一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，屬于激光快速成形鋪粉檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,提供了一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)鋪粉是否平整，有效提高成型質(zhì)量的激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法,所采用的技術(shù)方案為成型腔內(nèi)設(shè)置有鋪粉裝置、供粉缸、成形缸和集料缸，成型腔的頂部設(shè)置有激光器和圖像采集裝置，成型腔的兩側(cè)設(shè)置有補(bǔ)光燈，激光器、圖像采集裝置和補(bǔ)光燈均與控制系統(tǒng)相連接;本發(fā)明廣泛用于激光快速成形的鋪粉均勻性檢測(cè)。
【專利說明】
一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，屬于激光快速成形鋪粉檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印(增材制造)技術(shù)，是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。它是一種基于離散和堆積原理的制造技術(shù)，它將零件的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)模型按一定方式離散，成為可加工的離散面、離散線和離散點(diǎn)，而后采用物理或化學(xué)手段，將這些離散的面、線段和點(diǎn)堆積成零件形狀。3D打印技術(shù)通過疊加成形方法能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的三維CAD模型轉(zhuǎn)化為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的零件。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，“3D打印”技術(shù)具備以下核心優(yōu)勢(shì):①操作簡(jiǎn)單易行，制造周期快。②精于復(fù)雜設(shè)計(jì)，推動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)由“制造決定設(shè)計(jì)”向“設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)制造”的轉(zhuǎn)變。③實(shí)現(xiàn)靈活、高效、經(jīng)濟(jì)的小批量制造。3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于航空航天、兵器、醫(yī)療、模具制造以及藝術(shù)創(chuàng)作、建筑、服裝等領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的引入也為創(chuàng)新開拓了廣闊的空間。3D打印技術(shù)未來的發(fā)展將使大規(guī)模的個(gè)性化生產(chǎn)成為可能，將會(huì)帶來全球制造業(yè)的重大變革。
[0003]目前典型的快速成形方法有:選擇性激光燒結(jié)(SLS)、選擇性激光熔化(SLM)、光固化立體成形(SLA)、熔融沉積制造(FDM)等。SLS和SLM成形過程相似，工作時(shí)，鋪粉裝置將成形粉末鋪到成形缸，然后激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照零件的分層輪廓有選擇地進(jìn)行燒結(jié)成形，燒結(jié)完一層后，基體下移一個(gè)截面層厚，鋪粉裝置鋪設(shè)新粉，計(jì)算機(jī)控制激光束再次進(jìn)行燒結(jié)成形，如此循環(huán)，層層疊加，直到得到完整的成形件。鋪粉是SLS和SLM成形過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋪粉好壞將直接影響成形效率和成形件質(zhì)量。如果鋪粉不均勻、不平整，激光燒結(jié)成形過程中零件內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生缺陷，成形精度下降，甚至不能成形。目前SLS和SLM成形過程中鋪粉均勻性難以監(jiān)測(cè)，只能人工觀察，耗時(shí)費(fèi)力，而且也難以實(shí)時(shí)跟蹤觀察。同時(shí)，每個(gè)燒結(jié)層成形件輪廓尺寸難以測(cè)量，打印精度無法保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)鋪粉是否平整，有效提高成型質(zhì)量的激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)，包括成型腔，所述成型腔內(nèi)設(shè)置有鋪粉裝置、供粉缸、成形缸和集料缸，其特征在于:所述成型腔的頂部設(shè)置有激光器和圖像采集裝置，所述成型腔的兩側(cè)設(shè)置有補(bǔ)光燈，所述激光器、圖像采集裝置和補(bǔ)光燈均與控制系統(tǒng)相連接。
