[发明专利]一种激光沉积增材制造在线监测系统及方法

说明书

本申请提供一种激光沉积增材制造在线监测系统及方法，包括：激光沉积增材制造模块、机器人系统模块和计算机模块；在激光沉积模块中首先利用激光结合数字模型路径对金属材料进行沉积，同时利用机器人系统模块对增材制造过程数据进行实时采集，将所有数据传输到计算机模块。将获取后的数据结合算法模型模块，对沉积层表面，熔池状态可进行实时监测，将监测到的缺陷或者熔池异常状态等信息反馈到激光沉积模块中达到实时控制，保证工件表面成形质量，提高产品合格率。

技术领域

本申请涉及激光沉积增材制造在线监测技术领域，特别涉及一种激光沉积增材制造在线监测系统及方法。

背景技术

增材制造也被称为三维打印，主要是通过结合三维数字模型，将材料一层一层加工成型。激光沉积增材制造是一种金属增材制造过程，通过用聚焦热能熔化金属原料来构建工件，可以制造更高的效率和灵活性。可用于快速成型，制造功能分级材料，以及修复高附加值的组件，如涡轮叶片。在过去的十年中，该技术被越来越多地应用于航空航天、国防、汽车和生物医学工业。

在激光沉积增材制造过程中，在不同工艺参数，环境和设备等因素的影响下，导致工件成形质量的表面精度较差，其中缺陷的生成和尺寸精度一直影响着该技术进一步的普及和应用。所以对增材制造过程进行在线监测技术研究是对整体增材制造过程进行控制的必要手段和质量保证。

目前就该问题所应用的在线监测技术有工业CT(Computed Tomography)检测，超声检测以及X射线检测等方式，主要对增材制造后产生的工件进行整体扫面探伤检测，这些方法导致了无法对增材制造过程进行监测控制，比如缺少对熔池的行为检测，温度检测和表面形貌检测等。基于这些无损检测方法进行检查时具有成本高昂，无法进行实时修复等缺点。

发明内容

本申请为解决上述无法对增材制造过程进行监测控制，比如缺少对熔池的行为检测，温度检测和表面形貌检测等，无法进行实时修复等问题，提出一种激光沉积增材制造在线监测系统，包括：激光沉积增材制造模块、机器人系统模块和计算机模块。

机器人系统模块与计算机模块通信连接；计算机模块与激光沉积增材制造模块通信连接。

激光沉积增材制造模块被配置为：对粉末材料或丝状材料结合数字模型进行熔化沉积，完成目标工件成形。

机器人系统模块被配置为：在激光沉积增材制造过程中采集数据，并传输数据至计算机模块，数据包括：熔池图像数据、熔池温度数据和三维点云数据。

计算机模块包括算法模型模块，算法模型模块被配置为：根据以往的数据训练形成算法模型，通过算法模型对数据进行实时处理，并将处理结果保存到计算机模块中。

计算机模块被配置为：将数据通过算法模型模块处理，对沉积层表面，熔池状态进行实时监测，将监测到的缺陷或者熔池异常状态等信息反馈到激光沉积模块。

在一种可行的实现方式中，机器人系统模块包括数据采集设备模块和信号传输线路模块；数据采集设备模块与信号传输线路模块通信连接；且信号传输线路模块与计算机模块通信连接。

数据采集设备模块被配置为：采集激光沉积增材制造过程中的数据。

信号传输线路模块被配置为：将数据通过通信协议或快速传输线路传送至算法模型模块。

在一种可行的实现方式中，数据采集设备模块包括：高速相机，红外相机和激光三维扫描仪，高速相机，红外相机和激光三维扫描仪均与信号传输线路模块通信连接。

高速相机被配置为采集熔池图像数据。

红外相机被配置为采集熔池温度数据。

激光三维扫描仪被配置为采集三维点云数据。

在一种可行的实现方式中，计算机模块还包括：主机和显示器；主机与显示器通信连接，且主机与算法模型模块也通信连接。