CN111604500A - 基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生产制造过程监控技术领域，尤其涉及一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统及方法，基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统包括：激光发射模块、辐射激光采集模块、激光位置检测模块、激光强度检测模块、激光速度检测模块、中央控制模块、噪声去除模块、谱峰信号去除模块、背景扣除模块、光谱生成模块、光谱分析模块、温度控制模块、数据存储模块、电源模块、显示模块。本发明提供的金属增材制造监控方法，能够在对金属增材制造过程进行实时监控，并且工作量小，效率高，成本低，能够有效的提高零件的成品率，并且能够有效避免后期的材料制样过程，从而减少了成分分析周期，同时也保证了零件的完整性。
Description
技术领域
本发明属于生产制造过程监控技术领域，尤其涉及一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统及方法。
背景技术
目前，金属增材制造技术目前已被广泛地应用于各行各业，比如航空发动机、汽车的承载结构件以及生物医疗领域对人体骨骼的修复等。而且金属增材制造能够实现对复杂结构零件的快速原型，也可以实现对加工食物和复议磨损零件的修复。针对金属增材制造的加工特点，通过在加工过程中使用送粉机构同时输送多种金属粉末材料，并在零件的不同加工位置时调整不同粉末材料的配比，就能加工出成分或组织在空间连续变化的梯度材料。但在实际加工过程中，由于送粉器电机转速的抖动、载气量的拨动以及送粉管路的堵塞造成的熔覆头处送粉量的拨动，因此实际送入熔池内的元素含量产生偏差，造成金属成品率低，生产成本增加；并且现有的检测方式为采用能谱分析，采用此类检测方式通常需要对零件进行后续的取样、制样、或定量分析，具有工作量大、效率低、成本高、破坏零件以及非实时检测等缺陷。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：采用能谱分析的方式对金属增材制造过程进行监控时，具有工作量大、效率低、成本高、破坏零件以及非实时检测等缺陷。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统及方法。
本发明是这样实现的，一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法包括以下步骤：
步骤一，通过激光发射模块利用激光器发射高峰值功率的脉冲激光，发射的脉冲激光作用于沉积层的待检测区域，使待检测区域材料形成等离子体。
步骤二，通过辐射激光采集模块利用与激光器发射窗口共轴的采集探头对检测区域等离子体的辐射激光束进行采集。
步骤三，通过激光位置检测模块利用光纤位置传感器对采集的辐射激光束的位置进行实时检测并与预设的切片轨迹进行对比。
步骤四，通过激光强度检测模块利用光纤速度传感器对激光束的移动速度进行实时检测并与预设的激光束移动速度信息进行对比。
步骤五，通过激光速度检测模块利用光纤光强度传感器实时检测作用于金属漂浮物粉末上的激光强度并与预设的激光加工强度信息进行对比。
步骤六，通过中央控制模块利用中央控制器调控所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统各个模块的正常有序运行。
步骤七，通过噪声去除模块利用滤波器对采集到的光谱信号进行去噪处理；通过谱峰信号去除模块利用滤波器对采集到的光谱信号进行去谱峰处理。
步骤八，通过背景扣除模块利用背景扣除程序利用迭代小波变换方法将来自电子在自由态-自由态跃迁产生的韧致辐射和电子在自由态-束缚态间跃迁的连续背景辐射分量扣除。
步骤九，通过光谱生成模块利用光谱生成程序对处理后的光谱信息建立光谱特性和元素浓度间的标定曲线，得到光谱与元素浓度间的关系，并生成光谱。
步骤十，根据光谱与元素浓度间的标定曲线，通过光谱分析模块利用光谱分析程序对生成的光谱图像采用定量分析技术进行分析。
步骤十一，通过温度控制模块将水雾喷头移动至所述金属增材制造装置打印基体的内表面，并通入用于平衡所述金属增材制造装置整体温度的平衡水。
步骤十二，通过温度控制模块的供水单元和供气单元分别提供冷却水和空气，并将其在集成管道中混合，然后通过水雾喷头喷出冷却水雾，所述冷却水雾作用于与所述金属增材制造装置相接触的打印基体上。
步骤十三，通过温度监控器对所述金属增材制造过程的温度进行实时监测及控制，并通过供水单元和供气单元、平衡水的用量和温度来进行温度的调节。
步骤十四，通过数据存储模块利用存储器存储采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、光谱信息及分析结果。
