基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统技术方案

本申请公开一种基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统，包括：机械制造组件、超声激励模块、超声检测模块和显示控制模块；其中，机械制造组件包括相互电连接的机械手和机械手控制柜，机械手的操作端设置有用于打印或修复的加工头；超声激励模块包括超声激励探头，超声激励探头包括设置在机械手操作端的扫描振镜和场镜，用于实现激励光束在工件表面的二维扫查；超声检测模块包括设置在机械手操作端的超声检测探头，超声检测探头用于接收超声表面波信号和超声体波信号，并传输至显示控制模块的工控机，由工控机输出检测结果。本申请提供的系统协同调控机械制造组件和超声检测模块，实现在线检测与增材制造装备的一体化集成。成。成。

【技术实现步骤摘要】
基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统


[0001]本申请涉及增材制造过程在线检测
，具体的涉及一种基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统。

技术介绍

[0002]金属增材制造技术近几年发展较快，目前该技术所应用的材料种类已经涵盖不锈钢、高温合金、铝合金、钛合金和梯度材料等，在医疗、汽车、核电及航空航天等领域具有广阔的技术产业化应用前景。
[0003]由于在增材制造过程中，金属材料会经历快速反复熔凝以及复杂的传热相变过程，因为会导致采用金属增材制造技术所得的增材制造件组织各向异性明显，易使增材制造件出现孔隙、未熔合或裂纹，且存在残余应力等缺陷。
[0004]为促进金属增材制造技术的推广应用，可以将增材制造件的质量监测前移到3D打印过程中，以实现不同冶金特征的无损检测，并基于检测信息反馈实现3D打印工艺在线闭环调控，降低3D打印金属件产品报废率，提高3D打印制件生产效率、提升产品质量。
[0005]现有增材制造在线检测主要基于激光超声检测技术，采用超声波检测缺陷的同时对制件温度采用红外测温仪进行实时检测。采用该检测技术，能够大幅度提升缺陷检测的准确度，但是为避免设备中激光超声扫描检测和增材制造之间的干扰，需要令扫描检测和增材制造相互独立作业。而要实现扫描检测和增材制造相互独立作业，就需要分别使用不同的机器人实现增材制造过程及扫描检测过程。分别使用不同的机器人实现增材制造过程与扫描检测过程，不仅会增加设备成本，而且需要对多个机器人进行协同控制，导致检测过程复杂。

