本發(fā)明涉及激光金屬定向沉積，尤其是熔池的參數(shù)預(yù)測(cè)，具體而言涉及一種基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向能量沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、激光金屬定向能量沉積工藝中，熔池的穩(wěn)定性在很大程度上決定了材料成形過(guò)程的穩(wěn)定性，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熔池形態(tài)是保證激光熔覆質(zhì)量的先決條件，熔池高度特征是沉積過(guò)程中熔池的重要特征之一，對(duì)沉積過(guò)程中熔池的高度進(jìn)行預(yù)測(cè)非常重要。

2、激光金屬定向能量沉積過(guò)程包含傳熱、流動(dòng)、變形、熔化與凝固等復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)使用高精度高速成像儀進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，對(duì)該過(guò)程的檢測(cè)比較困難，而且熔道尺寸與成型精度也受諸多因素的影響。

3、目前，建立沉積工藝參數(shù)與熔道尺寸的關(guān)系模型包括基于數(shù)值模擬和基于人工智能的方法?；跀?shù)值模擬的方法經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展已比較成熟，但其需要求解復(fù)雜的偏微分方程，尤其是激光能量、吸收率、粉末流濃度等難以準(zhǔn)確測(cè)定的參數(shù)在邊界條件中必須體現(xiàn)；而在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法的預(yù)測(cè)中，前述激光能量、吸收率、粉末流濃度等難以準(zhǔn)確測(cè)定的參數(shù)并不作為模型的輸入，這使得智能算法的預(yù)測(cè)結(jié)果相比數(shù)值模擬結(jié)果減少了不確定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法，基于激光金屬定向沉積的工藝參數(shù)以及過(guò)程參數(shù)進(jìn)行ann網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練，獲得熔池高度預(yù)測(cè)模型，極大提高模型的預(yù)測(cè)精度和泛化能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積形貌特征中的熔池高度的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

2、根據(jù)本發(fā)明目的的第一方面，提出一種基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

3、構(gòu)造用于激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)訓(xùn)練的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括多組激光金屬定向沉積加工的數(shù)據(jù)源，每一組數(shù)據(jù)源由工藝參數(shù)、按照工藝參數(shù)加工獲得的過(guò)程參數(shù)以及按照工藝參數(shù)加工獲得的熔池高度構(gòu)成，所述工藝參數(shù)包括激光功率、掃描速度與送粉量，所述過(guò)程參數(shù)為熔池寬度；

4、基于所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練采用ann神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出關(guān)系模型，獲得基于ann網(wǎng)絡(luò)的熔池高度預(yù)測(cè)模型，其中所述輸入為激光功率、掃描速度、送粉量以及熔池寬度，所述輸出為熔池高度；以及

5、根據(jù)所述基于ann網(wǎng)絡(luò)的熔池高度預(yù)測(cè)模型，以激光金屬定向沉積工藝過(guò)程中的激光功率、掃描速度與送粉量，以及對(duì)應(yīng)沉積加工獲得的熔池寬度為輸入量，預(yù)測(cè)輸出熔池高度。

6、根據(jù)本發(fā)明目的的第二方面，還提出一種基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其包括：

7、用于構(gòu)造用于激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)訓(xùn)練的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的訓(xùn)練數(shù)據(jù)構(gòu)造模塊，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集包括多組激光金屬定向沉積加工的數(shù)據(jù)源，每一組數(shù)據(jù)源由工藝參數(shù)、按照工藝參數(shù)加工獲得的過(guò)程參數(shù)以及按照工藝參數(shù)加工獲得的熔池高度構(gòu)成，所述工藝參數(shù)包括激光功率、掃描速度與送粉量，所述過(guò)程參數(shù)為熔池寬度；

8、用于基于所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練采用ann神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出關(guān)系模型，獲得基于ann網(wǎng)絡(luò)的熔池高度預(yù)測(cè)模型的熔池高度預(yù)測(cè)模型訓(xùn)練模塊，其中所述輸入為激光功率、掃描速度、送粉量以及熔池寬度，所述輸出為熔池高度；以及

9、用于根據(jù)所述基于ann網(wǎng)絡(luò)的熔池高度預(yù)測(cè)模型，以激光金屬定向沉積工藝過(guò)程中的激光功率、掃描速度與送粉量，以及對(duì)應(yīng)沉積加工獲得的熔池寬度為輸入量，預(yù)測(cè)輸出熔池高度的熔池高度預(yù)測(cè)輸出模塊。

10、根據(jù)本發(fā)明目的的第三方面，還提出一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括：

11、一個(gè)或多個(gè)處理器；以及

12、存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)可被操作的指令；

13、其中，所述指令在通過(guò)一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，能使得所述的一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行前述實(shí)施例的基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法的過(guò)程。

14、應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。

15、結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí)施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見(jiàn)，或通過(guò)根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的具體實(shí)施方式的實(shí)踐中得知。

技術(shù)特征：

1.一種基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述基于所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)集訓(xùn)練采用ann網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的輸入輸出關(guān)系模型，獲得基于ann網(wǎng)絡(luò)的熔池高度預(yù)測(cè)模型，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行歸一化預(yù)處理，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，迭代次數(shù)設(shè)置為n，n大于等于200次，目標(biāo)誤差設(shè)定為0.001，學(xué)習(xí)效率為0.005。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述構(gòu)造用于激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)訓(xùn)練的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，其中作為過(guò)程參數(shù)的熔池寬度，被設(shè)置成通過(guò)對(duì)熔池圖像的視覺(jué)識(shí)別獲得。

6.一種基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述熔池高度預(yù)測(cè)模型訓(xùn)練模塊被設(shè)置成包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)處理模塊被設(shè)置成按照以下方式對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集進(jìn)行歸一化預(yù)處理：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于ann深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述模型迭代模塊被設(shè)置成以下述配置進(jìn)行迭代：

10.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于ANN深度學(xué)習(xí)的激光金屬定向能量沉積熔池高度預(yù)測(cè)方法與系統(tǒng)，該方法中首先構(gòu)造用于激光金屬定向沉積熔池高度預(yù)測(cè)訓(xùn)練的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，其輸入數(shù)據(jù)包括工藝參數(shù)、過(guò)程參數(shù)以及熔池高度，工藝參數(shù)包括激光功率、掃描速度與送粉量，過(guò)程參數(shù)為熔池寬度，然后通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)獲得基于ANN網(wǎng)絡(luò)的熔池高度預(yù)測(cè)模型，以實(shí)際工藝的激光功率、掃描速度與送粉量及熔池寬度為輸入量，輸入訓(xùn)練好的熔池高度預(yù)測(cè)模型即可輸出熔池高度。本發(fā)明的方法中選擇與預(yù)測(cè)目標(biāo)高度相關(guān)的特征，去除冗余或無(wú)關(guān)的特征，有助于減少過(guò)擬合的風(fēng)險(xiǎn)，提高熔池高度預(yù)測(cè)模型的泛化能力，將熔池寬度作為深度學(xué)習(xí)的輸入特征，極大地增加模型的預(yù)測(cè)精度和泛化能力。

技術(shù)研發(fā)人員：邢飛,苗立國(guó),史建軍,李晗,柴媛欣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22