一种激光熔覆成形高度误差在线监控方法及系统

1.本发明属于激光熔覆成形技术领域，具体涉及一种激光熔覆成形高度误差在线监控方法及系统。


背景技术：

2.激光熔覆成形技术是一种集激光技术、数控技术、计算机技术和材料加工技术于一体的主流金属增材制造方法，它是利用高能密度的激光束使金属材料粉末熔覆在基体材料表面而形成新的零件，实现了三维近终形全密度金属零件的成形制造。激光熔覆成形技术非常适用于复杂零件的高效及精密制造，具有零件结构优化、组织性能优良、加工材料广泛、柔性化程度高和无模近终成形等优点，广泛地应用于航空、航天、生物和医学等领域的贵重、复杂产品的成形制造。
3.在激光熔覆成形过程中，由于熔池冗杂能量的影响，会导致熔覆层产生成形高度误差，熔覆喷头的工作距离会随着成形高度和轮廓误差而不断改变，进而导致光斑直径和粉斑直径也随之改变，进一步影响了成形高度的变化，并形成了累积误差。并且，熔覆喷头工作距离的改变也会导致相关工艺参数的改变，进而导致成形零件的微观组织和力学性能产生变化，影响了激光熔覆成形工艺的稳定性。
4.因此，需要设计一个能够在线监测和控制成形高度误差的方法和系统，可以实时监测成形高度误差，并对偏离正常范围的成形高度误差进行补偿，以保证成形零件的尺寸精度。
5.现有技术，如专利“一种激光熔覆增材成形高度在线监测装置及闭环控制方法”(申请号：201910182659.6)，利用图像摄取单元测量熔覆层的成形厚度来得到成形高度，并采用熔覆层中最小的熔覆成形厚度作为补偿的参考值，这种方法可以控制成形高度误差，但是，没有以成形零件的尺寸精度作为控制条件，得到的成形零件会偏离设计零件的形状尺寸。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种激光熔覆成形高度误差在线监控方法及系统，以成形零件的尺寸精度作为控制条件来控制成形高度误差，并且保持熔覆喷头的工作距离在一个稳定的范围内对成形高度误差进行补偿，以保证成形零件的尺寸精度，提高激光熔覆成形工艺的稳定性。
7.为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
8.第一方面，提供一种激光熔覆成形高度误差在线监控方法，包括以下步骤：
9.在激光熔覆成形过程中实时监测熔池的状态，并根据熔池的尺寸信息解析出成形高度；
10.根据成形零件的设计尺寸分析成形高度误差，并判断成形过程是否出现异常；
11.根据成形高度误差补偿区间评价单层成形高度，并控制熔覆喷头对成形高度误差
进行动态抬升补偿，使成形零件最终的成形尺寸与设计尺寸相一致。
12.作为优选，所述实时监测熔池的状态，并根据熔池的尺寸信息解析出成形高度的步骤包括：
13.获取采样点处的熔池图像并进行图像处理；
14.对相机图像进行标定，根据激光器发出的指示红光在基板上形成的指示光斑，该指示光斑在实际空间中为圆形光斑，其直径为d，该指示光斑在图像平面上为椭圆形光斑，其长轴为a，短轴为b，图像平面上的像素间距与实际空间中的真实间距的比例关系为：k＝d/a，相机轴线与水平方向的夹角为θ＝arcsin(bk/d)；
15.在熔池图像上标记出熔覆喷头末端的中心点s
′
，根据熔池轮廓计算出熔池的中心点g
′
，并搜索熔池轮廓上的最高点e
′
，求解出点s
′
到点g
′
在竖直方向上的距离l
′
以及点e
′
到点g
′
在竖直方向上的距离r
′
，由此计算出熔覆喷头的工作距离l＝l
′
k/cosθ-r
′
kcos45
°
/cos(45
°‑
θ)；
16.根据熔覆喷头的抬升高度z和熔覆喷头的工作距离l计算采样点处的实际成形高度h＝z-l。
17.更进一步的，作为优选，所述根据成形零件的设计尺寸分析成形高度误差，并判断成形过程是否出现异常的步骤包括：
18.根据第n层的设计成形高度hs计算出第n层各采样点处的成形高度误差δi＝h
i-hs；
19.根据激光熔覆成形工艺设定成形高度误差界限，即成形高度误差上限δ
max
和成形高度误差下限δ
min
，并依次判断第n层上各采样点处的成形高度误差δi是否超出误差界限；
20.若δi≥δ
max
