【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于在线监测激光增材制造领域，具体地涉及一种具有在线质量监测功能的lpbf智能铺粉装置和方法。
技术介绍
1、激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,lpbf)又称激光选区熔融，是目前研究最为广泛和成熟的增材制造技术之一。它以逐层叠加的方式制备实体零件，能够实现高性能复杂结构金属零件的近净成形。然而，在lpbf增材制造过程中，存在的各种缺陷是制约其技术发展的最大瓶颈，主要包括铺粉缺陷和打印过程缺陷两部分。铺粉是lpbf成形过程中的一个重要环节，铺粉后形成的粉末床是激光束扫描熔化粉末的基础，如果粉末床不平整，将造成扫描过程熔池的不稳定，产生异常凸起或孔隙等缺陷，影响后续成形。目前铺粉质量主要是通过人工间断性离线检测和平面或三维立体视觉监测，人工间断性离线检测容易存在漏检、误检、效率较低和响应时间较长的问题，而平面或三维立体视觉监测，它们对传感器和光源的相对位置要求较高，对于大型粉床，存在图像畸变、拍摄精度差、扩展性差等缺点。打印过程缺陷是指构件在成形过程中裂纹、未熔合、气孔等冶金缺陷。目前增材过程中内部缺陷的检测技术包括超声、声信号、热成像、涡流等检测方法，但上述方法普遍存在在线监测耗时长、精度低等缺点。目前，寻找一种能够在成形中进行无损检测的方法，已经成为金属增材制造成形件质量控制迫切需要解决的问题。
2、针对上述技术问题，急需对lpbf铺粉质量、构件表面尺寸和内部缺陷进行实时在线监测，并且发展兼顾高精度和高可扩展性的解决方案。
3、结合上述，lpbf增材制造铺粉质量-构
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本专利技术提供了一种在lpbf增材制造过程中，使用铺粉质量在线监测设备和内部缺陷在线监测设备的装置及方法。该装置能够实现对lpbf增材制造过程中的铺粉质量和构件表面尺寸以及内部缺陷进行实时在线监测，有效实现了铺粉质量-构件尺寸及内部缺陷一体化在线监测。
2、本专利技术针对现有视觉在线监测精度与幅面不可兼得的瓶颈，提出发展与铺粉刮刀集成的大幅面接触式图像传感技术(cis视觉监测变形分辨率高达1200dpi/监测幅面高达米级)，通过铺粉质量和构件尺寸传感监测技术，采集与处理粉末不平整、构件翘曲等数据，并根据监测数据实时调控铺粉参数，来保证增材过程的稳定。尤其是针对现有内部缺陷在线监测技术耗时长、精度低等技术问题，发展与铺粉刮刀集成的、具有高灵敏度的隧道磁阻传感(tmr)线阵传感技术，实现对lpbf制造过程中构件内部缺陷的实时在线监测技术。
3、为实现该专利技术目的所采用的技术方案如下：
4、第一方面，本专利技术提供一种具有在线质量监测功能的lpbf智能铺粉装置，其特征在于，包括：
5、激光扫描系统，用于构建模型切片，控制激光参数发射激光进行熔化增材；
6、刮刀系统，包括铺粉刮刀、集成于铺粉刮刀上的接触视觉传感器(contact imagesensor，cis)和隧道磁阻线阵传感器(tunnel magneto resistance，tmr)；所述接触视觉传感器，用于对铺粉质量和构件尺寸进行实时在线监测；所述隧道磁阻线阵传感器用于对打印构件的内部缺陷实时监测；
7、成型缸系统，包括成型缸、供粉缸和集粉缸；
8、供气系统，用于给成型缸系统提供保护气；
9、以及控制系统，用于控制激光发射系统、刮刀系统、成型缸系统和供气系统。
10、进一步，所述激光发射系统包括连续激光器控制装置和扫描振镜。
11、进一步，所述刮刀系统中，接触视觉传感器和隧道磁阻线阵传感器依次固定连接于铺粉刮刀一端。
12、进一步，所述隧道磁阻线阵传感器包括外壳、永磁体、条形导磁体和线阵式tmr传感器；所述线阵式tmr传感器封装于外壳中，置于永磁铁体之间，并置于条形导磁体之上。
13、进一步，所述cis传感器包括透镜阵列、光电传感器阵列和led光源。
14、进一步，所述成型缸、供粉缸和集粉缸均通过活塞、气缸或者液压缸的结构控制升降。
15、进一步，所述cis传感器的视觉监测变形分辨率高达1200dpi，监测幅面高达米级。
16、第二方面，本专利技术提供lpbf智能铺粉装置进行铺粉的方法，包括以下步骤：
17、(1)构建3d模型并用对其进行分层及参数设定，输出为数控代码，然后将其导入激光扫描控制装置中；
