[发明专利]一种激光增材制造搭接率在线监测方法

权利要求书

1.一种激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，该方法所用的激光增材制造搭接率在线监测系统，在原有在线监测系统的基础上增加图像在线处理单元和搭接率在线处理单元；原有在线监测系统包含激光器、激光头、位移装置、材料进给装置、图像同轴采集单元；

所述的图像在线处理单元包括灰度处理模块、图像滤波降噪模块、宽度特征提取模块和搭接处特征提取模块；

所述的搭接率在线处理单元，根据图像在线处理单元的数据以及在线监测系统的位姿信息，对获取的搭接处特征进行实时修正，并在线得出实际搭接值及搭接率值；

步骤如下：

(1)将激光头与基体的距离调至激光头距粉末汇聚处2mm，通过标定板进行图像同轴采集单元的对焦，并标定图像与实际尺寸的比例，图像像素值与实际尺寸的比例为n:1；

(2)激光头与基体或已增材部分的相对位移由位移装置控制，激光头与基体或已增材部分的位姿信息由位移装置和基体或已增材部分的角度共同决定，在基体或已增材部分上进行增材加工，并通过图像同轴采集单元实时采集激光熔池图像，采集帧速率范围为20～200fps；其中，位姿信息包括激光头倾斜角度α及基体或已增材部分的倾斜角度β；

(3)图像在线处理单元对采集到的图像进行预处理，包括灰度处理、图像滤波降噪、宽度特征提取和搭接处特征提取，处理时间为5～50ms；

所述的宽度特征提取是获得熔池垂直于扫描方向最大宽度的像素值L；

搭接处特征提取是获得平行于扫描方向的搭接处位置，以及该位置与当前增材部分熔池搭接端最远处之间垂直距离的像素值S；

(4)根据步骤(1)中的标定比例n:1，以及步骤(2)中的位姿信息，将步骤(3)中提取的前一道宽度特征L₁与当前搭接处特征S导入搭接率在线处理单元中，根据公式得出实际搭接值D；根据公式得出实际搭接率η。

2.根据权利要求1所述的激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，所述的灰度处理是使原图像灰度直方图中的灰度分布范围至少压缩至原图像的1/2。

3.根据权利要求1或2所述的激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，所述的图像滤波降噪是去除熔池区域外的粉末飞溅干扰，去除熔池区域内像素值小于10的粉末飞溅、熔池熔渣和熔池气泡干扰。

4.根据权利要求1或2所述的激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，所述激光器包括半导体激光器或Nd:YAG激光器，激光器与激光头的连接方式为光纤连接。

5.根据权利要求3所述的激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，所述激光器包括半导体激光器或Nd:YAG激光器，激光器与激光头的连接方式为光纤连接。

6.根据权利要求5所述的激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，所述的材料进给装置包括送粉装置、送丝装置或铺粉装置。

7.根据权利要求1、2、5或6所述的激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，所述的位移装置包括数控机床或机器人。

8.根据权利要求3所述的激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，所述的位移装置包括数控机床或机器人。

9.根据权利要求1、2、5、6或8所述的激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，所述的图像同轴采集单元包含内置于激光头内的45°分光镜、滤光片、镜头和相机，该分光镜实现激光的正向传递与可见光的逆向传递，滤光片滤除强光及干扰光，镜头和相机清晰获取每一个时刻的激光增材熔池图像。

10.根据权利要求7所述的激光增材制造搭接率在线监测方法，其特征在于，所述的图像同轴采集单元包含内置于激光头内的45°分光镜、滤光片、镜头和相机，该分光镜实现激光的正向传递与可见光的逆向传递，滤光片滤除强光及干扰光，镜头和相机清晰获取每一个时刻的激光增材熔池图像。