应用卡尔曼滤波技术的激光熔覆宽度检测

对金属零件激光成形过程闭环控制系统中,熔覆宽度的检测技术进行了研究,提出了一种基于卡尔曼滤波技术的熔覆宽度检测方法。利用视觉传感系统获取激光加工过程中的熔池图像,经过图像处理与图像标定求熔覆宽度作为参量建立系统状态方程和测量方程,应用卡尔曼滤波算法对图像上的熔宽和熔宽变化进行状态估计,得到最小均方差条件下的熔覆宽度最佳预测值,从而减小过程噪声和测量噪声引起的熔覆宽度测量偏差,测量平均误差由0.028 mm降为0.009 3 mm,实现加工过程熔覆宽度的精确检测。实验结果证明:将卡尔曼滤波技术应用到熔覆宽度检测过程中可以大大提高熔宽检测精度。     

激光熔覆熔池温度监测与控制系统的研究现状北大核心CSCD

激光熔覆是一种新兴的材料表面技术,近年来得到了快速发展。激光熔覆层的质量受熔覆过程中多种因素的影响,其中熔池温度是一个非常关键的因素,激光熔覆熔池温度的监测与控制系统的研究对提高熔覆层质量具有重大意义。介绍了激光熔覆熔池温度的检测方法,综述了目前激光熔覆熔池温度控制系统的研究现状,并列举了部分温度控制系统。根据目前国内外的发展现状提出了熔池温度监测与控制系统的发展方向。     

真空激光熔覆的研究

真空激光熔覆避免了大气中有害气体对熔池的侵入,使熔覆层中的显微缺陷和开裂敏感性减小,提高了熔覆层的质量;并且真空熔覆的工艺特点与大气下的激光熔覆不完全相同;其它工艺条件相同时,真空激光熔覆的尺寸(宽度W和厚度H)明显小于大气下熔覆层的尺寸。     

镍硅硼合金粉末激光熔覆中熔池光谱检测分析

为了研究激光熔覆过程中激光熔池的光谱辐射特性,采用光栅光谱检测技术检测镍硅硼合金粉末熔覆过程中熔池光谱,得到不同功率、速度及时间下的光谱分布。结果表明:激光功率900 W时波长550nm处熔池光谱相对强度最高为500,功率增加到1000 W时,光谱相对强度增加为600;激光功率保持不变时,光谱辐射相对强度随扫描速度增加而减小,随熔覆过程时间增加而增加,但在15s后,基本达到稳定状态。激光熔覆过程中熔池光谱波动与熔覆层质量存在一定的关系,试验中发现,功率为900 W,扫描速度2mm/s时,熔覆层质量较好,试样基体变形较小,熔池光谱相对强度波动也较小。     

激光熔池动态过程检测研究

提出采用CCD相机结合数字图像处理技术检测监控激光熔池方案，建立了激光熔池动态过程检测系统，开发了激光熔池图像处理专用软件，进行了激光熔敷实验研究。结果表明，该技术可以检测激光熔池温度和几何尺寸，记录熔池动态变化过程。进一步发展，可成为激光加工在线检测过程的有用工具。     

激光熔覆过程中熔池图像的实时检测

建立了基于CCD摄像机的激光熔覆过程检测系统，得到熔池的动态变化过程。从动态视频中读取每祯数字图像，获得稳定的熔池区图像。对熔池图像处理的算法进行研究，得到清晰准确的熔池形貌边缘;提取熔池中心，得到单道熔覆层熔池的相对高度变化，能够近似表征沉积表面的起伏。在图像采集卡与计算机图像处理单元互相通信和采集软件模块的基础上进行连续视频图像实时处理程序的开发，在0.2 s内完成对图像的采集处理工作，为获得精确的熔池位置偏差和激光熔覆过程控制提供了检测基础。     

