基于激光锻造声波实时检测调控激光锻造的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光锻造声波实时检测调控激光锻造的方法，涉及增减材制造技术领域，该方法包括以下步骤：步骤S1、建立锻造态声波标准特征库；步骤S2、被加工件的实时缺陷检测：在激光锻打被加工件的过程中，进行音频拾取并与锻造态声波标准特征库中的声学特征比对，生成相应的缺陷类型以及相应的锻打修复参数；步骤S3、实时缺陷消除：根据缺陷类型及锻打修复参数，实现激光锻打过程中被加工件缺陷的实时消除。本发明专利技术将锻造冲击波作为缺陷检测信号源，实现“一光两用”，实现实时缺陷检测和实时消除闭环控制，避免了后续加工可能造成的大量浪费，极大的提高了缺陷消除的效率，提高了大型结构和复杂结构件锻造成形质量。了大型结构和复杂结构件锻造成形质量。了大型结构和复杂结构件锻造成形质量。

【技术实现步骤摘要】
基于激光锻造声波实时检测调控激光锻造的方法


[0001]本专利技术涉及一种增减材制造
，尤其是涉及一种实时检测调控激光锻造的方法。

技术介绍

[0002]激光熔覆成形是一种快速成形技术，采用分层制造思想，利用计算机对零件进行分层切片，规划熔覆沉积路线，随后采用激光扫描熔覆，进行多道搭接和多层堆积直至零件成形，但在多道多层的熔覆堆积过程中容易形成气孔、裂纹等冶金缺陷，致使成形零件致密度低、抗疲劳性能差。
[0003]如CN107262713A的中国专利技术专利，其公开了一种光内同轴送粉激光冲击锻打复合加工成形装置及方法，通过主控机控制脉冲激光对连续激光的熔覆层进行冲击锻打，有效消除气孔、未熔合、裂纹和缩松等内部缺陷，大幅改善成形件内部应力状态。此专利有效说明激光锻打技术可以消除气孔、裂纹等缺陷，细化晶粒，提高疲劳性能。
[0004]但由于激光熔覆过程中会因为外部环境、熔池状态的变化、扫描轨迹的变换等影响，在零件内部出现不同位置、不同程度的气孔、裂纹、缩松等缺陷，此时采用脉冲激光进行无差别锻打，会出现局部缺陷消除不彻底，或者未消除的现象，甚至可能引入新缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于激光锻造声波实时检测调控激光锻造的方法。该方法形成实时缺陷检测和实时缺陷消除的闭环控制，实现激光锻打过程中被加工件缺陷的实时消除，能大幅提高成形零件的抗疲劳性能。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于激光锻造声波实时检测调控激光锻造的方法，包括以下步骤：步骤S1、建立锻造态声波标准特征库：进行不同类型的无缺陷锻造态样品的锻打实验，收集并记录无缺陷锻造态样品的激光锻造声波的声学特征，并通过大量的锻打实验，收集并记录样品出现各种缺陷时的声学特征，以及收集修复各种缺陷过程中的对应锻打修复参数；步骤S2、被加工件的实时缺陷检测：在激光锻打被加工件的过程中，对激光锻打产生的冲击声波，进行音频拾取并与锻造态声波标准特征库中的声学特征比对，生成相应的缺陷类型以及相应的锻打修复参数；步骤S3、实时缺陷消除：根据缺陷类型及锻打修复参数，对锻打激光参数进行相应的调整，形成实时缺陷检测和实时缺陷消除的闭环控制，实现激光锻打过程中被加工件缺陷的实时消除。
[0007]进一步地，在步骤S1中，建立锻造态声波标准特征库的具体步骤如下：(1)选取无缺陷的标准样品：选取没有气孔、裂纹、缩松等缺陷的标准样品；(2)激光熔融标准样品：利用激光扫描熔融无缺陷的标准样品，使无缺陷的标准样
品发生熔融，温度达到指定值，以便进行激光锻打；(3)激光锻打形成冲击声波：利用激光锻打标准样品，锻打激光接触样品产生的冲击声波，穿过样品的声波特征会随着锻造过程中样品的致密度变化而发生变化，亦会随锻打激光的频率和强度的变化而变化；(4)音频拾取：通过音频拾取器拾取所述步骤(3)产生的音频；所述音频包括激光冲击音频、激光发射音频、夹具震动音频和环境音频；(5)声学分析：对所述步骤(4)拾取的音频进行降噪处理和声学特征分析，生成无缺陷锻造态样品的标准声学剖面，记录并保存标准声学剖面和对应锻打激光参数；(6)机器学习：通过神经网络算法搭建矩阵，首先根据以上所述步骤进行不同类型的无缺陷锻造态样品的锻打实验，收集并记录无缺陷锻造态样品的声学特征，其次通过大量的锻打实验，收集并记录气孔、裂纹、缩松缺陷锻打修复所对应的锻打参数和声学特征，并在后续锻打实验过程中不断收集声学特征信息，不断完善矩阵；(7)标准特征库：通过所述步骤(6)，形成包含不同材料的无缺陷锻造态标准声学剖面和缺陷锻打修复的激光参数的标准特征库，用于进行实时检测锻打过程中的缺陷并进行实时修复。
[0008]进一步地，步骤(3)中，所述音频包括激光冲击音频和激光发射音频。
[0009]进一步地，所述音频还包括夹具震动音频和环境音频。
[0010]进一步地，步骤S2中，所述被加工件的实时缺陷检测具体包括以下步骤：1)音频拾取：通过音频拾取器拾取激光锻打产生的音频，包括激光发射音频、激光冲击音频、夹具震动音频和环境音频；2)声学分析：拾取的音频经音频采集模块进行降噪处理和声学特征分析，生成实时锻打声学剖面；3)声学比对：声波特征分析模块将实时锻打声学剖面与标准特征库中对应的标准声学剖面进行特征对比，进行实时缺陷检测，并根据缺陷声波变化量对缺陷进行定位，输出缺陷修复信号。
[0011]进一步地，所述音频采集模块，基于EMD
‑
WT方法对音频进行降噪处理。
[0012]进一步地，所述声波特征分析模块，采用蜂鸟E203软核作为中央处理单元，对声波信号进行特征识别和计算。
