CN107764798A - 一种金属增材制造质量在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于增材制造相关技术领域，并公开了一种金属增材制造质量在线检测系统，其包括电弧增材制造模块、光谱采集头模块、采集光路调节对准模块、光谱采集与焊接同步触发模块等，其中电弧增材制造模块用于按照预定的工艺参数执行电弧增材制造；光谱采集头模块经由采集光路调节对准模块执行XYZ三轴方向上的移动调节，然后对焊接电弧等离子体的弧光执行采集，并传递给光谱仪进行元素烧损量等方面的分析；光谱采集与焊接同步触发模块用于确保光谱分析与电弧增材制造之间的同步触发。通过本发明，不仅可以更高精度地实现金属增材制造过程中的成分在线检测，而且还能够以结构紧凑、便于操控地方式达到电弧增材制造控形和控性的高效同步在线检测。

Description

一种金属增材制造质量在线检测系统

技术领域

本发明属于增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种金属增材制造质量在线检测系统。

背景技术

增材制造技术，俗称3D打印技术，是近年来发展十分迅速的新型制造技术，具有数字化成形的特点，利用粉末或丝材，采用逐层累积的方式制造三维实体零件。在复杂金属构件的高质量、高性能近净成形方面具有制造周期短、成本低、构件性能优良、后续加工量小等显著技术优势，已经成功应用于航空航天、兵器、船舶制造领域大型结构件的制造，显示出广阔的工业应用前景。

在增材制造领域，以电弧作为热源的金属增材制造技术由于具有设备简单、材料利用率高和开放的成形条件等优点，因而尤其适合于大尺寸复杂工件譬如大型航空结构件的增材制造。电弧增材制造技术采用电弧作为热源将金属丝材熔化，按照设定的成形路径在金属基板上逐层堆积成三维实体零件。大型金属零部件增材制造成本很高，成形后的零件一旦因某些层的成形工艺参数控制不当而出现缺陷，就会导致最终的零件因质量不合格而报废。因此，针对金属増材制造技术，迫切需要建立一套质量检测系统，特别是需要针对増材制造过程从“控形和控性”两方面进行在线监控。

目前，国内外研究者在电弧增材制造控形在线检测方面已经取得了一定的进展。例如，CN106180986A中公开了一种电弧增材制造成形质量的主动控制方法，其中提出可根据层间温度与成形质量之间的匹配关系，通过调控层间温度从而实现电弧增材制造成形质量的主动控制；又如，CN106363275A中公开了一种基于电弧电压反馈的GTAW增材制造过程稳定性监测的方法，该方法利用电弧弧长作为监测量，通过监测弧长反馈的稳定性来控制成形质量。然而，上述方法偏重于对控形方面的检测及处理，对控性方面基本未涉及：例如在实际应用过程中，铝合金焊层温度冷却梯度大、变化快，导致层间温度的实时监测误差较大，实施较为困难；而且铝合金电弧增材制造过程中，如图2所示，变极性焊接工艺下弧长容易随电流周期性变化，导致通过在线检测弧长电压和弧长达到在线控形的方法，在实际应用中效果有限。

此外，针对控性在线检测方向的专利检索发现，EP3049235A2披露了一种适用于选择性激光融化(SLM)或选择性激光烧结(SLS)的增材制造设备和方法，其中提出采用激光束来产生熔化池，同时采用光谱仪对其激发的等离子体特征辐射进行光谱分析的方案，譬如可通过在线检测等离子体的温度来获取及调节熔化池温度、直径、深度等方面的信息，或者通过等离子体的峰强度在线检测来计算焦点相对于粉末层的平面偏移，从而获取和调节点距、曝光时间、扫描速度等方面的信息。CN106353284A披露了一种基于光谱诊断的激光增材制造过程中缺陷的在线检测方法，其中提出通过观察光致等离子体光谱信号的相对辐射强度随时间波动的情况，来获得制造过程中是否存在制造缺陷的结论。

