一种温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，工件加工前启动激光3D打印机，待激光熔点温度稳定后设定温度阈值，利用红外成像仪对激光熔点温度进行图像采集，并进行标定和图像处理，得到标定温度区域；工件加工过程中利用所述红外成像仪对激光熔点温度进行实时图像采集，并进行图像处理，在相同的温度阈值下得到实时温度区域；将标定温度区域与实时温度区域进行特征匹配，通过温度递推估计确定激光熔点温度。本发明专利技术基于表面温度热成像，利用低精度、低分辨率的红外成像仪检测并递推估计3D打印过程中激光的温度，成本低，测量更精准。

A temperature measurement method of 3D printing laser melting point based on temperature recursive estimation

【技术实现步骤摘要】
一种温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法
本专利技术涉及一种激光3D打印测温方法，具体地说，涉及一种温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法。
技术介绍
3D打印技术具有成型速度快、数字化、智能化程度高、生产周期短等特点，近年来已经被广泛的应用于各行各业，而金属的激光3D打印技术在3D打印体系中是最前沿和最有潜力的技术，拥有广阔的发展前景。在金属的激光3D打印技术中，其加工技术的核心是通过激光产生的高温将金属粉末熔化，激光扫过后金属自然冷却凝固，从而实现的逐层堆积的材料叠加。通常金属的熔点大于1000℃，因此，温度因素会在金属工件的加工过程中产生极为重要的影响。在金属3D打印成型过程中，要求激光温度恒定在金属熔化的临界点上，温度变化较小，而温度的上升与下降极易受到环境的影响，微小的变化都将会严重影响制品收缩率、工件内部沙眼以及翘曲率，以及工件内部构造，进而影响工件精度以及工件的强度，进而影响成品率。而在3D打印激光点周围是大于1000℃的高温复杂环境，通常的测温仪器难以实现精确测温。因此，对成型制品在加工过程中的表面温度检测是3D打印技术亟待解决的重要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，利用红外成像仪检测并递推估计3D打印过程中激光的温度，成本低，测量更精准。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，具体包括以下步骤：步骤1，工件加工前，先启动激光3D打印机，待激光熔点温度稳定后设定温度阈值，利用红外成像仪对激光熔点温度进行图像采集，并进行标定和图像处理，得到标定温度区域；步骤2，工件加工过程中利用所述红外成像仪对激光熔点温度进行实时图像采集，并进行图像处理，在与步骤1相同的温度阈值下，得到实时温度区域；步骤3，将标定温度区域与实时温度区域进行特征匹配及温度递推估计，确定激光熔点温度。进一步地，步骤1中设定的温度阈值低于红外成像仪的最高测温范围。进一步地，步骤1中红外成像仪的分辨率是32X24像素、80X80像素或160X120像素。进一步地，步骤1中标定和图像处理是利用设定的温度阈值对红外成像仪采集到的图像进行处理，首先提取标准设定阈值温度下红外成像仪采集的热力图像，从中提取高于温度阈值的区域，之后将这个区域标定为工件成型表面激光熔点最佳温度时对应的激光温度区域。进一步地，步骤3中特征匹配及温度递推估计，是将实时温度区域与标定温度区域进行匹配，若实时温度区域偏向标定温度区域内侧，则判断激光熔点温度低于工件成型表面激光熔点最佳温度，若实时温度区域偏向标定温度区域外侧，则判断激光熔点温度高于工件成型表面激光熔点最佳温度，若实时温度区域与标定温度区域一致，则判断激光熔点温度为工件成型表面激光熔点最佳温度。与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：1)本专利技术温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，基于表面温度热成像，利用红外成像仪检测并递推估计3D打印过程中激光的温度，成本低，测量更精准。2)本专利技术采用低精度、低分辨率的红外成像仪进行激光熔点温度采集，并结合递推估计，能够达到高精度红外成像仪同样的激光熔点温度检测效果，可以大幅节约成本，同时检测激光熔点的温度波动梯度。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术实施例中温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法的流程图；图2是本专利技术实施例中同一温度梯度下不同激光熔点温度对应的温度区域。图中，1.标定温度区域，2.温度高于标定状态下的温度区域，3.温度低于标定状态下的温度区域。具体实施方式以下将配合实施例来详细说明本专利技术的实施方式，藉此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。