[发明专利]基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的方法及系统

权利要求书

1.一种基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的方法，其特征在于，步骤包括：

S1.熔池图像采集：在激光增材过程中实时采集熔池的图像，输出采集到的熔池图像；

S2.熔池图像处理：对采集到的所述熔池图像进行处理，提取得到熔池的动态特征参数，所述动态特征参数包括液态熔池气液界面中值点的振动幅度和振动频率；

S3.组织形态预测：根据提取得到的所述熔池的动态特征参数预测激光增材后凝固组织形态，得到预测凝固组织形态；

S4.组织形态控制：若预测凝固组织形态不满足要求，调整激光增材过程的加工参数以调整所述熔池的动态特征参数至所需状态。

2.根据权利要求1所述的基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤包括：

S21.图像分区：对所述熔池图像的灰度值进行计算，根据计算得到的灰度值将所述熔池图像划分为液态区、粘稠区和凝固区；

S22.眼图获取：提取所述液态区的整体轮廓，得到熔池轮廓图像，将多张所述熔池轮廓图像进行叠加，得到对应液态区熔池轮廓的眼图；

S23.动态特征参数获取：根据所述液态区熔池轮廓的眼图获取液态熔池的所述振动幅度和振动频率。

3.根据权利要求1或2所述的基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的方法，其特征在于，所述步骤S3的步骤包括：预先由不同凝固组织形态与熔池的所述振动幅度、振动频率之间的关系构建知识图谱库，提取得到所述熔池的所述振动幅度和振动频率后，将提取得到的所述振动幅度和振动频率输入至所述知识图谱库进行匹配，识别出对应的凝固组织形态，得到所述预测凝固组织形态。

4.根据权利要求1或2所述的基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的方法，其特征在于，所述步骤S3中，当判断到所述熔池的动态特征参数中振动幅度和振动频率大于预设阈值时，判定激光增材后凝固组织为多取向共同生长状态且各向同性；当判断到所述振动幅度和振动频率小于预设阈值时，判定激光增材后凝固组织为定取向生长状态且各向异性。

5.根据权利要求1或2所述的基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过调整激光增材过程的中激光参数和送粉参数以调整所述熔池的动态特征参数，具体包括：如果所述熔池的振动幅度、振动频率小于所需凝固组织形态对应的目标动态特征参数值，调整激光功率、扫描速度、送粉量、送气量中的一种或多种以提高熔池的振动幅度、振动频率；如果所述熔池的振动幅度、振动频率大于所需凝固组织形态对应的目标振动幅度、振动频率，调整激光功率、扫描速度、送粉量、送气量中的一种或多种，以减小熔池的振动幅度、振动频率。

6.根据权利要求5所述的基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的方法，其特征在于，所述步骤S4中结合使用PID以及模糊控制方法调整激光增材过程的参数，具体包括：结合使用PID以及模糊控制方法调整所述激光功率、扫描速度、送粉量、送气量中的一种或多种，使得熔池的振动幅度和振动频率小于指定范围，得到定取向生长的组织形态，以及使得熔池振动幅度和振动频率大于指定范围，得到多取向共同生长的组织形态。

7.一种基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的系统，其特征在于，包括：

熔池图像采集模块(5)，用于在激光增材过程中实时采集熔池的图像，输出采集到的熔池图像；

熔池图像处理模块，用于对采集到的所述熔池图像进行处理，提取得到熔池的动态特征参数，所述动态特征参数包括液态熔池气液界面中值点的振动幅度和振动频率；

组织形态预测模块，用于根据提取得到的所述熔池的动态特征参数预测激光增材后凝固组织形态，得到预测凝固组织形态；

组织形态控制模块(7)，用于若预测凝固组织形态不满足要求，调整激光增材过程的参数以调整所述熔池的动态特征参数至所需状态。