[发明专利]基于CMOS传感器的激光增材形貌在线检测补偿方法

权利要求书

1.一种基于CMOS传感器的激光增材形貌在线检测补偿装置，其特征在于：该装置的底部为底座，底座的上方设有工件基板(6)，工件基板(6)的上方设有沉积工件(5)，沉积工件(5)的一侧设有立柱，立柱上水平设置激光增材制造机构(1)，激光增材制造机构(1)上垂直的设有激光连杆，激光连杆的底部设有激光熔覆头(4)，激光连杆靠近底部设有测量单元支架(3)，测量单元支架(3)上连接有测量单元(2)。

2.根据权利要求1所述的基于CMOS传感器的激光增材形貌在线检测补偿装置，其特征在于：工件基板(6)的上表面设有多条沿长度方向设置的沉积道，沉积道为扫描路径。

3.一种如权利要求1所述的基于CMOS传感器的激光增材形貌在线检测补偿方法，其特征在于：在无需拆卸工件及夹具的前提下，使工件在激光增材制造机构中实现检测及补偿的过程；方法的步骤如下：

首先激光增材制造机构(1)完成沉积后关闭激光熔覆头(4)，激光熔覆头(4)回到工件坐标原点，CMOS激光位移传感器开启并延X或Y向坐标逐行扫描工件表面，与激光位移传感器匹配的PLC模块开始实时记录测量点坐标并生成点云文件，将各行点云数据分别生成NURBS曲线，计算各条曲线曲率并与工件数模比对由此识别误差；依次拟合多条误差曲线生成NURBS曲面，此曲面即为误差数模下限，与工件数模比对即可生成误差上限及整体误差区域；将误差区域在切片及路径规划软件中切片并规划路径即可生成G代码，将G代码传输给激光增材制造机构(1)以此实现误差区域补偿；以下为具体步骤：

(1)扫描工件采集点云：

测量单元内CMOS激光位移传感器安装于激光熔覆头(4)的一侧，按扫描方向及位置逐行扫描工件基板表面，相邻两道扫描路径之间间隔根据两沉积道宽度设定，通过PLC模块根据采点周期实时记录各点三维坐标位置；由于在激光增材制造前需将工件数模在路径规划软件中预先按照各沉积层厚度进行切片，根据各切片层高度基于高斯滤波滤除噪点，为保证测量完整性，激光位移传感器测量工件时扫描区域应大于沉积道区域；测量单元连接通信单元将采集到的数据信息实时传输、记录到计算机中，以单独文件形式保存以备调用；

(2)识别误差：

误差分为尺寸误差及形状误差：识别沉积道高度误差时，仅需将激光位移传感器延CMOS激光位移传感器扫描方向(8)扫描，并比对每道CMOS激光位移传感器扫描路径(7)上测量点的Z向坐标值与理论数模切片层的高度差；识别沉积道长度误差时，仅需计算激光位移传感器向扫描路径上高度变化最剧烈两点的坐标值之差，将此值与数模理论长度比对；识别沉积道宽度误差时，仅需计算Y向坐标扫描路径上高度变化最剧烈两点坐标值之差，将此值与数模理论宽度比对；识别形状误差时，依次选择每道扫描路径所记录的点生成NURBS样条曲线，计算曲线曲率，当所生成的曲线曲率与理论数模曲率不相符即认定为形状误差；

(3)确定误差位置：

由于每个测量点的序号是唯一的，每个测量点的三维坐标也是固定的，所以测量点的序号与三维坐标存在一一对应关系；当测量单元识别出尺寸误差后即追溯每道扫描路径上误差起始点的序号及误差终止点的序号，利用误差终止测量点坐标减去误差起始测量点坐标即得出误差区域大小；当测量单元识别出形状误差时，将误差区域点云拟合生成误差区域曲面，此曲面作为补偿区域下限，理论数模曲面作为补偿区域上限，上下限之间区域即为整个需补偿区域，点云中所有测量点空间位置均已知，所以误差区域位置也是确定的；由于测量点坐标系与增材制造设备坐标系是同一个坐标系，由此误差位置能够确定；

(4)补偿误差：

补偿尺寸误差时，参考误差尺寸大小增加沉积道数量；补偿形状误差时，将形状误差区域通过数模软件生成误差区域三维数模，将此数模横向切片并规划补偿路径即实现理论误差补偿；将切片文件及补偿路径生成G代码通过设备自带通讯端口把代码传输给增材制造设备能够实现系统自动补偿。