[实用新型]一种激光选区熔化加工过程同轴监测装置

权利要求书

1.一种激光选区熔化加工过程同轴监测装置，其特征在于：包括光路模块(1)、光电二极管模块(5)、二极管控制器(6)、激光头(2)、COMS高速摄像机(3)、摄像机控制器(4)、计算机(7)；

所述光电二极管模块(5)包括聚焦透镜(9)和光电二极管(8)；光电二极管(8)通过二极管控制器(6)电讯连接计算机(7)；COMS高速摄像机(3)通过摄像机控制器(4)电讯连接计算机(7)；

所述光路模块(1)包括扫描振镜(11)、半透半反镜(12)、第一滤光片(13)、第二滤光片(14)、分束镜(15)；所述扫描振镜(11)、半透半反镜(12)、分束镜(15)、第二滤光片(14)、聚焦透镜(9)、光电二极管(8)依次光路连接；COMS高速摄像机(3)通过第一滤光片(13)与分束镜(15)光路连接；激光头(2)与半透半反镜(12)光路连接。

2.根据权利要求1所述激光选区熔化加工过程同轴监测装置，其特征在于：所述摄像机控制器(4)包括图像采集模块(41)、图像转换模块(42)、图像滤波模块(43)、阈值分割模块(44)、数据传输模块(45)；

图像采集模块(41)，用于控制所述COMS高速摄像机(3)采集熔池的实时图像数据，并保存于内存中；

图像转换模块(42)，将反馈至COMS高速摄像机(3)的彩色图像显示成灰度图像，并建立其坐标系；

图像滤波模块(43)，利用中值滤波器模板对灰度图像进行滤波以平滑图像、去除噪音；

阈值分割模块(44)，利用灰度直方图，选取直方图的阈值作为最小值，根据阈值对图像进行二值化处理，分割为熔池像素点和非熔池像素点；

数据传输模块(45)，将处理得到的图像输出至计算机(7)并保存。

3.根据权利要求1所述激光选区熔化加工过程同轴监测装置，其特征在于：所述二极管控制器(6)光采集模块(61)、程控放大器(62)、低通滤波器(63)、AD采集卡(64)、数据传输模块(65)；

光采集模块(61)，用于控制光电二极管(8)采集熔池的可见光信号；

程控放大器(62)，程控放大器(62)根据输入信号的大小，自动改变其增益，使其输出电压始终保持在满量程值的范围之内；

低通滤波器(63)，由于输出信号中含有高频噪声，利用低通滤波器(63)抑制高频噪声；

AD采集卡(64)，用来采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能够识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要进行相应的计算和处理，得出所需的数据；

数据传输模块(65)，将处理得到的数据输出至计算机(7)并保存。

4.根据权利要求1至3中任一项所述激光选区熔化加工过程同轴监测装置，其特征在于：所述COMS高速摄像机(3)像素分辨率不低于1024×1024，在全分辨率的条件下可达到75帧/秒；整体快门最短曝光时间为1μs；120dB的大动态范围；光谱范围400-950nm，8位采样分辨率。

5.根据权利要求4所述激光选区熔化加工过程同轴监测装置，其特征在于：所述光电二极管(8)为Si光电二极管，其具有9×9mm有效面积，单个Si光电二极管感光面积为3×3mm，具有190-1100nm的光谱范围，聚焦透镜(9)将整个熔池发射的辐射聚焦在Si光电二极管平面上。

6.根据权利要求4所述激光选区熔化加工过程同轴监测装置，其特征在于：所述第一滤光片(13)和第二滤光片(14)用于滤出所需的熔池采集波段；其中，第一滤光片(13)位于COMS高速摄像机(3)和分束镜(15)之 间，采用了中心波长处于600～650nm范围内的窄带滤光片，以保证COMS高速摄像机(3)的光谱灵敏度；第二滤光片(14)位于光电二极管(8)和分束镜(15)之间，采用具有截至波长为950nm的低通滤光片和具有截至波长为780nm的高通滤光片的组合，以避免传感器暴露于可能的反射激光辐射，并且排除周围光线的影响。