CN107807568B - 增材制造监控系统、方法、装置及增材制造设备 - Google Patents

增材制造监控系统、方法、装置及增材制造设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种增材制造监控系统，包括上位机、光分束器、熔池监测模组和成形层监测模组。光分束器用于采集增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号。熔池监测模组和成形层监测模组均与上位机通信连接。本发明还公开了一种增材制造监控方法及其装置，以及一种应用上述增材制造监控系统和方法的增材制造设备。本发明的增材制造监控系统、方法、装置及增材制造设备，通过在增材制造过程中，上位机先后触发熔池监测模组提取得到样件每一层成形过程内的全部过程信息、成形层监测模组采集得到每一层成形后的缺陷信息，上位机根据所述过程信息和所述缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数，实现了增材制造闭环控制，从而大大提高样件成品率及质量。

Description

增材制造监控系统、方法、装置及增材制造设备
技术领域
本发明涉及激光增材制造领域，特别是涉及一种增材制造监控系统、方法、装置及一种增材制造设备。
背景技术
增材制造技术俗称3D打印技术，在航空、航天、汽车、模具等领域有着越来越大的应用需求，技术也更趋成熟。其中最为常用的是金属的增材制造技术，其基本原理为通过热源将金属材料按照设定好的路径，以逐点成线，逐线成面，逐面成体的方式熔化-凝固，直接堆积成所需的样件。在金属的增材制造过程中，若能对熔池的温度状况、熔池凝固等变化过程以及每一层成形后样件的表面状况进行监测，将可以根据监测得到的信息对样件成形过程的温度变化规律进行利用、对缺陷进行全面的分析、控制和预防。
然而，传统的增材制造监测手段，一般是采用监测装置对增材制造过程中的熔池或者已成形好的样件表面进行相应的测量，传统的装置均无法实现对成形过程进行闭环控制。
发明内容
基于上述分析，有必要针对传统的增材制造监测技术无法实现对成形过程进行闭环控制的问题，提供一种增材制造监控系统、一种增材制造监控方法、一种增材制造监控装置以及一种增材制造设备。
一种增材制造监控系统，包括上位机、光分束器、熔池监测模组和成形层监测模组；
所述光分束器用于采集增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号，以及对所述辐射光信号进行分束后送入所述熔池监测模组，所述熔池监测模组和所述成形层监测模组分别与所述上位机通信连接；
所述上位机在增材制造中的样件每一层成形开始时，触发所述熔池监测模组，所述熔池监测模组接收经所述光分束器分束后的所述辐射光信号后，对所述辐射光信号进行处理，以获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息；
所述上位机在增材制造中的样件每一层成形完毕时，触发所述成形层监测模组，所述成形层监测模组采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息；
所述上位机提取并分析所述过程信息和所述缺陷信息，实时控制所述增材制造过程中的制造参数。
一种增材制造监控方法，包括步骤：
在增材制造过程中的样件每一层成形开始时，向熔池监测模组发出第一触发信号，所述熔池监测模组接收所述第一触发信号后，接收增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号并对所述辐射光信号进行信号处理，获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息；其中，所述辐射光信号为光分束器根据所述第一触发信号，从所述熔池及其边沿受热区域采集并分束得到的辐射光信号；
在增材制造中的样件每一层成形完毕时，向成形层监测模组发出第二触发信号，所述成形层监测模组接收所述第二触发信号后，采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息；
提取并分析所述过程信息和所述缺陷信息，根据所述过程信息和所述缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数。
一种增材制造监测装置，包括：
第一触发模块，用于向熔池监测模组发出第一触发信号，所述熔池监测模组接收所述第一触发信号后，接收增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号并对所述辐射光信号进行信号处理，获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息；其中，所述辐射光信号为光分束器根据所述第一触发信号，从所述熔池及其边沿受热区域采集并分束得到的辐射光信号；
第二触发模块，用于向成形层监测模组发出第二触发信号，所述成形层监测模组接收所述第二触发信号后，采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息；
提取控制模块，用于提取并分析所述过程信息和所述缺陷信息，根据所述过程信息和所述缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数。
一种增材制造设备，包括加工头、上位机、光分束器、熔池监测模组、成形层监测模组、光半反半透镜、激光光纤、送粉管、承载样件的工作台和多轴支撑座；
所述加工头用于向所述工作台转送所述激光光纤发出的热源激光和所述送粉管送入的材料粉末；所述加工头与所述激光光纤、光半反半透镜、送粉管及光分束器连接；所述光分束器用于采集增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号，以及对所述辐射光信号进行分束后送入所述熔池监测模组，所述熔池监测模组和所述成形层监测模组分别与所述上位机通信连接，所述成形层监测模组与所述工作台连接，所述工作台与所述多轴支撑座连接；
所述上位机在增材制造中的样件每一层成形开始时，触发所述熔池监测模组，所述熔池监测模组接收经所述光分束器分束后的所述辐射光信号后，对所述辐射光信号进行处理，以获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息；
所述上位机在增材制造中的样件每一层成形完毕时，触发所述成形层监测模组，所述成形层监测模组采集并保存当前层状态下样件表面的缺陷信息；
所述上位机提取并分析所述过程信息和所述缺陷信息，根据所述过程信息和所述缺陷信息实时控制所述增材制造设备中的制造参数。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现所述增材制造监控方法的步骤。
