使用热成像确保增材制造中的一致性的系统和方法技术方案

在本申请中阐述的实施例涉及系统和方法，通过该系统和方法可以可靠地评估由增材制造生产的零件与具有符合期望规格的质量的已知主模型的符合度。这些系统和方法涉及记录每个零件的制造过程的热历史。然后将记录的热历史与主模型的先前记录的热历史进行比较。热历史中的显著偏差表明制造构造中的不规则性，然后可以鉴于这些不规则性来评估零件质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用热成像确保增材制造中的一致性的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2015年6月12日提交的美国临时专利申请No.62/174,840的权益，其全部内容通过引用合并于此。
本申请涉及维护由增材制造生产的零件的一致性。更具体地，本申请涉及通过使用时间同步图像(例如热图像)评估零件质量来确保零件的一致性的系统和方法。
技术介绍
随着增材制造领域的技术进步，增材质造已经成为大批量生产定制零件的可行方法。因此，增材制造的零件合格性是一个重要的问题。在许多情况下，目前的增材制造技术不能提供可靠和有效的方式来确保生产的零件没有结构缺陷。当前用于确保零件质量的一种技术是在零件制造完成后对其进行检查，例如使用视觉检查、计算机断层扫描或破坏性测试。然而，这种检查技术耗时且昂贵。在一些情况下，也可以对零件进行压力测试，以确定零件是否符合质量保证标准。压力测试也是劳动密集型的，并且甚至给制造过程增添了更多低效。另外，压力测试可能是破坏性的，或者对制造的产品的可靠性产生未知影响。这些后果最好被避免，因为它们是昂贵的，并且不保证制造的产品的完整性，甚至可能损害制造的产品的完整性。因此，在增材制造环境中需要评估零件质量的改进技术。
技术实现思路
在一个实施例中，提供了一种质量控制系统，用于在增材制造装置中评估制造零件的质量。该质量控制系统可以包括激光扫描系统、热成像设备和控制计算机。所述控制计算机可以被配置为：发起对增材制造装置中的构建区域的激光扫描以制造零件；以及使热成像设备在对构建区域的激光扫描期间捕捉构建区域的至少一部分的图像。捕捉到的图像可以作为热数据存储在存储器中，并且构建过程数据也可以存储在存储器中。控制计算机还可以被配置为：根据存储的捕捉到的图像和构建过程数据导出零件的热历史。将导出的热历史和与主模型相关联的存储的热历史进行比较。在另一实施例中，提供了一种用于评估在增材制造装置中制造的零件的质量的方法。该方法可以包括：发起对所述增材制造装置中的构建区域的激光扫描以制造零件；以及使热成像设备在对构建区域的激光扫描期间捕捉构建区域的至少一部分的图像。该方法还可以包括：将捕捉到的图像作为热数据存储在存储器中；以及将构建过程数据存储在存储器中。可以根据存储的捕捉到的图像和构建过程数据导出零件的热历史。随后可以将导出的热历史和与主模型相关联的存储的热历史进行比较。附图说明图1是用于设计和制造3D对象的系统的示例。图2示出了图1所示的计算机的一个示例的功能框图。图3示出了使用激光扫描系统制造3D对象的高级过程。图4A是适合于实现本文公开的各种实施例的激光扫描系统的示例。图4B提供如何将热感相机添加到图4A的激光扫描系统以便实践本文公开的各种实施例的示例。图5是示出用于确定制造零件是否符合主模型的质量的高级过程的流程图。图6A和图6B是示出可以如何确定制造零件的热历史的更详细视图的流程图。图7A和图7B是示出利用构建过程数据和热成像来创建制造零件的热历史的更详细过程的流程图。图8A是制造零件的热历史曲线的示例。图8B描绘了根据图8A的热历史曲线，其中基于绝对时间测量重叠了来自主模型的热历史。具体实施方式在本申请中提出的实施例涉及系统和方法，通过所述系统和方法，可以可靠地评估由增材制造生产的零件与已知“主”零件(在此也被称为“主模型”)的符合度，“主零件”具有符合期望规格的质量。增材制造超越传统零件生产方法的一个优点是可以在实际构建过程中检查未来零件。特别地，当正在构建零件时，在物理上可以看到零件内部。以这种方式收集的制造数据可能包括有关所得零件质量的信息。专利技术人已经认识到，在许多增材制造技术中，生产对象的质量在很大程度上依赖影响对象的每个零件的热效应。因此，专利技术人设想出使用对象的每个点的热历史来评估对象的制造质量的系统和方法。这些系统和方法涉及记录每个零件的制造过程的热历史。然后将记录的热历史与主模型的先前记录的热历史进行比较。热历史中的显著偏差表明制造构造中的不规则性，然后可以鉴于这些不规则性来评估零件质量。通过比较零件与主模型的热历史，可以检测到不确认的零件，而不需要详细和耗时的视觉检查。取决于具体实施方式，主模型的热历史可以是在打印单个零件期间记录的数据。替代地，其可能是与在制造具有符合特定期望规格的质量的若干零件期间捕捉的数据有关的值(例如，平均值或中值)。可以在用于设计和制造3D对象的系统内实践本专利技术的实施例。转到图1，示出了适合于实现3D对象设计和制造的计算机环境的示例。该环境包括系统100。系统100包括一个或多个计算机102a-102d，其可以是例如能够处理信息的任何工作站、服务器或其他计算设备。在一些方面，计算机102a-102d中的每一个可以通过任何合适的通信技术(例如，互联网协议)连接到网络105(例如，互联网)。