【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造激光选区熔化的，尤其涉及一种激光选区熔化辐射率测量系统及方法。
技术介绍
1、激光选区熔化(selective laser melting，slm)技术是一种能直接成型高致密、高精度零件的3d打印技术，其工作原理为激光束选择性地熔化各层的金属粉末材料，逐步堆叠成三维金属零件。激光束开始扫描前，铺粉车先把金属粉末平推到成型腔的基板上，然后激光束将按当前层的轮廓信息选择性地熔化基板上的粉末，加工出当前层的轮廓，如此层层加工，直到整个零件成型完毕。
2、在整个激光选区熔化成型过程中，熔池的温度直接影响着材料的熔化和凝固过程，从而影响制造品的质量和性能。通过测量熔池的辐射率，可以间接地推断熔池的温度。这有助于实时监测熔池的热力学状态，以确保制造过程中所需的温度和熔化行为。同时，熔池的辐射率与加工参数(如激光功率、扫描速度等)密切相关，通过测量熔池的辐射率，可以帮助优化加工参数，还可以用于诊断熔池的状态，如检测是否存在异常或缺陷。但是，目前尚缺少一种有效监控熔池辐射率的技术方案。
技术实现思路
1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本专利技术的目的在于提供一种激光选区熔化辐射率测量系统及方法。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种激光选区熔化辐射率测量系统，包括激光选区熔化装置、辐射率测量装置和数据处理装置；
4、所述激光选区熔化装置包括连续光纤激光器、准直器、扫描振镜、场镜和成型腔；
6、所述数据处理装置均与所述辐射计、恒温加热装置、光谱仪和高温计连接，用于根据激光功率与高温计测量得到的温度值计算激光功率变化与成型位置温度变化之间的关系，利用恒温加热装置使得熔池在不同激光功率下成型时成型处的表面温度相同，并通过辐射计测量的总辐射能量与光谱仪测量的激光所发出的能量计算得到熔池的辐射率。
7、进一步地，所述数据处理装置通过以下公式计算获得熔池辐射率：
8、在第一组激光参数下：
9、e1＝εet+(1-ε)×f×e激光1+(1-ε)×p×e环1
10、式中，e1为在第一组激光参数下辐射计测得的总辐射能量，ε为熔池的辐射率，f表示被测物体表面的镜面反射程度的有效几何系数(0≤f≤1)，et为熔池在温度为t时的能量，e激光1为光谱仪所测得的在第一组参数下激光所发出的能量，p表示被测物体表面漫反射程度的有效几何系数(0≤p≤1)，e环1为在第一组激光参数下成型位置所处环境的总能量；
11、对于当t＝t激光1＝t环1的特殊情况时，系统成了完全热平衡腔，因此可得e1＝et，根据上式可得，f和p满足下列关系：
12、f+p＝1
13、在第二组激光参数下：
14、e2＝εet+(1-ε)×f×e激光2+(1-ε)×p×e环2
15、e环2＝e恒温+e环3
16、其中，e2为在第二组激光参数下辐射计测得的总辐射能量，e激光2为光谱仪所测得的在第二组参数下激光所发出的能量，e环2为在第二组激光参数下成型位置所处环境的总能量，e恒温为恒温加热装置辅助加热时在该温度下的能量，e环3为除去恒温加热装置能量的其它环境能量；
17、由于e环1≈e环3，综合上面的公式可得辐射率为：
18、
19、进一步地，所述积分球上端、右端、下端各开有孔，用于光束传播，且上端孔与下端孔同轴心，并位于场镜正下方；
20、其中，上端的孔与所述场镜的位置对应，下端的孔与成型位置对应，右端的孔与所述辐射计的位置对应。
21、进一步地，所述连续光纤激光器用于产生激光，激光经过准直器准直、扫描振镜偏转方向和振镜聚焦后，照射到金属粉末上；部分激光的能量被金属粉末吸收，使其熔化形成熔池并成型。
22、进一步地，所述成型腔内设有铺粉装置、成型缸和粉末缸，所述成型缸用于提供打印区域以及支撑打印件，所述粉末缸用于装放金属粉末，所述铺粉装置用于将金属粉末铺到成型缸上。
23、进一步地，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、所述分光镜分光、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；
24、成型位置向外发出的热辐射红外光束在积分球未开始工作前依次经过所述振镜、所述场镜、所述二向色镜，反射到所述高温计透镜上；
25、在所述积分球开始工作后，成型位置向外发出的热辐射红外光束、未被金属粉末吸收的激光束能量以及成型位置所处环境的能量经过积分球，反射到所述辐射计上。
26、进一步地，所述铺粉装置包括铺粉车、铺粉导轨和进气导轨；
