CN116558648A - 一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统及方法，属于増材制造的技术领域。该系统包括：粉末床激光熔融装置，包括成型腔、成型平台和连续光纤激光器，连续光纤激光器用于产生激光，激光照射到金属粉末上，熔化金属粉末，以形成熔池；熔池测温装置，包括二向色镜、分光镜、第一红外窄带滤波片、第二红外窄带滤波片、第一光电二极管和第二光电二极管；熔池向外发出的热辐射红外光束经二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；两路光束分别到达两个光电二极管；数据处理装置，用于根据两个光电二极管采集到的信号计算获得熔池温度。本发明通过两个光电二极管测量熔池的绝对温度，具有高采样频率、高测量精度及低成本的优势。
Description
技术领域
本发明涉及増材制造的技术领域，尤其涉及一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统及方法。
背景技术
粉末床激光熔融技术(Laser powder bed fusion,LPBF)根据规划三维模型的扫描路径对粉末床上的金属粉末进行扫描，使金属粉末选择性熔化、凝固，最后叠加形成金属实体。该技术成型精度高、力学性能优异，目前已广泛用于航空航天、生物医疗以及汽车工业等领域。
热源是LPBF成型驱动力，金属粉末通过逐层熔融–凝固形成具有冶金强度的零件。其中，热分布和热传递是影响零件成型质量的关键因素，因此有必要对成型过程中的熔池温度进行实时测量，一般采用非接触式测温法来测量熔池温度。目前常用的仪器有红外热成像仪、高温计等，然而这些仪器的采样频率低，且成本高昂，不易用于工业化成产。
另外，由于仪器使用一段时间后，其精度会下降，为保证其测量精度，需要对测温仪器进行标定，由于粉末床激光熔融非接触式测温仪器常常同轴安装，拆卸麻烦，因此有必要研究原位溯源装置。
发明内容
为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统及方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统，包括：
粉末床激光熔融装置，包括成型腔、成型平台和连续光纤激光器，所述成型腔内设有铺粉单元，所述成型平台包括成型缸，所述铺粉单元用于将金属粉末铺到成型缸上，所述连续光纤激光器用于产生激光，激光照射到金属粉末上，熔化金属粉末，以形成熔池；其中在激光选区熔化时，所述成型平台设置在所述成型腔的下方；
熔池测温装置，包括二向色镜、分光镜、第一红外窄带滤波片、第二红外窄带滤波片、第一光电二极管和第二光电二极管；熔池向外发出的热辐射红外光束经所述二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片到达第一光电二极管，另一路光束经过第二红外窄带滤波片到达第二光电二极管；其中，所述第一红外窄带滤波片的中心波长和所述第二红外窄带滤波片的中心波长不同；
数据处理装置，与所述第一光电二极管和第二光电二极管连接，用于根据两个光电二极管采集到的信号计算获得熔池温度。
进一步地，所述温度测量系统还包括溯源装置，所述溯源装置包括黑体辐射源，所述黑体辐射源用于产生预设的温度；
在对温度测量值进行溯源时，关闭连续光纤激光器，将所述溯源装置设置在所述成型腔的下方；
所述黑体辐射源产生的热辐射红外光束经所述二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片到达第一光电二极管，另一路光束经过第二红外窄带滤波片到达第二光电二极管；
根据两个光电二极管采集到的信号计算黑体辐射源的温度值，根据计算获得的温度值和预设的温度值对光电二极管进行标定，以实现温度测量值的溯源。
进一步地，所述数据处理装置通过以下公式计算获得熔池温度：
