CN105571505A - 一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法及装置，所述方法包括如下步骤，步骤一，测量装置初始化；步骤二，测量点位置的确定；步骤三，在基板上开始成形零件，当成形到测量点位置以上且激光测距仪能够接收到自身测量光束信号时，开始测距，直至零件成形完毕且温度降低到室温后停止测量；步骤四，根据相邻时刻的测距数据得到成形过程中零件上测量点位置处的实时位移，根据位移与时间的关系得到零件增材制造过程中测量点位置处的实时变形曲线；步骤五，采用多台激光测距仪，对每台激光测距仪同时进行步骤一到四，对成形件上多个点同时进行变形测量，即可获得增材制造成形件中每台激光测距仪所对应位置处的实时变形曲线。

Description

一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法及装置

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体为一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法及装置。

背景技术

目前，增材制造技术作为制造业一个新兴的领域，得到了长足发展。其基本原理为：首先在计算机中生成成形件的三维CAD模型，然后运用分层切片软件对成形件模型按一定的厚度分层切片，即将成形件的三维形状信息转换为一系列二位轮廓信息，然后采用特定热源如高能束加热融化材料，在数控系统的控制下，将材料按照一定的填充路径逐点堆满给定的二维形状，重复这一过程逐层堆积形成成形件的三维实体。基于增材制造技术本身的特点，其离散加堆叠的技术理念，以及快速近净自由成形的优势，使其备受航空航天领域技术人员和广大学者的亲睐。众所周知，大部分航空航天类零件都具有复杂的外表面和内腔结构以满足轻量化的需求，这无疑对传统制造业带来巨大的冲击与挑战，而增材制造技术凭借其内在的优势在这些方面要明显优于传统制造技术。然而，实践证明，使用增材制造方法成形零件时，如飞机发动机涡轮叶片、飞机结构件、飞机起落架等，随着能量输入的增加和材料的不断堆叠，会使零件整体呈现出非均匀温度场和应力场，导致零件发生不同程度的变形，一方面，成形过程中的变形行为对于后续的成形过程将产生影响，另一方面，成形过程中的变形行为对于最终成形件的尺寸精度也具有决定性作用。一些尺寸精度要求较高的零件，甚至会因为变形导致零件报废。然而到目前为止，针对增材制造中成形件变形的实时测量仍没有具体的方法。有研究者通过数值模拟的方法研究成形件的变形(王凯.激光立体成形过程的应力与变形数值模拟分析.西北工业大学硕士学位论文，2012)，即通过对成形件的应力分布和应变进行分析，模拟成形件的变形规律，并且该研究测量的对象是无约束条件下增材制造的基板变形。一方面，这与实际增材制造基板约束条件有很大区别；另一方面，缺乏直接实时测量成形件变形的实验验证。另有研究报道用石膏倒模方法测量基板的变形(于君.激光立体成形过程控制的基础问题研究.西北工业大学博士学位论文，2010)，即以基板为模型制作基板的石膏倒模，用螺旋测微仪测量石膏倒模两端和中心的高度差来评估基板的翘曲变形程度，该方法的缺点其一是手动测量，测量精度不高，误差大；其二也只是事后测量基板的变形，没有对成形零件的实时变形进行测量，事后测量只能得到变形的最终结果，而不能揭示成形过程中变形进行的详细过程。而在焊接技术领域，有研究者在进行两根钢管的对接焊接时(ZhangJianxun,LiuChuanandNiuJing.Theweldingdeformationsofstainlesssteelpipeswiththickwallbynarrowgapgastungstenarcwelding.Proceedingsofthe18^thInternationalConferenceonNuclearEngineering,May17-21,2010,Xi’an,China)，采用线性可变位移传感器测量焊接过程中的变形，其精度为零点几毫米，相比于手动测量精度明显提高，但该方法为接触式测量，需要提前将传感器加装在成形件上，而在增材制造过程中，成形件最开始只是一个三维计算机模型，靠高能束熔化材料使材料在基板上一层一层堆叠出来，增材制造过程中接触式测量很不方便，而且高能束加工区域附近的恶劣条件使传感器无法近距离接触，从而使接触测量方法在增材制造领域的应用受到限制。总体来说，在目前的增材制造领域中，对零件变形的测量都是在成形结束后进行的，尚不存在变形实时测量的方法，这样就会丢失零件在成形过程中的变形规律。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法及装置，能够对零件成形中的变形进行非接触实时测量，由于测距仪的量程长，精度高，测量范围很广，大到宏观变形为几百毫米的大成形件，小到微观变形只有几十微米的小成形件。依据测得的实时位移数据可知成形件某一位置的变形情况是否满足尺寸精度的要求，若不满足，则需优化工艺参数和成形路径，保证成形精度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，包括如下步骤，

