[發(fā)明專利]一種粉末床熔融的紅外熱像儀標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110386539.5
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113205559B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張李超;胡祺;吳甲民;王森林;李萌;吳亞茹;何駿馳;史玉升
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/70;G01J5/90
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 尚威;孔娜

本發(fā)明屬于增材制造相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，并公開了一種粉末床熔融的紅外熱像儀標(biāo)定方法。包括下列步驟：S1對基板的實際加工區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，獲取每個網(wǎng)格節(jié)點的二維坐標(biāo)；S2發(fā)射多束激光，激光入射點對應(yīng)一個網(wǎng)格節(jié)點；采用紅外熱像儀拍攝基板上的網(wǎng)格點節(jié)點，并獲得每個網(wǎng)格節(jié)點對應(yīng)的圖像坐標(biāo)；S3每個網(wǎng)格節(jié)點二維坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換矩陣；S4驗證轉(zhuǎn)換矩陣是否準(zhǔn)確；S5不準(zhǔn)確，重新劃分網(wǎng)格，返回步驟S3，直至轉(zhuǎn)換矩陣符合要求，并獲得每個網(wǎng)格對應(yīng)的轉(zhuǎn)換矩陣，完成紅外熱像儀的標(biāo)定。通過本發(fā)明，保證激光加工過程中紅外熱像儀被迫移動后可以簡單重新標(biāo)定，直接建立與激光掃描系統(tǒng)坐標(biāo)系的映射關(guān)系，準(zhǔn)確度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種粉末床熔融的紅外熱像儀標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

粉末床熔融技術(shù)(PBF)對比其他增材制造技術(shù)，能直接制造高精度、致密度接近100％的零件，特別適用于成形自由度高、精度高的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件。粉末床熔融技術(shù)根據(jù)加工零件實體模型的每層數(shù)據(jù)信息使用激光等高能熱源逐點逐層的熔化粉末床上的粉末材料，由于常規(guī)加工使用光斑大小直徑在50-200μm之間，粉末材料在較小的光斑區(qū)域中經(jīng)歷快速的熔化及凝固過程，在該區(qū)域產(chǎn)生較大瞬態(tài)熱應(yīng)力及溫度梯度并伴隨著散熱過程對零件的局部凝固過程產(chǎn)生影響，造成較大的殘余應(yīng)力引起零件發(fā)生翹曲、變形甚至開裂。

因此，對成形溫度場的智能檢測與分析有助于指導(dǎo)或控制激光的掃描策略并形成溫場的在線反饋系統(tǒng)，可以改善零件成形性能，減少由熱影響帶來的如微氣孔、微裂紋等加工缺陷，從而提高零件成形質(zhì)量、抑制缺陷。在粉末床熔融中由于激光單點能量較高常在1kw/mm²以上，一般采取非接觸式測量溫度方法，如紅外熱像儀采集物體表面上的紅外輻射，通過鏡頭、光柵、探測器等模塊檢測出待測物體的二維熱場圖像，為適用于工業(yè)測量并且不影響激光的輸出質(zhì)量也一般選用旁軸測量的檢測方法。因此為實時測量粉末床成形面上零件及粉末的熱場分布，需對紅外熱像儀進行標(biāo)定，建立成形面溫場坐標(biāo)與成像圖像像素的映射關(guān)系。

目前對紅外熱像儀的標(biāo)定方法主要以棋盤格標(biāo)定板、標(biāo)定箱、標(biāo)定靶為主，形成用于標(biāo)定的幾何圖案，通過特征點的識別，將所得像素點帶入計算獲得熱像儀的內(nèi)、外參數(shù)矩陣，且需不停的變換標(biāo)定板等的角度方位來確定由鏡頭帶來的徑向、切向畸變等非線性因素。使用旁軸測量的熱像儀參數(shù)矩陣標(biāo)定也面臨標(biāo)定板圖案固定、特征點離焦模糊、移動后需重新標(biāo)定等問題。針對激光選區(qū)熔化工藝，有以下幾種特點：加工時工作腔體密閉；觀察視角會受不同氣流下的加工煙塵影響；設(shè)備振動、形變帶來的熱像儀位置變化等，導(dǎo)致在工業(yè)測量中無法在加工過程中加入標(biāo)定板重新標(biāo)定已經(jīng)錯位或需要變位的紅外熱像儀，影響實時溫度場的檢測；其次，目前可用的激光掃描標(biāo)定圖案等標(biāo)定方法也并未考慮紅外熱像儀所識別的激光能量中心并非真正的激光出光位置，而激光在離焦量和入射角度的影響下會引起激光束能量中心偏移，造成紅外熱像儀獲取的光斑擴散環(huán)中心實際是激光斜截面上的能量分布質(zhì)心位置而并非是激光入射點。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種粉末床熔融的紅外熱像儀標(biāo)定方法，通過采用激光點形成標(biāo)定網(wǎng)格，無需再次利用標(biāo)定網(wǎng)格板進行標(biāo)定，且標(biāo)定網(wǎng)格中心即為激光入射的熱中心，保證激光加工過程中紅外熱像儀被迫移動后可以簡單重新標(biāo)定，直接建立與激光掃描系統(tǒng)坐標(biāo)系的映射關(guān)系。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種粉末床熔融的紅外熱像儀標(biāo)定方法，該標(biāo)定方法包括下列步驟：

S1在激光成型系統(tǒng)的成形基板上建立二維坐標(biāo)系，在紅外熱像儀中建立二維圖像坐標(biāo)系，對所述基板的實際加工區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，獲得多個網(wǎng)格節(jié)點，在所述二維坐標(biāo)系中獲取每個所述網(wǎng)格節(jié)點的二維坐標(biāo)；

S2利用所述激光成型系統(tǒng)中發(fā)射多束激光，每束激光的激光入射點對應(yīng)一個所述網(wǎng)格節(jié)點；采用紅外熱像儀拍攝所述基板上的網(wǎng)格點節(jié)點，并在所述圖像坐標(biāo)系中獲得每個網(wǎng)格節(jié)點對應(yīng)的圖像坐標(biāo)；