CN114526671A - 一种增材制造过程激光熔池在线校准装置及评价方法 - Google Patents
一种增材制造过程激光熔池在线校准装置及评价方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114526671A CN114526671A CN202210002966.3A CN202210002966A CN114526671A CN 114526671 A CN114526671 A CN 114526671A CN 202210002966 A CN202210002966 A CN 202210002966A CN 114526671 A CN114526671 A CN 114526671A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- molten pool
- pool
- additive manufacturing
- laser
- image acquisition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002844 melting Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000008018 melting Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 23
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 14
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 230000036039 immunity Effects 0.000 claims description 3
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 claims description 3
- 238000010309 melting process Methods 0.000 claims description 3
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 10
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
本发明公开的一种增材制造过程激光熔池在线校准装置及评价方法，属于激光加工设备校准领域。该装置包括图像采集系统、隔温密封防护装置、工装支架、数据高速传输与图像预处理系统、上位机控制系统。在加工过程中，该装置在线采集激光熔池形貌特征及位置参数，实现多速率、多功率、不同扫描轨迹下熔池形位测量校准。基于该装置的在线采集，本评价方法利用双切特征圆法提取熔池形貌特征参数及位置信息，并采用统计分析方法获取熔池形貌特征参数与加工工艺参数的对应关系，最后应用该对应关系判定当前加工状态。本发明适用于激光选区熔化加工领域，实现对加工过程激光熔池的在线测量评价，指导增材制造产品工艺优化改进、提升增材制造设备精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种增材制造过程激光熔池在线校准装置及评价方法，属于激光加工设备校准领域。
背景技术
激光选区熔化(selective laser melting，SLM)技术以其高精度、快速成型、可成型精密复杂结构等优势成为增材制造(Additive Manufacturing，AM)中最具发展前景的一项精密加工成型技术，并在航空航天领域广泛应用。SLM技术应用中存在致密度不达标、几何精度不够及材料性能不稳定等问题，目前SLM技术的次品率高达5％～30％。通过监测激光熔池的动态形貌及位置状态变化可在线把控SLM设备的成型质量，推动增材制造产品质量提升及加工过程实时工艺保障技术的发展。
在激光熔池在线监测中，常以熔池缺陷、等离子羽为研究对象，利用智能算法监测识别熔池状态，但测量精度较低且对于熔池并无统一的评价标准。其中同轴式熔池在线监测为利用分光棱镜分出高能激光束万分之一的能量进行监测，无法获取熔池更多表征信息。旁轴式 SLM在线监测多为铺粉质量监测及熔池缺陷监测，测量精度较低。
在熔池形貌特征参数定义中，多采用最小外接矩形法对熔池形貌特征参数进行相关定义，该方法具有快速、简便等优点。但在实际熔池图像采集过程中，熔池两侧常有一些干扰，利用图像处理算法难以处理。因此在利用最小外接矩形获取熔池参数时，两侧干扰对于参数提取值影响较大，且利用最小外接矩形法求得熔池拖尾角度参数值时，算法较为复杂，且容错率低。
发明内容
针对现有在线监测装置测量精度底、无法获取熔池更多表征信息的问题，本发明的主要目的之一是提供一种增材制造过程激光熔池在线校准装置，实现SLM激光熔池形貌在线校准测量。
本发明另一个主要目的是提供一种增材制造过程激光熔池评价方法，通过积累工艺参数，指导增材制造产品工艺优化改进、提升增材制造设备精度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明公开的一种增材制造过程激光熔池在线校准装置，主要由图像采集系统、隔温密封防护装置、工装支架、数据高速传输与图像预处理系统、上位机控制系统组成。图像采集系统经隔热密封防护后安装固定在工装支架上并与熔池所处平面成一定夹角；数据高速传输与图像预处理系统与图像采集系统利用高速数据传输线缆连接，图像数据经图像预处理后传输至上位机控制系统。
