一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及构件增材制造技术领域，公开了一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法，包括以下步骤：进行构件打印，所述构件打印时检测装置跟随打印运动；扫描打印头所打印的打印层，获取各所述打印层的点云数据；将所获取的层点云数据中无效点去除并进行PCD点云格式转换，采样进行点云数据预处理，获得单层点云数据；单层点云数据的缺陷区域进行检测及量化计算，并以缺陷特征构建参数矩阵；计算构件各单层的点云层平均高度本发明专利技术的构件增材制造过程是一层一层的制造过程，而内部缺陷的检测恰好可以利用的增材制造过程这一基本的原理过程，即制造与检测具有良好的过程一致性，在制造过程中进行的在线检测，达到了制造与检测良好工艺相容性。测良好工艺相容性。测良好工艺相容性。

【技术实现步骤摘要】
一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法及装置


[0001]本专利技术属于构件增材制造
，更具体地说，涉及一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法及装置。

技术介绍

[0002]如下三种技术都不都无法满足实现构件增材制造过程的三维缺陷在线检测。
[0003](1)显微镜，扫描电镜等表面检测设备，主要完成表面检测，难以实现构件内部缺陷检测。
[0004](2)传统上部分工业产品往往采用切剖等方法进行有损测量，破坏构件原有形貌，效率很低。
[0005](3)工业CT扫描和超声检测等可以获取工件内部信息，进行缺陷检测，但只能安排在零件制造完成以后再进行检测，属于离线检测，无法实现在线检测，制造与检测难以一体进行，影响生产效率。
[0006]目前传统有损测量方法不仅破坏了工件结构，同时极易导致工件由于破坏性检测而发生形变，影响最终测量结果；且在3D打印过程中，由于工件成型的特殊性，现有方法需将工件打印完成后方可进行检测，耗费大量时间的同时也造成了打印材料的浪费。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法及装置，(描述有益效果以及描述相较于目前技术具备的优点)。
[0008]本专利技术采取的技术方案具体如下：一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法，包括以下步骤：
[0009]S1、进行构件打印；
[0010]S2、扫描打印头所打印的打印层，获取各所述打印层的点云数据；
[0011]S3、将所获取的层点云数据中无效点去除并进行PCD点云格式转换，采样进行点云数据预处理，获得单层点云数据；
[0012]S4、对单层点云数据的缺陷区域进行检测及量化计算，并以缺陷特征构建参数矩阵；
[0013]S5、计算构件各单层的点云层平均高度，并进行层间点云数据过渡处理，进而构建三维体重构；
[0014]S6、在计算各立方体重心偏移量，依据参数矩阵进行缺陷融合得到三维构件内部的缺陷具体位置和尺寸大小。
[0015]可选的，所述构件打印采用3D打印增材设备实现相应的打印，且构件3D打印过程中构件内容缺陷通过在线实时三维检测，若发现缺陷时，在线修正3D打印工艺参数，达到抑制构件3D打印过程内部缺陷的形成。
[0016]可选的，所述扫描打印头由机械臂搭载线激光扫描仪跟随运动的打印头所实现，
机械臂搭载打印头和激光扫描仪同时运动，打印头和激光扫描采用并联联动布局，且打印头和激光扫描通过上位机和软件联动控制，达到打
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修的一体工艺特征。
[0017]可选的，根据构件的结构特点和打印工艺参数，层内选择直通滤波或中值滤波或均匀方式进行采样点云数据集成处理，层间利用点云数据最小矢量间距判断，并进行插值过渡，实现构件层间重构区平滑过渡。
[0018]可选的，所述缺陷区域的划分可进一步缩短点云处理范围，明确单层缺陷的范围、形状及性质的基本特征。
[0019]可选的，所述构件通过点云的自堆叠实现各层点云的高度叠加形成三维体重构。
[0020]可选的，计算各所述立方体重心偏移量在通过引入各层缺陷最小包围立方体的基础上实现。
[0021]可选的，所述构件内部缺陷的基本信息反馈至增材的层切片软件，进行工艺参数修正，再次进行单层或多层打印。
[0022]一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测装置，所述构件增材制造时内部三维缺陷在线检测装置执行任一项前述构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法。
[0023]本专利技术取得的技术效果为：
