ces了04 和 直人华人民共和国国家标准 GB/T 43614一2023 增材制造 金属粉末定向能量沉积设备 激光熔复头测试方法 Additive manufacturing一Test method for laser cladding head of metal powder directed energy deposition equipments 2023-12-28 发布 2023-12-28 实施 GB/T 43614一2023 目 次 前谊eeree sssreeesees noratonsesrasreaenoeos nanasaastnossogtasreeteasooooootaoooaoooooetooosoosooooorsoeoeiessttee 工 9 检测报告 pe 6 附录 C (资料性) 粉斑直径测试一一同轴成像法 Ne 12 GB/T 43614一2023 前 言 本文件按照 GB/T 1.1一2020标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国机械工业联合会提出。 本文件由全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC 562)归口。 本文件起草单位:西安增材制造国家研究院有限公司 西安交通大学 .雁栖湖基础制造技术研究院 (北京)有限公司 .苏州大学 .南京中科煜寥激光技术有限公司 ,深圳市金石三维打印科技有限公司、.中机 新材料研究院(郑州)有限公司、山东雷石智能制造股份有限公司 .南京辉锐光电科技有限公司 西北工 业大学,大连理工大学 .广东增减材科技有限公司、.中国科学院西安光学精密机械研究所、华南理工大 学.广东汉邦激光科技有限公司 ,北京万维增材科技有限公司 ,深圳嘉强激光技术有限公司 、陕西新兴热 喷涂技术有限责任公司,中国核动力研究设计院,中国工程物理研究院机械制造工艺研究所.中航迈特 增材科技(北京)有限公司 .宁波晶钻科技股份有限公司.中国航发北京航空材料研究院、广东省科学院 新材料研究所、中机生产力促进中心有限公司。 本文件主要起草人:薛飞\高洁.薛莲`石拓、华晨.周恒.杜博寡、侯帅\卢秉恒、齐欢`.于君、马广义、 周功胜 .高铎瑞.王迪、牛留辉、盛彬、.罗安琪.尹向阳、李青宇、杨家林、杨夭、张军安`赵梓钧.间星展、 T GB/T 43614一2023 增材制造”金属粉末定向能量沉积设备 激光熔履头测试方法 1 范围 本文件规定了增材制造金属粉末定向能量沉积设备激光迷覆头的测试要求和检测报告,描述了光 斑尺二测试.粉斑直径测试和光粉同轴测试的方法。 本文件适用于同轴光内送粉式和同轴光外送粉式金属粉末定向能量沉积设备激光熔上覆头的性能 测试。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。 GB/T 7551-一2008 称重传感器 GB/T 14896.7一2015 特种加工机床 术语 第7部分:增材制造机床 GB/T 14896.9一2018 ”特种加工机床 术语 第9 部分:激光加工机床 GB 25493一2010 ”以激光为加工能量的快速成形机床 “安全防护技术要求 GB/T 35351 增材制造”术语 GB 39800.1 个体防护装备配备规范 第1部分:总则 3 术语和定义 GB/T 35351、.GB/工14896.7一2015 和 GB/T 14896.9一2018 界定的以及下列术语和定义适用于本 文件。 