激光选区熔化熔池监测系统设计与测试分析.pdf

总第225期西冶金Total225

2024年第10期ShanxiMetallurgyNo.10，2024

试（实）验研究

DOI:10.16525/j.14-1167/tf.2024.10.016

激光选区熔化熔池监测系统设计与测试分析★

黄金永，郑晓峰，顾盛挺，娄岳海，姚荣庆

浙江机电职业技术学院，浙江杭州310053）

摘要：熔池温度会影响制件的微观组织、残余应力，使之产生变形，而激光功率、扫描速度等工艺参数以及气流抖

动、部件振动等不良因素会影响熔池形貌。对熔池温度和形貌进行监测与分析，对提升制件质量具有积极意义。结

合热成像传感器设计了熔池温度监测系统，获取了熔池温度分布图像，建立了熔池温度场预测模型，并进行了不同

激光功率作用下熔池温度测量实验。实验结果显示，理论熔池峰值温度与实际熔池峰值温度误差在-7%~-10%之

间。结合高速工业相机设计了熔池形貌监测系统，获取了熔池形貌图像，通过图像滤波、图像分割、边缘检测、几何

特征识别等处理，获得了熔池几何参数。该项目研究成果为激光选区熔化在线实时调节提供技术支撑。

关键词：激光选区熔化；监测系统；熔池温度；熔池形貌；测试分析

中图分类号：TG665文献标识码：A文章编号：1672-1152（2024）10-0043-06

0引言等通过双路径成像获得了熔池图像，并通过梯度和基

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激光选区熔化过程中，激光束的高能量密度和高于灰度的邻域超像素合并提取了熔池轮廓。Xia等

方向性被用来精确熔化选定的粉末材料区域。当激光采用自适应维纳滤波和Canny算法对熔池图像进行

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照射到粉层表面时，金属粉末受热熔化形成熔池。了处理，获得了其边缘宽度。

熔池存在较大的温度梯度，表面张力在熔池表面1熔池温度监测系统及预测模型

产生，其空间梯度即马兰戈尼应力，是熔池流动的

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主要驱动力。当熔池温度较低时，粉末无法正常熔熔池温度监测系统如图1所示。激光经过光束隔

化，可能导致打印件内部有较多尺寸较大的孔隙，严离器、扩束镜、振镜、F-兹镜组成的光路系统后聚焦于

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重影响零件的力学性能。而当熔池温度较高时，熔金属粉末，使金属粉末熔化形成熔池。高温熔池随着

池内金属液体大量气化，可能造成熔池飞溅更加严温度的变化辐射出不波长的红外光束，红外热成像

重。同时液体金属的冷却与凝固、凝固层的热循环等传感器通过内部光学系统将红外光束聚焦在红外探

都与热传递密切相关。成型温度直接影响制件的微观测器上，并将红外辐射能量转变为电信号，通过数据

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组织、