专利名称：激光重熔过程中温度场实时监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光重熔过程中温度监测技术领域，具体是一种激光重熔过程中温度场实时监测装置。
背景技术：
激光重熔过程中不可避免的产生熔池，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、涂层及基体的组织、性能、零件的表面质量等，因此激光重熔过程中温度场的测量和检测至关重要。
目前激光重熔过程中温度场的测量一般都是通过热电偶或人工通过红外测温仪检测几个固定的点，然后进行分析处理，最终的实验结果有一定的误差，而且不能直观反映整个重熔过程中温度的实时变化。
发明内容为了解决上述现有技术的缺点，本实用新型提供一种激光重熔过程中温度场实时监测装置，可以在激光重熔过程中连续监测熔池的温度变化，并实时显示熔池的温度信息。本实用新型是以如下方案实现的一种激光重熔过程中温度场实时监测装置，包括一安装在主轴上的支架；在支架上安装有用于采集激光熔池温度信息的红外探头；用于处理红外探头采集的温度信息且带有显示器的控制箱，控制箱内部安装有控制电路。本实用新型的有益效果是集成度高，体积小，成本低，不必改变激光器及数控机床的现有机械结构，直接安装在主轴头部就能连续性的检测焊接过程中的温度变化，取代以往逐点测温，再分析处理的方式，给激光重熔过程温度场的获取及分析处理带来极大的方便。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。
图1是本实用新型结构示意图；图2是红外探头结构示意图；图3是红外探头安装位置示意图；图4是控制电路原理图。图中1、主轴；2、红外探头；3、激光熔池；4、控制箱；5、支架，51、半圆箍，52、架臂。
具体实施方式
如图1所示，一种激光重熔过程中温度场实时监测装置，包括一安装在主轴上的支架5 ；在支架5上安装有用于采集激光熔池3温度信息的红外探头2 ；用于处理红外探头采集的温度信息的控制箱4，控制箱4内部安装有控制电路。如图2所示，所述的红外探头2由透镜21、滤光片22、调制盘23、温度补偿传感器24、光电敏感元件25和电动机26组成。由于激光重熔过程的温度一般都为数百度以上的高温，用波长为0. 75 3um范围内的近红外光，所以透镜材料一般为光学玻璃和石英等。电动机工作带动调制盘旋转，将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射线，红外测温装置通过光电敏感元件将远红外辐射能变换为电信号，输出给测温分析模块进行处理，同时温度补偿传感器也固定在红外探头内用于检测信号。如图3所示，所述的红外探头2有两个，其中一个是用于对熔池进行逐点扫描采样的主红外探头，另一个是对主红外探头的采样信息进行补偿的辅助红外探头；两个红外探头2处于同一水平面上。主红外探头与辅助红外探头要处于同一水平面，且延长线要正对激光熔池，并且保证位置可调，以确保温度的精确测量。 所述的支架5包括两个对称的半圆箍51，每个半圆箍上51上安装一架臂52 ；每一个架臂52的底端安装一红外探头2。如图4所示，所述的控制电路包括一中央控制器，分别与中央控制器连接的测温分析模模块、显示器、数据存储模块、通讯模块和电源模块。测温分析模块将两个红外探头传输过来的信息进行放大、滤波、温度补偿处理， A/D转化，从而产生中央处理器可接受的TTL电平脉冲。中央控制器整个装置的核心部位，主要进行数据的计算分析处理比较，决定最终输出的温度曲线图。显示器用于显示整个过程的温度值和温度变化曲线图。数据存储模块用于存储整个过程的数据，进行数据备份。通讯模块与PC机直接相连，通过PC机可以进行更全面、更仔细、更深入的分析处