其中，λ1为第一红外窄带滤波片的中心波长，λ2为第二红外窄带滤波片的中心波长，M1为第一光电二极管的输出信号与实际物体在波长下λ1光谱发射率的乘积，M2为第二光电二极管的输出信号与实际物体在波长λ2下光谱发射率的乘积；C2为第二辐射常数，C2＝hc/k＝1.438769×10-2(米×开尔文)，其中k为玻尔兹曼常数，h为普朗克常量，c为光速。
进一步地，所述粉末床激光熔融装置还包括场镜、振镜和准直器；
所述连续光纤激光器发射的激光依次经过所述准直器进行准直、所述二向色镜进行透射、所述振镜进行位置调整以及所述场镜进行聚焦后，到达成型缸；
熔池向外发出的热辐射红外光束依次经过所述场镜、所述振镜、所述二向色镜，反射到所述分光镜上。
进一步地，所述铺粉单元包括铺粉车、铺粉导轨和进气导轨；
所述铺粉车用于从粉料缸内刮带金属粉末，并沿着所述铺粉导轨到达预设的位置后落粉；
所述进气导轨用于输入保护气体。在LPBF成型过程中，要保证成型腔内充满惰性保护气体，防止被加工材料的氧化，进气导轨可使通入成型腔内的保护气流更加均匀。
进一步地，所述连续光纤激光器产生的激光的波长为1064nm；所述二向色镜的最短透射波长大于1000nm，且小于1064nm；所述二向色镜的最短反射波长小于800nm。
进一步地，所述分光镜的分光比例为1:1。
进一步地，所述第一红外窄带滤波片的中心波长为800nm，所述第二红外窄带滤波片的中心波长为900nm。
进一步地，所述成型平台设置在第一单元腔内，所述黑体辐射源设置在第二单元腔内；
所述第一单元腔和所述第二单元腔一体成型，且可移动地安装在所述成型腔的下方，在激光选区熔化时，将所述第一单元腔移动到所述成型腔的下方；在对温度测量值进行溯源时，将所述第二单元腔移动到所述成型腔的下方。
进一步地，所述第一单元腔内还设有粉料缸和粉末回收缸，所述粉料缸用于装放金属粉末，所述粉末回收缸用于收集废弃的粉末。
进一步地，所述黑体辐射源根据测温范围进行确定。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种粉末床激光熔融熔池的温度测量方法，应用于上所述的系统，包括以下步骤：
将激光照射到金属粉末上，熔化金属粉末，以形成熔池；
熔池向外发出的热辐射红外光束经所述二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片到达第一光电二极管，另一路光束经过第二红外窄带滤波片到达第二光电二极管；
获取两个光电二极管采集到的信号，根据采集到的信号计算熔池温度。
进一步地，所述温度测量方法还包括对温度测量值进行溯源的步骤：
关闭连续光纤激光器，将黑体辐射源设置在所述成型腔的下方，并控制黑体辐射源用于产生预设的恒定温度；
黑体辐射源产生的热辐射红外光束经所述二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片到达第一光电二极管，另一路光束经过第二红外窄带滤波片到达第二光电二极管；
根据两个光电二极管采集到的信号计算黑体辐射源的温度值，根据计算获得的温度值和预设的温度值对光电二极管进行标定，以实现温度测量值的溯源。
进一步地，所述温度测量方法还包括对温度测量系统内的测温元器件进行标定的步骤，所述测温元器件包括热成像仪和高温计。
本发明的有益效果是：本发明通过两个光电二极管测量熔池的绝对温度，具有高采样频率、高测量精度及低成本的优势。
另外，本发明在同一系统内实现熔池温度原位测量和溯源，避免传统离线溯源带来低效率、精度低以及高成本的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1是本发明实施例中一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中溯源装置的示意图；
图3是本发明实施例中一种粉末床激光熔融熔池的温度测量方法的步骤流程图；
图4是本发明实施例中一种非接触粉末床激光熔融熔池温度原位测量及溯源系统的实现方法的流程图。