然而，进一步的研究表明，上述现有方案虽然提出了可利用光致等离子体的光谱分析来反映增材制造过程的控性在线检测，但仍存在以下的缺陷或不足：首先，焊接电弧等离子体弧光中蕴含丰富的信息，光谱强度和等离子温度信息是光谱处理得到的最为初级层次的信息，上述专利中均未涉及到利用光谱信息进行元素成分和元素烧损量的在线分析；其次，光谱强度和光谱波动性，受采集环境的影响很大，上述两个专利的应用领域是激光粉末增材制造(SLM、SLS和LCD)，且用到连续的激光加工光源，在此条件下，激光光源对光谱强度和波动性影响不明显。但是，电弧增材制造技术采用的是脉冲电弧或变极性电弧加工模式，电流的周期性大小变化对光谱强度的影响非常大，因此上述两种专利的方案难于有效应用于电弧增材制造领域。

发明内容

针对现有技术的以上不足之处和改进需求，本发明提供了一种金属增材制造质量在线检测系统，其中通过充分结合电弧增材制造自身的工艺特点，开创性地提出基于焊接电弧等离子体的元素烧损等主要特征来构建“光谱特征-工艺参数-成形质量”一体化的在线检测系统，同时对该系统的整体构造组成及关键组件如采集光路调节对准模块、光谱采集与焊接电流同步触发模块和光谱采集头模块的具体结构和设置方式作出针对性设计，相应不仅可以更高精度地实现金属增材制造过程中的成分在线检测，而且还能够以结构紧凑、便于操控地方式达到电弧增材制造控形和控性的高效同步在线检测，因而尤其适用于航空结构件之类的大尺寸复杂工件的电弧增材制造应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种金属增材制造质量在线检测系统，其特征在于，该系统包括电弧增材制造模块、光谱采集头模块、采集光路调节对准模块、光谱采集与焊接同步触发模块以及中央处理器，其中：

所述电弧增材制造模块包括焊接机器人、焊枪和焊接基板，其中该焊枪可拆卸地安装于所述焊接机器人的末端，并随其运动来自由调整相对于所述焊接基板的位置及姿态；此外，所述中央处理器按照预定的工艺参数来控制处于所述焊枪前端的焊丝，由此执行相应的电弧增材制造操作；

所述光谱采集头模块整体布置在所述焊接基板的水平一侧，并用于对所述焊丝通电所激发的焊接电弧等离子体的弧光予以传递及采集，然后传递至光谱仪；该光谱仪则用于对弧光执行光谱在线分析，并获得包含元素烧损量、光谱波动特征、多元素特征谱线及强度等在内的一系列数据，同时传输给所述中央处理器；

所述采集光路调节对准模块包括固定板、Z向位移平台、可收缩桁架、XY向位移平台，其中该固定板将所述焊接机器人的末端轴与所述Z向位移平台相连，由此通过此焊接机器人带动Z向位移平台一同执行竖直Z轴方向的运动；该可收缩桁架设置在所述Z向位移平台的下表面与所述XY向位移平台的上表面之间，并通过自身的扩缩操作使得XY向位移平台执行水平X轴及水平Y轴方向的运动；所述光谱采集头模块整体设置在该XY向位移平台的下表面，并随之一同发生上述XYZ三轴方向的运动，直至其光轴中心与所述电弧增材制造模块的焊接电弧中心位置相对准；

所述光谱采集与焊接同步触发模块包括霍尔电流传感器和数据采集卡，其中该霍尔电流传感器用于对所述电弧增材制造模块所实际输出的焊接电流值执行实时采集，并将其等比例转化成对应的模拟电压值传输给所述数据采集卡；该数据采集卡接收来自所述霍尔电流传感器的信号，其用于对焊接电流的峰值执行实时判断并在峰值电流时刻输出一个高电平信号给所述光谱仪，由此触发该光谱仪同步启动对弧光的光谱在线分析操作。