，则成形高度超出上限，局部成形高度过高；若δi≤δ
min
，则成形高度超出下限，局部成形高度过低；若δ
min
《δi《δ
max
，则成形高度未超出界限；成形高度未超出界限的情况属于正常熔覆成形，则继续进行误差分析；局部成形高度过高和过低的情况属于非正常熔覆成形，则输出成形高度异常报警信号，并继续进行误差分析；
21.依次判断完第n层上所有采样点处的成形高度误差δi后输出该层的成形高度数据hi，式中1≤i≤j，j表示单层的成形高度数据总数。
22.作为优选，在所述获取采样点处的熔池图像并进行图像处理中，图像处理包括依次进行的以下步骤：
23.图像屏蔽，对熔池图像中的背景区域进行图像屏蔽，只留下熔池图像中包含熔池区域的部分；
24.灰度变换，根据熔池图像中色彩的最大值max(r,g,b)和最小值min(r,g,b)的均值计算出亮度值l＝[max(r,g,b) min(r,g,b)]/2，并提取出熔池图像中的亮度平面；
[0025]
阈值分割，熔池的灰度值为255，背景的灰度值为0，根据熔池图像的灰度直方图，选择灰度值t作为阈值对熔池图像进行阈值分割将熔池从图像中提取出来，根据阈值分割方法若熔池图像中像素的灰度值大于或等于t，则将该像素点灰度值置为255，否则置为0；
[0026]
中值滤波，对熔池图像进行二维中值滤波，根据中值滤波方法g(x,y)＝med{f(x-k,y-l),(k,l∈w)}，采用7
×
7的矩形区域作为二维滤波模板w；
[0027]
粒子过滤，将熔池图像中每一个封闭图形标记为一个粒子，根据熔池粒子的面积
大小选定过滤阈值s，根据粒子过滤方法将面积小于s的粒子全部过滤去除，只留下熔池粒子；
[0028]
边缘提取，采用canny算子对熔池图像进行边缘提取，首先用高斯滤波器平滑图像，然后用一阶偏导有限差分来计算梯度的幅值和方向，接着对梯度幅值进行非极大抑制，最后用双阈值算法检测和连接边缘。
[0029]
作为优选，所述根据成形高度误差补偿区间评价单层成形高度，并控制熔覆喷头对成形高度误差进行动态抬升补偿的步骤，以设计成形高度为目标求解成形高度误差补偿值，并以熔覆喷头工作距离的稳定性为约束条件分析成形高度误差补偿方法。
[0030]
作为优选，所述以设计成形高度为目标求解成形高度误差补偿值，并以熔覆喷头工作距离的稳定性为约束条件分析成形高度误差补偿方法包括以下步骤：
[0031]
根据第n层上所有采样点处的成形高度数据hi，式中1≤i≤j，j表示单层的成形高度数据总数；采用最小方差法表征出该层的成形高度ha＝(∑hi)/j，根据第n 1层的设计成形高度hs计算补偿熔覆高度e＝h
s-ha；
[0032]
选取熔覆高度与离焦量关系曲线上负离焦量区域内的一段熔覆喷头的工作距离变化小于阈值的区间，该区间的上限为最大离焦量d
max
，对应最大熔覆高度h
max
，该区间的下限为最小离焦量d
min
，对应最小熔覆高度h
min
，并判断所需熔覆高度e是否在补偿区间内；
[0033]
若e≥h
max
，则成形高度偏低；若e≤h
min
，则成形高度偏高；若h
min
《e《h
max
，则成形高度正常；成形高度正常的情况，所需熔覆高度在补偿区间内，在第n 1层熔覆时能完全补偿，补偿高度sn＝e；成形高度误差偏低和偏高的情况，所需熔覆高度超出补偿区间，在第n 1层熔覆时不能完全补偿，则分多层进行补偿，补偿高度分别sn＝h
max
和sn＝h
min
；
[0034]
根据熔覆高度与离焦量关系曲线反解出补偿高度sn对应的离焦量d
n 1
，并转换成第n 1层熔覆时熔覆喷头的工作距离l
n 1
；
[0035]
根据第n 1层的熔覆喷头工作距离l
n 1
和第n层的平均成形高度ha，计算出第n 1层熔覆时熔覆喷头的抬升高度z
n 1
＝l
n 1
ha，并根据第n层熔覆时熔覆喷头的抬升高度zn计算出熔覆喷头的层间抬升量δz＝z
n 1-zn；
[0036]
根据设定的熔覆喷头的层间抬升量z和熔覆喷头实际所需的层间抬升量δz，计算出层间抬升偏差量δz＝δz-z，并输出层间抬升偏差量δz。
[0037]
作为优选，所述控制熔覆喷头对成形高度误差进行动态抬升补偿的步骤包括：