上述增材制造监控系统及监控方法，通过光分束器、熔池监测模组与成形层监测模组的设计，在增材制造过程中，上位机先后触发熔池监测模组与成形层监测模组，熔池监测模组监测并记录得到样件每一层成形过程内的全部过程信息，成形层监测模组监测并记录每一层成形后的缺陷信息，使上位机能够根据所得的过程信息和缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数，解决了传统的增材制造监测技术，无法实现对成形过程进行闭环控制的问题，达到了实现增材制造闭环控制而大大提高样件成品率及质量的效果。
附图说明
图1为本发明一个实施例的系统结构示意图；
图2为本发明一个实施例中的熔池监测模组的结构示意图；
图3为本发明另一个实施例中的熔池监测模组的具体结构示意图；
图4为本发明一个实施例中的成形层监测模组的具体结构示意图；
图5为本发明一个实施例中的增材制造设备的结构示意图；
图6为本发明一个实施例中样件成形过程中每一层成形的顺序示意图；
图7为本发明另一个实施例中的增材制造设备的结构示意图；
图8为本发明一个实施例中的增材制造监控方法的流程图；
图9为本发明另一个实施例中的增材制造监控方法的具体实现流程图；
图10为本发明一个实施例的增材制造监控装置的模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的增材制造监控系统、方法、装置及增材制造设备的具体实施方式作详细的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
增材制造技术俗称3D打印技术，其中最常见的为金属的增材制造，在航空、航天、汽车、模具等领域有着越来越大的应用需求。以金属的增材制造为例，其基本原理是通过热源将金属材料按照设定好的路径，以逐点成线，逐线成面，逐面成体的方式熔化-凝固，直接堆积成所需的样件。通常，一般的制造过程都需要进行跟踪监测，以便获知过程中的某些技术状况。
然而，已经投入使用的增材制造监测技术，通常是采用温度传感器或热成像仪等，专门针对成形过程中熔池点的温度分布或者样件形变状况进行记录，以便质检人员在质检时可以获知样件的品质信息，或者为负责研发的技术人员提供样件质量分析的依据。随着智能控制技术的不断发展，智能化增材制造监测的技术要求也随之出现，例如智能化自动监控。传统的增材制造监测技术由于在信息采集过程中，通常需要将热电偶等传感器件与样件接触，以实现熔池点的温度信息采集，如此，一方面会给样件成形过程带来一定的不利影响，例如一定程度上改变样件成形中对熔池进行保护的气体氛围；另一方面获取到的信息是不全面且孤立开来的，无法高效用于样件的增材制造控制。
基于传统的增材制造技术存在的缺陷以及智能化控制的技术需求，本发明公开了一种增材制造监控系统。需要提示的是，本发明的所有附图中，带箭头的虚线代表光路或者光信号传输方向；不带箭头的虚线代表实体部件的透视示意图。
请参阅图1，本发明一个实施例中的增材制造监控系统100，包括上位机12、熔池监测模组14、光分束器16和成形层监测模组18。熔池监测模组14和成形层监测模组18分别与上位机12通信连接。光分束器16用于采集增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号，以及对辐射光信号进行分束后送入熔池监测模组14。上位机12在增材制造中的样件每一层成形开始时，触发熔池监测模组14，熔池监测模组14接收经光分束16分束后的辐射光信号后，对辐射光信号进行处理，以获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息。上位机12在增材制造中的样件每一层成形完毕时，触发成形层监测模组18，成形层监测模组18采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。上位机12提取并分析熔池监测模组14保存的过程信息和成形层监测模组18保存的缺陷信息，基于对过程信息和缺陷信息分析实时控制增材制造过程中的制造参数。
其中，过程信息可以是指增材制造中，样件在成形一层时，熔池开始出现到熔池凝固，以样件当前层成形完毕时的过程中的详细信息，例如可以是前述过程中的温度场分布信息，熔池的变化图像，或者是其他可以表征和记录该过程的信息。缺陷信息可以指样件每成形一层时其表面上存在的或者指存在于成形好的样件内部的影响样件质量的缺陷种类、数量、位置等信息，缺陷种类例如可以是气孔、裂纹、材料未熔合、球化、变形，还可以是其他可导致样件出现使用寿命缩短的缺陷。
可以理解，在本实施例中的增材制造监控系统100，用于实时监测增材制造过程中的样件成形过程的详细信息，并根据获得的详细信息实时控制增材制造设备中预先设定的制造参数。以金属样件的连续成形增材制造为例，增材制造监控系统100中，上位机12检测增材制造设备启动时，可选的是检测到激光热源控制设备向激光热源发送启动指令时，也即增材制造中的样件每一层成形开始时，向熔池监测模组14发送触发信号。熔池监测模组14接收该触发信号后开始进入工作状态。熔池监测模组14开始接收经光分束器16分束后的辐射光信号并对辐射光信号进行处理，以获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的详细过程信息。
上位机12在增材制造中的样件每一层成形完毕时，向成形层监测模组18发送触发信号。成形层监测模组18接收该触发信号后开始进入工作状态。成形层监测模组18开始采集当前层状态下样件的上表面及侧面的图像。进一步根据采集到的图像进行提取分析，以采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。在上述的过程信息和缺陷信息采集完成时，也即样件成形一层结束时，上位机12从熔池监测模组14和成形层监测模组18中分别提取该层的过程信息和缺陷信息，进而根据获取的过程信息和缺陷信息进行分析，以确定实时的制造参数与目标制造参数之间的差异情况，根据差异情况实时调整制造参数以使实时的制造参数与目标制造参数保持一致。此外，上位机12也可以根据获取的过程信息进行分析以得到用于闭环控制制造参数的分析结果，根据分析结果实时调整样件每一层成形过程中的相关制造参数。