作为进一步优选地，所述光谱采集头模块优选包括沿着光轴方向依次设置的第一光阑、衰减片、第二光阑和聚光凸透镜，其中该第一光阑邻近焊接电弧的位置而布置，并在传递弧光的同时起到阻隔熔滴飞溅的作用；该衰减片采用200nm～800nm全波段等比例光强衰减的规格，用于对所接收的弧光执行一定比例的吸收衰减，然后继续传递给所述第二光阑；该第二光阑用于对弧光的高频杂散光予以滤除，然后传递至设置在其后焦距位置处的所述聚光凸透镜；该聚光凸透镜对来自所述第二光阑的弧光执行会聚处理，然后经由光纤传输至所述光谱仪中。

作为进一步优选地，所述第一、第二光阑优呈铝合金薄圆片的形式，并且该第一光阑的直径优选设计为大于该第二光阑的直径。

作为进一步优选地，所述霍尔电流传感器的响应时间优选设定为微秒级，并用于输出-5v～5v模拟电压，其值与焊接电流的大小成线性关系。

作为进一步优选地，所述数据采集卡优选具有多路模拟的输入端和数字的输出端，其中其模拟输入端用于接收来自所述霍尔电流传感器的信号，其数字输出端用于输出所述高电平信号。

作为进一步优选地，所述中央处理器优选还配备有针对不同种类焊丝的“光谱特征-工艺参数-成形质量”一体化控制数据库，其具体控制过程如下：

步骤一：焊接电弧等离子弧光信息经光谱仪采集和在线分析，获得包含元素烧损量、光谱波动特征、多元素特征谱线及强度等在内的一系列数据，传输给所述中央处理器；

步骤二：所述中央处理器根据焊丝种类的不同，自动选择对应的数据分析模块；然后，采取自由定标算法来计算焊接元素烧损量；

步骤三：通过分析光谱中特定元素的光谱强度比值，计算电弧的波动性；与此同时，计算得出元素烧损量和光谱波动性超过数据库中限定的误差阈值，所述中央处理器发送命令给所述电弧增材制造模块相应调整焊接参数，由此获得所需的成形质量结果。

作为进一步优选地，所述电弧增材制造模块的加工对象优选为航空结构件之类的大尺寸复杂工件。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过更为全面地分析焊接弧光光谱尤其是提出采用元素烧损量作为关键指标来针对性运用于电弧增材制造质量在线检测，可对电弧增材制造过程中的元素成分和元素烧损量快速、实时在线检测与分析，从而更为精确地在后续工序中确保电弧增材制造成形件的力学性能达到要求，为控性在线检测提供一种新的方法；

2、本发明针对电弧增材制造过程中，脉冲电弧和变极性电弧加工模式下的电流周期性变化特点，专门设计了光谱采集与焊接电流大小同步的电路模块，消除了电流大小变化对光谱强度的影响，保证了光谱采集的精度。使得光谱分析与诊断技术可以应用到电弧增材制造成形质量在线检测；

3.本发明在光谱采集和焊接电流同步的基础上，通过分析光谱数据在线检测光谱波动性，实现焊接环境稳定性的在线监控；此方案相比已有专利中的层间温度、弧长电压和弧长的在线监测，在实际中更为实用且误差较小；

4、此外，根据电弧增材制造的实际情况，设计的光谱采集-焊接电流大小同步模块、防飞溅和弧光衰减光谱采集头结构、光谱采集点三维对准平台模块，都具有结构上易于实现，成本较低，适合在工业实际应用。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例所构建的金属增材制造质量在线检测系统的整体构造示意图；

