CN115383273B - 电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法及系统。该方法包括：获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束；基于熔池图像得到相应的熔池长度，并基于熔池长度及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，并根据冶金时长差值对电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制。本发明提供的方法，能够有效提高了原位增材制造过程中冶金时长的稳定性，避免了因冶金反应过长而导致的熔池流淌的问题，同时改善了因冶金反应时长不足而导致的冶金缺陷，从而提升了原位成形质量。

Description

电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法及系统

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法及系统。另外，还涉及一种电子设备及处理器可读存储介质。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)因其加工周期短、材料利用率高以及设计灵活性高等优点，在过去数十年得到了快速的发展。金属增材制造技术作为发展最为迅速的方向之一，在航空航天、航洋工程及核工业等领域都已得到了初步的应用，并展现出了巨大的应用前景。根据原始耗材的不同，金属增材制造技术可分为丝材增材制造技术以及铺粉/送粉式增材制造技术。丝材增材制造技术因其较高的沉积效率和材料利用率，受到了研究者的广泛关注，尤其适合大型结构零件的成形制造。

近些年，在单丝增材制造基础上发展而来的多丝原位增材制造技术在多元合金零件或梯度零件的直接成形制造方面展现出了巨大的优势。不同于传统单丝增材制造，该技术将多根丝材同时送入熔池，在熔池内发生原位冶金而生成欲制备多元合金，熔池内合金成分通过控制各丝材的送丝速度比来实现。由于多丝原位增材制造技术实现了材料原位制备和结构制造的集成，因此能够进一步简短加工周期并降低加工费用，同时可灵活控制沉积样件成分，在传统难加工材料或梯度材料零件的直接成形加工方面具有不可比拟的优势。

但是，作为一种新兴技术，多丝原位增材制造目前仍存在诸多挑战或技术难题需要攻克。其中，原位冶金质量控制问题是该技术所面临的最主要的瓶颈，不充分的冶金反应将会导致成分偏析、应力集中或气孔裂纹等相关冶金缺陷，从而影响成形零件性能。现有技术中采用电子束分束的方式来对多丝增材制造过程中的熔池原位冶金时长进行调控，其虽为丝材原位增材制造技术中的熔池冶金调控提供了一种技术手段，但目前仍难以实现冶金时长的精确调控。这是由于该分束原位冶金调控技术目前仍为开环方式，即在沉积实验开始前需提前设定分束参数(如分束数量、分束距离、能量分配等)，并利用该参数完成整个零件的成形制造过程。但是由于增材制造过程中开始时较凉的基板以及成积过程中存在热量的累积，恒定分束参数显然难以满足冶金时长的精确调控。当冶金时长较短时，则易造成相关冶金缺陷，从而导致较差的力学性能，相反的，较长的冶金时长则易导致熔池产生流淌，从而导致较差的成形质量。因此如何提供一种更为精确的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方案以提高成形质量成为亟待解决的难题。

发明内容

为此，本发明提供一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法及系统，以解决现有技术中存在的多丝原位增材制造方案控制方式不够精确，局限性较高，从而导致原位成形质量较差的缺陷。

第一方面，本发明提供一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法，包括：

获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；其中，所述电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束；

基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，并基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定所述当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制。

进一步地，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制，具体包括：

根据所述冶金时长差值对波形发生卡产生的偏转电压信号进行调整，通过对所述偏转电压信号进行调整来调节内置偏转线圈产生的交变磁场，以实现调整电子束分束的参数；其中，所述参数包括分束数量、分束间距、分束交变频率及分束能量配比；所述分束数量、所述分束间距、所述分束交变频率及所述分束能量配比分别与相应的偏转电压信号相对应。

进一步地，基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，具体包括：对所述熔池图像进行灰度化处理，得到相应的原始灰度图像；对所述原始灰度图像进行二值化处理，得到相应的二值化图像；对所述二值化图像进行形态学处理及熔池特征提取处理，得到相应的熔池长度。

进一步地，基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长，具体包括：

确定所述熔池长度与所述工作台移动速度的实际比值，将所述实际比值确定为所述当前实际冶金时长。

进一步地，所述多熔丝原位增材制造过程是指利用至少两根异种丝材原材料在电子束的作用下进行增材制造，在熔池内发生冶金反应生成目标合金且同时成形样件结构的过程。

进一步地，所述电子束分束位于所述电子束主束的前方或后方，且与所述电子束主束形成共同的熔池。

第二方面，本发明还提供一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制系统，包括：

图像采集模块，用于获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；其中，所述电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束；