图像采集系统由高速工业相机、镜头、线缆组成，其中高速工业相机适用帧频不小于 300fps，相机单个像元大小不大于0.02mm，相机尺寸在100mm×100mm×80mm以内，相机工作距离不小于100mm，且相机与拍摄平面成一定角度。相机线缆要求抗干扰性强、耐高温且柔韧性较高。
隔温密封防护装置，由覆在图像采集系统表面实现有效隔热的隔热材料构成，相机线缆出口处进行耐高温密封处理。
工装支架架在SLM设备侧壁板上，不与设备干涉。工业相机固定在支架上，可调整支架更改图像采集角度及位置。
数据高速传输与软件处理系统，采用搭载高性能芯片的图像采集卡进行实时数据传输及图像预处理。
本发明公开的一种增材制造过程激光熔池在线评价方法，基于所述一种增材制造过程激光熔池在线校准装置实现，包括以下步骤：
步骤一、调节图像采集系统内外参数；
步骤二、进行相机标定及精度补偿；
步骤三、设置增材设备加工工艺参数并设定规划好的扫描轨迹；
扫描轨迹为规则标准形状，包含直线、折线、标准圆等几何形状；
步骤四、增材设备准备打印，图像采集系统开始捕捉熔池信息；
步骤五、激光扫描振镜运行指定扫描轨迹，在图像采集视野范围内重构相关路径。
其路径点熔池形貌特征参数记作M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)]，其中(xi，yi,)为坐标点，ti为某一时刻，S(Li，Wi，αi)为ti时刻熔池形貌参数，Li为熔池长度、Wi为熔池最大宽度、αi为熔池拖尾角，记打印策略为M0[F0(Xi，Yi，ti)，G(P0，V0)]；其中为F0(Xi，Yi，ti) 规划路径、G(P0，V0)为加工工艺参数，P0为激光扫描功率、V0为激光扫描速率；
步骤六：提取熔池形貌特征参数；
提取过程为原始图像采集、图像增强、中值滤波、二值化分割、形态学腐蚀膨胀、提取熔池形貌、获取熔池形貌参数。
步骤七：图像采集系统采集ti时刻熔池位置信息，上位机系统计算在该时刻下实际位置 (xi,yi,)与规划位置(Xi,Yi)的误差。
步骤八：图像采集系统采集ti时刻熔池形貌信息，数据高速传输与软件处理系统计算在该时刻下熔池形貌特征参数S(Li，Wi，αi)，并利用熔池形貌特征参数与加工工艺参数的对应关系判断当前加工状态。
通过试验分析得到熔池形貌特征参数与能量输入密度E＝P/(V·h·t)的关系。其中E为能量输入密度；P为激光功率(Js -1)；v为激光扫描功率，mm/s；h为填充距离，μm；t为粉末层厚度，μm。
通过6西格玛过程能力分析在不同组打印策略M0[F0(Xi，Yi，ti)，G(P0，V0)]中，熔池形貌特征参数测量值M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)的过程能力及分布状态，得到熔池形貌特征参数与加工工艺参数间对应关系。进而已知打印策略可预测熔池参数值范围。若熔池实际特征参数测量值超出预测范围，则可及时判定该增材制造过程出现加工缺陷，进而通过熔池形貌特征参数值分析缺陷产生原因，从而指导增材制造产品工艺优化改进。
M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)]→M0[F0(Xi，Yi，ti)，G(P0，V0)]
熔池为带拖尾角的椭圆形状，熔池形貌特征参数M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)]利用双切特征圆法进行参数提取。即利用熔池最大内接圆与最小外切圆的轮廓点及圆心坐标进行熔池特征参数提取。
最大熔池宽度(W)的值等于过该熔池最小内接圆圆心，垂直与熔池方向的直线与该最小内接圆的交点距离。其中P1(x1,y1)、P2(x2,y2)为交点坐标。
熔池长度(Lp)的值等于该熔池最小外切圆与熔池的切点距离。其中P3(x1,y1)、P4(x2,y2) 为内外双切圆圆心连线与最小外切圆交点坐标。
熔池拖尾角(α)的值等于最大熔池宽度(W)的一半与熔池后半长(Lf)的反正切值的两倍。激光选区熔化过程中，通过熔池拖尾角(α)可以得到在不同加工状态下熔池长度和宽度比值关系。
Lf＝Lp-Lb
熔池在某一时刻所处位置(xi，yi)与熔池形状最大内接圆圆心位置重合。其中Cin(x5,y5) 为熔池最大内切圆圆心坐标。
(xi,yi)＝Cin(x5,y5)
有益效果：
1、本发明公开一种增材制造过程激光熔池在线校准装置，该装置易于安装，可模块化地集成到激光选区熔化设备上，实现熔池形貌、位置的高精度测量，并利用熔池形貌特征参数评价加工工艺过程，为构建熔池形貌特征参数与加工工艺参数映射关系奠定了基础。
2、本发明公开一种增材制造过程激光熔池在线评价方法，利用双切特征圆法实现了熔池形貌特征参数的定义和参数化表征，该方法较于其他参数定义方法简单实用、高精度、抗干扰性强、具有很高的鲁棒性。
附图说明：
图1为搭建在SLM设备中的一种增材制造过程激光熔池形貌在线校准装置示意图；
其中附图标记：1-激光扫描振镜；2.1-SLM设备中上风口；2.2-SLM设备中下风口；3-刮刀；4-工装支架；5-隔温密封防护装置；6-图像采集系统；7-上位机控制系统；8-激光熔池； 9-金属粉末层；10-数据高速传输与图像预处理系统。
图2为增材制造设备激光扫描系统扫描路径规划；
图3为熔池形貌特征参数提取流程；
图4为激光熔池形貌参数定义。
具体实施方式：
下面将结合附图和实施例对本发明加以详细说明。同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