[0038]
对当前的加工坐标系进行修改，根据层间抬升偏差量δz与补偿前的加工原点的z轴坐标z0计算补偿后的加工原点的z轴坐标z
′0＝z0 δz，当数控系统执行熔覆喷头抬升指令时，使数控系统读取新的加工坐标系值，从而执行成形高度误差补偿。
[0039]
第二方面，提供一种用于实现所述的激光熔覆成形高度误差在线监控方法的系统，包括与数控系统相连的工控机，以及与工控机相连用于实时采集熔池图像的工业相机；
[0040]
所述工控机的内部包括：
[0041]
成形高度解析模块，用于在激光熔覆成形过程中实时监测熔池的状态，并根据熔池的尺寸信息解析出成形高度；
[0042]
成形高度误差获取模块，用于根据成形零件的设计尺寸分析成形高度误差，并判断成形过程是否出现异常；
[0043]
成形高度误差补偿模块，用于根据成形高度误差补偿区间评价单层成形高度，并通过数控系统控制熔覆喷头对成形高度误差进行动态抬升补偿，使成形零件最终的成形尺寸与设计尺寸相一致。
[0044]
作为优选，所述工控机与数控系统之间通过lan接口连接，并通过调用数控系统提供的基于标准tcp/ip网络协议的二次开发接口实现数据交互。
[0045]
作为优选，所述成形高度误差补偿模块通过数控系统控制熔覆喷头对成形高度误差进行动态抬升补偿的过程如下：
[0046]
对工控机和数控系统间的网络连接进行初始化，配置ip地址和端口号，然后开启网络连接，并检测网络连接是否成功，若网络连接成功则继续检测端口有无信号输入，反之则向用户发送网络连接失败的提示，并继续检测网络连接是否成功；
[0047]
工控机发送给数控系统的输入信号包括成形高度异常报警的信号、误差补偿的信号、读取成形过程参数的信号，若端口有信号输入则执行根据输入的信号类型执行相应的操作，反之则刷新并继续检测端口有无信号输入；
[0048]
若输入信号为成形高度异常报警的信号，则调用事件数据接口函数向数控系统的人机交互界面发送设备报警提示信号，提示用户成形过程出现异常；
[0049]
若输入信号为读取成形过程参数的信号，则调用基本数据接口函数从数控系统的内部寄存器中读取成形过程数据，并将数据返回至用户用于分析成形高度误差；
[0050]
若输入信号为误差补偿信号，对当前的加工坐标系进行修改，根据层间抬升偏差量δz与补偿前的加工原点的z轴坐标z0计算补偿后的加工原点的z轴坐标z
′0＝z0 δz，并调用基本数据接口函数将新加工坐标系的z轴坐标z0′
写入数控系统内部寄存器中加工原点的地址单元，当数控系统执行熔覆喷头抬升指令时读取新的加工坐标系值，从而执行成形高度误差补偿；
[0051]
检测熔覆成形过程是否已经结束，若熔覆成形过程结束则退出网络连接，反之则刷新继续检测端口有无信号输入。
[0052]
相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
[0053]
本发明的方法通过对成形高度的实时监测和对成形高度误差在线分析，以零件的设计尺寸为控制目标，以熔覆喷头工作距离变化的稳定性为约束条件，动态控制熔覆喷头的抬升高度，补偿已产生的成形高度误差，不仅有效地解决了成形高度误差累积的影响，同时还解决了成形零件精度较差的问题。并且与现有的成形高度闭环控制方法相比，不仅兼顾了成形零件的轮廓精度和尺寸精度，同时还兼顾了工作距离变化对成形零件微观组织和力学性能的影响，有效地提高了成形零件的尺寸精度，并保证了激光熔覆成形工艺的稳定性。
[0054]
另一方面，本发明提供的用于实现所述激光熔覆成形高度误差在线监控方法的系统，能够实现对成形高度误差的闭环控制，通过将成形高度误差的监测和控制部分进行了集成化设计，使得在线监控系统可以面向数控系统集成，在线监测和控制的效率更高。并且与现有的成形高度在线监控系统相比，具有更强的通用性，其适用于采用同类型数控系统的不同激光熔覆成形设备，而不是只局限于一种专用的激光熔覆成形设备。
附图说明
[0055]
图1为本发明实施例激光熔覆成形高度误差在线监控系统结构示意图；
[0056]
图2为本发明实施例激光熔覆成形高度误差在线监控系统的闭环控制过程示意图；
[0057]
