[发明专利]基于熔池飞溅检测的闭环激光加工质量控制方法

摘要

本发明提供了一种基于熔池飞溅检测的闭环激光加工质量控制方法，包括：(1)装夹，并设定激光加工路径和初始工艺参数；(2)启动激光加工头上飞溅物挡板的内部水冷系统、激光加工头自身的循环水冷系统；(3)输出激光束，输出同步送粉/丝和送气，启动激光加工头与工件的预编程相对运动，进行激光加工；(4)在激光加工过程中，获得当前飞溅物的特征数据；(5)在每个监测点均通过当前全景红外温度场图像获得当前飞溅物的特征数据；(6)重复执行步骤(5)，完成当前加工任务；(7)获得参考特征数据。本发明使得在激光加工过程中实时分析激光加工工艺质量成为可行，结合在线实时调节激光加工工艺参数，实现了完整的加工质量闭环控制。

主权项

1.一种基于熔池飞溅检测的闭环激光加工质量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)装夹待加工金属工件，并设定预编程的激光加工路径和激光加工的初始工艺参数，所述初始工艺参数包括激光功率、光束行进速度、离焦量、送粉/丝速率和保护气流量；(2)启动环绕设置在激光加工头上的飞溅物挡板的内部水冷系统、激光加工头自身的循环水冷系统；启动均匀设置在激光加工头圆周方向上的N个热像仪，所述N个热像仪用于实现对飞溅物挡板的360度检测；N个热像仪以Ts为采样周期循环采集飞溅物挡板表面及其附近空间的红外温度场图像，每次循环将获得N幅红外温度场图像，将每次循环获得的N幅红外温度场图像进行拼接和滤波处理得到全景红外温度场图像，待全景红外温度场图像稳定后，停止循环；将全景红外温度场图像作为初始红外温度场全景图像；其中N为大于等于1的正整数；(3)输出激光束，输出同步送粉/丝和送气，以及启动激光加工头与工件的预编程相对运动，按照步骤(1)中的初始工艺参数以及预编程激光加工路径开始进行激光加工；取预编程激光加工路径上的任意K个位置作为监测点，K为大于等于1的正整数；(4)在激光加工过程中，N个热像仪以Ts为采样周期循环采集飞溅物挡板表面及其附近空间的红外温度场图像，并作拼接和滤波处理得到飞溅物挡板的当前全景红外温度场图像，亦即获得当前的飞溅物的特征数据；(5)在每个监测点均通过当前全景红外温度场图像获得当前飞溅物的特征数据；若历史数据库中不存在参考特征数据，则将第一次获得的当前飞溅物的特征数据加入历史数据库，并将其作为参考特征数据；若历史数据库中存在参考特征数据，则将当前飞溅物的特征数据与参考特征数据进行对比；若没有显著变化，则进入步骤(6)；若发生显著变化，即变化率大于x％，则记录该当前飞溅物的特征数据对应的监测点Ki，并将当前飞溅物的特征数据加入到历史数据库中；同时在线调整激光加工的一个或多个工艺参数，调整目标是使得调整后获取的当前飞溅物的特征数据与参考特征数据进行对比，差异量趋于减小，直至变化率小于x％；后续激光加工均采用调整后的工艺参数；(6)重复执行步骤(5)，直至完成当前加工任务，即预编程的全部激光加工路径均加工完毕；(7)加工结束后，通过金相分析和机械力学性能分析方法分析历史数据库中记录的所有位置的加工质量，将获得最优加工质量的位置所对应的特征数据设定为参考特征数据，其对应的激光加工工艺参数设定为今后同种或同类加工任务的初始工艺参数，其余数据删除。