[发明专利]一种金属粉末激光快速成形温度场的检测方法及检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及金属粉末激光快速成形技术和温度场检测技术，具体为一种基于热电偶通、盲孔测温的金属粉末激光快速成形温度场的检测方法及检测系统。

背景技术

激光金属直接快速成形技术是在80年代末期出现的快速原型技术基础上结合同步同轴送料激光熔覆技术发展起来的一项先进制造技术。它涉及机械、激光、计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机数字控制、材料科学等领域的关键技术。它突破了传统快速成形工艺方法和成形材料的局限，是目前快速成形诸多方法中研究最多、最有发展前途的新型制造技术。但在金属零件激光快速成形制造中，成形零件经常出现的变形和开裂等问题是阻碍其拓展应用的最大障碍；导致这些问题出现的因素很多，但最根本原因在于激光光束局部加热所导致的温度场分布不均匀，造成在成形零件存在内应力集中现象，进而引起变形开裂。因此，揭示成形过程温度场演化规律是优化工艺参数、调控温度场分布、减小内应力集中和提高成形质量的前提和基础，而对成形过程温度场有效实时检测是揭示成形过程温度场演化规律的必要手段。

目前常用的测温方法主要有两种：接触式测温和非接触式测温。目前常采用基于红外测温仪的非接触式测温方法，但红外测温仪受加工环境的干扰比较大，且造价昂贵，更重要的是它仅能对成形过程的熔池温度和试样表面温度进行检测，无法对成形工件内部温度场进行检测，但成形工件内部温度场分布是直接影响成形零件内应力分布的主要因素，因此，成形工件内部温度场分布是温度检测的重点。

热电偶测温直接接触成形工件，属于直接测温方法，温度测量准确，是检测工件内部温度场分布的重要方法。另外，由于在新材料优化工艺参数成形实验中，需要大量重复性温度场检测实验。而热电偶直接接触工件测温，它即被凝固在成形工件内部，属于一次消耗不可再利用，增大了检测成本。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明目的在于提供一种金属粉末激光快速成形温度场的检测方法及其检测系统，实现准确和低成本检测。

本发明的技术方案如下:

本发明一种金属粉末激光快速成形温度场的检测方法，包括：在成形基板不同位置上预设若干个内置高温热电偶的通孔和盲孔，根据通孔和盲孔同时测温对比，得到激光快速成形过程中成形工件内部和基板内部温度场差异的具体规律，再采用盲孔测温的方法得到成形工件内部的温度场。

所述激光快速成形过程温度场分布的具体规律，按下述方法确定：同时测量成形基板不同位置上若干个通孔和盲孔内高温热电偶的温度，通过同一位置盲孔和通孔内热电偶的测温数据进行对比，得到不同情况下成形工件内部和基板内部温度场的分布情况和变化趋势，将成形工件内部和基板内部温度场进行对比分析，得到两者之间差异的具体规律。

采用本发明所述的金属粉末激光快速成形温度场检测方法的检测系统，包括：分置于成形基板通孔和盲孔内的多个高温热电偶、转换卡、数据采集模块和内置测温系统软件的计算机，热电偶与数据采集模块连接，数据采集模块通过信号转换卡连接在计算机上。

所述的热电偶通过其安装结构置于成形基板的通孔或盲孔中，其安装结构包括：

基板支架，置于基板下方，并固定在支架底座上；

底部压板，位于基板支架内热电偶下方，在各个热电偶上分别套装有与底部压板相接触的弹簧，底部压板上设有至少三个与支架底座相接触的调节螺钉。

本发明中所述成形基板设置的盲孔和通孔，两两一组，其中盲孔的底部与基板上表面的距离为0.1-2mm。所述高温热电偶的测温范围为0-1800℃，热电偶的实际测温点裸露在外。所述的转换卡为RS232通讯转RS485通讯。

所述的测温系统软件的具体控制流程为：

步骤1）：进行串口参数配置；

步骤2）：进行数据采样周期设置，采样周期设为1000毫秒以上；

步骤3）：写入串口通讯命令，采用的通讯协议是ASCII命令/响应协议，即输入命令格式是ASCII格式；

步骤4）：读取系统数据缓冲区的温度数据，所述读取的数据格式是字符串形式；

步骤5）：对步骤4）中读取的字符串数据进行数据格式转换；

步骤6）：对温度数据进行除噪处理；

步骤7）：对温度数据进行滤波处理，滤波方式是逐点中值滤波；

步骤8）：进行温度曲线的实时显示；同时进行高低温报警环节设置；

步骤9）：将温度数据写入到EXCEL表格之中。

本发明具有如下优点：