【摘 要】
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激光加工广泛应用于航空航天工业和汽车工业，尤其是激光焊接和激光打孔技术。当激光聚焦到工件表面时，激光和材料作用的界面会有强烈的熔化和蒸发现象，并且在激光光斑光斑会形成
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激光加工广泛应用于航空航天工业和汽车工业，尤其是激光焊接和激光打孔技术。当激光聚焦到工件表面时，激光和材料作用的界面会有强烈的熔化和蒸发现象，并且在激光光斑光斑会形成一个孔，这个孔被称为“匙孔”。匙孔是由蒸汽压和表面张力的动态平衡产生的。匙孔形成后，激光在匙孔中多次反射，从而促进了激光的吸收。匙孔的状态对最后的加工质量有重要影响，加工过程中常见的气孔和裂纹的形成也都与匙孔的动态过程有关。所以研究匙孔的动态过程有重要意义。 匙孔只有在加工过程中出现，当激光关闭后匙孔变消失了。所以只有实时在线监控系统和数值仿真才能有效的研究匙孔的动态过程。本文基于有限体积法开发了三维数值仿真模型。在计算熔池中的流体运动的模型中，考虑了表面张力和马兰哥尼力。该模型还考虑了蒸发层的物理性质跳变。在计算气液边界的时候，虚拟流体方法用来处理物理性质的跳变，而在计算液固边界时，为了简化模型使用了连续模型来处理。到目前为止，实时在线监测系统已经有很多种方案了，在这些方案中同轴视觉系统集成起来方便、成本较低用处最为广泛，并且通过开发不同的算法，同一套视觉系统可以有多种多样的用途。本文使用数值仿真模型和同轴视觉系统研究了两个工业上的问题：在激光全透焊中，开发了激光全透孔检测算法，然后从实验和理论角度研究了激光功率和焊接速度对激光全透孔的影响；在激光打孔过程中，本文开发了打穿检测算法，从实验和理论角度研究了打穿时刻的图像变化特征，开发的打穿检测算法被集成到实际的控制系统中，得到了较高的识别准确率。
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