[发明专利]基于红外测温图像的金属激光沉积制造扫描路径规划方法

摘要

基于红外测温图像的金属激光沉积制造扫描路径规划方法，要建立熔宽和熔高的预测模型，然后进行红外热像仪的几何标定、成形层面温度分区及分区边缘轮廓识别与几何表达、分层轮廓与成形层温度分区边缘轮廓匹配，最后实现分区扫描路径规划。采用红外热像仪测量成形层面温度分布，具有较强的抗干扰能力和适应性，并且具有较高的测量精度。采用工作台三轴精确运动换位与热像仪在指定位置采集成形层面图像的方法，图像质量稳定，红外热像仪的几何标定计算简单快速。采用实际层高的分层轮廓与成形层温度分区边缘轮廓匹配，既保证了下一成形层边界精确又融合了已成形层作为基体层温度分布的几何信息。采用基于成形层面实时热像温度分布的分区动态扫描路径规划，有利于减小温度梯度和和局部热应力集中。

主权项

基于红外测温图像的金属激光沉积制造扫描路径规划方法，具体步骤如下：(1)建立熔宽和熔高的预测模型采用红外热像仪实时检测的方法，对每个层面温度分布进行检测分析，并检测成形层面的熔高和熔宽，建立预测模型；并对预测模型进行测试和改进，保证利用该模型预测熔高和熔宽的准确有效；(2)红外热像仪的几何标定在激光沉积制造过程中，将红外热像仪固定在成形工件上方位置，每层成形后，工作台及其上工件移动，通过红外热像仪采集稳定质量的图像，并可实现工作台三轴精确运动换位采集多幅图像，设计制造几何尺寸和结构已知、发热温度恒定的圆形标志点放置在工作台固定位置，结合红外热像仪几何位置信息，通过对热像仪采集多幅圆形标志点图像的处理计算，完成红外热像仪的几何标定；（3）成形层面温度分区及分区边缘轮廓识别与几何表达利用热像仪输出的按照不同温度范围分区分颜色显示图像和分区温度数据，进行图像转换，提取出各温度分区的边缘轮廓，并对非闭合边缘轮廓进行边缘连接，每层成形后，通过工作台在指定位置的三轴精确运动换位，热像仪采集同一成形层面场景的两幅或以上的图像，并将发热圆形标志点作为两幅或以上的图像的匹配点，根据图像所提供的有关信息进行三维几何重建，完成成形层面内部温度分区边缘轮廓离散点的三维坐标计算，实现成形层面红外图像内温度信息和几何信息匹配；（4）分层轮廓与成形层温度分区边缘轮廓匹配通过提取成形层面边缘轮廓离散点的Z值，结合成形层数，计算实际成形层厚，在下一层分层高度位置对模型进行分层，获得分层轮廓，将成形层面内部温度分区边缘轮廓与分层轮廓匹配合成；(5)分区扫描路径规划基于红外热像仪实时检测的成形层面的各分区温度，依据熔高和熔宽的预测模型，为保证熔高稳定一致，分区适应性调整工艺参数；在调整后工艺参数条件下预测熔宽，分区变扫描间距生成扫描路径；基于各分区温度，按先低后高的原则，优化分区扫描顺序。