一种适用于复杂环境下原位修复的自适应修复设备与方法技术

技术编号：40553865 阅读：12 留言：0更新日期：2024-03-05 19:14

本发明专利技术公开了一种适用于复杂环境下原位修复的自适应修复设备与方法；不同系统间的协调配合可以自适应完成原位修复任务。自适应实时路径选择系统通过对比修复前后的图像以及记录的已修复路径定位待修复位置，完成每道修复任务前的路径选择。计算机控制系统通过空间信息实时调整激光头垂直于当前修复表面并保持最优高度，确保激光束精准聚焦融化金属粉末、热量传导更有效及沉积层的稳定性。同时计算机控制系统根据质量信息实时调整激光熔覆沉积系统的工艺参数来控制修复质量。本发明专利技术基于机器视觉与损伤区域检测，实时调整修复路径、参数和激光头空间位置，跳过传统的损伤重构与分层切片规划过程，极大的提高修复效率，降低修复成本，更契合原位修复的资源和环境友好型理念。

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【技术实现步骤摘要】

技术介绍

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技术介绍
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1、激光熔化沉积(laser melting deposition，lmd)是一种现代制造技术，利用激光作为热源将金属粉末进行熔化并沉积到基体上，作为一种添加型制造技术，激光熔化沉积在原位修复领域具有明显的优势，能够有效的修复材料损伤，在工业上具有很高的应用价值，如航空航天、石油化工、原子能等领域。根据需要修复的具体部件的特性，如材料种类、大小、结构复杂性等，激光熔化沉积技术可以灵活地进行参数设置和工艺优化，以实现最佳的修复效果。同时，原位修复技术也具有巨大的潜能，其核心理念——现场修复打破了传统修复模式的局限性，为修复领域带来新的理念和手段。利用激光熔化沉积进行原位修复将lmd的精确性、材料工艺灵活性与原位修复的节省资源和成本、避免二次污染等特点结合了起来，在保持高质量修复效果的同时，实现了对资源和环境的友好性，是未来实现可持续、环保、高效、经济的重要修复技术手段。

2、然而在实际原位修复的工况中，lmd经常面对复杂多变的修复环境，由于技术限制，传统的原位激光再制造之前需要扫描损伤区域进行损伤重构，进而通过分层切片进行修复，流程复杂，数据链传递容易造成缺失信息而导致修复质量较差。同时由于传统原位激光再制造粉末利用率较低，加大了材料的损失率和废物处理成本，有悖于原位修复对资源和环境的友好性。目前，传统的原位修复方法自动化程度低，需要不断的人工调试，并且不能保证修复过程中每道熔池的修复质量，导致最后的修复效果很难达到期望标准，严重限制了lmd制造技术在原位修复中的应用。

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技术实现思路

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技术实现思路
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1、针对现有的技术问题，本专利技术提供一种面向复杂环境的激光原位自适应修复设备与方法，能够实时监测修复质量和修复表面空间信息，自适应调节激光熔化沉积系统的工艺参数以及激光头的空间位置，避免修复过程中能量分布不均匀、熔池形貌不规则等缺点，进而实时有效控制修复的效率和质量。本专利技术提供一种面向复杂环境的激光原位自适应修复设备与方法，可以自适应完成从修复区域识到修复路径选择直至完成修复任务，降低了人工成本和人为操作失误风险，提高了修复效率。本专利技术提供一种面向复杂环境的激光原位自适应修复设备与方法，打破了传统的激光熔化沉积原位修复方法，大大减少了材料浪费，更加契合原位修复的资源和环境友好型理念。

2、本专利技术通过下述技术方案实现：

3、一种面向复杂环境的激光原位自适应修复设备与方法，包括计算机控制系统、自适应实时路径选择系统、激光熔覆沉积系统、监测与反馈系统、激光头角度自适应调节系统、激光头高度自适应调节系统；计算机控制系统连接自适应实时路径选择系统、激光熔覆系统、监测与反馈系统、激光头高度自适应调节系统及激光头角度自适应调节系统。自适应实时路径选择系统用于每一道修复任务前。激光头角度自适应调节系统包括：角度视觉传感器、空间信号接收设备、空间信号处理设备、电机；激光头高度自适应调节系统包括：高度视觉传感器、空间信号接收设备、空间信号处理设备、电机；激光熔覆系统包括：激光器、激光头、送粉机构、水冷机构、冷却管、送粉管；监测与反馈系统包括：修复视觉传感器、修复信号接收设备、修复信号处理设备、质量视觉传感器、质量信号接收设备、质量信号处理设备；

4、激光头角度、高度自适应调节系统通过角度视觉传感器和高度视觉传感器实时识别当前修复表面环境，空间信号接收设备将视觉信号传递给空间信号处理设备进行空间位置计算，得出该位置下修复表面的空间坐标以及角度信息，计算机控制系统在接收到空间信息后通过数据库分析对比获得最优的激光头空间位置，进而利用电机驱动激光头进行空间位置的实时调节，保证激光头实时垂直于修复表面且保持最优高度，进而确保激光束精准聚焦并融化金属粉末，确保焦点位置准确、热量传导更有效及沉积层的稳定性。