3.1 熔履工作平面 cladding work plane 金属粉末定向能量沉积设备激光熔覆头的成形面。 注: 通常为最新的沉积层表面。 3.2 同轴送粉喷头“coaxial feeding head 与激光光束轴线同轴的送粉喷头。 [来源:GB/T 14896.7一2015,5.21.1] 3.3 光斑尺寸 spot size 激光束在任意(或特定)横截面投射光斑的尺寸。 [来源:GB/T 14896.9一2018,3.11] 1 GB/T 43614一2023 3.4 粉束会聚面 “powder stream convergence plane 以人射激光束光轴为轴线,粉未束流会聚形成最小的截面。 3.5 有效粉斑 effective powder spot 以人射激光束光轴为轴线,粉未束流截面内粉末的主要分布区域。 3.6 有效粉斑系数 effective powder spot coefficient 有效粉斑边界处粒子统计量特征值与全局粒子最大统计量特征值之比。 注: 取值范围为(0,1) ,通常取值为 13.5%%(即 1/e) ,特殊要求根据需要确定有效粉斑系数。 3.7 有效粉斑直径 effective powder spot diameter 有效粉斑边界等效圆的直径。 4 概述 增材制造金属粉末定向能量沉积设备激光熔覆头(以下简称“激光熔覆头”)由光学系统、同轴送粉 喷头和功能性机械结构 3 部分构成: a) 光学系统外接激光器,实现激光光束的整形和会聚,在熔履工作平面输出高质量的聚焦光斑; b) 同轴送粉喷头外接送粉器,输出均匀粉末流; c) “功能性机械结构满足光粉同轴 、部件冷却等设计要求。 本文件中,分别通过测量熔覆工作平面的光斑尺寸、粉斑直径和光粉同轴,完成对激光熔覆头 3 项 主要功能的性能检测 。不限于本文件列举方法 ,各项测试方法及对应章条编号见表 1 。 表1 激光熔覆头测试方法 一 SR 序号 测试项目 测试方法 章条编号 备注 光斑尺寸 空心探针法 第 6 章 一 方法 A一一粉末称重法 7.2 一 2 粉班直径 加 方法 B一一同轴成像法 7.3 仅适用于光外送粉式 光粉同负 工装检测 第8章 二 5 测试要求 5.1 通则 送粉稳定性的相关规定如下 : a) 使用粉末应满足相应的粉末规范要求,如流动性 .球形度 .干燥程度等; b) 送粉设备应满足相应的参数要求 ,建议送粉设备气源压力波动误差优于设定值的士1%% ,输送 粉末的气体流量波动误差优于设定值的士1%% ,设备输出送粉量重复精度优于全量程的士2%; c) 粉末输送管路尽可能短。 2 GB/T 43614一2023 5.2 ”测试环境 5.2.1 测试环境温度范围与测试对象的工作环境温度范围相同 ,相对湿度不大于75%% ,气压86 kPa一 106 kPa。 5.2.2 测试仪器周围应无明显对送粉稳定性产生影响的因素,如磁场.振动.气流等。 5.2.3 ”采用称重传感器进行粉斑直径测试时应符合 GB/T 7551一2008 中 8.1.2.14 试验的一般大气 条件。 5.3 激光辐射安全 以激光束为被测对象的光斑尺寸测试系统应符合 GB 25493一2010 中 5.9 的要求。 5.4 人员防护 为保障人员安全,激光辐射.粉尘环境应采取相应的防护措施 ,操作人员应按照 GB 39800.1 的规定 使用个体防护用品。 6 光斑尺寸测试 6.1 测试原理 光斑测试系统采用空心探针原理的激光焦点分析仪作为测量仪器,其测量原理见 GB/T 27666一 2011 中 A.4.3 描述。 