理工作。电源模块给以上各模块提供电源。所述的测温分析模块包括放大单元，与放大单元连接的滤波单元，与滤波单元连接的同步检测单元，与同步检测单元连接的多谐振荡器，与同步检测单元连接的加法器，与加法器连接的A/D转换器，与加法器连接的温度补偿单元；所述的温度补偿单元与红外探头中的温度补偿传感器连接，所述的放大单元与红外探头中的光电敏感元件连接。放大单元是选用集成运放作为模拟放大器，且运放工作于线性放大区，电路的输出与输入之间存在一一对应的关系，反馈信号通过反馈电阻送到输入端，即利用电压本身的变化量通过反馈网络对放大电路起自动调整作用，最终达到放大并稳定输出电压的作用；滤波单元采用集成运放组成的有源滤波器，由两节RC滤波电路和反相比例放大电路所组成，开环电压增益的输入阻抗很高，输出阻抗较低，而且具有一定的电压放大和缓冲作用；温度补偿单元采用二极管温度补偿电路，利用半导体受到外界的光和热的刺激时，其导电性能将会发生其显著变化，在将二极管的温度补偿信号经差动放大以补偿环境温度的影响。其余单元也都是比较常见的电路。工作过程将本装置直接安装在主轴1头部，利用主红外探头对激光熔池3进行逐点扫描采样，同时辅助红外探头对主红外探头的采样信息进行补偿，减少误差的产生，两个红外探头测出的信号都经过测温分析模块放大、滤波、温度补偿、A/D转换等信息处理后送往中央处理器，经中央处理器计算分析后能通过图像的形式在显示器上显示，并将数据送入存储模块备份，实验员通过显示器能清楚的观察到激光重熔过程中温度变化，便于工作人员读取，取代以往逐点测温，再分析处理的方式，给激光重熔过程中温度场的获取及分析处理带来极大的方便。
在实验进行中或实验后，都能通过通讯模块与PC机相连对刚才的加工过程进行反复观察、定点分析、温度场的分析处理等操作，能更好，更快，更准确的得出温度场结果。
权利要求1.一种激光重熔过程中温度场实时监测装置，其特征在于包括一安装在主轴上的支架(5)；在支架(5)上安装有用于采集激光熔池温度信息的红外探头(2)；用于处理红外探头采集的温度信息且带有显示器的控制箱(4)，控制箱(4)内部安装有控制电路。
2.根据权利要求1所述的激光重熔过程中温度场实时监测装置，其特征在于所述的红外探头(2)由透镜(21)、滤光片(22)、调制盘(23)、温度补偿传感器(24)、光电敏感元件 (25)和电动机(26)组成。
3.根据权利要求1或2所述的激光重熔过程中温度场实时监测装置，其特征在于所述的红外探头(2)有两个，其中一个是用于对熔池进行逐点扫描采样的主红外探头，另一个是对主红外探头的采样信息进行补偿的辅助红外探头；两个红外探头(2)处于同一水平面上。
4.根据权利要求3所述的激光重熔过程中温度场实时监测装置，其特征在于所述的支架(5)包括两个对称的半圆箍(51)，每个半圆箍上(51)上安装一架臂(52)；每一个架臂 (52)的底端安装一红外探头(2)。
5.根据权利要求1所述的激光重熔过程中温度场实时监测装置，其特征在于所述的控制电路包括一中央控制器，分别与中央控制器连接的测温分析模显示器、数据存储模块、 通讯模块和电源模块。
6.根据权利要求5所述的激光重熔过程中温度场实时监测装置，其特征在于所述的测温分析模块包括放大单元，与放大单元连接的滤波单元，与滤波单元连接的同步检测单元，与同步检测单元连接的多谐振荡器，与同步检测单元连接的加法器，与加法器连接的A/ D转换器，与加法器连接的温度补偿单元；所述的温度补偿单元与红外探头中的温度补偿传感器连接，所述的放大单元与红外探头中的光电敏感元件连接。
专利摘要本实用新型公开了一种激光重熔过程中温度场实时监测装置，涉及激光重熔过程中温度监测技术领域。该装置有一安装在主轴上的支架；在支架上安装有用于采集激光熔池温度信息的红外探头；用于处理红外探头采集的温度信息且带有显示器的控制箱，控制箱内部安装有控制电路。优点是集成度高，体积小，成本低，不必改变激光器及数控机床的现有机械结构，直接安装在主轴头部就能连续性的检测焊接过程中的温度变化，取代以往逐点测温，再分析处理的方式，给激光重熔过程温度场的获取及分析处理带来极大的方便。
文档编号G01J5/10GK202119540SQ20112021986
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者刘忆, 张佐营, 李清伟, 杜成超, 杨根喜, 胡志强, 郭华锋 申请人:徐州工程学院