控制系统模块，用于基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，并基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定所述当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制。

进一步地，所述控制系统模块，具体用于：

根据所述冶金时长差值对波形发生卡产生的偏转电压信号进行调整，通过对所述偏转电压信号进行调整来调节内置偏转线圈产生的交变磁场，以实现调整电子束分束的参数；其中，所述参数包括分束数量、分束间距、分束交变频率及分束能量配比；所述分束数量、所述分束间距、所述分束交变频率及所述分束能量配比分别与相应的偏转电压信号相对应。

进一步地，所述控制系统模块，具体用于：对所述熔池图像进行灰度化处理，得到相应的原始灰度图像；对所述原始灰度图像进行二值化处理，得到相应的二值化图像；对所述二值化图像进行形态学处理及熔池特征提取处理，得到相应的熔池长度。

进一步地，所述控制系统模块，具体用于：

确定所述熔池长度与所述工作台移动速度的实际比值，将所述实际比值确定为所述当前实际冶金时长。

进一步地，所述多熔丝原位增材制造过程是指利用至少两根异种丝材原材料在电子束的作用下进行增材制造，在熔池内发生冶金反应生成目标合金且同时成形样件结构的过程。

进一步地，所述电子束分束位于所述电子束主束的前方或后方，且与所述电子束主束形成共同的熔池。

第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法的步骤。

本发明提供的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法，通过实时采集电子束多熔丝过程中的熔池图像获取熔池参数，并反馈控制分束参数来调控冶金时长，实现了利用实时调整电子束分束参数对原位增材制造熔池特性进行调控，从而对冶金时长进行闭环控制。其能够根据采集熔池数据实时调整分束参数，有效提高了原位增材制造过程中冶金时长的稳定性，从而实现对原位增材制造过程中的冶金时长进行精确控制，避免了因冶金反应过长而导致的熔池流淌的问题，改善了多丝原位增材制造过程中因冶金反应时长不足而导致的冶金缺陷，在满足原位零件成形质量的同时减少冶金缺陷的产生，提高成形零件的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的电子束多熔丝原位增材制造冶金设备的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的获得熔池长度的示意图；

图4是本发明实施例提供的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。

其中，1为电子枪，2为灯丝，3为偏压杯，4为阳极，5为聚焦线圈，6为X轴偏转线圈，7为Y轴偏转线圈，8为第一送丝机，9为第二送丝机，10为分束，11为主束，12为工业相机，13为相机保护套筒，14为工作台，15为真空室，16为处理器，17为波形发生卡，18为线圈驱动器；401为图像采集模块，402为控制系统模块；501为处理器，502为存储器，503为通信总线，504为通信接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面基于本发明所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明实施例提供的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法的流程示意图，具体过程包括以下步骤：

步骤101：获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；其中，所述电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束。

具体的，可通过视觉监控设备(比如工业相机等图像采集设备)实时获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像，即沉积过程图像。其中，所述多熔丝原位增材制造过程是指利用至少两根异种丝材原材料在电子束的作用下进行增材制造，在熔池内发生冶金反应生成目标合金且同时成形样件结构的过程。所述电子束分束用于调控熔池冶金时长，其位于所述电子束主束的前方或后方，且与所述电子束主束形成共同的熔池。

步骤102：基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，并基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定所述当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制。

具体的，在基于所述熔池图像得到相应的熔池长度过程中，首先对所述熔池图像进行灰度化处理，得到相应的原始灰度图像；然后对所述原始灰度图像进行二值化处理，得到相应的二值化图像；进而对所述二值化图像进行形态学处理及熔池特征提取处理，得到相应的熔池长度。在基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长过程中，首先计算所述熔池长度与所述工作台移动速度的实际比值，将所述实际比值确定为所述当前实际冶金时长。在根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制过程中，可根据所述冶金时长差值对波形发生卡产生的偏转电压信号进行调整，通过对所述偏转电压信号进行调整来调节内置偏转线圈产生的交变磁场，以实现调整电子束分束的参数。其中，所述参数包括分束数量、分束间距、分束交变频率及分束能量配比；所述分束数量、所述分束间距、所述分束交变频率及所述分束能量配比分别与相应的偏转电压信号相对应。

