【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造技术与深度学习的交叉，具体涉及一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法与系统。
技术介绍
1、增材制造是一种多物理耦合过程，很容易受到复杂、瞬态、不平衡的物理、化学和冶金特性的影响。不当的工艺参数等因素，很可能导致各种缺陷的产生，而这些缺陷的存在会导致增材制造生产出的部件无法广泛应用于航空航天航海等领域。因此，发展一种熔池缺陷的高精度实时在线监测方法与系统具有重要意义。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法与系统，能够充分利用熔池温度场高精度、信息丰富的优点，确定了熔池缺陷响应的高灵敏区域，结合光电信号可实时获取的优点，通过训练的卷积神经网络模型，仅用熔池辐射光的光电信号即可实现增材制造过程中熔池缺陷的高精度实时在线监测。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种熔池缺陷的高精度实时在线监测方法包括：标定阶段和测量阶段。
3、标定阶段包括：
4、在待测物标定区设置二维尺寸和熔池一致的标定板，将标定板划分为n个区域；同时，利用分束镜将熔池辐射的初始光束分为反射光束和透射光束；通过第一窄带滤光片获取反射光束中的第一反射光束，通过第二窄带滤光片获取透射光束中的第一透射光束；利用第一光束放大装置放大的第一反射光束和的第一透射光束；利用第一相机同时接收放大的第一反射光束和放大的第一透射光束，生成第一灰度图像和第二灰度图像；将第一灰度图像的灰度值和第二灰度图像的灰度值代入比
5、测量阶段包括：
6、在第一时段，采集熔池缺陷响应的高灵敏区域辐射光的光电信号；将光电信号的幅频信息转换为二维图像并输入关联模型，检测熔池缺陷是否产生。
7、优选地，采集熔池第i个区域的温度信号，具体为：
8、将的熔池的整体温度信号中对应于标定板的第i个区域标出，计算提取区域内信号，即得熔池第i个区域的温度信号。
9、优选地，通过熔池不同区域温度信号的幅频信息与缺陷之间的关联程度确定熔池缺陷响应的高灵敏区域，具体为：
10、通过熔池温度场和无损检测方法检测增材制造试件的缺陷产生结果；将不同时刻内“是”、“否”产生熔池缺陷用“1”、“0”表示，得到增材制造过程熔池缺陷的矩阵；将光电信号的幅频信息与熔池缺陷的矩阵之间的关联程度通过相关系数表示，相关系数高于设定阈值的区域即为熔池缺陷响应的高灵敏区域。
11、优选地，采集熔池缺陷响应的高灵敏区域辐射光的光电信号，具体为：利用第二光束放大装置放大标定板反射光的光束；利用探测区域调节装置将放大的标定板反射光中来自高灵敏区域的光束透过；利用第二相机接收经过标定板的高灵敏区域的反射光；利用光电探测器替代第二相机，并保证第二相机和光电探测器像距相同；利用第二光束放大装置放大熔池辐射光的光束；通过第三窄带滤光片获取放大的熔池辐射光束中的第一辐射光束；利用探测区域调节装置将第一辐射光束中来自高灵敏区域的光束透过；光电探测器将高灵敏区域的光束转换为电信号，并传输至数据采集卡，数据采集卡采集和输送熔池缺陷响应的高灵敏区域辐射光的光电信号。
12、进一步地，将光电信号的二维图像与缺陷的产生结果通过卷积神经网络训练得到关联模型，具体为：将熔池缺陷响应的高灵敏区域辐射光的光电信号的幅频信息转换为二维图像；通过熔池温度场和无损检测方法检测增材制造试件的缺陷产生结果；将光电信号二维图像作为卷积神经网络的输入，将“是”“否”产生缺陷作为神经网络的输出，训练得到关联模型。
13、本专利技术另外一个实施例还提供了一种熔池缺陷的高精度实时在线监测系统，包括：温度信号采集模块、光电信号采集模块、计算模块，光电信号采集模块和温度信号采集模块分别与计算模块电连接；其中，温度信号采集模块包括：
14、分束镜，分束镜用于将入射的初始光束经分为反射光束和透射光束。
15、第一窄带滤光片和第二窄带滤光片，第一窄带滤光片用于获取反射光束中的第一反射信号，第二窄带滤光片用于获取透射光束中的第一透射信号。
16、第一光束放大装置，第一光束放大装置用于放大第一反射光束和第一透射光束。
17、第一相机，第一相机用于同时接收放大的第一反射光束和放大的第一透射光束，生成第一灰度图像和第二灰度图像。
18、光电信号采集模块包括：
19、第二光束放大装置，第二光束放大装置用于放大入射的初始光束。
20、第三窄带滤光片，第三窄带滤光片用于获取放大的初始光束中的第一辐射光束。
