本發(fā)明涉及激光選區(qū)熔化加工工藝，尤其涉及一種基于相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的3d打印過(guò)程監(jiān)控方法及裝置。

背景技術(shù)：

金屬3d打印技術(shù)在制造業(yè)有著很大的發(fā)展空間，但仍有許多問(wèn)題阻礙了它的廣泛使用。除了金屬3d打印機(jī)的成本較高之外，還有一個(gè)很大的問(wèn)題是打印的可重復(fù)性和質(zhì)量控制。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于金屬3d打印質(zhì)量的監(jiān)測(cè)方法的研究處于初始階段，不同的設(shè)備類型對(duì)成型條件有不一樣的要求。例如，arcam公司emb設(shè)備因成型室內(nèi)的真空度及對(duì)溫度控制要求嚴(yán)格，所以需要對(duì)氧含量、預(yù)熱溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)。在slm技術(shù)上，有些國(guó)外團(tuán)隊(duì)針對(duì)成型過(guò)程熔池的物理信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可反饋給控制系統(tǒng)并快速調(diào)整激光功率、掃描速度等加工參數(shù)，但該方法技術(shù)門檻很高，且對(duì)金屬3d打印系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理效果提出很高要求，金屬3d打印如激光選區(qū)熔化技術(shù)熔池的尺寸一般只有一百微米左右，大大提高了針對(duì)熔池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的難度。

而為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)成型零件的缺陷，需要對(duì)零件的每一層的成型過(guò)程有所了解，才能避免傳統(tǒng)激光選區(qū)熔化加工過(guò)程中的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)便易行的基于相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的3d打印過(guò)程監(jiān)控方法及裝置。以克服零件加工成型過(guò)程中存在的誤差缺陷進(jìn)行修正，從而提高成型件性能及作業(yè)效率。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的3d打印過(guò)程監(jiān)控裝置，包括密封成型室，密封成型室的上部安裝有一相機(jī)1，相機(jī)1通過(guò)密封成型室上部一開口，對(duì)3d打印熔化層過(guò)程的形貌進(jìn)行拍攝；在密封成型室的頂部?jī)?nèi)側(cè)安裝有一光源7；相機(jī)1曝光的同時(shí)光源7脈沖點(diǎn)亮，相機(jī)1曝光結(jié)束后光源7熄滅，相機(jī)1把該層形貌數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至電腦6中并儲(chǔ)存。

所述相機(jī)1像素分辨率1024×1024、300幀/秒；整體快門最短曝光時(shí)間為1us；動(dòng)態(tài)范圍120db；光譜范圍400-950nm，8位采樣分辨率。

所述光源7為led光源。

一種基于相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的3d打印過(guò)程監(jiān)控方法，其包括如下步驟：

步驟一：在預(yù)先準(zhǔn)備階段，將需要加工的金屬粉末放進(jìn)粉缸9中，3d打印機(jī)工作周期開始時(shí)，粉缸9將粉末抬升一個(gè)加工層厚的高度，刮板8將被抬升的金屬粉末送至成型缸5的成型平面4上，并均勻鋪平；

步驟二：激光3通過(guò)振鏡2聚焦在成型平面4上，將金屬粉末熔化，成型缸5將成型平面4往下移動(dòng)一個(gè)加工層厚的高度，熔化的金屬粉末已經(jīng)冷凝，相機(jī)1對(duì)成型平面4進(jìn)行拍照，相機(jī)1曝光的同時(shí)光源7脈沖點(diǎn)亮，相機(jī)1曝光結(jié)束后光源7熄滅，相機(jī)1記錄下該層的成型形貌，并實(shí)時(shí)傳輸至電腦6中；

步驟三：人工誤差分析或者智能誤差分析；

智能誤差分析步驟：電腦6內(nèi)置有檢測(cè)分析模塊，檢測(cè)分析模塊將提取的實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓與儲(chǔ)存在電腦6中的原成型形貌輪廓進(jìn)行對(duì)比分析；

對(duì)比分析后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓與原成型形貌輪廓存在誤差，則電腦6發(fā)出報(bào)警調(diào)整提示信息或者控制3d打印機(jī)自動(dòng)停止加工；

對(duì)比分析后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓與原成型形貌輪廓匹配，則3d打印機(jī)繼續(xù)加工；

人工誤差分析步驟：操作人員可查看實(shí)時(shí)保存在電腦6上各層的原成型形貌輪廓圖片，通過(guò)與實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片作對(duì)比；

對(duì)比后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片與原成型形貌輪廓圖片存在誤差，則手動(dòng)對(duì)3d打印進(jìn)進(jìn)行調(diào)整或者停止加工；

對(duì)比后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片與原成型形貌輪廓圖片匹配，則3d打印機(jī)繼續(xù)加工。

步驟四：循環(huán)步驟二至步驟四，直至完成整個(gè)零件的加工作業(yè)。

步驟三所述智能誤差分析步驟的報(bào)警調(diào)整提示，以及人工誤差分析步驟的調(diào)整：均包括激光功率調(diào)整、掃描速度調(diào)整。

在電腦6還可內(nèi)置自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整模塊；步驟三所述智能誤差分析步驟中，當(dāng)檢測(cè)分析模塊進(jìn)行分析后，得出實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片與原成型形貌輪廓圖片存在誤差時(shí)，將誤差信息發(fā)送給自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整模塊，自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整模塊指令3d打印機(jī)進(jìn)行參數(shù)在線調(diào)整，包括激光功率自動(dòng)調(diào)整、掃描速度自動(dòng)調(diào)整。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

