[发明专利]一种激光熔覆增材成形高度在线监测装置及闭环控制方法

摘要

本发明公开了一种激光熔覆增材成形高度在线监测装置及闭环控制方法，该在线监测装置包括熔覆成形单元和监测控制单元。其中，熔覆成形单元包括激光器、熔覆头和基体，监测控制单元包括图像摄取单元、连接架、图像处理单元、控制单元和执行机构单元。在该闭环控制方法中，图像摄取单元固定在激光熔覆设备上随熔覆喷嘴一起运动，实时获取熔覆增材成形过程中包含熔覆喷嘴和熔池的图像，并利用图像处理单元对图像进行像素处理，提取熔覆增材成形过程中熔覆喷嘴和熔池的轮廓，获得单层熔覆层成形厚度，通过逐层厚度累加获得已成形熔覆层成形高度，并在自愈合区间内实时修正下一层熔覆喷头抬升高度，适时优选工艺参数，实现成形高度闭环控制。

主权项

1.一种激光熔覆增材成形高度在线监测装置，其特征在于，包括熔覆成形单元和监测控制单元；熔覆成形单元包括激光器(11)、熔覆头(12)和基体(15)，监测控制单元包括图像摄取单元(21)、连接架、图像处理单元(23)、控制单元(24)和执行单元(25)；其中，激光器(11)用于产生一束激光束分别经准直、扩束和聚焦一系列过程射入基体(15)上方的激光加工区域；熔覆头(12)集成于运动加工中心，并且能够在x，y，z三个方向上移动；熔池(13)出现于激光熔覆增材成形过程中，由粉末材料和已成形熔覆层(14)或基体(15)表面一薄层在激光辐照作用下熔化而成；已成形熔覆层(14)由一系列熔池(13)快速凝固堆积而成；图像摄取单元(21)以旁轴的方式固定在熔覆喷嘴(12‑1)旁边，并能够随熔覆喷嘴(12‑1)一起运动，用于实时摄取熔覆过程中包含熔覆喷嘴(12‑1)与熔池(13)的图像；图像处理单元(23)用于对图像摄取单元(21)采集的图像进行像素化处理，获得熔覆增材成形过程中包含熔覆喷嘴(12‑1)和熔池(13)的轮廓，并传送给控制单元(24)；控制单元(24)用于根据熔覆喷嘴(12‑1)和熔池(13)的轮廓提取当前熔覆层工作距离并推算出成形高度，制定出下一层成形的熔覆头抬升高度和工艺参数调整量，并向执行单元发送指令；执行单元(25)根据控制单元(24)输出的指令带动熔覆成形单元实现空间运动并调整工艺参数。