激光再制造技术近年来在国内外已受到普遍关注,形成激光加工与先进制造技术一个前沿和热点,已在国内外得到重要的工业应用。该项技术尚处于发展之中,目前的研究多限于设备、工艺和材料等方面,激光再制造中许多基础理论问题尚需深入开展研究,如高功率激光与粉末流相互作用理论及粉末流状态的检测技术研究,激光再制造过程中熔池内外传热、传质及对流理论及对冶金组织性能的影响,激光再制造的CAD/CAM软件研究开发,激光再制造过程中温度及尺寸精度控制检测等。这些问题使其应用受到很大限制。本文旨在研究激光再制造过程中激光熔池的温度场分布,提出采用CCD进行温度场检测,为该技术的发展作进一步研究。 本文介绍了激光再制造的原理,综述了国内外发展现状,主要围绕研究对象进行了以下研究工作: 1.建立激光熔池温度场非稳态物理数学模型,采用ANSYS有限元分析软件对所建立的模型进行数值分析,得到了激光熔池在不同时间、激光移动速度、激光功率、模型厚度和光斑直径情况下的温度场分布。 2.从普朗克辐射定律出发,分析比色测温原理,建立CCD比色测温模型,进行模型响应、灵敏度和温度误差分析。分析表明,采用蓝色和绿色(B、G)两种波长作为比色测温的两个波长选择时,系统有比较好的线性响应、高的灵敏度,而且测温误差较小。 3.分析单通道和双通道两种比色测温结构,选择彩色CCD单通道方案,选择了镜头、CCD摄像机和数据采集卡,建立折射式CCD测温系统。该系统结构简单,适应性和实用性好,可用于激光再制造温度场检测。 4.在侧向送粉和同轴送粉两种实验条件下,现场拍摄激光熔池的照片。表明激光熔池可以通过CCD拍摄,经过数字图像处理得到图像的灰度图分布,通过该图像灰度图再经过标定便可以得到激光熔池的温度场分布。