步骤一，测量装置初始化；在控制增材制造过程的计算机中载入三维零件图并进行分层切片，随后选择成形的扫描路径；在工作台上设置成形零件所用的基板和激光测距仪；

步骤二，测量点位置的确定；在基板上垂直放置一块测量点位置标定板，测量点位置标定板与激光测距仪发射到测量点位置标定板的光束垂直，以测量点位置标定板所在平面为XZ平面，以测量光束方向为Y轴建立三维坐标系，在测量点位置标定板上选取测量点位置，将测量光束的光斑与测量点位置重合后固定激光测距仪和基板位置；

步骤三，在基板上开始成形零件，当成形到测量点位置以上且激光测距仪能够接收到自身测量光束信号时，开始测距，直至零件成形完毕且温度降低到室温后停止测量；

步骤四，根据相邻时刻的测距数据得到成形过程中零件上测量点位置处的实时位移，根据位移与时间的关系得到零件增材制造过程中测量点位置处的实时变形曲线；

步骤五，采用多台激光测距仪，对每台激光测距仪同时进行步骤一到四，对成形件上多个点同时进行变形测量，即可获得增材制造成形件中每台激光测距仪所对应位置处的实时变形曲线。

优选的，步骤二中，以测量点位置标定板的底边为X轴，一个侧边为Z轴，测量光束方向为Y轴，底边和侧边的交点为原点，建立三维坐标系；原点为增材制造的起始点。

优选的，步骤四中，根据Z轴单层抬升量ΔZ和测点Z轴坐标值间关系，得到零件堆积层数n为根据零件的成形高度得到当前的堆积层数，用于对零件成形时每层变形量的测量和监控。

优选的，步骤四中，通过如下公式根据测距数据得到零件测量点位置处的变形量x；

式中：a为激光测量光束光轴和激光测距仪中接收透镜光轴的交点到接收透镜前主面的距离；b为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；θ₁为激光测量光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；θ₂为图像传感器与接收透镜之间的夹角；x’为光点在成像面上的位移。

优选的，步骤四中，以初始时刻测得的距离值为零件测量点位置处不发生变形的初始值。

优选的，当增材制造采用以高能束熔化同步送进的材料并按设定的路径层层堆叠形成三维实体时，步骤三中，当成形到测量点位置以上且激光测距仪能够接收到自身测量光束信号且不受零件成形位置处发光干扰时，开始测距。

本发明一种增材制造过程中成形件变形的实时测量装置，用于如上任意一项所述的测量方法上，包括设置在工作台上的三维移动平台，设置在三维移动平台上的激光测距仪，连接在激光测距仪输出端的上位机，以及垂直放置在基板上的测量点位置标定板；基板设置在工作台上，且位于激光测距仪的测量量程内。

优选的，还包括设置在制造成形件所用加工头上的遮光装置；遮光装置设置在加工头和激光测距仪之间，用于屏蔽零件成形位置处的发光干扰。

进一步，遮光装置下端超出零件成形点3-5mm。

优选的，所述的激光测距仪包括半导体激光器和线性图像传感器，以及设置在入射激光束光路上的入射透镜和设置在接收光束光路上的接收透镜；线性图像传感器的输出端连接上位机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

(1)达到了在增材制造过程中对成形件进行实时变形测量的目的。本发明采取光学测量手段，基于测距仪光三角法测距原理进行成形件单点位移变化的测量，通过成形前测量点位置的确定，采取测距仪定点测量的安装方法，实时记录成形过程中测量点位置的位移随时间变化情况，得到成形件所测点处的实时变形规律。测量结果实现了成形件在增材制造整个过程中所测点位置处的实时变形，相比于成形结束后的事后测量，不仅注重变形的最终结果，更注重成形过程中变形的详细演化过程，因此有利于对增材制造过程中成形件的变形行为进行有效监测。

