[发明专利]一种高温熔融态金属表面形貌动态测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种高温熔融态金属表面形貌动态测量装置及方法，该方法为：实时获取被测物体表面上的调制图像；对所述调制图像进行三维傅里叶变换，并根据所述调制图像对应的基频频谱信息，进行滤波，得到物体的面形调制频谱，再通过三维逆傅立叶变换，获取到所述调制图像的截断相位数据；然后，基于所述调制图像的截断相位数据，利用时间轴上相位的连续性关系将后续截断相位进行相位展开，得到被测物体的相位数据；最后，利用预先建立的物体相位‑高度映射关系，根据被测物体的相位数据，获取高度数据，得到被测物体表面的点云数据。因此，本发明能够在激光加工过程中直观地获取被测物体表面当前状态的形貌几何尺寸状态和结构质量情况。

技术领域

本发明属于激光加工过程检测技术领域，具体涉及一种用于激光焊接、激光融覆、激光增材制造等过程中的高温熔融态金属表面形貌动态测量装置及方法。

背景技术

随着激光加工技术的发展，尤其近年来激光焊接及增减材制造技术的发展，高精度激光加工过程的质量实时检测技术受到高度重视，尤其在进行连续加工和大尺寸构件制造时，过程的稳定性和控制是其批量应用的关键。目前，国内外针对激光热加工过程的检测有CCD图像检测（熔池监控）、红外热成像、X射线等技术。在2018年以来，针对增材制造过程的质量检测与控制技术成为全球的研究热点，这也促进了激光增材制造过程的质量控制的发展。但是在这些检测方法中，主要存在两种方式，一种是激光工作停止的间隙进行检测，另一种是成形完成后或者层间进行检测；原位X射线等技术可用于在线检测，但其使用成本，现场要求以及检测对象的适用性等要求均很高，不适用于实际的复杂结构制造过程或者工业生产现场；红外热成像等技术很难获得激光加工中的金属物体（物体状态为高温熔融态）表面的实质细微缺陷几何尺寸，更多是宏观角度去进行综合判断，无法实现在线检测；传统的CCD熔池监控和温度监控技术，则更多的是集中在熔池长度宽度和局部质量的宏观判断，对其表面形貌的缺陷检测和定量判断很难实现；结合深度学习的方法，国内外也提出了融合激光加工过程的多种工艺数据和检测系统数据来建立大数据库，从而训练得出其过程质量的波动和可能出现的质量缺陷，该方法有望实现针对具体某种材料在某种设备下的高精度过程质量判断和监控，但其建立过程需要大量的试验以及固定学习模型框架，所以一旦材料或设备状态发生了变更，其建立的训练模型和控制模型就会降低精度或失效。

因此，有必要提出一种能够在激光加工过程中在线地进行三维形貌测量、直接通过物体的形貌特征获取相应质量缺陷的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中无法获取到激光加工过程的金属物体（物体状态为高温熔融态）形态缺陷的问题，提供一种高温熔融态金属表面形貌动态测量装置及方法，本方法能够在激光加工过程中直观地获取被测物体表面当前状态的形貌几何尺寸状态和结构质量情况。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高温熔融态金属表面形貌动态测量方法，包括以下步骤：

S1：采用基于紫外光照明的照明投影系统向被测物体表面投射标准条纹图像，实时获取被测物体表面上的调制图像；

S2：对所述调制图像进行三维傅里叶变换，并根据所述调制图像对应的基频频谱信息，进行滤波，得到物体的面形调制频谱，再通过三维逆傅立叶变换，获取到所述调制图像的截断相位数据；

S3：基于所述调制图像的截断相位数据，并以空间相位展开的初值状态为基础，利用时间轴上相位的连续性关系将后续截断相位进行相位展开，得到被测物体的相位数据；

S4：利用预先建立的物体相位-高度映射关系，根据被测物体的相位数据，获取被测物体的高度数据，从而得到被测物体表面的点云数据。