随着增材制造过程的推进，样件成形过程会一层紧接一层地持续进行，直到完成样件的总体增材制造。在成形的过程中会先后反复出现上述的监测控制过程。本实施例中的增材制造监控系统100通过熔池监测模组14、光分束器16与成形层监测模组18的设计，在增材制造过程中，上位机12先后触发熔池监测模组14与成形层监测模组18。熔池监测模组14监测并记录得到样件每一层成形过程内的全部过程信息。成形层监测模组18监测并记录每一层成形后的缺陷信息，使上位机12能够根据所得的过程信息和缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数，解决了传统的增材制造监测技术，无法实现对成形过程进行闭环控制的问题，达到了实现增材制造闭环控制而大大提高样件成品率及质量的效果。
可选的，本发明实施例中的上位机12可以与增材制造设备中的其他上位机进行信息互联，以从多个角度上对制造参数进行实时控制，提高整个闭环控制的效率。
进一步的，请参阅图2，在本发明的另一个实施例中，熔池监测模组14获取得到的过程信息例如可以包括温度场信息和熔池的变化图像。经光分束器16分束后的辐射光信号例如可以包括第一辐射光信号和第二辐射光信号。熔池监测模组14包括熔池温度记录装置142和熔池图像记录装置144。熔池温度记录装置142和熔池图像记录装置144分别与上位机12通信连接。熔池温度记录装置142用于接收第一辐射光信号后，获取得到温度场信息。熔池图像记录装置144用于接收第二辐射光信号后，采集并保存得到熔池的变化图像。
具体的，熔池监测模组14可以包括熔池温度记录装置142和熔池图像记录装置144。在上位机12向熔池温度记录装置142和熔池图像记录装置144分别发出第一触发信号后，熔池温度记录装置142和熔池图像记录装置144分别接收光分束器16分束后的第一辐射光信号和第二辐射光信号。熔池温度记录装置142对第一辐射光信号进行处理，例如温度计算，以获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的温度场信息。熔池图像记录装置144对第二辐射光信号进行图像处理后，采集并保存得到熔池的变化图像；例如，熔池图像记录装置144对第二辐射光信号进行图像去噪处理、二值化处理或其他可使获得的图像清晰的相关图像处理，从而得到可靠的熔池的变化图像。
可以理解，上述的温度场信息可以包含增材制造过程中，熔池点及其边沿由于激光热源和熔池点热传导作用出现的受热区域的温度场信息。上述的熔池的变化图像可以是指熔池从开始出现到凝固完成的整个过程的图像信息。
本实施例中的熔池监测模组14，通过熔池温度记录装置142和熔池图像记录装置144的协同作用，同步采集得到增材制造过程中熔池相关的详细过程信息，大大提高上位机12对增材制造过程进行控制的可靠性，利于对成形过程中熔池变化规律进行预测。
在一个实施例中，熔池监测模组14的监测视区面积大于熔池及其边沿受热区域的表面面积，以确保获取的过程信息完整不会存在缺失，提高过程信息的可信度。
优选的，请参阅图3，本发明的另一个实施例中，熔池温度记录装置142包括第一滤波片1422、第一照相机1424以及第一图像采集卡1426。第一图像采集卡1426分别与第一照相机1424和上位机12通信连接。第一滤波片1422用于对光分束器16分束后的第一辐射光信号进行滤波。第一照相机1424用于接收经第一滤波片1422滤波后的第一辐射光信号并转换生成相应的第一电信号。第一图像采集卡1426用于接收第一电信号并对第一电信号进行去噪处理和温度计算，以获取得到温度场信息。
在另一个实施例中，熔池图像记录装置144包括第二滤波片1442、第二照相机1444以及第二图像采集卡1446。第二图像采集卡1446分别与第二照相机1444和上位机12通信连接。第二滤波片1442用于对光分束器16分束后的第二辐射光信号进行滤波。第二照相机1444用于接收经第二滤波片1442滤波后的第二辐射光信号并转换生成相应的第二电信号。第二图像采集卡1446用于接收第二电信号并对第二电信号进行图像处理，以采集并保存得到熔池的变化图像。
可选的，在增材制造中的样件每一层成形开始时，向上位机12分别向第一图像采集卡1426和第二图像采集卡1446发送第一触发信号。第一图像采集卡1426接收到第一触发信号后，启动第一照相机1424。第一照相机1424开始获取经过光分束器16分束后且通过第一滤波片1422滤波后的第一辐射光信号，根据获取的第一辐射光信号进行信号转换生成相应的第一电信号。第一照相机1424将得到的第一电信号向第一图像采集卡1426发送。第一图像采集卡1426接收到第一电信号后，对第一电信号进行去噪处理和温度计算，以获取得到温度场信息。其中，第一滤波片1422可以是只能通过某两段波长光的滤波片，例如，滤除第一辐射光信号中绝大该部分波长光而通过绿光和蓝光的滤波片。第一照相机1424可以是CCD相机或CMOS相机，还可以是其他类型的相机，只要能够确保获取的第一电信号满足第一图像采集卡1426的处理要求且与第一图像采集卡1426数据匹配即可。第一图像采集卡1426可以是基于FPGA进行图像处理和相应计算的图像采集卡或者其他种类的图像采集卡，只要能够使第一图像采集卡1426输出的信号能够直接输入增材制造设备的控制系统中即可。
第二图像采集卡1446接收到第一触发信号后，启动第二照相机1444。第二照相机1444开始获取经过光分束器16分束后且通过第二滤波片1442滤波后的第二辐射光信号，根据获取的第二辐射光信号进行信号转换生成相应的第二电信号。第二照相机1444将得到的第二电信号向第二图像采集卡1446发送。第二图像采集卡1446接收到第二电信号后，对第二电信号进行图像处理，从而采集并保存得到熔池的变化图像。其中，第二滤波片1442可以是滤除可见光波段的滤波片。第二照相机1444可以是高速相机或CCD相机，还可以是其他类型的相机，只要能够确保获取的图像具有足够的连续度、可信度且与第二图像采集卡1446数据匹配即可，例如图像摄取频率大于500Hz，即帧频大于500fps的相机。第二图像采集卡1446可以是基于FPGA进行图像处理和相应计算的图像采集卡或者其他种类的图像采集卡，只要能够使第二图像采集卡1446输出的信号能够直接输入增材制造设备的控制系统中即可。
本实施例中的熔池温度记录装置142和熔池图像记录装置144，通过上述的执行结构与上位机12以及光分束器16的具体协作，实时获取增材制造过程中熔池相关的温度场信息以及熔池的变化图像，通过利用第一图像采集卡1426以及第二图像采集卡1446内部的程序控制，对获得的第一电信号和第二电信号进行相关处理，可以大大提高信息获取的速率和精度，从而进一步提高上位机12对增材制造过程进行控制的可靠性，提升制造过程反馈控制的时效。
在一个实施例中，熔池温度记录装置142优选用于高温段的温度记录场景中。熔池温度记录装置142的获取的温度的范围根据不同材料在增材制造过程中的熔池熔化、凝固过程的温度最大值和最小值确定，通常是取温度最大值和最小值之间的温度区间。如此，可以针对不同的温度区间选择不同的部件构造熔池温度记录装置142，以便更准确地获取温度场信息。