(2)测量结果直观体现了成形件在高能束增材制造过程中的实时变形大小和方向，精度达到几十微米。从实时测量获得的变形演化中能够直观地测量出零件在整个成形过程中的总变形大小和方向。记成形件在测量过程中的位移量为δ，由δ＝H-h的正负可知变形发生的方向，其中：H为零时刻测距仪记录的距离数值，h为测距仪此后每个时刻记录的数值。激光测距方法的量程大，能够精确测量几十微米的微小变形到几百毫米的较大的变形，因此，能够对成形件的微观和宏观变形行为进行有效分析，依据实时测得的位移变化数据判断成形件所测位置处的变形是否满足精度要求，以达到优化工艺参数与成形路径，保证成形精度的目的。

(3)能够对任何金属成形件进行测量，不受成形件材料和尺寸的限制。根据所述的激光测距仪的测量原理，该装置是基于光三角法进行测量的，即通过其内置的激光器发射一束激光并照射在被测成形件表面，激光光斑经成形件表面漫反射后由测距仪在另一方向接收。一方面由于激光光斑小，测距仪安装位置具有任意性，可根据测量条件采取水平、竖直或与水平面成任意角度进行安装，基本能满足对任何金属成形件的测量；另一方面由于本发明中成形件是材料层层堆叠起来的，故其表面粗糙度相比于激光波长要大得多，满足漫反射的要求，不会出现因成形件表面形成镜面反射而接收不到信号的情况，所以可以对任何金属成形件进行测量，不受成形件材料和尺寸的限制。

附图说明

图1为本发明实例中所述的三角法测距光路原理图。

图2为本发明实例中所述的测量点位置的选取和测距仪的安装示意图。

图3为本发明实例中所述的实时测量装置结构示意图。

图4为本发明实例中所述的零件成形过程中的变形趋势图。

图中：1半导体激光器、2入射激光束、3成形件初始位置、4成形件变形后位置、5线性图像传感器、6工作台、7基板、8测量点位置标定板、9激光测距仪、10三维移动平台、11成形件、12加工头、13激光束、14激光器、15反光镜、16同步送进材料、17遮光装置、18上位机。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明的目的是解决高能束增材制造过程中成形件变形的实时测量问题。随着高能束增材制造的发展，零件在成形过程中的变形问题长久以来都没能得到有效的解决，这严重影响了成形过程的进行和成形件的最终成形质量，如果能使用某种手段对成形件的变形行为进行实时监测，通过对不同条件下成形件变形行为的认识，包括成形件尺寸的大小、成形件形状的简繁、成形件壁厚、成形方式等因素，则可以解决成形件的变形问题。本发明提出使用基于光三角法测量原理的高精度激光测距仪，对成形件的变形情况进行实时测量，对于非接触式位移测量装置，激光测距仪使用较为普遍，该装置测量精度高，量程大，不仅能够进行高精度测距，还能对物体表面粗糙度、轮廓、单点位移变化进行测量，大大提高了其使用范围。

在以高能束为热源熔化同步送进材料的增材制造过程中，零件在成形过程中热输入很高，高能束的特点是能量的集中化，使得成形过程中零件呈现出温度场不均匀、热应力大的状态，成形过程中的热变形不可避免。本发明为一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，即通过高精度激光测距技术实现对成形件变形的实时监测。其中，增材制造包括以高能束熔化同步送进的材料并按设定的路径层层堆叠形成三维实体，也包括将材料在喷头内加热至融化并挤出，再沿设定的路径层层堆叠形成三维实体的熔融沉积制造；所述的高能束可以是激光束、电子束、等离子束的一种；所述的同步送进材料可以是粉末、丝材的一种；所述的高精度激光测距技术，主要指基于光三角法测量原理的近距离高精度激光位移传感器；并在整个零件的成形过程中进行实时测量，由开始测量的位置起，直到成形件冷却至不再发生变形后测量停止，通过对多个位置的同时测量能够更加全面和准确的分析得到成形件整体实时的位移变形情况。根据本发明提供的实时测量装置，测量前调整好激光测距仪9与零件2之间的距离使激光测距仪9进入正常工作范围并调整好测量点位置，然后安装好遮光装置17，按照事先编好的数控程序进行成形件的成形，随着成形的不断进行成形件逐层堆积，待遮光装置17恰好移动到被测点上方时，测距仪光斑照射在零件表面测点位置进行测量，直到成形结束零件充分冷却至不发生变形后方停止测量。采用高精度的激光测距仪分辨率高，线性度好，重复性高，因此，被测物体仅发生微小的移动都能引起测距仪数值的变化，根据数值变化的幅度就可以测量出物体的位移，所以当物体沿测量方向发生变形时，根据测距仪数值的变化幅度就可以得到变形的大小和方向。

