本发明涉及増材制造的，尤其涉及一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置及方法。
背景技术：
1、激光粉末床熔融(laser powder bed fusion，lpbf)是应用最广泛的金属增材制造方法，其采用直径很小的激光光斑作为能量源，采用“离散降维”的方法简化复杂的制造，使得其具有扫描速度快、熔池尺寸小且熔化-凝固过程复杂等特点。但是lpbf技术在应用过程中仍存局限，特别地熔池温度的异常将导致裂纹、气孔匙孔、球化及尺寸偏差等各种缺陷形成的主要原因。目前针对lpbf制件的缺陷检测多采用离线检测方法，但离线检测具有明显的滞后性，失去在线调整工艺策略及时消除特定缺陷的机会，这往往会导致材料的浪费，甚至导致打印失败。近年来开发基于lpbf过程在线监测方法，提升lpbf成形过程和零件质量的稳定性成为工程应用的研发热点。
2、现阶段对熔池温度的测量主要方式为通过旁轴布置光学热成像设备对熔池温度进行监控，主要采集的熔池信息包括温度、面积、飞溅等信息。但目前主流的光学热成像设备的采集频率不超过100hz，当测试对象为高速运动中熔池时，过低的采样率对温度的测量结果将大幅失真，从而损失大量的熔池温度信息。此外，现有的温度测量结果很难与扫描路径相匹配，因此扫描轨迹中熔池温度的分布难以记录，为缺熔池失稳处的定位和工艺补偿带来困难。
3、综上所述，如何提升激光增材过程中对熔池温度测量和标定的高效准确性，对激光增材制造技术的应用和发展具有重大意义。
技术实现思路
1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置及方法。
2、本发明所采用的技术方案是：
3、一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，包括：
4、加工激光控制单元，用于产生连续的激光，并将激光照射到预设的位置上；
5、同轴光电信号采集单元，包括同轴光电信号采集模块；激光将金属粉末熔化形成高温熔池，同轴光电信号采集模块对熔池的光辐射进行采集，将采集到的光辐射信息转换为光电信号，再将光电信号转为数字信号；
6、激光扫描路径坐标采集单元，用于采集激光光斑的坐标位置信息；
7、数据处理单元，用于根据数字信号获取随时间分布的熔池温度曲线，根据坐标位置信息获取时间轴下的扫描路径曲线；根据熔池温度曲线和扫描路径曲线获取激光扫描路径上熔池温度分布。
8、进一步地，所述加工激光控制单元包括：连续光纤激光器，激光准直器、光束整形器、二向色镜、x轴扫描振镜、y轴扫描振镜和场镜；
9、所述连续光纤激光器产生的激光光束，在经过激光准直器和光束整形器，被整形成所需的光束空间分布作为连续激光；
10、整形后的连续激光依次通过二向色镜、x轴扫描振镜、y轴扫描振镜和场镜后，被聚焦至加工面。
11、进一步地，所述二向色镜为45°二向色镜。
12、进一步地，所述同轴光电信号采集单元，至少包含两套相互独立、且包含不同窄带滤光片的光学元件，以采集不同波长的光信号。
13、进一步地，所述同轴光电信号采集单元还包括第一光电二极管、第二光电二极管、信号放大器和光电采集卡；
14、所述熔池的光辐射经过二向色镜后，被同轴光电信号采集模块所捕捉，并由第一光电二极管、第二光电二极管转换为光电信号，通过信号放大器对光电信号进行放大，再通过光电采集卡对放大后的光电信号进行采集，并转为数字信号。
15、进一步地，所述同轴光电信号采集模块包括分光镜、第一滤波片、第二滤波片、第一聚焦镜和第二聚焦镜；
16、熔池的光辐射射入同轴光电信号采集模块后，被分光镜分为两束红外光，其中一路红外光经过第一滤波片和第一聚焦镜后到达第一光电二极管；另一路红外光经过第二滤波片和第二聚焦镜后到达第二光电二极管。
17、进一步地，所述光电采集卡的采样频率大于100khz。
18、进一步地，所述激光扫描路径坐标采集单元包括角位移传感器和坐标采集卡；
19、所述角位移传感器用于对x轴扫描振镜和y轴扫描振镜的镜轴转动角度进行采集；所述坐标采集卡用于拾取由角位移传感器采集的振境镜轴的角度变化参数。
20、进一步地，所述数据处理单元采用双波长测温算法获取打印区域的熔池温度，通过采集扫描振镜的境轴的角位移信号来拾取激光的扫描路径，将熔池温度与激光扫描路径在相同时间轴进行匹配，以实现在监测加工中熔池实时温度的同时，对层级的全局温度进行二维和/或三维温度场可视化重建。
21、进一步地，所述熔池温度的计算公式为：
22、
23、式中，h、c和kb分别是普朗克常数、光速和玻尔兹曼常数；λ1为第一路红外光的波长，λ2为第二路红外光的波长；ε1为第一路红外光的发射率，ε2为第二路红外光的发射率；a1为第一路红外光的组合系统效率，a2为第二路红外光的组合系统效率；i1和i2分别为第一光电二极管和第二光电二极管输出的光电信号。
24、本发明所采用的另一技术方案是：
25、一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测方法，包括以下步骤：
26、激光将金属粉末熔化形成高温熔池，同轴光电信号采集模块对熔池的光辐射进行采集；
27、将采集到的光辐射信息转换为光电信号，再将光电信号转为数字信号；
28、根据获得的数字信号获取打印区域的熔池温度，并构建随时间分布的熔池温度曲线；
29、采集激光光斑的坐标位置信息，根据坐标位置信息构建时间轴下的扫描路径曲线；
30、根据熔池温度曲线和扫描路径曲线获取激光扫描路径上熔池温度分布。
31、本发明的有益效果是：本发明采用了同轴采集熔池光辐射的方式，避免非同轴采集时的熔池以外区域的漫反射或其它外部光辐射的干扰，极大的降低了熔池光强的损失，提高了熔池光辐射信号的采集效率。
1.一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，其特征在于，所述加工激光控制单元包括：连续光纤激光器，激光准直器、光束整形器、二向色镜、x轴扫描振镜、y轴扫描振镜和场镜；
3.根据权利要求1所述的一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，其特征在于，所述同轴光电信号采集单元，至少包含两套相互独立、且包含不同窄带滤光片的光学元件，以采集不同波长的光信号。
4.根据权利要求1所述的一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，其特征在于，所述同轴光电信号采集单元还包括第一光电二极管、第二光电二极管、信号放大器和光电采集卡；
5.根据权利要求5所述的一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，其特征在于，所述同轴光电信号采集模块包括分光镜、第一滤波片、第二滤波片、第一聚焦镜和第二聚焦镜；
6.根据权利要求5所述的一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，其特征在于，所述光电采集卡的采样频率大于100khz。
7.根据权利要求2所述的一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，其特征在于，所述激光扫描路径坐标采集单元包括角位移传感器和坐标采集卡；
8.根据权利要求1所述的一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，其特征在于，所述数据处理单元采用双波长测温算法获取打印区域的熔池温度，通过采集扫描振镜的境轴的角位移信号来拾取激光的扫描路径，将熔池温度与激光扫描路径在相同时间轴进行匹配，以实现在监测加工中熔池实时温度的同时，对层级的全局温度进行二维和/或三维温度场可视化重建。
9.根据权利要求8所述的一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测装置，其特征在于，所述熔池温度的计算公式为：
10.一种激光增材制造过程中熔池温度分布监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