[0024](1)本方案充分利用增材制造过程的基本原理
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层堆叠原理，即构件增材制造过程是一层一层的制造过程，而内部缺陷的检测恰好可以利用的增材制造过程这一基本的原理过程，打印和检测集成在一起，检测实时反馈给打印工艺缺陷，并要求打印工艺进行实时修正，并再检测，达到打
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修的工艺过程，即制造与检测具有良好的过程一致性，在制造过程中进行的在线检测，达到了制造与检测良好工艺相容性。
[0025](2)本方案是针对制造过程中零件缺陷的检测，包括内部缺陷和外部缺陷，不损伤零件，还能够体现制造与检测的同步性，实现真实意义的在线制造与检测，并构建了制造与检测的一体化平台。
[0026](3)本方案能够实现检测对制造工艺造成的误差，进行实时反馈修正，达到制造与检测的同步性。
[0027](4)本方案是以各打印层为基础，无需和传统有损检测一样进行工件的破坏行检测；
[0028](5)超声检测技术只能检测金属材料，要求检测表面具有一定的表面光洁度，并且需要耦合剂以确保足够的声耦合，而本技术对打印层表面平整度及材料的选择要求较低；
[0029](6)工业CT扫描多数离线和离位检测，在获取高精度的同时也需要极高的检测成本以及维护费用，而本技术在线检测，无需离线和离位检测，不仅成本相对较低，而且维护简单、方便，且精度能满足需要。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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
[0031]图1为本专利技术一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法的系统结构框图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]请参阅图1，本专利技术一些实施例提供了一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法，包括以下步骤：
[0034]S1、使用3D打印增材设备进行构件打印。
[0035]该3D打印增材设备采用3D打印机。
[0036]S2、使用机械臂搭载线激光扫描仪跟随运动的打印头对打印层进行扫描，获取各打印层的点云数据；
[0037]在本实施例中，打印时线激光扫描仪跟随打印运动。进一步的，打印时，移动机械臂将扫描仪置于平台上方最佳扫描位置处，并使激光发射透镜平行于打印平面。扫描所得文件格式为CSV，文件的行和列分别对应于扫描时的x轴和y轴，数据对应于点云的高度信息，将CSV文件导入编制的Python程序中，设置宽度和长度点间距(如：0.005mm和0.01mm)后，按照先行后列的顺序依次进行，最终则可完成PCD文件格式的转换。此处，PCD全称Point Cloud Data，是一种存储点云数据的文件格式。
[0038]S3、使用编制算法，将所获取的层点云数据中无效点去本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、进行构件打印；S2、扫描打印头所打印的打印层，获取各所述打印层的点云数据；S3、将所获取的层点云数据中无效点去除并进行PCD点云格式转换，采样进行点云数据预处理，获得单层点云数据；S4、对单层点云数据的缺陷区域进行检测及量化计算，并以缺陷特征构建参数矩阵；S5、计算构件各单层的点云层平均高度，并进行层间点云数据过渡处理，进而构建三维体重构；S6、在计算各立方体重心偏移量，依据参数矩阵进行缺陷融合得到三维构件内部的缺陷具体位置和尺寸大小。2.根据权利要求1所述的一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法，其特征在于：所述构件打印采用3D打印增材设备实现相应的打印，且构件3D打印过程中构件内容缺陷通过在线实时三维检测，若发现缺陷时，在线修正3D打印工艺参数，达到抑制构件3D打印过程内部缺陷的形成。3.根据权利要求1所述的一种构件增材制造时内部三维缺陷在线检测方法及装置，其特征在于：所述扫描打印头由机械臂搭载线激光扫描仪跟随运动的打印头所实现，机械臂搭载打印头和激光扫描仪同时运动，打印头和激光扫描采用并联联动布局，且打印头和激光扫描通过上位机和软件联动控制，达到打
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【专利技术属性】
技术研发人员：邹斌，郑钦冰，陈伟，丁守岭，王鑫锋，刘继凯，李磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：