[0001] 本发明属于激光修复技术领域，具体涉及一种基于多传感器融合的自适应钛合金激光熔覆系统及方法。

[0002] 随着激光技术的出现和不断发展完善，激光熔覆技术被广泛应用于合金材料损伤修复领域。钛被誉为继铁、铝之后，本世纪势必将崛起的智慧金属，在工业应用中具有良好的前景。钛合金具有一系列优点，因其密度小、比强度高、抗高温蠕变性能良好，被应用于航空、航天等领域；由于其无磁性、耐低温性能良好可应用于海洋工程结构件；凭借其无毒性、良好的耐蚀性和生物相容性等特性可适用于生物医学领域。

[0003] 在钛合金器件生产和使用过程中，因各种不可避免原因导致大量的加工超差，或在使用中出现裂纹、腐蚀、磨损等损伤，这就需要对钛合金材料进行修复。相较于传统修复方法，激光熔覆修复技术加工后修复件无热变形、强度高、修复过程可控性好，所以激光熔覆技术在钛合金材料修复领域的应用越来越广泛。现有的激光熔覆技术在器件修复过程中参数固定，无法根据实际情况适时调整熔覆参数，导致修复效果无法达到预期，甚至对损伤周围的正常组织造成非必要损伤。针对以上问题设计一种基于多传感器融合的自适应钛合金激光熔覆系统及方法。

[0039] 实施例1

[0040] 结合附图，说明本发明各部分的具体结构：

[0041] 本发明所使用的硬件结构框图及连接示意图如图1、图2所示：熔覆控制模块1用于接收由图像采集模块6采集上传的图像信息和温度采集模块7采集上传的温度信息并进行分析处理，根据处理结果决定下一步动作；激光器主机箱20用于提供激光光源；水冷器21用于冷却激光器主机箱20以及激光器输出头22；激光器输出头22用于激光输出；粉末喷嘴31用于喷洒钛合金粉末；粉源装置30用于提供钛合金粉末；载流气源32用于提供载流气流输送钛合金粉末；保护气体喷嘴41用于输出保护气体；保护气源装置40用于提供保护气体；一级单向反射镜50和二级单向反射镜51用于反射激光使激光保持垂直照射到待修复器件表面；图像采集模块6用于采集并上传获得的图像数据；温度采集模块7用于实时采集并上传获得的温度数据；载料平台90用于放置待修复件8；夹具91用于固定待修复器件8。

[0042] 实施例2

[0043] 本发明的一种基于多传感器融合的自适应钛合金激光熔覆方法包括如下步骤：

[0044] 步骤一：将待修复件安放至惰性气体保护室的修复台上，并利用机械夹具将待修附件牢固固定在修复台上，防止修复过程中待修复件发生移动，调整反射镜角度，使初始状态下激光垂直照射到待修复件表面；

[0045] 步骤二：控制器按照从左到右、由上至下的方式规划熔覆路径，根据设置路径控制激光器、反射镜、送粉喷嘴、保护气体喷嘴移动，使修复过程中始终保持激光垂直照射到待修复件表面，使两喷嘴在激光左右两侧与待修复件所成夹角为65°，且与待修复件垂直距离为20mm；

[0046] 步骤三：启动激光器、送粉装置、喷气装置、图像采集设备和温度传感器，按照设置路径对待修复件进行熔覆作业；

[0047] 步骤四：将图像采集设备上传图像进行灰度化、滤波去噪和图像分割处理，提取熔池外观形貌信息；

[0048] 图像灰度化处理采用加权平均法，通过公式Gr＝0.229×R+0.587×G+0.114×B计算得到图像灰度，将采集到的彩色图像转化为灰度图像,其中Gr为计算得到的灰度值，R、G、B分别为像素点红、绿、蓝灰度值。

[0049] 灰度图像滤波去噪采用中值滤波法，对以(x，y)为中心，其邻域内所有像素点进行中值滤波，减少噪声对处理结果的影响，结果为Gr(x,y)＝med[Gr(i,j)],其中Gr(i,j)为以点(x，y)为中心其邻域内所有像素点的灰度值。

[0050] 图像分割处理采用K‑means算法，准确提取出熔池的特征信息。

[0051] 步骤五：将提取出熔池信息与温度传感器采集温度信息融合，调整激光功率、送粉速度、送气速度，完成激光熔覆修复作业；

[0052] 构建激光功率与熔覆过程中各参数的关系式： 其中Ts为温度传感器采集温度，T0为粉末原始温度，C为粉末比热容，L为粉末融化潜热，ρ为粉末比热容，d为设置熔道宽度，v为设置熔覆速度。

[0053] 假设熔覆效果R与激光器输出功率P、载气流量M、保护气体流量L之间存在关系式：a b c
R＝X·P+Y·M+Z·L ,其中R为控制器分析图像采集设备上传图像信息得到的熔覆效果指数，X、Y、Z为常数，a、b、c分别为P、M、L的影响系数；

[0054] 将不同参数组合的熔覆效果导入到深度卷积神经网络模型进行分析计算训练，并不断对深度卷积神经网络模型进行优化，即可得到熔覆效果R与激光器输出功率P、载气流量M、保护气体流量L之间的关系；

[0055] 设置熔覆装置操作空间集函数A：A＝[Pa,Pb,Ma,Mb,La,Lb]

[0056] 操作空间函数集合包括了控制器在接收到实时的温度Ts和图像信息后所会采取的所有行动，其意义分别为：

[0057] Pa：激光输出功率增加100W

[0058] Pb：激光输出功率减小100W

[0059] Ma：载气流量增加0.1L/min

[0060] Mb：载气流量减小0.1L/min

[0061] La：保护气体流量增加0.1L/min

[0062] Lb：保护气体流量减小0.1L/min

[0063] 控制器具体动作指令通过PID算法决定：其中u(t)是第t时刻的被控量，Kp是比例增益，Ki是积分增益，Kd是微分增益，e(t)是第t时刻期望值与反馈值的偏差量。

[0064] 在激光熔覆修复作业过程中，控制器控制激光器模块、送粉模块、保护气体模块从操作函数集中实时选择指令并执行，以达到最好的熔覆修复效果。