本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量的方法及增材制造設(shè)備。

背景技術(shù)：

作為基于鋪粉方式的增材制造技術(shù)----SLM(選擇性激光熔化)技術(shù)是利用金屬粉末在激光束的熱作用下完全熔化、經(jīng)冷卻凝固而成型的一種技術(shù)，該技術(shù)能快速、直接、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的實(shí)物模型。相較于傳統(tǒng)的加工方法，SLM可以縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期、提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力、增強(qiáng)企業(yè)盈利能力，給工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員建立了一種嶄新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式。

現(xiàn)有SLM設(shè)備的鋪粉裝置主要由送粉倉(cāng)、回收倉(cāng)、刮刀以及支架組成。具體過(guò)程是：刮刀將一層粉末材料平鋪在已成形零件的上表面，光束對(duì)該層的截面輪廓進(jìn)行掃描，將本層燒結(jié)，并與下面已成形的部分實(shí)現(xiàn)粘結(jié)。當(dāng)一層截面燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一個(gè)層的厚度，刮刀又在上面鋪上一層粉末，進(jìn)行新一層截面的燒結(jié)，直至完成整個(gè)模型。

應(yīng)用SLM設(shè)備加工零件時(shí)，鋪粉裝置鋪粉的精度直接影響著零件的成形質(zhì)量。如果鋪粉時(shí)表面凹凸不平，在加工時(shí)零件相應(yīng)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生凹陷或凸起，層層堆積，極易造成零件損壞，即使加工成功也會(huì)存在精度較低等問(wèn)題?，F(xiàn)有的SLM設(shè)備多無(wú)法對(duì)鋪粉效果進(jìn)行檢驗(yàn)，難以保證鋪粉精度，影響零件成形質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量的方法，在每次鋪粉完成后對(duì)鋪粉質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，解決了現(xiàn)有鋪粉方法不對(duì)鋪粉效果進(jìn)行檢驗(yàn)，容易造成零件損壞、難以保證鋪粉精度的問(wèn)題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量的設(shè)備。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量的方法，包括以下步驟：

S1：鋪粉裝置完成單層粉末鋪設(shè)后，由對(duì)稱設(shè)置于成形區(qū)域與鋪粉方向垂直的兩側(cè)的光源先后單獨(dú)照射成形區(qū)域，并通過(guò)位于成形區(qū)域上方的拍攝裝置對(duì)由一側(cè)光源單獨(dú)照射時(shí)的鋪粉表面進(jìn)行拍攝，得到兩張鋪粉圖像；

S2：將S1中得到的兩張鋪粉圖像進(jìn)行合成；

S3：判斷合成后圖像的整體灰度，若合成后圖像整體灰度一致，則鋪粉成功，若否，則轉(zhuǎn)入S4；

S4：利用灰度閾值分割法處理合成后圖像，得到合成后圖像的灰度閾值，并提取合成后圖像內(nèi)部的輪廓邊界，將輪廓邊界包含區(qū)域標(biāo)記為疑似缺陷區(qū)域；

S5：根據(jù)疑似缺陷區(qū)域灰度值，判斷鋪粉是否成功。

上述方法中，判斷鋪粉是否成功的方法為：當(dāng)疑似缺陷區(qū)域中包含灰度值大于所述灰度閾值的區(qū)域時(shí)，則鋪粉失??；否則，鋪粉成功。

上述灰度閾值分割法為最大類間方差法。

本方法的特點(diǎn)還在于：

進(jìn)一步地，在鋪粉失敗后，根據(jù)疑似缺陷區(qū)域分布狀況判斷鋪粉失敗原因。若所述疑似缺陷區(qū)域?yàn)檫B續(xù)的線條狀或條帶狀，則鋪粉失敗由刮刀引起。若所述疑似缺陷區(qū)域?yàn)槎鄠€(gè)分散的區(qū)域，則首先判斷鋪粉失敗是否由供粉系統(tǒng)異常引起。

判斷鋪粉失敗是否由供粉系統(tǒng)異常引起的方法為：供粉系統(tǒng)執(zhí)行一次落粉，位于成形區(qū)域上方的拍攝裝置捕捉落粉堆積圖像，根據(jù)堆積圖像計(jì)算落粉量，若計(jì)算得到的落粉量低于預(yù)設(shè)單次落粉量，則說(shuō)明供粉系統(tǒng)存在異常。