6.2 ”测试系统 光斑尺寸测试系统主要由激光熔履头、工业激光器 .激光器水冷机激光焦点分析仪 .激光吸收体和 运动平台构成,测试系统的工作原理和主要设备参数见附录 A 中 A.1。 6.3 测试准备 测试准备工作如下 : a) 准备个人防护护具:至少包含激光防护眼镜,其参数根据激光器波长确定; b) 拆伸送粉喷头:记录基准面位置.基准面与熔覆工作平面距离.基准面与激光焦点分析仪量程 起点的距离; c) 放置激光焦点分析仪 :调整激光焦点分析仪探针与激光东处于同一轴线; d) 放置激光吸收体 :调整激光束位于激光吸收体的中心位置; e) 确定熔覆工作平面位于激光焦点分析仪测量行程内的位置,常用方法见 A.2。 6.4 测试步骤 6.4.1 测量熔覆工作平面激光束光斑。根据测试结果,修正激光焦点分析仪测试软件的参数(如测试 窗口大小及位置、信号增益值等) 。 6.4.2 ”基于已修正测试参数,开展熔覆工作平面激光束光斑尺寸测试,测试次数不应少于 3 次。 6.4.3 ”改变光斑尺寸.熔覆工作平面位置或者测量仪器位置 ,重复 6.4.1一6.4.2 步骤。 6.5 数据处理 测量的光斑尺寸算数平均值即为熔覆工作平面的光斑尺寸,并计算最大偏差。 凶 GB/T 43614一2023 7 粉斑直径测试 7.1 总则 光内送粉式粉斑直径测试方法采用7.2,光外送粉式粉斑直径测试方法推荐采用7.3 ,也可采用7.2。 2 种送粉喷头的区分方法见附录 B 中 B.1。 7.2 ”方法 A一一粉末称重法 7.2.1 测试原理 粉末称重法是通过动态隔离送粉喷头的部分粉末束流,测量另一部分粉末束流输出粉未质量的实 时变化率。根据集粉质量-时间的对应关系,通过数学运算获得粉末束流的概率密度分布-位置的函数 关系,计算粉斑直径 。 7.2.2 测试系统 粉末称重法粉斑直径测试系统至少包括同轴送粉喷头、.运动机构、.送粉吉、气源、粉未收集需、称重 传感器和上位机,测试系统主要设备参数见 B.2。 7.2.3 测试准备 测试准备如下 : a) 个人防护装备至少包含自吸过滤式防颗粒物呼吸需; b) 金属粉末符合 5.1 的规定; c) 粉末收集器水平固定在称重传感器上 ,送粉喷头保持竖直; d) 测试过程中粉末束流应稳定,无明显方向性。 7.2.4 测试步骤 7.2.4.1 送粉喷头轴线初始位置位于粉末收集器外侧 ,调整粉末收集器上边沿与熔履工作平面重合。 7.2.4.2 ”设置运动机构平移速度 .传感器信和号采样频率(不低于 30 Hz) ,送粉喷头与粉末收集器相对平 移速度达到设置值 ,粉末束流进入粉末收集器前,开始传感器数据采集。 7.2.4.3 ”送粉喷头轴线完全移出粉未收集器,上位机记录的粉末质量随时间的变化曲线(质量变化率) 保持数值恒定或在较小范围内持续波动时,数据采集结束。称重过程中的采样数据应不少于 1 000 个。 7.2.4.4 称重过程和数据记录至少重复 3 次。 7.2.4.5 ”改变送粉喷头或称重系统位置 ,重复 7.2.4.1一7.2.4.4 步骤。 7.2.5 数据处理 建立集粉质量-时间关系,通过数学运算获得粉末束流的概率密度分布-位置的郴数关系,根据有效 粉斑系数提取粉斑直径 ,常用数据处理方法见 B.3 。 7.3 ”方法 B一一同轴成像法 7.3.1 测试原理 同轴成像法是通过光学成像系统将粉束会聚面上粒子的辐射光投射到光敏单元,实现光强信和号到 电流/电压信号的转化,完成粉斑图像采集和储存。