[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

说明书

本发明公开一种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，该方法步骤包括：S1.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.对采集到的熔池图像进行处理，提取得到熔池的动态特征参数；S3.根据提取得到的熔池的动态特征参数预测激光增材后凝固组织形态；S4.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熔池的动态特征参数至所需状态；该系统包括熔池图像采集模块、熔池图像处理模块、组织形态预测模块以及组织形态控制模块。本发明能够实现激光增材中凝固组织形态的在线监测及预测控制，且具有实现方法简单、成本低、控制效率及可靠性高等优点。

技术领域

本发明涉及激光增材制造技术领域，尤其涉及一种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。

背景技术

激光增材制造经过三十年的飞速发展，已经在航空航天、汽车制造、石油化工、生物医学等领域具有广阔的应用前景，其具有加工整体性高、加工速度快、结构复杂度高、设计维度广等优点。但相比于传统的减材制造过程中材料组织形态和性能整体性一致，增材制造属于点加工，每个加工点都可能受到主动加工条件变坏或者被动环境变化造成组织形态和性能的改变，且在激光增材制造中，由于增材制造本身具有制造自由度高、结构复杂度高等优势，而过高的自由度也会导致增材制造的材料本体受到工艺参数、加工路径、设备波动等因素的影响，造成材料的均一性较差，组织形态存在较大的差异。但对于结构件和功能件来说，材料组织形态的不可控性将会形成不可控的服役性能风险，极大的限制了激光增材制造技术的进一步工程应用。

有从业者提出在增材制造过程中通过在线监测沉积层的几何特征和温度特征，可以有效的控制沉积后工件的尺寸精度和应力分布形态，但目前并没有有效的方法可以构建起加工过程中的物理特征与沉积后的组织形态的关联性，无法在加工过程中进行合适的动态参数调整及时的调控组织形态。同时，现有的传统组织形态特征分析方法是采用破坏性试验进行取样分析，该方法对增材制造后组织形态具有一定的参考性，但由于增材制造在材料组织形态方面的高自由度，并不能完全重现固有参数所对应的凝固组织。因此，亟需提供一种适用于激光增材制造中能够控制激光增材中凝固组织形态的方法，以提高激光增材制造过程的组织形态的可控性和优化参数的稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种实现方法简单、成本低、能够实现在线监测及预测控制，且控制效率及可靠性高的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。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于图像监测控制激光增材中凝固组织形态的方法，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；

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。

作为本发明方法的进一步改进：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/或振动频率。

作为本发明方法的进一步改进，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；