基于紫蜂无线传感技术的激光熔覆实时监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种基于紫蜂无线传感技术的激光熔覆实时监测系统，该系统包含信号采集装置，电路连接该信号采集装置输出端的信号调理模块，电路连接该信号调理模块输出端的嵌入式无线智能终端，通过无线连接该嵌入式无线智能终端输出端的数据处理终端；嵌入式无线智能终端与数据处理终端之间采用紫蜂无线传感网络进行无线连接。本实用新型专利技术利用紫蜂无线传感技术，结合多传感器信息融合技术，对高功率CO2激光熔覆过程进行实时监测，利用多传感器信息融合技术建立熔覆缺陷数据库，并将其集成到计算机数控系统中，计算机数控系统实行反馈控制，最终实现对熔覆过程的实时闭环控制。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及ー种基于短距离无线传感技术的激光熔覆监测系统，具体涉及ー种基于紫蜂无线传感技术的激光熔覆实时监测系统。
技术介绍
目前，磨损和腐蚀是机械构件的主要破坏形式，所导致的经济损失十分惊人，因此，采用表面防护措施延缓、控制以及修复表面的破坏成为解决上述问题的有效方法。激光熔覆技术是激光表面改性技术中发展最为迅速，最具有广泛应用前景的技术之一，具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形较小、过程易于实现自动化控制等优点。激光熔覆技术应用于表面处理，可极大地提高零件表面的硬度、耐磨、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能，还可用于废品件的修复，大量节约加工成本，延长使用寿命。激光熔覆技术在航空、军事、石油、化工、医疗器械等方面有较广泛的应用。激光熔覆技术虽然具有其他表面改性技术所没有的优势，但是因为熔覆过程复杂，与熔覆层质量有关的參数非常多，常常在一定范围内波动且相互影响，没有绝对的定量界限，处于模糊的状态，熔覆层质量往往不能达到人们所期待的使用要求。因此，为了保证熔覆层的质量并充分发挥激光熔覆技术的优势，加快其实用化进程，必须采用合适的控制方法将各种影响因素控制在熔覆エ艺允许的范围内。在激光熔覆过程中会产生各种声、光、电以及温度信号，这些信号都与熔覆过程有一定的关系，并且都能从不同方面反映熔覆过程的本质，其中光致等离子体和熔池是与熔覆过程有直接关系的两种物理现象。光致等离子体对入射激光产生吸收、散射和折射作用，不仅使激光能量受到极大的损失，而且可能会造成潜在的熔覆缺陷。因而利用光致等离子体的光、声、电特性可以监测激光熔覆过程的稳定性和缺陷的产生。熔池的形貌和表面积直接决定未来熔覆层的形貌和表面粗糙度，因此其温度和红外光辐射也是非常重要的监测參量。在激光熔覆过程中，能够反应熔覆过程稳定与否及质量的优劣、并被用作被检测的物理參量主要有等离子体特征信号和熔池信号I、可听声信号(AS，Audible Sound)，金属蒸汽或等离子体喷射出来时的压カ波将产生出ー种特定频段可听的声音，使用麦克风测量熔覆过程中的声音信号，对信号进行快速傅立叶变换，对频谱的分布特点进行研究。其优点是信号拾取容易，对焊接头和外光路不会造成负担或不良影响，并且对传感器装夹的方向、距离等不敏感。2、等离子体蓝紫光信号，伴随着等离子体的产生会有強烈的蓝紫光辐射，检测和分析蓝紫光辐射是了解等离子体状态的重要手段。激光焊接研究表明，一定波长的等离子体光辐射强度与被熔物质蒸发量、等离子体温度和长度等有关，对它的监测是焊接质量监测的重要手段。因此，借鉴激光焊接质量控制中对蓝紫光辐射的检测与分析，在激光熔覆过程中，对蓝紫光进行监测和分析，寻找蓝紫光与激光熔覆质量的关系。3、等离子体电信号，宏观呈电中性的等离子体中存在大量带负电的自由电子和带正电的离子，这些带正电的粒子和带负电的自由电子在蒸汽压力作用下，从エ件表面向熔覆头方向运动。由于自由电子质量小，其运动速度大大高于带正电粒子的运动速度，因而，在等离子体内部，局部的电平衡会被打破，形成相对于激光入射点，沿激光入射轴线方向的电位差。通过测量エ件与熔覆喷嘴之间的电位差，可以判断等离子体強度或电子密度。而且大量自由电子的存在是区分等离子体和普通蒸气的明显标志，因此电信号是等离子体的最本质表现。4、熔池温度和红外辐射信号，激光熔覆过程必然会将基体材料和熔覆粉末加热到熔点以上，因此熔池的形成是必然的。温度和红外辐射信号的強度取决于熔池的温度分布和表面积，而熔池温度分布和表面积又决定着未来熔覆层形貌和质量。