[发明专利]一种用于大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测方法

说明书

本发明公开了一种用于大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测方法。该方法包括六轴机器人、六轴机器人控制柜、探头夹紧装置、光源、红外热像仪、数字锁相器、调制信号发生器、激光超声探头、激光超声激励/接收模块、控制器、计算机。利用锁相红外技术与最小包围矩形算法对大型金属构件增材制造过程中疑似缺陷区域实现最小矩形划分，再使用激光超声对已划分的疑似缺陷区域进行扫查检测。本发明的技术特色是，实现了对增材制造大型金属构件缺陷的准确识别及定位，具有自动化程度高，环境适应性强，检测效率高等优点。

技术领域

本发明专利属于无损检测领域，特别涉及一种用于大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测方法。

背景技术

增材制造技术也被称为3D打印，与传统“减材制造”不同，增材制造在制造过程中接收CAD模型的数据，通过材料一层一层的叠加进行三维构件的制造，解决了复杂精细零部件的设计和制造难题。大型金属构件激光增材制造应用在航空件的制造上，如国产客机中，如制造中央翼缘条构件，高达3070mm。

但由于大型金属构件在激光增材制造中，一直处于循环热冲击状态，使得构件内部出现残余热应力，且由于熔池的温度梯度大，易产生的收缩应力，使得构件产生开裂、气孔、翘曲变形等表面缺陷，严重影响了大型增材制造金属构件的质量。

为了提高大型金属构件激光增材制造的质量，开展对大型金属构件激光增材制造无损检测非常重要。现有增材制造检测都以制造后的离线检测为主，不能及时检测构件制造过程中的质量。如公布号为CN2016140927U，授权公布日为2016年9月29日的专利文献公开了一种3D打印机的自动检测装备，通过电动伸缩杆的轴阵排列、各伸缩杆的伸缩来控制检测平台，以调整检测角度，但该装备只能对已成型工件进行检测，且并不适应高温的加工环境。另外，申请公布号为CN107402044A，申请公布日为2017年11月28日，提供了一种金属增材制造构件质量在线无损检测系统及方法。通过检测车携带检测探头，并在激光喷头上安装探头实现不同层面的无损检测，但该方法安装复杂，且对制造过程造成干扰。现有增材制造无损检测技术，在自动化水平以及检测的效率放方面都存在很大不足，且对缺陷检测的精准率较低，都不能适应大型金属构件的检测需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测方法，利用锁相红外技术与最小包围矩形算法对大型金属构件制造过程中疑似缺陷区域实现最小矩形划分，再使用激光超声对已划分的疑似缺陷区域矩形进行扫查检测，大大地提高缺陷检测的精确性。

本发明采用的技术方案：一种用于大型金属构件激光增材制造过程的在线无损检测方法，包括运动模块：六轴机器人、六轴机器人控制柜、探头夹紧装置；检测模块：光源、红外热像仪、数字锁相器、调制信号发生器、激光超声探头、激光超声激励/接收模块；信息处理模块：控制器、计算机。

探头夹紧装置上装有激光超声探头、光源、红外热像仪；控制器连接六轴机器人控制柜与计算机，并与增材制造的控制柜建立通讯。在检测开始之前，通过调制信号发生器对其光源设置强度参数，红外热像仪连接数字锁相器和调制信号发生器，激光超声探头连接激光超声激励/接收模块。

在增材制造开始生产之前，在控制器中设置检测开始所需要达到的金属构件打印的层数n。设置完成后，增材制造开始，当达到控制器所预设的打印层数n，打印暂停；控制器将发出信号到六轴机器人控制柜使得六轴机器人移动到待检测位置，当达到检测预定位置时，六轴机器人在预定位置停留，并且六轴机器人控制柜将反馈信号到控制器；控制器接收到信号后，与此同时，调制信号发生器控制光源按正弦规律变化，由数字锁相器激励红外热像仪对被测物体的热波动幅值进行探测，并采集多幅热图像和进行热图像信号的重构，再判定缺陷的存在。