通过图像处理方法 ,获得粉斑直径数据。 在 GB/T 43614一2023 7.3.2 ”测试系统 同轴成像法测试系统主要由同轴送粉喷头、.运动平台、送粉器、气源、成像系统 .辅助激光光源 、粉末 收集器和图像处理单元构成,测试系统主要设备参数见附录 C 中 C.1。 7.3.3 测试准备 测试准备如下 : a) 个人防护装备至少包含自吸过滤式防颗粒物呼吸器; b) 金属粉末符合 5.1 的规定; c) 国定送粉喷头、成像系统相对位置 ,调整送粉喷头的粉束会聚面处于成像系统的焦平面; d) 调整辅助激光光源参数、位置,使其满足粉束会聚面内粉末颗粒亮度拍摄要求。 7.3.4 测试步骤 7.3.4.1 拍摄含有标记特征长度的图片并保存。 7.3.4.2 ”拍摄粉束会聚面粉末分布图像,根据图像修正曝光时长 .增益参数.采集频率等。图像采集频 率不低于 100 fps,采集图像数量应不少于 300 张。 7.3.4.3 图像采集和存储至少重复 3 次。 7.3.4.4 改变送粉喷头或成像系统焦平面位置 ,重复 7.3.4.1一7.3.4.3 步骤。 7.3.5 数据处理 数据处理需要经过长度换算 .粉末分布图像数据合成和处理 3 个步又,最终获得粉斑直径 ,常用处 理方法见 C.2。 8 光粉同轴测试 8.1 测试原理 以人射激光光束轴线为参考基准,以同轴送粉喷头的定心结构为有效粉斑中心点的过渡基准,定性 评价熔覆工作平面内有效粉斑中心点与人射激光光束轴线的重合程度。 8.2 测试系统 光粉同轴测试系统至少包括激光熔覆头、安装平台 .激光器激光器水冷机和检测工装 ,测试系统的 工作原理和主要设备参数见附录 D 中 D.1。 8.3 测试准备 测试准备如下 : a) 个人防护护具至少包含激光防护眼镜; b) 激光熔覆头:同轴送粉喷头可拆征,且同轴送粉喷头与激光熔覆头的连接处具有和定心结构,多 次拆装仍可保证激光熔覆头光路和送粉喷头的轴线重合; c) 检测工装:检测工装结构及设计见 D.2一D.3 ,检测工装与激光熔覆头配套使用。 8.4 测试步骤 8.4.1 使用检测工装替换同轴送粉喷头,与激光熔覆头连接可靠。 8.4.2 ”开启设备,激光导引光投射在检测工装的光粉同轴观察区域内。 GB/T 43614一2023 8.4.3 参照 D.4 的光粉同轴对比示例,定性表征入射激光光束轴线与过渡基准的相对位置,完成有效 粉斑中心点与人射激光光束轴线的重合程度评价。 9 检测报告 检测报告应包含但不限于: a) 测试时间、地点; b) 激光熔履头信息 ,包括生产商 ,型号.特征参数等; c) 测试设备信息及工作参数， d) 测试方法和测试结果; e) 任何可能影响测试结果的因素。 6 GB/T 43614一2023 附 录 A (资料性) 光斑尺寸测试系统 A.1 光斑尺寸测试系统 光斑尺二测试系统结构示意图见图 A.1。测试系统主要设备如下 。 a) 激光熔履头 :激光熔覆头下端部件(如同轴送粉喷头)可拆印;输出光斑尺寸不小于 0.1 mm。 b) 工业激光器。 c) 激光器水冷机:用于激光器和激光熔履头冷却 ,循环冷却水路的制冷量和水温满足需求。 d) 激光焦点分析仪 :输出光束的波长.能量闪值和光斑尺寸处于仪器的测试范围内,配置测试软 件 ,测量精度优于士5%。圆形光斑尺十即光束直径 ,光束直径定义参考 GB/T 15313一2008 中 2.1.49.1 规定,取功率(或能量)比例参数(x)为 86.5%%。 