一种激光快速成形铺粉均匀性检测系统及检测方法

摘要

本发明涉及一种激光快速成形铺粉均匀性检测系统及检测方法，属于激光快速成形铺粉检测技术领域,提供了一种能够实时监测铺粉是否平整，有效提高成型质量的激光快速成形铺粉均匀性检测系统及检测方法,所采用的技术方案为成型腔内设置有铺粉装置、供粉缸、成形缸和集料缸，成型腔的顶部设置有激光器和图像采集装置，成型腔的两侧设置有补光灯，激光器、图像采集装置和补光灯均与控制系统相连接;本发明广泛用于激光快速成形的铺粉均匀性检测。

权利要求

1.一种激光快速成形铺粉均匀性检测方法，其特征在于：按照以下步骤进行操作，a、控制系统控制铺粉装置进行铺粉；

b、铺粉完成后，图像采集装置对铺好的粉末进行拍照，并将图像信息传输到控制系统；

c、控制系统对图像信息进行灰度处理，然后再 对图像的灰度值进行分析检测；

d、控制系统根据得到的灰度值，判断铺粉是否平整合格；如果铺粉不合格将会发出指令，进行二次或多次铺粉，直到铺粉合格为止；如果铺粉合格将控制激光器进行激光烧结成形；

e、激光烧结成形一个切片层后，图像采集装置对烧结的该切片层的成形件轮廓进行拍照，并将图像信息传输到控制系统；

f、控制系统对该烧结层的成形件轮廓进行测量，测量项目包括：点、线、圆、弧、距离、椭圆、角度；

g、控制系统根据测量信息及设定的成形件尺寸公差要求判断该烧结层成形件尺寸是否达到要求，从而调整相应的成形工艺。

说明书

一种激光快速成形铺粉均匀性检测系统及检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激光快速成形铺粉均匀性检测系统及检测方法，属于激光快速成形铺粉检测技术领域。

背景技术

[0002] 3D打印（增材制造）技术，是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。它是一种基于离散和堆积原理的制造技术，它将零件的三维计算机辅助设计（CAD）模型按一定方式离散，成为可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用物理或化学手段，将这些离散的面、线段和点堆积成零件形状。3D打印技术通过叠加成形方法能够将设计的三维CAD模型转化为具有一定结构和功能的零件。与传统制造技术相比，“3D 打印”技术具备以下核心优势：①操作简单易行，制造周期快。②精于复杂设计，推动设计创新，实现由“制造决定设计”向“设计驱动制造”的转变。③实现灵活、高效、经济的小批量制造。3D打印技术主要应用于航空航天、兵器、医疗、模具制造以及艺术创作、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间。3D打印技术未来的发展将使大规模的个性化生产成为可能，将会带来全球制造业的重大变革。

[0003] 目前典型的快速成形方法有：选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、光固化立体成形（SLA）、熔融沉积制造（FDM）等。SLS和SLM成形过程相似，工作时，铺粉装置将成形粉末铺到成形缸，然后激光束在计算机控制下按照零件的分层轮廓有选择地进行烧结成形，烧结完一层后，基体下移一个截面层厚，铺粉装置铺设新粉，计算机控制激光束再次进行烧结成形，如此循环，层层叠加，直到得到完整的成形件。铺粉是SLS和SLM成形过程中关键环节。铺粉好坏将直接影响成形效率和成形件质量。如果铺粉不均匀、不平整，激光烧结成形过程中零件内部将会产生缺陷，成形精度下降，甚至不能成形。目前SLS和SLM成形过程中铺粉均匀性难以监测，只能人工观察，耗时费力，而且也难以实时跟踪观察。同时，每个烧结层成形件轮廓尺寸难以测量，打印精度无法保证。

发明内容

[0004] 为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种能够实时监测铺粉是否平整，有效提高成型质量的激光快速成形铺粉均匀性检测系统及检测方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种激光快速成形铺粉均匀性检测系统，包括成型腔，所述成型腔内设置有铺粉装置、供粉缸、成形缸和集料缸，其特征在于：所述成型腔的顶部设置有激光器和图像采集装置，所述成型腔的两侧设置有补光灯，所述激光器、图像采集装置和补光灯均与控制系统相连接。

