[發(fā)明專利]一種激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710669368.0
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107688028B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉偉嵬;唐梓玨;顏昭睿;劉旭陽;張楠;張洪潮
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

1.一種激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，該方法所用的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測系統(tǒng)，在原有在線監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加圖像在線處理單元和搭接率在線處理單元；原有在線監(jiān)測系統(tǒng)包含激光器、激光頭、位移裝置、材料進(jìn)給裝置、圖像同軸采集單元；

所述的圖像在線處理單元包括灰度處理模塊、圖像濾波降噪模塊、寬度特征提取模塊和搭接處特征提取模塊；

所述的搭接率在線處理單元，根據(jù)圖像在線處理單元的數(shù)據(jù)以及在線監(jiān)測系統(tǒng)的位姿信息，對獲取的搭接處特征進(jìn)行實時修正，并在線得出實際搭接值及搭接率值；

步驟如下：

(1)將激光頭與基體的距離調(diào)至激光頭距粉末匯聚處2mm，通過標(biāo)定板進(jìn)行圖像同軸采集單元的對焦，并標(biāo)定圖像與實際尺寸的比例，圖像像素值與實際尺寸的比例為n:1；

(2)激光頭與基體或已增材部分的相對位移由位移裝置控制，激光頭與基體或已增材部分的位姿信息由位移裝置和基體或已增材部分的角度共同決定，在基體或已增材部分上進(jìn)行增材加工，并通過圖像同軸采集單元實時采集激光熔池圖像，采集幀速率范圍為20～200fps；其中，位姿信息包括激光頭傾斜角度α及基體或已增材部分的傾斜角度β；

(3)圖像在線處理單元對采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括灰度處理、圖像濾波降噪、寬度特征提取和搭接處特征提取，處理時間為5～50ms；

所述的寬度特征提取是獲得熔池垂直于掃描方向最大寬度的像素值L；

搭接處特征提取是獲得平行于掃描方向的搭接處位置，以及該位置與當(dāng)前增材部分熔池搭接端最遠(yuǎn)處之間垂直距離的像素值S；

(4)根據(jù)步驟(1)中的標(biāo)定比例n:1，以及步驟(2)中的位姿信息，將步驟(3)中提取的前一道寬度特征L₁與當(dāng)前搭接處特征S導(dǎo)入搭接率在線處理單元中，根據(jù)公式得出實際搭接值D；根據(jù)公式得出實際搭接率η。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的灰度處理是使原圖像灰度直方圖中的灰度分布范圍至少壓縮至原圖像的1/2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的圖像濾波降噪是去除熔池區(qū)域外的粉末飛濺干擾，去除熔池區(qū)域內(nèi)像素值小于10的粉末飛濺、熔池熔渣和熔池氣泡干擾。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述激光器包括半導(dǎo)體激光器或Nd:YAG激光器，激光器與激光頭的連接方式為光纖連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述激光器包括半導(dǎo)體激光器或Nd:YAG激光器，激光器與激光頭的連接方式為光纖連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的材料進(jìn)給裝置包括送粉裝置、送絲裝置或鋪粉裝置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5或6所述的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的位移裝置包括數(shù)控機床或機器人。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的位移裝置包括數(shù)控機床或機器人。

9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或8所述的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的圖像同軸采集單元包含內(nèi)置于激光頭內(nèi)的45°分光鏡、濾光片、鏡頭和相機，該分光鏡實現(xiàn)激光的正向傳遞與可見光的逆向傳遞，濾光片濾除強光及干擾光，鏡頭和相機清晰獲取每一個時刻的激光增材熔池圖像。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光增材制造搭接率在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述的圖像同軸采集單元包含內(nèi)置于激光頭內(nèi)的45°分光鏡、濾光片、鏡頭和相機，該分光鏡實現(xiàn)激光的正向傳遞與可見光的逆向傳遞，濾光片濾除強光及干擾光，鏡頭和相機清晰獲取每一個時刻的激光增材熔池圖像。