在另一个实施例中，第一滤波片1422优选地是滤除作为热源的激光的波长附近波段的辐射光，例如，400～700nm波段，并允许与样件材料发射率相近、系统响应灵敏度高的两个波长通过，例如，绿光和蓝光。前述的温度计算优选的是第一照相机配合第一滤波片1422以及第一图像采集卡1426，通过对获取的不同两个波长的第一电信号进行温度计算，构成比色高温计。如此，获取的温度场信息更直观可信。其中，比色高温计的计算可以是以下公式：
Figure BDA0001449189510000101
其中，T即计算得到的比色温度，C2为系数，λg、λr为绿光和红光波长，Mb(λg，λr)和Mb(λr，T)为绿光和红光的辐射光强，该光强与物体表面辐射系数相关。Kr和Kg为红、绿光谱响应系数，ε(λr，T)和ε(λg，T)为红光和绿光的光谱发射率。本实施例中的比色高温计采用两个不同波长的光强比值计算温度，因此可以降低材料辐射系数随温度非线性变化引起的测温误差。此外，比色高温计的计算还可以利用其他的公式实现，只要能够实现准确的测温即可。
在另一个实施例中，第二图像采集卡1446对第二电信号进行图像处理，具体处理可以包括二值化、轮廓提取。通过对第二电信号进行图像降噪、二值化或轮廓提取处理，可以得到熔池的变化图像。
在另一个实施例中，第一照相机1424和第二照相机1444的视区面积大于熔池及其边沿受热区域的表面面积，视区面积的大小可以通过改变照相机的焦距调节，以确保获取的过程信息完整不会存在缺失，提高过程信息的可信度。
在另一个实施例中，熔池监测模组可以包括一个曲面的滤镜。滤镜可以替代前述的第一滤波片1422和第二滤波片1442。曲面的滤镜可以通过滤光膜在镜面上形成不同的滤光区域，从而，熔池温度记录装置142和熔池图像记录装置144可以通过共用曲面的滤镜实现相应的滤波过程。如此，熔池监测模组的集成度更高。
可选的，请参阅图4，本发明的一个实施例中，成形层监测模组18包括图像摄取装置184和图像处理装置182。图像处理装置182分别与图像摄取装置184和上位机12通信连接。图像摄取装置184，用于摄取当前层状态下样件的上表面及侧面的图像并将所得的图像传至图像处理装置182。图像处理装置182用于对接收到的上表面及侧面的图像进行去噪处理和缺陷匹配分析，以采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。
具体的，上位机12在增材制造中的样件每一层成形完毕时，触发图像处理装置182，图像处理装置182控制图像摄取装置184采集当前层状态下样件的上表面及侧面的图像。图像摄取装置184将所得的图像发送至图像处理装置182。图像处理装置182对接收到的上表面及侧面的图像进行去噪处理和缺陷匹配分析，从而采集并保存得到当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。
优选的，图像处理装置182包括第三图像采集卡。第三图像采集卡与图像摄取装置184连接。图像摄取装置184可以是光纤探头、CCD相机，还可以是CMOS相机。可以理解，上位机12在增材制造中的样件每一层成形完毕时，向图像处理装置182发送触发信号后，第三图像采集卡开始通过图像摄取装置184获得当前层状态下样件的上表面及侧面的图像，进而对获得的图像进行去噪处理，得到清晰稳定的上表面及侧面的图像，对去噪处理后的图像进行缺陷匹配分析，从而获得当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息并保存。前述的缺陷匹配分析可以通过建立和调用缺陷数据库的方式实现，此处的缺陷数据库用来进行新旧图像的缺陷匹配计算、缺陷信息保存和更新。例如，第三图像采集卡将去噪后得到上表面及侧面的图像与缺陷数据库中已有的多种缺陷图像进行比对、识别，判断当前层状态下的上表面及侧面的图像是否包含缺陷、如包含缺陷，记录缺陷的类型、数量和位置等，得到详细的缺陷信息，最后将缺陷信息以图像或者抽离图像单独保存的文本信息的形式，保存备用。此外，若判断到的缺陷属于第一次新出现的类型时，将新出现的缺陷类型添加到缺陷数据库中，以便实时更新缺陷数据库，保障缺陷信息获取全面、准确。
本实施例中的成形层监测模组18通过内部的图像摄取装置184和图像处理装置182，以及与上位机的协作，可以实时准确地获取样件在成形过程中每一层表面的缺陷信息，如此，一方面可以为上位机控制制造参数提供可靠依据，大大降低次品率；另一方面，在抽样质检时，也能够利用上位机或其他计算机终端，通过获得的缺陷信息直接得到样件表面及其内部的缺陷信息，大大提高质检效率。
在一个实施例中，图像摄取装置184可以是光纤探头或配有广角镜头的CCD/CMOS相机中的任一种。图像摄取装置184采用光纤探头时，例如可以采用单个视场足够大的光纤探头，也可以采用多个视场小的光纤探头组合，只要能够完整获取样件在增材制造过程中每一层上表面及侧面的图像即可。图像摄取装置184采用配有广角镜头的CCD/CMOS相机时，相机的视场大小和安装角度可以根据增材制造设备的打印范围进行对应选配，只要能够完整获取样件在增材制造过程中每一层上表面及侧面的图像即可。
在另一个实施例中，成形层监测模组18可以包括图像摄取装置184、图像处理装置182和补光装置186。在图像摄取装置184进行图像采集时，补光装置186可以同步进行补光。例如，补光装置可以是一个补光光源，其光强大于增材制造过程中的等离子体辐射光强以及熔池辐射光强，如此图像摄取装置184进行图像采集得到的图像将更加清晰，避免由于等离子体辐射光强以及熔池辐射光强的干扰而无法清晰成像的问题。
在另一个实施例中，第一图像采集卡1426、第二图像采集卡1443和第三图像采集卡可以是基于FPGA(现场可编程门阵列)的图像采集卡，还可以对基于FPGA(现场可编程门阵列)的图像采集卡进行编程改进，从而更高效地实现图像处理和缺陷匹配分析。
请参阅图5和图6，在本发明的一个具体实施例中，提供一种增材制造设备200，包括加工头11、上位机12、光分束器16、熔池监测模组、成形层监测模组、光半反半透镜161、激光光纤17、送粉管19、承载样件的工作台150和多轴支撑座20。加工头12用于向工作台150转送激光光纤17发出的热源激光和送粉管19送入的材料粉末。加工头11与激光光纤17、光半反半透镜161、送粉管19及光分束器16连接。光分束器16用于采集增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号，以及对辐射光信号进行分束后送入熔池监测模组。熔池监测模组和成形层监测模组分别与上位机12通信连接。成形层监测模组与工作台150连接。工作台150与多轴支撑座20连接。