技术实现思路

[0006]本申请提供一种基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统，以解决现有技术中增材制造装备与在线检测需要多台机器人完成，不能一体化集成的问题。
[0007]本申请提供一种基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统，包括：机械制造组件，包括相互电连接的机械手和机械手控制柜；所述机械手的操作端设置有加工头；所述加工头的下方设有用于盛放工件的工作台；
[0008]超声激励模块，包括超声激励探头；所述超声激励探头用于发出脉冲激励激光束，在所述工作台上的工件表面及内部激发超声表面波信号和超声体波信号；所述超声激励探头包括设置在所述机械手操作端的扫描振镜和场镜；
[0009]超声检测模块，包括设置在所述机械手操作端的超声检测探头；所述超声检测探头用于获取来自所述工作台上工件的超声表面波信号和超声体波信号；
[0010]显示控制模块，包括与所述超声激励模块电连接的控制板卡，与所述超声检测模块电连接的采集卡，以及，分别与所述控制板卡、采集卡、机械手控制柜电连接的工控机；
[0011]所述控制板卡被配置为根据所述工控机的控制指令控制所述超声激励模块开启
或关闭，实现激励光束在工件表面的二维扫查；还被配置为当所述超声激励模块开启时向所述采集卡发送同步触发信号；
[0012]所述采集卡被配置为根据所述同步触发信号控制所述超声检测模块获取超声表面波信号和超声体波信号，并将获取到的超声信号发送至所述工控机；
[0013]所述工控机被配置为向所述机械手控制柜发送增材制造或超声检测的控制指令，并根据发送控制指令的类型，相应生成对所述采集卡以及控制板卡的控制指令；还被配置为根据所述采集卡发送的超声信号生成检测结果。
[0014]本提供的一种基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统，应用于金属增材制造过程中的在线无损检测及自适应工艺调控。通过设置机械制造组件、超声激励模块、超声检测模块和显示控制模块，协同调控机械制造组件和超声检测模块，避免金属增材制造过程和超声检测过程之间产生干扰，可实现检测和制造过程的同步进行，实现在线检测与增材制造装备的一体化集成。通过激光超声激励激发超声表面波和超声体波，同步实时检测金属增材制造件表面和内部冶金特征信息并反馈。通过设置第一保护机构保护超声激励探头，设置第二保护机构保护超声检测探头，设置水冷机给超声激励探头冷却降温，避免金属增材制造过程中高温及粉尘干扰超声激励模块和超声检测模块的性能与稳定性。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本申请实施例中一种基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统的结构示意图。
具体实施方式
[0017]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0018]图1为本申请实施例中一种基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供一种基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统，包括：机械制造组件1、超声激励模块2、超声检测模块3和显示控制模块4。
[0019]其中，所述机械制造组件1，包括相互电连接的机械手11和机械手控制柜12；所述机械手11用于打印或修复金属增材制造件，机械手控制柜12通过与机械手11电连接，可以控制机械手11开始打印、停止打印或修复金属增材制造件。所述机械手11远离机械手控制柜12的一端设有加工头111，加工头111可拆卸安装在机械手11远离机械手控制柜12的一端，加工头111在打印过程中容易出现破损，通过可拆卸安装即可在加工头111出现破损时及时更换，避免影响打印金属增材制造件的进度。打印过程中，机械手控制柜12控制机械手11，进而控制加工头111进行逐层打印金属增材制造件，以及修复金属增材制造件的缺陷。所述机械制造组件1进一步包括工作台13，所述工作台13位于所述加工头111下方，打印过
程中，可以在工作台13台面上方铺设基板，加工头111将金属增材制造件逐层打印在基板上，方便完成打印后直接将金属增材制造件完整取下。工作台13台面平整，可以起到支撑平衡的作用。
[0020]所述超声激励模块2，一般采用光纤耦合的激光器，具体可包括脉冲固体激光器21、激光头22、光纤耦合件23和超声激励探头24；所述脉冲固体激光器21、激光头22和光纤耦合件23依次电连接，所述光纤耦合件23与所述超声激励探头24通过光纤连接。脉冲固体激光器21产生脉冲激励激光束，经激光头22整形后发出，进入光纤耦合件23中。利用光纤耦合件23将脉冲激励激光束最大限度地耦合到光纤中，并通过光纤将脉冲激励激光束传输至超声激励探头24。所述超声激励探头24通过第一连接件112与所述机械手11的一端连接，第一连接件112与机械手11可以通过螺杆连接，方便更换。通过控制机械手11运动，进而控制超声激励探头24运动，使超声激励探头24按照预设的扫描路径对金属增材制造件的打印层进行二维遍历扫查。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光超声及振镜协同的金属增材同步检测系统，其特征在于，包括：机械制造组件(1)，包括相互电连接的机械手(11)和机械手控制柜(12)；所述机械手(11)的操作端设置有加工头(111)；所述加工头(111)的下方设有用于盛放工件的工作台(13)；超声激励模块(2)，包括超声激励探头(24)；所述超声激励探头(24)用于发出脉冲激励激光束，在所述工作台(13)上的工件表面及内部激发超声表面波信号和超声体波信号；所述超声激励探头(24)包括设置在所述机械手(11)操作端的扫描振镜(244)和场镜(245)；超声检测模块(3)，包括设置在所述机械手(11)操作端的超声检测探头(34)；所述超声检测探头(34)用于获取来自所述工作台(13)上工件的超声表面波信号和超声体波信号；显示控制模块(4)，包括与所述超声激励模块(2)电连接的控制板卡(41)，与所述超声检测模块(3)电连接的采集卡(42)，以及，分别与所述控制板卡(41)、采集卡(42)、机械手控制柜(12)电连接的工控机(43)；所述控制板卡(41)被配置为根据所述工控机(43)的控制指令控制所述超声激励模块(2)开启或关闭，实现激励光束在工件表面的二维扫查；还被配置为当所述超声激励模块(2)开启时向所述采集卡(42)发送同步触发信号；所述采集卡(42)被配置为根据所述同步触发信号控制所述超声检测模块(3)获取超声表面波信号和超声体波信号，并将获取到的超声信号发送至所述工控机(43)；所述工控机(43)被配置为向所述机械手控制柜(12)发送增材制造或超声检测的控制指令，并根据发送控制指令的类型，相应生成对所述采集卡(42)以及控制板卡(41)的控制指令；还被配置为根据所述采集卡(42)发送的超声信号生成检测结果。2.根据权利要求1所述的金属增材同步检测系统，其特征在于，所述超声激励探头(24)还包括准直镜(241)、扩束镜(242)、反射镜(243)；所述准直镜(241)与所述扩束镜(242)相连，所述扩束镜(242)的光出口位于所述反射镜(243)的正上方，所述扫描振镜(244)的光入口接收所述反射镜(243)的反射光线；所述控制板卡(41)与所述扫描振镜(244)连接，用于控制所述扫描振镜(244)的扫描运动。3.根据权利要求2所述的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：白雪，许万卫，马健，陈建伟，刘帅，郭锐，宋江峰，王贺，吴宏勤，潘京伦，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：新型
国别省市：