激光裂纹修复实验装置的设计与研发

摘要

金属结构件在制造和服役过程中不可避免产生各种微观裂纹，随着服役时间的增加，微观裂纹不断扩展，造成机械零件的失效，甚至导致突发性灾难性事故。本论文以设计一种修复金属结构件表面微观表面裂纹的实验装置为研究目的，以解决当前金属结构件表面微观裂纹修复的问题。
　　首先，从总体上对激光裂纹修复实验装置进行了设计分析。根据激光加热的特点，确定将离焦量和加热中心点温度作为测控参数。同时，考虑该实验装置的其他功能特点，确定了实验装置的具体组成部分。
　　其次，确定了采用单一平凸透镜对激光进行聚焦，并比较同轴光路与侧向光路两种设计光路的优缺点，最后从避免视觉差的角度考虑选择了同轴光路。同时，根据实验要求搭建了同轴光路实验平台。分析比较国内常用送粉器的结构后，确定本实验选用自重式送粉器的结构，并计算粉末输送的气力输送条件，以选择适宜的流量控制器，同时给出了整个送粉系统结构示意图。
　　然后，根据激光裂纹修复实验装置的具体组成部分对所需的相关硬件进行选型与安装，包括激光器及其控制板卡;裂纹检测所需的相机、镜头和光源;红外测温传感器;超声波测距传感器;数据采集卡。
　　最后，设计了激光裂纹修复实验装置的上位机软件控制系统。在简单介绍了该实验装置的上位机控制系统软件LabVIEW后，概述了该系统的软件设计模式，并根据实验装置的工作流程绘制了程序流程图，编写了控制系统的主程序。同时，分别对视觉采集子程序、数据采集子程序、数据存储与报表子程序和程序前面板进行了详细说明，并对主程序进行了测试试验，验证了系统的有效性。
　　总之，通过系统调试，该激光裂纹修复实验装置能够采集图像数据，完成了对微观裂纹的检测，并有效地采集距离、温度和流量数据，完成CT试样微观裂纹的自动修复过程，且自动生成了相关测量数据的Excel报表。

目录

封面

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 表面裂纹修复方法的研究现状

1．3 裂纹修复中涉及测量方法的现状

1．3．1 裂纹检测的方法

1．3．2 距离测量的方法

1．3．3 温度测量的方法

1．4 本课题的研究目标

2 激光裂纹修复实验装置的总体设计

2．1 激光裂纹修复实验装置测量参数的确定

2．2 激光裂纹修复实验装置的组成

2．3 本章小结

3． 激光裂纹修复实验装置关键件的结构设计

3．1 激光裂纹修复实验装置的光路系统设计

3．1．1 激光聚焦系统

3．1．2 侧向光路与同轴光路

3．1．3 同轴光路实验平台的搭建

3．2 激光裂纹修复装置的送粉系统设计

3．2．1 送粉器

3．2．2 气力输送条件

3．2．3 流量控制器的选型与安装

3．2．4 送粉系统结构

3．3 本章小结

4 激光裂纹修复实验装置的硬件系统设计

4．1 激光器模块

4．1．1 激光器的选型

4．1．2 激光器的控制

4．2 裂纹检测模块

4．2．1 相机的选型

4．2．2 镜头的选型

4．2．3 光源的选型

4．3 测距模块

4．3．1 超声波测距的原理

4．3．2 超声波测距传感器的选型

4．3．3 超声波传感器的安装与测试

4．4 测温模块

4．4．1 红外测温的原理

4．4．2 红外测温传感器的选型

4．4．3 红外测温传感器的安装与测试

4．5 数据采集卡的选型

4．6 本章小结

5 激光裂纹修复实验装置的软件系统设计

5．1 LabVIEW概述

5．1．1 LabVIEW的基本概念

5．2．2 LabVIEW图形化程序基本架构

5．2 软件系统的框架设计

5．2．1 软件系统的设计模式

5．2．2 软件系统的设计流程

5．3 主程序设计

5．3．1 登陆程序

5．3．2 主程序

5．4 视觉程序设计

5．4．1 IMAQ Vision简介

5．4．2 视觉程序

5．5 数据采集程序设计

5．5．1 iDAQ-USB-6009简介

5．5．2 模拟信号输入

5．5．3 模拟信号输出

5．6 数据存储与报表生成程序设计

5．6．1 数据存储方式的选择与数据存储程序

5．6．2 Excel报表程序

5．7 程序前面板设计

5．8 系统测试

5．9 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