本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是，一種用于上述檢驗(yàn)方法的增材制造設(shè)備，包括對(duì)稱設(shè)置于成形艙與鋪粉方向垂直的兩側(cè)的光源以及位于成形區(qū)域上方的拍攝裝置，光源與拍攝裝置均與計(jì)算機(jī)相連。

拍攝裝置為照相機(jī)。

光源為L(zhǎng)ED燈。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的方法在增材制造設(shè)備上實(shí)現(xiàn)檢查鋪粉質(zhì)量的功能，并能在鋪粉不滿足要求時(shí)進(jìn)行重新鋪粉，確保鋪粉精度，提高零件成形質(zhì)量，同時(shí)還可自動(dòng)分析鋪粉失敗原因，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，能高效的完成鋪粉檢驗(yàn)工作。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量的SLM設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量的SLM設(shè)備成形缸內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量的方法的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量的方法的原理圖；

圖5a-5d是不同疑似缺陷區(qū)域的示意圖；其中，5a為分散區(qū)域，5b為高亮區(qū)域，5c為線條狀或條帶狀區(qū)域，5d為同時(shí)含有分散區(qū)域和高亮區(qū)域；

圖6是刮刀表面示意圖。

圖中，1.刮刀，2.供粉系統(tǒng)，3.成形區(qū)域，4.收粉倉(cāng)，5.零件，6.LED燈，7.照相機(jī)，8.成形艙，9.計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。

本發(fā)明方法所使用的裝置如圖1、2所示，在SLM設(shè)備的成形艙8垂直于鋪粉方向的兩個(gè)內(nèi)壁上各安裝一個(gè)LED燈6，成形區(qū)域3上方安裝有照相機(jī)7，LED燈6和照相機(jī)7均與控制成形的計(jì)算機(jī)9相連。

通過(guò)該設(shè)備檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量的方法是：每次鋪粉完成，計(jì)算機(jī)9控制兩個(gè)LED燈6先后單獨(dú)開(kāi)啟，分別照射成形區(qū)域，在每一個(gè)LED燈開(kāi)啟時(shí)照相機(jī)7對(duì)成形區(qū)域3進(jìn)行一次拍照，共得到兩張鋪粉圖像；計(jì)算機(jī)9將兩張鋪粉圖像進(jìn)行合成處理，判斷合成后圖像的整體灰度，若合成后圖像整體灰度一致，則鋪粉成功，若不一致，則利用灰度閾值分割法處理合成后圖像，提取合成后圖像內(nèi)部的輪廓邊界，將輪廓邊界包含區(qū)域標(biāo)記為疑似缺陷區(qū)域，根據(jù)疑似缺陷區(qū)域灰度值，判斷鋪粉是否成功。

該方法的原理為，當(dāng)鋪粉表面凹凸不平時(shí)，兩束燈光從不同方向落至鋪粉表面，會(huì)在凹凸不平區(qū)域形成陰影，如圖3所示，該陰影區(qū)域的灰度值將相較于周圍區(qū)域的灰度值大。計(jì)算機(jī)將兩張單燈光下的鋪粉表面圖像進(jìn)行合成，再經(jīng)灰度處理后可以得到清晰的鋪粉表面圖像。然后根據(jù)圖像的灰度值識(shí)別鋪粉表面是否存在缺陷，即可判斷當(dāng)前鋪粉層是否滿足精度要求，確保成形區(qū)域的鋪粉質(zhì)量，通過(guò)控制鋪粉質(zhì)量保證零件的成形質(zhì)量。

本方法如圖4所示，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：鋪粉裝置進(jìn)行鋪粉；

SLM設(shè)備的成形艙8內(nèi)，刮刀1將供粉系統(tǒng)2的粉末鋪在成形區(qū)域3上，用于加工零件5，多余的粉末進(jìn)入收粉倉(cāng)4，完成當(dāng)前層鋪粉。

步驟2：獲取鋪粉表面圖像；

當(dāng)前層鋪粉完成后，計(jì)算機(jī)9控制兩個(gè)LED燈6先后單獨(dú)開(kāi)啟，通過(guò)照相機(jī)7分別捕捉單燈光照射下整個(gè)成形區(qū)域鋪粉表面的圖像，共得到兩張圖像，并將兩張圖像傳輸至計(jì)算機(jī)。

