[实用新型]一种激光选区熔化加工过程熔池温度实时监测装置

说明书

本实用新型提供一种激光选区熔化加工过程熔池温度实时监测装置，包括光路连接的激光光路系统和熔池温度监测系统组成的熔池温度实时监控装置，其中，所述激光光路系统包括激光器、半透半反镜和振镜，所述激光器通过半透半反镜与振镜光路连接；所述熔池温度监测系统包括分光镜、第一滤镜、第二滤镜、第一高速相机、第二高速相机、采集处理器和计算机，所述分光镜、第一滤镜和第一高速相机依次电路连接，所述分光镜、第二滤镜和第二高速相机依次电路连接，所述第一高速相机和第二高速相机电讯连接采集处理器，所述采集处理器电讯连接计算机。本实用新型有效地解决激光选区熔化加工过程中熔池温度的实时监测问题。

技术领域

本实用新型属于激光选区熔化实时监控领域，尤其涉及一种激光选区熔化加工过程熔池温度实时监测装置。

背景技术

激光选区熔化技术是一种通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件的技术。

在激光选区熔化加工过程中，每一层加工时，熔池下方的导热往往不是均匀一致的，熔池下方可能是实体零件和实体支撑，也可能是粉末和非实体支撑，这时如果采用固定的激光功率和扫描速度去扫描加工，就会导致熔池的温度场情况各不相同，进而导致零件内部残留大量的残余应力等问题。此外，熔池的不稳定往往在制造过程中会导致一些其他缺陷，如孔隙等。可见，如果能在加工过程中实时监测熔池温度，进而调整激光功率和扫描速度将能更有效地确保零件工艺加工的稳定性。

目前尚无激光选区熔化工艺过程中熔池温度的精确测量方法，由于激光选区熔化属于激光加工工艺，工艺过程中包含金属加热熔化和冷却凝固的典型热过程，对于热过程的测量通常会采用红外热像仪来监测，该方法主要受限于红外热像仪的固有响应速度，红外热像仪的响应速度与熔池监测所需相差多个数量级；再者，红外热像仪的分辨力也难以满足要求。

此外也有研究人员尝试通过光电二极管监测熔池辐射光强度间接表征熔池热情况。根据熔池辐射光强度大小(监测电压值大小)间接表征熔池的温度是否过高或过低，但该方法只能定性说明温度大小，无法测量出具体的熔池温度值。因此，目前尚无能够实现激光选区熔化加工过程中实时熔池温度的精确测量的办法。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于提供一种激光选区熔化加工过程熔池温度实时监测装置，通过激光光路系统与熔池温度监测系统，对激光选区熔化工艺过程中熔池温度进行精确测量。

本实用新型的技术方案如下：

一种激光选区熔化加工过程熔池温度实时监测装置，包括光路连接的激光光路系统和熔池温度监测系统组成的熔池温度实时监控装置，

其中，所述激光光路系统包括激光器、半透半反镜和振镜，所述激光器通过半透半反镜与振镜光路连接；

所述熔池温度监测系统包括分光镜、第一滤镜、第二滤镜、第一高速相机、第二高速相机、采集处理器和计算机，所述分光镜、第一滤镜和第一高速相机依次光路连接，所述分光镜、第二滤镜和第二高速相机依次光路连接，所述第一高速相机和第二高速相机电讯连接采集处理器，所述采集处理器电讯连接计算机。

优选的，所述激光光路系统将激光光束照射到成型平台，熔化成型平台表面的金属粉末形成熔池。

优选的，所述半透半反镜100％反射1064nm的激光，并将600nm-1000nm的熔池的辐射波段增透。

优选的，所述分光镜将由半透半反镜传输过来的熔池的辐射信息分为两部分，分别传输到第一滤镜和第二滤镜，分光比例为1:1。

优选的，所述第一滤镜实现700nm单通滤光，并将通过的700nm波段辐射信息传输到第一高速相机。