图3为本发明实施例成形高度解析及误差分析方法流程图；
[0058]
图4为本发明实施例成形高度评价及误差补偿方法流程图；
[0059]
图5为本发明实施例成形高度误差补偿策略流程图；
[0060]
图6为本发明实施例熔覆喷头工作距离测量原理示意图；
[0061]
图7为本发明实施例单层成形高度误差示意图；
[0062]
图8为本发明实施例熔覆喷头工作距离范围选择示意图；
[0063]
图9为本发明实施例加工原点偏移补偿方法原理示意图；
[0064]
附图中：1-数控系统；2-显示器；3-工控机；4-连接架；5-工业相机；6-成形零件；7-基板；8-激光器；9-熔覆喷头。
具体实施方式
[0065]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0066]
相较于现有的成形高度误差闭环控制方法，本发明提供了一种以成形零件的尺寸精度作为控制条件来控制成形高度误差，并且保持熔覆喷头的工作距离在一个稳定的范围内对成形高度误差进行补偿的方法，能够保证成形零件的尺寸精度，提高激光熔覆成形工艺的稳定性。
[0067]
本发明面向数控系统的激光熔覆成形高度误差在线监控方法的设计原理为：在熔覆成形过程中，实时监测熔覆喷头的工作距离，根据熔覆喷头的抬升高度和工作距离的差值得到采样点处的成形高度，并与该层的设计成形高度(零件在分层设计时成形到该层所需达到的高度)进行比较，得到采样点处的成形高度误差，并对该层上各采样点处的成形高度进行最小二乘拟合，表征出该层的成形高度，根据该层的设计成形高度对该层的成形高度误差进行评价，并以下一层的设计成形高度为控制目标分析出层间成形高度误差补偿值，结合激光熔覆成形的自愈合效应选择合适的熔覆喷头工作距离，并在下一层熔覆时控制熔覆喷头的抬升高度，使下一层的成形高度达到设计成形高度，从而实现成形高度误差的闭环控制。
[0068]
在一种具体的实施方式中，图1示出了一种用于实现本发明激光熔覆成形高度误差在线监控方法的系统，实施例该系统包括与数控系统1相连的工控机3，以及与工控机3相连用于实时采集熔池图像的工业相机5；其中，工控机3的内部包括：
[0069]
成形高度解析模块，用于在激光熔覆成形过程中实时监测熔池的状态，并根据熔池的尺寸信息解析出成形高度；
[0070]
成形高度误差获取模块，用于根据成形零件6的设计尺寸分析成形高度误差，并判断成形过程是否出现异常；
[0071]
成形高度误差补偿模块，用于根据成形高度误差补偿区间评价单层成形高度，并通过数控系统1控制熔覆喷头9对成形高度误差进行动态抬升补偿，使成形零件6最终的成形尺寸与设计尺寸相一致。
[0072]
需要说明的是，上述模块单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
[0073]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0074]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如u盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。
[0075]
关于本发明实施例激光熔覆成形高度误差在线监控系统结构，熔覆喷头9为同轴四路送粉激光熔覆头，具有熔池保护效果好、适用范围广的特点；工业相机5采用cmos型面阵工业相机，具有响应速度快、可靠性高的特点；工控机3采用带有usb接口和网络接口嵌入式工控机，具有功耗低、体积小、稳定性强的特点；数控系统1为标准数控系统，具有二次开发接口；显示器2采用触控显示器，方便对系统进行操作。工业相机5与工控机3之间通过usb 3.0接口实现通信，工控机3与数控系统1之间通过lan接口实现通信。
[0076]
图2示出了本发明系统的闭环控制过程图，该成形高度误差在线监控系统是面向数控系统1集成的，通过固定在熔覆喷头9上的工业相机5实时采集熔池图像并传输到工控机3中进行图像处理，工控机3根据图像处理结果解析出成形高度误差并分析成形高度误差补偿值，工控机3从数控系统的内部寄存器读取加工数据用以分析成形高度误差，并将成形高度误差补偿值存入数控系统1的内部寄存器用以补偿成形高度误差，数控系统1根据数控指令识别误差补偿值并控制熔覆喷头9动态抬升的高度实现成形高度误差补偿。