步驟3：處理圖像并判斷鋪粉是否成功；

計(jì)算機(jī)對(duì)兩張圖像進(jìn)行合成處理，得到最終的鋪粉表面圖像，用于檢驗(yàn)當(dāng)前層鋪粉質(zhì)量。具體如下：

(1)計(jì)算機(jī)將兩張圖像進(jìn)行合成，得到合成后的鋪粉表面圖像；

(2)計(jì)算機(jī)提取合成后鋪粉表面圖像各點(diǎn)的灰度值，若各點(diǎn)的灰度值均相同，則表明鋪粉成功。若不相同，則轉(zhuǎn)入(3)。

(3)利用灰度閾值分割法處理合成后圖像，求得合成后圖像的灰度閾值，并提取合成后圖像內(nèi)部的輪廓邊界，將輪廓邊界包含區(qū)域標(biāo)記為疑似缺陷區(qū)域；灰度閾值分割法可采用最大類間方差法。

(4)疑似缺陷區(qū)域包括由于鋪粉失敗引起的缺陷區(qū)域，也包括由于上一層的燒結(jié)區(qū)域鋪粉后相較于其他區(qū)域可能會(huì)出現(xiàn)的亮度稍高的高亮區(qū)域。若疑似缺陷區(qū)域?yàn)槿毕輩^(qū)域，則其灰度值大于圖像灰度閾值，計(jì)算機(jī)判定為鋪粉失敗，如圖5a、5c所示；若為高亮區(qū)域，則其灰度值小于圖像灰度閾值，計(jì)算機(jī)判定為鋪粉成功，如圖5b所示；若既包括缺陷區(qū)域也包括高亮區(qū)域，則其包含灰度值大于圖像灰度閾值的區(qū)域，計(jì)算機(jī)判定為鋪粉失敗，如圖5d所示。

因此總體來(lái)說(shuō)，當(dāng)疑似缺陷區(qū)域中包含灰度值大于由灰度閾值分割法計(jì)算的灰度閾值的區(qū)域時(shí)，鋪粉失敗，需要重新鋪粉直至成功；否則，鋪粉成功。

根據(jù)上述判斷結(jié)果，若鋪粉成功，則進(jìn)行當(dāng)前層的打?。蝗翡伔凼。檎沂≡?，然后重復(fù)步驟1-3，重新鋪粉并檢驗(yàn)鋪粉質(zhì)量，直至當(dāng)前層鋪粉成功并完成打印。按照同樣的方法逐層進(jìn)行鋪粉、鋪粉檢驗(yàn)和打印，直至完成整個(gè)零件的打印。

進(jìn)一步地，在鋪粉失敗之后，根據(jù)疑似缺陷區(qū)域分布狀況判斷鋪粉失敗原因，具體如下：

a)若疑似缺陷區(qū)域?yàn)檫B續(xù)的線條狀或條帶狀，如圖5b所示，則鋪粉失敗由刮刀引起，表明刮刀表面可能附著有大塊粉末顆?；蚬蔚洞嬖谌笨?，如圖6所示，則需要對(duì)刮刀進(jìn)行清理或更換后，再行鋪粉。

b)若疑似缺陷區(qū)域?yàn)槎鄠€(gè)分散的區(qū)域，如圖5a所示，則首先判斷鋪粉失敗是否由供粉系統(tǒng)異常引起。判斷方法是：供粉系統(tǒng)執(zhí)行一次落粉，位于成形區(qū)域上方的拍攝裝置捕捉落粉堆積圖像，根據(jù)堆積圖像計(jì)算落粉量，若計(jì)算得到的落粉量低于預(yù)設(shè)單次落粉量，則說(shuō)明供粉系統(tǒng)存在異常，可能是供粉系統(tǒng)粉量不足，也可能是供粉系統(tǒng)卡粉。

本發(fā)明的方法在SLM設(shè)備上實(shí)現(xiàn)檢查鋪粉質(zhì)量的功能，并能在鋪粉不滿足要求時(shí)進(jìn)行重新鋪粉，確保鋪粉精度，提高零件成形質(zhì)量，同時(shí)還可自動(dòng)分析鋪粉失敗原因，提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度。

本發(fā)明以上描述只是部分實(shí)施例，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式。上述的具體實(shí)施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本發(fā)明的裝置和方法，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，所有具體拓展均屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。