上位机12在增材制造中的样件每一层成形开始时，触发熔池监测模组。熔池监测模组接收经光分束器16分束后的辐射光信号后，对辐射光信号进行处理，以获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息。上位机12在增材制造中的样件每一层成形完毕时，触发成形层监测模组。成形层监测模组采集并保存当前层状态下样件表面的缺陷信息。上位机12提取并分析过程信息和缺陷信息，根据过程信息和缺陷信息实时控制增材制造设备中的制造参数。
可以理解，上述的熔池监测模组可以包含由第一滤波片1422、第一照相机1424和第一图像采集卡1426构成的熔池温度记录装置以及由第二滤波片1442、第二照相机1444和第二图像采集卡1446构成的熔池图像记录装置两个部分结构。过程信息可以是熔池及其边沿受热区域的温度场信息和熔池的变化图像。成形层监测模组可以由图像摄取装置184和图像处理装置182组成。
具体的，以激光金属直接成形工艺应用为例，本发明的增材制造监控系统，在增材制造设备200上的设置可以如图5所示。激光金属直接成形设备一般将加工头11或工作台150安装在多轴支撑座20上，因此工作台150相对于设备外壳具有一定的运动自由度。对于激光金属直接成形设备，图像摄取装置184与工作台150固连，以保持图像摄取装置184相对样件15静止，降低图像摄取和后续图像处理的难度，提高缺陷匹配分析的精确度。
在增材制造开始时，热源激光通过激光光纤17进入加工头11中，并通过光半反半透镜161反射并从加工头11的下端射出，作用在待打印的样件15上；与此同时，材料粉末通过送粉管19进入加工头11，也从加工头11下端喷出，并且与激光汇聚到一点，实现沉积；上位机12触发熔池监测模组中的第一图像采集卡1426和第二图像采集卡1446，使第一图像采集卡1426和第二图像采集卡1446开始进入信息获取的工作状态。
样件15打印过程中，熔池点及其附近受热区域的辐射光向上透过加工头15，经过光半反半透镜161，并被光分束器16分束为第一辐射光信号进入第一照相机1424中、第二辐射光信号进入第二照相机1444中。第一照相机1424和第二照相机1444感光后分别转换生成的第一电信号和第二电信号通过数据线分别进入第一图像采集卡1426和第二图像采集卡1446。第一图像采集卡1426和第二图像采集卡1446分别对第一电信号和第二电信号进行温度计算、图像处理，得到熔池及其边沿受热区域的温度场信息和熔池的变化图像，并向上位机反馈控制量，其中反馈控制量可以是根据温度场信息或熔池的变化图像与预设的制造参数中的相关参数进行匹配分析得到的。
在样件15的每一层打印完毕时，触发成形层监测模组18对样件15的上表面及侧面进行图像采集，并将所得的图像传输到图像处理装置182也即第三图像采集卡中，进行去噪处理和缺陷匹配分析，以获得每一层打印结束时，样件15的上表面及侧面的缺陷信息。如此，向上位机反馈的控制量也可以是根据温度场信息、熔池的变化图像和缺陷信息与预设的制造参数中的相关参数进行匹配分析得到的；还可以是根据温度场信息、熔池的变化图像或缺陷信息与预设的制造参数中的相关参数进行匹配分析得到的。一般的，样件15成形过程中的层与层之间是连续打印的，例如，当打印圆筒结构时，在0°和360°附近采用螺旋的方式直接连续打印成形，如图6所示。
对于上述打印圆筒结构的情况，优选的，成形层监测模组18的图像摄取装置184对同一层进行多次图像采集，以充分获取所需表面缺陷信息。其中，由于在打印过程进行大视场图像采集时，等离子体辐射的光强以及熔池辐射光强远远大于自然光，因此，成形层监测模组也可以包含一个补光装置186，补光装置186的光强大于前述等离子体辐射的光强以及熔池辐射光强。补光装置186及图像摄取装置184均可以采用频闪方式工作，即补光装置186采用脉冲信号触发，而图像摄取装置184也利用该脉冲信号进行样件的表面图像采集。如此，可以确保图像采集所受干扰最少。
请参阅图7，在本发明的一个具体实施例中，以在选区激光熔化工艺应用为例，本发明的增材制造监控系统，在增材制造设备200上的设置可以如图7所示。选区激光熔化设备中采用振镜23实现激光的大面积扫描，样件15无需移动，因此图像摄取装置184可以固定在外壳101上或固定在振镜23所在加工头11上。在选区激光熔化工艺中，待打印的样件15与材料粉末151放置在成形室21中，样件15可以通过成形室内的丝杆211上下移动。选区激光熔化设备中熔池监测模组内部的第一图像采集卡1426和第二图像采集卡1446、以及成形层监测模组内部的图像处理装置182的工作内容、方式，与前述的激光金属直接成形设备中的第一图像采集卡1426、第二图像采集卡1446和图像处理装置182一致。
在另一个实施例中，本发明上述实施例中的增材制造监控系统及增材制造设备，通过光分束器16同时获取图像来源的辐射光信号，能够直接集成到热源激光系统中，实现同轴监测，集成度较高。可选的，当熔池监测模组内部的熔池温度记录装置142和熔池图像记录装置144分别不少于一个时，光分束器16可以将采集的辐射光信号分束为不限于第一辐射光信号和第二辐射光信号的多束辐射光信号，以匹配熔池监测模组内部的装置结构。
请参阅图8，本发明一个实施例中的增材制造监控方法，包括以下步骤：
S120，在增材制造过程中的样件每一层成形开始时，向熔池监测模组发出第一触发信号。熔池监测模组接收第一触发信号后，接收增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号并对辐射光信号进行信号处理，获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息；其中，辐射光信号为光分束器根据第一触发信号，从熔池及其边沿受热区域采集并分束得到的辐射光信号。
其中，前述的样件一般是增材制造中的待打印样件。第一触发信号可以是上位机发出的，用于触发熔池监测模组进入工作状态。
S140，在增材制造中的样件每一层成形完毕时，向成形层监测模组发出第二触发信号。成形层监测模组接收第二触发信号后，采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。
其中，第二触发信号可以是上位机在监测到样件每一层成形完毕时发出的，用于触发成形层监测模组进入工作状态。
S160，提取并分析过程信息和缺陷信息，根据过程信息和缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数。
其中，制造参数一般可以是指在增材制造控制设备上预先设置好的、用于控制增材制造过程的各项内容的技术参数，例如制造时长、温度控制参数等。
