[发明专利]一种基于实时三维检测的金属增材制造在线轨迹调整方法

权利要求书

1.一种基于实时三维检测的金属增材制造在线轨迹调整方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)将实时三维检测装置安装在金属增材制造设备的打印头的传动装置或打印机内固定位置，使得实时三维检测装置检测范围覆盖打印头下方及周边区域，同时避开打印头本身；

2)对待制造的金属构件进行三维建模得到金属构件的三维模型，然后对该三维模型进行分层得到对应的分层结果，设置生长方向、打印参数，规划得到初始离线打印轨迹，将该初始离线打印轨迹作为当前离线规划轨迹Γ_plan；

3)按照当前离线规划轨迹Γ_plan对待制造的金属构件进行增材制造，在按照当前离线规划轨迹Γ_plan进行制造的过程中，打印头区域形成对应的过渡熔池P_F，过渡熔池P_F周围分别形成局部新生面S₁及S₁延迟时间τ后形成的局部基材面S₂；

4)使用实时三维检测装置采集过渡熔池P_F、局部新生面S₁和局部基材面S₂的三维形貌信息；

5)根据步骤4)采集的过渡熔池P_F和局部基材面S₂的三维形貌信息，建立计算第一调整量ΔΓ₁的模型Model1；具体步骤如下：

5-1)定义当前离线规划轨迹Γ_plan在局部基材面S₂上的每个点为当前离线规划轨迹点p_i，p_i的邻域由点p_t构成，p_t处的曲面法线为n_t，则p_i的邻域的表达式如下：

；

其中，||p_t-p_i||代表点p_t与点p_i在局部基材面S₂上的距离，δ为点p_t与点p_i在局部基材面S₂上的最大距离；

根据步骤4)采集到的局部基材面S₂的三维形貌信息，使用曲面处理算法，计算每个p_i对应的p_t与n_t；

5-2)根据步骤4)采集到的过渡区熔池P_F的三维形貌信息，根据形貌提取算法，提取过渡区熔池P_F的形貌参数，包括熔池中心长轴短轴和倾斜角度

5-3)根据单熔滴结构模型M_sb，多熔滴覆盖模型M_mb，步骤5-1)得到的所有p_t对应的曲面法线n_t，步骤5-2)得到的熔池长轴短轴和倾斜角度计算打印头的第一姿态修正量其中分别为打印头在x,y,z方向上的第一旋转角度修正量；

5-4)根据单熔滴结构模型M_sb，多熔滴覆盖模型M_mb，步骤5-2)得到的所有p_t和步骤5-2)得到的熔池中心计算打印头的第一位移修正量Δv₁＝[Δx₁,Δy₁,Δz₁]^T，其中Δx₁,Δy₁,Δz₁分别为打印头在x,y,z方向上的第一位移修正量；

5-5)根据步骤5-3)得到的第一姿态修正量Δω₁和步骤5-4)得到的第一位移修正量Δv₁，建立计算第一调整量ΔΓ₁的模型Model1，并计算得到第一调整量ΔΓ₁，其中Model1表达式为：

Model1:；

6)根据步骤4)采集的局部新生面S₁的三维形貌信息，建立计算第二调整量ΔΓ₂的模型Model2；具体步骤如下：

6-1)根据步骤4)采集到的局部新生面S₁的三维形貌信息，将S₁作为当前局部新生面，基于马尔科夫过程，建立根据当前局部新生面估计下一时刻局部新生面的概率模型，得到下一时刻局部新生面三维形貌信息；

6-2)根据步骤2)得到的金属构件的三维模型和分层结果，提取得到当前打印头位置下一时刻期望局部新生面的三维形貌信息；

6-3)将下一时刻局部新生面与下一时刻期望局部新生面做比较，得到差值

6-4)根据ΔS₁、单熔滴结构模型M_sb和多熔滴覆盖模型M_mb，计算打印头第二姿态修正量和第二位移修正量Δv₂＝[Δx₂,Δy₂,Δz₂]^T，其中分别为打印头在x,y,z方向上的第二角度修正量，Δx₂,Δy₂,Δz₂分别为打印头在x,y,z方向上的第二位移修正量；

6-5)根据ΔS₁、Δω₂和Δv₂建立计算第二调整量ΔΓ₂的模型Model2，并计算得到第二调整量ΔΓ₂，其中Model2表达式为：

；

7)对第一调整量ΔΓ₁和第二调整量ΔΓ₂进行叠加得到轨迹总调整量ΔΓ，然后将ΔΓ补偿至当前离线规划轨迹Γ_plan，得到在线调整后的轨迹Γ_online，具体计算方法为：

；

；

其中，表示叠加补偿运算；

8)将Γ_online作为新的Γ_plan，然后重新返回步骤3)，进行新一轮的离线规划轨迹调整，直至待制造的金属构件整体制造完成。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中三维形貌信息为三维深度图、三维体元体积、三维多边形网格和三维点云中任一种形式。