[0006]優(yōu)選的，所述圖像采集裝置的外部設(shè)置有鏡頭防護(hù)罩。
[0007]優(yōu)選的，所述圖像采集裝置為高分辨工業(yè)C⑶相機(jī)，補(bǔ)光燈為L(zhǎng)ED燈。
[0008]—種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)方法，按照以下步驟進(jìn)行操作，
a、控制系統(tǒng)控制鋪粉裝置進(jìn)行鋪粉； b、鋪粉完成后，圖像采集裝置對(duì)鋪好的粉末進(jìn)行拍照，并將圖像信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)； C、控制系統(tǒng)對(duì)圖像信息進(jìn)行灰度處理，然后在對(duì)圖像的灰度值進(jìn)行分析檢測(cè)；
d、控制系統(tǒng)根據(jù)得到的灰度值，判斷鋪粉是否平整合格;如果鋪粉不合格將會(huì)發(fā)出指令，進(jìn)行二次或多次鋪粉，直到鋪粉合格為止;如果鋪粉合格將控制激光器進(jìn)行激光燒結(jié)成形；
e、激光燒結(jié)成形一個(gè)切片層后，圖像采集裝置對(duì)燒結(jié)的該切片層的成形件輪廓進(jìn)行拍照，并將圖像信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)；
f、控制系統(tǒng)對(duì)該燒結(jié)層的成形件輪廓進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量項(xiàng)目包括:點(diǎn)、線、圓、弧、距離、橢圓、角度等；
g、控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量信息及設(shè)定的成形件尺寸公差要求判斷該燒結(jié)層成形件尺寸是否達(dá)到要求，從而調(diào)整相應(yīng)的成形工藝。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明能夠監(jiān)測(cè)鋪粉是否均勻平整，如果鋪粉不均勻，將進(jìn)行重鋪，直到鋪粉均勻平整為止;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)燒結(jié)層成形件輪廓尺寸，從而調(diào)整工藝參數(shù)，提高零件成形精度。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]如圖1所示，一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)，包括成型腔5，成型腔5內(nèi)設(shè)置有鋪粉裝置7、供粉缸8、成形缸9和集料缸10，成型腔5的頂部設(shè)置有激光器I和圖像采集裝置2，成型腔5的兩側(cè)設(shè)置有補(bǔ)光燈4，補(bǔ)光燈采用LED燈，激光器1、圖像采集裝置2和補(bǔ)光燈4均與控制系統(tǒng)3相連接，圖像采集裝置2采用高分辨工業(yè)CCD相機(jī)，圖像采集裝置2的外部設(shè)置有鏡頭防護(hù)罩6，鏡頭防護(hù)罩6采用耐高溫透明有機(jī)玻璃，能夠?qū)Ω叻直婀I(yè)CCD相機(jī)起密封作用，避免粉末對(duì)鏡頭造成污染，在成形腔外殼5頂部?jī)蓚?cè)安裝LED燈4，對(duì)成形腔內(nèi)進(jìn)行照明，對(duì)拍照過程進(jìn)行光補(bǔ)償。
[0013]高分辨率工業(yè)CCD相機(jī)2，LED燈4和鏡頭防護(hù)罩6構(gòu)成了成像系統(tǒng)，主要對(duì)鋪粉均勻性及每個(gè)燒結(jié)層成形件輪廓尺寸進(jìn)行拍照，并將圖片信息傳輸?shù)綀D像處理系統(tǒng)。
[OOM] 控制系統(tǒng)內(nèi)置圖像處理軟件Image software 1.0。該軟件能夠?qū)υ摮尚握掌M(jìn)行分析檢測(cè)，根據(jù)鋪粉照片灰度檢測(cè)鋪粉是否平整均勻;根據(jù)成形件的影像可以檢測(cè)成形件輪廓尺寸，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、圓、弧、距離、橢圓、角度等圖形測(cè)量，該軟件將測(cè)量結(jié)果反饋到控制系統(tǒng)。
[0015]控制系統(tǒng)主要是根據(jù)反饋信息，以及設(shè)定的成形件的尺寸公差，判斷鋪粉是否均勻，成形件尺寸是否達(dá)到要求，從而確定是否需要進(jìn)行二次或者多次鋪粉，從而對(duì)鋪粉裝置
