[发明专利]基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置

说明书

本发明提供一种基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置，传感装置包括传感通路、复合滤光系统和图像检测系统三个部分，第一平面镜从上方接收熔池辐射出的光线并反射至复合滤光系统，经过图像检测系统后得到熔池宽度信息；熔池辐射出的光线和前一堆积层反射的电弧光被第三平面镜反射到达第二平面镜，而后经过复合滤光系统，最后通过图像检测系统得到熔池的高度信息和前一堆积层的高度信息；本发明装置提供的多角度视觉传感装置能够实现在单幅图像中同时显示熔池的高度信息、熔池的宽度信息和前一堆积层的高度信息，降低了监测系统的复杂度，为后续堆积层高度和宽度的高精准闭环控制奠定基础。

技术领域

本发明属于金属增材制造技术领域，具体涉及一种基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置。

背景技术

增材制造技术，又称3D打印技术，具有快速制造，可实现构件性能和结构个性化定制，无需模具和易于修复与再制造等一系列优良的特点。增材制造技术有效克服了传统减材制造过程制造周期长、材料利用率低等缺点，尤其在成形昂贵金属零部件时，具有明显的成本优势。目前，该技术得到了广泛的研究与应用。

金属增材制造技术是按照离散-堆积原理，自下而上快速制备出金属构件的成形技术。而在实际堆积过程中，受热积累、工艺参数波动以及前层堆积状况等多方面复杂因素的影响，每一层的实际尺寸可能会偏离分层切片设定值，致使成形件尺寸精度与稳定性降低。因此有必要对金属增材制造堆积层尺寸进行实时检测，为后续高精准闭环控制奠定基础。

以工业相机为代表的视觉传感器以其非接触、信息丰富、高灵敏度和高精度等优点，成为当前金属增材制造领域实时检测的重要传感方式。金属增材制造当前层的尺寸与前一堆积层的堆积状况密切相关，然而在现有研究文献中，金属增材制造过程的视觉检测主要采用多个相机在不同的位置监测熔池尾部区域，未对前一堆积层的成形尺寸进行检测。考虑到多相机协同检测会增加传感系统的复杂性，也对检测信息的处理融合提出了考验，因此亟待提出一种基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置，可以在一幅图像上同时对熔池尾部尺寸和前一堆积层的成形尺寸进行采集，为后续成形尺寸的精准闭环控制奠定基础。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置，在单张图像信息中获取熔池的高度信息，熔池的宽度信息和前一堆积层的高度信息，简化了监测系统的复杂度，为后续堆积件尺寸高精准闭环控制奠定基础。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于单相机的金属增材制造熔池形貌多角度视觉传感装置，

包括：传感通路、复合滤光系统和图像检测系统；设置焊枪电极末端的中心为原点O，堆积高度方向为Z轴正方向，堆积行走方向为X轴正方向，Y轴正方向垂直于X轴和Z轴所组成平面且指向传感通路一侧；

所述传感通路用于将熔池尺寸信息和前一堆积层的高度尺寸信息传递到图像检测系统，包括第一平面镜1、第二平面镜2和第三平面镜3，且第一平面镜1、第二平面镜2和第三平面镜3的尺寸均相同，所述尺寸为长度l和宽度w；

所述复合滤光系统用于降低弧光强度与消除环境杂光的干扰，沿传感通路传递的熔池尺寸信息的传播方向依次设置滤光片4和减光片5，滤光片4和减光片5设置于工业相机6的前方，传感通路传递的熔池尺寸信息和前一堆积层的高度尺寸信息依次通过滤光片4、减光片5和工业相机6；

所述图像检测系统用于采集熔池尺寸图像与前一堆积层的高度尺寸图像，并提取熔池尺寸和前一堆积层的高度尺寸，包括工业相机6和计算机7，工业相机6通过USB数据线连接到计算机7，工业相机6用于采集熔池尺寸图像和前一堆积层的高度尺寸图像，计算机7用于开发图像处理算法并提取熔池尺寸和前一堆积层的高度尺寸；