步骤十五，通过电源模块利用太阳能电池板和备用电源为所述金属增材制造监控系统的正常工作提供电力支持。
步骤十六，通过显示模块利用显示器显示采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、通过标定曲线法生成的光谱信息及分析结果的实时数据。
进一步，步骤一中，所述激光器发射脉冲激光形成等离子体的方法，包括：
（I）激光器发射具有高峰值功率的脉冲激光，激光波长为355nm，并通过柱面透镜将脉冲激光聚焦到待检测区域；
（II）待检测区域材料被脉冲激光烧蚀，并在烧蚀区域的上方形成金属纳米粒子云团；
（III）云团中的原子在进一步吸收激光能量后被电离，形成等离子体。
进一步，步骤五中，所述激光速度检测模块还包括至少一个吹气单元，，各所述吹气单元均布置于所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统的上方，用于将所述金属增材制造装置中的金属漂浮物进行鼓吹处理，使得辐射激光束作用于金属漂浮物上。
进一步，步骤七中，所述采用滤波器对采集的光谱信号进行去噪处理的方法，具体如下：
（a）采用维纳滤波器对采集探头采集到的光谱信号进行去除加性噪声；
（b）采用同态滤波器对除加性噪声的光谱信号进行去除乘性噪声。
进一步，所述维纳滤波器去除加性噪声的方法，具体如下：
（1）对采集的光谱信号通过傅里叶变换变换到频域，在频域内进行频带的划分；
（2）对划分的频带求得不同频带的噪声功率表谱；
（3）根据所处频带选择所需的噪声功率谱，计算维纳滤波系数；
（4）通过计算所得的维纳滤波系数，依次对每一个接收的光谱数据进行滤波处理，以达到抑制噪声的目的。
进一步，步骤八中，所述对背景辐射分量扣除的迭代小波变换的方法，包括：
1）选取合适的小波函数和分解层数J对原信号x进行离散小波变换；
2）提取最高分解层数上的近似系数aJ进行重构，作为背景拟合值；
3）将原信号x中高于拟合背景y的值设置为与背景拟合值y相等，即若xi-yi>ψ，则xi=yi；其中，ψ为阈值；
4）重复1）-3），直至拟合结果收敛，x的最终值即为原信号中背景分量。
进一步，步骤十一中，所述平衡水为温水或热水；所述水雾喷头与所述金属增材制造装置的打印枪头同步移动，以使打印枪头处于冷却水雾中心；所述水雾喷头与打印基体之间的距离为100-300mm；
所述将水雾喷头移动至所述金属增材制造装置打印基体的内表面的方法，具体包括：
将多个水雾喷头移动至打印基体的内表面，每个水雾喷头的水量和气量可单独调节，每两个水雾喷头的喷雾面相重叠。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统，所述基于激光诱导击穿光谱分析技术的金属增材制造过程监控系统设置有：
激光发射模块、辐射激光采集模块、激光位置检测模块、激光强度检测模块、激光速度检测模块、中央控制模块、噪声去除模块、谱峰信号去除模块、背景扣除模块、光谱生成模块、光谱分析模块、温度控制模块、数据存储模块、电源模块、显示模块。
激光发射模块，与中央控制模块连接，用于通过激光器发射高峰值功率的脉冲激光，发射的脉冲激光作用于沉积层的待检测区域，形成等离子体；
辐射激光采集模块，与中央控制模块连接，用于通过采集探头对检测区域等离子体的辐射激光束进行采集；
激光位置检测模块，与中央控制模块连接，用于通过光纤位置传感器对采集的辐射激光束的位置进行实时检测并与预设的切片轨迹进行对比；
激光强度检测模块，与中央控制模块连接，用于通过光纤速度传感器对激光束的移动速度进行实时检测并与预设的激光束移动速度信息进行对比；
激光速度检测模块，与中央控制模块连接，用于通过光纤光强度传感器实时检测作用于金属漂浮物粉末上的激光强度并与预设的激光加工强度信息进行对比；
中央控制模块，与激光发射模块、辐射激光采集模块、激光位置检测模块、激光强度检测模块、激光速度检测模块、噪声去除模块、谱峰信号去除模块、背景扣除模块、光谱生成模块、光谱分析模块、温度控制模块、数据存储模块、电源模块、显示模块连接，用于通过中央控制器调控所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统各个模块的正常有序运行；
噪声去除模块，与中央控制模块连接，用于通过滤波器对采集到的光谱信号进行去噪处理；
谱峰信号去除模块，与中央控制模块连接，用于通过滤波器对采集到的光谱信号进行去谱峰处理；
背景扣除模块，与中央控制模块连接，用于通过背景扣除程序利用迭代小波变换方法将来自电子在自由态-自由态跃迁产生的韧致辐射和电子在自由态-束缚态间跃迁的连续背景辐射分量扣除；
光谱生成模块，与中央控制模块连接，用于通过光谱生成程序对处理后的光谱信息通过标定曲线法生成光谱；