因此，熔池温度和红外辐射信号是与熔覆层质量直接相关的两路信号，对它们的监测必然会对熔覆层质量的控制起到非常重要的作用。上述信号都能够从不同的侧面反映激光熔覆过程和质 量。激光熔覆技术往往会在比较恶劣的环境下进行，监测设备的安装和抗干扰就会成为很大问题，传输电缆越长干扰信号也会越多越強烈，而且如果生产线上有多台激光熔覆设备需要实时监测，信号传输电缆的布置也会比较麻烦，所以在信号传送方式上可以利用无线传感器网络技术进行无线传输。无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是一种特殊的Ad-hoc网络，是由许多无线传感器节点协同组织起来的，这些微型节点具有无线通讯、数据采集和协同合作能力，解决了传统的有线数据传输方式布线困难、电源不易供给的不足。无线传感器网络节点可以随机或特定地布置在目标环境中，它们之间通讯通过特定的协议自组织起来，能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任务。在军事、国防、エ农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的使用价值，具有十分广阔的应用前景。根据实际应用需要，无线传感器网络的网络协议必须具有以下特点用简洁的协议栈支持无线传感器网络的有效运行；利用广播信息，避免交互应答；简化的协议层次、简练的信令方式；节省的系统开销等。基于以上需求，紫蜂(ZigBee)协议应运而生，ZigBee在中国被译为“紫蜂”。它与蓝牙相类似，是ー种新兴的短距离无线技木。紫蜂(ZigBee)无线传感网络技术是基于IEEE802. 15. 4标准，由ZigBee联盟开发的关于组网、安全和应用软件的无线技术标准，确定了可在不同制造商之间共享的应用纲要，是无线传感网络的关键技术之一。IEEE802. 15. 4是由IEEE确定的低速率、无线局域网标准，该标准定义了物理层(PHY)和介质访问层(MAC)，并定义了应用接ロ。仅有物理层和介质访问层还不足以保证不同设备之间的对话，于是产生了 ZigBee协议。ZigBee协议标准满足国际标准组织(ISO)和开放系统互连參考模型(0SI)，包括由IEEE制定的物理层和介质访问层，以及由ZigBee联盟制定的网络层、安全层和应用层。这样，在符合该标准的情况下不同厂商制造的设备就可以实现相互间的通信。紫蜂(ZigBee)这ー名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是ー种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技木。紫蜂(ZigBee)协议能最大可能的节省网络中能量,可以随时接入大量节点，高容错性，强鲁棒性，逐渐成为了无线传感网络的首选协议，并逐步应用于压力、温度变送器、数据采集器等エ业设计中。因此，本技术利用紫蜂(ZigBee)无线传感技术，结合多传感器信息融合技木，对高功率CO2激光熔覆过程进行实时监测和控制方法进行研究，采集熔覆过程中多种特征信号，利用多传感器信息融合技术建立熔覆缺陷数据库，并将其集成到计算机数控(CNC)控制系统中，最终实现对溶覆过程的实时闭环控制。
技术实现思路
本技术提供了一种基于紫蜂无线传感技术的激光熔覆实时监测系统，利用紫蜂无线传感技术，结合多传感器信息融合提出ー种激光熔覆实时监测系统，以实时监测和控制激光熔覆过程中的各エ艺參数。为实现上述目的，本技术提供了一种基于紫蜂无本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于紫蜂无线传感技术的激光熔覆实时监测系统，其特征在于，该系统包含信号采集装置（1），电路连接所述信号采集装置（1）输出端的信号调理模块（2），电路连接所述信号调理模块（2）输出端的嵌入式无线智能终端（3），通过无线连接所述嵌入式无线智能终端（3）输出端的数据处理终端（5）；所述嵌入式无线智能终端（3）与数据处理终端（5）之间采用紫蜂无线传感网络（4）进行无线连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪蕾，张炳发，蒋进军，徐艳龙，汪大勇，胡肇炜，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：实用新型
国别省市：