e) 激光吸收体:完成激光束能量的吸收和转化,其表面具有耐高温、低反射率等特点,同时设置有 强制冷却以降低能量吸收引起的温升。 f) 运动平台:固定激光熔覆头的机械装置,其外侧设置有金属防护四等激光辐射隔离设施。 机 人 一”rr-- - 四 一 临二可 折 1 包| 艰_引 2 局 一雪 加各 本本 | 国 人 乡2 5 6 7 标引序号说明; | 1一一工业激光器; 5一一执板; 2一一激光熔覆头; 6一一激光吸收体; 3一一聚焦光束; 7一一运动平台; 4一 激光焦点分析仪; 8一一激光器水冷机。 图 A.1 光斑尺寸测试系统结构示意图 7 GB/T 43614一2023 A.2 熔覆工作平面位置确定方法 光斑尺寸测试准备中 ,确定熔覆工作平面在激光焦点分析仪行程中的位置的方法如下 a) 选择基准面 :选择激光熔覆头保护镜下方平面作为基准面; b) 测量并记录数据;基准面与从履工作平面的距离(L) ,基准面与激光焦点分析仪的行程起点距 离(刀，); c) ，待测平面的坐标 Xw :定义激光焦点分析仪行程起点 、终点分别为 O。、X, ,熔履工作平面在激 光焦点分析仪中的坐标位置为 X,则坐标位置计算见式(A.1) ,示意图见图 A.2。 X =二一瑟 人人]) 1 AL_ ea 河| 作_引 机 四 语 AN 、 | 8 O。 - RE 加 NA 3 4 a) “光斑尺寸测量中的熔材工作平面坐标转化示意图 2 AN | 号， [一 3 b) 激光焦点分析仪光斑测量示意图 标引说明， 1 激光炊歼头， 2 ”一一激光焦点分析仪; 3 ”一一激光束; 4 一同轴送粉喷头; 5 熔覆工作平面; 6 “一一基准面; 二基准面与熔蓝工作平面距离 一基准面与激光焦点分析仪量程起点的距离 O。-一激光焦点分析仪量程起点 Xw一一熔履工作平面在测量坐标轴中坐标; Xw 一激光焦点分析仪量程终点。 图 A.2 ”光斑尺寸测试系统坐标轴转化和光斑测试示意图 8 GB/T 43614一2023 附 录 B (资料性) 粉斑直径测试一一粉末称重法 B.1 同轴送粉喷头分类 激光熔覆头的同轴送粉喷头有 2 种类型 :光外送粉喷头和光内送粉喷头。光外送粉喷头的送粉通 道沿激光束光轴的径向圆周均匀分布,激光束在粉末束流内侧;光内送粉喷头的送粉通道位于中心轴线 且激光束在粉末柬流外侧 ,原理示意岁见图 B.1。 NA人 | AN\ 1 2 1 2 a) 光外送粉 b) 光内送粉 标引序号说明: 1一一激光束; 2一一粉末束流。 图 B.1 不同类型同轴送粉喷头原理示意图 B.2 ”粉末称重法粉斑直径测试系统 粉末称重法粉斑直径测试系统结构示意图见图 B.2 ,主要设备参数如下 ， a) 运动机构:送粉喷头与粉末收集器水平方向能够实现相对位移,运动机构行程不少于 50 mm,， 位移精度不低于 0.02 mm ,图 B.2 以称重系统平移为例; b) 称重传感器:额定载荷满足测试需求 ,测量精度不小于 0.5 mg ,准确度等级为 A 级,灵敏度不 低于 2 mV/V,信号采样频率不低于 30 Hz,通过标准接口进行数据传输 ,称重传感器的正常 工作条件符合 GB/T 7551一2008 中 4.5 的规定; c) 粉末收集器:粉末收集器开口直径或宽度大于 3 倍的有效粉斑直径;内壁表面粗糙度不低于 Ra0.4,壁面与水平方向的夹角不大于 45" ;粉末收集禹上边沿设有分离粉末束流的薄刃,薄刃 圆角半径不大于检测粉末的 Dio粒径的5 倍; d) 同轴送粉喷头:粉末由送粉器送入同轴送粉喷头并输出; e) 送粉器:气载式送粉器,气源为氮气等保护气体,输出载气流量和旋转粉盘转速可调; 人“上位机:集成数据采集及处理模块,通过标准接口进行实时数据采集和传输。 