一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统，包括激光器、高速摄像机、配电柜、控制系统、激光选区熔融池装置、激光检测装置；其中：所述的高速摄像机安装在激光器的左端，所述的高速摄像机上设有四个CCD高速成像镜；所述的激光选区熔融池装置包括成型缸、供粉缸、工作台、激光选区熔融装置；激光进入激光选区熔融池装置中，激光检测装置进行监测，高速摄像机拍摄熔融池在线图像，实时传输计算机，可以在计算机上实时观测SLM激光快速成形的熔融池在线图像，完成SLM激光快速成形的熔融池在线监控，其结构简单、操作方便。本发明专利技术实现SLM激光快速成形的熔融池在线监控，提高了生产效率，能够产生很好的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统
本专利技术属于计算机控制、CAD、数控技术、检测技术、激光材料技术的领域，具体涉及SLM激光快速成形的运动控制卡，更具体的说，涉及一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统。
技术介绍
选择性激光熔化技术（简称SLM技术），是目前较为先进的激光快速成形技术。SLM激光快速成形集成了机械工程、计算机控制、CAD、数控技术、检测技术、激光材料等各种学科的前沿技术，是一种典型的高新技术。快速成形技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法（部分去除大于工件的毛坯上的材料来得到工件），而采用全新的“增长”堆积法（用一层层的小毛坯逐步叠加成大工件，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合），因此，它不必采用传统的加工机床和工模具，只需传统加工方法的10％～30％的工时和20％～35％的成本，就能直接制造出产品样品或模具。由于快速成形具有上述突出的优势，所以近年来发展迅速，已成为现代先进制造技术中的一项支柱技术，是实现并行工程CE（ConcurrentEngineering）必不可少的手段。研究SLM激光快速成型技术的前提条件之一就是拥有高精度的SLM控制系统。国外专家和学者在这方面进行了较为深入的研究，已经制造出了用于实际生产加工设备，并且已经将它应用实际加工中，但加工昂贵，生产工艺复杂，这并不适合在我国国内推广。选择性激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)技术是20世纪90年代中期出现的一种新型的快速成型(RapidPrototyping,RP)技术。它具有成型工艺简单、材料利用率高、适用性广和成型效率高等优点，因而受到了广泛的关注。然而，目前SLM快速成型设备昂贵，制件精度差，以及运行成本高等缺点却严重地影响了SLM技术的推广应用。以往的SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统没有采用成型缸、供粉缸、工作台、激光选区熔融装置，也同时存在诸多安全隐患，其费时费力、效率低下；以往的SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统中控制系统上没有安装触触摸屏、按键装置、存储器、支撑柱、电源装置、接线孔、控制电路板，没有采用振镜运动控制器，也没有采用振镜控制单元、I/O输入口、I/O输出口、成型缸控制接口、供粉缸控制接口，也没有高速摄像机在线摄像、计算机实时监测不能方便地快速监控SLM激光快速成形，SLM快速成形的在线监控效果较差，不能节省了人力，生产效率较低，更不能够产生很好的经济效益和社会效益。
技术实现思路
本专利技术是为了克服上述不足，给出了一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统。本专利技术的技术方案如下：一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统，包括激光器、高速摄像机、配电柜、控制系统、激光选区熔融池装置、激光检测装置；其中：所述的高速摄像机安装在激光器的左端，所述的高速摄像机上设有四个CCD高速成像镜，用于前、后、左、右扑捉SLM激光快速成形的熔融池的在线监控图像的数据；所述的激光器上设有关闸，所述的关闸下端设有激光器开关，所述的关闸，用于控制激光器的开启与关闭；所述的激光选区熔融池装置包括成型缸、供粉缸、工作台、激光选区熔融装置；所述的工作台，左下端安装供粉缸，右下端安装成型缸，上端安装激光选区熔融装置；所述的供粉缸还包括铺粉缸，所述的铺粉缸左、右两端分别设有左铺粉滚子、右铺粉滚子，所述的左铺粉滚子、右铺粉滚子同时运动，完成SLM的铺粉运动；所述的供粉缸下端设有供粉口，所述的供粉口，完成SLM粉末的进入；所述的激光检测装置包括光敏二极管、风光镜、半反射镜、扫描头、聚焦镜、振镜；所述的聚焦镜，左侧安装扫描头，右侧依次安装半反射镜、风光镜，所述的风光镜，右端安装光敏二极管，所述的控制电路板上安装有振镜运动控制器，所述的振镜运动控制器上端接有电源装置，计算机，电源装置供电，激光器工作，激光进入激光选区熔融池装置中，激光检测装置进行监测，高速摄像机所摄的SLM激光快速成形的熔融池在线图像，实时传输计算机，可以在计算机上实时观测SLM激光快速成形的熔融池在线图像，完成SLM激光快速成形的熔融池在线监控。