[发明专利]一种基于激光定向能量沉积监测系统的熔池溅射检测方法

说明书

本发明提出了一种基于激光定向能量沉积监测系统的熔池溅射检测方法。本系统含808nm激光源、拍照系统和图像处理系统。拍照系统同时采集各处图像传与图像处理系统构建图像集合，预处理得预处理图，对预处理图标注得熔池标注框、溅射类型、溅射标注框；构建生成式对抗神经网络，图中各类型与各标注框作为标签结合神经网络预测类型与标记构建损失函数以优化神经网络；待检测图输入已优化网络得最终标注框。本发明优点：用近红外光源由仪器观测识别避免人眼观察造成损伤；外加激光源增加可拍摄性和图样可读性、准确性；采用高速摄像机获取点状溅射，设置六个相机同时拍摄使对象形貌更丰富，提高识别的精确度以及检测效率。

技术领域

本发明涉及金属增材制造气孔研究和疲劳防治领域，尤其涉及一种基于激光定向能量沉积监测系统的熔池溅射检测方法。

背景技术

激光定向能量沉积技术是一种新型激光快速成形制造工艺，用它能直接成型出接近完全致密度、力学性能良好的金属零件，在航空航天、汽车、生物医疗等领域展现了良好的应用前景，已经形成了一股研究热潮，国内有清华大学、中国科学院等研究机构、国外有德国EOS、美国3D systems、比利时鲁汶大学等机构在进行激光定向能量沉积领域的研究，均有不小的突破。在2018年SAE发布了首套行业增材制造材料与工艺标准，包括4项具体标准，主要涉及基于粉末床的激光熔融(LPBF)增材制造技术；2019年，增材制造公司NorskTitanium和SAE又推出了定向能量沉积(DED)3D打印技术应用的第一个规范。新规范确定了航空航天领域的用户采购Norsk Titanium快速等离子沉积(RPD)预制件的最低要求。但是在制造过程中，由于激光功率密度、扫描速度等工艺参数影响，零部件的形成过程就可能会出现缺陷(如裂纹、孔洞等)。送粉激光增材制造相比铺粉而言操作更加灵活，可以在制备过程中变换粉末，也可以制备出复杂形状的部件，但该工艺颇受人们关注的同时，气孔的出现依然是部件制造过程中经常发生的问题，由此显著降低了部件的疲劳寿命和机械强度。然而，即便已经明确知晓个中缺陷的危害并加以警惕，对激光能量与沉积粉末之间的物理现象的深入理解目前仍然是一件非常不容易的事情，急需有塬位在线监测技术对影响粉末流速、基材吸收激光能量、熔池动力学和气孔形成的相关机制进行研究。同样的，在金属材料熔融过程产生的溅射也会造成其余部件的污染和破坏。因此需要利用捕捉设备对熔池和溅射进行监测，并进行反馈处理，从而对加工过程进行针对性的调控来实时优化整个加工过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光定向能量沉积监测系统的熔池溅射检测方法，旨在捕获真实的熔池和溅射的图样，便于增材制造过程中对加工缺陷的原因分析和处理。

本发明系统的技术方案是激光定向能量沉积监测系统，其特征在，包括：808nm激光光源、拍照系统和图像处理系统；

所述808nm激光光源，用于对监测区域提供足够的光强，将熔池和溅射更好地暴露出来；

进一步地，所述808nm激光光源前方放置滤波片，滤波片的选择依靠采用的金属材料的光谱波长选择，旨在削弱其余繁杂的光波，加强对应的波长，捕获更真实的熔池溅射图样；

其中，所述808nm近红外激光对本系统具有最佳促进作用，此外，处于近红外区域的850nm、860nm也对本系统有帮助，本系统对光源的使用包括但是不限制在808nm的激光上；

其中，理论上，所述808nm激光光源在拍照系统进行拍照时需对监测区域提供足够的光强，在拍照系统进行拍照之后就可以关闭；但是如果图像处理系统处理的速度足够快，可以实现实时监测，所述808nm激光光源则需要持续长时间对监测区域提供足够的光强。

所述拍照系统，用于对熔池和溅射的空间信息和光谱信息进行拍摄并且将图像传输给图像处理系统；

进一步地，所述拍照系统设置多个高速摄像机，在同一水平面分别间隔一定角度同时进行拍摄，将同一时刻的不同方位的图像共同传输至图像处理系统处理。