一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及增材制造领域，具体为一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置及方法，所述选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置包括选择性激光熔化成形设备、声发射信号采集装置和数据处理模块；声发射信号采集装置安装在选择性激光熔化成形设备上，选择性激光熔化成形设备和声发射信号采集装置与数据处理模块电性连接。选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的方法运用声发射技术和K

【技术实现步骤摘要】
一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置及方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体为一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置及方法。

技术介绍

[0002]增材制造由于其独特的制造能力，被认为是一种变革性的技术，目前增材制造技术及其在工业中的应用正在迅猛发展，已广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。其中的选择性激光熔化成形技术SLM(Selective
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Laser
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Melting)被认为是最具应用前景的增材制造技术之一。
[0003]SLM制造构件的过程包括设计过程、打印过程、后处理过程和评估过程。首先由三维模型进行分层切片、规划激光扫描路径、设置扫描间距、层厚等参数，得到可供SLM设备执行的数据文件；其次，SLM设备根据逐层读取的数据，通过扫描振镜调控激光束，选择性地熔化金属粉末；一层加工完成后，送粉缸上升，成形缸下降一个层厚的高度，铺粉机构将粉末从送粉缸运送到成形平台上，设备再次控制激光束的扫描路径，选择性地将新铺的粉层熔化，与上一层熔合，重复这一过程，直至加工完成。
[0004]但SLM技术在加工过程中存在一定缺陷，缺陷可分为铺粉过程缺陷和打印过程缺陷，铺粉过程缺陷有粉层不规则，打印过程缺陷有飞溅、球化、气孔、表面质量差、裂纹、几何变形等。其中气孔和裂纹是导致零件气密性问题的主要罪魁祸首。
[0005]因此需要一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置及方法来避免上述缺陷。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置及方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置，包括选择性激光熔化成形设备，声发射信号采集装置和数据处理模块；所述声发射信号采集装置安装在选择性激光熔化成形设备上，所述选择性激光熔化成形设备和声发射信号采集装置与数据处理模块电性连接；
[0008]所述数据处理模块包括前置放大器、带通滤波器、后置放大器、示波器、数据采集卡和PC端；所述声发射信号采集装置依次与前置放大器、带通滤波器、后置放大器和示波器、数据采集卡和PC端电性连接。
[0009]声发射Acoustic Emission(AE)是材料中局部区域应力集中，快速释放能量并产生瞬态弹性波的现象，其中瞬态弹性波是由制造过程中能量的连续释放产生的；声发射可用于使用由内部缺陷产生的声信号来发现内部结构缺陷。
[0010]而声发射测试可以声发射传感器实现，声发射传感器是一种压电换能器，由于能量的突然释放，材料内部的源发出弹性波，作为响应，它产生电荷，该电信号被传递到电子
设备以用于缺陷的进一步处理和检测。因此，该技术主要基于信号的生成、数据采集、数据的比较以及最后做出决定。
[0011]本专利技术进一步设置为：所述选择性激光熔化成形设备包括反射透镜组件、供粉机构加工台组件；
[0012]所述供粉机构包括成型腔，所述成型腔的底部并排设置两个平移台，其中一个平移台上设置有供粉腔，另一平移台上安装所述加工台组件；供粉腔远离加工台组件的一侧设置有铺粉刮刀；
[0013]所述反射透镜组件包括激光器和扫描振镜，反射透镜组件设置在成型腔外，所述激光器射出的激光经扫描振镜反射至成型腔内的所述加工台组件上；
[0014]所述加工台组件包括基板和工作台，基板安装在所述工作台上。
[0015]本专利技术进一步设置为：所述铺粉刮刀包括固定刮板和两个T型刮板；两个T型刮板并排设置在所述固定刮板上。
[0016]相较于传统刮板，此结构的铺粉刮刀的刮板与金属粉末接触面积更大，且设置有两个对称的T型刮板，前段T型刮板由左至右刮完后，若粉末不均匀，后一段的固定刮板可再一次进行铺粉作业，使粉末尽量均匀，避免在铺粉阶段由于金属粉末铺粉不均匀造成气孔和裂缝缺陷。
[0017]本专利技术进一步设置为：所述成型腔上还设置有通气孔，用以通入保护气。
[0018]本专利技术进一步设置为：所述声发射信号采集装置包括多个声发射传感器；基板底部设置有安装板，多个声发射传感器交错分布安装在所述安装板上。
[0019]一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的方法，适用于上述一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置，包括以下步骤：
[0020]S1：使用选择性激光熔化成形设备进行分层制造；
[0021]S2：每层粉末加工完成后，声发射传感器进行信号采集；
[0022]S3：信号处理；采集的信号后经前置放大器放大以及带通滤波器的带通滤波，降低了低频噪声的影响，再将信号由后置放大器放大，经示波器测量后输入PC端，经Matlab进行数据处理。