进一步地，所述的配电柜，上端安装交流电源供电装置，中间安装变压器，下端安装直流电供电装置。进一步地，所述的交流电源供电装置从左至右依次安装交流继电器、交流接触器、熔断器、空气开关一。进一步地，所述的直流电供电装置从左至右依次安装熔断器、空气开关二、直流充电电源。进一步地，所述的控制系统包括触摸屏、按键装置、存储器、支撑柱、电源装置、接线孔、控制电路板。进一步地，所述的控制电路板，右端安装电源装置，下端设有三个接线孔，上端设有支撑柱。进一步地，所述的支撑柱上安装触摸屏，所述的触摸屏8的下端安装按键装置，左下端安装存储器。进一步地，所述的按键装置包括前、后、左、右四个方向键，控制键，0～9十个数字键。进一步地，所述的存储器包括CF卡存储器、SDRAM存储器。进一步地，所述的CF卡存储器，左下端通过CF卡托安装CF卡存储器。进一步地，所述的SDRAM存储器，中间安装SDRAM存储器。进一步地，所述的振镜运动控制器上设有振镜控制单元、I/O输入口、I/O输出口、成型缸控制接口、供粉缸控制接口。进一步地，所述的I/O输入口分别安装触摸屏、按键装置、存储器。进一步地，所述的激光器上设有激光器开关。进一步地，所述的激光器由激光器控制柜、水冷机和激光器主体组成。进一步地，所述的激光器采用Nd:YAG激光器，功率为50W，可在连续工作模式进行激光熔化实验。进一步地，所述的振镜上设有振镜开关。进一步地，所述的振镜还包括光路转换器件、扫描器、接收装置。进一步地，所述的I/O输出口连接激光器开关、振镜开关；所述的激光器开关，用于完成激光器的开启与关闭；所述的振镜开关，用于完成振镜的开启与关闭。进一步地，所述的成型缸上设有成型缸控制接口，所述的供粉缸上设有供粉缸控制接口，所述的成型缸与振镜运动控制器之间通过成型缸控制接口相连接，完成成型缸的成型运动。进一步地，所述的供粉缸与振镜运动控制器之间通过供粉缸控制接口相连接，完成供粉缸的供粉运动；高速摄像机摄像，完成SLM激光快速成形的熔融池在线监控。进一步地，所述的成型缸为活塞缸筒结构，所述的成型缸设有成型缸的交流伺服电机、大齿轮、小齿轮；所述的成型缸的交流伺服电机通过非圆齿轮、惰轮实现动力的传动。进一步地，所述的成型缸的交流伺服电机，安装在Z轴方向，所述的供粉缸为活塞缸筒结构，所述的供粉缸上设有供粉缸的交流伺服电机、非圆齿轮、惰轮、活塞，供粉缸的交流伺服电机通过非圆齿轮、惰轮实现动力的传动。进一步地，所述的供粉缸运动方向为W轴方向，刮板运动方向为U轴方向。进一步地，所述的供粉缸，Z轴方向安装的供粉缸交流伺服电机，供粉缸交流伺服电机通过非圆齿轮驱动活塞的上、下运动来实现成型工作。进一步地，所述的供粉缸缸内的W轴方向安装的供粉缸交流伺服电机，供粉缸交流伺服电机通过齿轮和惰轮驱动活塞的上、下运动来实现供粉工作。进一步地，所述的成型缸的顶面为激光成型的工作台面，是激光扫描工作区；在成型过程中，加工完一层，W轴向的活塞上升一定高度，Z轴向的活塞下降一个铺粉层厚。进一步地，所述的铺粉刮板在电机驱动下沿U轴方向按照程序设定的运动距离自左向右运动，运动到达终本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统，其特征在于：包括激光器（1）、高速摄像机（3）、配电柜（4）、控制系统（14）、激光选区熔融池装置（23）、激光检测装置（26）；其中：所述的高速摄像机（3）安装在激光器（1）的左端，所述的高速摄像机（3）上设有四个CCD高速成像镜，用于前、后、左、右扑捉SLM激光快速成形的熔融池的在线监控图像的数据；所述的激光器（1）上设有关闸（2），所述的关闸（2）下端设有激光器开关，所述的关闸（2），用于控制激光器的开启与关闭；所述的激光选区熔融池装置（23）包括成型缸（19）、供粉缸（20）、工作台（21）、激光选区熔融装置（22）；所述的工作台（21），左下端安装供粉缸（20），右下端安装成型缸（19），上端安装激光选区熔融装置（22）；所述的供粉缸（20）还包括铺粉缸（28），所述的铺粉缸（28）左、右两端分别设有左铺粉滚子（27）、右铺粉滚子（29），所述的左铺粉滚子（27）、右铺粉滚子（29）同时运动，完成SLM的铺粉运动；所述的供粉缸（20）下端设有供粉口（30），所述的供粉口（30），完成SLM粉末的进入；所述的激光检测装置（26）包括光敏二极管（16）、风光镜（17）、半反射镜（18）、扫描头（24）、聚焦镜（25）、振镜；所述的聚焦镜（25），左侧安装扫描头（24），右侧依次安装半反射镜（18）、风光镜（17），所述的风光镜（17），右端安装光敏二极管（16），所述的控制电路板（13）上安装有振镜运动控制器，所述的振镜运动控制器上端接有电源装置，计算机，电源装置供电，激光器（1）工作，激光进入激光选区熔融池装置（23）中，激光检测装置（26）进行监测，高速摄像机（3）所摄的SLM激光快速成形的熔融池在线图像，实时传输计算机，可以在计算机上实时观测SLM激光快速成形的熔融池在线图像，完成SLM激光快速成形的熔融池在线监控。...

