[发明专利]一种激光增材制造搭接率在线监测方法

说明书

本发明公开了一种激光增材制造搭接率在线监测方法，该方法所用的激光增材制造搭接率在线监测系统，在原有在线监测系统的基础上增加图像在线处理单元和搭接率在线处理单元。图像在线处理单元包括灰度处理模块、图像滤波降噪模块、宽度特征提取模块和搭接处特征提取模块；搭接率在线处理单元可根据图像在线处理单元的数据以及在线监测系统的位姿信息，对获取的搭接率特征进行实时修正，并在线得出实际搭接值及搭接率值。该激光增材制造搭接率监测方法通过图像的标定、采集、预处理、修正和计算等实现了激光增材制造搭接率的快速可靠监测。

技术领域

本发明属于激光增材制造在线监测技术领域，具体地，是一种针对激光增材制造搭接率的在线监测方法。

背景技术

增材制造作为与传统的等材、减材制造不同的一类加工方式，具有直接、快速、柔性化和智能化等优点，可有效进行复杂结构、复杂材料及小批量零部件的加工。激光增材制造因激光作为能量源，具有适用材料广泛、无需真空环境及成本相对较低等优势，广泛被应用于增材制造当中。

激光增材制造，尤其是工业领域金属产品的增材制造，其质量的均一性较差，影响因素较多，其中的尺寸精度及缺陷问题一直影响着该技术的普及与应用。激光增材制造中，除去个别薄壁件为单道多层加工外，其余的应用领域，包括成形、修复、涂层等，均需要进行多道搭接加工。在多道加工中，过低的搭接率会导致增材部分表面凹凸不平，产生较高的粗糙度；过高的搭接率会导致增材部分高度异常增加，变形严重；同时，因热平衡与位姿变化等原因，增材制造每道甚至同一道的宽度也并不稳定；气孔、夹渣等缺陷也经常产生于道间的搭接处。因此，为获得较高尺寸精度及无缺陷的激光增材零部件，尤其在复杂结构或梯度材料的加工中，往往需要在搭接率的设计上耗费大量资源。

激光增材领域中，通过在线监测及反馈控制的方法来获得高质量零部件的研究已有一定的进展，但这些进展中还未有针对搭接率进行在线监测与反馈调节的有效方法。目前，激光增材制造中搭接率的确定依旧主要依靠大量的预试验，且无法根据加工情况来进行智能化的在线监测与反馈调节。

因此，针对搭接率设计需耗费大量资源，且无法进行在线监测与反馈调节的问题，现在缺乏行之有效的解决措施，而该问题对激光增材的加工质量及资源利用上又存在重要影响。所以，有必要提出能够在线监测激光增材制造搭接率的监测方法，以此来解决搭接率的设计问题以及在线监测与反馈调节中的在线监测问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种针对激光增材制造搭接率的在线监测方法，由此解决了增材制造中搭接率设计需耗费大量资源，以及在线监测与反馈调节中的在线监测问题，从而可以实时获取实际的搭接值与搭接率值，并以此为基础来进行搭接率的最优设计与反馈调节，该方法可以使激光增材制造质量更高、资源更节约。

本发明的技术方案：

一种激光增材制造搭接率在线监测方法，该方法所用的激光增材制造搭接率在线监测系统，在原有在线监测系统的基础上增加图像在线处理单元和搭接率在线处理单元；原有在线监测系统包含激光器、激光头、位移装置、材料进给装置、图像同轴采集单元；

所述的图像在线处理单元包括灰度处理模块、图像滤波降噪模块、宽度特征提取模块和搭接处特征提取模块；

所述的搭接率在线处理单元，根据图像在线处理单元的数据以及在线监测系统的位姿信息，对获取的搭接处特征进行实时修正，并在线得出实际搭接值及搭接率值；

步骤如下：

(1)将激光头与基体的距离调至粉末汇聚处的上、下2mm范围内，通过标定板进行图像同轴采集单元的对焦，并标定图像与实际尺寸的比例，图像像素值与实际尺寸的比例为n:1；