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激光熔覆控制系统及其检测软件研究

作　者: 伍耀庭
导　师: 刘继常；邓菊发
学　校: 湖南大学
专　业: 机械工程
关键词: 激光熔覆神经网络系统快速成型 CCD检测系统
分类号: TP182
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

激光熔覆技术是一种先进的成型与表面工程技术,具有广泛的应用领域。本文针对激光熔覆控制及其检测的软件系统进行了深入研究,主要研究成果如下:1、为了实现激光熔覆的自动化,改变激光熔覆结果的不可预见性,克服“试错法”的缺点,本文提出了激光熔覆控制系统的方案,并进行了软件系统的开发集成。2、采用Visual C++6.0、OpenGL三维图形开发技术、ADO数据库技术,开发了HNUCFARP快速成型软件系统,建立了激光熔覆成型、激光再制造应用的软件原型。3、采用面向对象设计的原理与方法,编码实现了可参数化构造网络的神经网络类,设计开发了可用于激光熔覆工艺参数的预测及神经模糊控制系统的神经网络专家系统。4、建立了一套基于CCD的非接触式激光熔覆熔池宽度检测系统,设计了专用分析软件,利用该系统得到了清晰准确的熔池宽度。5、通过进行单道单层激光熔覆试验,利用本文开发的CCD实时检测系统研究了激光熔覆工艺中扫描速度、送粉速率、离焦量对熔池宽度的影响。6、利用激光熔覆试验样本对所本文建立的神经网络系统进行训练,建立工艺参数神经网络预测模型,并利用测试样本对所训练的网络进行检验。仿真最大误差为1.191%,结果表明利用神经网络建立的扫描速度预测模型具有比较高的精度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
插图索引  11-13
附表索引  13-14
第1章绪论  14-24
  1.1 激光熔覆技术概述  14-15
    1.1.1 激光熔覆基本原理  14-15
    1.1.2 工艺特点  15
  1.2 国内外激光熔覆技术研究与应用现状  15-17
    1.2.1 激光熔覆技术发展研究现状  15-16
    1.2.2 激光熔覆技术应用现状  16-17
  1.3 国内外工艺参数优化及稳定性检测控制研究概况  17-19
    1.3.1 激光熔覆工艺参数优化  17-18
    1.3.2 激光熔覆工艺参数稳定性检测控制  18-19
  1.4 国内外激光熔覆过程检测及闭环控制研究概况  19-22
    1.4.1 基于熔覆层厚度实时检测及闭环控制  19-20
    1.4.2 基于熔池温度的实时检测及闭环控制  20-21
    1.4.3 基于CCD 的熔池检测及闭环控制系统  21-22
  1.5 课题的来源和意义  22-23
    1.5.1 课题的来源  22
    1.5.2 课题的意义  22-23
  1.6 课题研究的主要内容  23-24
第2章激光熔覆控制系统设计  24-35
  2.1 系统结构  24-25
    2.1.1 检测对象和控制参数的确定  24
    2.1.2 控制系统总体结构  24-25
  2.2 激光熔覆控制系统硬件结构设计  25-28
    2.2.1 PHC-1500 C0_2 激光器  26
    2.2.2 粉末输送系统  26-27
    2.2.3 电控位移台单元  27-28
    2.2.4 图像采集系统  28
    2.2.5 计算机  28
  2.3 激光熔覆控制系统软件设计  28-33
    2.3.1 软件设计开发平台工具选择  28-29
    2.3.2 数据库管理系统开发技术选择  29
    2.3.3 软件系统总体设计  29
    2.3.4 快速成型系统软件总体设计  29-30
    2.3.5 神经网络专家系统软件总体设计  30-31
    2.3.6 电控位移台控制系统软件设计  31-32
    2.3.7 基于CCD 实时检测系统软件设计  32
    2.3.8 神经模糊控制系统软件研究  32-33
  2.4 本章小结  33-35
第3章 HNUCFARP 快速成型软件系统设计  35-47
  3.1 主要菜单功能设计  35-37
    3.1.1 显示菜单  35-36
    3.1.2 设置菜单  36
    3.1.3 查看菜单  36
    3.1.4 制造菜单  36-37
  3.2 STL 文件的读入与显示模块  37-41
    3.2.1 STL 文件的读入  38-39
    3.2.2 STL 格式三维实体模型的显示  39-41
  3.3 相关工艺参数的设置模块  41-43
    3.3.1 加工参数设置  41
    3.3.2 切片参数设置  41-42
    3.3.3 扫描参数设置  42-43
  3.4 模拟制造模块  43-44
    3.4.1 线形轨迹仿真和光斑轨迹仿真  43
    3.4.2 慢速仿真和快速仿真  43-44
  3.5 数控代码生成模块  44
  3.6 快速成型软件系统关键算法  44-46
    3.6.1 STL 格式三维模型的分层切片算法  44-45
    3.6.2 逐行直线方式扫描算法  45-46
  3.7 本章小结  46-47
第4章神经网络专家系统软件设计  47-59
  4.1 神经网络模型的选择  47-49
    4.1.1 BP 算法的原理  47-48
    4.1.2 BP 网络的优缺点  48-49
    4.1.3 BP 算法的改进  49
  4.2 神经网络系统软件设计关键算法和技术  49-53
    4.2.1 矩阵类及网络训练算法类动态链接库的设计  49-50
    4.2.2 网络训练多线程技术实现  50-53
  4.3 神经网络软件系统详细设计  53-54
    4.3.1 神经网络参数设定  53
    4.3.2 神经网络结构设计  53-54
  4.4 训练模块设计  54-56
    4.4.1 样本数据输入及归一化处理  55
    4.4.2 神经网络读取训练样本数据  55
    4.4.3 神经网络训练  55
    4.4.4 训练结果的输出及网络存储  55-56
  4.5 应用模块设计  56
    4.5.1 读取网络  56
    4.5.2 测试或应用数据输入  56
    4.5.3 测试结果输出  56
  4.6 解释机制设计  56-57
  4.7 神经网络专家系统数据库表设计  57-58
  4.8 本章小结  58-59
第5章激光熔覆熔池实时检测系统设计  59-67
  5.1 熔池检测系统构成  59-61
    5.1.1 彩色CCD 一体摄像机  59-60
    5.1.2 视频图像采集卡  60-61
  5.2 熔池检测系统软件设计  61-62
    5.2.1 二次开发包DSStream.DLL  61
    5.2.2 SDK 开发包自带函数  61
    5.2.3 图像采集模块  61-62
    5.2.4 数据输入/输出模块  62
    5.2.5 图像处理模块  62
    5.2.6 熔池形貌尺寸分析模块  62
  5.3 熔池检测图像处理  62-65
    5.3.1 图像处理算法流程  62
    5.3.2 图像裁剪与缩放  62-63
    5.3.3 图像灰度化  63
    5.3.4 图像去噪声  63-64
    5.3.5 图像分割二值化  64-65
  5.4 程序主要运行界面设计  65-66
  5.5 本章小结  66-67
第6章试验及结果分析  67-76
  6.1 熔池宽度检测试验方案  67-68
    6.1.1 试验目的  67
    6.1.2 试验方法  67
    6.1.3 试验材料  67-68
  6.2 激光熔覆试验及结果分析  68-72
    6.2.1 实时检测系统像素精度标定试验  68
    6.2.2 检测系统性能分析试验  68-70
    6.2.3 激光熔覆工艺参数对熔池宽度的影响试验  70-72
  6.3 神经网络预测工艺参数模型试验  72-74
  6.4 本章小结  74-76
全文总结与展望  76-77
参考文献  77-79
致谢  79

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