激光选区熔化(SLM)技术的成型原理为利用高能高速激光束熔融金属粉末，在前一层激光扫描结束后，设备在扫描区域再次铺粉打印，层层堆叠，最终形成精密增材制造件。图1 为搭建在SLM设备中的增材制造过程激光熔池形貌在线校准装置示意图。其中1为激光扫描振镜；2.1、2.2为SLM设备中上下两个风口；3为刮刀；8为激光熔池；9为金属粉末层。
如图1所示，本实施公开的一种增材制造过程激光熔池在线校准装置主要由工装支架4、隔温密封防护装置5、图像采集系统6、上位机控制系统7、数据高速传输与图像预处理系统 10组成。图像采集系统6经隔热密封防护装置5防护后安装固定在工装支架4上，使图像采集系统与熔池所处平面成一定夹角，数据高速传输与图像预处理系统10与图像采集系统6利用高速数据传输线缆连接。图像数据经图像预处理后传输至上位机控制系统7，在线监测激光选区熔化(SLM)过程中熔池形位信息，用于激光熔池测量校准。
图像采集系统6由高速工业相机、镜头、线缆组成，其中高速工业相机适用帧频不小于 300fps，相机单个像元大小不大于0.02mm，相机尺寸在100mm×100mm×80mm以内，相机工作距离不小于100mm，且相机与拍摄平面成一定角度。相机线缆要求抗干扰性强、耐高温且柔韧性较高。
隔温密封防护装置为采用专用隔热材料覆在图像采集系统表面实现有效隔热。因SLM设备加工在惰性气体环境中进行，采用耐高温(80℃)密封泥对相机线缆出口处进行密封。
工装支架架在SLM设备侧壁板上，可根据不同视场区域的测量需求，更改图像采集角度及位置，满足测量需求。工业相机固定在支架上，工装不与SLM设备中刮刀干涉。其中工装支架不宜对SLM加工舱体内部气流及温度场造成影响。
数据高速传输与软件处理系统对软硬件要求较高，采用搭载FPGA芯片的图像采集卡进行实时数据传输及图像预处理。
激光熔池在线测量系统须具有良好环境适应性，能够减少SLM加工舱体内部激光熔化产生的黑烟、飞溅、等离子羽等对图像采集质量的影响。
本实施例公开的一种增材制造过程激光熔池在线评价方法，具体实现步骤如下：
步骤一：调节图像采集系统内外参数，其中包括焦距、光圈、曝光时间、帧频率等；
步骤二：进行相机标定及精度补偿；
步骤三：设置增材设备加工工艺参数并设定规划好的扫描轨迹；
扫描轨迹为规则标准形状，如图2所示，包含直线、折线、标准圆等几何形状。
步骤四：增材设备准备打印，图像采集系统开始捕捉熔池信息；
步骤五：激光扫描振镜运行指定扫描轨迹，在图像采集视野范围内重构相关路径；
其路径点熔池形貌特征参数记作M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)]，其中(xi，yi,)为坐标点，ti为某一时刻，S(Li，Wi，αi)为ti时刻熔池形貌参数，Li为熔池长度、Wi为熔池最大宽度、αi为熔池拖尾角，记打印策略为M0[F0(Xi，Yi，ti)，G(P0，V0)]；其中为F0(Xi，Yi，ti) 规划路径、G(P0，V0)为加工工艺参数，P0为激光扫描功率、V0为激光扫描速率；
步骤六：如图2所示，熔池形貌特征参数提取过程为原始图像采集、图像增强、中值滤波、二值化分割、形态学腐蚀膨胀、提取熔池形貌、获取熔池形貌参数。
步骤七：图像采集系统采集ti时刻熔池位置信息，上位机系统计算在该时刻下实际位置 (xi,yi,)与规划位置(Xi,Yi)的误差。
步骤八：图像采集系统采集ti时刻熔池形貌信息，数据高速传输与软件处理系统计算在该时刻下熔池形貌特征参数S(Li，Wi，αi)，并利用熔池形貌特征参数与加工工艺参数的对应关系判断当前加工状态。
熔池形貌熔池大小形状与能量输入密度E＝P/(V·h·t)有关，E为能量输入密度，P为激光功率(Js -1)；v为激光扫描功率，mm/s；h为填充距离，μm；t为粉末层厚度，μm。通过试验分析得到熔池形貌特征参数与能量输入密度的关系。
熔池形貌特征参数与加工工艺参数映射关系由利用6西格玛过程能力分析得到，其中在不同的打印策略M0[F0(Xi，Yi，ti)，G(P0，V0)]下各熔池形貌特征参数M[F(xi，yi，ti)，S(Li， Wi，αi)]值分布状态。进而已知打印策略可预测熔池参数值范围。若熔池实际特征参数测量值超出预测范围，则判断加工过程出现缺陷，进而通过熔池形貌特征参数值分析并得到缺陷产生原因，进而指导SLM设备优化调节打印策略M0[F0(Xi，Yi，ti)，G(P0，V0)]及设备改进。
熔池为带拖尾角的椭圆形状，其中熔池形貌特征参数M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)]利用双切特征圆法进行参数提取。其特征在于：利用熔池最大内接圆与最小外切圆的轮廓点及圆心坐标进行熔池特征参数提取。其中：
最大熔池宽度(W)的值等于过该熔池最小内接圆圆心，垂直与熔池方向的直线与该最小内接圆的交点距离。其中P1(x1,y1)、P2(x2,y2)为交点坐标。
熔池长度(Lp)的值等于该熔池最小外切圆与熔池的切点距离。其中P3(x1,y1)、P4(x2,y2) 为内外双切圆圆心连线与最小外切圆交点坐标。
熔池拖尾角(α)的值等于最大熔池宽度(W)的一半与熔池后半长(Lf)的反正切值的两倍。激光选区熔化过程中，通过熔池拖尾角(α)可以得到在不同加工状态下熔池长度和宽度比值关系。
Lf＝Lp-Lb
熔池在某一时刻所处位置(xi，yi)与熔池形状最大内接圆圆心位置重合。其中Cin(x5,y5) 为熔池最大内切圆圆心坐标。
(xi,yi)＝Cin(x5,y5)
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种增材制造过程激光熔池在线校准装置，其特征在于：由图像采集系统、隔温密封防护装置、工装支架、数据高速传输与图像预处理系统、上位机控制系统组成；