附图标记：1-铺粉车；2-振镜；3-场镜；4-二向色镜；5-分光镜；6-第一红外窄带滤波片；7-第一聚焦透镜；8-第一光电二极管；9-第二红外窄带滤波片；10-第二聚焦透镜；11-数据采集卡；12-第二光电二极管；13-准直器；14-连续光纤激光器；15-铺粉导轨；16-进气导轨；17-黑体辐射源；18-成型缸；19-粉料缸。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统，包括：
粉末床激光熔融装置，包括成型腔、成型平台和连续光纤激光器14，所述成型腔内设有铺粉单元，所述成型平台包括成型缸18，所述铺粉单元用于将金属粉末铺到成型缸18上，所述连续光纤激光器14用于产生激光，激光照射到金属粉末上，熔化金属粉末，以形成熔池；其中在激光选区熔化时，所述成型平台设置在所述成型腔的下方；
熔池测温装置，包括二向色镜4、分光镜5、第一红外窄带滤波片6、第二红外窄带滤波片9、第一光电二极管8和第二光电二极管12；熔池向外发出的热辐射红外光束经所述二向色镜4反射后，到达分光镜5，由分光镜5将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片6到达第一光电二极管8，另一路光束经过第二红外窄带滤波片9到达第二光电二极管12；其中，所述第一红外窄带滤波片6的中心波长和所述第二红外窄带滤波片9的中心波长不同；
数据处理装置，与所述第一光电二极管8和第二光电二极管12连接，用于根据两个光电二极管采集到的信号计算获得熔池温度。
本实施例的温度测量系统的工作原理如下：成型腔内的铺粉单元，通过获取粉料缸内的金属粉末，并将金属粉末铺在成型缸18预设的位置上，激光束在成型缸18平面选择性的熔化粉末，从而形成熔池。待金属凝固后，继续铺粉，继续熔化，最终形成加工品。其中，作为一种可选的实施方式，铺粉车将粉料缸的粉末通过其下方的刮刀将粉末刮到成型缸上方并铺平，每成型一层，粉料缸上移一层，成型缸下降一层，铺粉车铺粉一次，往复循环。作为另一种可选的实施方式，金属粉末装放在粉料缸内，而粉料缸设置在成型平台附近，通过吸粉嘴或者其他吸粉部件吸取金属粉末，并通过运动平台，将吸取到的金属粉末运送到成型平台上方进行铺粉。作为另一种可选的实施方式，金属粉末装放在粉料瓶内，该粉料瓶设置在成型腔外，粉料瓶通过管道与落粉嘴连接，该落粉嘴设置在成型腔内，通过气压将粉料瓶内的金属粉末输送至落粉嘴上，通过运动平台将落粉嘴移动至预设的位置进行铺粉。参见图1，在本实施例中，铺粉单元包括铺粉车1、铺粉导轨15和进气导轨16，铺粉车1用于从粉料缸19中刮带金属粉末，并通过铺粉导轨15到达成型缸18进行铺粉。
在一些实施例中，可以通过激光头控制激光的发射，以及改变激光的照射位置，以使激光照射到成型平台上的不同位置；在另一些实施例中，可以通过在二维方向上移动成型平台，以使激光照射到成型平台上的不同位置。
熔池向外发出的热辐射红外光束分别经二向色镜4反射到分光镜5上，将该光束等分为两束光，经第一红外窄带滤波片6、第一聚焦透镜7组成的光路以及第二红外窄带滤波片9、第二聚焦透镜10组成的光路传播后分别被第一光电二极管8以及第二光电二极管12所接收，并将转换后的信号传输到数据采集卡11上进行存储，根据材料的辐射率，代入韦恩偏移定律，计算得到熔池绝对温度。在本实施例中，在红外窄带滤波片和光电二极管之间设置聚焦透镜，以使光线更好地照射到光电二极管上。
其中熔池温度的计算公式如下：
参见图1和图2，在一些可选的实施方式中，所述温度测量系统还包括溯源装置，所述溯源装置包括黑体辐射源17，所述黑体辐射源17用于产生预设的温度；
在对温度测量值进行溯源时，关闭连续光纤激光器14，将所述溯源装置设置在所述成型腔的下方；
所述黑体辐射源17产生的热辐射红外光束经所述二向色镜4反射后，到达分光镜5，由分光镜5将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片6到达第一光电二极管8，另一路光束经过第二红外窄带滤波片9到达第二光电二极管12；