增材制造方法诸多，本优选实例中仅以同步送粉激光立体成形技术为代表，阐述在高能束增材制造过程中成形件实时变形测量方法，其他增材制造技术与激光立体成形的基本原理类似，这里不再赘述。

如图1所示，半导体激光器1发出的激光作为入射激光束2垂直入射到成形件初始位置3表面，经成形件表面漫反射后被测距仪内的高灵敏度线性图像传感器5接收，当成形件发生变形后，入射激光束2垂直入射到成形件变形后位置4的表面，而成像光斑在图像传感器5上的位置是测距仪前端和被测表面之间距离的函数，若成形件的位移量为x，光点在成像面上的位移为x’,利用相似三角形各边之间的比例关系，可求出被侧面位移为：

式中：a为激光束光轴和接收透镜光轴的交点到接收透镜前主面的距离；b为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；θ₁为激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；θ₂为图像传感器与接收透镜之间的夹角。

如图2所示，由于增材制造方法本身的特殊性，即成形件在测量前并不存在，而是在成形过程中通过材料沿特殊方向层层堆叠形成的，故进行测量前，首先根据所建立的坐标系选取所测点位的三维坐标值，因为沿测量方向的坐标值不影响点位的选取，即Y坐标不影响点位的选取；故只考虑另外两个坐标轴的坐标值，原点选在基板7的上表面，制作所能涵盖所测点位的测量点位置标定板8并在其上建立坐标系，根据所选取点位的坐标值，在测量点位置标定板8上标出所要测量变形的点，并将其置于基板7上进行点位固定，激光测距仪9安装在三维移动平台10上，调节移动平台10使激光测距仪9发出的激光光斑恰好与所选择的测点重合，这样就保证了当零件成形时可以准确测量所选择的点。固定整个装置，保证激光测距仪9与成形件11的相对位置在整个成形过程中保持相对静止，至此测点的选择和测距仪的安装过程结束，准备进行成形。

在图3所述的装置基础上，具体操作过程如下：

第一步：在计算机中载入三维零件图并进行分层切片，并选择合适的扫描路径；

第二步：调节成形件11与三维移动平台10之间的相对位置使测距仪9进入正常工作范围，并进行测量点位置的确定，测量点位置能够选取在成形件上的任意位置；

第三步：根据Z轴单层抬升量ΔZ和测点纵坐标Z值间关系，成形件堆积层数所以根据成形件的成形高度可获知当前的堆积层数，可实现对每层的变形量进行监控。

第四步：安装遮光装置17。由于测距仪9是基于光三角法原理的测量方法，其响应波段为658nm，而激光立体成形过程中熔池辐射的光波为全波段，其中包含波长为658nm的光，故熔池辐射的光波势必会对测距仪9接收信号造成影响，故在加工头附近安装遮光装置17，对熔池发出的光进行遮挡，这样测距仪9只能接收到入射光斑的反射信号而提高抗干扰性能。

第五步：开始成形。激光器14发出的激光束13经反光镜15反射后加热熔化加工头12中的同步送进材料16，同时使工作台6做一定路径的运动，每沉积一层工作台6抬升一定的高度ΔZ，成形件11因此逐层堆积起来。

第六步：当遮光装置17最下端超过测点后，测距仪9发出的激光束就会照射在成形件11上之前调整好的点位，从而进行测量，此时上位机18开始实时记录测量数据。

第七步：待成形件11充分冷却不发生任何变形后停止测量。

最后通过采用多台激光测距仪，对每台激光测距仪同时进行第一步到第七步，对成形件上多个点同时进行变形测量，即可获得增材制造成形件中每台激光测距仪所对应位置处的实时变形曲线，从而得到增材制造成形件整体实时的位移变化情况。

