激光再制造機器人同軸送粉中光粉耦合機理及實驗研究.pdf

1、激光再制造機器人作為激光再制造的重要技術(shù)載體，綜合了激光再制造技術(shù)與機器人技術(shù)的優(yōu)點，受到越來越廣泛的關(guān)注，成為先進制造技術(shù)研究領(lǐng)域一個重要研究方向。激光再制造機器人的加工過程是復(fù)雜的動態(tài)過程，理論分析和實驗研究難度較大，它涉及遠程氣/粉輸送機理、高功率激光與粉末流耦合機理、激光熔覆層形成機理等基礎(chǔ)問題。
　　激光再制造機器人同軸送粉中高功率激光與材料相互作用物理過程十分復(fù)雜，主要表現(xiàn)為激光在合金粉末流中吸收和透射機理、激光束與粉

2、末流空間耦合等基礎(chǔ)問題，從理論和試驗上開展同軸送粉中光粉耦合研究對激光再制造機器人的發(fā)展和應(yīng)用具有重要指導(dǎo)作用。
　　本文針對同軸送粉中光粉耦合機理，對激光與粉末相互作用過程進行了理論研究，開展了大量的實驗檢測和分析，主要做了以下創(chuàng)新工作:
　　1)根據(jù)激光再制造機器人工作機理，建立了同軸送粉理論模型，主要分析了同軸送粉頭幾何參數(shù)（送粉通道錐面傾角、出粉口寬度等）、送粉量和送粉速度對粉末流的匯聚性、形貌和濃度的影響規(guī)律。設(shè)計

3、了一套可模塊化拆裝組合的同軸送粉頭，進行了一系列的同軸送粉實驗。
　　2)基于Beer-Lambert定律，研究了激光在粉末流中吸收和透射規(guī)律，建立了激光在粉末流中的衰減數(shù)理模型。采用熔覆粉末Stellite Ni25，在不同激光功率和送粉量條件下進行了測試激光衰減的實驗，研究了不同工藝參數(shù)對激光衰減的影響。
　　3)開發(fā)了基于CMOS的激光再制造粉末流場檢測系統(tǒng)，研究了送粉頭幾何參數(shù)和送粉工藝參數(shù)（載氣流量、送粉量、加工角

4、）對粉末流幾何形貌、匯聚性等的影響情況，分析了其規(guī)律，為同軸送粉頭的優(yōu)化設(shè)計和激光再制造工藝參數(shù)的選擇提供了實驗依據(jù)。
　　4)基于普朗克熱輻射定律和比色測溫原理，建立了粉末流溫度場檢測模型和基于CCD的粉末流溫度場檢測裝置。采用YAG激光和CO2激光，開展了大量的粉末流溫度場檢測試驗，得到不同工藝參數(shù)下的粉末流溫度場分布數(shù)據(jù)，分析了各個參數(shù)對溫度場的影響?；贑CD光柵光譜技術(shù)，設(shè)計了激光粉末流光譜檢測系統(tǒng)，研究了不同送粉量和激