[0077]
参见图3，图3示出了本发明成形高度解析及误差分析方法的流程，具体步骤如下：
[0078]
1)对获取的熔池图像进行图像处理，图像处理步骤依次为：
[0079]
①
图像屏蔽，对熔池图像中的背景区域进行图像屏蔽，只留下熔池图像中包含熔池区域的部分；
[0080]
②
灰度变换，熔池的亮度最高，背景的亮度最低，根据熔池图像中色彩的最大值max(r,g,b)和最小值min(r,g,b)的均值计算出亮度值l＝[max(r,g,b) min(r,g,b)]/2，并
提取出熔池图像中的亮度平面；
[0081]
③
阈值分割，熔池的灰度值为255，背景的灰度值为0，根据熔池图像的灰度直方图，选择灰度值t作为阈值对熔池图像进行阈值分割将熔池从图像中提取出来，根据阈值分割方法若熔池图像中像素的灰度值大于或等于t，则将该像素点灰度值置为255，否则置为0；
[0082]
④
中值滤波，对熔池图像进行二维中值滤波，根据中值滤波方法g(x,y)＝med{f(x-k,y-l),(k,l∈w)}，采用7
×
7的矩形区域作为二维滤波模板w，消除熔池图像中较小的孤立噪声点，同时使熔池轮廓变得光滑；
[0083]
⑤
粒子过滤，将熔池图像中每一个封闭图形标记为一个粒子，根据熔池粒子的面积大小选定过滤阈值s，根据粒子过滤方法将面积小于s的粒子全部过滤去除，只留下熔池粒子，以消除熔池图像中孤立的孤立噪声点；
[0084]
⑥
边缘提取，采用canny算子对熔池图像进行边缘提取，首先用高斯滤波器平滑图像，然后用一阶偏导有限差分来计算梯度的幅值和方向，接着对梯度幅值进行非极大抑制，最后用双阈值算法检测和连接边缘，尽可能地表示出熔池图像中该熔池的实际边缘；
[0085]
2)对相机图像进行标定，根据激光器发出的指示红光在基板上形成的指示光斑，该指示光斑在实际空间中为圆形光斑，其直径为d，该指示光斑在图像平面上为椭圆形光斑，其长轴为a，短轴为b，那么图像平面上的像素间距与实际空间中的真实间距的比例关系为k＝d/a，相机轴线与水平方向的夹角为θ＝arcsin(bk/d)；
[0086]
3)在熔池图像上标记出熔覆喷头末端的中心点s
′
，根据熔池轮廓计算出熔池的中心点g
′
，并搜索熔池轮廓上的最高点e
′
，求解出点s
′
到点g
′
在竖直方向上的距离l
′
以及点e
′
到点g
′
在竖直方向上的距离r
′
，由此计算出熔覆喷头的工作距离l＝l
′
k/cosθ-r
′
kcos45
°
/cos(45
°‑
θ)，具体如图6所示；
[0087]
4)根据熔覆喷头的抬升高度z和熔覆喷头的工作距离l计算采样点处的实际成形高度h＝z-l，并根据第n层的设计成形高度hs计算第n层各采样点处的成形高度误差δi＝h-hs；
[0088]
5)根据激光熔覆成形工艺设定成形高度误差界限，即成形高度误差上限δ
max
和成形高度误差下限δ
min
，并判断第n层上采样点处的成形高度误差δi是否超出误差界限；
[0089]
6)若δi≥δ
max
，则成形高度超出上限，局部成形高度过高；若δi≤δ
min
，则成形高度超出下限，局部成形高度过低；若δ
min
《δi《δ
max
，则成形高度未超出界限；成形高度未超出界限的情况属于正常熔覆成形，则继续进行误差分析；局部成形高度过高和过低的情况属于非正常熔覆成形，则输出成形高度异常报警信号，并继续进行误差分析；
[0090]
7)依次判断完第n层上所有采样点处的成形高度误差δi后输出该层的成形高度数据hi，式中1≤i≤j，j表示单层的成形高度数据总数。
[0091]
参见图4，图4示出了本发明成形高度评价及误差补偿方法的流程，具体步骤如下：
[0092]
1)根据第n层上所有采样点处的成形高度数据hi，式中1≤i≤j，j表示单层的成形高度数据总数；采用最小方差法表征出该层的成形高度ha＝(∑hi)/j，为了补偿第n层产生的成形高度误差，并且使第n 1层的成形高度达到设计成形高度，根据第n 1层的设计成形
