[发明专利]一种金属增材制造熔池成形方向及宽度检测方法

说明书

本发明公开了一种金属增材制造熔池成形方向及宽度检测方法，包括：采集激光增材制造熔池图像，对熔池图像进行分割预处理获取到熔池分割图像；对截取到的图像进行二值化处理，分别提取出熔池的高像素值区域图像和低像素值区域图像；根据高像素值区域图像，计算出熔池明亮区域中心点A；根据低像素值区域图像，计算出熔池黑暗区域中心点B；根据中心点A、B计算出熔池的方向角与方向直线；根据熔池的方向直线计算熔池的方向垂线，结合熔池分割图像，计算出熔池的宽度。本发明能够准确判断出熔池的方向并计算出熔池的宽度，用于熔池的参数分析，此方法具有计算量小，实时性好，易于实现的优点，可扩展至其他增材制造类型的熔池方向与面积的计算。

技术领域

本发明涉及金属增材制造、图像处理以及机器视觉的技术领域，具体涉及一种金属增材制造熔池成形方向及宽度检测方法。

背景技术

数字化制造和设计为基础的激光增材制造技术在航空航天、工业生产、生物医疗和军工等领域已经得到了广泛的应用。图像识别是当前人工智能领域的一大热点，拍摄增材制造的熔池图像，并使用各种图像处理技术对熔池图像进行识别、分割、检测已经是一个重要的研究方向，例如使用Yolo、EfficientDent等检测网络检测熔池区域，使用Mask-RCNN、PSPNet等分割网络提取熔池的像素区域。可见当前，激光送粉增材制造熔池的轮廓提取、形貌识别等方面的研究都有长足进展，但是对于识别完成的熔池图像提取其宽度、面积、中心点、变化趋势等参数研究较少。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中存在的增材制造熔池检测后，难以对熔池图像参数进行分析的问题，提供一种金属增材制造熔池成形方向及宽度检测方法，能够准确判断出熔池的方向并计算出熔池的宽度，用于熔池的参数分析，此方法具有计算量小，实时性好，易于实现的优点，并且可扩展至其他增材制造类型的熔池方向与面积的计算。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种金属增材制造熔池成形方向及宽度检测方法，包括如下步骤：

S1：采集激光增材制造熔池图像，对熔池图像进行分割预处理获取到熔池分割图像；

S2：对截取到的图像进行二值化处理，分别提取出熔池的高像素值区域图像和低像素值区域图像；

S3：根据高像素值区域图像，计算出熔池明亮区域中心点A；根据低像素值区域图像，计算出熔池黑暗区域中心点B；

S4：根据中心点A、B计算出熔池的方向角与方向直线；

S5：根据熔池的方向直线计算熔池的方向垂线，结合熔池分割图像，计算出熔池的宽度。

进一步地，所述步骤S1中激光增材制造熔池图像的采集方法为：

A1：使用工业CCD相机采集激光送粉的熔池视频，相机固定在激光器上与激光器共同运动，激光从激光器的通道中反射进相机镜头中，搭配滤光片与衰减片，调节镜头焦距，使熔池成像清晰；

A2：采集不同激光功率、不同送粉速度以及不同激光器移动速度下的熔池视频，相机的曝光率、增益等参数保持固定，拍摄视频的尺寸为200×200像素；

A3：拍摄完成后，按视频的帧率，提取视频的每一帧图像。

进一步地，所述步骤S1中对熔池图像进行分割预处理的方式为：将提取的图像送入基于边缘夹角附加损失函数的熔池形貌检测方法进行分割，获取到熔池的像素区域；输出的熔池分割图像仅有熔池区域的像素值不为0，其余均为0，这样便于计算熔池参数。

进一步地，所述步骤S2具体为：

B1：读取熔池原始图像后，使用尺寸为5的滤波器对图像进行滤波，滤除部分噪点和飞溅的粉末；