图2是用于显示现有技术电弧增材制造焊接过程中的电流周期变化示意图；

图3是在焊接电流峰值时刻采集的光谱图；

图4是在焊接电流基值时刻采集的光谱图；

图5a是铝镁合金中铝元素的光谱分析谱线图，图5b是铝镁合金中镁元素的光谱分析谱线图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-焊接电源 2-霍尔电流传感器 3-数据采集卡 4-中央处理器 5-焊接机器人 6-光谱仪 7-焊枪 8-焊丝 9-焊接基板 10-固定板 11-Z向位移平台 12-可收缩桁架 13-Z轴调节旋钮 14-XY向位移平台 15-X轴调节旋钮 16-Y轴调节旋钮 17-第一光阑 18-衰减片19-第二光阑 20-聚光凸透镜 21-光纤 22-焊接电流峰值 23-焊接电流基值

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明优选实施例所构建的金属增材制造质量在线检测系统的整体构造示意图。如图1所示，该金属增材制造质量在线检测系统主要包括电弧增材制造模块、光谱采集头模块、采集光路调节对准模块、光谱采集与焊接电流同步触发模块等功能模块，此外还可配置有对这些模块执行自动化控制的中央处理器4，下面将对这些模块组件逐一给出具体解释说明。

参看图1，电弧增材制造模块包括焊接机器人5、焊枪7和焊接基板8等组件，其中焊枪7可拆卸地安装于焊接机器人5的末端，并随其运动来自由调整相对于焊接基板9的空间位置及姿态，以便高精度执行所需的电弧增材制造过程。此外，该电弧增材制造模块还连接至中央处理器4，并按照它所预定输入的多个工艺参数来控制处于焊枪前端的焊丝8，由此执行相应的电弧增材制造操作。

作为本发明的关键改进之一，对于光谱采集头模块而言，它整体布置在焊接基板9的水平一侧，并用于对焊丝通电所激发的焊接电弧等离子体的弧光予以传递及采集，然后传递至光谱仪6；该光谱仪6则用于对弧光执行光谱在线分析，并获得包含元素烧损量、光谱波动特征、多元素特征谱线及强度等在内的一系列数据，同时传输给中央处理器4。以此方式，不仅可充分利用元素烧损量的特征来反映整体金属电弧增材制造过程中的多元素成分含量的在线检测，而且有效避免了如ICP、XRD和XRF等技术需要样品处理或真空环境的要求，与其他现有检测方式相比能够更为精确地同时达到控形和控性在线监控的目的，因而尤其适用于金属电弧增材制造的快速在线检测。与此同时，还可以选择利用多元素特征谱线及强度、以及光谱波动特征等作为考察指标，从而更为全面、准确地实现对电弧增材制造过程中的焊接质量和焊接稳定性的检测，同时具备实时、快速、无介入性等诸多优势。

按照本发明的一个优选实施方式，本发明中还充分考虑焊接电弧的特点来对光谱采集头的具体构造及设置方式进行了改进设计。相应地，所述光谱采集头模块优选包括沿着光轴方向依次设置的第一光阑17、衰减片18、第二光阑19和聚光凸透镜20，其中该第一光阑邻近焊接电弧的位置而布置，并在传递弧光的同时起到阻隔熔滴飞溅的作用；该衰减片优选采用200nm～800nm全波段等比例光强衰减的规格(衰减率优选为90％)，用于对所接收的弧光执行一定比例的吸收衰减，然后继续传递给第二光阑；该第二光阑用于对弧光的高频杂散光予以滤除，然后传递至设置在其后焦距位置处的所述聚光凸透镜；该聚光凸透镜对来自所述第二光阑19的弧光执行会聚处理，然后经由光纤21传输至所述光谱仪6中。

更具体地，第一、第二孔径光阑的材料优选是铝合金薄圆片，厚度1mm，圆片中心位置用激光打孔，构成不同孔径的光阑。此外，第一光阑的直径优选设计为大于第二光阑直径，例如，第一光阑直径位5mm，第二光阑直径为2mm。光谱仪可以采用中阶梯光栅光谱仪或Czerny-Turner光谱仪，其波段采集范围优选为200nm～800nm。此外，按照本发明的一个优选实施方式，上述光谱采集头全部采用硬质铝合金的材质制造，由此既保证了装置的牢固，同时又能减轻重量。

