本发明专利技术涉及增材制造熔池形貌领域，具体涉及一种用于检测熔池形貌的装置和方法及应用。所述装置包括信号检测收集模块(1)和数据处理模块(2)，所述信号检测收集模块(1)包括激光传感器(4)；所述数据处理模块(2)包括显形单元(10)；所述显形单元(10)同所述激光传感器(4)连接。将收集的信号及时输送至显形单元中，同步呈现出检测的熔池连续变化情况，以此实现在线检测熔池形貌，并根据熔池的实际变化趋势来快速反馈调整加工参数，保证加工质量。同时本发明专利技术提供的检测装置因为保护装置的存在，可以有较强的抗高温，能够准确快速的检测熔池形貌变化。
【技术实现步骤摘要】
一种用于检测熔池形貌的装置和方法及应用
本专利技术涉及增材制造熔池形貌领域，具体涉及一种用于检测熔池形貌的装置和方法及应用。
技术介绍
随着科学技术的发展，激光增材制造技术逐渐成为了一种新型加工方式，对于加速传统制造业转型升级，促进我国高端制造业发展具有重要作用。目前在国防工业、航天航空和核电等许多重要行业有了一定的应用，国家也在大力支持增材制造的相关研究。若能实现增材制造高精度加工，必然会引起制造业的变革。而想要实现高精度，对于熔池的研究是必不可少的。熔池是影响加工质量好坏的一个非常重要指标，如果可实现熔池的在线检测对增材制造的研究意义非凡。但是由于熔池存在的时间短、变化复杂导致熔池检测十分困难。其实熔池并不是仅仅存在于增材制造中，相对于焊接工艺、激光熔覆工艺中均存在熔池，但由于增材制造中的熔池的尺寸非常小，干扰多，检测更困难。就目前研究情况，对于熔池的检测通常是针对温度以及形貌这两个参数进行的。我们可以通过控制熔池的特性参数，来进一步控制加工精度。熔池的检测对于增材制造工艺提升具有非常重要的指导意义。现在存在一些熔池的检测方法，但更多的是针对于传统的焊接熔池，真正用来检测增材制造的熔池较少。检测熔池的温度或者形貌对于熔池的研究都有重要的意义。其中测温法有接触式和非接触式，接触式主要采用热电偶的方式直接接触熔池测量其温度，并且由于需要接触只能进行单点式的温度测量；而非接触式的有多种方法，包括热辐射法和CCD(ChargecoupledDevice)图像信号测温。热辐射法通过感知熔池发出的红外射线，依靠热辐射原理来推算熔池温度，其得到的温度结果有较大的误差；CCD图像信号测温，利用CCD元件将采集到的光信号转变为图像，然后用标准高温黑体辐射源标定，呈现出熔池温度。测形法主要是采用高速摄像机，利用复合滤光技术和特殊光源，经过一定的处理后得到熔池的形貌。但是在增材制造过程中，由于金属粉末的快速高温融化，在熔池周围形成大量的高温等离子体，其状态与熔池相似，对于检测造成较大的干扰。同时熔池附近伴随着强光，对于熔池图像的摄取也存在很大的干扰，而且CCD图像信号测温和高速摄像机测形法都要经过一系列后处理才能呈现出想要的结果，并不能及时得到熔池参数信息，具有一定的滞后性，很难实现在线检测。
技术实现思路
鉴于此，为了解决上述熔池检测困难的问题，本专利技术公开了一种用于检测熔池形貌的装置，该方法通过利用激光传感器的独特优势可以克服在增材制造过程中强光、高温干扰，能够实现增材制造中熔池的精确、快速检测，利用软件准确的将熔池的形貌呈现出来。具体而言，本专利技术提供了一种用于检测熔池形貌的装置和方法及应用。本专利技术提供了一种用于检测熔池形貌的装置，包括信号检测收集模块1和数据处理模块2，所述信号检测收集模块1包括激光传感器4；所述数据处理模块2包括显形单元10；所述显形单元10同所述激光传感器4连接。优选的，所述信号检测收集模块1还包括位于激光传感器4外部的保护装置5。优选的，所述保护装置5包括保护外壳6和冷却装置7，所述保护外壳6套在所述激光传感器4的外部；所述冷却装置7通过冷却管路9同所述保护外壳6连接。优选的，所述冷却装置7包括位于激光传感器外部的循环制冷设备8，所述冷却管路9包括同所述保护外壳6连接的进管和出管。优选的，所述装置还包括支撑调整模块3。优选的，所述支撑调整模块3包括用来调整激光传感器4角度的旋转台11和角位移台12或者包括机械臂。优选的，所述旋转台11同所述激光传感器4直接相连，所述角位移台12通过所述旋转台11同所述激光传感器4相连。优选的，所述角位移台12同所述激光传感器4直接相连，所述旋转台11通过所述角位移台12同所述激光传感器4相连。本专利技术还提供了一种用于检测熔池形貌的方法，通过信号检测收集模块1中的激光传感器4发射和接收信息，然后将数据输送至数据处理模块2中的显形单元10，显形单元10识别信号来检测出熔池形貌。优选的，所述信号检测收集模块1还包括位于激光传感器4外部的保护装置5。优选的，所述保护装置5包括保护外壳6和冷却装置7，所述保护外壳6套在所述激光传感器4的外部；所述冷却装置7通过冷却管路9同所述保护外壳6连接。优选的，所述冷却装置7包括位于激光传感器外部的循环制冷设备8，所述冷却管路9包括同所述保护外壳6连接的进管和出管。优选的，还包括用来支撑和调整激光传感器4的支撑调整模块3。优选的，所述支撑调整模块3包括用来调整激光传感器4角度的旋转台11和角位移台12或者包括机械臂。优选的，所述旋转台11同所述激光传感器4直接相连，所述角位移台12通过所述旋转台11同所述激光传感器4相连。优选的，所述角位移台12同所述激光传感器4直接相连，所述旋转台11通过所述角位移台12同所述激光传感器4相连。优选的，所述信号检测收集模块1还包括保护装置5，通过位于激光传感器4外部的保护装置5来保护激光传感器4。