zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences10.47612/0514-7506-2022-89-4-568-579zhps-1099Research ArticleСтатьиКонтроль процессов лазерной обработки конструкционных материалов с помощью тепловизионной и спектральной техникиControl of Laser Processing of Structural Materials Using Thermal Imaging and Spectral TechnologФирагоВ. А.FiragoV. A.

Минск

 Minsk 

firago@bsu.byДевойноО. Г.DevoinoO. G.

Минск

 Minsk 

ЛапковскийА. С.LapkovskyA. S.

Минск

 Minsk 

СобчукА. Н.SobchukA. N.

Минск

 Minsk 

Белорусский государственный университетBelarusian State UniversityБелорусский национальный технический университетBelarusian National Technical UniversityИнститут физики НАН БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus202228072022894568579Copyright © Фираго В.А., Девойно О.Г., Лапковский А.С., Собчук А.Н., 20222022Фираго В.А., Девойно О.Г., Лапковский А.С., Собчук А.Н.Firago V.A., Devoino O.G., Lapkovsky A.S., Sobchuk A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1099

Проанализированы возможности тепловизионной и спектральной техники при организации контроля лазерных технологических процессов высокотемпературной модификации конструкционных материалов. Показано, что применение тепловизионной техники целесообразно при наладке этих процессов. Для непрерывного контроля более перспективно применение малогабаритной спектральной техники. Предложены решения, которые позволяют с ее помощью вести непрерывный контроль на основе определения двух параметров — эффективной температуры нагрева обрабатываемой поверхности в области воздействия лазерного излучения и параметра, связанного с эффективной площадью нагрева. Показана перспективность внедрения малогабаритных спектральных устройств непрерывного контроля в петлю обратной связи системы управления лазерными установками.

The possibilities of thermal imaging and spectral technology in organization of the control of laser technological processes of high-temperature modification of structural materials are analyzed. It is shown that the application of thermal imaging technology is reasonable when adjusting these processes. For continuous control it is more perspective to apply small spectral technique. Solutions are proposed that allow continuous monitoring on the basis of determination of two parameters: the effective heating temperature Te of the treated surface in the area of influence of laser radiation and parameter a associated with the effective heating area. It is shown that introduction of small-sized spectral devices for continuous monitoring into the feedback loop of the control system for laser set-ups is promising. 

мультиспектральная техникатермографияспектральная пирометрияконтроль лазерных процессовmultispectral technologythermographyspectral pyrometrylaser process controlReferencesJ. Dowden. The Theory of Laser Materials Processing, Springer Series in Materials Sciences, 119, New York, Springer (2009) 23—75J. Dowden. The Theory of Laser Materials Processing, Springer Series in Materials Sciences, 119, New York, Springer (2009) 23—75H. Kyogoku, T. Ikeshoji. Mech. Eng. Rev., 7, N 1 (2020) 1—19, doi: 10.1299/mer.19-00182H. Kyogoku, T. Ikeshoji. Mech. Eng. Rev., 7, N 1 (2020) 1—19, doi: 10.1299/mer.19-00182H. Helvajian. J. Laser Micro/Nanoengineering, 4, N 1 (2009) 1—6, doi: 10.1299/mer.19-00182H. Helvajian. J. Laser Micro/Nanoengineering, 4, N 1 (2009) 1—6, doi: 10.1299/mer.19-00182W. Xizhao, D. Jun, J. Ming, K. Shanhao, W. Baoye, Z. Xiaoyan. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 92 (2017) 4571—4581, doi: 10.1007/s00170-017-0413-zW. Xizhao, D. Jun, J. Ming, K. Shanhao, W. Baoye, Z. Xiaoyan. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 92 (2017) 4571—4581, doi: 10.1007/s00170-017-0413-zF. Calignano, M. Galati, L. Iuliano. Mashines, 7, N 4 (2019) 72—93, doi: 10.3390/machines7040072F. Calignano, M. Galati, L. Iuliano. Mashines, 7, N 4 (2019) 72—93, doi: 10.3390/machines7040072M. Skalon, B. Meier, A. Gruberbauer, S. Amancio-Filho. Materials, 13, N 3 (2020) 808—824, doi: 10.3390/ma13030808M. Skalon, B. Meier, A. Gruberbauer, S. Amancio-Filho. Materials, 13, N 3 (2020) 808—824, doi: 10.3390/ma13030808H. Wang, W. Liu, Z. Tang, Y. Wang, X. Mei, K. M. Saleheen, Z. Wang, H. Zhang. Opt. Eng., 59, N 7 (2020) 070901(1—18), doi: 10.1117/1.OE.59.7.070901H. Wang, W. Liu, Z. Tang, Y. Wang, X. Mei, K. M. Saleheen, Z. Wang, H. Zhang. Opt. Eng., 59, N 7 (2020) 070901(1—18), doi: 10.1117/1.OE.59.7.070901S. Everton, M. Hirsch, P. Stravroulakis, R. Leach, A. N. Clare. Materials and Design, 95, N 5 (2016) 431—445, doi: 10.1016/j.matdes.2016.01.099S. Everton, M. Hirsch, P. Stravroulakis, R. Leach, A. N. Clare. Materials and Design, 95, N 5 (2016) 431—445, doi: 10.1016/j.matdes.2016.01.099I. Eriksson. Optical Monitoring and Analysis of Laser Welding. Printed by Universitetstryckeriet, Luleе University of Technology (2011) 1—82I. Eriksson. Optical Monitoring and Analysis of Laser Welding. Printed by Universitetstryckeriet, Luleе University of Technology (2011) 1—82X. He, T. Deb Roy. J. Appl. Phys., 94, N 10 (2003) 6949—6958, doi: 10.1063/1.1622118X. He, T. Deb Roy. J. Appl. Phys., 94, N 10 (2003) 6949—6958, doi: 10.1063/1.1622118А. Н. Черепанов, В. П. Шапеев. Теплофизика и аэромеханика, 20, № 2 (2013) 239—253А. Н. Черепанов, В. П. Шапеев. Теплофизика и аэромеханика, 20, № 2 (2013) 239—253В. И. Богданович, М. Г. Гиорбелидзе, А. В. Сотов, Н. Д. Проничев, В. Г. Смелов, А. В. Агаповичев. Изв. Самарского науч. центра Российской АН, 19, № 4 (2017) 105—114В. И. Богданович, М. Г. Гиорбелидзе, А. В. Сотов, Н. Д. Проничев, В. Г. Смелов, А. В. Агаповичев. Изв. Самарского науч. центра Российской АН, 19, № 4 (2017) 105—114T. Sibillano, A. Ancona, V. Berardi, P. Lugara. Sensors, 9, N 5 (2009) 3376—3385 doi.org/10.3390/s90503376T. Sibillano, A. Ancona, V. Berardi, P. Lugara. Sensors, 9, N 5 (2009) 3376—3385 doi.org/10.3390/s90503376Y. Saadlaoui, J. Sijobert, M. Doubenskaia, F. Bertrand, E. Feulvarch, J. M. Bergheau. Crystals, 10, N 4 (2020) 246, doi: org/10.3390/cryst10040246Y. Saadlaoui, J. Sijobert, M. Doubenskaia, F. Bertrand, E. Feulvarch, J. M. Bergheau. Crystals, 10, N 4 (2020) 246, doi: org/10.3390/cryst10040246D. You, X. Gao, S. Katayama. Science and Technology of Welding and Joining, 19, N 3 (2014) 81—201, doi: 