本优选实例中以在工业中应用广泛的TC4粉末和TC4基材，成形尺寸为20mm×30mm×1mm的成形件件。

其初始化设置参数如表一所示。

表一成形件工艺参数。

得到如图4所示的变形趋势图。

根据上述测量结果，可以看到整个测量过程的变形量大小约为43μm，而在测量过程中即成形过程中，变形出现波动的现象，这是因为高能束加热融化材料形成液态高温熔池，熔池以一定的速度不断在被测点上方扫过，熔池接近被测点时被测点温度升高，熔池扫过被测点时被测点温度降低，在整个成形件内部形成不均匀的温度场，随着堆积层数的增加这一过程不断往复进行，一方面，不均匀的温度场导致成形件内部应力分布不均匀，温度升高导致材料屈服极限下降，某些位置应力超过材料屈服极限会导致塑性变形的发生，使成形件形状发生改变；另一方面由于液态金属熔池在凝固过程中会发生收缩现象，而由于材料的整体性，熔池在凝固过程中不可能自由收缩，其收缩过程会受到周围区域的约束，使其受到一个拉伸应力的作用，导致应力分布不均衡。所以被测点沿Y方向的位移出现波动的现象。还可以看到，当成形结束时，测量不应该立即停止，此时成形件还会发生一定程度的变形，这是因为成形结束后成形件有一个散热过程，故选择在成形件充分冷却至室温后停止测量。

本发明通过采取光学测量手段，解决了实时测量成形件变形的问题，测量装置依据附图1所述的基本原理，采取附图2和附图3所述的安装方法，得到附图4所述的测量结果。由附图4可以看出，将测量开始时刻视为零时刻，到一百秒时成形过程结束，即为成形结束点19，但此后成形件仍有一定的变形，在附图4中这一现象非常明显。因此测量过程是由被测点开始，至成形件成形完毕并且完全冷却后停止，实现了成形件变形的实时测量。

测量结果直观体现了成形件在高能束增材制造过程中总变形量的大小和方向，精度达到几十微米。首先，根据附图4的测量结果，成形件在整个成形过程中的变形量大小可根据初末距离的差值计算得到：视测量开始时刻即零时刻成形件的位移为零，测量结束时刻成形件的位移量约为-43μm，因此可以直观地测量出成形件在整个成形过程中的总变形量约为43μm。其次，可以确定成形件沿测量方向发生变形的具体方位：由于成形件的位移量为负值，记成形件在测量过程中的位移量为δ，由δ＝H-h<0可知变形发生在沿Y轴正向，其中：H为零时刻测距仪记录的距离数值，h为测距仪此后每秒记录的数值。

由此可见此测量方法不仅可以探测非常微小的变形，而且还可以得到变形进行的方向。变形的测量问题不仅是测量其变形量的大小，更重要的是获得变形进行的方向，因为变形进行的方向是由材料的堆积方向、热源的移动方向、热应力的分布情况等诸多因素决定的，是进行变形机理分析的重要依据，通过本方法可以很精确的对变形行为进行分析。

测量结果揭示了成形件在高能束增材制造过程中的变形规律。

首先，在成形过程中，根据附图4的测量结果，可以看到每秒测得的数值在不断地波动，有类似于正弦函数的波动规律，这说明变形存在一定的周期重复性。这里对一个完整的成形周期做一个简明的定义：在堆积每一层时，由开始成形点算起，到堆积结束再次回到初始点这一过程所用时间称为一个完整的成形周期。在成形过程中，随着材料一层一层的堆积，成形过程即为多个成形周期的重复，每一个成形过程中，高温液态熔池都以一定的扫描速度经过被测点上方，所以在整个成形过程中，被测点上方的高温熔池周期性的重复扫过，使得被测点及其周围的温度处于大小时刻变化的波动状态下，温度场又决定了应力场，因此引发热应力不均匀分布，最终导致成形件变形的波动现象。其次，在成形结束时，图中所示的变心曲线并没有变为直线，这说明成形停止后的一段时间内仍旧存在变形，这是因为成形结束的那一刻，成形件内部及表面温度不会瞬间降为零，而是要有一个散热过程，对于不同形状的成形件散热过程不尽相同，有些部位散热快，温度下降速度快，另一些部位散热慢，温度下降的也慢，由此导致不同部位温度的不均匀，产生的热应力便会使成形件产生变形，但根据理论分析与测量的结果，可以看到由此引发的变形相比于成形过程中的变形并不是很大，但相对于尺寸要求较高的成形件来说，这个变形仍是至关重要的。