光谱分析模块，与中央控制模块连接，用于通过光谱分析程序对生成的光谱图像采用定量分析技术进行分析；
温度控制模块，与中央控制模块连接，用于通过温度控制器对所述金属增材制造过程的温度进行实时监测及控制；
数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、光谱信息及分析结果；
电源模块，与中央控制模块连接，用于通过太阳能电池板和备用电源为所述金属增材制造监控系统的正常工作提供电力支持；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、通过标定曲线法生成的光谱信息及分析结果的实时数据。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明通过激光位置检测模块、激光速度检测模块、激光强度检测模块配合，三者之间相辅相成，以保证能够对金属增材制造过程进行实时调控，优化加工过程，提高成品几率及产品质量。同时，本发明通过温度控制模块利用温度监控器进行打印构件的实时温度监控、并通过调节供气单元的气压和供水单元的水流量，以及调节平衡水的用量和温度，可量化调节冷却水雾和平衡水，达到精确调控冷却速度和层间温度的目的。
本发明提供的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，能够在对金属增材制造过程进行实时监控，并且工作量小，效率高，成本低，能够有效的提高零件的成品率，并且能够有效避免后期的材料制样过程，从而减少了成分分析周期，同时也保证了零件的完整性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统的结构框图。
图中：1、激光发射模块；2、辐射激光采集模块；3、激光位置检测模块；4、激光强度检测模块；5、激光速度检测模块；6、中央控制模块；7、噪声去除模块；8、谱峰信号去除模块；9、背景扣除模块；10、光谱生成模块；11、光谱分析模块；12、温度控制模块；13、数据存储模块；14、电源模块；15、显示模块。
图3是本发明实施例提供的通过激光器发射脉冲激光形成等离子体的方法流程图。
图4是本发明实施例提供的通过维纳滤波器去除加性噪声的方法流程图。
图5是本发明实施例提供的对背景辐射分量扣除的迭代小波变换的方法流程图。
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。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法包括以下步骤：
S101，通过激光发射模块利用激光器发射高峰值功率的脉冲激光，发射的脉冲激光作用于沉积层的待检测区域，形成等离子体；
S102，通过辐射激光采集模块利用采集探头对检测区域等离子体的辐射激光束进行采集；
S103，通过激光位置检测模块利用光纤位置传感器对采集的辐射激光束的位置进行实时检测并与预设的切片轨迹进行对比；
S104，通过激光强度检测模块利用光纤速度传感器对激光束的移动速度进行实时检测并与预设的激光束移动速度信息进行对比；
S105，通过激光速度检测模块利用光纤光强度传感器实时检测作用于粉末上的激光强度并与预设的激光加工强度信息进行对比；
S106，通过中央控制模块利用中央控制器调控所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统各个模块的正常有序运行；
S107，通过噪声去除模块利用滤波器对采集到的光谱信号进行去噪处理；通过谱峰信号去除模块利用滤波器对采集到的光谱信号进行去谱峰处理；
S108，通过背景扣除模块利用背景扣除程序利用迭代小波变换方法将来自电子在自由态-自由态跃迁产生的韧致辐射和电子在自由态-束缚态间跃迁的连续背景辐射分量扣除；
S109，通过光谱生成模块利用光谱生成程序对处理后的光谱信息通过标定曲线法生成光谱；通过光谱分析模块利用光谱分析程序对生成的光谱图像采用定量分析技术进行分析；
S110，通过温度控制模块利用温度控制器对所述金属增材制造过程的温度进行实时监测及控制；
S111，通过数据存储模块利用存储器存储采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、光谱信息及分析结果；
S112，通过电源模块利用太阳能电池板和备用电源为所述金属增材制造监控系统的正常工作提供电力支持；
S113，通过显示模块利用显示器显示采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、通过标定曲线法生成的光谱信息及分析结果的实时数据。