高度hs计算补偿熔覆高度e＝h
s-ha，具体如图7所示；
[0093]
2)根据激光熔覆成形的自愈合效应，选取熔覆高度与离焦量关系曲线上负离焦量区域内的一段熔覆喷头的工作距离变化小于阈值的区间，且在该区间内工作距离的变化对成形零件的微观组织和力学性能影响较小，该区间的上限为最大离焦量d
max
，对应最大熔覆高度h
max
，该区间的下限为最小离焦量d
min
，对应最小熔覆高度h
min
，并判断所需熔覆高度e是否在补偿区间内，具体如图8所示；
[0094]
3)若e≥h
max
，则成形高度偏低；若e≤h
min
，则成形高度偏高；若h
min
《e《h
max
，则成形高度正常；成形高度正常的情况，所需熔覆高度在补偿区间内，在第n 1层熔覆时即可完全补偿，因此补偿高度sn＝e；成形高度误差偏低和偏高的情况，所需熔覆高度超出了补偿区间，在第n 1层熔覆时不能被完全补偿，需要分多层进行补偿，因此补偿高度分别sn＝h
max
和sn＝h
min
；
[0095]
4)根据熔覆高度与离焦量关系曲线反解出补偿高度sn对应的离焦量d
n 1
，并将其转换成第n 1层熔覆时熔覆喷头的工作距离l
n 1
。
[0096]
5)根据第n 1层的熔覆喷头工作距离l
n 1
和第n层的平均成形高度ha计算第n 1层熔覆时熔覆喷头的抬升高度z
n 1
＝l
n 1
ha，并根据第n层熔覆时熔覆喷头的抬升高度zn计算熔覆喷头的层间抬升量δz＝z
n 1-zn；
[0097]
6)根据加工程序设定的熔覆喷头的层间抬升量z和熔覆喷头实际所需的层间抬升量δz计算层间抬升偏差量δz＝δz-z，并输出层间抬升偏差量δz；
[0098]
参加图5，图5示出了本发明成形高度误差补偿策略的流程，具体步骤如下：
[0099]
1)对工控机3和数控系统1间的网络连接进行初始化，配置ip地址和端口号，然后开启网络连接，并检测网络连接是否成功，若网络连接成功则继续检测端口有无信号输入，反之则向用户发送网络连接失败的提示，并继续检测网络连接是否成功；
[0100]
2)输入信号包括成形高度异常报警的信号、误差补偿的信号、读取成形过程参数的信号，若端口有信号输入则执行根据输入的信号类型执行相应的操作，反之则刷新并继续检测端口有无信号输入；
[0101]
4)若输入信号为成形高度异常报警的信号，则调用事件数据接口函数向数控系统1人机交互界面发送设备报警提示信号，提示用户成形过程出现异常；
[0102]
5)若输入信号为读取成形过程参数的信号，则调用基本数据接口函数从数控系统1内部寄存器中读取成形过程数据，并将数据返回至用户软件用于分析成形高度误差；
[0103]
6)若输入信号为误差补偿信号，由于加工程序设定的熔覆喷头9抬升高度是不可变的，为了实现对成形高度误差的补偿，因此对当前的加工坐标系进行修改，根据层间抬升偏差量δz与补偿前的加工原点的z轴坐标z0计算补偿后的加工原点的z轴坐标z
′0＝z0 δz，具体如图9所示，并调用基本数据接口函数将新加工坐标系的z轴坐标z0′
写入数控系统1内部寄存器中加工原点的地址单元，当数控系统1执行熔覆喷头9抬升指令时读取新的加工坐标系值从而执行成形高度误差补偿；
[0104]
7)检测熔覆成形过程是否已经结束，若熔覆成形过程结束则退出网络连接，反之则刷新继续检测端口有无信号输入。
[0105]
本发明激光熔覆成形高度误差在线监控方法及系统，通过实时监测成形高度误差，并对成形高度误差进行分析，结合激光熔覆成形的自愈合效应，对熔覆喷头的抬升高度
进行在线修正，实现了对成形高度误差的在线监测和闭环控制。对成形高度误差的实时监测和熔覆喷头抬升高度的在线调整保证了成形零件的尺寸精度，提高了激光熔覆成形工艺的稳定性，提高了金属粉末的利用率，解决了激光熔覆成形过程中成形零件易产生形貌误差的问题。
[0106]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0107]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。