本发明实施例中的增材制造监控方法，通过先执行步骤S120，以获取增材制造过程中样件每一层成形开始到该层成形结束时的详细过程信息，再当检测到样件每一层成形完毕时执行步骤S140，以获取每一层成形结束后当前层状态下，样件表面的缺陷信息，然后，在每一次步骤S120和步骤S140执行完毕时，均执行一次步骤S160，以根据实时获得的过程信息和缺陷信息，实时控制增材制造过程中的制造参数。如此，可以在每一层成形时，及时校准增材制造过程中的制造参数，确保增材制造过程中实际制造参数变动在预期的控制范围内，及时控制减少样件缺陷的产生，从而提高样件成形的效率。
在一个可选的实施例中，本发明的增材制造监控方法中，熔池监测模组可以包括熔池温度记录装置和熔池图像记录装置。辐射光信号可以包括第一辐射光信号和第二辐射光信号。过程信息可以包括温度场信息和熔池的变化图像。
对于步骤S120，具体可以包括：
熔池温度记录装置和熔池图像记录装置分别对第一辐射光信号和第二辐射光信号进行电转换及去噪处理，分别生成与第一辐射光信号和所述第二辐射光信号对应的第一电信号和第二电信号；其中，第一电信号为仅保留预定波长的第一电信号。熔池温度记录装置对第一电信号进行温度计算，提取得到的温度场信息，熔池图像记录装置对第二电信号进行图像处理，采集得到的熔池的变化图像，分别存储温度场信息和熔池的变化图像。
具体的，步骤S120中，上位机在增材制造过程中的样件每一层成形开始时，向熔池温度记录装置和熔池图像记录装置发出第一触发信号，熔池温度记录装置和熔池图像记录装置分别接收第一辐射光信号和第二辐射光信号。此处的第一辐射光信号和第二辐射光信号可以是光分束器根据第一触发信号，从熔池及其边沿受热区域采集并分束得到的。熔池温度记录装置对第一辐射光信号进行电转换及去噪处理，生成与第一辐射光信号对应的第一电信号。一般的，第一电信号通常是滤波后保留与样件材料发射率相近、系统响应灵敏度高的两个波长的电信号，例如，绿光对应的电信号成分和蓝光对应的电信号成分。再根据得到的第一电信号进行温度计算，提取得到的温度场信息。
熔池图像记录装置对第二辐射光信号进行电转换及去噪处理，生成与第二辐射光信号对应的第二电信号，进而，根据得到的第二电信号进行图像处理得到的熔池的变化图像。可以理解，图像处理可以是去噪处理。步骤S120中，通过熔池温度记录装置和熔池图像记录装置同时获取熔池及其边沿受热区域的温度场信息，熔池出现及其凝固成形的图像，即熔池的变化图像，获得的信息和图像完整可靠。
在一个可选的实施例中，成形层监测模组可以包括图像摄取装置和图像处理装置，上位机通过触发图像处理装置，由图像处理装置控制图像摄取装置进行协同工作，从而具体实现缺陷信息的获取的步骤S140。对于步骤S140，具体可以包括：
图像处理装置接收所述第二触发信号后，控制图像摄取装置摄取当前层状态下样件的上表面及侧面的图像并将所得的图像传至图像处理装置。图像处理装置对当前层状态下样件的上表面及侧面的图像进行图像处理和缺陷匹配分析，采集得到并存储当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。
本发明的可选实施例中的步骤S140通过上述的具体步骤的，可以可靠有效地获取得到样件每一层的上表面及侧面的缺陷信息。
本发明上述实施例中的增材制造控制方法，通过上述的步骤S120执行完成后，紧接着执行步骤S140，最后执行步骤S160，在下一层开始成形时，重复上述步骤，如此反复进行步骤S120、步骤S140和步骤S160直到样件的所有层都完成成形，得到最终所需的样件为止。如此，不但可以实时准确地获取样件在成形过程中每一层表面的缺陷信息，一方面还可以为上位机控制制造参数提供可靠依据，大大降低次品率；另一方面，在抽样质检时，还可以利用上位机或其他计算机终端，通过获得的缺陷信息直接得到样件表面及其内部的缺陷信息，大大提高质检效率。
请参阅图9，在另一个具体的实施例中，本发明的增材制造控制方法的具体实现过程可以是步骤S210，目标样件的增材制造开始时，增材制造设备开始一层的打印。步骤S220，上位机触发熔池监测模组，实时获取熔池及其边沿受热区域的辐射光信号。步骤S230，熔池监测模组对得到的辐射光信号进行图像处理或温度计算，得到温度场信息、熔池的变化图像。步骤S240，熔池监测模组根据得到的温度场信息给上位机输出反馈控制量，以使上位机实时调整制造参数。步骤S250，上位机判断当前层是否打印完成，若否，重复执行步骤S210-步骤S240。若是，执行步骤S260，上位机触发成形层监测模组，采集当前层状态下样件的上表面及侧面图像。步骤S270，成形层监测模组对采集当前层状态下样件的上表面及侧面图像进行图像处理和缺陷匹配分析，得到当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息，得到的缺陷信息可以保存在成形层监测模组内以便上位机需要时进行提取。步骤S280，上位机判断样件打印是否完成，若否，重复执行步骤S210-S280，直到步骤S280判断结果为是时，结束样件的打印过程，得到目标样件。
请参阅图10，在一个实施例中，本发明的公开的增材制造监控装置300，包括：第一触发模块102、第二触发模块104和提取控制模块106。第一触发模块102用于向熔池监测模组发出第一触发信号，使熔池监测模组接收第一触发信号后，接收增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号并对辐射光信号进行信号处理，获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息。其中，辐射光信号为光分束器根据第一触发信号，从熔池及其边沿受热区域采集并分束得到的辐射光信号。第二触发模块104用于向成形层监测模组发出第二触发信号，使成形层监测模组接收所述第二触发信号后，采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。提取控制模块106用于提取并分析过程信息和缺陷信息，根据过程信息和缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数。其中，提取控制模块106还可以通过单独提取并分析过程信息来实现实时控制增材制造过程中的制造参数，如此，控制效果产生的周期更短。
本发明的增材制造控制装置300，通过第一触发模块102触发熔池监测模组，使熔池监测模组实时获取增材制造过程中样件每一层成形时熔池及其边沿受热区域的过程信息，第二触发模块104触发成形层监测模组，使成形层监测模组实时采集并保存样件每一层成形完毕后的上表面及侧面的缺陷信息，提取控制模块106闭环控制增材制造过程中的制造参数，如此，可以实现充分获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的详细过程信息和每一层成形完毕后的样件表面的缺陷信息，依据获得的过程信息或缺陷信息闭环控制样件的增材制造。