如图2所示，本发明实施例提供的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统包括：激光发射模块1、辐射激光采集模块2、激光位置检测模块3、激光强度检测模块4、激光速度检测模块5、中央控制模块6、噪声去除模块7、谱峰信号去除模块8、背景扣除模块9、光谱生成模块10、光谱分析模块11、温度控制模块12、数据存储模块13、电源模块14、显示模块15。
激光发射模块1，与中央控制模块6连接，用于通过激光器发射高峰值功率的脉冲激光，发射的脉冲激光作用于沉积层的待检测区域，形成等离子体；
辐射激光采集模块2，与中央控制模块6连接，用于通过采集探头对检测区域等离子体的辐射激光束进行采集；
激光位置检测模块3，与中央控制模块6连接，用于通过光纤位置传感器对采集的辐射激光束的位置进行实时检测并与预设的切片轨迹进行对比；
激光强度检测模块4，与中央控制模块6连接，用于通过光纤速度传感器对激光束的移动速度进行实时检测并与预设的激光束移动速度信息进行对比；
激光速度检测模块5，与中央控制模块6连接，用于通过光纤光强度传感器实时检测作用于金属漂浮物粉末上的激光强度并与预设的激光加工强度信息进行对比；
中央控制模块6，与激光发射模块1、辐射激光采集模块2、激光位置检测模块3、激光强度检测模块4、激光速度检测模块5、噪声去除模块7、谱峰信号去除模块8、背景扣除模块9、光谱生成模块10、光谱分析模块11、温度控制模块12、数据存储模块13、电源模块14、显示模块15连接，用于通过中央控制器调控所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统各个模块的正常有序运行；
噪声去除模块7，与中央控制模块6连接，用于通过滤波器对采集到的光谱信号进行去噪处理；
谱峰信号去除模块8，与中央控制模块6连接，用于通过滤波器对采集到的光谱信号进行去谱峰处理；
背景扣除模块9，与中央控制模块6连接，用于通过背景扣除程序利用迭代小波变换方法将来自电子在自由态-自由态跃迁产生的韧致辐射和电子在自由态-束缚态间跃迁的连续背景辐射分量扣除；
光谱生成模块10，与中央控制模块6连接，用于通过光谱生成程序对处理后的光谱信息通过标定曲线法生成光谱；
光谱分析模块11，与中央控制模块6连接，用于通过光谱分析程序对生成的光谱图像采用定量分析技术进行分析；
温度控制模块12，与中央控制模块6连接，用于通过温度控制器对所述金属增材制造过程的温度进行实时监测及控制；
数据存储模块13，与中央控制模块6连接，用于通过存储器存储采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、光谱信息及分析结果；
电源模块14，与中央控制模块6连接，用于通过太阳能电池板和备用电源为所述金属增材制造监控系统的正常工作提供电力支持；
显示模块15，与中央控制模块6连接，用于通过显示器显示采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、通过标定曲线法生成的光谱信息及分析结果的实时数据。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本发明实施例提供的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法如图1所示，作为优选实施例，如图3所示，本发明实施例提供的通过激光器发射脉冲激光形成等离子体的方法包括：
S201，激光器发射具有高峰值功率的脉冲激光，激光波长为355nm，并通过柱面透镜将脉冲激光聚焦到待检测区域；
S202，待检测区域材料被脉冲激光烧蚀，并在烧蚀区域的上方形成金属纳米粒子云团；
S203，云团中的原子在进一步吸收激光能量后被电离，形成等离子体。
实施例2
本发明实施例提供的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法如图1所示，作为优选实施例，如图4所示，本发明实施例提供的通过维纳滤波器去除加性噪声的方法包括：
S301，对采集的光谱信号通过傅里叶变换变换到频域，在频域内进行频带的划分；
S302，对划分的频带求得不同频带的噪声功率表谱，并根据所处频带选择所需的噪声功率谱，计算维纳滤波系数；
S303，通过计算所得的维纳滤波系数，依次对每一个接收的光谱数据进行滤波处理，以达到抑制噪声的目的。
实施例3
本发明实施例提供的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法如图1所示，作为优选实施例，如图5所示，本发明实施例提供的对背景辐射分量扣除的迭代小波变换的方法包括：
S401，选取合适的小波函数和分解层数J对原信号x进行离散小波变换；
S402，提取最高分解层数上的近似系数aJ进行重构，作为背景拟合值；
S403，将原信号x中高于拟合背景y的值设置为与背景拟合值y相等，即若xi-yi>ψ，则xi=yi；其中，ψ为阈值；