作为本发明的另一关键改进，鉴于焊接电弧自身的特点，本发明中还专门针对采集光路调节对准模块进行了优选设计。具体而言，它包括固定板10、Z向位移平台11、可收缩桁架12、XY向位移平台14等组件，其中该固定板10位于整个采集光路调节对准模块的上部，譬如呈现与焊接机器人的末端垂直相连的水平板结构，用于将焊接机器人5的末端轴与Z向位移平台11相连，由此通过此焊接机器人带动Z向位移平台一同执行竖直Z轴方向的运动。此外，在Z向位移平台的下表面与XY向位移平台的上表面之间选择采用一个可收缩桁架12来执行两者之间的联接，这种构造可方便快捷地通过桁架自身的扩缩操作，即可使得XY向位移平台执行水平X轴及水平Y轴方向的运动，进而带动整体设置在该XY向位移平台的下表面的光谱采集头模块随之一同发生上述XYZ三轴方向的运动，直至其光轴中心与所述电弧增材制造模块的焊接电弧中心位置相对准。为了提供精确的量程调节，图1中还可配备有Z轴调节旋钮13、X轴调节旋钮15和Y轴调节旋钮16等元件，由此方便获得所需的运动行程。

同样，本发明中还基于电弧增材制造焊接电流周期性变化的特点，针对性设计了相应的光谱采集与焊接同步触发模块，以便更为精确、高响应度地确保电弧增材制造工艺与光谱分析操作之间的同步触发。按照本发明的一个优选实施方式，该光谱采集与焊接同步触发模块可包括霍尔电流传感器2和数据采集卡3，其中该霍尔电流传感器优选采用微秒级的响应时间，优选输出-5v～5v模拟电压，并且其值与焊接电流的大小成线性关系。它用于对电弧增材制造模块所实际输出的焊接电流值执行实时采集，并将其等比例转化成对应的模拟电压值传输给所述数据采集卡3。该数据采集卡3接收来自霍尔电流传感器2的信号，它被设计为用于对焊接电流的峰值22执行实时判断，并在峰值电流时刻输出一个高电平信号给光谱仪6，由此触发该光谱仪同步启动对弧光的光谱在线分析操作。例如，该数据采集卡可选用NI PCI-6025E，其具有多路模拟的输入端和数字输出端，并可支持软件二次开发。

图2是铝合金电弧增材制造，CMT+Advanced焊接工艺下电流大小随时间变化示意图。此示意图表明，不同于激光粉末増材制造使用的连续激光加工，电弧增材制造过程中，焊接电流随时间呈现周期大小变化。由于光谱强度同焊接电流大小成正相关，在峰值电流22和基值电流23处采集的光谱强度有很大差别(见图3和4)。因此，需要设计光谱采集与焊接电流同步触发模块，消除电流大小对光谱采集的影响。在本发明优选实例中，数据采集卡3在电流峰值处22输出高电平信号，触发光谱仪6实时采集光谱。

图3为光谱仪在焊接电流峰值时刻22采集的光谱图，可见在焊接电流峰值时刻，由于电流较大，采集的特征谱线强度最大值为6.6×10⁴counts。

图4为光谱仪在焊接电流基值时刻23采集的光谱图，在基值电流处采集的特征谱线强度最大值为2×10⁴counts.。

图5a和5b是作为本发明一个示范例的铝镁合金电弧增材制造特征谱线图。在本发明优选实例中，选用的铝元素的特征谱线为Al I 394.4nm和Al I 396.2nm；选用的镁元素的特征谱线为Mg I 516.7nm、Mg I 517.3nm和Mg I 518.4nm。罗马数字I表示该谱线为原子外层电子一次电离的谱线。

