一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法。该方法的主要实现步骤如下：1、预制对比试块，建立缺陷波幅值与构成图像像素灰度值的对应关系表，并将该表上传至计算机；2、搭建待加工零件的STL格式三维模型，并将STL格式三维模型导入计算机进行三维显示；3、设置活动游标；4、对STL格式的三维模型进行分层切片设置；5、零件在线检测及修复的增材制造过程。本发明专利技术实现了零件进行增材制造过程的三维显示，实现了缺陷位置的精确定位，克服了现有方法中能够对零件进行平面显示，无法准确进行缺陷定位，无法进行在线修复的缺点。

An additive manufacturing method with three-dimensional display, online detection and repair functions

【技术实现步骤摘要】
一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法
本专利技术涉及一种增材制造方法，具体涉及一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法。
技术介绍
随着增材制造技术的快速发展，增材制造零件的种类也越来越多，同时对零件的质量要求越来越高，为保证制造成本以及制造零件的可靠性，对增材制造零件进行在线检测是增材制造零件成功应用到设备中不可或缺的重要步骤，激光超声检测可实现非接触式在线检测。专利号CN200910075712-《超声扫描显微镜C扫描相位反转图像的构建方法》公开了一种C扫相位反转图像的构建方法，设置相关数据门与阈值电压，判定检测位置每一个点的正负峰值电压值是否发生相位反转，并将峰值结果转换为灰度值，并显示在屏幕上形成灰度图像。该过程能够对检测零件内部分层、气孔等缺陷，克服了对被测目标表面平面度以及放置位置的要求高、构建图像位置不准确、构建速度慢、相位反转判定不准确等缺点。但是该方法属于传统接触式超声波检测，检测时需要和被检测零件接触，并且该方法只能采用二维方式进行显示，无法识别缺陷的形状、尺寸以及缺陷位置，因此该方法无法实现增材制造过程中的零件缺陷的在线检测。
技术实现思路
为了解决现有技术采用的传统超声波对只能对零件缺陷进行离线检测，无法实现零件在线加工过程中的实时在线检测、在线修复问题，本专利技术提供了一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法。本专利技术的具体技术方案如下：本专利技术提供了一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法，包括以下具体实现步骤：步骤1：预制对比试块，建立缺陷波幅值与构成图像像素灰度值的对应关系表，并将该表上传至计算机；步骤2：搭建待加工零件的STL格式三维模型，并将STL格式三维模型导入计算机进行三维显示；步骤3：设置活动游标；在STL格式的三维模型中设置活动游标，拖动活动游标可显示出STL格式的三维模型中指定点的位置坐标值；步骤4：对STL格式的三维模型进行分层切片设置；将待加工零件按照增材制造所需的成形层厚度对STL格式的三维模型进行切片处理，切片厚度与成形层厚度一致；步骤5：零件在线检测及修复的增材制造过程；步骤5.1：增材制造熔覆头开始打印零件的第一层；激光超声波探头按照打印路径进行探测，并将第一层中所有检测点对应的位置信息和超声波信号反馈至计算机；步骤5.2：计算机将采集到的第一层中所有激光超声信号进行数据处理得到第一层特征信号波峰值序列，采用缺陷波幅值与构成图像像素的灰度值对应表将第一层特征信号波峰值序列转换为相对应的第一层灰度值序列；步骤5.3：计算机通过第一层灰度值序列，将待加工零件的第一层进行三维显示；步骤5.4：通过三维显示的第一层图像，判断已打印的零件第一层是否有缺陷；若发现第一层无缺陷继续按照步骤5.1-5.3执行第二层打印；若发现第一层有缺陷，则将活动游标拖动到缺陷点，从而得到该缺陷点的位置信息；通过将该缺陷点的位置信息反馈给上位机控制增材制造熔覆头对缺陷点进行增材修复，直至第一层中所有缺陷点完全修复完成后，继续按照步骤5.1-5.3执行第二层打印，直至零件加工完成。