S404，重复S401-S403，直至拟合结果收敛，x的最终值即为原信号中背景分量。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，其特征在于，所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法包括以下步骤：
步骤一，通过激光发射模块利用激光器发射高峰值功率的脉冲激光，发射的脉冲激光作用于沉积层的待检测区域，使待检测区域材料形成等离子体；
步骤二，通过辐射激光采集模块利用与激光器发射窗口共轴的采集探头对检测区域等离子体的辐射激光束进行采集；
步骤三，通过激光位置检测模块利用光纤位置传感器对采集的辐射激光束的位置进行实时检测并与预设的切片轨迹进行对比；
步骤四，通过激光强度检测模块利用光纤速度传感器对激光束的移动速度进行实时检测并与预设的激光束移动速度信息进行对比；
步骤五，通过激光速度检测模块利用光纤光强度传感器实时检测作用于金属漂浮物粉末上的激光强度并与预设的激光加工强度信息进行对比；
步骤六，通过中央控制模块利用中央控制器调控所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统各个模块的正常有序运行；
步骤七，通过噪声去除模块利用滤波器对采集到的光谱信号进行去噪处理；通过谱峰信号去除模块利用滤波器对采集到的光谱信号进行去谱峰处理；
步骤八，通过背景扣除模块利用背景扣除程序利用迭代小波变换方法将来自电子在自由态-自由态跃迁产生的韧致辐射和电子在自由态-束缚态间跃迁的连续背景辐射分量扣除；
步骤九，通过光谱生成模块利用光谱生成程序对处理后的光谱信息建立光谱特性和元素浓度间的标定曲线，得到光谱与元素浓度间的关系，并生成光谱；
步骤十，根据光谱与元素浓度间的标定曲线，通过光谱分析模块利用光谱分析程序对生成的光谱图像采用定量分析技术进行分析；
步骤十一，通过温度控制模块将水雾喷头移动至所述金属增材制造装置打印基体的内表面，并通入用于平衡所述金属增材制造装置整体温度的平衡水；
步骤十二，通过温度控制模块的供水单元和供气单元分别提供冷却水和空气，并将其在集成管道中混合，然后通过水雾喷头喷出冷却水雾，所述冷却水雾作用于与所述金属增材制造装置相接触的打印基体上；
步骤十三，通过温度监控器对所述金属增材制造过程的温度进行实时监测及控制，并通过供水单元和供气单元、平衡水的用量和温度来进行温度的调节；
步骤十四，通过数据存储模块利用存储器存储采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、光谱信息及分析结果；
步骤十五，通过电源模块利用太阳能电池板和备用电源为所述金属增材制造监控系统的正常工作提供电力支持；
步骤十六，通过显示模块利用显示器显示采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、通过标定曲线法生成的光谱信息及分析结果的实时数据。
2.如权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，其特征在于，步骤一中，所述激光器发射脉冲激光形成等离子体的方法，包括：
（I）激光器发射具有高峰值功率的脉冲激光，激光波长为355nm，并通过柱面透镜将脉冲激光聚焦到待检测区域；
（II）待检测区域材料被脉冲激光烧蚀，并在烧蚀区域的上方形成金属纳米粒子云团；
（III）云团中的原子在进一步吸收激光能量后被电离，形成等离子体。
3.如权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，其特征在于，步骤五中，所述激光速度检测模块还包括至少一个吹气单元，，各所述吹气单元均布置于所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统的上方，用于将所述金属增材制造装置中的金属漂浮物进行鼓吹处理，使得辐射激光束作用于金属漂浮物上。
4.如权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，其特征在于，步骤七中，所述采用滤波器对采集的光谱信号进行去噪处理的方法，具体如下：
（a）采用维纳滤波器对采集探头采集到的光谱信号进行去除加性噪声；
（b）采用同态滤波器对除加性噪声的光谱信号进行去除乘性噪声。
5.如权利要求4所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，其特征在于，所述维纳滤波器去除加性噪声的方法，具体如下：
（1）对采集的光谱信号通过傅里叶变换变换到频域，在频域内进行频带的划分；
（2）对划分的频带求得不同频带的噪声功率表谱；
（3）根据所处频带选择所需的噪声功率谱，计算维纳滤波系数；
