一种3D打印设备的激光位置校准方法，包括以下步骤：使工作腔内的照明光源为关闭状态；控制至少一个激光系统在已铺好粉末的工作区域按照预设程序发射激光，所述激光的激光能量密度低于所述粉末的单位密度熔化热，且可与粉末发生互相作用；采用探测器记录激光作用于粉末的轨迹以形成待处理图像；获取待处理图像的若干特征，并通过对若干特征的分析实现对激光系统的校准。本发明专利技术的激光位置校准方法直接在工作腔内执行，即无需打开工作腔的密封门，且不需要额外增加校准器件；而且，附加工序少、校准方法简单、工作效率高、校准精度高。校准精度高。校准精度高。
【技术实现步骤摘要】
一种3D打印方法、设备及其激光位置校准方法、装置
[0001]本申请涉及增材制造
，特别是涉及一种3D打印方法、设备及其激光位置校准方法、装置。
技术介绍
[0002]增材制造技术是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。选区激光熔融技术(Selective Laser Melting，简称SLM)是近年来发展迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。选择性激光熔融工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作平台面，铺粉装置将一层粉末材料平铺在成型缸底板或已成型零件的上表面，激光振镜系统控制激光以一个近似不变的光斑大小和光束能量按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作平台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。
[0003]激光扫描精度校准和多激光搭接问题是工业增材制造领域在应用过程中面临的共同问题。由于振镜角度的偏转与打印平面坐标之间有着非线性关系，再加上光学元器件本身存在制造误差、装调过程中也存在误差，因此必须进行振镜扫描精度校准来保证成型精度。另外，随着打印幅面的扩大，同一台设备使用的激光数量日益增多，位于不同激光共同打印的区域的打印质量受到不同激光打印相对位置的影响，若不同激光间出现错位，会引起工件出现打接纹路、造成工件缺陷，从而影响工件机械性能。
[0004]目前行业使用的振镜扫描精度校准和多激光搭接校准方法一般为离线校正，其主要包括以下两种方法：一种方法是在打印烧结完成之后，将介质平整置于干净基板上，使其位于焦平面；利用激光出光，将搭接位置的扫描图形打印在介质上，通过图形的状态判断激光的扫描精度和激光间的位置情况，进而对振镜的扫描精度进行补偿以及调节振镜旋转和偏差参数，优化扫描精度和搭接效果。该方法的精度容易受到打印介质安放位置和平整度的影响，导致介质上打印出的图形不完全符合实际情况，引起调节量判断误差。另一种方法是多激光搭接的方法，采用烧结特定的实际搭接件，通过烧结出的搭接工件形态判断激光间的相对位置情况，从而调节振镜参数。该方法完全模拟实际工况，减少了其他误差的引入，但是烧结实际搭接件具有一定高度，耗时长(至少几个小时)、成本高，而且需要特别有经验的人才能准确判断参数调节方向，不适合于推广。
技术实现思路
[0005]为了解决现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种3D打印方法、设备及其激光位置校准方法、装置，该方法直接在工作腔内执行，即无需打开工作腔的密封门，且
不需要额外增加校准器件；而且，附加工序少、校准方法简单、工作效率高、校准精度高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种3D打印设备的激光位置校准方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、使工作腔内的照明光源为关闭状态；
[0008]步骤S2、控制至少一个激光系统在已铺好粉末的工作区域按照预设程序发射激光，所述激光的激光能量密度低于所述粉末的单位密度熔化热，且可与粉末发生相互作用；
[0009]步骤S3、采用探测器记录激光作用于粉末时的轨迹以形成待处理图像；
[0010]步骤S4、获取待处理图像的若干特征，并通过对若干特征的分析实现对激光系统的校准。
[0011]作为本专利技术的进一步优选方案，所述待处理图像包括至少两条相交的线段，所述特征包括角度特征和特征位置坐标；所述探测器为相机。
[0012]作为本专利技术的进一步优选方案，当激光系统的数量为一个时，激光系统在工作区域的的粉末上按照预设程序发射激光以与粉末发生相互作用；当激光系统的数量为两个或两个以上时，相邻的两个激光系统在拼接区域的粉末上按照预设程序发射激光以与粉末发生相互作用，且相邻的两个激光系统作用于粉末的轨迹一一对应。
[0013]作为本专利技术的进一步优选方案，当激光系统的数量为一个时，所述步骤S4中通过对若干特征的分析实现对激光系统的校准具体包括：
[0014]步骤S411、分别计算待处理图像中所有角度特征值和特征位置坐标值，并分别计算其相对于对应的理论值的偏差；
[0015]步骤412、分别计算所有角度特征值的偏差的平均值和所有特征位置坐标值的偏差的平均值，并根据所述平均值对该激光系统的振镜单元的角度和偏置进行补偿。