扫描路径对薄壁件激光熔覆涂层形变的影响

为了改善收割机割刀等薄壁件在激光熔覆提升性能时容易产生形变的状况，采用Nd:YAG激光加工系统在Hilbert分形式、轮廓偏置式和光栅式的3种不同的扫描路径下分别制备不同的铁基合金熔覆涂层，并取得了基材形变量和熔池深度等相关数据。结果表明，轮廓偏置式扫描路径在中心处的熔池深度最大，为0.75mm，且试样形变量达到了0.30mm；激光熔覆过程中熔池与其附近区域的温度梯度和基材形变量有着正相关的关系，熔池深度越大，温度越高，不同区域之间的温度梯度越大，产生的热应力越大，进而形变的倾向也会越大；光栅式扫描路径熔池深度随时间递增，温度梯度较小，故对基材的形变倾向较弱，且所制备的熔覆涂层质量较好，是适合于薄壁件激光熔覆的扫描路径。此研究对薄壁件激光熔覆具有指导意义。     

铝合金的激光熔覆修复

通过对航空航天用超高强7050铝合金进行激光熔覆修复的实验研究,探讨了激光熔覆修复铝合金的可行性。实验采用5kWCO2连续激光器作为加热源,在惰性气体保护隔离箱中,对7050铝合金的板状试样进行了激光单道熔覆、多道搭接熔覆、多层堆积熔覆的实验研究。得到优化的激光熔覆工艺参数,制备了激光熔覆修复试样,并观察了不同激光熔覆区的微观组织以及拉伸断口形貌。实验结果表明,优化激光熔覆工艺参数是:激光功率密度为1.84×104～2.12×104W/cm2,扫描速度为5mm/s,送粉量为1.8～2.4g/min,搭接宽度为1.5mm。采用优化工艺参数熔覆,基底和熔覆区形成良好的冶金结合,熔覆后工件表面平整且基底没有变形。同时,采用干燥的氩气加强对激光熔池的保护可以有效消除铝合金激光熔覆中的缺陷。     

基于彩色CCD的激光熔覆熔池温度闭环控制研究

为了保持激光熔覆过程中熔池温度的相对稳定,采用比色测温与比例-积分-微分（PID）控制策略相结合的方法实现了熔池温度的闭环控制,搭建了一套基于双通道彩色CCD的激光熔覆成形熔池温度在线测控系统。将发射率ε纳入到待定系数K中,建立了灰度比值与K的对应关系,推导出了熔池温度的计算公式。基于Socket通信实现了温度在工控机与机器人控制器之间的信号传递,设计了基于激光功率变化的温度控制器算法。结果表明,此系统能实时准确地测量并控制熔池温度,控制精度在3%以内;将该系统运用于薄壁圆筒堆积成形实验中,能够有效消除激光熔覆成形过程中的温度累积效应;成形件底部与顶部外径仅相差0.9mm,成形件各处显微组织差异较小,组织致密均匀。该控制方案具有实时性好、成本较低、便于集成应用等优点。     

激光熔覆铁基TiC复合涂层成形质量的控制方法

为了揭示激光熔覆工艺参数对铁基TiC复合熔覆层成形质量的作用规律、优化激光熔覆工艺参数,使用YAG固体激光器在60Si2Mn基体上激光熔覆铁基TiC复合涂层,基于响应面法建立输出电流、脉冲宽度、扫描速率与熔覆层宽度、高度、熔池深度、宽高比、稀释率以及硬度之间的数学模型,并对模型进行方差分析,获得了工艺参数与成形质量之间...     

激光选区熔化熔池光强监测系统设计

熔池光强监测是激光选区熔化（SLM）过程监测的重要方法之一。针对SLM成形过程,建立了一套熔池光强监测软硬件系统,通过近红外滤光技术和光电二极管检测电路,获得成形过程中的熔池光强数据。针对时域信号不能可视化激光作用不同成形位置时的熔池光强变化,提出了采用映射算法对熔池光强数据进行建模。对变功率下熔池光强进行数据分析与建模,激光功率120 W熔池温度均值为1 404℃时,二极管信号均值为0.31 V,标准差为0.04 V,熔池较稳定;功率增加到220 W熔池温度为1 727℃时,二极管信号均值增加为0.81 V,标准差增加为0.22 V,熔池稳定性变差。表明该熔池光强监测系统可以获得工艺参数对熔池热辐射行为的影响规律,用于支持SLM成形工艺的研发与优化。     

