基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，包括加工室，加工室的上室壁中间设有静态聚焦镜，静态聚焦镜上方设有振镜，振镜右侧设置有激光器，加工室的下室壁中间设有成形缸，成形缸内设有升降台，升降台上表面中间设有基板，成形零件放置在基板上；加工室内设有粉缸和铺粉装置；加工室内位于成形缸左侧位置处设有声传感器，声传感器与位于加工室外部的声信号采集系统相连。本实用新型专利技术通过声传感器对激光选区熔化成形过程飞溅现象的数据进行实时采集，并将采集后的数据传输至声信号采集器中，声信号采集器将信号传输至计算机中，在计算机上对数据进行处理，准确提取飞溅现象的特征频率。准确提取飞溅现象的特征频率。准确提取飞溅现象的特征频率。

【技术实现步骤摘要】
基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置


[0001]本技术涉及增材制造领域，特别涉及一种基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置。

技术介绍

[0002]增材制造是以三维模型数据为基础，通过材料堆积的方式制造零件的工艺。激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术具备冷却效率高、能量密度高和成型精度高等优点，可以精确成形高致密度和较好力学性能的任意形状的金属功能零件，是目前应用范围最广、实用意义最大的金属增材制造工艺，被认为是最具应用前景的增材制造技术之一，已应用于航空航天、医疗器械等领域。虽然SLM技术的应用越来越普及，能够直接实现形状复杂、轻量化的金属零件，但SLM成形过程中仍然会出现各种各样的工艺缺陷，如孔隙、夹渣、球化和裂纹等。
[0003]飞溅是激光和粉末作用过程中的重要现象。金属粉末在激光的辐射作用下经历液化、气化，形成微熔池，微熔池系统中的熔体在反冲压力和马兰戈尼效应下存在的逃逸行为，以及熔池周边的粉末在微熔池系统中金属蒸气的夹带作用下形成固液熔融态的过程。一方面，当飞溅落入加工区域时，高能激光束不能将其完全熔化，容易导致孔洞，夹渣等缺陷，从而影响成形件的成形质量和力学性能；另一方面，当飞溅落入未加工的金属粉末时，不仅会污染金属粉末，导致材料的浪费，而且还会影响下一次的铺粉效果。飞溅也是加工状态的一种直接表现形式。飞溅包含着更丰富的信息，更能代表工艺状态。可以从溅射方向、角度、面积等角度对飞溅进行量化分析。飞溅的特征与最终零件的成形质量之间有着必然的关系，只要找出其中的规律，就能够将其用于加工质量的动态监控中。飞溅是分析SLM成形过程中各种工艺缺陷的重要线索，同时也是成形过程中需要监控的重要信号，因此，对飞溅行为进行研究很有必要。对飞溅的机理进行研究不仅有助于深入理解 SLM成形过程，为加工过程的监控提供可行性方法，还可以解决SLM加工过程的可靠性问题，最终提升产品质量及降低制造成本。
[0004]SLM增材制造过程中的飞溅行为伴随着声音、光(热)辐射、声发射等信号的产生与变化。由于飞溅颗粒具有可见性的特点，因此对于飞溅现象的在线监测，大多为CCD相机来进行实时监测，但是在SLM加工过程中，加工室内会产生大量烟雾，在扬尘和烟雾环境下，CCD相机将难以完全真实的展示SLM成型过程中飞溅现象，同时实时处理图像数据的算法还不能满足在线监测的要求。因此，CCD相机难以满足SLM增材制造过程在线监测飞溅现象。声信号在线监测飞溅现象在焊接领域成功运用，因此，声信号监测在激光选区熔化技术中有较好的应用前景。同时，声信号传感器体积小，位置要求不高，监测系统搭建容易，可以满足SLM成型过程飞溅现象实时监测的要求。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本技术提供一种结构简单、工作可靠的基于声信号
的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置。
[0006]本技术解决上述技术问题的技术方案是：一种基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，包括加工室、声传感器、声信号采集系统、保护气体循环系统和成形缸，所述加工室的上室壁中间设有静态聚焦镜，静态聚焦镜上方设有振镜，振镜右侧设置有激光器，加工室的下室壁中间设有成形缸，成形缸内设有升降台，升降台上表面中间设有基板，所述激激光器射出激光束通过振镜和静态聚焦镜照射至基板上，成形零件放置在基板上；所述加工室后室壁上设置有保护气体循环系统；所述加工室内位于成形缸右侧位置处设有粉缸和用于将粉缸内的金属粉末铺设到成形零件上的铺粉装置；所述加工室内位于成形缸左侧位置处设有声传感器，声传感器与位于加工室外部的声信号采集系统相连。
[0007]上述基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，所述保护气体循环系统包括设置在加工室后室壁上的保护气体入口和保护气体出口，保护气体经保护气体入口进入加工室，然后从保护气体出口排除，保持加工室内处于低氧状态。
