一种基于双激光耦合的增材层高实时监测方法及系统

本发明属于增材制造领域，更具体地，涉及一种基于双激光耦合的增材层高实时监测方法及系统。

背景技术：

1、增材制造技术(additive manufacturing)是一种基于三维模型的自下而上的直接快速堆积成形技术，以其特有的产品设计研发周期短、生产效率高、以及可成形复杂零件等优势，在航空航天、舰船汽车、武器装备及生物医疗等领域均具有巨大应用前景。

2、丝材增材制造技术是指采用高能束热源，如电弧、激光、电子束等，将丝状原材料融化，然后按设定的成形路径层层堆积直至成形完成。这种增材制造方式由于其较高的能量密度，往往具有较高的堆积效率。但是，较高堆积效率的同时也会带来很大的尺寸误差，这使得增材枪与打印工件之间的距离往往难以控制，参数一致性维系困难，影响成形过程的稳定性、成形件表面质量和尺寸精度。因此，对于丝材增材制造技术而言，增材层高的实时监控必不可少。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双激光耦合的增材层高实时监测方法及系统，其目的在于，快速确定当前打印点的层高增量，实现增材层高的实时监测。

2、为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，包括如下步骤：

3、基于第一激光探头获取当前打印点对应的第一高度序列，所述第一高度序列至少包括所述当前打印点及前序多个打印点对应的第一高度；

4、基于第二激光探头获取所述当前打印点对应的第二高度序列，所述第二高度序列至少包括所述当前打印点及前序多个打印点对应的第二高度；

5、将所述第一高度序列与第二高度序列数据对齐；

6、基于对齐后的高度序列获取当前打印点对应的层高增量；

7、其中，所述第二激光探头与第一激光探头前后设置在增材枪行径方向上，并随增材枪移动，所述第二激光探头与第一激光探头对应的测量点分别位于增材熔池的前侧和后侧，且距熔池一定距离。

8、作为进一步优选的，所述第一激光探头与所述第二激光探头基于相同的采样间隔进行采样；所述将所述第一高度序列与第二高度序列数据对齐，包括：

9、获取对齐偏差，所述对齐偏差表示所述第一高度序列与所述第二高度序列在数据库中存储位数的差异；

10、基于所述对齐偏差，在数据库中将所述第一高度序列与所述第二高度序列数据对齐。

11、作为进一步优选的，所述获取对齐偏差，进一步包括：

12、获取所述第一激光探头与所述第二激光探头之间安装的相对距离与相对角度；

13、基于所述第一高度序列与所述第二高度序列获取当前打印点的高度水平面；

14、基于所述高度水平面、所述第一激光探头与所述第二激光探头之间安装的相对距离与相对角度，确定在高度水平面上第一激光探头测量点与第二激光探头测量点之间的距离，即测量间距；

15、基于所述测量间距、增材枪移速以及所述采样间隔确定所述对齐偏差。

16、作为进一步优选的，所述第一高度序列及所述第二高度序列中还包括所述当前打印点及前序多个打印点对应的位置标签，所述位置标签在采样时由运动平台获取，该运动平台带动增材枪、第一激光探头和第二激光探头同步移动；所述将所述第一高度序列与第二高度序列数据对齐，包括：