所述图像采集系统经隔热密封防护后安装固定在工装支架上并与熔池所处平面成一定夹角；
所述数据高速传输与图像预处理系统与图像采集系统利用高速数据传输线缆连接，图像数据经图像预处理后传输至上位机控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种增材制造过程激光熔池在线校准装置，其特征在于：图像采集系统由高速工业相机、镜头、线缆组成，其中高速工业相机适用帧频不小于300fps，相机单个像元大小不大于0.02mm，相机尺寸在100mm×100mm×80mm以内，相机工作距离不小于100mm，且相机与拍摄平面成一定角度；相机线缆要求抗干扰性强、耐高温且柔韧性较高。
3.根据权利要求1所述的一种增材制造过程激光熔池在线校准装置，其特征在于：隔温密封防护装置，由覆在图像采集系统表面实现有效隔热的隔热材料构成，相机线缆出口处进行耐高温密封处理。
4.根据权利要求1所述的一种增材制造过程激光熔池在线校准装置，其特征在于：工装支架架在SLM设备侧壁板上，不与设备干涉；工业相机固定在支架上，可调整支架更改图像采集角度及位置。
5.根据权利要求1所述的一种增材制造过程激光熔池在线校准装置，其特征在于：数据高速传输与软件处理系统，采用搭载高性能芯片的图像采集卡进行实时数据传输及图像预处理。
6.一种增材制造过程激光熔池在线评价方法，基于如权利要求1、2、3、4或5所述的一种增材制造过程激光熔池在线校准装置实现，其特征在于：包含以下步骤，
步骤一、调节图像采集系统内外参数；
步骤二、进行相机标定及精度补偿；
步骤三、设置增材设备加工工艺参数并设定规划好的扫描轨迹；
步骤四、增材设备准备打印，图像采集系统开始捕捉熔池信息；
步骤五、激光扫描振镜运行指定扫描轨迹，在图像采集视野范围内重构相关路径；
步骤六：提取熔池形貌特征参数；
步骤七：图像采集系统采集ti时刻熔池位置信息，上位机系统计算在该时刻下实际位置(xi,yi,)与规划位置(Xi,Yi)的误差；
步骤八：图像采集系统采集ti时刻熔池形貌信息，数据高速传输与软件处理系统计算在该时刻下熔池形貌特征参数S(Li，Wi，αi)，并利用熔池形貌特征参数与加工工艺参数的对应关系判断当前加工状态。
7.根据权利要求6所述的一种增材制造过程激光熔池在线评价方法，其特征在于：步骤三的实现方法为，
扫描轨迹为规则标准形状，包含直线、折线、标准圆等几何形状。
8.根据权利要求6所述的一种增材制造过程激光熔池在线评价方法，其特征在于：步骤五的实现方法为，
其路径点熔池形貌特征参数记作M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)]，其中(xi，yi,)为坐标点，ti为某一时刻，S(Li，Wi，αi)为ti时刻熔池形貌参数，Li为熔池长度、Wi为熔池最大宽度、αi为熔池拖尾角，记打印策略为M0[F0(Xi，Yi，ti)，G(P0，V0)]；其中为F0(Xi，Yi，ti)规划路径、G(P0，V0)为加工工艺参数，P0为激光扫描功率、V0为激光扫描速率。
9.根据权利要求6所述的一种增材制造过程激光熔池在线评价方法，其特征在于：步骤六的实现方法为，
提取过程为原始图像采集、图像增强、中值滤波、二值化分割、形态学腐蚀膨胀、提取熔池形貌、获取熔池形貌参数。
10.根据权利要求6所述的一种增材制造过程激光熔池在线评价方法，其特征在于：步骤八的实现方法为，
通过试验分析得到熔池形貌特征参数与能量输入密度E＝P/(V·h·t)的关系；其中E为能量输入密度；P为激光功率(Js -1)；v为激光扫描功率，mm/s；h为填充距离，μm；t为粉末层厚度，μm；
通过6西格玛过程能力分析在不同组打印策略M0[F0(Xi，Yi，ti)，G(P0，V0)]中，熔池形貌特征参数测量值M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)的过程能力及分布状态，得到熔池形貌特征参数与加工工艺参数间对应关系；进而已知打印策略可预测熔池参数值范围；若熔池实际特征参数测量值超出预测范围，则可及时判定该增材制造过程出现加工缺陷，进而通过熔池形貌特征参数值分析缺陷产生原因，从而指导增材制造产品工艺优化改进；
M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)]→M0[F0(Xi，Yi，ti)，G(P0，V0)]
熔池为带拖尾角的椭圆形状，熔池形貌特征参数M[F(xi，yi，ti)，S(Li，Wi，αi)]利用双切特征圆法进行参数提取；即利用熔池最大内接圆与最小外切圆的轮廓点及圆心坐标进行熔池特征参数提取；
最大熔池宽度(W)的值等于过该熔池最小内接圆圆心，垂直与熔池方向的直线与该最小内接圆的交点距离；其中P1(x1,y1)、P2(x2,y2)为交点坐标；
熔池长度(Lp)的值等于该熔池最小外切圆与熔池的切点距离；其中P3(x1,y1)、P4(x2,y2)为内外双切圆圆心连线与最小外切圆交点坐标；
熔池拖尾角(α)的值等于最大熔池宽度(W)的一半与熔池后半长(Lf)的反正切值的两倍；激光选区熔化过程中，通过熔池拖尾角(α)可以得到在不同加工状态下熔池长度和宽度比值关系；
Lf＝Lp-Lb
熔池在某一时刻所处位置(xi，yi)与熔池形状最大内接圆圆心位置重合；其中Cin(x5,y5)为熔池最大内切圆圆心坐标；