[0016]作为本专利技术的进一步优选方案，当激光系统的数量为两个或两个以上时，所述步骤S4中通过对若干特征的分析实现对激光系统的校准具体包括：
[0017]步骤S421、计算待处理图像中所有角度特征值，分别计算所有角度特征值与对应的理论值的偏差，所有偏差的平均为整体角度偏差量，该整体角度偏差量为相机偏转角；
[0018]步骤S422、根据相机偏转角对待处理图像进行旋转修正得到修正图像；并计算修正图像的所有角度特征值和特征位置坐标值；
[0019]步骤S423、任选一个激光系统为参考激光系统，该参考激光系统对应的至少一个角度特征值和特征位置坐标值为参考值，以该参考值为基准，并按照搭接原则依次得到除参考激光系统之外的所有激光系统对应的理论角度特征值和理论特征位置坐标值；
[0020]步骤S424、计算修正图像中除参考激光系统之外的所有激光系统的角度特征值和特征位置坐标值分别相对于对应的理论角度特征值和理论特征位置坐标值的偏差，分别计算每一激光系统的所有角度特征值的偏差的平均值和所有特征位置坐标值的偏差的平均值，并根据所述平均值对其对应的激光系统的振镜单元的角度和偏置进行补偿。
[0021]作为本专利技术的进一步优选方案，所述步骤S4之后还包括以下步骤：
[0022]步骤S5、控制至少一个激光系统在已铺好粉末的工作区域按照预设程序发射激光，所述激光的激光能量密度低于所述粉末的单位密度熔化热，且可与粉末发生相互作用；
[0023]步骤S6、采用相机记录上述激光作用于粉末的轨迹以形成待处理图像，并采用步骤S421获得的相机偏转角对待处理图像进行旋转修正，分别获取修正后图像中各个激光系
统的至少一个角度特征值和特征位置坐标值为初始参考值。
[0024]本专利技术还提供了一种3D打印设备的激光位置校准装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的3D打印设备的激光位置校准方法的步骤。
[0025]本专利技术又提供了一种3D打印方法，包括以下步骤：
[0026]当待打印制件打印到第一预设层数后，启动上述任一项所述的3D打印设备的激光位置校准方法对激光系统进行校准。
[0027]本专利技术又提供了一种3D打印方法，包括以下步骤：本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种3D打印设备的激光位置校准方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、使工作腔内的照明光源为关闭状态；步骤S2、控制至少一个激光系统在已铺好粉末的工作区域按照预设程序发射激光，所述激光的激光能量密度低于所述粉末的单位密度熔化热，且可与粉末发生相互作用；步骤S3、采用探测器记录激光作用于粉末时的轨迹以形成待处理图像；步骤S4、获取待处理图像的若干特征，并通过对若干特征的分析实现对激光系统的校准。2.根据权利要求1所述的3D打印设备的激光位置校准方法，其特征在于，所述待处理图像包括至少两条相交的线段，所述特征包括角度特征和特征位置坐标；所述探测器为相机。3.根据权利要求2所述的3D打印设备的激光位置校准方法，其特征在于，当激光系统的数量为一个时，激光系统在工作区域的的粉末上按照预设程序发射激光以与粉末发生相互作用；当激光系统的数量为两个或两个以上时，相邻的两个激光系统在拼接区域的粉末上按照预设程序发射激光以与粉末发生相互作用，且相邻的两个激光系统作用于粉末的轨迹一一对应。4.根据权利要求3所述的3D打印设备的激光位置校准方法，其特征在于，当激光系统的数量为一个时，所述步骤S4中通过对若干特征的分析实现对激光系统的校准具体包括：步骤S411、分别计算待处理图像中所有角度特征值和特征位置坐标值，并分别计算其相对于对应的理论值的偏差；步骤412、分别计算所有角度特征值的偏差的平均值和所有特征位置坐标值的偏差的平均值，并根据所述平均值对该激光系统的振镜单元的角度和偏置进行补偿。5.根据权利要求3所述的3D打印设备的激光位置校准方法，其特征在于，当激光系统的数量为两个或两个以上时，所述步骤S4中通过对若干特征的分析实现对激光系统的校准具体包括：步骤S421、计算待处理图像中所有角度特征值，分别计算所有角度特征值与对应的理论值的偏差，所有偏差的平均为整体角度偏差量，该整体角度偏差量为相机偏转角；步骤S422、根据相机偏转角对待处理图像进行旋转修正得到修正图像；并计算修正图像的所有角度特征值和特征位置坐标值；步骤S423、任选一个激光系统为参考激光系统，该参考激光系统对应的至少一个角度特征值和特征位置坐标值为参考值，以该参考值为基准，并按照搭接原则依次得到除参考激光系统之外的所有激光系统对应的理论角度特征值和理论特征位置坐标值；步骤S424、计算修正图像中除参考激光系统之外的所有激光系统的角度特征值和特征位置坐标值分别相对于对应的理论角度特征值和理论特征位置坐标值的偏差，分别计算每一激光系统的所有角度特征值的偏差的平均值和...
【专利技术属性】
技术研发人员：王佳，赵景洲，张逢春，邝晓聪，刘西风，
申请(专利权)人：湖南华曙高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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