激光熔池實時監控方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光重熔過程中溫度監測技術領域，具體是一種激光熔池實時監控方法。
【背景技術】
[0002]激光重熔過程中不可避免的產生熔池，溫度場的演變決定了激光熔池內的傳熱傳質，進而直接影響到了熔池的形狀、涂層及基體的組織、性能、零件的表面質量等，因此激光重熔過程中溫度場的測量和檢測至關重要。
[0003]目前激光重熔過程中溫度場的測量一般都是通過熱電偶或人工通過紅外測溫儀檢測幾個固定的點，然后進行分析處理，最終的實驗結果有一定的誤差，而且不能直觀反映整個重熔過程中溫度的實時變化。

【發明內容】

[0004]為了解決上述現有技術的缺點，本發明提供一種激光熔池實時監控方法，可以在激光重熔過程中連續監測熔池的溫度變化，并實時顯示熔池的溫度信息。
[0005]本發明是以如下方案實現的:一種激光熔池實時監控方法，包括一安裝在主軸上的支架；在支架上安裝有用于采集激光熔池溫度信息的紅外探頭以及報警裝置；用于處理紅外探頭采集的溫度信息且帶有顯示器的控制箱，控制箱內部安裝有控制電路，控制電路通過繼電器連接溫度場的電源開關；所述的控制電路包括一中央控制器，分別與中央控制器連接的測溫分析模顯示器、數據存儲模塊、通訊模塊和電源模塊，通訊模塊連接一上位機，具體監控方法是:利用主紅外探頭對激光熔池進行逐點掃描采樣，同時輔助紅外探頭對主紅外探頭的采樣信息進行補償，減少誤差的產生，兩個紅外探頭測出的信號都經過測溫分析模塊放大、濾波、溫度補償、A/D轉換等信息處理后送往中央處理器，經中央處理器計算分析后能通過圖像的形式在顯示器上顯示，并將數據送入存儲模塊備份，實驗員通過顯示器能清楚的觀察到激光重熔過程中溫度變化，便于工作人員讀取，取代以往逐點測溫，再分析處理的方式，給激光重熔過程中溫度場的獲取及分析處理帶來極大的方便，當溫度超過上限時啟動報警裝置，同時關閉激光熔池電源。
[0006]本發明的有益效果是:集成度高，體積小，成本低，不必改變激光器及數控機床的現有機械結構，直接安裝在主軸頭部就能連續性的檢測焊接過程中的溫度變化，取代以往逐點測溫，再分析處理的方式，給激光重熔過程溫度場的獲取及分析處理帶來極大的方便。
[0007]
【附圖說明】
下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明。
[0008]圖1是本發明結構示意圖；
圖2是紅外探頭結構示意圖；
圖3是紅外探頭安裝位置示意圖；
圖4是控制電路原理圖。
[0009]圖中:1、主軸；2、紅外探頭；3、激光熔池；4、控制箱；5、支架，51、半圓箍，52、架臂。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所示，一種激光熔池實時監控方法有一安裝在主軸上的支架5 ;在支架5上安裝有用于采集激光熔池溫度信息的紅外探頭2以及報警裝置；用于處理紅外探頭采集的溫度信息且帶有顯示器的控制箱4，控制箱4內部安裝有控制電路，控制電路通過繼電器連接溫度場的電源開關；所述的控制電路包括一中央控制器，分別與中央控制器連接的測溫分析模顯示器、數據存儲模塊、通訊模塊和電源模塊，如圖2所示，所述的紅外探頭2由透鏡21、濾光片22、調制盤23、溫度補償傳感器24、光電敏感元件25和電動機26組成。由于激光重熔過程的溫度一般都為數百度以上的高溫，用波長為0.75?3um范圍內的近紅外光，所以透鏡材料一般為光學玻璃和石英等。電動機工作帶動調制盤旋轉，將被測的紅外輻射調制成交變的紅外輻射線，紅外測溫裝置通過光電敏感元件將遠紅外輻射能變換為電信號，輸出給測溫分析模塊進行處理，同時溫度補償傳感器也固定在紅外探頭內用于檢測信號。
[0011]如圖3所示，所述的紅外探頭2有兩個，其中一個是用于對熔池進行逐點掃描采樣的主紅外探頭，另一個是對主紅外探頭的采樣信息進行補償的輔助紅外探頭；兩個紅外探頭2處于同一水平面上。主紅外探頭與輔助紅外探頭要處于同一水平面，且延長線要正對激光熔池，并且保證位置可調，以確保溫度的精確測量。
[0012]所述的支架5包括兩個對稱的半圓箍51，每個半圓箍上51上安裝一架臂52 ;每一個架臂52的底端安裝一紅外探頭2。
[0013]如圖4所示，所述的控制電路包括一中央控制器，分別與中央控制器連接的測溫分析模模塊、顯示器、數據存儲模塊、通訊模塊和電源模塊，通訊模塊連接一上位機。
[0014]測溫分析模塊:將兩個紅外探頭傳輸過來的信息進行放大、濾波、溫度補償處理，A/D轉化，從而產生中央處理器可接受的TTL電平脈沖。
[0015]中央控制器:整個裝置的核心部位，主要進行數據的計算分析處理比較，決定最終輸出的溫度曲線圖。
[0016]顯示器:用于顯示整個過程的溫度值和溫度變化曲線圖。
[0017]數據存儲模塊:用于存儲整個過程的數據，進行數據備份。
[0018]通訊模塊:與上位機直接相連，通過上位機可以進行更全面、更仔細、更深入的分析處理工作。
[0019]電源模塊:給以上各模塊提供電源。
[0020]上位機用于遠程實施操控溫度場設備用。
[0021]所述的測溫分析模塊包括放大單元，與放大單元連接的濾波單元，與濾波單元連接的同步檢測單元，與同步檢測單元連接的多諧振蕩器，與同步檢測單元連接的加法器，與加法器連接的A/D轉換器，與加法器連接的溫度補償單元；所述的溫度補償單元與紅外探頭中的溫度補償傳感器連接，所述的放大單元與紅外探頭中的光電敏感原件連接。放大單元是選用集成運放作為模擬放大器，且運放工作于線性放大區，電路的輸出與輸入之間存在一一對應的關系，反饋信號通過反饋電阻送到輸入端，即利用電壓本身的變化量通過反饋網絡對放大電路起自動調整作用，最終達到放大并穩定輸出電壓的作用；濾波單元采用集成運放組成的有源濾波器，由兩節RC濾波電路和反相比例放大電路所組成，開環電壓增益的輸入阻抗很高，輸出阻抗較低，而且具有一定的電壓放大和緩沖作用；溫度補償單元采用二極管溫度補償電路，利用半導體受到外界的光和熱的刺激時，其導電性能將會發生其顯著變化，在將二極管的溫度補償信號經差動放大以補償環境溫度的影響。其余單元也都是比較常見的電路。
[0022]工作過程:將本裝置直接安裝在主軸I頭部，利用主紅外探頭對激光熔池3進行逐點掃描采樣，同時輔助紅外探頭對主紅外探頭的采樣信息進行補償，減少誤差的產生，兩個紅外探頭測出的信號都經過測溫分析模塊放大、濾波、溫度補償、A/D轉換等信息處理后送往中央處理器，經中央處理器計算分析后能通過圖像的形式在顯示器上顯示，并將數據送入存儲模塊備份，實驗員通過顯示器能清楚的觀察到激光重熔過程中溫度變化，便于工作人員讀取，取代以往逐點測溫，再分析處理的方式，給激光重熔過程中溫度場的獲取及分析處理帶來極大的方便，當溫度超過上限時啟動報警裝置，同時關閉激光熔池電源。
[0023]在實驗進行中或實驗后，都能通過通訊模塊與上位機相連對剛才的加工過程進行反復觀察、定點分析、溫度場的分析處理等操作，能更好，更快，更準確的得出溫度場結果。
【主權項】
1.一種激光熔池實時監控方法，其特征在于:包括一安裝在主軸上的支架(5);在支架(5)上安裝有用于采集激光熔池溫度信息的紅外探頭(2)以及報警裝置；用于處理紅外探頭采集的溫度信息且帶有顯示器的控制箱(4)，控制箱(4)內部安裝有控制電路，控制電路通過繼電器連接溫度場的電源開關；所述的控制電路包括一中央控制器，分別與中央控制器連接的測溫分析模顯示器、數據存儲模塊、通訊模塊和電源模塊，通訊模塊連接一上位機，具體監控方法是:利用主紅外探頭對激光熔池進行逐點掃描采樣，同時輔助紅外探頭對主紅外探頭的采樣信息進行補償，減少誤差的產生，兩個紅外探頭測出的信號都經過測溫分析模塊放大、濾波、溫度補償、A/D轉換等信息處理后送往中央處理器，經中央處理器計算分析后能通過圖像的形式在顯示器上顯示，并將數據送入存儲模塊備份，實驗員通過顯示器能清楚的觀察到激光重熔過程中溫度變化，便于工作人員讀取，取代以往逐點測溫，再分析處理的方式，給激光重熔過程中溫度場的獲取及分析處理帶來極大的方便，當溫度超過上限時啟動報警裝置，同時關閉激光熔池電源。
2.根據權利要求1所述的激光熔池實時監控方法，其特征在于:所述的紅外探頭(2)由透鏡(21)、濾光片(22)、調制盤(23)、溫度補償傳感器(24)、光電敏感元件(25)和電動機(26)組成。
3.根據權利要求1所述的激光熔池實時監控方法，其特征在于:所述的紅外探頭(2)有兩個，其中一個是用于對熔池進行逐點掃描采樣的主紅外探頭，另一個是對主紅外探頭的采樣信息進行補償的輔助紅外探頭；兩個紅外探頭(2)處于同一水平面上。
4.根據權利要求1-3任一項所述的激光熔池實時監控方法，其特征在于:所述的支架(5)包括兩個對稱的半圓箍(51)，每個半圓箍上(51)上安裝一架臂(52);每一個架臂(52)的底端安裝一紅外探頭(2 )。
【專利摘要】本發明公開了一種激光熔池實時監控方法，涉及激光重熔過程中溫度監測技術領域。該裝置包括一安裝在主軸上的支架；在支架上安裝有用于采集激光熔池溫度信息的紅外探頭以及報警裝置；用于處理紅外探頭采集的溫度信息且帶有顯示器的控制箱，控制箱內部安裝有控制電路，控制電路通過繼電器連接溫度場的電源開關；所述的控制電路包括一中央控制器，分別與中央控制器連接的測溫分析模顯示器、數據存儲模塊、通訊模塊和電源模塊，通訊模塊連接一上位機。優點是：給激光重熔過程溫度場的獲取及分析處理帶來極大的方便。
【IPC分類】G01J5-10, B23K26-70
【公開號】CN104677503
【申請號】CN201310643707
【發明人】張金柱
【申請人】徐州盛高礦山機械制造有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年12月3日