下面将结合以上说明更为详细地解释按照本发明的金属增材制造质量在线检测系统的工作过程。

第1步，启动焊接系统，打开焊机电源1和配套的机器人电源，此时焊机和焊接机器人可以正常工作；

第2步，对焊接进行编程，可根据零件的三维示意图，在中央处理器4或者机器人示教板中设置机器人行走路径数据；

第3步，焊丝定点，根据焊接工艺参数，以本发明优选方案为例，可选用1.2mm直径的铝合金焊丝，手动调节焊枪7前端的焊丝干伸长为12mm。缓慢移动焊接机器人5，使焊丝前端轻触到基板上并将其作为焊接的起始点；

第4步，光路对准，利用上述设计构成的采集光路调节对准模块，调节XYZ三轴方向上的运动，使采集头对准焊接基板9上方譬如2mm的位置；

第5步，触发电路设置，利用上述设计的触发电路模块，在中央处理器4中设置数据采集卡3的各项参数；

第6步，测试触发电路，启动焊接程序，此时霍尔电流传感器2采集电流数据，数据采集卡3对每个周期的电流大小进行分析，并在电流峰值时刻输出一个高电平信号给光谱仪6，中央处理器4则优选将记录的焊接电流周期数设定为保存的光谱数；

第7步：光谱在线采集，焊接电弧等离子体的弧光信息经光纤21传输给光谱仪6，完成焊接电弧等离子体包含元素烧损量、光谱波动特征、多元素特征谱线及强度等在内的多个信息的采集；

第8步：光谱在线分析，光谱仪6将采集的光谱数据传输给中央处理器4，进而对光谱数据进行快速处理分析；

第9步：中央处理器4中的计算机程序对光谱数据进行处理，得到元素的烧损量和光谱波动性，同时能根据计算机中安装的“工艺参数—光谱特征”数据库评判烧损量和光谱波动性是否超过误差阈值；

第10步：当计算机程序计算得到元素烧损量和光谱波动性超过既定误差阈值的时候，中央处理器4给出参数调节命令，焊机1根据程序命令自动调节其焊接参数，保证成形质量达到要求。

例如，通过在线分析光谱数据，判断由于热输入过大导致元素烧损量超过阈值，中央处理器4可给出参数调节命令，调整焊机1的焊接参数，减小焊接电压和焊接电流，同时调节焊接机器人5的行走参数，适当增加焊接速度，由此对以上一系列工艺参数的统筹反馈处理，实际测试表明可有效实现金属増材制造过程中，成形质量的在线检测与反馈控制。

综上，按照本发明的金属增材制造质量在线检测系统整体设计合理，同时对多个关键组件的具体结构和设置方面做出了针对性的改进和设计，相应不仅可以更高精度地实现金属增材制造过程中的成分和元素烧损量在线检测，而且还能够以结构紧凑、便于操控地方式达到电弧增材制造控形和控性的高效同步在线检测，因而尤其适用于航空结构件之类的大尺寸复杂工件的电弧增材制造应用场合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种金属增材制造质量在线检测系统，其特征在于，该系统包括电弧增材制造模块、光谱采集头模块、采集光路调节对准模块、光谱采集与焊接同步触发模块以及中央处理器，其中：

所述电弧增材制造模块包括焊接机器人(5)、焊枪(7)和焊接基板(9)，其中该焊枪(7)可拆卸地安装于所述焊接机器人(5)的末端，并随其运动来自由调整相对于所述焊接基板(9)的位置及姿态；此外，所述中央处理器(4)按照预定的工艺参数来控制处于所述焊枪前端的焊丝(8)，由此执行相应的电弧增材制造操作；

所述光谱采集头模块整体布置在所述焊接基板(9)的水平一侧，并用于对所述焊丝通电所激发的焊接电弧等离子体的弧光予以传递及采集，然后传递至光谱仪(6)；该光谱仪(6)则用于对弧光执行光谱在线分析，并获得包含元素烧损量、光谱波动特征、多元素特征谱线及强度等在内的一系列数据，同时传输给所述中央处理器(4)；

