一种扫描激光加工过程熔池表面形貌的精确重建方法及其应用技术

一种扫描激光加工过程熔池表面形貌的精确重建方法，属于熔池表面形态的重建方法技术领域。为解决激光加工复杂工况下，熔池形貌重建困难的问题。本发明专利技术建立熔池图像采集装置；设置熔池图像采集装置的帧率、激光的扫描参数，开启设备进行扫描激光加工，采集扫描激光加工过程激光光斑位置的熔池图像；对采集的激光光斑位置的熔池图像按照时间序列进行图像处理；利用图像处理后的激光光斑位置的熔池图像定位激光光斑位置，提取各时刻激光光斑中心的坐标；基于提取的激光光斑的中心坐标重建熔池表面扫描激光辐照区域的形态，完成局部激光光斑路径拟合与整段沉积道熔池表面形态的重建。本发明专利技术用于扫描激光加工过程熔池表面形态的重建。的重建。的重建。

【技术实现步骤摘要】
一种扫描激光加工过程熔池表面形貌的精确重建方法及其应用


[0001]本专利技术属于材料加工
，具体涉及一种扫描激光加工过程熔池表面形貌的精确重建方法及其应用。

技术介绍

[0002]在激光加工领域中，保证加工过程稳定可控，需要获取激光加工过程熔池表面形态，并结合适当的控制策略形成闭环控制，实现自动化。然而，高温、烟尘、激光高速运动与随机抖动等因素导致激光熔池精确监测具有挑战性。通过三维重建获得包括高度、凹凸和形状方面更准确的熔池表面形态信息，对于实时监测熔池的动态变化和加工质量的评估至关重要，有助于优化加工工艺，提高加工效率和品质。然而克服烟尘干扰、熔池剧烈波动带来的数据采集不稳定，保证三维形貌重建的精度与稳定性，是当前的难点之一。
[0003]目前针对熔池的形态重建，包括以下方法：
[0004]1)主动视觉式的结构光法：以成像屏收集由熔池表面反射的面点阵激光阵列，并设计专用算法换算得到熔池表面三维形貌。该方法的问题在于：
①
要求熔池行为较安静，即不能存在大量起伏波动，否则熔池镜面被破坏，成像屏获得的面点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扫描激光加工过程熔池表面形貌的精确重建方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立熔池图像采集装置；S2、设置熔池图像采集装置的帧率、激光的扫描参数，开启设备进行扫描激光加工，采集扫描激光加工过程激光光斑位置的熔池图像；S3、对步骤S2采集的激光光斑位置的熔池图像按照时间序列进行图像处理；S4、利用步骤S3图像处理后的激光光斑位置的熔池图像定位激光光斑位置，提取各时刻激光光斑中心的坐标；S5、基于步骤S4提取的激光光斑的中心坐标重建熔池表面扫描激光辐照区域的形态，完成局部激光光斑路径拟合与整段沉积道熔池表面形态的重建。2.根据权利要求1所述的一种扫描激光加工过程熔池表面形貌的精确重建方法，其特征在于，步骤S1的熔池图像采集装置包括增材基板或焊接母材(1)、增材件或焊接件已成形部分(2)、增材或焊接熔池(3)、作用于熔池的扫描激光束(4)、CCD相机(5)、凝固沉积道轮廓采集装置(6)，所述增材件或焊接件已成形部分(2)生成于增材基板或焊接母材(1)上表面，所述凝固沉积道轮廓采集装置(6)设置在增材件或焊接件已成形部分(3)的凝固沉积道的上方，所述CCD相机(5)设置在正向面对激光位置，用于拍摄熔池中动态的激光光斑，所述作用于熔池的扫描激光束(4)垂直设置于增材或焊接熔池(3)上方。3.根据权利要求2所述的一种扫描激光加工过程熔池表面形貌的精确重建方法，其特征在于，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：S2.1、设置激光的扫描频率为10
‑
300Hz，扫描幅度为1
‑
5mm，扫描形式为圆形、直线形、8字形、横向8字形中的一种；S2.2、调整CCD相机(5)视场与光强，直至激光光斑清晰呈现在视场中心，而后设置CCD相机(5)帧率为扫描频率的6倍
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100倍，采集增材过程的时间序列图像。4.根据权利要求3所述的一种扫描激光加工过程熔池表面形貌的精确重建方法，其特征在于，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：S3.1、裁取激光光斑位置熔池图像中的感兴趣区域ROI；S3.2、对激光光斑位置熔池图像中的感兴趣区域ROI进行阈值化处理、卷积滤波、Laplace变换；S3.3、基于结构光三角测量法或相位轮廓测量术将激光光斑位置熔池图像中的感兴趣区域ROI中的坐标信息转换为实际宽度、高度。5.根据权利要求4所述的一种扫描激光加工过程熔池表面形貌的精确重建方法，其特征在于，步骤S4中的熔池中的激光光斑进行对象识别、中心像素点坐标提取的具体实现方法包括如下步骤：S4.1、针对步骤S3图像处理后的熔池图片序列中光斑、熔池倒影、激光羽辉进行画框标定，记录对应方框起始点像素坐标与宽高；S4.2、采用图像随机裁剪、随机缩放、随...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈波，孟正，马程远，檀财旺，宋晓国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：