[發明專利]基于激光超聲及振鏡協同的金屬增材同步檢測系統及方法

在審

• 申請號: 202110973449.6
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113533525A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 白雪;許萬衛;馬健;陳建偉;劉帥;郭銳;宋江峰;王賀;吳宏勤;潘京倫
• 申請（專利權）人: 山東省科學院激光研究所
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/22;G01N29/265;G01N1/28;B33Y80/00
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請公開一種基于激光超聲及振鏡協同的金屬增材同步檢測系統及方法，包括：機械制造組件、超聲激勵模塊、超聲檢測模塊和顯示控制模塊；其中，機械制造組件包括相互電連接的機械手和機械手控制柜，機械手的操作端設置有用于打印或修復的加工頭；超聲激勵模塊包括超聲激勵探頭，超聲激勵探頭包括設置在機械手操作端的掃描振鏡和場鏡，用于實現激勵光束在工件表面的二維掃查；超聲檢測模塊包括設置在機械手操作端的超聲檢測探頭，超聲檢測探頭用于接收超聲表面波信號和超聲體波信號，并傳輸至顯示控制模塊的工控機，由工控機輸出檢測結果。本申請提供的系統協同調控機械制造組件和超聲檢測模塊，實現在線檢測與增材制造裝備的一體化集成。

技術領域

本申請涉及增材制造過程在線檢測技術領域，具體的涉及一種基于激光超聲及振鏡協同的金屬增材同步檢測系統及檢測方法。

背景技術

金屬增材制造技術近幾年發展較快，目前該技術所應用的材料種類已經涵蓋不銹鋼、高溫合金、鋁合金、鈦合金和梯度材料等，在醫療、汽車、核電及航空航天等領域具有廣闊的技術產業化應用前景。

由于在增材制造過程中，金屬材料會經歷快速反復熔凝以及復雜的傳熱相變過程，因為會導致采用金屬增材制造技術所得的增材制造件組織各向異性明顯，易使增材制造件出現孔隙、未熔合或裂紋，且存在殘余應力等缺陷。

為促進金屬增材制造技術的推廣應用，可以將增材制造件的質量監測前移到3D打印過程中，以實現不同冶金特征的無損檢測，并基于檢測信息反饋實現3D打印工藝在線閉環調控，降低3D打印金屬件產品報廢率，提高3D打印制件生產效率、提升產品質量。

現有增材制造在線檢測主要基于激光超聲檢測技術，采用超聲波檢測缺陷的同時對制件溫度采用紅外測溫儀進行實時檢測。采用該檢測技術，能夠大幅度提升缺陷檢測的準確度，但是為避免設備中激光超聲掃描檢測和增材制造之間的干擾，需要令掃描檢測和增材制造相互獨立作業。而要實現掃描檢測和增材制造相互獨立作業，就需要分別使用不同的機器人實現增材制造過程及掃描檢測過程。分別使用不同的機器人實現增材制造過程與掃描檢測過程，不僅會增加設備成本，而且需要對多個機器人進行協同控制，導致檢測過程復雜。

發明內容

本申請提供一種基于激光超聲及振鏡協同的金屬增材同步檢測系統及檢測方法，以解決現有技術中增材制造裝備與在線檢測需要多臺機器人完成，不能一體化集成的問題。

一方面，本申請提供一種基于激光超聲及振鏡協同的金屬增材同步檢測系統，包括：機械制造組件，包括相互電連接的機械手和機械手控制柜；所述機械手的操作端設置有加工頭；所述加工頭的下方設有用于盛放工件的工作臺；

超聲激勵模塊，包括超聲激勵探頭；所述超聲激勵探頭用于發出脈沖激勵激光束，在所述工作臺上的工件表面及內部激發超聲表面波信號和超聲體波信號；所述超聲激勵探頭包括設置在所述機械手操作端的掃描振鏡和場鏡；

超聲檢測模塊，包括設置在所述機械手操作端的超聲檢測探頭；所述超聲檢測探頭用于獲取來自所述工作臺上工件的超聲表面波信號和超聲體波信號；

顯示控制模塊，包括與所述超聲激勵模塊電連接的控制板卡，與所述超聲檢測模塊電連接的采集卡，以及，分別與所述控制板卡、采集卡、機械手控制柜電連接的工控機；

所述控制板卡被配置為根據所述工控機的控制指令控制所述超聲激勵模塊開啟或關閉，實現激勵光束在工件表面的二維掃查；還被配置為當所述超聲激勵模塊開啟時向所述采集卡發送同步觸發信號；

所述采集卡被配置為根據所述同步觸發信號控制所述超聲檢測模塊獲取超聲表面波信號和超聲體波信號，并將獲取到的超聲信號發送至所述工控機；

所述工控機被配置為向所述機械手控制柜發送增材制造或超聲檢測的控制指令，并根據發送控制指令的類型，相應生成對所述采集卡以及控制板卡的控制指令；還被配置為根據所述采集卡發送的超聲信號生成檢測結果。