根据两个光电二极管采集到的信号计算黑体辐射源17的温度值，根据计算获得的温度值和预设的温度值对两个光电二极管进行标定，以实现温度测量值的溯源。
所述温度测量系统包括增材加工模式和溯源模式。如上所述，当温度测量系统在增材加工模式下，成型平台位于成型腔正下方，对金属粉末进行加热。当温度测量系统在溯源模式下，将成型平台移出，将黑体辐射源17移到成型腔下方，具体地，使黑体辐射源17的上部的开口需与振镜2同轴。
需要注意的是，当温度测量系统在溯源模式下，黑体辐射源17不仅可以用于标定光电二极管，还可以用于热成像仪、高温计等测温元器件的标定，而且避免了系统的拆卸，大大提高了效率与精度。
参见图1，在一些可选的实施方式中，所述粉末床激光熔融装置还包括场镜3、振镜2和准直器13；所述连续光纤激光器14发射的激光依次经过所述准直器13进行准直、所述二向色镜4进行透射、所述振镜2进行位置调整以及所述场镜3进行聚焦后，到达成型缸18；
熔池向外发出的热辐射红外光束依次经过所述场镜3、所述振镜2、所述二向色镜4，反射到所述分光镜5上。
在本实施例中，连续光纤激光器14和熔池测温装置共用一套场镜3、振镜2，有效地降低成本。在连续光纤激光器14发射的光路上，激光经过准直器13进行准直，然后经过二向色镜4进行透射，在依次通过振镜2和场镜3，到达成型缸18，以对金属粉末进行加热。同时，熔池向外发出的热辐射红外光束依次经场镜3和振镜2，到达二向色镜4，通过二向色镜4进行反射，到达分光镜5。作为一种可选的实施方式，该分光镜5的分光比例为1:1。作为一种可选的实施方式，该二向色镜为长通二向色镜。作为一种可选的实施方式，当温度测量系统在溯源模式下，成型缸18的中心与场镜3应同轴心。
在一些可选的实施方式中，所述连续光纤激光器14产生的激光的波长为1064nm；所述二向色镜4的最短透射波长大于1000nm，且小于1064nm；所述二向色镜4的最短反射波长小于800nm；所述第一红外窄带滤波片6的中心波长为800nm，所述第二红外窄带滤波片9的中心波长为900nm。
参见图1，在一些可选的实施方式中，所述成型平台设置在第一单元腔内，所述黑体辐射源17设置在第二单元腔内；
所述第一单元腔和所述第二单元腔一体成型，且可移动地安装在所述成型腔的下方，在激光选区熔化时，将所述第一单元腔移动到所述成型腔的下方；在对温度测量值进行溯源时，将所述第二单元腔移动到所述成型腔的下方。
第一单元腔和第二单元腔可沿成型腔底部滑动。可选的，当温度测量系统在溯源模式下，黑体辐射源17滑动到成型腔底部时，其上部的开口与振镜2同轴。当温度测量系统切换不同的工作模式时，只需切换第一单元腔或第二单元腔，控制简单方便，易于操作。另外，可以根据测温范围更换不同的黑体辐射源17。
综上所述，本实施例的温度测量系统与现有技术相比，至少具有如下优点和有益效果：
(1)本申请集成了熔池原位测温及溯源技术为一体，可实现粉末床激光熔融成型过程中高精度、高实时性的熔池动态温度原位测量，并给出符合测量准确度要求的温度测量范围，以此验证所研制的测量装置的测温水平。
(2)本申请在同一工位、原位的情况下集成了成型平台和黑体辐射源，实现了高精度、高实时性、可溯源的原位测温，可避免拆卸测温元器件进行标定所带来的效率降低及成本增加的问题。
(3)本申请采用两个温度探测器进行熔池幅射光的采集，并通过分光、滤波、去噪等处理，采用双色光计算得到高精度、高实时性的增材熔池动态温度，可代替比色高温计等较为昂贵的测温仪器，大大降低了仪器成本，适用于工业生产应用。
参见图3，基于上述的温度测量系统，本实施例还提供一种粉末床激光熔融熔池的温度测量方法，包括以下步骤：
S301、将激光照射到金属粉末上，熔化金属粉末，以形成熔池；
S302、熔池向外发出的热辐射红外光束经所述二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片到达第一光电二极管，另一路光束经过第二红外窄带滤波片到达第二光电二极管；
S303、获取两个光电二极管采集到的信号，根据采集到的信号计算熔池温度。
