[发明专利]电子束熔丝增材制造过程的零件形貌三维重建方法及装置

权利要求书

1.一种电子束熔丝增材制造过程的零件形貌三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制待沉积增材工件根据设定轨迹运动至目标位置；

在采样时刻t，采集当前电子束光斑图像和工作台的XY位置信息，对初始图像进行图像处理，获得光斑位置信息；

根据所述光斑位置信息的电子束光斑的重心的坐标信息获得工件的当前高度；以及

根据所述XY位置信息和所述当前高度识别当前位置下的工件形貌，并将所述待沉积增材工件移动至下一目标位置，直至所有待检测区域的目标位置重建完成，得到零件形貌三维重建结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在开始检测之前，还包括：

向所述待沉积增材工件上发射一束高能电子束，其中，所述高能电子束从电子枪阴极发出后，经过阳极加速至1/3～1/2光速，并经电磁偏转线圈偏转后，沿直线运动至工件表面，以在发生碰撞产生热效应后，工件局部变热发光产生光斑。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对初始图像进行图像处理，包括：

获取所述电子束光斑区域的当前图像，并对所述当前图像进行增强和去噪处理，得到增强后的电子束光斑区域图像；

提取所述增强后的电子束光斑区域图像中的灰度梯度特征，得到灰度梯度图像；

对所述灰度梯度图像进行阈值分割，得到二值化图像，并从所述二值化图像中检测得到电子束光斑轮廓；

根据所述电子束光斑轮廓获得电子束光斑的重心，得到光斑的重心的Y坐标。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Y坐标的计算公式为：

其中，i为像素在图像中的列数，j为像素在图像中的行数，Y为重心P点的纵坐标，I(i,j)为图像i列j行处的像素灰度值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前高度的计算公式为：

h₁＝k*h′+h₀，

其中，k为放大系数，h’为当前光斑中心在相机感光芯片中距离感光芯片中心的差，h₀为工件零点高度。

6.一种电子束熔丝增材制造过程的零件形貌三维重建装置，其特征在于，包括：

控制模块，用于控制待沉积增材工件根据设定轨迹运动至目标位置；

处理模块，用于在采样时刻t，采集当前电子束光斑图像和工作台的XY位置信息，对初始图像进行图像处理，获得光斑位置信息；

获得模块，用于根据所述光斑位置信息的电子束光斑的重心的坐标信息获得工件的当前高度；以及

重建模块，用于根据所述XY位置信息和所述当前高度识别当前位置下的工件形貌，并将所述待沉积增材工件移动至下一目标位置，直至所有待检测区域的目标位置重建完成，得到零件形貌三维重建结果。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

发射模块，用于在开始检测之前向所述待沉积增材工件上发射一束高能电子束，其中，所述高能电子束从电子枪阴极发出后，经过阳极加速至1/3～1/2光速，并经电磁偏转线圈偏转后，沿直线运动至工件表面，以在发生碰撞产生热效应后，工件局部变热发光产生光斑。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块进一步用于获取所述电子束光斑区域的当前图像，并对所述当前图像进行增强和去噪处理，得到增强后的电子束光斑区域图像；提取所述增强后的电子束光斑区域图像中的灰度梯度特征，得到灰度梯度图像；对所述灰度梯度图像进行阈值分割，得到二值化图像，并从所述二值化图像中检测得到电子束光斑轮廓；根据所述电子束光斑轮廓获得电子束光斑的重心，得到光斑的重心的Y坐标。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述Y坐标的计算公式为：

其中，i为像素在图像中的列数，j为像素在图像中的行数，Y为重心P点的纵坐标，I(i,j)为图像i列j行处的像素灰度值。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述当前高度的计算公式为：

h₁＝k*h′+h₀，

其中，k为放大系数，h’为当前光斑中心在相机感光芯片中距离感光芯片中心的差，h₀为工件零点高度。