【技术特征摘要】
1.一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统，其特征在于：包括激光器（1）、高速摄像机（3）、配电柜（4）、控制系统（14）、激光选区熔融池装置（23）、激光检测装置（26）；其中：所述的高速摄像机（3）安装在激光器（1）的左端，所述的高速摄像机（3）上设有四个CCD高速成像镜，用于前、后、左、右扑捉SLM激光快速成形的熔融池的在线监控图像的数据；所述的激光器（1）上设有关闸（2），所述的关闸（2）下端设有激光器开关，所述的关闸（2），用于控制激光器的开启与关闭；所述的激光选区熔融池装置（23）包括成型缸（19）、供粉缸（20）、工作台（21）、激光选区熔融装置（22）；所述的工作台（21），左下端安装供粉缸（20），右下端安装成型缸（19），上端安装激光选区熔融装置（22）；所述的供粉缸（20）还包括铺粉缸（28），所述的铺粉缸（28）左、右两端分别设有左铺粉滚子（27）、右铺粉滚子（29），所述的左铺粉滚子（27）、右铺粉滚子（29）同时运动，完成SLM的铺粉运动；所述的供粉缸（20）下端设有供粉口（30），所述的供粉口（30），完成SLM粉末的进入；所述的激光检测装置（26）包括光敏二极管（16）、风光镜（17）、半反射镜（18）、扫描头（24）、聚焦镜（25）、振镜；所述的聚焦镜（25），左侧安装扫描头（24），右侧依次安装半反射镜（18）、风光镜（17），所述的风光镜（17），右端安装光敏二极管（16），所述的控制电路板（13）上安装有振镜运动控制器，所述的振镜运动控制器上端接有电源装置，计算机，电源装置供电，激光器（1）工作，激光进入激光选区熔融池装置（23）中，激光检测装置（26）进行监测，高速摄像机（3）所摄的SLM激光快速成形的熔融池在线图像，实时传输计算机，可以在计算机上实时观测SLM激光快速成形的熔融池在线图像，完成SLM激光快速成形的熔融池在线监控。2.如权利要求1所述的一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统，其特征在于：所述的配电柜（4），上端安装交流电源供电装置（5），中间安装变压器（6），下端安装直流电供电装置（7）；所述的交流电源供电装置（5）从左至右依次安装交流继电器、交流接触器、熔断器、空气开关一；所述的直流电供电装置（7）从左至右依次安装熔断器、空气开关二、直流充电电源。3.根据权利要求1所述的一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统，其特征在于：所述的控制系统（14）包括触摸屏（8）、按键装置（9）、存储器（15）、支撑柱（10）、电源装置（11）、接线孔（12）、控制电路板（13）；所述的控制电路板（13），右端安装电源装置（11），下端设有三个接线孔（12），上端设有支撑柱（10）；所述的支撑柱（10）上安装触摸屏（8），所述的触摸屏（8）的下端安装按键装置（9），左下端安装存储器（15）；所述的按键装置（9）包括前、后、左、右四个方向键，控制键，0～9十个数字键；所述的存储器（15）包括CF卡存储器、SDRAM存储器；所述的CF卡存储器，左下端通过CF卡托安装CF卡存储器；所述的SDRAM存储器，中间安装SDRAM存储器。4.根据权利要求3所述的一种SLM激光快速成形的熔融池在线监控系统，其特征在于：所述的振镜运动控制器上设有振镜控制单元、I/O输入口、I/O输出口、成型缸控制接口、供粉缸控制接口；所述的I/O输入口分别安装触摸屏、按键装置、存储器；所述的激光器上设有激光器开关；所述的激光器由激光器控制柜、水冷机和激光器主体组成；所述的激光器采用Nd:YAG激光器，功率为50W，可在连续工作模式进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张万军，
申请(专利权)人：张万军，
类型：发明
国别省市：陕西,61