原则上可以对任何金属成形件进行测量，不受成形件材料和尺寸的限制。

根据所述的激光测距仪的测量原理，该装置是基于光三角法进行测量的，即通过其内置的激光器发射一束激光并照射在被测成形件表面，激光束光斑大小为1.0mm×3.7mm，激光光斑经成形件表面漫反射后由测距仪在另一方向接收。一方面由于激光光斑小，测距仪安装位置具有任意性，可根据测量条件采取水平、竖直或与水平面成任意角度进行安装，基本能满足对任何金属成形件的测量；另一方面由于本发明中成形件是材料层层堆叠起来的，故其表面粗糙度相比于激光波长658nm要大得多，满足漫反射的要求，不会出现因成形件表面形成镜面反射而接收不到信号的情况，所以可以对任何金属成形件进行测量，不受成形件材料和尺寸的限制。

Claims (10)

1.一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一，测量装置初始化；在控制增材制造过程的计算机中载入三维零件图并进行分层切片，随后选择成形的扫描路径；在工作台上设置成形零件所用的基板和激光测距仪；

步骤二，测量点位置的确定；在基板上垂直放置一块测量点位置标定板，测量点位置标定板与激光测距仪发射到测量点位置标定板的光束垂直，以测量点位置标定板所在平面为XZ平面，以测量光束方向为Y轴建立三维坐标系，在测量点位置标定板上选取测量点位置，将测量光束的光斑与测量点位置重合后固定激光测距仪和基板位置；

步骤三，在基板上开始成形零件，当成形到测量点位置以上且激光测距仪能够接收到自身测量光束信号时，开始测距，直至零件成形完毕且温度降低到室温后停止测量；

步骤四，根据相邻时刻的测距数据得到成形过程中零件上测量点位置处的实时位移，根据位移与时间的关系得到零件增材制造过程中测量点位置处的实时变形曲线；

步骤五，采用多台激光测距仪，对每台激光测距仪同时进行步骤一到四，对成形件上多个点同时进行变形测量，即可获得增材制造成形件中每台激光测距仪所对应位置处的实时变形曲线。

2.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，步骤二中，以测量点位置标定板的底边为X轴，一个侧边为Z轴，测量光束方向为Y轴，底边和侧边的交点为原点，建立三维坐标系；原点为增材制造的起始点。

3.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，步骤四中，根据Z轴单层抬升量ΔZ和测点Z轴坐标值间关系，得到零件堆积层数n为根据零件的成形高度得到当前的堆积层数，用于对零件成形时每层变形量的测量和监控。

4.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，步骤四中，通过如下公式根据测距数据得到零件测量点位置处的变形量x；

式中：a为激光测量光束光轴和激光测距仪中接收透镜光轴的交点到接收透镜前主面的距离；b为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；θ₁为激光测量光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；θ₂为图像传感器与接收透镜之间的夹角；x′为光点在成像面上的位移。

5.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，步骤四中，以初始时刻测得的距离值为零件测量点位置处不发生变形的初始值。

6.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，当增材制造采用以高能束熔化同步送进的材料并按设定的路径层层堆叠形成三维实体时，步骤三中，当成形到测量点位置以上且激光测距仪能够接收到自身测量光束信号且不受零件成形位置处发光干扰时，开始测距。

7.一种增材制造过程中成形件变形的实时测量装置，用于如权利要求1-6中任意一项所述的测量方法上，其特征在于，包括设置在工作台(6)上的三维移动平台(10)，设置在三维移动平台(10)上的激光测距仪(9)，连接在激光测距仪(9)输出端的上位机(18)，以及垂直放置在基板(7)上的测量点位置标定板(8)；基板(7)设置在工作台(6)上，且位于激光测距仪(9)的测量量程内。

8.根据权利要求7所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量装置，其特征在于，还包括设置在制造成形件所用加工头(12)上的遮光装置(17)；遮光装置(17)设置在加工头(12)和激光测距仪(9)之间，用于屏蔽零件成形位置处的发光干扰。

9.根据权利要求8所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量装置，其特征在于，遮光装置(17)下端超出零件成形点3-5mm。

10.根据权利要求7所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量装置，其特征在于，所述的激光测距仪(9)包括半导体激光器(1)和线性图像传感器(5)，以及设置在入射激光束(2)光路上的入射透镜和设置在接收光束光路上的接收透镜；线性图像传感器(5)的输出端连接上位机(18)。