[0008]上述基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，所述加工室左室壁设置有通孔，声传感器通过信号传输线穿过通孔连接声信号采集系统，信号传输线外部包裹两个半圆橡胶堵塞通孔，半圆橡胶两头用橡皮泥密封，保证加工室内处于低氧环境。
[0009]上述基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，所述声传感器通过固定架固定在加工室下室壁上，固定架包括底座和固定装置，底座固定在加工室下室壁上，固定装置包括安装在底座上的两个拼接的半圆卡扣，声传感器放置在两个半圆卡扣内，半圆卡扣两侧设有用于紧固的螺钉。
[0010]上述基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，所述成形缸与固定架之间设有剩粉缸。
[0011]上述基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，所述铺粉装置包括铺粉刷、铺粉刷滑轨和驱动机构，铺粉刷滑轨设置在加工室后室壁上，铺粉刷可滑动设置在铺粉刷滑轨上，加工室后室壁上设有用于驱动铺粉刷在铺粉刷滑轨上往复运动的驱动机构，将粉缸内超出的金属粉末均匀平铺在成形缸上。
[0012]上述基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，所述声信号采集系统包括声信号采集器和计算机，计算机通过声信号采集器连接声传感器，声信号采集器对声传感器实时监测的数据进行降噪后送入计算机。
[0013]上述基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，所述振镜、静态聚焦镜和成形零件位于同一竖直平面上。
[0014]本技术的有益效果在于：本技术的装置在激光器逐层打印时，通过声传感器对激光选区熔化成形过程飞溅现象的数据进行实时采集，并将采集后的数据传输至声信号采集器中，声信号采集器将信号传输至计算机中，在计算机上对数据进行处理，准确提取飞溅现象的特征频率，根据提取出来的飞溅现象特征频率的幅值指导激光选区熔化过程中加工参数的调节，以此提升激光选区熔化过程中成形零件质量，实现激光选区熔化过程飞溅现象的动态监测。本技术采用声传感器进行实时监测的优势再于，首先，在完全密闭且隔音的加工室内，外界环境噪声将会降低对声信号的影响；其次，声信号传感器体积小，位置要求不高，监测系统搭建容易；最后，声传感器的成本较低。
附图说明
[0015]图1为本技术的整体结构示意图。
[0016]图2为本技术的声传感器安装位置示意图。
[0017]图3为本技术加工室左室壁的通孔示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图和实施例对本技术作进一步的说明。
[0019]如图1
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图3所示，一种基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，包括加工室21、声传感器17、声信号采集系统、保护气体循环系统和成形缸11，所述加工室21的上室壁中间设有静态聚焦镜4，静态聚焦镜4上方设有振镜2，振镜2右侧设置有激光器1，加工室21的下室壁中间设有成形缸11，成形缸11内设有升降台14，升降台14上表面中间设有基板12，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，其特征在于，包括加工室、声传感器、声信号采集系统、保护气体循环系统和成形缸，所述加工室的上室壁中间设有静态聚焦镜，静态聚焦镜上方设有振镜，振镜右侧设置有激光器，加工室的下室壁中间设有成形缸，成形缸内设有升降台，升降台上表面中间设有基板，所述激光器射出激光束通过振镜和静态聚焦镜照射至基板上，成形零件放置在基板上；所述加工室后室壁上设置有保护气体循环系统；所述加工室内位于成形缸右侧位置处设有粉缸和用于将粉缸内的金属粉末铺设到成形零件上的铺粉装置；所述加工室内位于成形缸左侧位置处设有声传感器，声传感器与位于加工室外部的声信号采集系统相连。2.根据权利要求1所述的基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，其特征在于，所述保护气体循环系统包括设置在加工室后室壁上的保护气体入口和保护气体出口，保护气体经保护气体入口进入加工室，然后从保护气体出口排除，保持加工室内处于低氧状态。3.根据权利要求1所述的基于声信号的激光选区熔化成形过程飞溅的在线监测装置，其特征在于，所述加工室左室壁设置有通孔，声传感器通过信号传输线穿过通孔连接声信号采集系统，信号传输线外部包裹两个半圆橡胶堵塞通孔，半圆橡胶两头用橡皮泥密封，保证加工室内处于低氧环境...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖冬明，赵恒威，蒋玲莉，周献文，刘杰，王迪，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：新型
国别省市：