进一步地，上述步骤1中预制对比试块的具体方式为；根据待加工零件的材料属性以及许用值范围内的缺陷大小，预制至少两个对比试块；至少两个对比试块的尺寸、材料与待加工零件相同；其中一个为无缺陷对比试块，其余为有缺陷对比试块；有缺陷对比试块上设有孔径相同、孔深不同的N个平底孔缺陷或设有孔径不同、孔深相同的N个平底孔缺陷。进一步地，上述步骤1中制定特征峰峰值与构成图像像素的灰度值对应表的具体过程如下：S1：激光超声检测系统对至少两个对比试块进行离线检测，得到不同对比试块的缺陷波幅值大小；将无缺陷对比试块的特征峰峰值大小记为F0；将有缺陷对比试块中的N个平底孔缺陷所对应的特征峰峰值大小，分别记为F1至FN；S2：制定特征峰峰值与构成图像像素的灰度值对应表，并将该表上传至计算机；所述特征峰峰值与构成图像像素的灰度值对应表中：将无缺陷对比试块的特征峰峰值F0对应灰度值为X；将有缺陷对比试块中的N个平底孔缺陷所对应的特征峰峰值F1至FN对应灰度值为X+Y1至X+YN；其中，X≥0，灰度值X+YN≤255，X+YN≥X+Y1≥X。进一步地，上述步骤2的具体过程如下：采用三维绘图软件搭建该待加工零件的三维模型,建立该三维模型的三维坐标系，并对该三维模型进行网格划分，并保存为STL格式的三维模型。进一步地，上述三维绘图软件为SolidWorks。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用激光超声波，激光超声检测系统无需与待加工零件之间接触即可实现检测，避免了安全事故的发生，同时本专利技术的方法能够在零件制造过程中进行实时在线检测，根据返回当前检测坐标得到当前检测位置并返回到三维模型中，在界面上显示当前检测位置，通过截取当前检测点超声波信号的特征信号峰值，用不同灰度值表示特征信号峰值大小，将当前检测点的位置坐标与构成图像像素的灰度值进行一一映射在三维模型中，实现激光超声检测数据的三维可视化显示，为零件的缺陷检测提供了有力的保证。本专利技术中在三维模型中加入活动游标，通过灰度值对比，显示当前检测层的缺陷数量、缺陷尺寸等信息，再通过活动游标表示该处存在异常的具体位置，并返回该处的位置坐标，之后通过增材方式对缺陷进行在线修复，极大的提升了增材制造的加工效率。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图。具体实施方式下面结合附图本专利技术提出的一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法进行详细介绍：步骤1：根据待加工零件的材料属性以及许用值范围内的缺陷大小，预制至少两个对比试块；其中，对比试块的尺寸、材料与待加工零件相同；其中一个为无缺陷对比试块，其余为有缺陷对比试块；有缺陷对比试块上设有孔径相同、孔深不同的N个平底孔缺陷或设有孔径不同、孔深相同的N个平底孔缺陷；本实施例中：设计了四个对比试块，四个对比试块尺寸均60mmX80mmX4mm其中，对比试块1为无缺陷对比试块；对比试块2、对比试块3、对比试块4均为有缺陷对比试块；对比试块2上的平底缺陷孔孔径为0.5mm，孔深度分别为：1mm、1.5mm；对比试块3上的平底缺陷孔孔径为0.5mm，孔深为2mm、2.5mm；对比试块4上的平底缺陷孔孔径为0.5mm，孔深为3mm、3.5mm；步骤2：激光超声检测系统对至少两个对比试块进行离线检测，得到不同对比试块的缺陷波幅值大小；对无缺陷对比试块进行检测区域为10mmX10mm激光超声检测实验，当内部含缺陷时，会在超声波信号中出现缺陷波，其出现位置在始波(表面波)与底波(底面回波)之间，则在