在一个可选实施例中，前述的增材制造控制装置300的第一触发模块102向熔池监测模组发出第一触发信号后，可以使熔池监测模组实现获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息的后续过程。具体的，熔池监测模组接收第一触发信号后，接收增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号并对辐射光信号进行信号处理，获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息的步骤可以是以下详细过程：熔池温度记录装置和熔池图像记录装置分别对第一辐射光信号和第二辐射光信号进行电转换及去噪处理，分别生成与第一辐射光信号和第二辐射光信号对应的第一电信号和第二电信号；其中，第一电信号为仅保留预定波长的第一电信号。熔池温度记录装置对第一电信号进行温度计算，获取得到的温度场信息。熔池图像记录装置对第二电信号进行图像处理，获取得到的熔池的变化图像。分别存储温度场信息和熔池的变化图像。
在另一个可选的实施例中，前述的增材制造控制装置300的第二触发模块104向成形层监测模组发出第二触发信号后，可以使成形层监测模组实现获取样件的上表面及侧面的缺陷信息的后续过程。具体的，成形层监测模组接收第二触发信号后，采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息的步骤可以是以下详细过程：图像处理装置接收第二触发信号后，控制图像摄取装置摄取当前层状态下样件的上表面及侧面的图像并将所得的图像传至图像处理装置；其中，形层监测模组包括图像摄取装置和图像处理装置；图像处理装置对当前层状态下样件的上表面及侧面的图像进行图像处理和缺陷匹配分析，采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。
通过上述的详细过程，前述的增材制造控制装置300的第一触发模块102和第二触发模块104通过不断先后触发熔池监测模组和成形层监测模组获取详细的过程信息和缺陷信息，为提取控制模块提供可靠的闭环控制基础。
在一个实施例中，提供了本发明的增材制造控制方法的步骤可以通过一种计算机设备实现，该计算机设备可以是普通电脑或专用电脑。例如，该计算机设备包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行存储器上的计算机程序时，执行如下步骤：在增材制造过程中的样件每一层成形开始时，向熔池监测模组发出第一触发信号。在增材制造中的样件每一层成形完毕时，向成形层监测模组发出第二触发信号。提取并分析过程信息和所述缺陷信息，根据过程信息和缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数。此外，处理器执行存储器上的计算机程序时，还可以执行基于上述各实施例中的信息获取过程进行扩展的具体步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行如下步骤：在增材制造过程中的样件每一层成形开始时，向熔池监测模组发出第一触发信号。在增材制造中的样件每一层成形完毕时，向成形层监测模组发出第二触发信号。提取并分析过程信息和所述缺陷信息，根据过程信息和缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数。此外，计算机程序被处理器执行时，还可以执行基于上述各实施例中的信息获取过程进行扩展的具体步骤。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时，可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种增材制造监控系统，其特征在于，包括上位机、光分束器、熔池监测模组和成形层监测模组；
所述光分束器用于采集增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号，以及对所述辐射光信号进行分束后送入所述熔池监测模组，所述熔池监测模组和所述成形层监测模组分别与所述上位机通信连接；
所述上位机在增材制造中的样件每一层成形开始时，触发所述熔池监测模组，所述熔池监测模组接收经所述光分束器分束后的所述辐射光信号后，对所述辐射光信号进行处理，以获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息；分束后的所述辐射光信号包括第一辐射光信号和第二辐射光信号，所述过程信息包括熔池及其边沿受热区域的温度场信息和熔池的变化图像，所述温度场信息与所述第一辐射光信号对应，所述变化图像与所述第二辐射光信号对应；
所述上位机在增材制造中的样件每一层成形完毕时，触发所述成形层监测模组，所述成形层监测模组采集当前层状态下样件上表面及侧面的图像，根据采集到的所述图像进行提取分析，以采集并保存当前层状态下样件上表面及侧面的缺陷信息；
所述上位机提取并分析所述过程信息和所述缺陷信息，根据所述过程信息和所述缺陷信息实时控制所述增材制造过程中的制造参数。
2.根据权利要求1所述的增材制造监控系统，其特征在于，
所述熔池监测模组包括熔池温度记录装置和熔池图像记录装置，所述熔池温度记录装置和熔池图像记录装置分别与所述上位机通信连接；
所述熔池温度记录装置用于接收所述第一辐射光信号后，获取所述温度场信息；所述熔池图像记录装置用于接收所述第二辐射光信号后，获取所述熔池的变化图像。
3.根据权利要求2所述的增材制造监控系统，其特征在于，所述熔池温度记录装置包括第一滤波片、第一照相机以及第一图像采集卡；
所述第一图像采集卡分别与所述第一照相机和所述上位机通信连接；
所述第一滤波片用于对所述光分束器分束后的第一辐射光信号进行滤波，所述第一照相机用于接收经所述第一滤波片滤波后的所述第一辐射光信号并转换生成相应的第一电信号，所述第一图像采集卡用于接收所述第一电信号并对所述第一电信号进行温度计算，以获取所述温度场信息。
4.根据权利要求2所述的增材制造监控系统，其特征在于，所述熔池图像记录装置包括第二滤波片、第二照相机以及第二图像采集卡；
所述第二图像采集卡分别与所述第二照相机和所述上位机通信连接；
所述第二滤波片用于对所述光分束器分束后的第二辐射光信号进行滤波，所述第二照相机用于接收经所述第二滤波片滤波后的所述第二辐射光信号并转换生成相应的第二电信号，所述第二图像采集卡用于接收所述第二电信号并对所述第二电信号进行图像处理，以获取所述熔池的变化图像。
5.根据权利要求1所述的增材制造监控系统，其特征在于，所述成形层监测模组包括图像摄取装置和图像处理装置；
所述图像处理装置分别与所述图像摄取装置和所述上位机通信连接；