以下结合附图和具体实施例对上述方法进行详细解释说明。
参见图4，本实施例提供一种非接触粉末床激光熔融熔池温度原位测量及溯源系统的实现方法，包括下述步骤：
S401、增材加工：连续激光器发射的激光经过准直器和振镜后选择性地照射在粉末床上形成熔池，进行熔融成型，完成零件的增材制造过程；
S402、信号采集：加工过程中熔池中的热辐射光经过振镜、长通二向色镜反射与分光镜表面，由分光镜将光束分为两路，经过窄带滤波片滤波以及长聚焦透镜聚焦后分别被两个光电二极管捕获；
S403、计算熔池温度：将被加工材料的发射率以及采集的光信号，代入韦恩偏移定律进行光电信号-温度信号转换，计算得到熔池温度；
S404、对光电二极管进行原位溯源：将成型平台沿着成型腔底部滑动移出，将溯源装置移到振镜下方，使黑体上部的开口与振镜同轴，用光电二极管对恒定温度下的黑体进行测量，根据测量温度值与黑体实际温度值的差值大小来对光电二极管进行标定，从而使其测量结果具有可溯源性；
S405、将溯源装置替换为激光选区熔化装置：溯源完成后，将溯源装置沿着成型腔底部滑动移出，将成型平台移至原位；
S406、根据不同金属合金材料，重复步骤S401-S405，完成零件增材制造过程中的熔池绝对温度可溯源原位测量。
本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图3和图4所示的方法。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统，其特征在于，包括：
粉末床激光熔融装置，包括成型腔、成型平台和连续光纤激光器，所述成型腔内设有铺粉单元，所述成型平台包括成型缸，所述铺粉单元用于将金属粉末铺到成型缸上，所述连续光纤激光器用于产生激光，激光照射到金属粉末上，熔化金属粉末，以形成熔池；
其中在激光选区熔化时，所述成型平台设置在所述成型腔的下方；
熔池测温装置，包括二向色镜、分光镜、第一红外窄带滤波片、第二红外窄带滤波片、第一光电二极管和第二光电二极管；熔池向外发出的热辐射红外光束经所述二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片到达第一光电二极管，另一路光束经过第二红外窄带滤波片到达第二光电二极管；其中，所述第一红外窄带滤波片的中心波长和所述第二红外窄带滤波片的中心波长不同；
数据处理装置，与所述第一光电二极管和第二光电二极管连接，用于根据两个光电二极管采集到的信号计算获得熔池温度。
2.根据权利要求1所述的一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统，其特征在于，所述温度测量系统还包括溯源装置，所述溯源装置包括黑体辐射源，所述黑体辐射源用于产生预设的温度；
在对温度测量值进行溯源时，关闭连续光纤激光器，将所述溯源装置设置在所述成型腔的下方；
所述黑体辐射源产生的热辐射红外光束经所述二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片到达第一光电二极管，另一路光束经过第二红外窄带滤波片到达第二光电二极管；
根据两个光电二极管采集到的信号计算黑体辐射源的温度值，根据计算获得的温度值和预设的温度值对光电二极管进行标定，以实现温度测量值的溯源。
3.根据权利要求1所述的一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统，其特征在于，所述数据处理装置通过以下公式计算获得熔池温度：
其中，C2为第二辐射常数，λ1为第一红外窄带滤波片的中心波长，λ2为第二红外窄带滤波片的中心波长，M1为第一光电二极管的输出信号与实际物体在波长下λ1光谱发射率的乘积，M2为第二光电二极管的输出信号与实际物体在波长λ2下光谱发射率的乘积。
4.根据权利要求1所述的一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统，其特征在于，所述粉末床激光熔融装置还包括场镜、振镜和准直器；
