[發明專利]基于熔池溫度和尺寸測量的激光增材制造缺陷診斷方法

在審

• 申請號: 201810412663.2
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108608118A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 陳波;檀財旺;黃磊;谷濤;劉濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B33Y50/00
• 代理公司: 北京怡豐知識產權代理有限公司 11293
• 代理人: 唐曉剛

本發明提供一種基于熔池溫度和尺寸測量的激光增材制造缺陷診斷方法，其解決了現有激光增材制造缺陷診斷方法只能診斷零件在高度或寬度方向上的缺陷的技術問題；步驟1，利用CCD相機拍攝熔池圖像；步驟2，將熔池圖像轉化為熔池數字圖像信號導入計算機；步驟3，根據比色測溫原理處理熔池數字圖像信號得到熔池溫度和熔池面積的時域圖；步驟4，根據熔池溫度的時域圖判斷熔池溫度是否發生急劇變化，是則表明產生高度方向上的缺陷，否則表明沒有產生高度方向上的缺陷；步驟5，根據熔池面積的時域圖判斷熔池面積是否發生急劇變化，是則表明產生寬度方向上的缺陷，否則表明沒有產生寬度方向上的缺陷。本發明廣泛應用于激光增材制造技術領域。

技術領域

本發明涉及一種激光增材制造缺陷診斷方法，特別是涉及一種基于熔池溫度和尺寸測量的激光增材制造缺陷診斷方法。

背景技術

激光增材制造技術是一種制造三維實體的數字化新技術，它能制造任意復雜結構的零件，也能制造梯度功能材料，且中間加工環節少，具有制造周期短和成本低等特點，目前已經應用在航空航天、汽車和醫療等領域。但是，通過研究由激光增材制造技術制造的零件結構和性能，發現零件的部分性能有時較難達到理想的效果，而且有些零件的外形也難以達到理論設計的宏觀形貌，導致這些差異產生的主要原因便是在激光增材制造的過程中存在各種形式的內部缺陷，主要包括氣孔、裂紋、夾渣和表面不平等，同時由于激光增材制造過程存在干擾等原因也會導致零件在高度和寬度方向上的不一致性，進而產生零件宏觀形貌上的明顯差異。由于制造過程存在著各種缺陷，激光增材制造零件也隨之產生質量問題，這成為制約激光增材制造技術進一步發展的重要原因。因此，激光增材制造過程的質量控制成為該領域研究的一個重要方向，而質量控制的前提則是在激光增材制造過程中能診斷缺陷的產生，所以探究缺陷診斷方法對激光增材制造技術的發展尤為重要。

目前，國內外對激光增材制造缺陷診斷方法的研究大多數是關于零件的宏觀形貌缺陷，而且僅限于診斷零件在高度方向或寬度方向上的一種宏觀形貌缺陷。例如，楊柳杉在“基于CCD的激光熔覆熔池寬度的在線檢測研究”論文中指出，使用CCD相機實時采集熔池圖像，并通過自主開發的圖像處理軟件對熔池圖像進行一系列的處理，可以實時獲得熔池寬度，從而能在線檢測熔覆層的寬度變化。這種關于零件宏觀形貌的缺陷診斷方法存在著不足之處，由于激光增材制造過程中激光熔覆頭移動形成單道熔覆層，零件則是由單道熔覆層逐層累計形成，因此單道熔覆層的高度和寬度直接影響了零件最終的高度和寬度，然而由此種方法只能診斷單道熔覆層在寬度方向上存在著宏觀形貌缺陷，而不能診斷出單道熔覆層在高度方向上存在著宏觀形貌缺陷，以至于將此種方法作為基礎的質量控制應用在激光增材制造過程中，最終得到的零件在高度方向上依然存在著宏觀形貌缺陷。

在激光增材制造過程中，基板表面由于高能激光的作用而變熱形成熔池，熔池包含許多能反映零件成型質量的重要信息，如熔池的寬度和面積都可以反映出零件最終的寬度，熔池溫度是零件成型質量的一個重要參考等。例如，雷劍波在“數字圖像處理在激光再造熔池溫度場檢測中的應用”論文中指出，采用非接觸式測溫方法，將CCD相機拍攝到的熔池圖像經過數字圖像處理技術處理后，根據普朗克輻射定律可以計算得到激光熔池的溫度場。又比如，姜淑娟在“金屬粉末激光成形過程中的熔池溫度場檢測與控制研究”論文中指出，利用黑白CCD相機和兩個不同波長的濾光片來采集激光熔池圖像，采用比色測溫法來計算熔池溫度，再經PID-模糊復合控制熔池溫度場，可以得到質量較好的零件。以上論文主要探究了激光增材制造過程中熔池溫度場的檢測方法，但是都沒有對同時利用CCD相機測量熔池溫度和尺寸來診斷激光增材制造過程產生的宏觀形貌缺陷進行有關研究。

發明內容

本發明針對現有激光增材制造缺陷診斷方法只能診斷零件在高度或寬度方向上的缺陷的技術問題，提供一種能診斷零件在高度和寬度方向上的缺陷的基于熔池溫度和尺寸測量的激光增材制造缺陷診斷方法。

為此，本發明的技術方案是，其使用的裝置設有CCD相機，CCD相機前端連接有相機鏡頭，CCD相機后端通過視頻連接線連接有計算機；其特征是，包括以下步驟：