金属增材制造熔池形貌三维视觉传感器及检测方法技术

本发明专利技术提供一种金属增材制造熔池形貌三维视觉传感器及检测方法，传感器包括摄像机、光学镜头、光学三棱镜、复合滤光系统，光学三棱镜用于构造虚拟摄像机，使单摄像机获得上下熔池图像对，金属增材制造熔池形貌三维视觉检测方法如下：标定两虚拟摄像机内外参数及相对位置关系，三维视觉传感器采集金属增材制造上下熔池图像，上下熔池图像极线矫正，熔池图像视差图求取，金属增材制造熔池形貌三维重建；本发明专利技术设计的传感器装配灵活，可获得上下熔池图像对，适用于不同尺寸大小金属增材制造熔池的检测，检测方法可实现金属增材制造熔池三维形貌的在线检测，为金属增材制造熔池尺寸智能控制提供了有效的技术支撑。

Three-dimensional visual sensor and detection method for molten pool morphology made from metal material

The invention provides a metal additive manufacturing pool morphology 3D vision sensor and detection methods, including sensor camera, optical lens, optical prism, three compound filter system, three optical prisms are used to construct the virtual camera, the camera on the weld pool image to obtain metal, increasing material pool morphology of 3D vision inspection method for manufacturing as follows: two the calibration of virtual camera parameters and the relative position between the 3D vision sensor for metal material manufacturing growth on the weld pool image, on the weld pool image epipolar rectification, disparity map for weld pool image, metal additive manufacturing pool morphology 3D reconstruction; sensor assembly designed by the invention is flexible, can be obtained on the image of molten pool, applicable to the detection of different size of metal material manufacturing growth in molten pool, detection method can realize three-dimensional weld pool metal additive manufacturing The on-line inspection of the morphology provides an effective technical support for the intelligent control of the weld pool size made by metal material.

【技术实现步骤摘要】
金属增材制造熔池形貌三维视觉传感器及检测方法
本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种金属增材制造熔池形貌三维视觉传感器及检测方法。
技术介绍
金属增材制造是一种以激光、电弧或电子束为热源，根据金属构件的三维模型，逐层熔化金属材料的方式制造三维实体金属构件的技术。与传统的减法制造不同，金属增材制造技术有效克服了复杂金属构件制造周期长、材料利用率低等缺点。同时，在成形钛、镍合金等昂贵金属材料时，具有显著的低成本优势。因此，目前该技术得到了广泛的研究和应用。金属增材制造是单热源多层成形过程，存在众多扰动因素，如：成形层层间温度、层间停留时间、基板材质与散热条件、保护气体流量等都将影响金属增材制造熔池成形的稳定性。由于熔池成形的稳定性与成形尺寸直接决定凝固后成形层的质量。当前熔池成形的稳定性还将直接影响后续成形层的质量。因此，有必要对金属增材制造熔池进行实时检测以评估成形层质量。众所周知，视觉传感技术有着直观、信息量丰富等诸多优点。然而，在现有的研究技术与文献中，对金属增材制造熔池的检测主要基于单目视觉检测，该方法仅能获得金属增材制造熔池在宽度或高度上的二维平面信息，无法获取成形熔池的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属增材制造熔池形貌三维视觉传感器，其特征在于：包括由顶板(9)、底板(13)、前侧板(10)、后侧板(11)、左侧板(12)围成的传感器外壳，顶板(9)上设有摄像机通孔槽(14)，摄像机(1)和顶板(9)之间设有垫块(8)，所述摄像机(1)和垫块(8)通过螺栓连接在顶板(9)的摄像机通孔槽(14)中，摄像机(1)前方通过螺纹连接光学镜头(2)，所述光学镜头(2)前方通过螺纹连接圆形套筒(5)，复合滤光系统(4)安装在圆形套筒(5)内部，用于过滤金属增材制造热源辐射的杂光，所述复合滤光系统(4)包括滤光片、减光片以及透光玻璃片，与左侧板(12)相对的一侧设有光学三棱镜带槽固定板(6)，光学...

【技术特征摘要】
1.一种金属增材制造熔池形貌三维视觉传感器，其特征在于：包括由顶板(9)、底板(13)、前侧板(10)、后侧板(11)、左侧板(12)围成的传感器外壳，顶板(9)上设有摄像机通孔槽(14)，摄像机(1)和顶板(9)之间设有垫块(8)，所述摄像机(1)和垫块(8)通过螺栓连接在顶板(9)的摄像机通孔槽(14)中，摄像机(1)前方通过螺纹连接光学镜头(2)，所述光学镜头(2)前方通过螺纹连接圆形套筒(5)，复合滤光系统(4)安装在圆形套筒(5)内部，用于过滤金属增材制造热源辐射的杂光，所述复合滤光系统(4)包括滤光片、减光片以及透光玻璃片，与左侧板(12)相对的一侧设有光学三棱镜带槽固定板(6)，光学三棱镜带槽固定板(6)上设有三角形槽，三角形槽内安装光学三棱镜(3)，光学三棱镜(3)的顶角棱(16)正对金属增材制造熔池平面，光学三棱镜(3)的底面(17)与摄像机(1)光轴垂直相交，光学三棱镜(3)的顶角棱(16)与摄像机(1)光轴垂直相交于顶角棱(16)的中点，光学三棱镜(3)的上侧面(27)与顶板(9)的上表面平行，金属增材制造熔池反射光线透过光学三棱镜(3)时，分别经光学三棱镜(3)第一侧面(18)、底面(17)的折射，以及第二侧面(19)、底面(17)的折射，形成两束相交光线，由此构造出关于摄像机(1)光轴对称的上下虚拟摄像机，使得摄像机(1)获得上下金属增材制造熔池图像；所述光学三棱镜带槽固定板(6)顶面通过螺栓和顶板(9)连接，顶板(9)上设有使光学三棱镜带槽固定板(6)横向滑动的光学三棱镜通孔槽(15)；光学三棱镜带槽固定板(6)靠近摄像机(1)的一侧设有光学三棱镜穿孔固定板(7)，所述光学三棱镜穿孔固定板(7)将光学三棱镜(3)压在所述光学三棱镜通孔槽(15)中。2.根据权利要求1所述的金属增材制造熔池形貌三维视觉传感器，其特征在于：光学三棱镜的边角α为6-10°。3.根据权利要求1所述的金属增材制造熔池形貌三维视觉传感器，其特征在于：光学镜头的焦点与光学三棱镜底面的距离为40-60mm。4.根据权利要求1所述的金属增材制造熔池形貌三维视觉传感器，其特征在于：光学镜头的焦点与金属增材制造熔池表面沿摄像机光轴方向距离为150-300mm。5.根据权利要求1所述的金属增材制造熔池形...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊俊，尹紫秋，李蓉，陈辉，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51