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原文传递一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统和方法

专利名称：	一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统和方法
摘要：	本发明涉及一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统和方法，其解决了现有技术中存在的因金属熔池表面形貌存在起伏，探测光的反射分布在较大空间角度内，探测光的有效信息受辐照激光、热辐射干扰而不能对金属熔池激光吸收率分布进行准确测量的问题。本发明利用椭球反射面共轭汇聚特性，即从一个焦点发出的光经内壁反射后汇聚至另一个焦点上，通过椭球反射器向金属试样同时射入辐照加热激光和探测激光，探测激光经分束镜分束，再分束后的光线利用两个相机同时进行数据采集并计算得到激光吸收率，其中干扰光线均被成像组件过滤以提高数据的准确性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西北核技术研究所
发明人：	刘卫平;韦成华;吴丽雄;马志亮;朱永祥
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910355292.3
公开号：	CN110095416A
代理机构：	西安智邦专利商标代理有限公司
代理人：	唐沛
分类号：	G01N21/25(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	710024 陕西省西安市灞桥区平峪路28号
主权项：	1.一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统，其特征在于，包括椭球反射器(1)、辐照激光器(11)、探测激光器(12)、分束镜(4)、第一相机(501)、成像组件(8)、第二相机(502)以及数据采集与控制系统(9)；其中，所述椭球反射器的内壁镀有均匀且反射率高的膜层；所述椭球反射器(1)的两个焦点处分别开设第一通孔和第二通孔，金属试样(6)放置在第一通孔处，第二通孔的下方依次设置成像组件(8)和第二相机(502)；所述探测激光器(12)发出的探测激光(3)经45°角放置的分束镜分成一束透射光和一束反射光，所述反射光的光路上放置第一相机(501)；所述透射光射入椭球反射器(1)后经金属试样(6)、椭球反射器(1)内壁反射后，汇聚至第二通孔，再经过成像组件(8)后被第二相机(502)接收；所述辐照激光器(11)发出的辐照激光(2)射入椭球反射器(1)后一部分对金属试样(6)进行加热，金属试样(6)产生热辐射光(701)被椭球反射器(1)内壁反射后，再经过第二通孔被成像组件(8)过滤，另一部分经金属试样(6)、椭球反射器(1)内壁反射后，再经过第二通孔被成像组件(8)过滤；所述第一相机(501)、第二相机(502)均与数据采集与控制系统(9)连接。 2.根据权利要求1所述的一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统，其特征在于，所述成像组件(8)包括沿透射光光路方向依次设置的第一聚光透镜、第二聚光透镜以及窄带带通滤波片；第一聚光透镜、第二聚光透镜具有公共焦平面；所述窄带带通滤波片位于所述公共焦平面上。 3.根据权利要求1所述的一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统，其特征在于，所述成像组件(8)和第二相机(502)之间放置衰减片(10)。 4.根据权利要求1所述的一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统，其特征在于，所述分束镜(4)和第一相机(501)之间放置衰减片(10)。 5.根据权利要求1所述的一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统，其特征在于，所述第一相机(501)和第二相机(502)应对探测激光器(12)的激光光斑成像视场一致；所述的第一相机和第二相机的像素分辨率应一致；所述第一相机(501)和第二相机(502)在同一时间采集数据。 6.根据权利要求1所述的一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统，其特征在于，所述第一通孔直径略大于金属试样(6)的直径。 7.根据权利要求1所述的一种金属熔池激光吸收率分布在线测量系统，其特征在于，数据采集与控制系统(9)采用计算机与时序信号发生器组成，具备触发信号输出、数据采集与计算分析功能，或采用具有两路相机同步触发、数据保存功能程序的计算机。 8.一种金属熔池激光吸收率分布在线测量方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的测量系统，具体按照以下步骤实施：步骤1、测量金属试样(6)在无辐照情况下对探测激光的反射率R0；步骤2、将所述金属试样(6)放置于第一通孔处，辐照激光器(11)采用波长为λ1的辐照激光(2)入射至金属试样(6)，其中一部分辐照激光(2)对金属试样(6)表面加热形成金属熔池，同时金属试样(6)产生热辐射光(701)被椭球反射器内壁(1)反射后，再经过第二通孔被成像组件(8)吸收；另一部分辐照激光经金属试样(6)反射后形成加热反射光(702)，加热反射光(702)经椭球反射器(1)内壁反射后，再经过第二通孔被成像组件(8)吸收；步骤3、探测激光器(12)采用波长为λ2的探测激光通过所述分束镜，分成一束透射光和一束反射光，其中波长λ2与步骤2中的波长λ1不相等，即λ1≠λ2；反射光进入第一相机(501)，第一相机(501)对所述反射光的光斑分布进行监测，从而获得监测图像序列并保存；所述监测图像序列经图像读取和分析得到单帧像像素信号强度矩阵为I2(t)，其平均信号强度为I2,mean(t)；透射光射入椭球反射器(1)后经金属试样反射形成探测反射激光(703)，探测反射激光(703)经椭球反射器(1)内壁反射后，再经过第二通孔、成像组件(8)后被第二相机(502)接收，第二相机(502)对所述探测反射激光(703)的光斑分布进行监测，从而获得探测图像序列并保存；所述探测图像序列经图像读取和分析得到单帧像光斑区像素信号强度矩阵为I1(t)，其平均信号强度为I1,mean(t)；步骤4、数据采集与控制系统(9)对所述第一相机(501)和第二相机(502)采集的数据进行计算处理，从而获取试样表面的吸收率分布矩阵A(t)：
所属类别：	发明专利