[发明专利]基于LabView的激光熔覆/激光重熔过程温度场实时监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光加工过程温度场测量领域，具体来说，是一种基于LabView的激光熔覆/激光重熔过程温度场实时监测系统。

背景技术

激光熔覆、激光重熔、激光焊接等激光加工过程一个共同的特点就是在高能束激光作用下与金属材料相互作用形成高温熔池。但激光加工特有的急冷急热特性以及输入能量的不均衡不稳定特点势必导致温度场的显著变化，影响金属熔池的稳定性，产生较大的温度梯度和热应力，进而引起成形件或涂层的翘曲变形、开裂等缺陷。比外，加工过程中温度场的演变决定了激光熔池内的传热传质，进而直接影响到了熔池的形状、金属层及基体的组织、性能、表面质量等。因此对激光加工过程进行温度场测量和监控，对于揭示其温度场演变规律、合理选择材料及优化加工工艺参数、控制成形质量有着极其重要的意义。

目前激光熔覆/激光重熔过程中温度场的测量一般都是通过热电偶、便携式红外测温枪或红外热成像仪、基于高速CCD的温度场测量等方法进行。

热电偶测温具有结构简、单应用广泛、型号多、测温范围广、价格低廉等优点，但其测量方式为接触式测量，在测量时需要在基体上打孔埋入热电偶，对基体造成破坏，而且不能测量熔池中心点处的温度，只能定点测量，不能进行实时温度测量。

便携式红外测温枪或红外热成像仪属于非接触式测量，携带方便，而且能够进行远距离测量，近年来在测温领域使用越来越广泛。但商业化的红外测温枪或红外热成像仪测温范围较小，一般都在1200℃以下，如果要进行高温测量则需要专门定制、价格较为昂贵。关键是商业化的便携式红外测温枪不能对整个加工过程进行实时测量，只能采集某一时刻温度，无法获取加工过程温度场的演变规律。红外热成像仪虽然能够录制整个加工过程录像，获取加工过程温度场，但要根据其外形结构设计专用夹具，而且一般由于体积较大，不便于安装在加工机床主轴上。

基于高速CCD的温度场测量，其原理是通过高速CCD拍摄激光加工过程中熔池的热辐射图像，然后通过图像处理技术进行标定、对比即可得到物体表面的温度场分布，是高温物体温度场检测的一个新的发展趋势，但受黑体辐射源设备限制，其温度标定范围也受到限制，特别是在高温区域标定方面；而且在图像数据采集、图像处理、程序设计开发等方面较为繁琐，总体上还处于实验室阶段。

发明内容

为了解决上述现有技术和测温系统的不足，本发明提供一种基于LabView的激光熔覆/激光重熔过程温度场实时监测系统，该系统以上位机技术、单片机技术、虚拟仪器技术、测试技术等为基础，根据实际加工工艺研制出操作简单、界面友好、开放性强的温度实时测量系统，能够满足激光熔覆、激光重熔以及激光焊接等激光加工过程中温度场的测量需求。

本发明是以如下技术方案实现的：一种基于LabView的激光熔覆/激光重熔过程温度场实时监测系统，由软件控制部分和温度测量装置组成，其特征在于：所述的软件控制部分包含有LabView程序和单片机程序；LabView程序的参数设置包括控制界面模块、图形控制模块、参数显示模块、温度曲线动态显示窗口和动态温度计；

控制界面模块设有串口输入、波特率输入、启动/停止按钮、报警温度设置、数据输出路径设置和温度超限警告灯；

图形控制模块设有移动游标工具、缩放和平移选项，还有温度曲线设置选项；

参数显示模块设有日期、实时温度、报警温度、精度选择、时间和周期选择选项；

单片机程序设有与上位机串口通信模块、电压控制模块；

所述的温度测量装置由红外测温传感器、单片机、22.1184MHZ晶振及复位电路、单片机供电电源模块、红外传感器供电电源模块、激光加工机床构成；

将红外测温传感器通过线路与单片机连接，单片机通过RS232芯片与上位机相连，红外测温传感器电源模块与红外测温传感器连接，单片机电源模块与单片机连接；然后通过夹具将红外测温传感器固定在激光加工机床主轴上；通过夹具将红外测温传感器固定在激光加工机床主轴上。  

控制界面模块中数据输出路径设置可以保存为用Excel或Origin两种软件打开的文件。

图形控制模块中温度曲线设置选项具有折线图、散点图、数据点折线图、面积图、直线图、直方图六种常用显示模式。

所述的温度曲线动态显示窗口中纵坐标温度数值可以根据需求进行起始温度和终止温度设置，只需单击两端温度值，然后输入新的温度值即可。动态温度计也可以根据需求进行起始温度和终止温度设置。