始波与底波之间设置闸门，闸门阈值为0，即闸门与零刻度线重合，将无缺陷对比试块的特征峰峰值大小记为F0；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法，其特征在于，包括以下具体实现步骤：/n步骤1：预制对比试块，建立缺陷波幅值与构成图像像素灰度值的对应关系表，并将该表上传至计算机；/n步骤2：搭建待加工零件的STL格式三维模型，并将STL格式三维模型导入计算机进行三维显示；/n步骤3：设置活动游标；/n在STL格式的三维模型中设置活动游标，拖动活动游标可显示出STL格式的三维模型中指定点的位置坐标值；/n步骤4：对STL格式的三维模型进行分层切片设置；/n将待加工零件通过增材制造所需的成形层厚度对STL格式的三维模型进行切片处理，切片厚度与成形层厚度一致；/n步骤5：零件在线检测及修复的增材制造过程；/n步骤5.1：增材制造熔覆头开始打印零件的第一层；激光超声波探头按照打印路径进行探测，并将第一层中所有检测点对应的位置信息和超声波信号反馈至计算机；/n步骤5.2：计算机将采集到的第一层中所有激光超声信号进行数据处理得到第一层特征信号波峰值序列，采用缺陷波幅值与构成图像像素的灰度值对应表将第一层特征信号波峰值序列转换为相对应的第一层灰度值序列；/n步骤5.3：计算机通过第一层灰度值序列，将待加工零件的第一层进行三维显示；/n步骤5.4：通过三维显示的第一层图像，判断已打印的零件第一层是否有缺陷；/n若发现第一层无缺陷继续按照步骤5.1-5.3执行第二层打印；/n若发现第一层有缺陷，则将活动游标拖动到缺陷点，从而得到该缺陷点的位置信息；通过将该缺陷点的位置信息反馈给上位机控制增材制造熔覆头对缺陷点进行增材修复，直至第一层中所有缺陷点完全修复完成后，继续按照步骤5.1-5.3执行第二层打印，直至零件加工完成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有三维显示、在线检测及修复功能的增材制造方法，其特征在于，包括以下具体实现步骤：
步骤1：预制对比试块，建立缺陷波幅值与构成图像像素灰度值的对应关系表，并将该表上传至计算机；
步骤2：搭建待加工零件的STL格式三维模型，并将STL格式三维模型导入计算机进行三维显示；
步骤3：设置活动游标；
在STL格式的三维模型中设置活动游标，拖动活动游标可显示出STL格式的三维模型中指定点的位置坐标值；
步骤4：对STL格式的三维模型进行分层切片设置；
将待加工零件通过增材制造所需的成形层厚度对STL格式的三维模型进行切片处理，切片厚度与成形层厚度一致；
步骤5：零件在线检测及修复的增材制造过程；
步骤5.1：增材制造熔覆头开始打印零件的第一层；激光超声波探头按照打印路径进行探测，并将第一层中所有检测点对应的位置信息和超声波信号反馈至计算机；
步骤5.2：计算机将采集到的第一层中所有激光超声信号进行数据处理得到第一层特征信号波峰值序列，采用缺陷波幅值与构成图像像素的灰度值对应表将第一层特征信号波峰值序列转换为相对应的第一层灰度值序列；
步骤5.3：计算机通过第一层灰度值序列，将待加工零件的第一层进行三维显示；
步骤5.4：通过三维显示的第一层图像，判断已打印的零件第一层是否有缺陷；
若发现第一层无缺陷继续按照步骤5.1-5.3执行第二层打印；
若发现第一层有缺陷，则将活动游标拖动到缺陷点，从而得到该缺陷点的位置信息；通过将该缺陷点的位置信息反馈给上位机控制增材制造熔覆头对缺陷点进行增材修复，直至第一层中所有缺陷点完全修复完成后，继续按照步骤5.1-5.3执行第二层打印，直至零件加工完成。


2.根据权利要求1所述的具有三维显...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵纪元，王彪，田舒平，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61