本发明专利技术属于激光增材制造无损检测技术领域，公开了基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置及方法。打印激光器发射具有第一波长的打印激光，并依次经合束镜、双镀膜接收振镜、双镀膜接收场镜后作用于打印基板上形成打印件；激励激光器发射激励激光，并依次经激励振镜、激励场镜后倾斜入射至打印件的表面；激光测振仪发射具有第二波长的接收激光，并依次经合束镜、双镀膜接收振镜、双镀膜接收场镜后入射至打印件的表面；激光测振仪收集激励激光在打印件表面激励的超声波信号；控制单元实现打印与检测的一体化控制。本发明专利技术能够解决激光超声线检测装置存在检测灵敏度低、有效扫描范围小、打印效率低的问题。打印效率低的问题。打印效率低的问题。
【技术实现步骤摘要】
基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置及方法
[0001]本专利技术属于激光增材制造无损检测
，更具体地，涉及一种基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置及方法。
技术介绍
[0002]激光选区熔覆增材制造方法以其能够精密控制零件尺寸而成为金属增材制造应用最为广泛的方法之一。然而，由于在打印过程中激光能量、扫描速度、扫描间距等参数控制的误差，不可避免地出现裂纹、未熔合、气孔和夹渣等随机性工艺缺陷。为了实现高质量的增材打印，亟待开发高效可靠的在线检测装置及方法。
[0003]激光超声以其非接触、宽频带和高效率等特点而成为金属增材制造在线方法研究的热点。现有技术，例如“基于共享振镜SLM在线激光缺陷检测装备及方法”，其主要是点是利用一个共享振镜将激励激光器与打印设备进行集成，并在共享振镜旁边加装一个接收激光器系统，通过激励激光器发射超声波，然后通过接收激光器拾取超声振动信号，从而实现内部缺陷的探测。该装置可以实现打印与检测的交替进行，但是还存在较多改进的地方：首先，从打印装备的布局来说，为了不对打印过程产生影响，共享振镜仍然位于打印腔的正中心，这就导致接收激光器处于偏心位置，接收激光器在接收超声时由于倾斜接收角度大而导致信号灵敏度低，不利于检测微米尺度的缺陷；其次，激励光路中的振镜和接收光路中的振镜均布置在打印腔体正上方，由于两种振镜的尺寸限制，两个光路发射的光束只在一个小范围之内有交集，从而导致激光超声可以有效覆盖的检测范围有限，不适用于尺寸较大的零件的打印检测；最后，打印与检测之间是交替进行，即在执行检测时无法执行打印过程，从而降低了打印效率。
[0004]因此，亟待解决现有激光超声在线检测技术对于选区熔覆增材制造缺陷检测所面临的检测灵敏度不够高、检测覆盖范围有限等问题，开发能够真正实现对打印进行完全无干扰的在线检测手段。
技术实现思路
[0005]本专利技术通过提供基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置及方法，解决现有激光超声线检测装置存在检测灵敏度低、有效扫描范围小、打印效率低的问题。
[0006]本专利技术提供基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置，包括：激励激光光路、同轴光路、控制单元；
[0007]所述激励激光光路包括：激励激光器、激励振镜和激励场镜；所述同轴光路包括：激光测振仪、打印激光器、合束镜、双镀膜接收振镜和双镀膜接收场镜；
[0008]所述打印激光器用于发射具有第一波长的打印激光，所述打印激光依次经所述合束镜、所述双镀膜接收振镜、所述双镀膜接收场镜后作用于打印基板上形成打印件；
[0009]所述激励激光器用于发射激励激光，所述激励激光依次经所述激励振镜、所述激励场镜后以第一角度倾斜入射至所述打印件的表面；
[0010]所述激光测振仪用于发射具有第二波长的接收激光，所述接收激光依次经所述合束镜、所述双镀膜接收振镜、所述双镀膜接收场镜后入射至所述打印件的表面；所述激光测振仪用于收集所述激励激光在所述打印件表面激励的超声波信号，所述超声波信号由所述接收激光在所述打印件表面的反射光携带，所述反射光依次经所述双镀膜接收场镜、所述双镀膜接收振镜、所述合束镜后返回至所述激光测振仪；
[0011]所述控制单元用于实现打印与检测的一体化控制；
[0012]其中，所述激励振镜用于实现打印范围全覆盖的超声波激励；所述激励场镜用于实现所述激励激光在所述打印件表面的指定位置聚焦；
[0013]所述双镀膜接收振镜的镀膜波长为所述第一波长和所述第二波长，所述双镀膜接收振镜用于将所述打印激光和所述接收激光同轴偏转至所述打印件表面的指定位置；所述双镀膜接收场镜的镀膜波长为所述第一波长和所述第二波长，所述双镀膜接收场镜用于实现所述打印激光和所述接收激光在所述打印件表面的指定位置聚焦。
[0014]优选的，所述激励激光光路的光斑与所述同轴光路的光斑的缺省位置重合于打印平面的中心位置。
[0015]优选的，所述激励激光光路还包括：动态聚焦镜；所述动态聚焦镜用于动态调节焦距，使得所述激励激光的光斑在打印覆盖范围内均实现聚焦。
[0016]优选的，所述激励激光光路还包括：扩束镜；所述扩束镜用于对所述激励激光进行扩束与准直。
[0017]优选的，所述同轴光路还包括：光纤耦合器；所述光纤耦合器设置在所述激光测振仪和所述合束镜之间，所述光纤耦合器用于将所述接收激光柔性地引导到所述合束镜的光轴。
[0018]优选的，所述控制单元包括打印工控机和检测工控机；所述打印工控机载有振镜控制卡，所述振镜控制卡用于实现所述激励振镜和所述双镀膜接收振镜的同步扫描控制；所述检测工控机载有数据采集卡，所述数据采集卡用于对返回至所述激光测振仪的超声波信号进行采集和处理。
