[實用新型]一種激光選區熔化加工過程同軸監測裝置

有效

• 申請號: 201720392724.4
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN207026479U
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 王迪;王藝錳;楊永強;付凡;宋長輝;李陽
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;G01B11/24;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 蔡克永

1.一種激光選區熔化加工過程同軸監測裝置，其特征在于：包括光路模塊(1)、光電二極管模塊(5)、二極管控制器(6)、激光頭(2)、COMS高速攝像機(3)、攝像機控制器(4)、計算機(7)；

所述光電二極管模塊(5)包括聚焦透鏡(9)和光電二極管(8)；光電二極管(8)通過二極管控制器(6)電訊連接計算機(7)；COMS高速攝像機(3)通過攝像機控制器(4)電訊連接計算機(7)；

所述光路模塊(1)包括掃描振鏡(11)、半透半反鏡(12)、第一濾光片(13)、第二濾光片(14)、分束鏡(15)；所述掃描振鏡(11)、半透半反鏡(12)、分束鏡(15)、第二濾光片(14)、聚焦透鏡(9)、光電二極管(8)依次光路連接；COMS高速攝像機(3)通過第一濾光片(13)與分束鏡(15)光路連接；激光頭(2)與半透半反鏡(12)光路連接。

2.根據權利要求1所述激光選區熔化加工過程同軸監測裝置，其特征在于：所述攝像機控制器(4)包括圖像采集模塊(41)、圖像轉換模塊(42)、圖像濾波模塊(43)、閾值分割模塊(44)、數據傳輸模塊(45)；

圖像采集模塊(41)，用于控制所述COMS高速攝像機(3)采集熔池的實時圖像數據，并保存于內存中；

圖像轉換模塊(42)，將反饋至COMS高速攝像機(3)的彩色圖像顯示成灰度圖像，并建立其坐標系；

圖像濾波模塊(43)，利用中值濾波器模板對灰度圖像進行濾波以平滑圖像、去除噪音；

閾值分割模塊(44)，利用灰度直方圖，選取直方圖的閾值作為最小值，根據閾值對圖像進行二值化處理，分割為熔池像素點和非熔池像素點；

數據傳輸模塊(45)，將處理得到的圖像輸出至計算機(7)并保存。

3.根據權利要求1所述激光選區熔化加工過程同軸監測裝置，其特征在于：所述二極管控制器(6)光采集模塊(61)、程控放大器(62)、低通濾波器(63)、AD采集卡(64)、數據傳輸模塊(65)；

光采集模塊(61)，用于控制光電二極管(8)采集熔池的可見光信號；

程控放大器(62)，程控放大器(62)根據輸入信號的大小，自動改變其增益，使其輸出電壓始終保持在滿量程值的范圍之內；

低通濾波器(63)，由于輸出信號中含有高頻噪聲，利用低通濾波器(63)抑制高頻噪聲；

AD采集卡(64)，用來采集傳感器輸出的模擬信號并轉換成計算機能夠識別的數字信號，然后送入計算機，根據不同的需要進行相應的計算和處理，得出所需的數據；

數據傳輸模塊(65)，將處理得到的數據輸出至計算機(7)并保存。

4.根據權利要求1至3中任一項所述激光選區熔化加工過程同軸監測裝置，其特征在于：所述COMS高速攝像機(3)像素分辨率不低于1024×1024，在全分辨率的條件下可達到75幀/秒；整體快門最短曝光時間為1μs；120dB的大動態范圍；光譜范圍400-950nm，8位采樣分辨率。

5.根據權利要求4所述激光選區熔化加工過程同軸監測裝置，其特征在于：所述光電二極管(8)為Si光電二極管，其具有9×9mm有效面積，單個Si光電二極管感光面積為3×3mm，具有190-1100nm的光譜范圍，聚焦透鏡(9)將整個熔池發射的輻射聚焦在Si光電二極管平面上。

6.根據權利要求4所述激光選區熔化加工過程同軸監測裝置，其特征在于：所述第一濾光片(13)和第二濾光片(14)用于濾出所需的熔池采集波段；其中，第一濾光片(13)位于COMS高速攝像機(3)和分束鏡(15)之 間，采用了中心波長處于600～650nm范圍內的窄帶濾光片，以保證COMS高速攝像機(3)的光譜靈敏度；第二濾光片(14)位于光電二極管(8)和分束鏡(15)之間，采用具有截至波長為950nm的低通濾光片和具有截至波長為780nm的高通濾光片的組合，以避免傳感器暴露于可能的反射激光輻射，并且排除周圍光線的影響。