[发明专利]一种增材制造在线检测及修复方法

说明书

本发明公开了一种增材制造在线检测及修复方法，用于实现增材制造过程中片层缺陷的检测及修复。检测系统包括检测模块与数据处理模块，利用直线导轨实现摄像头的自动定位及轴向运动，使用双CCD摄像机获取片层图像并利用边缘算法提取缺陷特征实现缺陷的定量及定位，并对缺陷进行选择性激光重熔。本发明的技术效果在于提出了一种适应于增材制造过程中的缺陷定量、定位及修复的在线检测及闭环控制方法，保障了增材制造产品质量。

技术领域

本发明属于无损检测领域，涉及一种增材制造在线检测及修复方法，具体涉及一种利用机器视觉技术实现增材制造过程中片层缺陷的定量、定位及使用激光重熔工艺消除指定缺陷的闭环控制方法。

背景技术

1.增材制造技术是20世纪80年代后期发展起来的一种先进智能化数字制造技术，它是以产品模型数据为基础，将材料逐层累加成为实体的制造方法。其核心是分层-叠加，将三维零件的制造转化为一系列二维薄片层的制造，利用计算机建模，将模型离散化，再在加工系统中进行叠加实体化。由于无模具快速成型、制造周期短、小批量零件生产成本低、材料利用率高等特点，增材制造在航空、医疗、汽车等行业得到了日益广泛的应用，其单件小批量产品快速制造的特点，使其在产品开发环节中备受青睐。

2.然而，增材制造是粉末经高能束射线熔化堆积成型，同时缺少传统的锻压工艺，增材制造产品在制造过程中不可避免地出现孔隙、裂纹等缺陷，这些缺陷直接影响增材制造构件的力学性能和使用寿命。

3.为解决这些问题，必须在增材制造过程中对零件状态进行在线检测并增加修复手段。传统的检测方法如射线检测、超声波检测、涡流检测等多为离线检测，即制造结束后进行相关的参数检测，因此无法解决在增材制造过程中出现的缺陷。为了保证产品质量，必须对其进行在线检测并及时对缺陷进行修复，申请公布号CN106018288A，公布日为2016年10月12日的专利文献提出了激光超声在线检测增材制造零件的方法，利用激光激励的表面波幅值变化检测增材制造过程中产生的冶金缺陷，但激光检测步骤繁琐，片层面扫描时间过长，直接影响工作效率；如申请公布号CN106881462A，公布日为2017年6月23日的专利文献公布了一种使用单独CCD摄像机进行在线检测方法，方法中使用CCD相机进行片层缺陷扫描，并将信息反馈进行工艺优化，但该方法由于未及时对缺陷进行修复，使得产品缺陷依然存在。

4.机械视觉技术是利用计算机来模拟人的视觉功能，实现对客观三维世界的识别，其具有灵敏度高、精度高、速度极快、噪声低、抗干扰性强、应用方便灵活的特点，可以长时间工作于恶劣环境，便于进行数字化处理和计算机连接，在图像采集、非接触式测量和实时监控方面得到了广泛的应用。利用该方法，可以做到对增材制造片层信息的快速捕捉以及对缺陷的准确定位。

5.激光重熔是指使用激光对材料进行熔化，以控制零件的微观结构、残余应力以及密度，其具有指向性高，修复迅速等特点，避免了材料的减材加工，提高了增材制造零件的质量。

发明内容

1.本发明的目的在于提出了一种适应于增材制造过程中的缺陷定量、定位及修复的在线检测及闭环控制方法。

2.本发明的特征在于，通过双CCD摄像模块捕捉片层中缺陷信息，通过设定条件对缺陷进行筛选，直接使用增材制造设备中的激光发生器直接对目标缺陷进行重熔，同时利用双摄像模块形成修复后片层三维数据，并进行反馈实现参数调整，实现在增材制造过程中的在线检测及闭环控制，保障了增材制造产品质量。

3本发明由缺陷检测系统，数据处理及控制系统，缺陷修复系统组成。缺陷检测系统包括导轨、环形灯以及双CCD摄像模块，其中导轨用于实现双CCD摄像模块的XY轴移动，环形灯用于提供光源，双CCD摄像模块用于图像采集；数据处理及控制系统包括计算机、图像采集模块、动作控制模块及系统连接模块，其中计算机用于数据处理，图像采集模块用于图像信息的收集及A/D转换，动作控制模块实现修复系统条件指令判断，系统连接模块实现各系统及增材制造设备之间的通讯；缺陷修复系统包括激光发生器及红外摄像机，其中激光发生器实现缺陷的重熔，红外摄像机用于在重熔过程中对熔池温度的监控。