5、监测与反馈系统利用质量视觉传感器实时监测修复质量情况，质量信号处理设备在接收到质量信号接收设备的质量信息后分析当前修复的氧化程度、气孔密度等质量指标，进而通过计算机控制系统的对比分析筛选出当前工况下最优的工艺参数，计算机控制系统控制激光熔覆系统的激光器、送粉机构和水冷机构完成工艺参数实时调控来实时控制修复质量。所述的监测与反馈系统利用修复视觉传感器记录下当前的修复路径，同时在完成当前单道修复后记录修复后图像。修复信号处理设备通过修复视觉传感器记录的修复路径以及修复前后记录的图像对比，准确定位到完整和损伤区域边缘位置，完成待修复区域的识别。

6、自适应实时路径选择系统接收到待修复区域信息后通过数据库分析对比选择出下一道修复路径信息，计算机控制系统接收到修复路径后驱动电机调整激光头定位到待修复区域并且按照规定的修复路径完成单道修复，直到整个修复区域修复完毕结束修复前的路径选择。

7、激光熔覆系统中，激光头左右两侧含有2个视觉传感器，一个是角度视觉传感器，另一个是高度视觉传感器，在电机的驱动下激光头完成空间位置自适应调节，与待修复面垂直并保持最优的高度。激光器、激光头、送粉机构在计算机控制系统的实时控制下调节为最优工艺参数完成激光熔覆沉积原位修复任务。

8、本专利技术对于现有技术，至少具备如下优点及效果：

9、本专利技术能够实时监测修复质量和修复表面空间信息，并自适应调节激光熔化沉积系统的工艺参数以及激光头的空间位置，保证原位修复在最优的工艺参数下进行，同时保证激光头实时垂直于修复表面且保持最佳聚焦高度，避免修复过程中能量分布不均匀、熔池形貌不规则等缺点，可以实时有效调控修复的效率和质量，最终达到预期的原位修复质量。

10、本专利技术的自适应实时路径选择系统可以在每一道修复任务前进行路径选择，自适应选择单道修复路径，直到完成原位修复任务。降低了人工成本和人为操作失误风险，提高了修复效率和安全性、可靠性。

11、本专利技术与传统激光熔化沉积原位修复相比，打破了传统的激光熔化沉积原位修复方法，聚焦精确，粉末利用率高，大大减少了材料浪费，契合原位修复的资源和环境友好型理念。

12、本专利技术可基于实验来实现机器学习训练，完成数据库的更新迭代，优化计算模型和方法，不断提高修复效率和质量，原位修复过程效率更高，效果更好。

13、本专利技术构造相对简单，操作更加方便，相对于现有技术具有突出的实质性进步。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种面向复杂环境的激光原位自适应修复设备与方法，其特征在于：包括计算机控制系统(11)、自适应实时路径选择系统(31)、激光熔覆沉积系统、监测与反馈系统、激光头角度自适应调节系统、激光头高度自适应调节系统；

2.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的激光原位自适应修复设备与方法，其特征在于：所述的监测与反馈系统实时监测修复过程中的修复质量，其中质量信号处理设备(222)在接收到质量信号接收设备(221)的质量信息后分析当前修复的氧化程度、气孔密度等质量指标，进而通过计算机控制系统(11)的对比分析筛选出当前工况下最优的工艺参数，计算机控制系统(11)控制激光熔覆系统的激光器(43)、送粉机构(44)完成工艺参数实时调控来实时控制修复质量。所述的监测与反馈系统利用修复视觉传感器(21)记录下当前的修复路径，同时在完成当前单道修复后记录修复过程图像。修复信号处理设备(212)通过修复视觉传感器(21)记录的修复路径以及修复前后记录的图像对比，准确定位到完整和损伤区域边缘位置，完成待修复区域的识别。

3.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的激光原位自适应修

4.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的激光原位自适应修复设备与方法，其特征在于：所述的激光头角度、高度自适应调节系统通过角度视觉传感器(51)和高度视觉传感器(52)实时识别当前修复表面环境，空间信号接收设备(53)将视觉信号传递给空间信号处理设备(54)进行空间位置计算，得出该位置下修复表面的空间坐标以及当前位置平面的法向信息，计算机控制系统(11)在接收到空间信息后通过数据库分析对比获得最佳的修复角度与修复高度，进而利用电机(12)驱动激光头(41)进行空间位置的实时调节，保证激光头(41)实时垂直于修复表面且保持最优高度，进而确保激光束精准聚焦并融化金属粉末，确保焦点位置准确、热量传导更有效及沉积层的稳定性。

5.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的激光原位自适应修复设备与方法，其特征在于：所述的激光熔覆系统中，激光头(41)左右两侧含有2个视觉传感器，一个是角度视觉传感器(51)，另一个是高度视觉传感器(52)，在电机(12)的驱动下激光头(41)完成空间位置自适应调节，与待修复面垂直并保持最优的高度。激光器(43)、激光头(41)、送粉机构(44)等在计算机控制系统(11)的实时控制下调节激光功率、激光扫描速度、冷却液的流速和温度、送粉速度等为最优工艺参数完成激光熔覆沉积原位修复任务。

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【技术特征摘要】

3.根据权利要求1所述的一种面向复杂环境的激光原位自适应修复设备与方法，其特征在于：所述的自适应实时路径选择系统(31)接收到待修复区域信息后通过数据库分析对比选择出下一道修复路径信息，计算机控制系统(11)接收到修复路径后驱动电机(12)调整激光头(41)定位到待修复区域并且按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：占小红，原帅超，凌万里，王磊磊，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：

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