（4）通过计算所得的维纳滤波系数，依次对每一个接收的光谱数据进行滤波处理，以达到抑制噪声的目的。
6.如权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，其特征在于，步骤八中，所述对背景辐射分量扣除的迭代小波变换的方法，包括：
1）选取合适的小波函数和分解层数J对原信号x进行离散小波变换；
2）提取最高分解层数上的近似系数aJ进行重构，作为背景拟合值；
3）将原信号x中高于拟合背景y的值设置为与背景拟合值y相等，即若xi-yi>ψ，则xi=yi；其中，ψ为阈值；
4）重复1）-3），直至拟合结果收敛，x的最终值即为原信号中背景分量。
7.如权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法，其特征在于，步骤十一中，所述平衡水为温水或热水；所述水雾喷头与所述金属增材制造装置的打印枪头同步移动，以使打印枪头处于冷却水雾中心；所述水雾喷头与打印基体之间的距离为100-300mm；
所述将水雾喷头移动至所述金属增材制造装置打印基体的内表面的方法，具体包括：
将多个水雾喷头移动至打印基体的内表面，每个水雾喷头的水量和气量可单独调节，每两个水雾喷头的喷雾面相重叠。
8.一种应用如权利要求1~7任意一项所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统，其特征在于，所述基于激光诱导击穿光谱分析技术的金属增材制造过程监控系统设置有：
激光发射模块、辐射激光采集模块、激光位置检测模块、激光强度检测模块、激光速度检测模块、中央控制模块、噪声去除模块、谱峰信号去除模块、背景扣除模块、光谱生成模块、光谱分析模块、温度控制模块、数据存储模块、电源模块、显示模块；
激光发射模块，与中央控制模块连接，用于通过激光器发射高峰值功率的脉冲激光，发射的脉冲激光作用于沉积层的待检测区域，形成等离子体；
辐射激光采集模块，与中央控制模块连接，用于通过采集探头对检测区域等离子体的辐射激光束进行采集；
激光位置检测模块，与中央控制模块连接，用于通过光纤位置传感器对采集的辐射激光束的位置进行实时检测并与预设的切片轨迹进行对比；
激光强度检测模块，与中央控制模块连接，用于通过光纤速度传感器对激光束的移动速度进行实时检测并与预设的激光束移动速度信息进行对比；
激光速度检测模块，与中央控制模块连接，用于通过光纤光强度传感器实时检测作用于金属漂浮物粉末上的激光强度并与预设的激光加工强度信息进行对比；
中央控制模块，与激光发射模块、辐射激光采集模块、激光位置检测模块、激光强度检测模块、激光速度检测模块、噪声去除模块、谱峰信号去除模块、背景扣除模块、光谱生成模块、光谱分析模块、温度控制模块、数据存储模块、电源模块、显示模块连接，用于通过中央控制器调控所述基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控系统各个模块的正常有序运行；
噪声去除模块，与中央控制模块连接，用于通过滤波器对采集到的光谱信号进行去噪处理；
谱峰信号去除模块，与中央控制模块连接，用于通过滤波器对采集到的光谱信号进行去谱峰处理；
背景扣除模块，与中央控制模块连接，用于通过背景扣除程序利用迭代小波变换方法将来自电子在自由态-自由态跃迁产生的韧致辐射和电子在自由态-束缚态间跃迁的连续背景辐射分量扣除；
光谱生成模块，与中央控制模块连接，用于通过光谱生成程序对处理后的光谱信息通过标定曲线法生成光谱；
光谱分析模块，与中央控制模块连接，用于通过光谱分析程序对生成的光谱图像采用定量分析技术进行分析；
温度控制模块，与中央控制模块连接，用于通过温度控制器对所述金属增材制造过程的温度进行实时监测及控制；
数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、光谱信息及分析结果；
电源模块，与中央控制模块连接，用于通过太阳能电池板和备用电源为所述金属增材制造监控系统的正常工作提供电力支持；
显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器显示采集的辐射激光束及其位置、强度和速度信息、通过标定曲线法生成的光谱信息及分析结果的实时数据。
9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1~7任意一项所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法。
10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1~7任意一项所述的基于激光诱导击穿光谱的金属增材制造监控方法。
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