因此，计算机102a-102d可以经由网络105在彼此之间发送和接收信息(例如，软件、3D对象的数字表示、用于操作增材制造设备的命令或指令等)。系统100还包括一个或多个增材制造设备(例如3D打印机)106a-106b。如图所示，增材制造设备106a直接连接到计算机102d(并且通过计算机102d经由网络105连接到计算机102a-102c)，并且增材制造设备106b经由网络105连接到计算机102a-102d。因此，本领域技术人员将理解，增材制造设备106可以直接连接到计算机102，经由网络105连接到计算机102，和/或经由另一计算机102和网络105连接到计算机102。应该注意的是，虽然系统100是针对网络和一个或多个计算机进行描述的，但是本文中所描述的技术还适用于单个计算机102，其可以直接连接到增材制造设备106。图2示出了图1的计算机的一个示例的功能框图。计算机102a包括处理器210，其与存储器220、输入设备230和输出设备240进行数据通信。在一些实施例中，处理器还与可选的网络接口卡260进行数据通信。尽管单独进行了描述，但应该理解，关于计算机102a描述的功能框不必是单独的结构元件。例如，处理器210和存储器220可以被实施在单个芯片中。处理器210可以是被设计为执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或它们的任何适当组合。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合，多个微处理器，一个或多个微处理器与DSP核心的结合，或者任何其他这样的配置。处理器210可以经由一个或多个总线耦合以从存储器220读取信息或向存储器220写入信息。处理器可以额外地或替代地包含存储器，例如处理器寄存器。存储器220可以包括处理器高速缓存，该高速缓存包括多级分层高速缓存，其中不同级别具有不同的容量和访问速度。存储器220还可以包括随机存取存储器(RAM)、其他易失性存储设备或非易失性存储设备。存储设备可以包括硬盘驱动器、诸如光盘(CD)或数字视频盘(DVD)之类的光盘、闪存、软盘、磁带和Zip驱动器。处理器210还可以耦合到输入设备230和输出设备240，用于分别从计算机102a的用户接收输入并向计算机102a的用户提供输出。合适的输入设备包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种质量控制系统，用于在增材制造装置中评估制造零件的质量，所述质量控制系统包括：激光扫描系统；热成像设备；控制计算机，其中所述控制计算机被配置为：发起对所述增材制造装置中的构建区域的激光扫描，以便制造所述零件；在对所述构建区域的所述激光扫描期间使所述热成像设备捕捉所述构建区域的至少一部分的图像；将捕捉到的所述图像作为热数据存储在存储器中；将构建过程数据存储在所述存储器中；从存储的捕捉到的所述图像和所述构建过程数据导出所述零件的热历史；以及将导出的所述热历史和与主模型相关联的存储的热历史进行比较。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.12 US 62/174,8401.一种质量控制系统，用于在增材制造装置中评估制造零件的质量，所述质量控制系统包括：激光扫描系统；热成像设备；控制计算机，其中所述控制计算机被配置为：发起对所述增材制造装置中的构建区域的激光扫描，以便制造所述零件；在对所述构建区域的所述激光扫描期间使所述热成像设备捕捉所述构建区域的至少一部分的图像；将捕捉到的所述图像作为热数据存储在存储器中；将构建过程数据存储在所述存储器中；从存储的捕捉到的所述图像和所述构建过程数据导出所述零件的热历史；以及将导出的所述热历史和与主模型相关联的存储的热历史进行比较。2.根据权利要求1所述的质量控制系统，其中所述控制计算机还被配置为：基于导出的所述热历史与存储的所述热历史的所述比较，确定所述零件符合所述主模型。3.根据权利要求2所述的质量控制系统，其中确定所述零件符合所述主模型取决于所述零件的所述热历史是否在预定公差内。4.根据权利要求1所述的质量控制系统，其中导出所述零件的所述热历史包括：选择考虑点；取回与选择的所述点相关联的存储的所述热数据和存储的所述构建过程数据；以及基于取回的所述数据计算所述考虑点的热历史曲线。5.根据权利要求4所述的质量控制系统，其中计算所述点的所述热历史曲线包括：将温度值进行外推，所述温度值指示在所述制造零件的层的整个扫描期间在所述点的位置处的温度。6.根据权利要求5所述的质量控制系统，其中比较导出的所述热历史与存储的所述热历史包括：在导出的所述热历史和存储的所述热历史中的每一个中，比较在所述点的位置处温度超过预定参考温度的时间量。7.根据权利要求6所述的质量控制系统，其中所述预定参考温度是用于制造所述制造零件和所述主模型中的至少一个的构建材料的熔点。8.根据权利要求7所述的质量控制系统，其中所述热历史曲线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·科克，P·范登埃克，T·库伊佩斯，M·詹森斯，T·克拉格赫兹，
申请(专利权)人：物化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE