[發(fā)明專利]一種激光增材制造缺陷診斷方法及其裝置

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811402316.8
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109507187A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳波;蘇成科;姚永臻;檀財旺;宋曉國;馮吉才
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/17;G01N21/73;B22F3/105
• 代理公司: 北京怡豐知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

本發(fā)明涉及一種激光增材制造缺陷診斷方法及其裝置，其解決了現(xiàn)有單一傳感器在激光增材制造過程中缺陷診斷的不足，具體步驟如下：(1)利用光譜傳感信息采集裝置采集光譜信息，得到譜線強度隨時間波動的時域圖；(2)利用視覺傳感信息采集裝置采集視覺信息，得到熔池面積隨時間變化的時域圖；(3)對步驟(1)中時域圖和步驟(2)中時域圖進行制造缺陷分析；(4)將步驟(3)時域圖統(tǒng)一時間軸和進行中值或均值濾波處理，將處理后的數(shù)據(jù)歸一化；(5)利用加權(quán)平均算法進行信息融合，濾波處理得到濾波后的加權(quán)平均結(jié)果時域圖。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于激光增材制造缺陷診斷領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光增材制造缺陷診斷領(lǐng)域，具體地說是一種激光增材制造缺陷診斷法及其裝置。

背景技術(shù)

激光增材制造技術(shù)由于具有制造復(fù)雜成形零件，加工材料范圍廣，制造周期短和材料利用率高，可實現(xiàn)無模加工近終成型等優(yōu)點，所以被廣泛應(yīng)用，但是由于其在增材制造過程中難以對質(zhì)量和缺陷實時監(jiān)測和控制，在缺陷發(fā)生后不能及時控制，難以保證最終成形產(chǎn)品質(zhì)量。這些問題隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展也逐漸被人們所關(guān)注，所以要想使該項技術(shù)不斷的前進發(fā)展就要解決激光增材制造過程中的缺陷判別、質(zhì)量控制等相關(guān)問題。

傳統(tǒng)的激光增材制造過程中缺陷監(jiān)測方法大部分都是基于光、聲和熱的監(jiān)測手段，國內(nèi)外進行了廣泛的研究，研究表明傳統(tǒng)監(jiān)測方法也能較準確對激光增材制造過程中缺陷監(jiān)測，但是傳統(tǒng)監(jiān)測方法都是基于單一傳感器實現(xiàn)的，單個傳感器可能存在對某種缺陷或影響因素不敏感，例如在實踐過程中用光譜診斷方法對激光增材制造過程診斷和監(jiān)控時，發(fā)現(xiàn)在診斷過程中存在較大波動且光信號的采集和傳輸易受到干擾，即具有不穩(wěn)定性，且對離焦量變化、較長的凹陷和上凸敏感度較低。而利用視覺診斷法對激光增材制造過程診斷和監(jiān)控時，發(fā)現(xiàn)當凹陷、上凸缺陷較小時，此判別方法敏感度低。聲信號的采集頻率多而雜，易受到周圍其它噪音的影響。利用高溫計可以較為精確的測量出熔池表面溫度，但是熱信號容易受到等離子體的干擾，會造成檢測結(jié)果誤差較大。

多傳感器信息融合技術(shù)其原理是，在多個傳感系統(tǒng)中，每個傳感器提供的信息都具有不同的特征，然后通過檢測系統(tǒng)將各個傳感器信息資源利用某種準則進行分析、綜合和平衡，將各類信息在空間和時間上組合起來，從而獲得檢測對象一致性的描述，最大限度地獲取檢測對象的信息，從而為多傳感系統(tǒng)準確反映實際情況奠定基礎(chǔ)，多傳感器信息融合較單傳感器系統(tǒng)而言具有以下優(yōu)勢：1)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對冗余信息的適當融合總體上降低信息的不確定性，提高了測量數(shù)據(jù)的精確性。2) 提高系統(tǒng)的全面性和準確性。多傳感器信息融合能獲得更加全面和準確的信息，而單一傳感器獲取信息具有不確定性和片面性。利用這些信息進行互補融合，為系統(tǒng)提供更準確的決策信息。由于上述的優(yōu)勢多傳感器信息融合技術(shù)在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，例如鄒怡蓉、都東等人提出了基于置信度加權(quán)的信息融合方法，提取不同光照強度下的同視場圖像中的光條形狀和灰度特征，并對提取的兩種的特征對焊縫邊緣識別，將識別結(jié)果利用置信度加權(quán)的方法進行信息融合，結(jié)果表明融合后的信息能穩(wěn)定準確的識別焊縫邊緣。基于以上背景技術(shù)本發(fā)明提出了一種基于光譜和視覺傳感信息融合的激光增材制造缺陷診斷法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是為了解決現(xiàn)有單一傳感器在激光增材制造過程中缺陷診斷的不足的技術(shù)問題，提供了一種能夠準確、穩(wěn)定地監(jiān)測和判別增材制造過程中缺陷的診斷方法。

為此，本發(fā)明提供了一種激光增材制造缺陷診斷方法，具體步驟如下：

(1)采集光譜信息：將光纖探頭采集激光增材制造過程中產(chǎn)生的光致等離子體光譜信號經(jīng)光纖光譜儀送入計算機中，根據(jù)不同波長的等離子體的相對輻射強度隨時間波動的情況，確定特征譜線，對所述特征譜線相對輻射強度時域圖進行濾波處理，得到譜線強度隨時間波動的時域圖；

(2)采集視覺信息：攝像機采集激光增材制造過程中產(chǎn)生的熔池模擬圖像信號，然后將所述熔池模擬圖像信號通過圖像采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號后導(dǎo)入計算機中，在所述計算機中對導(dǎo)入的數(shù)字圖像信號進行圖像處理以得到熔池面積隨時間變化的時域圖；