激光沉积成形熔池尺寸分析与预测

激光沉积制造过程中,单道沉积宽度主要受激光熔池宽度的制约,稳定的熔池是保证成形精度的前提。为了建立工艺参数激光功率、扫描速度以及送粉速率与熔池尺寸之间的经验模型,采用非匀速段关光控制及卡尔曼滤波技术对采集的熔池测量数据进行去噪处理,以实现成形过程熔池宽度的精确检测,为熔池宽度预测精度提供了保证。基于正交试验建立了多元回归模型,其拟合优度可达94%,最大误差不超过4.5%。经单一变量试验方法验证,结果表明熔池宽度与激光功率呈正相关,与扫描速度呈负相关,实验结果与回归分析结果具有较好的一致性。     

CO2激光熔凝中熔池冷却过程检测研究

为了研究激光熔凝温度场的分布,采用非接触式的直接检测方法,研制了一套新型激光熔池动态检测系统,实时拍摄了激光熔凝中熔池冷却过程热辐射图像,进行了理论分析和实验验证,取得了熔池冷却时非稳态温度场分布数据。结果表明,激光熔凝熔池冷却过程分为熔化凝固和固态降温两个过程,检测得到了熔化时间、凝固时间、熔池温度场分布、熔池尺寸等信息。这一结果对于激光熔凝工艺参数的优化选择设计是有帮助的。     

激光熔覆镍基碳化钨金属陶瓷气孔问题研究

向Ni60＋25wt.% WC合金粉末中加入适量In2O3,选取合适的工艺参数,采用激光熔覆技术在A3#钢表面上获得了无气孔的高质量熔覆层。对熔覆层显微组织进行了观察和分析。In2O3能够减少Ni60＋25wt．％WC激光熔覆层气孔的原因在于加入适当比例的In2O3后能够抑制WC的分解,从而减少熔池内C的含量,减小了熔池内形成CO和CO2的可能性。     

万瓦级激光熔敷宽带扫描转镜的研究

研制了万瓦级激光宽带扫描转镜，并作了ＮｉＣｒＳｉＢ／Ａ３钢熔敷试验。采用６－７ｋｗ激光，单道熔敷宽度４５ｍｍ，厚度１ｍｍ。     

激光深熔焊熔池及小孔的检测

激光深熔焊熔池-小孔包含丰富的反映熔深的信息.本文建立了基于视觉的熔池-小孔同轴检测系统,拍摄了不同焊接速度下熔池-小孔的清晰的图像,分析了熔池宽度、小孔直径随焊接速度的变化规律研究发现,小孔直径随焊接速度的增大先增加后减小,熔池宽度随焊接速度的增大而减小.     

激光快速成形过程的热行为及其影响

建立了激光快速成形(LRF)过程熔池的比色测温系统，分别采用实时跟踪和定点测量两种方式实现了熔池温度和熔池后沿冷却速率(温度梯度)的测量。结果表明，随着激光功率和送粉率的增大，熔池温度升高，熔池后沿冷却速率减小;随着激光扫描速度的增加，熔池温度下降，熔池后沿冷却速率增大。单道多层熔覆和多道搭接熔覆过程温度检测结果发现，随着沉积层数和沉积道数的增加，成形过程呈现热累积效应，即熔池温度逐渐升高，而熔池后沿的冷却速率则呈现完全相反的趋势。     

基于神经网络和粒子群算法的激光熔覆工艺优化

采用反向传播(BP)神经网络和粒子群算法相结合的方法对激光熔覆过程的工艺参数进行优化。运用BP神经网络建立熔覆带特征(熔覆带高度、熔覆带宽度)与熔覆工艺参数之间的预测模型,利用训练样本对所建立的网络进行训练,形成输入与输出之间的高度映射关系,在此基础上,使用粒子群优化算法对工艺参数进行寻优。试验结果表明,使用该方法优化得到的工艺参数进行加工获得的结果与预期结果有较小的误差,有利于获得预期的熔覆质量。