，如孔隙等?？梢姡绻茉诩庸み^程中實時監(jiān)測熔池溫度，進而調(diào)整激光功率和掃描速度將能更有效地確保零件工藝加工的穩(wěn)定性。
的測量通常會采用紅外熱像儀來監(jiān)測，該方法主要受限于紅外熱像儀的固有響應(yīng)速度，紅
外熱像儀的響應(yīng)速度與熔池監(jiān)測所需相差多個數(shù)量級；再者，紅外熱像儀的分辨力也難以
滿足要求。
該方法只能定性說明溫度大小，無法測量出具體的熔池溫度值。因此，目前尚無能夠?qū)崿F(xiàn)激光選區(qū)熔化加工過程中實時熔池溫度的精確測量方法。
發(fā)明內(nèi)容
區(qū)熔化工藝過程中熔池溫度進行精確測量。
度來測量熔池溫度方法的弊端，該方法根據(jù)熔池輻射光強度大小(監(jiān)測電壓值大小)間接表
征熔池的溫度是否過高或過低，但只能定性說明溫度大小，無法測量出具體的熔池溫度值。
中會導(dǎo)致一些其他缺陷，如未熔粉團簇、孔隙等。
外熱像儀的固有響應(yīng)速度，紅外熱像儀的響應(yīng)速度與熔池監(jiān)測所需相差多個數(shù)量級，無法
精確測量。
附圖說明
具體實施方式
外，術(shù)語“第一”，“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
池溫度。
系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集卡，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ)功能的計算機擴展卡，可以通過USB、PXI、PCI、PCI?Express、火線(IEEE1394)、PCMCIA、ISA、Compact?Flash、485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個人計算機。處理得到的數(shù)據(jù)輸出至計算機11并保存。
做出各種變化。
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