[发明专利]基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统及方法

说明书

本发明属于生产制造过程监控技术领域，尤其涉及一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统及方法，基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统包括：激光发射模块、辐射激光采集模块、激光位置检测模块、激光强度检测模块、激光速度检测模块、中央控制模块、噪声去除模块、谱峰信号去除模块、背景扣除模块、光谱生成模块、光谱分析模块、温度控制模块、数据存储模块、电源模块、显示模块。本发明提供的金属增材制造监控方法，能够在对金属增材制造过程进行实时监控，并且工作量小，效率高，成本低，能够有效的提高零件的成品率，并且能够有效避免后期的材料制样过程，从而减少了成分分析周期，同时也保证了零件的完整性。

技术领域

本发明属于生产制造过程监控技术领域，尤其涉及一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统及方法。

背景技术

目前，金属增材制造技术目前已被广泛地应用于各行各业，比如航空发动机、汽车的承载结构件以及生物医疗领域对人体骨骼的修复等。而且金属增材制造能够实现对复杂结构零件的快速原型，也可以实现对加工食物和复议磨损零件的修复。针对金属增材制造的加工特点，通过在加工过程中使用送粉机构同时输送多种金属粉末材料，并在零件的不同加工位置时调整不同粉末材料的配比，就能加工出成分或组织在空间连续变化的梯度材料。但在实际加工过程中，由于送粉器电机转速的抖动、载气量的拨动以及送粉管路的堵塞造成的熔覆头处送粉量的拨动，因此实际送入熔池内的元素含量产生偏差，造成金属成品率低，生产成本增加；并且现有的检测方式为采用能谱分析，采用此类检测方式通常需要对零件进行后续的取样、制样、或定量分析，具有工作量大、效率低、成本高、破坏零件以及非实时检测等缺陷。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：采用能谱分析的方式对金属增材制造过程进行监控时，具有工作量大、效率低、成本高、破坏零件以及非实时检测等缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统及方法。

本发明是这样实现的，一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法包括以下步骤：

步骤一，通过激光发射模块利用激光器发射高峰值功率的脉冲激光，发射的脉冲激光作用于沉积层的待检测区域，使待检测区域材料形成等离子体。

步骤二，通过辐射激光采集模块利用与激光器发射窗口共轴的采集探头对检测区域等离子体的辐射激光束进行采集。

步骤三，通过激光位置检测模块利用光纤位置传感器对采集的辐射激光束的位置进行实时检测并与预设的切片轨迹进行对比。

步骤四，通过激光强度检测模块利用光纤速度传感器对激光束的移动速度进行实时检测并与预设的激光束移动速度信息进行对比。

步骤五，通过激光速度检测模块利用光纤光强度传感器实时检测作用于金属漂浮物粉末上的激光强度并与预设的激光加工强度信息进行对比。

步骤六，通过中央控制模块利用中央控制器调控所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统各个模块的正常有序运行。

步骤七，通过噪声去除模块利用滤波器对采集到的光谱信号进行去噪处理；通过谱峰信号去除模块利用滤波器对采集到的光谱信号进行去谱峰处理。

步骤八，通过背景扣除模块利用背景扣除程序利用迭代小波变换方法将来自电子在自由态-自由态跃迁产生的韧致辐射和电子在自由态-束缚态间跃迁的连续背景辐射分量扣除。

步骤九，通过光谱生成模块利用光谱生成程序对处理后的光谱信息建立光谱特性和元素浓度间的标定曲线，得到光谱与元素浓度间的关系，并生成光谱。

步骤十，根据光谱与元素浓度间的标定曲线，通过光谱分析模块利用光谱分析程序对生成的光谱图像采用定量分析技术进行分析。