7、供粉缸8，成形缸9和集料缸10和激光器I發(fā)出指令，調(diào)整鋪粉次數(shù)及激光燒結(jié)成形工藝。
[0016]具體檢測(cè)方法，按照以下步驟進(jìn)行操作， a、控制系統(tǒng)控制鋪粉裝置進(jìn)行鋪粉；
b、鋪粉完成后，圖像采集裝置對(duì)鋪好的粉末進(jìn)行拍照，并將圖像信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)； C、控制系統(tǒng)對(duì)圖像信息進(jìn)行灰度處理，然后在對(duì)圖像的灰度值進(jìn)行分析檢測(cè)；
d、控制系統(tǒng)根據(jù)得到的灰度值，判斷鋪粉是否平整合格;如果鋪粉不合格將會(huì)發(fā)出指令，進(jìn)行二次或多次鋪粉，直到鋪粉合格為止;如果鋪粉合格將控制激光器進(jìn)行激光燒結(jié)成形；
e、激光燒結(jié)成形一個(gè)切片層后，圖像采集裝置對(duì)燒結(jié)的該切片層的成形件輪廓進(jìn)行拍照，并將圖像信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)；
f、控制系統(tǒng)對(duì)該燒結(jié)層的成形件輪廓進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量項(xiàng)目包括:點(diǎn)、線、圓、弧、距離、橢圓、角度等；
g、控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量信息及設(shè)定的成形件尺寸公差要求判斷該燒結(jié)層成形件尺寸是否達(dá)到要求，從而調(diào)整相應(yīng)的成形工藝。
[0017]完成上述步驟后，進(jìn)行下一層燒結(jié)，如此循環(huán)，直到制備出組織性能優(yōu)良的成形制品O
[0018]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包在本發(fā)明范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)，包括成型腔，所述成型腔內(nèi)設(shè)置有鋪粉裝置、供粉缸、成形缸和集料缸，其特征在于:所述成型腔的頂部設(shè)置有激光器和圖像采集裝置，所述成型腔的兩側(cè)設(shè)置有補(bǔ)光燈，所述激光器、圖像采集裝置和補(bǔ)光燈均與控制系統(tǒng)相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像采集裝置的外部設(shè)置有鏡頭防護(hù)罩。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像采集裝置為高分辨工業(yè)CCD相機(jī)，補(bǔ)光燈為L(zhǎng)ED燈。4.一種激光快速成形鋪粉均勻性檢測(cè)方法，其特征在于:按照以下步驟進(jìn)行操作， a、控制系統(tǒng)控制鋪粉裝置進(jìn)行鋪粉； b、鋪粉完成后，圖像采集裝置對(duì)鋪好的粉末進(jìn)行拍照，并將圖像信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)； C、控制系統(tǒng)對(duì)圖像信息進(jìn)行灰度處理，然后在對(duì)圖像的灰度值進(jìn)行分析檢測(cè)； d、控制系統(tǒng)根據(jù)得到的灰度值，判斷鋪粉是否平整合格;如果鋪粉不合格將會(huì)發(fā)出指令，進(jìn)行二次或多次鋪粉，直到鋪粉合格為止;如果鋪粉合格將控制激光器進(jìn)行激光燒結(jié)成形； e、激光燒結(jié)成形一個(gè)切片層后，圖像采集裝置對(duì)燒結(jié)的該切片層的成形件輪廓進(jìn)行拍照，并將圖像信息傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)； f、控制系統(tǒng)對(duì)該燒結(jié)層的成形件輪廓進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量項(xiàng)目包括:點(diǎn)、線、圓、弧、距離、橢圓、角度等； g、控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量信息及設(shè)定的成形件尺寸公差要求判斷該燒結(jié)層成形件尺寸是否達(dá)到要求，從而調(diào)整相應(yīng)的成形工藝。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK106041076SQ201610524831
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月6日
【發(fā)明人】白培康, 趙占勇, 劉斌, 李玉新, 王建宏, 劉增祿
【申請(qǐng)人】中北大學(xué)