9 GB/T 43614一2023 1 SN 国国 3 日 6 L______ 4 瑟 标引序号说明 ， 1一一同轴送粉喷头; 2一一粉末收集器; 3一一称重传感央; 4一一运动机构; 5一一上位机; 6一一送粉器。 图B.2 粉末称重法粉斑直径测试系统结构示意图(以光内送粉喷头为例) B.3 数据处理方法 数据处理按以下方法进行。 a) 对上位机记录集粉质量CM)-时间(z)的曲线作一阶导数处理,集粉速度(0 )-时间(b)的丽数见 公式(B.1) 。 dMC) -cn (EBD) dz 式中: M 一一粉末收集器采集的粉末累积质量,单位为友(g); 7 一一粉末质量变化率酚数,罗(表示粉末收集器中粉末累积质量关于时间(z)的导数,单位 为克每秒(g/s) 。 b) 粉末质量变化率2(z)函数通过 FFT 降噪、拟合、归一化,获得基于时间(z) 的概率分布郴数 下(); 根据平移速度(wo) ,将下()转换为基于粉斑位置的概率分布数见公式(B.2) 。 下人) Xu一下Cs) (0 B.2 ) 式中: F 一一粉末概率分布函数， e 下()表示粉未出现在[0,妇时间段内的概率， e 下(CS)表示粉未出现在L0,*]位移范围内的概率; zu一一送粉喷头与粉末收集器的相对平移速度 ,单位为毫米每秒(mmys) 。 c) 对FFG)函数作一阶导数处理 ,粉末概率密度郴数(C广-位移(*)的函数见公式(B.3) 。 二 X60=G) 9 B3 ) 10 GB/T 43614一2023 式中， 7丰一一粉末概率密度函数 ， 8G)表示距离粉斑中心原点 0 处为 的位置粉末出现的概率密度。 d) 计算单次有效粉斑直径。以 AG)图像对称轴为中心 ,根据有效粉斑系数确定有效粉斑边界处 的概率密度值 ,对应坐标轴长度即为有效粉斑直径 ,抑图 B.3。 e) 多次测量的有效粉斑直径算数平均值即有效粉斑直径,并计算最大偏差。 0.4了一 3 0.3 相 0.2 \ 树 所 0.1 变 1Ve2?直径 0 -3 -2 -! 0 1 2 3 位移/mm 图B.3 粉末概率密度分布-位移曲线(有效粉斑系数 1/e2 ) 11 GB/T 43614一2023 附 录 C (资料性) 粉斑直径测试一一同轴成像法 C.1 同轴成像法粉斑直径测试系统 同轴成像法粉斑直径测试系统的光学分辩率满足 2个~5 个像素识别最小粉末粒径的成像要 求 ,测试系统结构示意图见图 C.1 ,主要设备参数如下 : a) 运动平台:至少具有 x 轴升降功能,滑块运动行程不少于 100 mm,运动精度不低于 0.1 mm b) 成像系统 :至少包含工业相机和镜头,通用通信供电接口,其 H/V 分辨率均满足最小粉末颗 粒的成像质量要求 ,采集频率不低于 100 f ps,滤光片选配; c) 同轴送粉喷头:光外送粉类型 ,粉末经过分粉器进入同轴送粉喷头; d) 辅助激光光源 :辅助激光光源的波段、功率、扇形角满足成像要求 ;推荐辅助激光光源线宽不超 过最大粉末粒径的 2 倍; e) “粉末收集器:采用合理的收集结构 ,减少反弹粉末对被测粉末流的干扰; 人 图像采集单元:通用接口 ,适配电脑进行图像实时处理、 存储和显示; g) 送粉器:采用气载式送粉器,气源为氯气等保护气体,输出载气流量和转速可调。 2 AN 上 一 = 中:了 1 和 | 半 | 呈 SN LN 、 天一 4 | 忆 标引序号说明 : 1一一同轴送粉喷头 2一一成像系统; 3一一运动平台; 4一一粉末收集占; 5一一辅助激光光源; 6一一送粉器; 7一一网像采集单元。 图C.1 同轴成像法粉斑直径测试系统结构示意图 12 GB/T 43614一2023 C.2 ”数据处理方法 C.2.1 长度换算 统计对照图中的标记特征长度像素点个数,计算像素-长度换算比例。 C.2.2 图像处理 C.2.2.1 彩色图像 成像系统输出的图像类型为彩色图像时,按照以下步骤处理: a) 图像到加:分别对同一图像平面的所有源图像对应像素点的RGB 分量求和,将获得的各点 RGB 分量的均值赋值到新图像 CMAP1; b) 比例系数计算 :遍历 CMAP1 图像所有像素点中 RGB 量,并提取各分量最大值,记为尺。.、 Ge、 Ba,比例系数分别以式(C.1)一式(C.3)表示 : aR 一255/尺 CD) ac一255/G，， 2 ) ab一255/ 已 3 ) c) “亮度校正 :通过图像 CMAPI1 的各像素点的RGB 分量与cr ac ap的乘积,获得图像 CMAP2 的对应像素点的RGB 分量; d) 图像灰度化:对 CMAP2 图像各像素点应用基于 RGB 值的加权平均算法,获得灰度图像 CMAP3 。 C.2.2.2 ”黑白图像 成像系统输出的图像类型为黑白图像时,按照以下步骤处理: a) 图像琶加:对同一图像平面的所有源图像对应像素点的灰度值求和,并将获得的各点灰度值的 均值赋值到新图像 MAP1; b) 灰度校正:基于图像 MAP1 原图做运算获得背景图像 MAP2 ,其各像素值为CG, (zx ,y) ,并提取 背景图像的灰度最大值C(G,，) ,对图像 MAP1 进行灰度校正 ,获得灰度图像 MAP3 ,校正公式 按式(C.4)表示 : 了 一全 后 Comax eeeeeeeeeeeeeeeeeesw 、 一)人 (CC.4) 式中: Gas (zy)一一灰度图像 MAP3 中任意像素点(zy)对应的灰度值; G (zy)一一灰度图像 MAP1 中任意像素点(z,y)对应的灰度值; Gonex 一一灰度网像 MAP2 中像素点对应灰度值的最大值; Gy (zy)一一灰度图像 MAP2 中任意像素点(z,y)对应的灰度值。 C.2.3 ”粉斑直径算法 粉斑直径按如下步骤计算。 a) 遍历图像 CMAP3/MAP3 中所有像素点灰度值并写和人数组CM),灰度值从大到小降序排 序 ,并按照相同顺序排列像素点坐标(z,y)。 b) 确定有效粉斑边界。根据有效粉斑系数(假设取值 13.5%) ,按式(C.5)确定有效粉斑边界像素 点的灰度值CM，) 。 M， 一13.5% XM， 、 5) 13 GB/T 43614一2023 式中 : Mi， 一一数组CM)中有效粉记边界像素点的理论灰度值; Maau 一一数组CM)中灰度值最大值。 c) 计算粉斑直径。确定M,在数组CM)中灰度值排序,筛选小于M,的最大灰度值CM, )及其坐 标,按式(C.6)计算基于像素数量的有效粉斑半径(R，,) 。 尺， 一VC二2十(二yy) caseeaasaeewsasseseseoees( 人6 式中: 及,一一有效粉斑半径 ,单位为像素; 妃一一灰度值为M, 的像素点横坐标; zu一一送粉喷头粉东的几何中心横坐标; 一一灰度值为M, 的像素点纵坐标; yu 一一送粉喷头粉柬的几何中心纵坐标。 d) 长度换算。根据 C.2.1 中像素-长度换算比例,计算基于物理长度的有效粉斑直径 。 