优选的，所述保护装置5包括保护外壳6和冷却装置7，通过套在所述激光传感器4的外部的保护外壳6保护激光传感器4；所述冷却装置7通过冷却管路9同所述保护外壳6连接。优选的，所述冷却装置7包括循环制冷设备8，通过位于激光传感器4外部的循环制冷设备8实现激光传感器4的正常工作，所述冷却管路9通过进管和出管同所述保护外壳6进行连接。优选的，所述方法还包括利用支撑调整模块3来调整激光传感器4对准熔池形貌的角度。优选的，所述支撑调整模块3包括用来调整激光传感器4角度的旋转台11和角位移台12或者包括机械臂。优选的，所述旋转台11同所述激光传感器4直接相连，所述角位移台12通过所述旋转台11同所述激光传感器4相连。优选的，所述角位移台12同所述激光传感器4直接相连，所述旋转台11通过所述角位移台12同所述激光传感器4相连。本专利技术还提供了以上任一项所述的装置在熔池形貌检测领域中的应用。优选的，所述应用为在增材制造熔池形貌领域中的应用。所述信号探测收集模块作为本专利技术的光信号输出及接收装置，利用激光传感器作为工作元件，采用三角测量原理通过激光传感器的光学系统发射激光到被测熔池表面，进行光信号的输出，其中激光为线状，由一定数量的点组成；同时由于熔池表面形貌轮廓不同，发射到被测熔池表面的线激光上不同的点将以一定的角度反射到传感器的感应元件上来接收信号，接收信号为点的相对位置信息。与此同时，为了配合激光传感器的正常工作，所述信号检测收集模块还设置了保护装置，一方面用来防止激光传感器被碰撞损坏，另一方面使激光传感器时刻处于正常温度下进行工作，从而防止由于熔池周围温度过高，影响激光传感器测定的精确性。其中，所述保护装置包括设置在激光传感器外部的保护外壳以及用来控制激光传感器温度，保证激光传感器正常工作的冷却装置。所述保护外壳用来保护激光传感器整体不被碰撞损坏。所述的数据处理模块中显形单元接收传感器传输的电信号，其中电信号包含着熔池外轮廓点的相对位置坐标信息。由于传感器连续扫描熔池，将得到大量点的信息，显形单元将具有不同位置坐标的点组合形成点云图，重现熔池形貌。为了能够保证激光传感器的激光对准熔池，实现熔池形貌的准确检测，所述检测装置还包括支撑调整模块。一方面，所述支撑调整模块包括旋转台，所述旋转台同所述激光传感器直接相连；所述支撑调本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于检测熔池形貌的装置，其特征在于，包括信号检测收集模块(1)和数据处理模块(2)，所述信号检测收集模块(1)包括激光传感器(4)；所述数据处理模块(2)包括显形单元(10)；所述显形单元(10)同所述激光传感器(4)连接。
【技术特征摘要】
1.一种用于检测熔池形貌的装置，其特征在于，包括信号检测收集模块(1)和数据处理模块(2)，所述信号检测收集模块(1)包括激光传感器(4)；所述数据处理模块(2)包括显形单元(10)；所述显形单元(10)同所述激光传感器(4)连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号检测收集模块(1)还包括位于激光传感器(4)外部的保护装置(5)。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述保护装置(5)包括保护外壳(6)和冷却装置(7)，所述保护外壳(6)套在所述激光传感器(4)的外部；所述冷却装置(7)通过冷却管路(9)同所述保护外壳(6)连接。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述冷却装置(7)包括位于激光传感器(4)外部的循环制冷设备(8)，所述冷却管路(9)包括同所述保护外壳(6)连接的进管和出管。5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括支撑调整模块(3)。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述支撑调整模块(3)包括用来调整激光传感器(4)角度的旋转台(11)和角位移台(12)或者包括机械臂。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述旋转台(11)同所述激光传感器(4)直接相连，所述角位移台(12)通过所述旋转台(11)同所述激光传感器(4)相连。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述角位移台(12)同所述激光传感器(4)直接相连，所述旋转台(11)通过所述角位移台(12)同所述激光传感器(4)相连。9.一种用于检测熔池形貌的方法，其特征在于，通过信号检测收集模块(1)中的激光传感器(4)发射和接收信息，然后将数据输送至数据处理模...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓杰，张妍，李瑞行，张运刚，董永，杨忠新，姚张群，季鸿鸣，陈岁元，刘常升，魏明炜，董世运，赵晓霆，
申请(专利权)人：山西暗睛光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14
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