[发明专利]一种激光增材制造视觉灰度值差异在线监测与缺陷修复装置

说明书

本发明属于监测与控制技术领域，提供了一种激光增材制造视觉灰度值差异在线监测与缺陷修复装置，包括增材制造工作装置、图像采集装置、信号处理装置和反馈控制装置；建立成形金属构件图像坐标系XOY，使XOY的X轴正方向与激光扫描方向一致，在工作台中设置成形金属构件X轴坐标阈值XMAX，Y轴坐标阈值YMAX。该在线监测与缺陷修复装置能够在金属增材制造过程中实时监测金属构件表面缺陷质量监测，且还设立了所述反馈控制装置实时向所述信号处理单元反馈金属构件的成形质量，通过对参数的调整实现金属构件缺陷的调整过程或者报警停机，为增材制造质量监测实时控制提供了可靠的技术支持。

技术领域

本发明属于监测与控制技术领域，特别是一种激光增材制造视觉灰度值差异在线监测与缺陷修复装置。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是近20年来信息技术、新材料技术与制造技术多学科融合发展的先进制造技术，被誉为有望产生“第三次工业革命”的代表性技术，是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术。相对于传统的材料去除加工方法，它是一种以“堆焊”方式成形的智能制造技术。该技术一出现就取得了快速地发展，在航空、航天、核电、兵器、船舶等领域都取得了广泛的应用，形成了多类型、多工艺共存且应用需求、目标各有不同的现状。但在其加工工艺中，也存在一定的局限性，如成形金属构件过程中，激光功率调节故障、送粉不均、执行机构运动精度不足、气孔、夹渣等外部因素导致产品出现缺陷，如不能及时排除故障将严重影响金属构件的使用性能，造成资源浪费、生产成本提高。因此工业上需要在增材制造过程中实现实时在线监测与反馈修复系统，提取成形金属构件的特征信息，找出缺陷的具体位置，并根据产生的缺陷做出相应的修复措施，保证金属增材制造金属构件的质量，提高生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种激光增材制造视觉灰度值差异在线监测与缺陷修复装置，采用图像灰度值分析进行无损监测方法，实时跟进金属构件的成形过程，并作出相应的修复措施，实现金属构件缺陷的调整。

本发明的技术方案：

一种激光增材制造视觉灰度值差异在线监测与缺陷修复装置，包括增材制造工作装置、图像采集装置、信号处理装置和反馈控制装置；建立成形金属构件图像坐标系XOY，使XOY的X轴正方向与激光扫描方向一致，在工作台中设置成形金属构件X轴坐标阈值XMAX，Y轴坐标阈值YMAX；

所述增材制造工作装置包括激光发射装置、喷嘴、送粉装置和驱动装置；所述增材制造工作装置一端固定于工作台上，另一端布置喷嘴、送粉端口和激光发射头，用于制造金属构件；

所述图像采集装置，包括像敏单元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模拟转换电路、图像信号处理器和数据总线端口，安装于增材制造工作装置靠近喷嘴的一侧，与反馈控制装置连接，用于实时采集金属构件成形层金属及其周边的图像信息；

所述信号处理装置通过数据总线与反馈控制装置连接，提取由反馈控制装置传播的图像信息，进行数据信号分析，并且生成反馈修复指令到所述反馈控制装置；信息处理包括如下步骤：

①获取激光增材制造过程中成形金属构件图像信息，对图像信息进行邻域平均滤波预处理；

②计算处理后金属构件表面图像信息的灰度值gray(k,i,j)并存储，其中k＝1,2,3,...,n，n为成形金属构件的扫描层数；(i,j)为激光喷射焦点在图像坐标系XOY中的坐标值，i<XMAX，j<YMAX；

③设在正常工作条件下，打印出合格金属构件时由图像采集装置采集图像信号的标准灰度值为gray0；将实时采集图像灰度值与标准灰度值进行比较；