(xi,yi)＝Cin(x5,y5)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210002966.3A CN114526671A (zh) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | 一种增材制造过程激光熔池在线校准装置及评价方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210002966.3A CN114526671A (zh) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | 一种增材制造过程激光熔池在线校准装置及评价方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114526671A true CN114526671A (zh) | 2022-05-24 |
Family
ID=81620669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210002966.3A Pending CN114526671A (zh) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | 一种增材制造过程激光熔池在线校准装置及评价方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114526671A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106767495A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-31 | 山西暗睛光电科技有限公司 | 一种用于检测熔池形貌的装置和方法及应用 |
| CN107806843A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-03-16 | 西安智熔金属打印系统有限公司 | 电子束熔丝增材制造形貌测量装置及其补偿控制方法 |
| CN111024736A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-17 | 苏州大学 | 一种激光增材制造的缺陷在线监测方法 |
| WO2020249460A1 (de) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und verfahren zur referenzierung und kalibrierung einer laseranlage |
| CN112362011A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-02-12 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种坐标测量设备计量特性校准的标准件 |
| CN113077423A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-07-06 | 中国人民解放军空军工程大学 | 基于卷积神经网络的激光选区熔化熔池图像分析系统 |
-
2022
- 2022-01-04 CN CN202210002966.3A patent/CN114526671A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106767495A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-05-31 | 山西暗睛光电科技有限公司 | 一种用于检测熔池形貌的装置和方法及应用 |
| CN107806843A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-03-16 | 西安智熔金属打印系统有限公司 | 电子束熔丝增材制造形貌测量装置及其补偿控制方法 |
| WO2020249460A1 (de) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und verfahren zur referenzierung und kalibrierung einer laseranlage |
| CN111024736A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-17 | 苏州大学 | 一种激光增材制造的缺陷在线监测方法 |
| CN112362011A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-02-12 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种坐标测量设备计量特性校准的标准件 |
| CN113077423A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-07-06 | 中国人民解放军空军工程大学 | 基于卷积神经网络的激光选区熔化熔池图像分析系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘琦;郑航;唐康;巩水利;康楠;廖汉林;: "激光选区熔化YSZ陶瓷工艺及内部缺陷研究", 电加工与模具, no. 04, 20 August 2016 (2016-08-20), pages 35 - 40 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109778182B (zh) | 一种激光熔覆增材成形高度在线监测装置及闭环控制方法 | |
