[发明专利]一种激光熔覆熔池离焦量测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种激光熔覆熔池离焦量测量装置，其特征在于：包括壳体、镜头，依次连接的CMOS图像传感器、控制器、通信模块和激光头，所述CMOS图像传感器、控制器、通信模块设置于所述壳体内，壳体与激光头保持相对静止，所述激光头发出激光束并产生熔池，所述镜头沿轴线正对焦点以采集熔池实像并将其投射到所述CMOS图像传感器表面，所述CMOS图像传感器用于将所接收的光学实像转化为数字图像，所述控制器根据所述CMOS图像传感器所转化的数字图像分析所述熔池位置，并转化为离焦量信息，所述通信模块向外传递熔池离焦量信息。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆熔池离焦量测量装置，其特征在于：所述控制器包括：

图像采集模块，用于采集所述CMOS图像传感器所产生的图像数据，并保存于内存中；

灰度直方图统计模块，用于统计所述图像采集模块所采集得的图像数据中指定图像区域的各个灰度值出现的次数；

熔池灰度估计模块，根据所述灰度直方图统计模块统计所得的灰度直方图，筛选出灰度频率峰值点，选取灰度值最大的峰值点作为所述熔池灰度阀值；

阀值分割模块，根据所述熔池灰度值，在所指定的图像区域中分割出大于等于熔池灰度阀值的像素点，作为属于熔池像素点；

熔池离焦量计算模块，根据各个所述属于熔池像素点位置，取平均值作为熔池在所述图像数据中的位置，并根据此位置换算为当前熔池离焦量；

所述图像采集模块分别连接灰度直方图统计模块、阀值分割模块，所述灰度直方图统计模块与熔池灰度估计模块连接，所述熔池灰度估计模块与阀值分割模块连接，所述阀值分割模块与所述熔池灰度估计模块连接。

3.根据权利要求1或2所述的激光熔覆熔池离焦量测量装置，其特征在于：所述控制器为嵌入式处理器，可以为DSP、ARM或FPGA，或者为以上三者的任意组合。

4.根据权利要求1所述的激光熔覆熔池离焦量测量装置，其特征在于：所述通信模块包括输入端口和输出端口，所述输入端口用于接收所述控制器算出的熔池离焦量信息，所述输出端口用于连接上位机，向上位机发送熔池离焦量信息。

5.根据权利要求4所述的激光熔覆熔池离焦量测量装置，其特征在于：所述输出端口通信形式可以是模拟量通信，也可以是数字量通信，或者以上两者组合。

6.根据1、2、4或5任一权利要求所述的激光熔覆熔池离焦量测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1：所述镜头收集所述熔池发出的光信号，并投射在所述CMOS图像传感器表面；

S2：所述CMOS图像传感器将在步骤S1中所接收的光学实像转化为数字图像；

S3：所述控制器根据所述CMOS图像传感器在步骤S2中所转化的数字图像分析所述熔池位置，并转化为离焦量信息；

S4：所述通信模块向外传递在步骤S3中所得的熔池离焦量信息。

7.根据权利要求6所述的激光熔覆熔池离焦量测量装置的测量方法，其特征在于：在步骤S3中，根据以下公式将所述熔池位置转化为离焦量信息y，

其中，s'为所述CMOS图像传感器表面与所述镜头中心之间距离，s为所述 镜头物平面与所述镜头中心之间距离，h为所述熔池与所述镜头物平面、所述镜头轴线相交点之间距离，α为所述镜头物平面与所述熔池的运动轨迹之间的夹角。