[0013]进一步地，所述音频拾取器采用的是AD采集模块及麦克风阵列。
[0014]进一步地，步骤S3中，通过多激光复合加工总控系统接收所述缺陷类型以及相应的锻打修复参数，调控激光锻打控制系统和动态聚焦控制系统，对工件进行激光锻打修复，实现实时缺陷消除。
[0015]进一步地，所述的激光锻打控制系统，根据所需修复的缺陷类型，调整激光锻打的频率、脉冲能量，对缺陷进行实时消除；所述的动态聚焦控制系统，根据所需修复缺陷的位置，控制二维激光振镜调整激光沿X、Y方向扫描路径，对激光锻打进行精准定位。
[0016]本专利技术的有益效果在于：本专利技术将锻造冲击波作为缺陷检测信号源，实现了“一光两用”，采用声学特征对比的方法，在激光熔覆锻打的过程中实现实时缺陷检测，并将缺陷信号与激光参数对应，通过调整激光参数进行实时缺陷消除，从而实现实时缺陷检测和实时消除的闭环控制，避免了后续加工可能造成的大量浪费，极大的提高了缺陷消除的效率，
提高了大型结构和复杂结构件锻造成形的质量，大幅提高了成形零件的抗疲劳性能。
附图说明
[0017]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图：图1为本专利技术建立锻造态声波标准特征库的流程图；图2为本专利技术激光锻造过程中的工作状态图。
[0018]图中：1
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连续激光器；2
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脉冲激光器；3
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音频拾取器；4
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音频；5
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成形零件；6
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基板；7
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锻打激光束；8
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熔覆激光束；9
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温度传感器；10
‑
惰性气体；11
‑
金属粉末。
具体实施方式
[0019]为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0020]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上表面”、“下表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光锻造声波实时检测调控激光锻造的方法，包括以下步骤，其特征在于：步骤S1、建立锻造态声波标准特征库：进行不同类型的无缺陷锻造态样品的锻打实验，收集并记录无缺陷锻造态样品的激光锻造声波的声学特征，并通过大量的锻打实验，收集并记录样品出现各种缺陷时的声学特征，以及收集修复各种缺陷过程中的对应锻打修复参数；步骤S2、被加工件的实时缺陷检测：在激光锻打被加工件的过程中，对激光锻打产生的冲击声波，进行音频拾取并与锻造态声波标准特征库中的声学特征比对，生成相应的缺陷类型以及相应的锻打修复参数；步骤S3、实时缺陷消除：根据缺陷类型及锻打修复参数，对锻打激光参数进行相应的调整，形成实时缺陷检测和实时缺陷消除的闭环控制，实现激光锻打过程中被加工件缺陷的实时消除。2.根据权利要求1所述的基于激光锻造声波实时检测调控激光锻造的方法，其特征在于：所述步骤S1中，建立锻造态声波标准特征库的具体步骤如下：(1)选取无缺陷的标准样品：选取没有气孔、裂纹、缩松等缺陷的标准样品；(2)激光熔融标准样品：利用激光扫描熔融无缺陷的标准样品，使无缺陷的标准样品发生熔融，温度达到指定值，以便进行激光锻打；(3)激光锻打形成冲击声波：利用激光锻打标准样品，锻打激光接触样品产生的冲击声波，穿过样品的声波特征会随着锻造过程中样品的致密度变化而发生变化，亦会随锻打激光的频率和强度的变化而变化；(4)音频拾取：通过音频拾取器拾取所述步骤(3)产生的音频；所述音频包括激光冲击音频、激光发射音频、夹具震动音频和环境音频；(5)声学分析：对所述步骤(4)拾取的音频进行降噪处理和声学特征分析，生成无缺陷锻造态样品的标准声学剖面，记录并保存标准声学剖面和对应锻打激光参数；(6)机器学习：通过神经网络算法搭建矩阵，首先根据以上所述步骤进行不同类型的无缺陷锻造态样品的锻打实验，收集并记录无缺陷锻造态样品的声学特征，其次通过大量的锻打实验，收集并记录气孔、裂纹、缩松缺陷锻打修复所对应的锻打参数和声学特征，并在后续锻打实验过程中不断收集声学特征信息，不断完善矩阵；(7)标准特征库：通过所述步骤(6)，形成包含不同材料的无缺陷锻造态标准声学剖面和缺陷锻打修复的激光参...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永康，代超，池元清，
申请(专利权)人：广东镭奔激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：