17、基于所述位置标签将所述第一高度序列与所述第二高度序列进行对齐。

18、作为进一步优选的，所述基于对齐后的高度序列获取当前打印点对应的层高增量，包括：

19、获取当前打印点对应的高度测量值，高度测量值包括第一高度和第二高度；

20、获取当前打印点的前序多个打印点对应的历史高度测量值，历史高度测量值同样包括第一高度和第二高度；

21、基于所述前序多个打印点对应的历史高度测量值，对当前打印点对应的高度测量值进行纠偏；

22、基于纠偏后的当前打印点对应的高度测量值确定当前打印点对应的层高增量。

23、作为进一步优选的，基于所述前序多个打印点对应的历史高度测量值，对当前打印点对应的高度测量值进行纠偏，包括：

24、将所述当前打印点对应的高度测量值与前序一个或多个打印点对应的历史高度测量值进行加权求和，对当前打印点对应的高度测量值进行纠偏。

25、作为进一步优选的，在进行所述基于对齐后的高度序列获取当前打印点对应的层高增量之前，对对齐数据进行去噪。

26、作为进一步优选的，所述对对齐数据进行去噪，包括：

27、拟合得到所述第一高度序列对应的第一高度曲线和所述第一高度序列对应的第二高度曲线；

28、基于所述第一高度曲线和所述第二高度曲线之差识别噪声，从而将对齐数据中的噪声去除。

29、作为进一步优选的，所述对对齐数据进行去噪，包括：

30、基于噪声去除模型对对齐数据进行噪声去除，所述噪声去除模型为经过预训练的cnn卷积神经网络。

31、按照本发明的另一方面，提供了一种基于双激光耦合的增材层高实时监测系统，包括：

32、第一高度序列获取模块，用于基于第一激光探头获取当前打印点对应的第一高度序列，所述第一高度序列至少包括所述当前打印点及前序多个打印点对应的第一高度；

33、第二高度序列获取模块，用于基于第二激光探头获取所述当前打印点对应的第二高度序列，所述第二高度序列至少包括所述当前打印点及前序多个打印点对应的第二高度；

34、序列数据对齐模块，用于将所述第一高度序列与第二高度序列数据对齐；

35、当前打印点层高增量获取模块，用于基于对齐后的高度序列获取当前打印点对应的层高增量；

36、其中，所述第二激光探头与第一激光探头前后设置在增材枪行径方向上，并随增材枪移动，所述第二激光探头与第一激光探头对应的测量点分别位于增材熔池的前侧和后侧，且距熔池一定距离。

37、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

38、1、基于双激光采集增材前后的层高数据，从而逐点地快速获取增材层高，实现层高数据的实时获取，为进行增材制造实时调节提供了基础，且可以在强弧光的环境下运行。

39、2、构造了针对增材制造过程的数据对齐方式，实现了异步数据的快速对齐，降低了系统处理需要的时间。

40、3、基于增材制造的噪声特点，基于背景一致的原则实现了相同背景的异常数据点的快速平峰，避免了较大的耦合误差的同时，不占用大量的计算算力以服务去噪过程。

技术特征：

1.一种基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，其特征在于，所述第一激光探头与所述第二激光探头基于相同的采样间隔进行采样；所述将所述第一高度序列与第二高度序列数据对齐，包括：

3.如权利要求2所述的基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，其特征在于，所述获取对齐偏差，进一步包括：

4.如权利要求1所述的基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，其特征在于，所述第一高度序列及所述第二高度序列中还包括所述当前打印点及前序多个打印点对应的位置标签，所述位置标签在采样时由运动平台获取，该运动平台带动增材枪、第一激光探头和第二激光探头同步移动；所述将所述第一高度序列与第二高度序列数据对齐，包括：

5.如权利要求1-4任一项所述的基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，其特征在于，所述基于对齐后的高度序列获取当前打印点对应的层高增量，包括：

6.如权利要求5所述的基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，其特征在于，基于所述前序多个打印点对应的历史高度测量值，对当前打印点对应的高度测量值进行纠偏，包括：

7.如权利要求1-4任一项所述的基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，其特征在于，在进行所述基于对齐后的高度序列获取当前打印点对应的层高增量之前，对对齐数据进行去噪。

8.如权利要求7所述的基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，其特征在于，所述对对齐数据进行去噪，包括：

9.如权利要求7所述的基于双激光耦合的增材层高实时监测方法，其特征在于，所述对对齐数据进行去噪，包括：

10.一种基于双激光耦合的增材层高实时监测系统，其特征在于，包括：

技术总结本发明属于增材制造领域，并具体公开了一种基于双激光耦合的增材层高实时监测方法及系统，其包括：基于第一激光探头获取当前打印点对应的第一高度序列，第一高度序列至少包括所述当前打印点及前序多个打印点对应的第一高度；基于第二激光探头获取当前打印点对应的第二高度序列，第二高度序列至少包括当前打印点及前序多个打印点对应的第二高度；将第一高度序列与第二高度序列数据对齐；基于对齐后的高度序列获取当前打印点对应的层高增量；第二激光探头与第一激光探头前后设置在增材枪行径方向上，并随增材枪移动，使其对应测量点分别位于增材熔池前侧和后侧。本发明利用双激光逐点地获取增材层高，可实现层高数据的实时获取。技术研发人员：余圣甫,余振宇,邓方斌受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12