21、探测区域调节装置，探测区域调节装置用于透过第一辐射光束或放大的标定板反射光中来自高灵敏区域的光束。
22、第二相机，第二相机用于接收标定板的高灵敏区域的反射光。
23、光电探测器，光电探测器用于将第一辐射光束的高灵敏区域的光束转换为电信号。
24、数据采集卡，数据采集卡用于采集和输送光电信号。
25、计算模块用于将第一灰度图像的灰度值和第二灰度图像的灰度值代入比色测温公式，计算得到熔池的整体温度信号；计算模块用于将熔池第i，i＝1,2,3…,n个区域辐射光的温度信号与缺陷的产生结果通过相关系数表示；计算模块用于将熔池缺陷响应的高灵敏区域辐射光的光电信号的幅频信息转换为二维图像；计算模块用于将光电信号的二维图像与缺陷的产生结果通过卷积神经网络训练得到关联模型。
26、计算模块还用于将光电信号的二维图像输入关联模型，计算判断熔池缺陷是否产生。
27、有益效果：
28、与现有技术相比，本专利技术提供的一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法与系统，至少实现了如下的有益效果：
29、(1)本专利技术首次在熔池缺陷监测方法与系统中确定熔池缺陷响应的高灵敏区域，通过熔池不同区域温度信号的幅频信息与缺陷之间的关联程度确定熔池缺陷响应的高灵敏区域，还通过探测区域可调节的光电信号采集模块采集熔池高灵敏区域辐射光的光电信号；
30、(2)本专利技术充分利用熔池缺陷响应的高灵敏区域辐射光的光电信号，将其幅频信息转换为二维图像，通过卷积神经网络建立光电信号的二维图像与缺陷之间的关联模型。
31、(3)本专利技术通过多信息融合提高熔池缺陷的检测精度与效率，温度信号的高精度丰富特性可以提供熔池缺陷响应的高灵敏区域以及缺陷的产生结果，光电信号的实时特性与温度信号提供的缺陷产生结果通过神经网络进行有效融合，实现了仅通过光电信号就能进行增材制造过程中熔池缺陷高精度实时在线监测的目的。
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1.一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法，其特征在于，包括：标定阶段和测量阶段；
2.根据权利要求1所述的一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法，其特征在于，所述采集熔池第i个区域的温度信号，具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法，其特征在于，所述通过熔池不同区域温度信号的幅频信息与缺陷之间的关联程度确定熔池缺陷响应的高灵敏区域，具体为：
4.根据权利要求1所述的一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法，其特征在于，所述采集熔池缺陷响应的高灵敏区域辐射光的光电信号，具体为：
5.根据权利要求1所述的一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法，其特征在于，
6.一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测系统，其特征在于，包括：温度信号采集模块、光电信号采集模块、计算模块，所述光电信号采集模块和温度信号采集模块分别与所述计算模块电连接；其中，所述温度信号采集模块包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法，其特征在于，包括：标定阶段和测量阶段；
2.根据权利要求1所述的一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法，其特征在于，所述采集熔池第i个区域的温度信号，具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于熔池特征的缺陷高精度实时在线监测方法，其特征在于，所述通过熔池不同区域温度信号的幅频信息与缺陷之间的关联程度确定熔池缺陷响应的高灵敏区域，具体为：
4.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘战伟，毛壮壮，封伟，徐跃跃，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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