[发明专利]一种激光增材制造视觉灰度值差异在线监测与缺陷修复装置

摘要

本发明属于监测与控制技术领域，提供了一种激光增材制造视觉灰度值差异在线监测与缺陷修复装置，包括增材制造工作装置、图像采集装置、信号处理装置和反馈控制装置；建立成形金属构件图像坐标系XOY，使XOY的X轴正方向与激光扫描方向一致，在工作台中设置成形金属构件X轴坐标阈值XMAX，Y轴坐标阈值YMAX。该在线监测与缺陷修复装置能够在金属增材制造过程中实时监测金属构件表面缺陷质量监测，且还设立了所述反馈控制装置实时向所述信号处理单元反馈金属构件的成形质量，通过对参数的调整实现金属构件缺陷的调整过程或者报警停机，为增材制造质量监测实时控制提供了可靠的技术支持。

主权项

1.一种激光增材制造视觉灰度值差异在线监测与缺陷修复装置，其特征在于，所述的激光增材制造视觉灰度值差异在线监测与缺陷修复装置包括增材制造工作装置、图像采集装置、信号处理装置和反馈控制装置；建立成形金属构件图像坐标系XOY，使XOY的X轴正方向与激光扫描方向一致，在工作台中设置成形金属构件X轴坐标阈值XMAX，Y轴坐标阈值YMAX；所述增材制造工作装置包括激光发射装置、喷嘴、送粉装置和驱动装置；所述增材制造工作装置一端固定于工作台上，另一端布置喷嘴、送粉端口和激光发射头，用于制造金属构件；所述图像采集装置，包括像敏单元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模拟转换电路、图像信号处理器和数据总线端口，安装于增材制造工作装置靠近喷嘴的一侧，与反馈控制装置连接，用于实时采集金属构件成形层金属及其周边的图像信息；所述信号处理装置通过数据总线与反馈控制装置连接，提取由反馈控制装置传播的图像信息，进行数据信号分析，并且生成反馈修复指令到所述反馈控制装置；信息处理包括如下步骤：①获取激光增材制造过程中成形金属构件图像信息，对图像信息进行邻域平均滤波预处理；②计算处理后金属构件表面图像信息的灰度值gray(k,i,j)并存储，其中k＝1,2,3,...,n，n为成形金属构件的扫描层数；(i,j)为激光喷射焦点在图像坐标系XOY中的坐标值，i<XMAX，j<YMAX；③设在正常工作条件下，打印出合格金属构件时由图像采集装置采集图像信号的标准灰度值为gray0；将实时采集图像灰度值与标准灰度值进行比较；④若实时采集计算图像信息灰度值与标准设定的图像灰度值之间的偏差≥10％，则判定打印成形金属构件表面不合格，由信号处理装置触发图像分析模块，智能识别金属构件的缺陷类型，图像分析模块由深度神经网络完成金属构件缺陷的识别，并记录、存储缺陷所在的坐标gray(k,i,j)；所述反馈控制装置通过数据总线与图像采集装置、信号处理装置和增材制造工作装置连接；实时将图像采集装置收集到的信息反馈给信号处理装置，并传达由信号处理装置发出的参数调整代码给增材制造工作装置；调节的参数主要有激光功率的大小、送粉装置中分粉器的调节以及驱动装置中喷头的喷粉速度、扫描速度和路径的微调整；如果对缺陷的处理已超出修复的范围，反馈控制装置做出相应的报警，提示工作人员需停机检修；所述增材制造工作装置中激光发射头与送粉装置的喷头处于同一轴线上，送粉方式采用同轴送粉，高功率激光和金属粉末从喷嘴同轴输出，激光束在粉末中通过，一部分激光能量被粉末吸收，一部分能量被金属构件表面吸收，金属表面形成熔池，并与吸收能量的粉末结合形成增材层。