10.1179/1362171813Y.0000000180D. You, X. Gao, S. Katayama. Science and Technology of Welding and Joining, 19, N 3 (2014) 81—201, doi: 10.1179/1362171813Y.0000000180J. Stavridis, A. Papacharalampopoulos, P. Stavropoulos. Int. J. Advanced Manufacturing Technology, 94 (2017) 1825—1847, doi: 10.1007/s00170-017-0461-4J. Stavridis, A. Papacharalampopoulos, P. Stavropoulos. Int. J. Advanced Manufacturing Technology, 94 (2017) 1825—1847, doi: 10.1007/s00170-017-0461-4Q. Pengyuan, W. Gang, G. Zhen, L. Xianghua, W. Liu. Materials, 12, N 20 (2019) 3322—3333, doi: 10.3390/ma12203322Q. Pengyuan, W. Gang, G. Zhen, L. Xianghua, W. Liu. Materials, 12, N 20 (2019) 3322—3333, doi: 10.3390/ma12203322G. Repossini, V. Laguzza, G. Marco, B. Colosima. Additive Manufacturing, 16 (2017) 35—48, doi: 10.1016/j.addma.2017.05.004G. Repossini, V. Laguzza, G. Marco, B. Colosima. Additive Manufacturing, 16 (2017) 35—48, doi: 10.1016/j.addma.2017.05.004I. Zhirnov, D. Kotoban, A. Gusarov. Appl. Phys. A, 124, N 2 (2018) 157—166, doi: 10.1007/s00339017-1532-yI. Zhirnov, D. Kotoban, A. Gusarov. Appl. Phys. A, 124, N 2 (2018) 157—166, doi: 10.1007/s00339017-1532-yI. Zhirnov, C. Protasov, D. Kotoban, A. Gusarov. J. Thermal Spray Technol., 26, N 4 (2017) 648—660, doi: 10.1007/s11666-017-0523-zI. Zhirnov, C. Protasov, D. Kotoban, A. Gusarov. J. Thermal Spray Technol., 26, N 4 (2017) 648—660, doi: 10.1007/s11666-017-0523-zD. Dagel, G. Grossetete, O. Danny. Measurement of Laser Weld Temperatures for 3D Model Input. Sandia National Laboratories, United States, New Mexico, 4–28 (2016)D. Dagel, G. Grossetete, O. Danny. Measurement of Laser Weld Temperatures for 3D Model Input. Sandia National Laboratories, United States, New Mexico, 4–28 (2016)D. Qu, J. Berry, N. Calta, M. Crumb, G. Guss, M. J. Mathews. Phys. Rev. Appl., 14 (2020) 014031—014043, doi: 10.1103/PhysRevApplied.14.014031D. Qu, J. Berry, N. Calta, M. Crumb, G. Guss, M. J. Mathews. Phys. Rev. Appl., 14 (2020) 014031—014043, doi: 10.1103/PhysRevApplied.14.014031L. Jacquemetton, M. Piltch, D. Beckett. Thermal Calibration of Commercial Melt Pool Monitoring Sensors on a Laser Powder Bed Fusion System. Natl. Inst. Stand. Technol. Adv. Man. Ser., 100-35 (2020) 1—20, doi: 10.6028/NIST.AMS.100-35L. Jacquemetton, M. Piltch, D. Beckett. Thermal Calibration of Commercial Melt Pool Monitoring Sensors on a Laser Powder Bed Fusion System. Natl. Inst. Stand. Technol. Adv. Man. Ser., 100-35 (2020) 1—20, doi: 10.6028/NIST.AMS.100-35W. Wójcik, V. Firago, A. Smolarz, I. Shedreyeva, D. Yeraliyeva. Sensors, 22 (2022) 742—764, doi: 10.3390/s22030742W. Wójcik, V. Firago, A. Smolarz, I. Shedreyeva, D. Yeraliyeva. Sensors, 22 (2022) 742—764, doi: 10.3390/s22030742V. Firago, W. Wojcik. Przegląd Elektrotech., 91, N 2 (2015) 208—214V. Firago, W. Wojcik. Przegląd Elektrotech., 91, N 2 (2015) 208—214В. А. Фираго. Цифровая термография, Минск, БГУ (2019) 195, 236В. А. Фираго. Цифровая термография, Минск, БГУ (2019) 195, 236IMEC. Hyperspectral Imaging. Sensors. Available online: https://www.imecint.com/en/hyper-spectralimaging (accessed on 17 September 2018)IMEC. Hyperspectral Imaging. Sensors. Available online: https://www.imecint.com/en/hyper-spectralimaging (accessed on 17 September 2018)А. Н. Магунов. Спектральная пирометрия, Москва, Физматлит (2012) 23—38А. Н. Магунов. Спектральная пирометрия, Москва, Физматлит (2012) 23—38V. A. Firago, W. Wojcik, M. S. Dzhunisbekov. Russ. Metallurgy (Metally), 11 (2019) 1224—1230, doi: 10.1134/S0036029519110053V. A. Firago, W. Wojcik, M. S. Dzhunisbekov. Russ. Metallurgy (Metally), 11 (2019) 1224—1230, doi: 10.1134/S0036029519110053

The authors declare that there are no conflicts of interest present.