一种增材制造全尺寸构件实时质量控制方法技术

本发明专利技术公开了一种增材制造全尺寸构件实时质量控制方法，包括图像实时监测与光热信号实时监测，即图像实时监测与光热信号实时监测又包括图像监测设备与光热监测设备以及主控计算机，所述图像监测设备又包含高速摄像机

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造全尺寸构件实时质量控制方法


[0001]本专利技术涉及
3D
打印控制方法领域，特别涉及一种增材制造全尺寸构件实时质量控制方法
。

技术介绍

[0002]增材制造是一种先进的制造技术，它使用计算机辅助设计软件和数字光处理等技术，通过将材料逐层堆积，构建出具有复杂形状和结构的实体产品，相比于传统的减材制造方法，如机械加工和切割，增材制造能够更快速
、
高效地生产出复杂的产品，同时减少了材料浪费和生产成本；
[0003]在实际的打印过程中，因激光的功率和扫描的频率一般都是设定的固定参数，且在打印过程中，熔池中会逐层地添加材料，而材料的添加速度以及摊铺的厚度又无法保障每一次的数据一致，因此，会导致在打印过程中材料的热膨胀系数不一致
、
堆积层之间的结合不良以及快速冷却等情况的发生，使得产品出现变形
、
开裂
、
翘曲等问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种增材制造全尺寸构件实时质量控制方法，可以有效解决
技术介绍
中的问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种增材制造全尺寸构件实时质量控制方法，包括图像实时监测与光热信号实时监测，即图像实时监测与光热信号实时监测又包括图像监测设备与光热监测设备以及主控计算机，所述图像监测设备又包含高速摄像机
、
图像采集单元
、
同步控制单元
、
模数转换单元
、
帧存储单元，所述光热监测设备又包含光热信号传感单元
、
信号处理单元
、
温度测量传感单元；
[0007]实时质量控制方法包括以下步骤：
[0008]S1、
数据获取，熔池中的打印材料在
3D
打印过程中，材料一层一层地被添加，所述高速摄像机可以通过连续拍摄多张图像，然后通过主控计算机视觉算法对这些图像逐帧进行分析，计算出每一层的厚度和宽度，从而得到产品的实时尺寸形貌，同理，高速摄像机可同步通过拍摄的图像进行羽辉图像的提取，然后通过计算机视觉算法对这些图像进行分析，最后，在
3D
打印过程中，材料被喷射到特定的位置上，如果喷射速度过快或者材料粘度不合适，就会产生飞溅，所述高速摄像机可以通过拍摄飞溅的图像，并最终通过高速摄像机采集到的图像信息利用图像采集单元进行处理和数字化转换，并将图像采集单元获取的模拟信号转换为数字信号，以便主控计算机进行处理和分析；
[0009]在
3D
打印过程中，激光照射到材料表面，产生热能并传递到材料内部，使材料熔化并形成特定的形状，即当激光照射到材料表面时，部分激光能量被材料吸收并转化为热能，使材料表面温度升高，此时，通过光热信号传感单元获取激光与材料相互作用时的光热信号数据，并对数据进行处理和分析可以从光热信号的变化率中提取出扫描速度的信息，从
光热信号的强度中提取出激光功率的信息，并将信号传输到信号处理单元，同时，所述温度测量传感单元测量熔池内的温度，并同步地将熔池的温度数据信息借助信号处理单元传输至主控计算机；
[0010]S2、
数据处理，将高速摄像机采集到图像信息利用主控计算机进行数据处理，从而从图像信息中提取出羽辉的形状
、
大小和密度等信息，从而得到产品的羽辉情况，然后通过计算机视觉算法对这些图像进行分析，提取出飞溅的大小
、
方向和速度等信息，从而得到飞溅的情况；
[0011]所述主控计算机将获取到激光光强
、
温度以及熔池的温度信息进行时间排序，并将各时间区间的数据对应获取到
3D
打印产品的区间帧图像进行排列，并将对应区间的
3D
打印产品图像信息以及激光光强
、
温度以及熔池温度信息进行校对；
[0012]S3、
调节工艺参数，首先，通过获取到的激光的光强和温度信息，可以了解到激光的能量分布和功率大小，如果激光的光强过低，则会影响材料的熔化和沉积效果，如果光强过高，则会产生过热现象，导致材料烧焦或变形，因此，需要根据采集到的激光光强和温度信息调整激光功率，确保激光能量分布合理且不过热；
[0013]其次，采集熔池的温度信息可以帮助控制熔池的形成和冷却过程，如果熔池温度过高，则会导致材料过熔
、
烧焦或变形，如果熔池温度过低，则会影响材料的润湿性和沉积效果，因此，需要根据采集到的熔池温度信息调整扫描速度，确保熔池温度适宜且不过热；
[0014]最后，通过获取到
3D
