本技術(shù)涉及增材制造，更具體地，涉及一種針對(duì)金屬3d打印的缺陷檢測(cè)模型構(gòu)建方法及缺陷檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、在金屬增材制造的過(guò)程中，粉床鋪粉質(zhì)量和打印成型質(zhì)量直接影響著最終產(chǎn)品的性能和精度?，F(xiàn)有的檢測(cè)手段主要依賴于視覺(jué)檢測(cè)和離線質(zhì)量控制方法，往往受到光照、角度和遮擋等因素的影響，準(zhǔn)確率有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高效的質(zhì)量監(jiān)測(cè)，尤其對(duì)于粉床鋪粉過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，例如少鋪、刮刀異常、掉粉和粉面塌陷，缺乏有效的自動(dòng)化識(shí)別手段。同時(shí)，在打印成型的過(guò)程中，可能出現(xiàn)的翹曲變形等缺陷難以通過(guò)常規(guī)方法檢測(cè)并預(yù)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺陷或改進(jìn)需求，本技術(shù)提供了一種針對(duì)金屬3d打印的缺陷檢測(cè)模型構(gòu)建方法及缺陷檢測(cè)方法，用于實(shí)現(xiàn)粉床鋪粉和3d打印過(guò)程中多種缺陷類型的實(shí)時(shí)自動(dòng)化檢測(cè)，減少人工檢測(cè)的延遲，提升缺陷類型檢測(cè)的精確性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本技術(shù)提供了一種針對(duì)金屬3d打印的缺陷檢測(cè)模型構(gòu)建方法，包括：

3、獲取鋪粉前和鋪粉后的有關(guān)粉床表面的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

4、對(duì)所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以獲取有效的預(yù)處理后點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

5、對(duì)所述預(yù)處理后點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行包括粉床鋪粉缺陷和/或打印缺陷的缺陷標(biāo)注，獲取缺陷檢測(cè)模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)訓(xùn)練集；

6、利用所述缺陷檢測(cè)模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)訓(xùn)練集對(duì)pointnet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建能夠檢測(cè)粉床鋪粉缺陷和/或打印缺陷的缺陷檢測(cè)模型。

7、進(jìn)一步地，所述預(yù)處理包括：直通濾波和/或半徑濾波；

8、所述直通濾波包括：基于預(yù)設(shè)的空間位置范圍過(guò)濾條件篩選出在鋪粉目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的有效點(diǎn)云，去除掉鋪粉目標(biāo)區(qū)域之外的點(diǎn)云；

9、所述半徑濾波包括：基于預(yù)設(shè)的鄰域半徑對(duì)原始點(diǎn)云中的每個(gè)點(diǎn)與其鄰近點(diǎn)的距離關(guān)系進(jìn)行分析，過(guò)濾掉與鄰近點(diǎn)經(jīng)過(guò)距離計(jì)算的距離參數(shù)超過(guò)預(yù)設(shè)距離閾值的孤立點(diǎn)。

10、進(jìn)一步地，所述預(yù)處理包括：獲取原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中各個(gè)點(diǎn)的曲率以獲得粉床表面局部的變化信息；

11、獲取點(diǎn)的曲率的方式包括：

12、在設(shè)定的半徑范圍內(nèi)查找原始點(diǎn)云中的點(diǎn)pi(xi,yi,zi)的最近鄰居點(diǎn)集q(i,j)(x(i,j),y(i,j),z(i,j)),(j＝1,2,…,ik)；i表示點(diǎn)的編號(hào)，(i，j)表示編號(hào)為i的點(diǎn)的最近鄰點(diǎn)的編號(hào)為j；

13、獲取點(diǎn)pi(xi,yi,zi)和最近鄰居點(diǎn)集q(i,j)(x(i,j),y(i,j),z(i,j)),(j＝1,2,…,ik)的協(xié)方差矩陣m；

14、對(duì)協(xié)方差矩陣m進(jìn)行奇異值分解，獲取其特征值與其最小特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量v＝(v0,v1,v2)t；其中，vn表示特征向量中編號(hào)為n的維度的值，λn表示特征值中編號(hào)為n的維度的值，λ0表示最小特征值，然后得到該點(diǎn)pi(xi,yi,zi)的曲率值cure(i)＝λ0/∑λk，∑λk表示各特征值的總和。

15、進(jìn)一步地，對(duì)pointnet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的方式包括：

16、使用t-net將缺陷檢測(cè)模型的點(diǎn)云數(shù)據(jù)訓(xùn)練集通過(guò)旋轉(zhuǎn)、縮放或平移操作統(tǒng)一映射到標(biāo)準(zhǔn)化的坐標(biāo)空間，以消除不同點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的幾何差異；

17、通過(guò)輸入變換網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊和標(biāo)準(zhǔn)化，以確保點(diǎn)云在不同觀察視角下仍保持幾何一致性；

18、通過(guò)特征變換網(wǎng)絡(luò)對(duì)中間特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整與對(duì)齊，優(yōu)化特征空間中多維特征的分布；

19、使用多層感知機(jī)提取每個(gè)點(diǎn)的局部特征，隨后通過(guò)最大池化操作聚合全局特征，構(gòu)建打印過(guò)程的整體特征表征；