[0023]S4：判断信号的峰值振幅是否超过预设阈值；若信号的峰值振幅高于预设阈值时，此信号的特征被提取，进行步骤S5；
[0024]若信号的峰值振幅没有超过预设阈值则不存在气孔和裂纹，回到步骤S1进行下一层的铺粉加工制造。
[0025]S5：进行特征提取；在时域中使用峰值振幅、峰度、能量、计数次数、持续时间、上升时间和峰值振幅频率七个AE信号特征描述气孔和裂缝缺陷；
[0026]1)峰值振幅：AE信号时域波形图中测量到的最大电压值；
[0027]2)峰度：衡量AE信号特征数据与正态分布相比是峰值还是平坦的指标；
[0028]由K表示：
[0029][0030]其中，n为声发射信号(AE)样本数量、σ为标准偏差、为振幅平均值，x
i
为第i个声发射信号的振幅；
[0031]3)能量：由于声发射是离散的所以能量E可由下式求得，
[0032][0033]其中，n为声发射信号(AE)样本数量，x
i
为第i个声发射信号的振幅；
[0034]4)计数次数：AE特征信号发出的脉冲数；
[0035]5)持续时间：第一次和最后一次阈值交叉之间的时间差；
[0036]6)上升时间：第一个阈值和AE事件峰值之间的时间间隔；
[0037]7)峰值振幅频率：用快速傅里叶变换后的声发射信号特征峰值幅值时的频率。
[0038]S6：根据S5中的信号特征，对超过预设阈值的信号进行K
‑
means聚类分析；
[0039]S7：进行主成分分析，将K
‑
means聚类分析的结果可视化；
[0040]S8：根据主成分分析的结果确定缺点位置，将经主成分分析的结果输出给选择性激光熔化成形设备，选择性激光熔化成形设备进行修改加工参数调整，将出现气孔和裂缝的位置重新用激光熔化填充。
[0041]本专利技术进一步设置为：步骤S1具体为，根据零件三维模型进行分层切片、规划激光扫描路径、设置扫描间距、层厚等参数，得到可供选择性激光熔化成形设备执行的数据文件；平移台将供粉腔升高，铺粉刮刀由左至右将金属粉末送至成型腔的基板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置，包括选择性激光熔化成形设备、声发射信号采集装置和数据处理模块；其特征在于，所述声发射信号采集装置安装在选择性激光熔化成形设备上，所述选择性激光熔化成形设备和声发射信号采集装置与数据处理模块电性连接；所述数据处理模块包括前置放大器、带通滤波器、后置放大器、示波器、数据采集卡和PC端；所述声发射信号采集装置依次与前置放大器、带通滤波器、后置放大器和示波器、数据采集卡和PC端电性连接。2.根据权利要求1所述的一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置，其特征在于，所述选择性激光熔化成形设备包括反射透镜组件、供粉机构加工台组件；所述供粉机构包括成型腔，所述成型腔的底部并排设置两个平移台，其中一个平移台上设置有供粉腔，另一平移台上安装所述加工台组件；供粉腔远离加工台组件的一侧设置有铺粉刮刀；所述反射透镜组件包括激光器和扫描振镜，反射透镜组件设置在成型腔外，所述激光器射出的激光经扫描振镜反射至成型腔内的所述加工台组件上；所述加工台组件包括基板和工作台，基板安装在所述工作台上。3.根据权利要求2所述的一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置，其特征在于，所述铺粉刮刀包括固定刮板和两个T型刮板；两个T型刮板并排设置在所述固定刮板上。4.根据权利要求3所述的一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置，其特征在于，所述成型腔上还设置有通气孔，用以通入保护气。5.根据权利要求4所述的一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置，其特征在于：所述声发射信号采集装置包括多个声发射传感器；基板底部设置有安装板，多个声发射传感器交错分布安装在所述安装板上。6.一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的方法，其特征在于，适用于权利要求5中所述的一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的装置，包括以下步骤：S1：使用选择性激光熔化成形设备进行分层制造；S2：每层粉末加工完成后，声发射传感器进行信号采集；S3：信号处理；采集的信号后经前置放大器放大以及带通滤波器的带通滤波，降低了低频噪声的影响，再将信号由后置放大器放大，经示波器测量后输入PC端，经Matlab进行数据处理；S4：判断信号的峰值振幅是否超过预设阈值；若信号的峰值振幅高于预设阈值时，此信号的特征被提取，进行步骤S5；若信号的峰值振幅没有超过预设阈值则不存在气孔和裂纹，回到步骤S1进行下一层的铺粉加工制造；S5：进行特征提取；在时域中使用峰值振幅、峰度、能量、计数次数、持续时间、上升时间和峰值振幅频率七个AE信号特征描述气孔和裂缝缺陷；S6：根据S5中的信号特征，对超过预设阈值的信号进行K
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means聚类分析；S7：进行主成分分析，将K
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means聚类分析的结果可视化；S8：根据主成分分析的结果确定缺点位置，将结果输出给选择性激光熔化成形设备，选
择性激光熔化成形设备进行修改加工参数调整，将出现气孔和裂缝的位置重新用激光熔化填充。7.根据权利要求6所述的一种选择性激光熔化技术在线实时缺陷监测的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梓煜，李通，王冠，苏泽彬，叶翔斌，
申请(专利权)人：佛山阳迪科技有限公司，
类型：发明
国别省市：