18、(2)释放金属粉末并进行铺设，使用cis传感器和隧道磁阻线阵传感器进行在线监测；
19、(3)通过激光扫描系统对铺设的金属粉末进行扫描形成沉积层；
20、(4)结合两种在线监测传感器对铺粉质量、构件表面尺寸和内部缺陷进行实时在线监测；
21、(5)控制所述成型缸内的基板下降与金属粉末的铺设厚度相等的距离；
22、(6)继续进行lpbf增材制造和两种传感器的在线监测，逐层检测后，获得成型构件；
23、(7)打印结束，关闭机器。
24、进一步，步骤(1)中，所述参数包括扫描轨迹、排列位置、扫描间距、支撑信息的参数。
25、本专利技术的有益效果如下：
26、(1)本专利技术所述的刮刀系统集成接触式图像传感器、线阵式隧道磁阻传感器，得以实现增材制造过程中的逐层对铺粉质量和构件表面尺寸以及内部缺陷进行实时在线监测，有效实现了铺粉质量-构件尺寸及内部缺陷一体化在线监测。
27、(2)本专利技术利用接触视觉传感器对铺粉质量和构件表面尺寸在线监测，采集与处理粉末不平整、构件翘曲等数据，并根据监测数据实时调控铺粉参数，来保证增材过程的稳定。
28、(3)本专利技术利用线阵式隧道磁阻传感器实现三维缺陷在线检测及对待测构件缺陷进行准确定位。
29、(4)本专利技术所述装置具有强扩展性、高灵敏度、易集成的优点。
30、(5)本专利技术还提供利用上述装置进行铺粉的方法，利于大规模应用。
31、附图说明
32、图1为cis传感器剖面图；
33、图2为线阵式tmr传感器剖面图；
34、图3为具有在线质量监测功能的lpbf智能铺粉装置的结构示意图。
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1.一种具有在线质量监测功能的LPBF智能铺粉装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的具有在线质量监测功能的LPBF智能铺粉装置，其特征在于：所述激光发射系统包括连续激光器控制装置和扫描振镜。
3.根据权利要求1所述的具有在线质量监测功能的LPBF智能铺粉装置，其特征在于：所述刮刀系统中，接触视觉传感器和隧道磁阻线阵传感器依次固定连接于铺粉刮刀一端。
4.根据权利要求1所述的具有在线质量监测功能的LPBF智能铺粉装置，其特征在于：所述隧道磁阻线阵传感器包括外壳、永磁体、条形导磁体和线阵式TMR传感器；所述线阵式TMR传感器封装于外壳中，置于永磁铁体之间，并置于条形导磁体之上。
5.根据权利要求1所述的具有在线质量监测功能的LPBF智能铺粉装置，其特征在于：所述CIS传感器包括透镜阵列、光电传感器阵列和LED光源。
6.根据权利要求1所述的具有在线质量监测功能的LPBF智能铺粉装置，其特征在于：所述成型缸、供粉缸和集粉缸均通过活塞、气缸或者液压缸的结构控制升降。
7.根据权利要求1所述的具有在线质量监
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的LPBF智能铺粉装置进行铺粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的铺粉的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述参数包括扫描轨迹、排列位置、扫描间距、支撑信息的参数。
...【技术特征摘要】
1.一种具有在线质量监测功能的lpbf智能铺粉装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的具有在线质量监测功能的lpbf智能铺粉装置，其特征在于：所述激光发射系统包括连续激光器控制装置和扫描振镜。
3.根据权利要求1所述的具有在线质量监测功能的lpbf智能铺粉装置，其特征在于：所述刮刀系统中，接触视觉传感器和隧道磁阻线阵传感器依次固定连接于铺粉刮刀一端。
4.根据权利要求1所述的具有在线质量监测功能的lpbf智能铺粉装置，其特征在于：所述隧道磁阻线阵传感器包括外壳、永磁体、条形导磁体和线阵式tmr传感器；所述线阵式tmr传感器封装于外壳中，置于永磁铁体之间，并置于条形导磁体之上。
5.根据权利要求1所述的具有在线质量监...
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