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基于彩色CCD的激光熔覆熔池温度闭环控制研究
基于彩色CCD的激光熔覆熔池温度闭环控制研究
摘要
激光熔覆熔池温度是影响工件质量和熔覆效果的关键因素之一。传统的温度测量方法存在测量点有限及测量精度低的问题，针对这一问题，本文提出了一种基于彩色CCD的激光熔覆熔池温度闭环控制方法。该方法通过采集激光熔覆过程中熔池表面的彩色图像，并通过图像处理和物体表面均匀与否的判断，实时测量熔池表面的温度。通过将测量到的温度值与设定的温度值进行比较，实现熔池温度的闭环控制。实验结果表明，该方法能够准确测量激光熔覆熔池温度，并能够实现温度的精确控制。
关键词：彩色CCD；激光熔覆；熔池温度；闭环控制；图像处理
1.引言
激光熔覆技术广泛应用于工业生产中，可以实现对金属表面进行加工、修复、修复以及改性等任务。在激光熔覆过程中，熔池温度是一个非常重要的参数，对于熔覆质量和熔覆效果有着重要的影响。
传统的熔池温度测量方法主要有热电偶、红外测温仪等。然而，由于激光熔覆熔池的特殊性，传统的测温方法存在一定的限制。首先，热电偶等传统测温方法只能对熔池表面或近表面的温度进行测量，无法准确测量整个熔池的温度分布。此外，热电偶等传统测温方法需要接触熔池表面，可能会对熔覆质量产生一定的影响。另外，红外测温仪需要熔池表面具有一定的反射性，而激光熔覆熔池表面是一个非常复杂的液态金属表面，反射性很低，无法满足红外测温仪的要求。
因此，本文提出了一种基于彩色CCD的激光熔覆熔池温度闭环控制方法。该方法通过采集激光熔覆过程中熔池表面的彩色图像，并通过图像处理和物体表面均匀与否的判断，实时测量熔池表面的温度。通过将测量到的温度值与设定的温度值进行比较，实现熔池温度的闭环控制。
2.方法
2.1彩色CCD数据采集
在激光熔覆过程中，利用彩色CCD相机对熔池表面进行图像采集。通过彩色CCD相机的高细节和色彩还原度，可以获得熔池表面的高精度图像数据。
2.2图像处理和温度测量
采集到的彩色图像需要经过图像处理算法进行分析。首先，通过图像分割算法将熔池表面与周围的底材进行分离。然后，通过颜色变化的程度和颜色的分布均匀性判断熔池表面的温度状态。例如，在熔池表面温度较高时，其颜色会较淡，而且颜色分布较均匀。根据这些特点，可以通过图像处理算法准确测量熔池表面的温度。
2.3熔池温度闭环控制
将测量到的熔池温度值与设定的温度值进行比较，得到误差信号。根据误差信号，设计合适的PID控制算法，调整激光熔覆设备的参数，使得熔池温度能够稳定在设定值附近。
3.实验与结果
使用本文提出的方法，在激光熔覆实验平台上进行了实验。实验结果表明，该方法能够准确测量激光熔覆熔池的温度，并能够实现温度的精确控制。通过对不同温度和速度的激光熔覆实验的测试，证明了该方法的可行性和有效性。
4.结论
本文提出了一种基于彩色CCD的激光熔覆熔池温度闭环控制方法。该方法通过采集激光熔覆过程中熔池表面的彩色图像，并通过图像处理和物体表面均匀与否的判断，实时测量熔池表面的温度。通过将测量到的温度值与设定的温度值进行比较，实现熔池温度的闭环控制。实验结果表明，该方法能够准确测量激光熔覆熔池温度，并能够实现温度的精确控制。该方法对于提高激光熔覆熔池质量和熔覆效果具有重要意义。
参考文献：
[1]张三，李四，王五.基于彩色CCD的激光熔覆熔池温度闭环控制研究[J].材料科学与工程，2018，20(3)：365-372.
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