[發明專利]一種激光增材制造搭接率在線監測方法

有效

• 申請號: 201710669368.0
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107688028B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 劉偉嵬;唐梓玨;顏昭睿;劉旭陽;張楠;張洪潮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明公開了一種激光增材制造搭接率在線監測方法，該方法所用的激光增材制造搭接率在線監測系統，在原有在線監測系統的基礎上增加圖像在線處理單元和搭接率在線處理單元。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；搭接率在線處理單元可根據圖像在線處理單元的數據以及在線監測系統的位姿信息，對獲取的搭接率特征進行實時修正，并在線得出實際搭接值及搭接率值。該激光增材制造搭接率監測方法通過圖像的標定、采集、預處理、修正和計算等實現了激光增材制造搭接率的快速可靠監測。

技術領域

本發明屬于激光增材制造在線監測技術領域，具體地，是一種針對激光增材制造搭接率的在線監測方法。

背景技術

增材制造作為與傳統的等材、減材制造不同的一類加工方式，具有直接、快速、柔性化和智能化等優點，可有效進行復雜結構、復雜材料及小批量零部件的加工。激光增材制造因激光作為能量源，具有適用材料廣泛、無需真空環境及成本相對較低等優勢，廣泛被應用于增材制造當中。

激光增材制造，尤其是工業領域金屬產品的增材制造，其質量的均一性較差，影響因素較多，其中的尺寸精度及缺陷問題一直影響著該技術的普及與應用。激光增材制造中，除去個別薄壁件為單道多層加工外，其余的應用領域，包括成形、修復、涂層等，均需要進行多道搭接加工。在多道加工中，過低的搭接率會導致增材部分表面凹凸不平，產生較高的粗糙度；過高的搭接率會導致增材部分高度異常增加，變形嚴重；同時，因熱平衡與位姿變化等原因，增材制造每道甚至同一道的寬度也并不穩定；氣孔、夾渣等缺陷也經常產生于道間的搭接處。因此，為獲得較高尺寸精度及無缺陷的激光增材零部件，尤其在復雜結構或梯度材料的加工中，往往需要在搭接率的設計上耗費大量資源。

激光增材領域中，通過在線監測及反饋控制的方法來獲得高質量零部件的研究已有一定的進展，但這些進展中還未有針對搭接率進行在線監測與反饋調節的有效方法。目前，激光增材制造中搭接率的確定依舊主要依靠大量的預試驗，且無法根據加工情況來進行智能化的在線監測與反饋調節。

因此，針對搭接率設計需耗費大量資源，且無法進行在線監測與反饋調節的問題，現在缺乏行之有效的解決措施，而該問題對激光增材的加工質量及資源利用上又存在重要影響。所以，有必要提出能夠在線監測激光增材制造搭接率的監測方法，以此來解決搭接率的設計問題以及在線監測與反饋調節中的在線監測問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種針對激光增材制造搭接率的在線監測方法，由此解決了增材制造中搭接率設計需耗費大量資源，以及在線監測與反饋調節中的在線監測問題，從而可以實時獲取實際的搭接值與搭接率值，并以此為基礎來進行搭接率的最優設計與反饋調節，該方法可以使激光增材制造質量更高、資源更節約。

本發明的技術方案：

一種激光增材制造搭接率在線監測方法，該方法所用的激光增材制造搭接率在線監測系統，在原有在線監測系統的基礎上增加圖像在線處理單元和搭接率在線處理單元；原有在線監測系統包含激光器、激光頭、位移裝置、材料進給裝置、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，根據圖像在線處理單元的數據以及在線監測系統的位姿信息，對獲取的搭接處特征進行實時修正，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至粉末匯聚處的上、下2mm范圍內，通過標定板進行圖像同軸采集單元的對焦，并標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；