所述图像摄取装置，用于摄取当前层状态下样件的上表面及侧面的图像并将所得的图像传至所述图像处理装置，所述图像处理装置用于对所述上表面及侧面的图像进行去噪处理和缺陷匹配分析，以采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。
6.根据权利要求5所述的增材制造监控系统，其特征在于，所述图像处理装置包括第三图像采集卡，所述第三图像采集卡与所述图像摄取装置连接；所述图像摄取装置包括光纤探头、CCD相机和CMOS相机中的任一种。
7.一种增材制造监控方法，其特征在于，包括步骤：
在增材制造过程中的样件每一层成形开始时，向熔池监测模组发出第一触发信号；所述熔池监测模组接收所述第一触发信号后，接收增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号并对所述辐射光信号进行信号处理，获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息；其中，所述辐射光信号为光分束器根据所述第一触发信号，从所述熔池及其边沿受热区域采集并分束得到的辐射光信号；分束后的所述辐射光信号包括第一辐射光信号和第二辐射光信号，所述过程信息包括熔池及其边沿受热区域的温度场信息和熔池的变化图像，所述温度场信息与所述第一辐射光信号对应，所述变化图像与所述第二辐射光信号对应；
在增材制造中的样件每一层成形完毕时，向成形层监测模组发出第二触发信号；所述成形层监测模组接收所述第二触发信号后，采集当前层状态下样件上表面及侧面的图像，根据采集到的所述图像进行提取分析，以采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息；
提取并分析所述过程信息和所述缺陷信息，根据所述过程信息和所述缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数。
8.根据权利要求7所述的增材制造监控方法，其特征在于，所述熔池监测模组包括熔池温度记录装置和熔池图像记录装置；
所述熔池监测模组接收所述第一触发信号后，接收增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号并对所述辐射光信号进行信号处理，获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息的步骤，包括：
所述熔池温度记录装置和所述熔池图像记录装置分别对所述第一辐射光信号和所述第二辐射光信号进行电转换及去噪处理，分别生成与所述第一辐射光信号和所述第二辐射光信号对应的第一电信号和第二电信号；其中，所述第一电信号为仅保留预定波长的第一电信号；
所述熔池温度记录装置对所述第一电信号进行温度计算，获取得到的温度场信息，所述熔池图像记录装置对所述第二电信号进行图像处理，获取得到的熔池的变化图像，分别存储所述温度场信息和所述熔池的变化图像。
9.根据权利要求7所述的增材制造监控方法，其特征在于，所述成形层监测模组接收所述第二触发信号后，采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息的步骤，包括：
图像处理装置接收所述第二触发信号后，控制所述图像摄取装置摄取当前层状态下样件的上表面及侧面的图像并将所得的图像传至所述图像处理装置；其中，所述形层监测模组包括图像摄取装置和图像处理装置；
所述图像处理装置对所述当前层状态下样件的上表面及侧面的图像进行图像处理和缺陷匹配分析，采集并保存所述当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息。
10.一种增材制造监控装置，其特征在于，包括：
第一触发模块，用于在增材制造过程中的样件每一层成形开始时，向熔池监测模组发出第一触发信号；所述熔池监测模组接收所述第一触发信号后，接收增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号并对所述辐射光信号进行信号处理，获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息；其中，所述辐射光信号为光分束器根据所述第一触发信号，从所述熔池及其边沿受热区域采集并分束得到的辐射光信号；分束后的所述辐射光信号包括第一辐射光信号和第二辐射光信号，所述过程信息包括熔池及其边沿受热区域的温度场信息和熔池的变化图像，所述温度场信息与所述第一辐射光信号对应，所述变化图像与所述第二辐射光信号对应；
第二触发模块，用于在增材制造中的样件每一层成形完毕时，向成形层监测模组发出第二触发信号；所述成形层监测模组接收所述第二触发信号后，采集当前层状态下样件上表面及侧面的图像，根据采集到的所述图像进行提取分析，以采集并保存当前层状态下样件的上表面及侧面的缺陷信息；
提取控制模块，用于提取并分析所述过程信息和所述缺陷信息，根据所述过程信息和所述缺陷信息实时控制增材制造过程中的制造参数。
11.一种增材制造设备，其特征在于，包括加工头、上位机、光分束器、熔池监测模组、成形层监测模组、光半反半透镜、激光光纤、送粉管、承载样件的工作台和多轴支撑座；
所述加工头用于向所述工作台转送所述激光光纤发出的热源激光和所述送粉管送入的材料粉末；所述加工头与所述激光光纤、光半反半透镜、送粉管及光分束器连接；所述光分束器用于采集增材制造过程中的熔池及其边沿受热区域的辐射光信号，以及对所述辐射光信号进行分束后送入所述熔池监测模组，所述熔池监测模组和所述成形层监测模组分别与所述上位机通信连接，所述成形层监测模组与所述工作台连接，所述工作台与所述多轴支撑座连接；
所述上位机在增材制造中的样件每一层成形开始时，触发所述熔池监测模组，所述熔池监测模组接收经所述光分束器分束后的所述辐射光信号后，对所述辐射光信号进行处理，以获取增材制造过程中熔池及其边沿受热区域的过程信息；分束后的所述辐射光信号包括第一辐射光信号和第二辐射光信号，所述过程信息包括熔池及其边沿受热区域的温度场信息和熔池的变化图像，所述温度场信息与所述第一辐射光信号对应，所述变化图像与所述第二辐射光信号对应；
所述上位机在增材制造中的样件每一层成形完毕时，触发所述成形层监测模组，所述成形层监测模组采集当前层状态下样件上表面及侧面的图像，根据采集到的所述图像进行提取分析，以采集并保存当前层状态下样件表面的缺陷信息；
所述上位机提取并分析所述过程信息和所述缺陷信息，根据所述过程信息和所述缺陷信息实时控制所述增材制造设备中的制造参数。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现权利要求7-9所述的增材制造监控方法的步骤。
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