所述连续光纤激光器发射的激光依次经过所述准直器进行准直、所述二向色镜进行透射、所述振镜进行位置调整以及所述场镜进行聚焦后，到达成型缸；
熔池向外发出的热辐射红外光束依次经过所述场镜、所述振镜、所述二向色镜，反射到所述分光镜上。
5.根据权利要求1所述的一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统，其特征在于，所述铺粉单元包括铺粉车、铺粉导轨和进气导轨；
所述铺粉车用于从粉料缸内刮带金属粉末，并沿着所述铺粉导轨到达预设的位置后落粉；
所述进气导轨用于输入保护气体。
6.根据权利要求1所述的一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统，其特征在于，所述连续光纤激光器产生的激光的波长为1064nm；所述二向色镜的最短透射波长大于1000nm，且小于1064nm；所述二向色镜的最短反射波长小于800nm；和/或，
所述分光镜的分光比例为1:1；和/或，
所述第一红外窄带滤波片的中心波长为800nm，所述第二红外窄带滤波片的中心波长为900nm。
7.根据权利要求1所述的一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统，其特征在于，所述成型平台设置在第一单元腔内，所述黑体辐射源设置在第二单元腔内；
所述第一单元腔和所述第二单元腔一体成型，且可移动地安装在所述成型腔的下方，在激光选区熔化时，将所述第一单元腔移动到所述成型腔的下方；在对温度测量值进行溯源时，将所述第二单元腔移动到所述成型腔的下方；
和/或，
所述第一单元腔内还设有粉料缸和粉末回收缸，所述粉料缸用于装放金属粉末，所述粉末回收缸用于收集废弃的粉末。
8.一种粉末床激光熔融熔池的温度测量方法，应用于如权利要求1-7任一项所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：
将激光照射到金属粉末上，熔化金属粉末，以形成熔池；
熔池向外发出的热辐射红外光束经所述二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片到达第一光电二极管，另一路光束经过第二红外窄带滤波片到达第二光电二极管；
获取两个光电二极管采集到的信号，根据采集到的信号计算熔池温度。
9.根据权利要求8所述的一种粉末床激光熔融熔池的温度测量方法，其特征在于，所述温度测量方法还包括对温度测量值进行溯源的步骤：
关闭连续光纤激光器，将黑体辐射源设置在所述成型腔的下方，并控制黑体辐射源用于产生预设的恒定温度；
黑体辐射源产生的热辐射红外光束经所述二向色镜反射后，到达分光镜，由分光镜将光束分为两路；其中一路光束经过第一红外窄带滤波片到达第一光电二极管，另一路光束经过第二红外窄带滤波片到达第二光电二极管；
根据两个光电二极管采集到的信号计算黑体辐射源的温度值，根据计算获得的温度值和预设的温度值对光电二极管进行标定，以实现温度测量值的溯源。
10.根据权利要求8所述的一种粉末床激光熔融熔池的温度测量方法，其特征在于，所述温度测量方法还包括对温度测量系统内的测温元器件进行标定的步骤，所述测温元器件包括热成像仪和高温计。
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| CN202310553158.0A CN116558648A (zh) | 2023-05-16 | 2023-05-16 | 一种粉末床激光熔融熔池的温度测量系统及方法 |
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| CN116809975B (zh) * | 2023-08-29 | 2023-12-05 | 华南理工大学 | 一种选区激光熔化熔池不失真在线监测系统的装置及方法 |
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