[發明專利]金屬增材制造多種監測設備在線實時監控系統

在審

• 申請號: 202010514448.0
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111795977A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 劉勝;李輝;米紀千;胡平;張國慶;張臣;申勝男
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95;G01N23/046;G01N25/72;G01N29/04;G01N33/2045;B33Y30/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 秦曼妮

1.一種金屬增材制造多種監測設備在線實時監控系統，其特征在于：包括高速相機檢測模塊、可見分光計檢測模塊、紅外熱像儀檢測模塊、抵近可見高光譜相機檢測模塊、干涉成像光譜儀檢測模塊、應力應變檢測模塊、激光超聲檢測模塊、電子計算機斷層掃描模塊、激光誘導擊穿光譜檢測模塊以及中央處理器，上述各檢測模塊均與所述中央處理器電連接；

所述高速相機檢測模塊用于對增材制造件的三維輪廓精度和熔池輪廓進行實時檢測并反饋給中央處理器；所述可見分光計檢測模塊用于對激光的偏轉角進行實時檢測并反饋給中央處理器；所述紅外熱像儀檢測模塊用于對熔池溫度進行實時檢測并反饋給中央處理器；所述抵近可見高光譜相機檢測模塊用于對熔池、濺射以及周圍環境的空間信息和光譜信息進行實時檢測并反饋給中央處理器；所述干涉成像光譜儀檢測模塊用于利用干涉原理獲得一系列隨光程差變化的干涉圖樣，通過反演得到增材制造件的二維空間圖像和一維光譜信息并反饋給中央處理器；所述應力應變檢測模塊用于利用應力應變傳感器獲得加工過程中增材制造件的應力應變數據并反饋給中央處理器；所述激光超聲檢測模塊配合旋轉式加工臺用于對增材制造件的表面及近表面缺陷進行實時檢測并反饋給中央處理器；所述電子計算機斷層掃描模塊配合旋轉式加工臺檢測增材制造件的內部缺陷并反饋給中央處理器；所述激光誘導擊穿光譜檢測模塊用于確定增材制造件物質成分及含量并反饋給中央處理器；所述中央處理器用于將上述各檢測模塊反饋的信息與其設定信息進行比較，發現加工誤差和冶金缺陷后反饋給金屬增材制造加工端，從而實現加工過程的實時調控。

2.如權利要求1所述的金屬增材制造多種監測設備在線實時監控系統，其特征在于：所述中央處理器還用于根據高速相機檢測模塊反饋的增材制造件的三維輪廓精度和熔池輪廓以及紅外熱像儀檢測模塊反饋的熔池溫度信息形成加工過程的精度—溫度關系，并與設定的精度—溫度曲線進行比對，將比對結果反饋給金屬增材制造加工端進而調節加工溫度和激光移動速度至二者結合的最優值。

3.如權利要求1所述的金屬增材制造多種監測設備在線實時監控系統，其特征在于：所述中央處理器還用于根據高速相機檢測模塊反饋的增材制造件的三維輪廓精度和熔池輪廓、干涉成像光譜儀檢測模塊反饋的增材制造件的二維空間圖像和一維光譜信息以及激光超聲檢測模塊反饋的增材制造件的表面及近表面缺陷信息對增材制造件的表面瑕疵進行定位，將定位信息反饋給金屬增材制造加工端。

4.如權利要求1所述的金屬增材制造多種監測設備在線實時監控系統，其特征在于：所述中央處理器還用于根據抵近可見高光譜相機檢測模塊反饋的熔池、濺射以及周圍環境的空間信息和光譜信息以及干涉成像光譜儀檢測模塊反饋的增材制造件的二維空間圖像和一維光譜信息進行成型成像之后得到增材制造件的完整的一維光譜、二維圖像和三維圖形。

5.如權利要求1所述的金屬增材制造多種監測設備在線實時監控系統，其特征在于：所述中央處理器將上述各檢測模塊采集到的多種物理量進行多尺度、多概率仿真，在虛擬空間中完成映射，進而建立數字孿生模型，通過模型產生對應于金屬增材制造加工端的修改信息，并將修改信息實時反饋給金屬增材制造加工端進行實時調控。

6.如權利要求1所述的金屬增材制造多種監測設備在線實時監控系統，其特征在于：所述紅外熱像儀檢測模塊包括紅外熱像儀，所述紅外熱像儀置于金屬增材質造腔體上方且其前方的部分腔體采用藍寶石材質。

7.如權利要求1所述的金屬增材制造多種監測設備在線實時監控系統，其特征在于：所述可見分光計檢測模塊包括可見分光計，所述可見分光計置于金屬增材質造腔體內。

8.如權利要求1所述的金屬增材制造多種監測設備在線實時監控系統，其特征在于：所述干涉成像光譜儀檢測模塊包括干涉成像光譜儀，所述干涉成像光譜儀置于金屬增材質造腔體外一側且其前方的部分腔體采用有機玻璃。