[发明专利]一种激光增材制造缺陷诊断方法及其装置

说明书

本发明涉及一种激光增材制造缺陷诊断方法及其装置，其解决了现有单一传感器在激光增材制造过程中缺陷诊断的不足，具体步骤如下：(1)利用光谱传感信息采集装置采集光谱信息，得到谱线强度随时间波动的时域图；(2)利用视觉传感信息采集装置采集视觉信息，得到熔池面积随时间变化的时域图；(3)对步骤(1)中时域图和步骤(2)中时域图进行制造缺陷分析；(4)将步骤(3)时域图统一时间轴和进行中值或均值滤波处理，将处理后的数据归一化；(5)利用加权平均算法进行信息融合，滤波处理得到滤波后的加权平均结果时域图。本发明可广泛应用于激光增材制造缺陷诊断领域。

技术领域

本发明涉及激光增材制造缺陷诊断领域，具体地说是一种激光增材制造缺陷诊断法及其装置。

背景技术

激光增材制造技术由于具有制造复杂成形零件，加工材料范围广，制造周期短和材料利用率高，可实现无模加工近终成型等优点，所以被广泛应用，但是由于其在增材制造过程中难以对质量和缺陷实时监测和控制，在缺陷发生后不能及时控制，难以保证最终成形产品质量。这些问题随着该技术的不断发展也逐渐被人们所关注，所以要想使该项技术不断的前进发展就要解决激光增材制造过程中的缺陷判别、质量控制等相关问题。

传统的激光增材制造过程中缺陷监测方法大部分都是基于光、声和热的监测手段，国内外进行了广泛的研究，研究表明传统监测方法也能较准确对激光增材制造过程中缺陷监测，但是传统监测方法都是基于单一传感器实现的，单个传感器可能存在对某种缺陷或影响因素不敏感，例如在实践过程中用光谱诊断方法对激光增材制造过程诊断和监控时，发现在诊断过程中存在较大波动且光信号的采集和传输易受到干扰，即具有不稳定性，且对离焦量变化、较长的凹陷和上凸敏感度较低。而利用视觉诊断法对激光增材制造过程诊断和监控时，发现当凹陷、上凸缺陷较小时，此判别方法敏感度低。声信号的采集频率多而杂，易受到周围其它噪音的影响。利用高温计可以较为精确的测量出熔池表面温度，但是热信号容易受到等离子体的干扰，会造成检测结果误差较大。

多传感器信息融合技术其原理是，在多个传感系统中，每个传感器提供的信息都具有不同的特征，然后通过检测系统将各个传感器信息资源利用某种准则进行分析、综合和平衡，将各类信息在空间和时间上组合起来，从而获得检测对象一致性的描述，最大限度地获取检测对象的信息，从而为多传感系统准确反映实际情况奠定基础，多传感器信息融合较单传感器系统而言具有以下优势：1)提高系统的稳定性。对冗余信息的适当融合总体上降低信息的不确定性，提高了测量数据的精确性。2) 提高系统的全面性和准确性。多传感器信息融合能获得更加全面和准确的信息，而单一传感器获取信息具有不确定性和片面性。利用这些信息进行互补融合，为系统提供更准确的决策信息。由于上述的优势多传感器信息融合技术在各个领域得到广泛应用，例如邹怡蓉、都东等人提出了基于置信度加权的信息融合方法，提取不同光照强度下的同视场图像中的光条形状和灰度特征，并对提取的两种的特征对焊缝边缘识别，将识别结果利用置信度加权的方法进行信息融合，结果表明融合后的信息能稳定准确的识别焊缝边缘。基于以上背景技术本发明提出了一种基于光谱和视觉传感信息融合的激光增材制造缺陷诊断法。

发明内容

本发明就是为了解决现有单一传感器在激光增材制造过程中缺陷诊断的不足的技术问题，提供了一种能够准确、稳定地监测和判别增材制造过程中缺陷的诊断方法。

为此，本发明提供了一种激光增材制造缺陷诊断方法，具体步骤如下：

(1)采集光谱信息：将光纤探头采集激光增材制造过程中产生的光致等离子体光谱信号经光纤光谱仪送入计算机中，根据不同波长的等离子体的相对辐射强度随时间波动的情况，确定特征谱线，对所述特征谱线相对辐射强度时域图进行滤波处理，得到谱线强度随时间波动的时域图；

(2)采集视觉信息：摄像机采集激光增材制造过程中产生的熔池模拟图像信号，然后将所述熔池模拟图像信号通过图像采集卡转换为数字图像信号后导入计算机中，在所述计算机中对导入的数字图像信号进行图像处理以得到熔池面积随时间变化的时域图；