[0019]优选的，所述振镜控制卡包括激励振镜控制卡和接收振镜控制卡；所述激励振镜控制卡用于发送扫描控制信号至所述激励振镜，所述激励振镜用于发送同步信号至所述数据采集卡和所述激励激光器，以控制所述激励激光器的发射和所述数据采集卡的采集；所述接收振镜控制卡用于发送扫描控制信号至所述双镀膜接收振镜。
[0020]优选的，所述打印工控机和所述检测工控机采用TCP/IP协议通讯，由所述打印工控机传递当前打印层编号信息至所述检测工控机。
[0021]优选的，所述第一角度通过在保证所述同轴振镜与所述激励振镜互不干扰工作的前提下，对所述同轴振镜至所述打印件距离与所述激励振镜至所述打印件距离的比值进行反余弦计算得到。
[0022]另一专利技术，本专利技术提供基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测方法，采用上述的基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置实现，所述方法包括以下步骤：
[0023]S1.在增材设备打印过程中，根据打印件的三维切片软件获取打印层截面的几何形状；
[0024]S2.根据所述打印层截面的几何形状生成含有激励激光和接收激光扫描坐标点集
的检测切片文件，其中所述接收激光的扫描坐标点集与打印激光的扫描轨迹一致，所述激励激光的扫描坐标点集按照与所述接收激光的扫描坐标点集保持固定间距的原则生成扫描网格；
[0025]S3.打印工控机读取检测切片文件，按照所述检测切片文件设置检测参数，在检测工控机读取所述检测切片文件后，所述打印工控机与所述检测工控机建立通讯连接；
[0026]S4.开启打印进程，所述打印工控机通过TCP/IP协议将当前打印层编号传递给所述检测工控机；
[0027]S5.所述打印激光和所述接收激光构成的同轴光束按照所述检测切片文件中记载的扫描坐标点集进行扫描；所述激励激光通过激励振镜按照所述检测切片文件中记载的扫描坐标点集，以固定间距跟随同轴光束的光斑进行超声波的扫描激励；
[0028]S6.所述激励振镜在每执行一个扫描坐标的同时，分别向激励激光器和所述检测工控机中的数据采集卡发送同步信号，被所述同步信号触发的所述激励激光器开始发射激励激光，被所述同步信号触发的所述数据采集卡开始对返回至激光测振仪的超声本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置，其特征在于，包括：激励激光光路、同轴光路、控制单元；所述激励激光光路包括：激励激光器、激励振镜和激励场镜；所述同轴光路包括：激光测振仪、打印激光器、合束镜、双镀膜接收振镜和双镀膜接收场镜；所述打印激光器用于发射具有第一波长的打印激光，所述打印激光依次经所述合束镜、所述双镀膜接收振镜、所述双镀膜接收场镜后作用于打印基板上形成打印件；所述激励激光器用于发射激励激光，所述激励激光依次经所述激励振镜、所述激励场镜后以第一角度倾斜入射至所述打印件的表面；所述激光测振仪用于发射具有第二波长的接收激光，所述接收激光依次经所述合束镜、所述双镀膜接收振镜、所述双镀膜接收场镜后入射至所述打印件的表面；所述激光测振仪用于收集所述激励激光在所述打印件表面激励的超声波信号，所述超声波信号由所述接收激光在所述打印件表面的反射光携带，所述反射光依次经所述双镀膜接收场镜、所述双镀膜接收振镜、所述合束镜后返回至所述激光测振仪；所述控制单元用于实现打印与检测的一体化控制；其中，所述激励振镜用于实现打印范围全覆盖的超声波激励；所述激励场镜用于实现所述激励激光在所述打印件表面的指定位置聚焦；所述双镀膜接收振镜的镀膜波长为所述第一波长和所述第二波长，所述双镀膜接收振镜用于将所述打印激光和所述接收激光同轴偏转至所述打印件表面的指定位置；所述双镀膜接收场镜的镀膜波长为所述第一波长和所述第二波长，所述双镀膜接收场镜用于实现所述打印激光和所述接收激光在所述打印件表面的指定位置聚焦。2.根据权利要求1所述的基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置，其特征在于，所述激励激光光路的光斑与所述同轴光路的光斑的缺省位置重合于打印平面的中心位置。3.根据权利要求1所述的基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置，其特征在于，所述激励激光光路还包括：动态聚焦镜；所述动态聚焦镜用于动态调节焦距，使得所述激励激光的光斑在打印覆盖范围内均实现聚焦。4.根据权利要求1所述的基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置，其特征在于，所述激励激光光路还包括：扩束镜；所述扩束镜用于对所述激励激光进行扩束与准直。5.根据权利要求1所述的基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置，其特征在于，所述同轴光路还包括：光纤耦合器；所述光纤耦合器设置在所述激光测振仪和所述合束镜之间，所述光纤耦合器用于将所述接收激光柔性地引导到所述合束镜的光轴。6.根据权利要求1所述的基于接收同轴的增材制造激光超声在线检测装置，其特征在于，所述控制单元包括打印工控机和检测工控机；所述打印工控机载有振镜控制卡，所述振镜控制卡用于实现所述激励振镜和所述双镀膜接收振镜的同步扫描控制；所述检测工控机载有数据采集卡，所述数据采集卡用于对返回至所述激光测振仪的超
声波信号进行采集和处...
【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，戴挺，李家奇，陈怀东，袁书现，马官兵，时云，丁辉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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