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龙图腾网获悉佛山科学技术学院申请的专利一种基于数字孪生的增材制造系统成形监测系统及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114372725B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-18发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210038614.3，技术领域涉及：G06Q10/0631；该发明授权一种基于数字孪生的增材制造系统成形监测系统及方法是由丁东红;黄荣;袁磊;卢清华;王凯;何宽芳;刘杰;黄家瀚设计研发完成，并于2022-01-13向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于数字孪生的增材制造系统成形监测系统及方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于数字孪生的增材制造系统成形监测系统及方法，包括机床顶部全范围监控的CCD高速工业相机、电弧枪侧边监控的CCD高速工业相机、三维激光轮廓扫描仪、条状激光发射器、声音采集传感器、红外热成像相机、具有多自由度的相机夹具以及环状固定装置。提出相应的数据采集方法与步骤，进一步设计相应的数据优化算法与处理流程，为构建具有多框架模式的监控与调控系统提供有力的依据。同时，基于多种采集的现实物理数据，形成数字孪生数据，构建虚拟空间的数字孪生模型，实时监控与调控加工制造全过程，实现制造系统的闭环反馈控制，提高了零件成形精度以及为设计制造新产品节省人力与物力的投入成本。

本发明授权一种基于数字孪生的增材制造系统成形监测系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种基于数字孪生的增材制造系统成形监测系统，包括五轴机床垂直伸缩机构3和报警模块1，其特征在于：所述系统的硬件部分包括顶端CCD高速工业相机2、三维激光轮廓扫描仪4、红外相机5、声音传感器6、环状固定装置7、电弧枪8、基板9、条状激光发射器10、电弧侧边监控相机11； 所述顶端CCD高速工业相机2、三维激光轮廓扫描仪4、红外相机5、声音传感器6、条状激光发射器10和电弧侧边监控相机11配合环状固定装置7安装于电弧枪8和基板9外围，同时对增材焊接成形进行监控，基于监控采集现实物理数据，形成数字孪生数据，构建虚拟空间的数字孪生模型，实时监控与调控加工制造全过程，实现制造系统的闭环反馈控制； 所述顶端CCD高速工业相机2用于监测全范围的弧光变化情况，同时通过相应的视觉图像处理算法实时处理制造过程弧光的变化情况，将弧光变化情况与零件成形过程建立数学关联模型； 所述视觉图像处理算法包括，将采集到的图像作灰度化处理、阈值分割、形状筛选；过滤强孤光处的特征分布，获取五轴机床加工室内的频闪电弧的图像，进一步的，将图像拆分为RGB通道，并作进一步的HSV颜色变换，进一步的，将各个通道的像素依次与上一帧原图像对应位置的像素差运算得到相应的T值，判断T值与预设的阈值的大小，若T值大于阈值，获取当前图像作一级小波变换处理，提取低频信号以及过滤高频信号，存储全部有效的低频信号，并通过传输模块传送至中央系统作进一步的决策判断； 所述电弧侧边监控相机11，其一为利用电弧光照射熔池，形成被动视觉监控状态；其二为利用所述条状激光发射器10照射熔池，形成主动激光视觉监控状态，联合主被动视觉进行信息采集，具体包括被动视觉与主动视觉使用方法与流程步骤； 所述主被动视觉使用方法与流程步骤包括，首先采用CCD高速工业相机采集当前电弧的弧光图像，利用图像处理算法计算出当前阈值，并且与预设阈值比较，进一步的，依据比较的结果决策下一步继续使用被动视觉还是使用激光主动视觉进行图像采集，最后将图像数据通过传输模块传送至中央处理系统； 所述红外相机5用于实时监控熔池在制造过程中的温度变化情况，通过分析温度数据与熔池成形质量的关系，建立具有温度与质量的关联模型，采用相应的控制策略进行调控，同时，将采集的温度信息与成形质量的关系模型记录于数据储存模块，中央处理系统根据实际工况与前一次数据的情况，综合判断决策、同步调整成形焊接工艺参数以及成形过程与步骤； 所述顶端CCD高速工业相机2、红外相机5和电弧侧边监控相机11的安装位置均设置有多自由度相机夹具12，通过具有多自由度相机夹具12夹持，实时调整拍摄的角度，以适应复杂的增材制造过程监控的情况； 所述多自由度相机夹具12，包括大“U”型板材121和小“U”型板材122，且大“U”型板材121位于小“U”型板材122的外侧，所述大“U”型板材121为滑块123的支撑板，且小“U”型板材122为夹紧相机末端，所述大“U”型板材121中间位置都留有滑块123滑动的滑槽124，用于滑块123滑动以调节相机左右以及前后的位置，所述大“U”型板材121和小“U”型板材122之间用球铰链连接杆125进行连接，所述小“U”型板材122和夹紧的相机之间具有俯仰的调节功能，且大“U”型板材121的上端和机床之间通过连接固定块126相连，同时连接固定块126也具有左右旋转调节功能，基于描述的各个自由度的调节，以实现夹紧的相机在空间可全方位调节； 所述三维激光轮廓扫描仪4垂直安装于成形零件的上方，用于监测熔池成形的几何尺寸，通过相应的图像处理算法，监测缺陷形成的过程以及快速检测成形件的各种缺陷，将提取熔池三维信息与理想效果的熔池三维信息相比对，分析缺陷产生过程相应工艺参数的变化，并且记录相应缺陷与工艺参数的对应关系存储于数据储存模块中，在每一次孪生数据的更新中，中央处理系统根据记录的缺陷类型与工艺参数的关系，自动调控相应的制造工艺参数； 所述声音传感器6安装于电弧枪8的侧面，用于实时采集电弧增材制造过程中的声信号，通过相应的声信号算法处理所采集的声信号，过滤干扰的声信号以及提取有效的声信号，建立反映出零件成形过程与声信号的数学关联模型，作为一种标志数据储存于数据储存模块，以供中央处理系统作综合决策判断调控的依据； 所述环状固定装置7用于需要固定在电弧枪侧边的传感器，传感器可绕电弧枪作环绕位置调整，环状固定装置可大幅度相对五轴机床垂直伸缩机构作垂直调整，实现传感器在空间多种位置的调整效果； 所述环状固定装置7由上环71和下环72组成，且上环71和下环72由扁平侧板73连接，所述上环71绕着扁平侧板73末端作圆周运动，进而实现上环71和下环72在空间的相对位置变化，从而实现传感器相对于所述电弧枪8的距离发生改变，所述上环71和下环72的内侧均开设有槽口74，且槽口74与传感器滑动连接，从而实现绕环中心轴旋转的调整，所述环状固定装置7与五轴机床垂直伸缩机构3通过安装板75侧面连接，环状固定装置7可以通过五轴机床垂直伸缩机构3作垂直运动。

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