【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于增材制造，具體涉及一種高能x射線在線監測裝置，用于激光金屬沉積在線監測及缺陷預測。
技術介紹
1、在激光金屬沉積過程中，由于材料的快速熔化和凝固，容易產生沉積層內部結構的變化，如形變和收縮?，F有的光學監測技術主要針對外部形貌，難以對沉積過程中的內部結構進行有效監控，尤其是深層區域。傳統的x射線監測方式通常依賴單一角度的成像，導致視角局限，無法全面捕捉沉積區域的全貌。這種監測手段在實際生產中難以實時、全面地對激光金屬沉積的內部質量進行高效監控，且無法根據實時圖像對成像參數進行動態調整，以適應不同工況下的變化需求。
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種基于高能x射線和高分辨率攝像頭的激光金屬沉積實時監測裝置，包括：激光頭；四個高能x射線設備即第一高能x射線設備、第二高能x射線設備、第三高能x射線設備、第四高能x射線設備，分別安裝在激光頭的四個角；四個高分辨率攝像頭即第一高分辨率攝像頭、第二高分辨率攝像頭、第三高分辨率攝像頭、第四高分辨率攝像頭，每個攝像頭與對應的x射線設備同軸安裝；基板位于激光頭正下方；以及一個中央處理系統，用于接收并處理來自x射線設備和攝像頭的圖像數據，執行圖像融合和分析。
2、所述的高能x射線設備和攝像頭根據激光頭的打印軌跡動態選擇工作模式；當激光頭沿斜線軌跡打印時，激活對角線位置的兩組高能x射線設備與攝像頭；當激光頭沿橫向或豎向軌跡打印時，激活平行于打印軌跡的兩組高能x射線設備與攝像頭。本專利技術通過多角度實時監測和高能x射線與攝像頭的
3、在激光金屬沉積過程中，激光頭沿預設軌跡在基板上進行逐層打印。為了監控打印過程，本裝置通過預設算法，根據打印位置激活不同的x射線設備和攝像頭組合，具體的監測過程如下：
4、當打印熔池時，激活高能x射線設備和高能x射線設備，以及高分辨率攝像頭和高分辨率攝像頭。這兩組設備分別從對角方向對打印區域進行監控，確保沉積層的內部結構和表面形態能夠從不同角度被準確捕捉。
5、當打印熔池時，激活高能x射線設備和高能x射線設備，以及高分辨率攝像頭和高分辨率攝像頭。這些設備位于打印區域的兩側，負責獲取沉積層厚度、熔池動態及外部輪廓形貌，確保數據完整性。
6、當打印熔池時，激活高能x射線設備和高能x射線設備，以及高分辨率攝像頭和高分辨率攝像頭。這兩個組合從不同角度同時監控沉積過程，確保熔池和沉積層的幾何形狀能夠被精確記錄。
7、在整個打印過程中，系統通過自主開發的智能算法動態選擇并激活最優的x射線設備和攝像頭組合，確保每個熔池的打印過程始終能夠從最佳角度進行監測。該算法基于激光頭的位置、打印軌跡及實時成像需求的多維度分析，自動調整成像角度、曝光時間和光強，以獲取清晰且高質量的圖像。每次工作中的設備通過高速數據傳輸系統，將采集到的圖像實時傳送至中央處理單元。中央處理單元對圖像數據進行快速分析，并生成反饋結果，不僅能夠檢測可能出現的打印缺陷，還能夠根據數據反饋調整當前的打印工藝參數，如激光功率或打印速度，從而在動態沉積環境中實現高效的質量控制與工藝優化。
8、進一步地，本研究提出了一種結合resnet和vgg的雙分支卷積神經網絡架構，用于提高x射線圖像的質量評估。首先，系統從多角度實時采集激光金屬沉積過程中的x射線圖像。隨后，通過resnet提取深層特征，vgg提取淺層特征，兩者的特征在融合層中進行拼接，并輸出圖像的質量評分或分類結果?；谶@些評估結果，系統自動調整x射線設備的曝光時間、光強和采集角度，以確保圖像質量持續優化。在整個過程中，系統通過反饋控制不斷更新設備參數，適應不同工況下的變化需求，最終保證高質量的實時圖像采集。
9、進一步地，本研究通過整合熔池位置和高度信息，采用減法建模的方法來重建沉積層的三維形態。在此過程中，系統基于圓弧形的假設設定沉積層橫截面，并定義了球形抓取函數。該函數用于逐步激活待激活區域中的單元，從而精確地映射出熔池的實際形狀。
10、步驟3中，通過多角度x射線監測獲取激光金屬沉積過程中的實時數據，逐步重建沉積層的三維形貌，系統基于從多個角度捕捉的圖像數據，實時整合并更新沉積層的幾何形態，重建過程采用減法建模方法，以熔池的位置信息和高度數據為基礎，持續調整沉積層的三維模型，確保模型能夠精準反映實際沉積形貌的動態變化。通過此方法，系統能夠在沉積過程中動態響應結構變化，使三維重建更加準確。將沉積層的橫截面設計為圓弧形，并利用球形抓取函數逐步激活待激活區域中的單元，以動態更新沉積層的三維幾何形貌。此設計允許系統在獲得新的熔池位置與高度數據后，精確調整重建模型，從而確保三維模型與實際沉積狀態的高度一致。通過球形抓取函數實現了對形態動態更新的精細化處理，使得重建過程對沉積層的細微變化具有高度敏感性，進一步提升了監測精度。
11、步驟3中，通過多角度x射線實時監測激光金屬沉積過程，系統獲取沉積層的動態高度數據和熔池的位置信息，基于這些實時監測的數據，采用減法建模的思想，逐步重建沉積層的三維形貌。為了更準確地模擬熔池因表面張力自然形成的沉積層曲面特征，假設沉積層的橫截面為圓弧形，并建立一個以x為掃描方向、y為高度方向、z為沉積層寬度方向的坐標系，用于重建過程。
12、系統在接收實時熔池數據的同時，不斷更新三維模型，直到沉積過程完全結束。這一連續的更新過程確保了重建的三維形貌與實際沉積層的幾何特征高度匹配。此方法的實施，通過精確模擬沉積層在實際制造過程中的動態變化，顯著提高了模型的精度和實用性，使其成為優化打印過程和提前識別潛在缺陷的重要工具。相對于現有技術，本專利技術的優點如下：
13、本專利技術通過在激光頭安裝多個高能x射線設備和高分辨率攝像頭，實現了多角度的實時監測。該設計能夠全方位覆蓋激光金屬沉積的沉積區域，避免了傳統單角度監測可能產生的成像盲區問題，確保對沉積層的表面形態和內部結構的全面監控。
14、本專利技術具有智能切換機制，能夠根據激光頭的打印軌跡動態選擇不同角度的x射線設備和攝像頭組合工作。在斜線、橫向和豎向打印過程中，系統會自動激活最佳角度的兩組設備，有效提高了監測效率，同時減少了設備的冗余使用。
15、本專利技術結合了神經網絡技術，通過對x射線圖像進行實時質量評估，自動調整曝光時間、光強和成像角度，確保圖像的對比度和清晰度。該自動化反饋機制能夠根據實際工況對設備參數進行優化，確保系統能夠持續提供高質量的圖像數據。
16、本專利技術還能夠通過多角度x射線圖像進行實時的三維重建，準確反映沉積層的幾何形貌和內部結構變化。這種實時三維重建方法為后續的缺陷檢測和工藝優化提供了可靠的形貌數據支撐，大幅提高了激光金屬沉積工藝的精度和質量控制水平。
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1.一種高能X射線在線監測裝置，其特征在于,包括：激光頭(100)；四個高能X射線設備即第一高能X射線設備(202)、第二高能X射線設備(204)、第三高能X射線設備(206)、第四高能X射線設備(208)，分別安裝在激光頭(100)的四個角；四個高分辨率攝像頭即第一高分辨率攝像頭(201)、第二高分辨率攝像頭(203)、第三高分辨率攝像頭(205)、第四高分辨率攝像頭(207)，每個攝像頭與對應的X射線設備同軸安裝；基板(300)位于激光頭(100)正下方；以及一個中央處理系統，用于接收并處理來自X射線設備和攝像頭的圖像數據，執行圖像融合和分析。
2.根據權利要求1所述的高能X射線在線監測裝置，其特征在于，所述高能X射線設備和攝像頭根據激光頭的打印軌跡動態選擇工作模式；當激光頭沿斜線軌跡打印時，激活對角線位置的兩組高能X射線設備與攝像頭；當激光頭沿橫向或豎向軌跡打印時，激活平行于打印軌跡的兩組高能X射線設備與攝像頭。
3.根據權利要求2所述的高能X射線在線監測裝置，其特征在于，所述裝置根據打印位置激活不同的X射線設備和攝像頭組合，具體的監測過程如下：p>
4.根據權利要求2或3所述的高能X射線在線監測裝置，其特征在于，使用方法，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的高能X射線在線監測裝置，其特征在于，步驟2具體如下：
6.根據權利要求4所述的高能X射線在線監測裝置，其特征在于，步驟2中，神經網絡在訓練完成后，系統進入工作狀態，對實時采集的X射線圖像進行處理，經過卷積神經網絡的特征提取后，圖像特征分別被輸入到三個獨立的評分網絡，分別用于評估SNR、對比度和SSIM，每個評分網絡輸出的評分在0至1的范圍內，用以表示圖像在該質量指標上的表現，評分機制通過卷積神經網絡在訓練過程中學習到的特征與標簽間的關系實現，確保評分能夠準確反映圖像質量，根據評分網絡的輸出結果，系統自動調整X射線設備的參數，若SNR評分較低，系統將通過增加曝光時間來提升圖像的信號強度，曝光時間的調整遵循以下公式：
7.根據權利要求4所述的高能X射線在線監測裝置，其特征在于，步驟3中，通過多角度X射線監測獲取激光金屬沉積過程中的實時數據，逐步重建沉積層的三維形貌，系統基于從多個角度捕捉的圖像數據，實時整合并更新沉積層的幾何形態，重建過程采用減法建模方法，以熔池的位置信息和高度數據為基礎，持續調整沉積層的三維模型，
8.根據權利要求2所述的高能X射線在線監測裝置，其特征在于，步驟3中，設沉積層的橫截面為圓弧形，并建立一個以X為掃描方向、Y為高度方向、Z為沉積層寬度方向的坐標系，用于重建過程，
...【技術特征摘要】
1.一種高能x射線在線監測裝置，其特征在于,包括：激光頭(100)；四個高能x射線設備即第一高能x射線設備(202)、第二高能x射線設備(204)、第三高能x射線設備(206)、第四高能x射線設備(208)，分別安裝在激光頭(100)的四個角；四個高分辨率攝像頭即第一高分辨率攝像頭(201)、第二高分辨率攝像頭(203)、第三高分辨率攝像頭(205)、第四高分辨率攝像頭(207)，每個攝像頭與對應的x射線設備同軸安裝；基板(300)位于激光頭(100)正下方；以及一個中央處理系統，用于接收并處理來自x射線設備和攝像頭的圖像數據，執行圖像融合和分析。
2.根據權利要求1所述的高能x射線在線監測裝置，其特征在于，所述高能x射線設備和攝像頭根據激光頭的打印軌跡動態選擇工作模式；當激光頭沿斜線軌跡打印時，激活對角線位置的兩組高能x射線設備與攝像頭；當激光頭沿橫向或豎向軌跡打印時，激活平行于打印軌跡的兩組高能x射線設備與攝像頭。
3.根據權利要求2所述的高能x射線在線監測裝置，其特征在于，所述裝置根據打印位置激活不同的x射線設備和攝像頭組合，具體的監測過程如下：
4.根據權利要求2或3所述的高能x射線在線監測裝置，其特征在于，使用方法，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的高能x...
【專利技術屬性】
技術研發人員：盧軼，黃海燃，吳斌，汪晨，蔡明霞，姜迪，易揚，饒靜，
申請(專利權)人：南京林業大學，
類型：發明
國別省市：
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