以金属工件的激光3D打印过程为例，本专利技术温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，参见图1，具体包括以下步骤：步骤1，工件加工前，先启动激光3D打印机，待激光熔点温度稳定后设定温度阈值，利用红外成像仪对激光熔点温度进行图像采集，并进行标定和图像处理，得到标定温度区域，如图2中的1区域；针对温度区域的特征匹配，首先需要定义温度区域的温度阈值，阈值的定义与选用的红外成像仪有关，温度阈值的设定低于红外成像仪的最高测温范围，例如若选取测温范围最高为300℃的红外成像仪，则可以定义温度阈值为250℃，完成温度阈值设置。红外成像仪的分辨率是32X24像素、也可以是80X80像素或160X120像素，红外成像仪的分辨率是指将采集到的区域温度划分为点阵温度像素点，以像素点内的平均温度作为当前像素点的温度。标定和图像处理是利用设定的温度阈值对红外成像仪采集到的图像进行处理，首先提取标准设定阈值温度下红外成像仪采集的热力图像，从中提取高于温度阈值的区域，之后将这个区域标定为工件成型表面激光熔点最佳温度时对应的激光温度区域，即标定温度区域。步骤2，工件加工过程中利用所述红外成像仪对激光熔点温度进行实时图像采集，并进行图像处理，在与步骤1相同的温度阈值下，得到实时温度区域；例如：根据步骤1，利用设置的温度阈值250℃，提取实时激光熔点温度图像中高于250℃的区域，得到实时的加工表面温度区域，即实时温度区域。步骤3，将标定温度区域与实时温度区域进行特征匹配，通过温度递推估计，确定激光熔点温度。若实时温度区域为1，则判断当前金属工件加工激光熔点温度等于工件成型表面激光熔点最佳温度，若实时温度区域为2(图2中的区域2)，则判断当前金属工件加工激光熔点温度高于工件成型表面激光熔点最佳温度，若实时温度区域为3(图2中的区域3)，则判断当前金属工件加工激光熔点温度低于工件成型表面激光熔点最佳温度。温度递推估计是一种利用温度区域特征匹配的结果反推激光熔点温度的估计方法。根据图2所示，温度区域的范围会在温度区域1、2、3之间波动，根据温度区域的变化递推估计激光熔点温度，根据特征匹配过程，若温度区域形状越偏向温度区域2则可以递推估计激光熔点温度越高，若温度区域形状越偏向温度区域3则可以递推估计激光熔点温度越低，特征区域的隶属，决定了反向递推估计的激光熔点温度。1)本专利技术温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，基于表面温度热成像，利用红外成像仪检测并递推估计3D打印过程中激光的温度，成本低，测量更精准。2)本专利技术采用分辨率为32X24像素、也可以为80X80像素或160X120像素的低精度、低分辨率的红外成像仪进行激光熔点温度采集，并结合递推估计，能够达到高精度红外成像仪同样的激光熔点温度检测效果，可以大幅节约成本，同时检测激光熔点的温度波动梯度。本专利技术温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，利用红外成像仪检测并递推估计3D打印过程中激光点的温度。现有的高精度红外成像仪具有极高的精度与测温范围，可以实现对实时激光3D打印工件表面温度热成像的捕捉，以及激光熔点的温度检测，但高精度的红外成像仪价格极高，3D打印机安装后将会大大增加3D打印机的制造成本，难以成为市场中常用的激光3D打印测温设备，而低精度的红外成像仪价格较低，测温范围较小，可以检测出激本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，工件加工前，先启动激光3D打印机，待激光熔点温度稳定后设定温度阈值，利用红外成像仪对激光熔点温度进行图像采集，并进行标定和图像处理，得到标定温度区域；步骤2，工件加工过程中利用所述红外成像仪对激光熔点温度进行实时图像采集，并进行图像处理，在与步骤1相同的温度阈值下，得到实时温度区域；步骤3，将标定温度区域与实时温度区域进行特征匹配及温度递推估计，确定激光熔点温度。

【技术特征摘要】
1.一种温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，工件加工前，先启动激光3D打印机，待激光熔点温度稳定后设定温度阈值，利用红外成像仪对激光熔点温度进行图像采集，并进行标定和图像处理，得到标定温度区域；步骤2，工件加工过程中利用所述红外成像仪对激光熔点温度进行实时图像采集，并进行图像处理，在与步骤1相同的温度阈值下，得到实时温度区域；步骤3，将标定温度区域与实时温度区域进行特征匹配及温度递推估计，确定激光熔点温度。2.根据权利要求1所述的温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，其特征在于，步骤1中设定的温度阈值低于红外成像仪的最高测温范围。3.根据权利要求2所述的温度递推估计的3D打印激光熔点温度检测方法，其特征在于，步骤1中红外成像仪的分辨率是32X24像素、80X80像素或160X...

【专利技术属性】
技术研发人员：弋英民，杨海川，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61