打印产品的尺寸形貌
、
羽辉
、
飞溅等信息与熔池温度以及激光光强与温度信息进行合并对比，可以了解到打印过程中材料的行为和产品的质量，如果产品的尺寸形貌不符合要求
、
羽辉过大或飞溅过多，则会影响产品的精度和质量，需要根据采集到的这些信息调整激光功率和扫描速度，优化打印参数以提高产品质量，并重复上述步骤，实现循环监测和调节，每次打印结束后，根据获取的数据进行反馈和调整，优化下一次的打印过程
。
[0015]作为本专利技术的进一步优化方案，所述高速摄像机采集到图像信息可设置为
5s
一个单位时间区间，获取到激光光强
、
温度以及熔池的温度信息也为
5s
一个单位时间区
。
[0016]作为本专利技术的进一步优化方案，所述主控计算机可以通过计算温度数据的均值和方差等统计指标来评估熔池内的热分布情况，均值可以反映熔池内的整体温度水平，方差则可以反映温度分布的均匀程度
。
[0017]作为本专利技术的进一步优化方案，所述主控计算机可以通过比较实时数据与预设阈值来判断是否需要调整激光功率或照射时间等参数，如果实时数据超过预设阈值，计算机可以向
3D
打印机发送指令，调整激光功率或照射时间等参数
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0019]本专利技术所述的一种增材制造全尺寸构件实时质量控制方法，利用图像实时监测模块与光热信号实时监测模块的设置，能够实时地检测
3D
打印区域熔池尺寸形貌
、
羽辉
、
飞溅
、
温度场等典型信号数据，并配合图像数据提取技术
、
光热信号数据同步融合技术，通过多类型信号的相互比对及相互校正，实现对激光功率
、
扫描速度等核心工艺参数的实时调节，减少或避免冶金缺陷，提高成形质量
。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的系统流程示意图
。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术实现的技术手段
、
创作特征
、
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种增材制造全尺寸构件实时质量控制方法，其特征在于：包括图像实时监测与光热信号实时监测，即图像实时监测与光热信号实时监测又包括图像监测设备与光热监测设备以及主控计算机，所述图像监测设备又包含高速摄像机
、
图像采集单元
、
同步控制单元
、
模数转换单元
、
帧存储单元，所述光热监测设备又包含光热信号传感单元
、
信号处理单元
、
温度测量传感单元
。2.
根据权利要求1所述的一种增材制造全尺寸构件实时质量控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
数据获取，熔池中的打印材料在
3D
打印过程中，材料一层一层地被添加，所述高速摄像机可以通过连续拍摄多张图像，然后通过主控计算机视觉算法对这些图像逐帧进行分析，计算出每一层的厚度和宽度，从而得到产品的实时尺寸形貌，同理，高速摄像机可同步通过拍摄的图像进行羽辉图像的提取，然后通过计算机视觉算法对这些图像进行分析，最后，在
3D
打印过程中，材料被喷射到特定的位置上，如果喷射速度过快或者材料粘度不合适，就会产生飞溅，所述高速摄像机可以通过拍摄飞溅的图像，并最终通过高速摄像机采集到的图像信息利用图像采集单元进行处理和数字化转换，并将图像采集单元获取的模拟信号转换为数字信号，以便主控计算机进行处理和分析；在
3D
打印过程中，激光照射到材料表面，产生热能并传递到材料内部，使材料熔化并形成特定的形状，即当激光照射到材料表面时，部分激光能量被材料吸收并转化为热能，使材料表面温度升高，此时，通过光热信号传感单元获取激光与材料相互作用时的光热信号数据，并对数据进行处理和分析可以从光热信号的变化率中提取出扫描速度的信息，从光热信号的强度中提取出激光功率的信息，并将信号传输到信号处理单元，同时，所述温度测量传感单元测量熔池内的温度，并同步地将熔池的温度数据信息借助信号处理单元传输至主控计算机；
S2、
数据处理，将高速摄像机采集到图像信息利用主控计算机进行数据处理，从而从图像信息中提取出羽辉的形状
、
大小和密度等信息，从而得到产品的羽辉情况，然后通过计算机视觉算法对这些图像进行分析，提取出飞溅的大小
、
方向和速度等信息，从而得到飞溅的情况；所述主控计算机将获取到激光光强
、
温度以及熔池的温度信...

【专利技术属性】
技术研发人员：范有，刘臻，毛德峰，
申请(专利权)人：杭州喜马拉雅信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：