[發明專利]一種激光選區熔化成形鋪粉質量視覺在線檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201710529138.4
• 申請日: 2017-07-01
• 公開（公告）號: CN107402220B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 王澤敏;張鵬;楊晶晶;楊慧慧;李祥友;曾曉雁
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種激光選區熔化成形鋪粉質量視覺在線檢測方法及系統，以實現對鋪粉缺陷的自動檢測和識別。檢測系統包括工業相機、鏡頭、照明光源和數據處理器。在激光選區熔化成形鋪粉完成后，通過工業相機采集鋪粉表面圖像，將圖像實時傳輸到數據處理器。數據處理器通過圖像處理和模式識別等方法依次對缺陷進行提取和識別。本發明利用機器視覺的方法實現了激光選區熔化成形鋪粉質量的自動化檢驗，通過確保每層的鋪粉質量來提高最終成形零件的質量，有效減小了成形零件的廢品率，降低了生產成本，具有顯著的經濟效益。

技術領域

本發明屬于機器視覺與圖像處理領域，特別涉及一種激光選區熔化成形鋪粉質量視覺在線檢測方法及系統。

背景技術

鋪粉是激光選區熔化(Selective Laser Melting，SLM)成形過程中的一個重要環節，鋪粉質量的好壞直接影響到成形件的質量。鋪粉過程常出現不同的缺陷，如條紋形缺陷、長條形粉堆缺陷、塊狀粉堆缺陷、供粉不足缺陷和熔覆層偏高缺陷等，可能導致最終成形出的零件為廢品。由于激光選區熔化成形單個零件的成本較高，因此，為保證零件的質量，在加工過程中，有必要檢測每層的鋪粉質量。目前鋪粉質量是通過人工目視來判斷，該方法受人為主觀因素影響大，容易錯檢、漏檢，難以保證最終成形件的質量，且激光輻射對人眼傷害較大，危害人的健康。

機器視覺技術以其光譜響應范圍寬，能夠長時間穩定工作等技術優勢常被用于代替人工實現自動檢測，近年來已在多個領域得到應用，將該技術應用于檢測SLM成形過程是解決上述問題的新方法，引起了廣泛關注。例如，專利文獻“METHOD FOR PRODUCING ATHREE-DIMENSIONAL OBJECT BY MEANS OF LASER SINTERING(公開號WO2009068165A1)”公開了一種借助激光燒結制造三維物體的方法。該方法利用紅外熱像儀來對激光選區燒結(SLS)的鋪粉質量進行檢測。當鋪粉表面不均勻或存在缺陷時，粉床表面的溫度分布、紅外線發射率和反射比均與鋪粉完好的表面有較大差別，通過判斷以上三個參數是否在正常范圍內即可判斷鋪粉是否存在缺陷。但紅外熱像儀成本相對較高，且在使用時需要根據不同的粉末材料選擇攝像機的波長靈敏度，所以在成形前需要預先知道所使用粉末材料的反射光波長，不易于推廣。

發明內容

本發明的目的是為解決上述問題而提供一種激光選區熔化成形鋪粉質量視覺在線檢測方法及系統，實現對鋪粉缺陷的自動檢測和識別。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：一種激光選區熔化成形鋪粉質量視覺在線檢測方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

第1步在激光選區熔化成形鋪粉完成后，實時采集鋪粉表面圖像；

第2步對鋪粉表面圖像進行分割以消除光照不均影響，并實現二值化處理，分別得到塊缺陷二值圖像、水平線缺陷二值圖像和豎直線缺陷二值圖像，并將各二值圖像中缺陷像素置為白色，非缺陷像素置為黑色；

第3步對于塊缺陷二值圖像標記塊缺陷二值圖像的連通域并計算每個連通域的面積，當連通域面積小于預設的連通閾值時，則將其濾除，以達到去除噪聲的目的，最終得到去噪后的塊缺陷二值圖像；對于水平線缺陷二值圖像利用Hough變換檢測水平線缺陷二值圖像中的水平直線，得到水平直線圖像；對于豎直線缺陷二值圖像，利用Hough變換檢測豎直線缺陷二值圖像中的豎直直線，得到豎直直線圖像；

第4步將鋪粉表面分為激光掃描區域和非激光掃描區域，利用掩模圖像分別和第3步得到的塊缺陷二值圖像，水平直線圖像和豎直直線圖像做“與”操作濾除非激光掃描區域的缺陷，得到只有激光掃描區域缺陷的圖像，包括激光掃描區域塊缺陷二值圖像，激光掃描區域水平線缺陷二值圖像和激光掃描區域豎直線缺陷二值圖像；所述掩模圖像為激光掃描區域的二值圖像；

第5步統計第4步得到的三個圖像的白色像素個數，若激光掃描區域塊缺陷圖像的白色像素個數不為0，則代表鋪粉表面的激光掃描區域存在塊缺陷，轉入第6步；否則代表鋪粉表面無缺陷或存在對應線缺陷，轉入第7步；