通过实时采集电子束多熔丝过程中的熔池图像获取熔池参数，并反馈控制分束参数来调控原位冶金时长，保证了原位增材制造过程中冶金时长的稳定性。一方面克服了因冶金时长不足而导致沉积零件中的气孔、成分偏析或热裂纹等相关冶金缺陷，另一方面也避免了因热累积导致的冶金时长过长而造成的熔池流淌及成形质量较差的问题。

在一个具体实施例中，预先根据需求设定工作条件，并预设电子束分束参数，电子枪产生电子分束，进行多熔丝原位沉积成形。在原位沉积过程中，采集在电子束作用下的熔池图像，并利用相关图像处理算法获取熔池长度信息，根据提取熔池长度L和预设工作台移动速度V计算当前实际冶金时长t，其中V通过G代码设定，并在沉积过程中保持恒定值，所述当前实际冶金时长t计算公式为：

进一步地，通过将计算所得当前实际冶金时长t与目标冶金时长t_s(即设定冶金时长)进行对比，可获取其冶金时长差值，并根据冶金时长差值对波形发生卡产生的偏转电压信号进行调整，完成冶金时长的闭环控制。具体的，当前实际冶金时长t小于目标冶金时长时，可选择增加分束数量、分束距离或减小主束能量；反之，则选择减少分束数量、分束距离或增加分束能量。

本实例中，所述预设电子束分束参数具体包括加速电压、电子束流、工作台移速、送丝速度和分束参数。优选的，本实例中选择两束电子束进行冶金反应时间调控，且分束位于主束后方，主束能量大于分束能量，交变频率优选范围5Hz～20Hz，分束距离优选为0～20mm以保证共熔池的存在。具体闭环控制方法可选用经典PID控制算法，也可选择自适应控制等现代控制算法，其可根据具体系统模型进行调整。

本发明实施例所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法，通过实时采集电子束多熔丝过程中的熔池图像获取熔池参数，并反馈控制分束参数来调控冶金时长，实现了利用实时调整电子束分束参数对原位增材制造熔池特性进行调控，从而对冶金时长进行闭环控制。其能够根据采集熔池数据实时调整分束参数，有效提高了原位增材制造过程中冶金时长的稳定性，从而实现对原位增材制造过程中的冶金时长进行精确控制，避免了因冶金反应过长而导致的熔池流淌的问题，改善了多丝原位增材制造过程中因冶金反应时长不足而导致的冶金缺陷，在满足原位零件成形质量的同时减少冶金缺陷的产生，提高成形零件的性能。

与上述提供的一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法相对应，本发明还提供一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制系统。由于该系统的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制系统的实施例仅是示意性的。请参考图4所示，其为本发明实施例提供的一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制系统的结构示意图。

本发明所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制系统，具体包括如下部分：

图像采集模块401，用于获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；其中，所述电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束；并将熔池图像实时传输至控制系统模块402。

进一步地，所述图像采集模块除包含图像采集设备外，还包括镜头防护装置和冷却装置。其中镜头防护装置用于保护图像采集设备镜头防受成形过程中的金属蒸气污染，冷却装置用于对图像采集设备进行强制冷却，防止因工作温度过高而导致设备损坏。

所述多熔丝原位增材制造过程是指利用至少两根异种丝材原材料在电子束的作用下进行增材制造，在熔池内发生冶金反应生成目标合金且同时成形样件结构的过程。所述电子束分束位于所述电子束主束的前方或后方，且与所述电子束主束形成共同的熔池。

控制系统模块402，用于基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，并基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定所述当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制。

具体的，所述控制系统模块402包括图像处理模块及反馈模块，所述图像处理模块用于实时处理图像采集模块401中传输的熔池图像，提取熔池长度并转换为冶金时长；所述反馈模块用于对比当前实际冶金时长与目标冶金时长(即设定时长)之间的差值，并根据差值数据对电子束分束参数进行调整，完成对原位冶金时长的闭环控制。

进一步地，所述系统还可包括分束生成模块。所述分束生成模块用于产生调控熔池冶金时长的电子束分束。所述分束生成模块产生的分束数量、分束间距、交变频率及分束能量配比动态可调，具体通过电子枪内置偏转线圈产生的交变磁场进行调节，其中所述偏转线圈由上位机中波形发生卡产生的偏转电压信号控制。

进一步地，所述控制系统模块具体用于：首先，对所述熔池图像进行灰度化处理，得到相应的原始灰度图像；对所述原始灰度图像进行二值化处理，得到相应的二值化图像；对所述二值化图像进行形态学处理及熔池特征提取处理，得到相应的熔池长度。然后，确定所述熔池长度与所述工作台移动速度的实际比值，将所述实际比值确定为所述当前实际冶金时长。最后，根据所述冶金时长差值对波形发生卡产生的偏转电压信号进行调整，通过对所述偏转电压信号进行调整来调节内置偏转线圈产生的交变磁场，以实现调整电子束分束的参数。所述参数包括分束数量、分束间距、分束交变频率及分束能量配比；所述分束数量、所述分束间距、所述分束交变频率及所述分束能量配比分别与相应的偏转电压信号相对应。

在一个完整实施例中，本发明所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制系统包括多丝材增材制造模块、图像采集模块、分束生成模块和控制系统模块。如图2所，所述多丝增材制造模块主要包括电子枪1、真空室15、工作台14、第一送丝机8和第二送丝机9。所述图像采集模块主要包括工业相机12和相机保护套筒13。所述分束生成模块主要包括波形发生卡17、线圈驱动器18、X轴偏转线圈6和Y轴偏转线圈7。所述控制系统模块为图1中所示处理器16。所述电子枪1内主要包括灯丝2、偏压杯3、阳极4和聚焦线圈5。

其中，所述工业相机12用于实时采集多丝材原位增材过程中熔池图像，并将采集的熔池图像实时传输至处理器16。相机保护套筒13用以保护工业相机镜头，从而防止沉积过程中因金属蒸汽污染镜头而导致的损坏设备或图像失真等问题。

所述分束生成模块用于产生增材制造过程中所需的电子束分束。其中，波形发生卡17用于产生偏转电压信号波形，且波形由处理器16控制产生。所述偏转电压信号经线圈驱动器18放大后作用于X轴偏转线圈6和Y轴偏转线圈7，产生偏转磁场，电子束在偏转磁场作用下产生分电子束。所述电子束分束参数包括分束数量N、分束间距D、分束能量E和分束交变频率F，且与偏转电压信号参数分别对应。

作为一种优选地实施例，所述偏转电压信号可采用直流方波信号，此时增材制造过程中产生分束10和主束11，具体如图2所示。峰值时刻，偏转线圈在电压信号作用下产生偏转磁场，电子束发生偏转，对应为分束10；相反的，当偏转电压位于基值时刻，电子束不进行偏转，对应主束11。所述处理器16可通过编程改变方波幅值、峰值占空比或频率等波形参数来对相应的分束间距D、分束能量E和电子束交变频率F进行调控，从而完成对多熔丝原位增材制造冶金时长的闭环控制。其中，沉积过程中主束11用来熔化丝材和形成熔池，分束10用来调控熔池存在时长，两者交替存在。

其中，所述处理器16可以是工业控制计算机。一方面，工业控制计算机用来接收并储存图像采集模块获取的熔池图像，同时采用相关处理算法提取熔池长度。作为一可选实施例，图像处理流程可包括ROI提取、中值滤波、灰度化、二值化及轮廓提取等相关算法。进一步地，根据获取的熔池长度获取当前冶金时长。另一方面，工业控制计算机还可用来实现冶金时长的闭环控制，对比当前实际冶金时长t与目标冶金时长，获取冶金时长差值，并根据冶金时长差值实时对电子束分束参数进行调整，以完成对冶金时长的精确控制。

本发明实施例所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制系统，通过实时采集电子束多熔丝过程中的熔池图像获取熔池参数，并反馈控制分束参数来调控冶金时长，实现了利用实时调整电子束分束参数对原位增材制造熔池特性进行调控，从而对冶金时长进行闭环控制。其能够根据采集熔池数据实时调整分束参数，有效提高了原位增材制造过程中冶金时长的稳定性，从而实现对原位增材制造过程中的冶金时长进行精确控制，避免了因冶金反应过长而导致的熔池流淌的问题，改善了多丝原位增材制造过程中因冶金反应时长不足而导致的冶金缺陷，在满足原位零件成形质量的同时减少冶金缺陷的产生，提高成形零件的性能。

与上述提供的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法相对应，本发明还提供一种电子设备。由于该电子设备的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的电子设备仅是示意性的。如图5所示，其为本发明实施例公开的一种电子设备的实体结构示意图。该电子设备可以包括：处理器(processor)501、存储器(memory)502和通信总线503，其中，处理器501，存储器502通过通信总线503完成相互间的通信，通过通信接口504与外部进行通信。处理器501可以调用存储器502中的逻辑指令，以执行电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法，该方法包括：获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；其中，所述电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束；基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，并基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定所述当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制。

此外，上述的存储器502中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：存储芯片、U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read为Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在处理器可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法。该方法包括：获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；其中，所述电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束；基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，并基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定所述当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制。

又一方面，本发明实施例还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法。该方法包括：获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；其中，所述电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束；基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，并基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定所述当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制。

所述处理器可读存储介质可以是处理器能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法，其特征在于，包括：

获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；其中，所述电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束；所述电子束分束位于所述电子束主束的前方或后方，且与所述电子束主束形成共同的熔池；

基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，并基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定所述当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制；所述根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制，包括：根据所述冶金时长差值对波形发生卡产生的偏转电压信号进行调整，通过对所述偏转电压信号进行调整来调节内置偏转线圈产生的交变磁场，以实现调整电子束分束的参数；所述参数包括分束数量、分束间距、分束交变频率及分束能量配比；所述分束数量、所述分束间距、所述分束交变频率及所述分束能量配比分别与相应的偏转电压信号相对应；

其中，所述波形发生卡包含于预设的分束生成模块内；所述分束生成模块用于产生电子束多熔丝原位增材制造过程中调控熔池冶金时长的电子束分束，且所述分束生成模块产生的分束数量、分束间距、分束交变频率及分束能量配比动态可调，具体通过电子枪内置偏转线圈产生的交变磁场进行调节；所述偏转线圈由波形发生卡产生的偏转电压信号控制；所述波形发生卡用于产生偏转电压信号波形。

2.根据权利要求1所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法，其特征在于，基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，具体包括：

对所述熔池图像进行灰度化处理，得到相应原始灰度图像；对所述原始灰度图像进行二值化处理，得到相应的二值化图像；对所述二值化图像进行形态学处理及熔池特征提取处理，得到相应的熔池长度。

3.根据权利要求1所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法，其特征在于，基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长，具体包括：

确定所述熔池长度与所述工作台移动速度的实际比值，将所述实际比值确定为所述当前实际冶金时长。

4.根据权利要求1所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法，其特征在于，所述多熔丝原位增材制造过程是指利用至少两根异种丝材原材料在电子束的作用下进行增材制造，在熔池内发生冶金反应生成目标合金且同时成形样件结构的过程。

5.一种电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制系统，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于获取电子束作用下多熔丝原位增材制造过程对应的熔池图像；其中，所述电子束包括通过偏转电压信号形成的交替工作的电子束主束和电子束分束；所述电子束分束位于所述电子束主束的前方或后方，且与所述电子束主束形成共同的熔池；

控制系统模块，用于基于所述熔池图像得到相应的熔池长度，并基于所述熔池长度以及预设的工作台移动速度确定当前实际冶金时长；确定所述当前实际冶金时长与目标冶金时长之间的冶金时长差值，根据所述冶金时长差值对所述电子束分束的参数进行调整，以实现对冶金时长的闭环控制；所述控制系统模块，具体用于：根据所述冶金时长差值对波形发生卡产生的偏转电压信号进行调整，通过对所述偏转电压信号进行调整来调节内置偏转线圈产生的交变磁场，以实现调整电子束分束的参数；其中，所述参数包括分束数量、分束间距、分束交变频率及分束能量配比；所述分束数量、所述分束间距、所述分束交变频率及所述分束能量配比分别与相应的偏转电压信号相对应；其中，所述波形发生卡包含于预设的分束生成模块内；所述分束生成模块用于产生电子束多熔丝原位增材制造过程中调控熔池冶金时长的电子束分束，且所述分束生成模块产生的分束数量、分束间距、分束交变频率及分束能量配比动态可调，具体通过电子枪内置偏转线圈产生的交变磁场进行调节，所述偏转线圈由波形发生卡产生的偏转电压信号控制；所述波形发生卡用于产生偏转电压信号波形。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任意一项所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法的步骤。

7.一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任意一项所述的电子束多熔丝原位增材制造冶金时长闭环控制方法的步骤。