The invention discloses a device and a coaxial monitoring method of selective laser melting process; including optical module, photoelectric diode module, laser diode controller, COMS head, high speed camera, camera, computer controller. Optical scanning mirror control laser beam selective melting table substrate metal powder module, in selective laser melting process of molten pool into the anti radiation COMS high speed camera and 3 photodiode; COMS high speed camera and photoelectric diode module for processing molten pool radiation data into image information corresponding to the camera controller controller; for processing the image data, converted into feedback controlled laser diode controller; processing of optical signals from electromagnetic interference, suitable for acquisition; combined with the coaxial monitoring method using COMS high speed camera and photoelectric diode in selective laser melting process to obtain local high resolution and fast scanning rate.
【技术实现步骤摘要】
一种激光选区熔化加工过程同轴监测方法及装置
本专利技术涉及激光选区熔化实时监控,尤其涉及一种激光选区熔化加工过程同轴监测方法及装置。
技术介绍
激光选区熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)技术是一种能直接成型高致密、高精属零件的3D打印技术,其工作原理为激光束选择性地熔化各层的金属粉末材料,逐步堆叠成三维金属零件。激光束开始扫描前,铺粉装置先把金属粉末平推到加工室的基板上,然后激光束将按当前层的轮廓信息选择性地熔化基板上的粉末,加工出当前层的轮廓,如此层层加工,直到整个零件成型完毕。在整个激光选区熔化成型过程中,零件的成型质量受到扫描速度、扫描间距、加工层厚、扫描路径、光斑补偿、激光功率与密度等多重因素的影响。因此,在如此复杂的工艺下,要想获得高质量的成型件,必须对激光选区熔化成型过程中的一系列关键参数进行监控。质量保证和过程监控便成为3D打印技术从模型加工水平提升到一流车间制造水平的必要手段。激光选区熔化的熔池包含有丰富的质量信息,直接决定了零件的成型质量,因此对熔池进行质量监控,着重于熔池形态、熔池亮度等特征。质量监控解决的主要问题是3D打印设备或激光与材料的相互作用所具有的多变性,因为后者会反过来扰乱金属的微观结构或宏观力学性能。20世纪80年代末以来,研究人员针对侧向送粉激光熔覆的熔池进行了检测,采用侧向安装的单个光电二极管将整个熔池的辐射光强转化为电压信号来检测熔池;也有的国内学者采用侧装的双色波长红外测温计,对侧向送粉整个熔池的温度进行了检测。这类传统的轴外检验有一个较低的分辨率和检出率,且无法将熔池描述的更精细。鉴于现有 ...
【技术保护点】
一种激光选区熔化加工过程同轴监测装置,其特征在于:包括光路模块(1)、光电二极管模块(5)、二极管控制器(6)、激光头(2)、COMS高速摄像机(3)、摄像机控制器(4)、计算机(7);所述光电二极管模块(5)包括聚焦透镜(9)和光电二极管(8);光电二极管(8)通过二极管控制器(6)电讯连接计算机(7);COMS高速摄像机(3)通过摄像机控制器(4)电讯连接计算机(7);所述光路模块(1)包括扫描振镜(11)、半透半反镜(12)、第一滤光片(13)、第二滤光片(14)、分束镜(15);所述扫描振镜(11)、半透半反镜(12)、分束镜(15)、第二滤光片(14)、聚焦透镜(9)、光电二极管(8)依次光路连接;COMS高速摄像机(3)通过第一滤光片(13)与分束镜(15)光路连接;激光头(2)与半透半反镜(12)光路连接。
【技术特征摘要】
1.一种激光选区熔化加工过程同轴监测装置,其特征在于:包括光路模块(1)、光电二极管模块(5)、二极管控制器(6)、激光头(2)、COMS高速摄像机(3)、摄像机控制器(4)、计算机(7);所述光电二极管模块(5)包括聚焦透镜(9)和光电二极管(8);光电二极管(8)通过二极管控制器(6)电讯连接计算机(7);COMS高速摄像机(3)通过摄像机控制器(4)电讯连接计算机(7);所述光路模块(1)包括扫描振镜(11)、半透半反镜(12)、第一滤光片(13)、第二滤光片(14)、分束镜(15);所述扫描振镜(11)、半透半反镜(12)、分束镜(15)、第二滤光片(14)、聚焦透镜(9)、光电二极管(8)依次光路连接;COMS高速摄像机(3)通过第一滤光片(13)与分束镜(15)光路连接;激光头(2)与半透半反镜(12)光路连接。2.根据权利要求1所述激光选区熔化加工过程同轴监测装置,其特征在于:所述摄像机控制器(4)包括图像采集模块(41)、图像转换模块(42)、图像滤波模块(43)、阈值分割模块(44)、数据传输模块(45);图像采集模块(41),用于控制所述COMS高速摄像机(3)采集所述熔池的实时图像数据,并保存于内存中;图像转换模块(42),将反馈至COMS高速摄像机(3)的彩色图像显示成灰度图像,并建立其坐标系;图像滤波模块(43),利用中值滤波器模板对灰度图像进行滤波以平滑图像、去除噪音;阈值分割模块(44),利用灰度直方图,选取直方图的阈值作为最小值,根据阈值对图像进行二值化处理,分割为熔池像素点和非熔池像素点;数据传输模块(45),将处理得到的图像输出至计算机(7)并保存。3.根据权利要求1所述激光选区熔化加工过程同轴监测装置,其特征在于:所述二极管控制器(6)光采集模块(61)、程控放大器(62)、低通滤波器(63)、AD采集卡(64)、数据传输模块(65);光采集模块(61),用于控制光电二极管(8)采集熔池的可见光信号;程控放大器(62),程控放大器(62)根据输入信号的大小,自动改变其增益,使其输出电压始终保持在满量程值的范围之内;低通滤波器(63),由于输出信号中含有高频噪声,利用低通滤波器(63)抑制高频噪声;AD采集卡(64),用来采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能够识别的数字信号,然后送入计算机,根据不同的需要进行相应的计算和处理,得出所需的数据;数据传输模块(65),将处理得到的数据输出至计算机(7)并保存。4.根据权利要求1至3中任一项所述激光选区熔化加工过程同轴监测装置,其特征在于:所述COMS高速摄像机(3)像素分辨率不低于1...
【专利技术属性】
技术研发人员:王迪,王艺锰,杨永强,付凡,宋长辉,李阳,
申请(专利权)人:华南理工大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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