| CN107102061B (zh) | 金属材料高能束增减材-在线激光超声检测复合加工方法 | |
| CN106881462B (zh) | 一种针对激光选区熔化成形缺陷的在线检测与优化系统 | |
| Xiong et al. | Control of deposition height in WAAM using visual inspection of previous and current layers | |
| US6605795B1 (en) | Control system for depositing powder to a molten puddle | |
| CN106770634A (zh) | 一种金属材料高能束增减材‑在线涡流检测复合加工方法 | |
| Lei et al. | Analysis and modeling of melt pool morphology for high power diode laser cladding with a rectangle beam spot | |
| CN107560560B (zh) | 在增材制造过程中实时测量零件应变的方法 | |
| CN106353284A (zh) | 基于光谱诊断的激光增材制造过程中缺陷的在线诊断方法 | |
| CN109136912B (zh) | 一种激光熔覆离焦量在线监测与负反馈状态识别方法 | |
| Zhao et al. | Additive seam tracking technology based on laser vision | |
| Feng et al. | Online defect detection method and system based on similarity of the temperature field in the melt pool | |
| CN111151751A (zh) | 一种三激光束智能增减材复合制造系统及方法 | |
| CN113554587B (zh) | 一种基于深度学习的熔池图像几何特征提取方法及系统 | |
| Zhang et al. | Online weld pool contour extraction and seam width prediction based on mixing spectral vision | |
| CN114526671A (zh) | 一种增材制造过程激光熔池在线校准装置及评价方法 | |
| Li et al. | A single-sensor multi-scale quality monitoring methodology for laser-directed energy deposition: Example with height instability and porosity monitoring in additive manufacturing of ceramic thin-walled parts | |
| Boschetto et al. | Part defects identification in selective laser melting via digital image processing of powder bed anomalies | |
| Huang et al. | Penetration estimation of GMA backing welding based on weld pool geometry parameters | |
| Peng et al. | Closed-loop control of medium-thickness plate arc welding based on weld-face vision sensing | |
| Zheng et al. | Control for weld penetration in VPPAW of aluminum alloys using the front weld pool image signal | |
| CN113884013A (zh) | 基于cmos传感器的激光增材形貌在线检测补偿方法 | |
| Meng et al. | Robot welding process planning and process parameter prediction of medium-thick plate based on three-line laser | |
| Wang et al. | Point cloud 3D weldment reconstruction and welding feature extraction for robotic multi-bead arc weld cladding path planning | |
| Wang et al. | Technology of Quality Detection and Feedback in Laser Powder Bed Fusion Process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |