[发明专利]基于SVR的激光直接金属沉积过程元素浓度实时监控方法及装置

权利要求书

1.一种基于SVR的激光直接金属沉积过程元素浓度实时监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在激光直接金属沉积中，利用与基板处于同一水平面的探头通过光纤逆向打出的光斑，使得光斑与沉积层保持相切；

步骤2：提取特征光谱信号；

从利用光谱仪获取的激光直接金属沉积过程中的光谱信号中，按照以下准则提取材料中待分析元素A和B的两组特征光谱信号I_A1，I_A2，I_B1，I_B2，并计算获得元素特征谱线的相对强度比I_A1/I_B1，I_A1/I_B2，I_A2/I_B1，I_A2/I_B2，以及每个特征光谱信号的积分强度I_inte：

1)按照材料待分析元素的两组特征光谱线在所选波长范围中呈正态分布且互不重叠；

2)材料待分析元素在对应波长下的特征光谱线为一级原子激发谱，并且谱线的精度级别至少为B级；

所述每个谱线信号的积分强度I_inte，即在所选择的波长范围内光谱强度信号对横坐标波长的积分；

步骤3：获取预测模型训练数据；

利用元素成分已标识的材料按照元素的原子百分比依次按照设定的浓度梯度从0at.％到100at.％，按照步骤1所述的方法进行激光直接金属沉积，利用光谱仪获取激光直接金属沉积过程中的光谱信号，并按照步骤2提取特征光谱信号；

步骤4：采用SVR算法构建预测模型；

利用步骤3中获得的元素成分已标识的材料的特征光谱信号x_i和成分标识结果y_i作为训练数据，训练材料元素成分预测模型g(x_i)；

其中，x_i＝(I_A1/I_B1，I_A1/I_B2，I_A2/I_B1，I_A2/I_B2，I_inte)_i；

步骤5：按照步骤1进行激光直接金属沉积时，利用光谱仪实时获取步骤2所述的待分析元素成分的特征光谱线相对强度比和积分强度信号，作为测试数据输入步骤4获得的预测模型中，获得元素成分预测结果，完成监测过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测模型的构建方法还包括标定曲线法、秩和线性相关法、多元线性回归法、主元素回归法、最小二乘法或神经网络法。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2提取的特征光谱信号包括谱线相对强度、峰值强度与基线强度比、等离子体温度和电子密度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，利用元素成分预测结果与元素成分设定阈值之差采用PID增量式算法对激光直接金属沉积中送粉器的电机转速，具体过程如下：

当A的原子浓度增加δ时，A粉对应送粉器的电机转速减少δ，B粉对应送粉器的电机转速增加δ。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当材料待分析元素成分为三种或三种以上时，首先将待分析元素成分分为两组，作为两组整体待分析的元素，按照权利要求1所述的方法对每组整体待分析的元素进行整体预测，然后按照权利要求1所述的方法对每组整体待分析的元素中的每个元素成分进行预测，完成每个待分析元素成分的监测。

6.一种基于SVR的激光直接金属沉积过程元素浓度实时监控装置，其特征在于，包括激光直接金属沉积加工头、基板、光谱探头、光纤、光谱仪、处理单元及控制单元；

光谱探头设置于与基板上的沉积层所在平面平行的平面，所述光谱探头通过光纤与光谱仪相连，所述光谱仪与控制单元均与所述处理单元相连，所述处理单元依照上述权利要求1-5任一项所述的方法，输出待分析元素成分的预测结果，控制单元基于预测结果对送粉器电机进行控制，实现对激光直接金属沉积过程元素成分的实时监控。