20、對(duì)于分類任務(wù)，將聚合后的全局特征送入全連接層，進(jìn)行不同缺陷類型的分類；對(duì)于分割任務(wù)，將全局特征與局部特征拼接，利用多層感知機(jī)進(jìn)行逐點(diǎn)分類，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜缺陷區(qū)域的定位和標(biāo)注。

21、進(jìn)一步地，所述粉床鋪粉缺陷包括少鋪、刮刀異常、掉粉和粉面塌陷中的一種或多種；

22、所述打印缺陷包括翹曲變形。

23、進(jìn)一步地，所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括鋪粉前和鋪粉后粉床表面的空間位置信息和高度信息。

24、第二方面，本技術(shù)提供了一種針對(duì)金屬3d打印的缺陷檢測(cè)方法，包括：基于前述任一項(xiàng)所構(gòu)建的缺陷檢測(cè)模型，進(jìn)行粉床鋪粉缺陷和/或打印缺陷的檢測(cè)，獲取缺陷檢測(cè)結(jié)果。

25、進(jìn)一步地，具體包括：

26、獲取有關(guān)粉床表面的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

27、對(duì)所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行直通濾波預(yù)處理，獲取有效的預(yù)處理后點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

28、將所述預(yù)處理后點(diǎn)云數(shù)據(jù)輸入至前述任一項(xiàng)所構(gòu)建的缺陷檢測(cè)模型，進(jìn)行粉床鋪粉缺陷和/或打印缺陷的檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別和分類少鋪、刮刀異常、掉粉、粉面塌陷和翹曲變形中的一種或多種類型的缺陷。

29、第三方面，本技術(shù)提供了一種電子設(shè)備，包括至少一個(gè)處理單元、以及至少一個(gè)存儲(chǔ)單元，其中，所述存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理單元執(zhí)行時(shí)，使得所述處理單元能夠執(zhí)行前述任一項(xiàng)所述的缺陷檢測(cè)模型構(gòu)建方法的步驟和/或能夠執(zhí)行前述任一項(xiàng)所述的缺陷檢測(cè)方法的步驟。

30、第四方面，本技術(shù)提供了一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其存儲(chǔ)有可由訪問(wèn)認(rèn)證設(shè)備執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在訪問(wèn)認(rèn)證設(shè)備上運(yùn)行時(shí)，使得所述訪問(wèn)認(rèn)證設(shè)備能夠執(zhí)行前述任一項(xiàng)所述的缺陷檢測(cè)模型構(gòu)建方法的步驟和/或能夠執(zhí)行前述任一項(xiàng)所述的缺陷檢測(cè)方法的步驟。

31、總體而言，通過(guò)本技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

32、(1)本技術(shù)將基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維檢測(cè)技術(shù)與深度學(xué)習(xí)方法相結(jié)合并應(yīng)用到了針對(duì)金屬3d打印的鋪粉缺陷檢測(cè)和/或打印缺陷檢測(cè)的特定技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了粉床鋪粉和打印過(guò)程中多種缺陷類型的實(shí)時(shí)自動(dòng)化檢測(cè)，減少了人工檢測(cè)的延遲，提升了缺陷類型檢測(cè)的精確性。

33、(2)本技術(shù)將三維成像技術(shù)與pointnet網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋪粉和打印缺陷的高精度、自動(dòng)化檢測(cè)，有效避免了傳統(tǒng)視覺(jué)方法中的信息丟失問(wèn)題，同時(shí)也能識(shí)別翹曲變形等復(fù)雜缺陷，極大提升了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和魯棒性,通過(guò)訓(xùn)練好的該pointnet網(wǎng)絡(luò)主要能夠檢測(cè)掉粉、粉面塌陷、刮刀異常、少鋪和翹曲變形五種缺陷，其中翹曲變形的檢測(cè)精度可達(dá)100％。

34、(3)本技術(shù)在對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)采用了曲率計(jì)算的預(yù)處理方式，通過(guò)計(jì)算點(diǎn)云數(shù)據(jù)中各個(gè)點(diǎn)的曲率，可以獲得表面局部的變化信息。這一特征對(duì)于后續(xù)的缺陷識(shí)別非常有幫助，特別是在鋪粉過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，如粉面不均、掉粉等，通常會(huì)在曲率值上表現(xiàn)出異常。對(duì)于鋪粉前打印后的工件表面，通過(guò)曲率計(jì)算，識(shí)別局部區(qū)域的異常曲率值，例如較小的凸起或凹陷可標(biāo)識(shí)為翹曲缺陷點(diǎn)。

35、(4)本技術(shù)還具備缺陷分類與原因分析的能力，可根據(jù)檢測(cè)到的缺陷類型提供詳細(xì)的分類結(jié)果并輔助分析缺陷成因，為工藝優(yōu)化提供依據(jù)。同時(shí)，還支持實(shí)時(shí)構(gòu)建打印過(guò)程的三維可視化模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)打印過(guò)程的精準(zhǔn)監(jiān)控，便于操作者及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并快速調(diào)整。通過(guò)對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)數(shù)據(jù)的積累，還可持續(xù)優(yōu)化深度學(xué)習(xí)模型，提高整體性能，進(jìn)一步助力金屬3d打印的高效、高精度生產(chǎn)。