e) 多次测量的有效粉斑直径算数平均值即有效粉斑直径 ,并计算最大侦差。 14 GB/T 43614一2023 附 录 D (资料性) 光粉同轴测试系统 D.1 光粉同轴测试系统 光粉同轴测试系统结构示意图见图 D.1 ,主要设备如下 : a) 激光熔罗头; b) 安装平台:固定激光熔覆头的机械系统; c) 工业激光器:激光导引光为可见光波段(400 nm一760 nmy) ; d) 激光器水冷机:用于激光器和激光熔履头冷却 ,循环冷却水路的制冷量和水温满足需求; e) 检测工装。 册 NU_ 7乒 吕 ] ,化当 < 儿 /一一一上 。 ， < =最、 才 4 本 [L 标引序号说明 : 1一一激光器水冷机; 2一一激光熔覆头， 3一一安装平台 4一一激光导引光; 5一一检测工装 ; 6一一工业激光吉。 图D.1 光粉同轴测试系统结构示意图(以光外送粉喷头为例) D.2 检测工装结构 检测工装包含 3 个组成部分:同轴环 .十字标记片和螺纹压环 ,以光外送粉喷头为例,结构示意图见 15 GB/T 43614一2023 图 D.2。 4 一 了 E 个 人 - | 陪 辐 入/ 山 天 TT 同一全 CN人LI 学村于和 NU 忆 NA ， 遇 本 标引符号说明 : 1 一一同轴环; 2 一一十字标记片， 3 一一螺纹压环， D 一一同轴环用于轴心定位的圆柱面直径， d 一一同轴环与十字标记片装配时轴心定位的圆柱面直径; 上 一一十字线观察基准的烛宽度。 图 D.2 检测工装结构示意图 D.3 检测工装设计要求 检测工装设计要求如下 : a) 检测工装与激光熔覆头连接,用于两者轴心定位的圆柱面直径CD)的尺寸配合公关优 于 H7/g6; b) 检测工装与激光熔覆头连接,检测工装底面与熔覆工作平面重合; c) 检测工装内置观察基准(见图 D.2 中的十字线观察基准) ,该观察基准中心即检测工装的中 心,观察基准为十字线槽,醒宽 上一0.5 mm d) 若观察基准所属零件可拆御(见图 D.2 中的十字标记片) ,该零件与检测工装的轴心定位尺寸 (gd)的同轴度偏差优于 0.05 mm e) 检测工装环侧或一侧开设观察窗,以便于目视或工业相机观察; f纺“十字标记片选用耐高温、表面反射率低的材料。 D.4 光粉同轴对比示例 D.4.1 直接观察 透过侧面观察窗,目视观察激光导引光点与十字线观察基准中心的位置,见图 D.3。当光点的亮度 较高时,增加误减滤光片直接观察或通过工业相机间接观察。 16 GB/T 43614一2023 本 4 X 标引符号说明 , /一一激光导引光点与十字线观察基准中心重合,即激光熔覆头人射激光光路轴线与有效粉斑中心重合， 义一一激光导引光点与十字线观察基准中心不重合,即激光熔覆头和人射激光光路轴线与有效粉斑中心不重合。 图D.3 光粉同轴对比示例(直接观察 ) D.4.2 ”透光观察 在检测工装下方放置平整的白色底板,激光熔覆头导引光透过十字线槽(观察基准)形成十字光 束,目视观察十字光束在白色底板上的投影图形,见图 D.4。 L 标引符号说明 : V 一一和白色底板上投影的十字线图形对称,即激光熔覆头人射激光光路轴线与有效粉班中心重合; 又一一白色底板上投影的十字线图形不对称,即激光熔覆头人射激光光路轴线与有效粉斑中心不重合。 图D.4 光粉同轴对比示例(透光观察) 17 GB/T 43614一2023 参考 文 献 [1] GB/T 15313一2008 激光术语 [2] GB/T 27666一2011 制造用激光器光束质量的评价和测试方法 18