27、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使粉末均匀地平铺在成型缸上；
28、所述进气导轨用于输入保护气体。
29、进一步地，所述连续光纤激光器产生的激光的波长为1064nm；
30、所述二向色镜的透射波长大于1000nm，且小于1064nm，反射波长小于等于1000nm；
31、所述分光镜的分光比例为1:1。
32、进一步地，所述恒温加热装置的外部涂有高反射率的材料涂层，该高反射率的材料涂层与所述积分球内壁上的高反射率的材料涂层一致。
33、本专利技术所采用的另一技术方案是：
34、一种激光选区熔化辐射率测量方法，应用于如上所述激光选区熔化辐射率测量系统，包括以下步骤：
35、连续光纤激光器产生激光经过准直器准直、扫描振镜偏转方向和振镜聚焦后照射到金属粉末上，熔化金属粉末，以形成熔池并成型；
36、成型位置向外发出的热辐射红外光束经所述二向色镜反射、高温计透镜透射后，到达高温计；
37、调整激光参数，根据高温计测量动态计算激光参数与熔池表面温度之间的关系；
38、设置多个激光参数，同时利用恒温加热装置对熔池表面进行辅助加热，通过高温计监测使得在不同激光参数下熔池的表面温度相同；
39、装入积分球，使其开始工作，利用辐射计测量不同激光参本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，包括激光选区熔化装置、辐射率测量装置和数据处理装置；
2.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，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辐射率：
3.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，所述积分球上端、右端、下端各开有孔，用于光束传播，且上端孔与下端孔同轴心，并位于场镜正下方；
4.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，所述连续光纤激光器用于产生激光，激光经过准直器准直、扫描振镜偏转方向和振镜聚焦后，照射到金属粉末上；部分激光的能量被金属粉末吸收，使其熔化形成熔池。
5.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，所述成型腔内设有铺粉装置、成型缸和粉末缸，所述成型缸用于提供打印区域以及支撑打印件，所述粉末缸用于装放金属粉末，所述铺粉装置用于将金属粉末铺到成型缸上。
6.根据权利要求5所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，所述铺粉装置包括铺粉车、铺粉导轨和进气导轨；
7.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，所述连续光纤激光器产生的激光的波长为1064nm；
8.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，所述恒温加热装置的外部涂有高反射率的材料涂层。
9.一种激光选区熔化辐射率测量方法，应用于如权利要求1-8任一项所述激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，包括激光选区熔化装置、辐射率测量装置和数据处理装置；
2.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，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辐射率：
3.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，所述积分球上端、右端、下端各开有孔，用于光束传播，且上端孔与下端孔同轴心，并位于场镜正下方；
4.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测量系统，其特征在于，所述连续光纤激光器用于产生激光，激光经过准直器准直、扫描振镜偏转方向和振镜聚焦后，照射到金属粉末上；部分激光的能量被金属粉末吸收，使其熔化形成熔池。
5.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化辐射率测...
【专利技术属性】
技术研发人员：王迪，唐涛，蒋仁武，杨永强，叶志鹏，李骞，王岩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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