基于光斑检测的激光加热系统研究

论文摘要

随着高强度、高硬度、耐高温、难加工的高性能材料不断面世,常规加热方法难以对这些材料进行加工。激光具有定向性、单色性、高亮度的特征,激光加热能量分布集中、可控性好,利用激光对高性能材料进行加热是一种高效的加工方式。激光加热在诸多领域得到广泛应用,因此对于激光器的光斑质量要求越来越高。得到光斑质量高的激光器是激光应用技术的迫切需要,光斑性能评价对激光加热应用有十分关键的理论指导作用。本文针对激光加热系统和光斑性能评价作出如下研究工作:首先对比几种加热方式,说明激光加热优势;分析高斯激光原理和激光加热理论基础,建立激光热源物理模型,阐述激光与材料相互作用的过程。在理论基础指导下,搭建激光加热光斑图像采集系统,选择合适的光强衰减装置,得到光斑图像;对光斑图像进行去噪声处理,并通过图像阈值分割和边缘检测分析光斑参数,提取光斑能量密度分布和光斑均匀性,对激光加热光斑质量的提高提供理论依据。其次对激光加热光斑温度场进行分析。建立激光加热温度场物理模型,针对热传导方程、边界条件和初始条件进行分析,模拟计算激光加热参数条件;通过实验采集数据分析激光加热温度、激光功率、加热时间等参数的关系,说明加热光斑温度场分布状态,为激光加热系统设计奠定基础。最后建立激光加热系统,包括加热单元以及温度控制单元。利用MATLAB编写数据处理软件,该软件可以直观显示光斑图像处理结果和温度场分析结果,对激光加热过程具有监测反馈作用。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 激光加热技术的国内外现状

1.2.1 光纤激光器发展

1.2.2 激光加热技术国内外现状

1.3 本论文主要工作

2 激光加热原理及关键技术分析

2.1 激光加热特点及优势

2.2 激光原理分析

2.3 激光加热原理分析

2.3.1 激光热源模型

2.3.2 激光与材料相互作用过程

2.4 激光加热材料关键技术分析

2.5 本章小结

3 激光加热光斑参数分析

3.1 光斑图像采集系统设计

3.1.1 系统结构设计

3.1.2 CCD相机衰减片选择

3.2 光斑图像去噪声处理

3.3 光斑形状及尺寸分析

3.3.1 光斑图像阈值分割

3.3.2 光斑边缘检测

3.3.3 光斑尺寸分析

3.4 光斑均匀性及能量密度

3.5 本章小结

4 激光加热光斑温度场分析

4.1 激光加热温度场物理分析

4.1.1 温度场模型建立

4.1.2 热传导方程

4.1.3 边界条件与初始条件

4.2 激光加热条件计算分析

4.2.1 加热温度计算

4.2.2 激光束斜入射引入的光斑能量分布偏差分析

4.3 激光加热温度场分析实验

4.3.1 实验流程

4.3.2 实验结果分析

4.3.3 数据分析

4.4 本章小结

5 激光加热系统设计与软件设计

5.1 激光加热系统设计

5.2 激光加热系统温度控制

5.3 数据处理软件设计

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 武慧敏

导师: 王高

关键词: 激光加热,光斑质量,图像处理,温度场,数据处理

来源: 中北大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 中北大学

分类号: TN249

总页数: 70

文件大小: 4918K

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