[0006] 优选的，所述图像采集装置的外部设置有镜头防护罩。

[0007] 优选的，所述图像采集装置为高分辨工业CCD相机，补光灯为LED灯。

[0008] 一种激光快速成形铺粉均匀性检测方法，按照以下步骤进行操作，[0009] a、控制系统控制铺粉装置进行铺粉；

[0010] b、铺粉完成后，图像采集装置对铺好的粉末进行拍照，并将图像信息传输到控制系统；

[0011] c、控制系统对图像信息进行灰度处理，然后在对图像的灰度值进行分析检测；

[0012] d、控制系统根据得到的灰度值，判断铺粉是否平整合格；如果铺粉不合格将会发出指令，进行二次或多次铺粉，直到铺粉合格为止；如果铺粉合格将控制激光器进行激光烧结成形；

[0013] e、激光烧结成形一个切片层后，图像采集装置对烧结的该切片层的成形件轮廓进行拍照，并将图像信息传输到控制系统；

[0014] f、控制系统对该烧结层的成形件轮廓进行测量，测量项目包括：点、线、圆、弧、距离、椭圆、角度等；

[0015] g、控制系统根据测量信息及设定的成形件尺寸公差要求判断该烧结层成形件尺寸是否达到要求，从而调整相应的成形工艺。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明能够监测铺粉是否均匀平整，如果铺粉不均匀，将进行重铺，直到铺粉均匀平整为止；实时监测每个烧结层成形件轮廓尺寸，从而调整工艺参数，提高零件成形精度。

附图说明

[0017] 图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

[0018] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0019] 如图1所示，一种激光快速成形铺粉均匀性检测系统，包括成型腔5，成型腔5内设置有铺粉装置7、供粉缸8、成形缸9和集料缸10，成型腔5的顶部设置有激光器1和图像采集装置2，成型腔5的两侧设置有补光灯4，补光灯采用LED灯，激光器1、图像采集装置2和补光灯4均与控制系统3相连接，图像采集装置2采用高分辨工业CCD相机，图像采集装置2的外部设置有镜头防护罩6，镜头防护罩6采用耐高温透明有机玻璃，能够对高分辨工业CCD相机起密封作用，避免粉末对镜头造成污染，在成形腔外壳5顶部两侧安装LED灯4，对成形腔内进行照明，对拍照过程进行光补偿。

[0020] 高分辨率工业CCD相机2， LED灯4和镜头防护罩6构成了成像系统，主要对铺粉均匀性及每个烧结层成形件轮廓尺寸进行拍照，并将图片信息传输到图像处理系统。

[0021] 控制系统内置图像处理软件Image software 1.0。该软件能够对该成形照片进行分析检测，根据铺粉照片灰度检测铺粉是否平整均匀；根据成形件的影像可以检测成形件轮廓尺寸，可实现点、线、圆、弧、距离、椭圆、角度等图形测量，该软件将测量结果反馈到控制系统。

[0022] 控制系统主要是根据反馈信息，以及设定的成形件的尺寸公差，判断铺粉是否均匀，成形件尺寸是否达到要求，从而确定是否需要进行二次或者多次铺粉，从而对铺粉装置7、供粉缸8，成形缸9和集料缸10和激光器1发出指令，调整铺粉次数及激光烧结成形工艺。

[0023] 具体检测方法，按照以下步骤进行操作，

[0024] a、控制系统控制铺粉装置进行铺粉；

[0025] b、铺粉完成后，图像采集装置对铺好的粉末进行拍照，并将图像信息传输到控制系统；

[0026] c、控制系统对图像信息进行灰度处理，然后在对图像的灰度值进行分析检测；

[0027] d、控制系统根据得到的灰度值，判断铺粉是否平整合格；如果铺粉不合格将会发出指令，进行二次或多次铺粉，直到铺粉合格为止；如果铺粉合格将控制激光器进行激光烧结成形；

[0028] e、激光烧结成形一个切片层后，图像采集装置对烧结的该切片层的成形件轮廓进行拍照，并将图像信息传输到控制系统；

[0029] f、控制系统对该烧结层的成形件轮廓进行测量，测量项目包括：点、线、圆、弧、距离、椭圆、角度等；

[0030] g、控制系统根据测量信息及设定的成形件尺寸公差要求判断该烧结层成形件尺寸是否达到要求，从而调整相应的成形工艺。

[0031] 完成上述步骤后，进行下一层烧结，如此循环，直到制备出组织性能优良的成形制品。

[0032] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。