[發明專利]基于圖像監測控制激光增材中凝固組織形態的方法及系統

有效

• 申請號: 201811443200.9
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109482874B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 宋立軍;劉星伯;閆周;石朵偉;肖先鋒;成滿平
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 43008 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡君;戴玲

1.一種基于圖像監測控制激光增材中凝固組織形態的方法，其特征在于，步驟包括：

S1.熔池圖像采集：在激光增材過程中實時采集熔池的圖像，輸出采集到的熔池圖像；

S2.熔池圖像處理：對采集到的所述熔池圖像進行處理，提取得到熔池的動態特征參數，所述動態特征參數包括液態熔池氣液界面中值點的振動幅度和振動頻率；

S3.組織形態預測：根據提取得到的所述熔池的動態特征參數預測激光增材后凝固組織形態，得到預測凝固組織形態；

S4.組織形態控制：若預測凝固組織形態不滿足要求，調整激光增材過程的加工參數以調整所述熔池的動態特征參數至所需狀態。

2.根據權利要求1所述的基于圖像監測控制激光增材中凝固組織形態的方法，其特征在于，所述步驟S2的具體步驟包括：

S21.圖像分區：對所述熔池圖像的灰度值進行計算，根據計算得到的灰度值將所述熔池圖像劃分為液態區、粘稠區和凝固區；

S22.眼圖獲取：提取所述液態區的整體輪廓，得到熔池輪廓圖像，將多張所述熔池輪廓圖像進行疊加，得到對應液態區熔池輪廓的眼圖；

S23.動態特征參數獲取：根據所述液態區熔池輪廓的眼圖獲取液態熔池的所述振動幅度和振動頻率。

3.根據權利要求1或2所述的基于圖像監測控制激光增材中凝固組織形態的方法，其特征在于，所述步驟S3的步驟包括：預先由不同凝固組織形態與熔池的所述振動幅度、振動頻率之間的關系構建知識圖譜庫，提取得到所述熔池的所述振動幅度和振動頻率后，將提取得到的所述振動幅度和振動頻率輸入至所述知識圖譜庫進行匹配，識別出對應的凝固組織形態，得到所述預測凝固組織形態。

4.根據權利要求1或2所述的基于圖像監測控制激光增材中凝固組織形態的方法，其特征在于，所述步驟S3中，當判斷到所述熔池的動態特征參數中振動幅度和振動頻率大于預設閾值時，判定激光增材后凝固組織為多取向共同生長狀態且各向同性；當判斷到所述振動幅度和振動頻率小于預設閾值時，判定激光增材后凝固組織為定取向生長狀態且各向異性。

5.根據權利要求1或2所述的基于圖像監測控制激光增材中凝固組織形態的方法，其特征在于，所述步驟S4中，通過調整激光增材過程的中激光參數和送粉參數以調整所述熔池的動態特征參數，具體包括：如果所述熔池的振動幅度、振動頻率小于所需凝固組織形態對應的目標動態特征參數值，調整激光功率、掃描速度、送粉量、送氣量中的一種或多種以提高熔池的振動幅度、振動頻率；如果所述熔池的振動幅度、振動頻率大于所需凝固組織形態對應的目標振動幅度、振動頻率，調整激光功率、掃描速度、送粉量、送氣量中的一種或多種，以減小熔池的振動幅度、振動頻率。

6.根據權利要求5所述的基于圖像監測控制激光增材中凝固組織形態的方法，其特征在于，所述步驟S4中結合使用PID以及模糊控制方法調整激光增材過程的參數，具體包括：結合使用PID以及模糊控制方法調整所述激光功率、掃描速度、送粉量、送氣量中的一種或多種，使得熔池的振動幅度和振動頻率小于指定范圍，得到定取向生長的組織形態，以及使得熔池振動幅度和振動頻率大于指定范圍，得到多取向共同生長的組織形態。

7.一種基于圖像監測控制激光增材中凝固組織形態的系統，其特征在于，包括：

熔池圖像采集模塊(5)，用于在激光增材過程中實時采集熔池的圖像，輸出采集到的熔池圖像；

熔池圖像處理模塊，用于對采集到的所述熔池圖像進行處理，提取得到熔池的動態特征參數，所述動態特征參數包括液態熔池氣液界面中值點的振動幅度和振動頻率；

組織形態預測模塊，用于根據提取得到的所述熔池的動態特征參數預測激光增材后凝固組織形態，得到預測凝固組織形態；

組織形態控制模塊(7)，用于若預測凝固組織形態不滿足要求，調整激光增材過程的參數以調整所述熔池的動態特征參數至所需狀態。