所述采集光路调节对准模块包括固定板(10)、Z向位移平台(11)、可收缩桁架(12)、XY向位移平台(14)，其中该固定板(10)将所述焊接机器人(5)的末端轴与所述Z向位移平台(11)相连，由此通过此焊接机器人带动Z向位移平台一同执行竖直Z轴方向的运动；该可收缩桁架(12)设置在所述Z向位移平台的下表面与所述XY向位移平台的上表面之间，并通过自身的扩缩操作使得XY向位移平台执行水平X轴及水平Y轴方向的运动；所述光谱采集头模块整体设置在该XY向位移平台的下表面，并随之一同发生上述XYZ三轴方向的运动，直至其光轴中心与所述电弧增材制造模块的焊接电弧中心位置相对准；

所述光谱采集与焊接同步触发模块包括霍尔电流传感器(2)和数据采集卡(3)，其中该霍尔电流传感器(2)用于对所述电弧增材制造模块所实际输出的焊接电流值执行实时采集，并将其等比例转化成对应的模拟电压值传输给所述数据采集卡(3)；该数据采集卡(3)接收来自所述霍尔电流传感器(2)的信号，其用于对焊接电流的峰值执行实时判断并在峰值电流时刻输出一个高电平信号给所述光谱仪(6)，由此触发该光谱仪同步启动对弧光的光谱在线分析操作。

2.如权利要求1所述的一种金属增材制造质量在线检测系统，其特征在于，所述光谱采集头模块优选包括沿着光轴方向依次设置的第一光阑(17)、衰减片(18)、第二光阑(19)和聚光凸透镜(20)，其中该第一光阑(17)邻近焊接电弧的位置而布置，并在传递弧光的同时起到阻隔熔滴飞溅的作用；该衰减片(18)采用200nm～800nm全波段等比例光强衰减的规格，用于对所接收的弧光执行一定比例的吸收衰减，然后继续传递给所述第二光阑(19)；该第二光阑(19)用于对弧光的高频杂散光予以滤除，然后传递至设置在其后焦距位置处的所述聚光凸透镜(20)；该聚光凸透镜(20)对来自所述第二光阑(19)的弧光执行会聚处理，然后经由光纤(21)传输至所述光谱仪(6)中。

3.如权利要求2所述的一种金属增材制造质量在线检测系统，其特征在于，所述第一、第二光阑优呈铝合金薄圆片的形式，并且该第一光阑的直径优选设计为大于该第二光阑的直径。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种金属增材制造质量在线检测系统，其特征在于，所述霍尔电流传感器(2)的响应时间优选设定为微秒级，并用于输出-5v～5v模拟电压，其值与焊接电流的大小成线性关系。

5.如权利要求4所述的一种金属增材制造质量在线检测系统，其特征在于，所述数据采集卡(3)优选具有多路模拟的输入端和数字的输出端，其中其模拟输入端用于接收来自所述霍尔电流传感器(2)的信号，其数字输出端用于输出所述高电平信号。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一种金属增材制造质量在线检测系统，其特征在于，所述中央处理器(4)优选配备有针对不同种类焊丝的“光谱特征-工艺参数-成形质量”一体化控制数据库，其具体控制过程如下：

步骤一：焊接电弧等离子弧光信息经光谱仪(6)采集和在线分析，获得包含元素烧损量、光谱波动特征、多元素特征谱线及强度等在内的一系列数据，传输给所述中央处理器(4)；

步骤二：所述中央处理器(4)根据焊丝种类的不同，自动选择对应的数据分析模块；然后，采取自由定标算法来计算焊接元素烧损量；

步骤三：通过分析光谱中特定元素的光谱强度比值，计算电弧的波动性；与此同时，计算得出元素烧损量和光谱波动性超过数据库中限定的误差阈值，所述中央处理器(4)发送命令给所述电弧增材制造模块相应调整焊接参数，由此获得所需的成形质量结果。