本發(fā)明密封成型室的上部安裝有一相機(jī)，相機(jī)通過(guò)密封成型室上部一開口，對(duì)3d打印熔化層過(guò)程的形貌進(jìn)行拍攝；在密封成型室的頂部?jī)?nèi)側(cè)安裝有一光源；相機(jī)曝光的同時(shí)光源脈沖點(diǎn)亮，相機(jī)曝光結(jié)束后光源熄滅，相機(jī)把該層形貌數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至電腦中并儲(chǔ)存。

本發(fā)明智能誤差分析步驟：電腦6內(nèi)置有檢測(cè)分析模塊，檢測(cè)分析模塊將提取的實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓與儲(chǔ)存在電腦6中的原成型形貌輪廓進(jìn)行對(duì)比分析；對(duì)比分析后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓與原成型形貌輪廓存在誤差，則電腦6發(fā)出報(bào)警調(diào)整提示信息或者控制3d打印機(jī)自動(dòng)停止加工；對(duì)比分析后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓與原成型形貌輪廓匹配，則3d打印機(jī)繼續(xù)加工。

本發(fā)明人工誤差分析步驟：操作人員可查看實(shí)時(shí)保存在電腦6上各層的原成型形貌輪廓圖片，通過(guò)與實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片作對(duì)比；對(duì)比后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片與原成型形貌輪廓圖片存在誤差，則手動(dòng)對(duì)3d打印進(jìn)進(jìn)行調(diào)整或者停止加工；對(duì)比后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片與原成型形貌輪廓圖片匹配，則3d打印機(jī)繼續(xù)加工。

綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，保證了每層數(shù)據(jù)的完整性，優(yōu)化工藝參數(shù)，并在加工過(guò)程中及時(shí)修正，大大提高了零件的精度；或者在加工之后通過(guò)進(jìn)行形貌分析，發(fā)現(xiàn)加工過(guò)程中存在的問(wèn)題。

本發(fā)明能夠針對(duì)打印過(guò)程中存在的缺陷零件，進(jìn)行準(zhǔn)確定位缺陷產(chǎn)生的位置、時(shí)間和原因，為優(yōu)化調(diào)整相關(guān)參數(shù)提供了有效依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的3d打印過(guò)程監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。

實(shí)施例

如圖1、圖2所示。本發(fā)明公開了一種基于相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的3d打印過(guò)程監(jiān)控裝置，包括密封成型室，密封成型室的上部安裝有一相機(jī)1，相機(jī)1通過(guò)密封成型室上部一開口，對(duì)3d打印熔化層過(guò)程的形貌進(jìn)行拍攝；在密封成型室的頂部?jī)?nèi)側(cè)安裝有一光源7；相機(jī)1曝光的同時(shí)光源7脈沖點(diǎn)亮，相機(jī)1曝光結(jié)束后光源7熄滅，相機(jī)1把該層形貌數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至電腦6中并儲(chǔ)存。

所述相機(jī)1像素分辨率1024×1024、300幀/秒；整體快門最短曝光時(shí)間為1us；動(dòng)態(tài)范圍120db；光譜范圍400-950nm，8位采樣分辨率。

所述光源7可采用led光源。

本發(fā)明基于相機(jī)實(shí)時(shí)拍攝的3d打印過(guò)程監(jiān)控方法，可通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：在預(yù)先準(zhǔn)備階段，將需要加工的金屬粉末放進(jìn)粉缸9中，3d打印機(jī)工作周期開始時(shí)，粉缸9將粉末抬升一個(gè)加工層厚的高度，刮板8將被抬升的金屬粉末送至成型缸5的成型平面4上，并均勻鋪平；

步驟二：激光3通過(guò)振鏡2聚焦在成型平面4上，將金屬粉末熔化，成型缸5將成型平面4往下移動(dòng)一個(gè)加工層厚的高度，熔化的金屬粉末已經(jīng)冷凝，相機(jī)1對(duì)成型平面4進(jìn)行拍照，相機(jī)1曝光的同時(shí)光源7脈沖點(diǎn)亮，相機(jī)1曝光結(jié)束后光源7熄滅，相機(jī)1記錄下該層的成型形貌，并實(shí)時(shí)傳輸至電腦6中；

步驟三：人工誤差分析或者智能誤差分析；

智能誤差分析步驟：電腦6內(nèi)置有檢測(cè)分析模塊，檢測(cè)分析模塊將提取的實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓與儲(chǔ)存在電腦6中的原成型形貌輪廓進(jìn)行對(duì)比分析；

對(duì)比分析后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓與原成型形貌輪廓存在誤差，則電腦6發(fā)出報(bào)警調(diào)整提示信息或者控制3d打印機(jī)自動(dòng)停止加工；

對(duì)比分析后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓與原成型形貌輪廓匹配，則3d打印機(jī)繼續(xù)加工；

人工誤差分析步驟：操作人員可查看實(shí)時(shí)保存在電腦6上各層的原成型形貌輪廓圖片，通過(guò)與實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片作對(duì)比；

對(duì)比后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片與原成型形貌輪廓圖片存在誤差，則手動(dòng)對(duì)3d打印進(jìn)進(jìn)行調(diào)整或者停止加工；

對(duì)比后，若實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片與原成型形貌輪廓圖片匹配，則3d打印機(jī)繼續(xù)加工。

步驟四：循環(huán)步驟二至步驟四，直至完成整個(gè)零件的加工作業(yè)。

步驟三所述智能誤差分析步驟的報(bào)警調(diào)整提示，以及人工誤差分析步驟的調(diào)整：均包括激光功率調(diào)整、掃描速度調(diào)整。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，可在電腦6內(nèi)置自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整模塊；步驟三所述智能誤差分析步驟中，當(dāng)檢測(cè)分析模塊進(jìn)行分析后，得出實(shí)時(shí)拍攝的成型形貌輪廓圖片與原成型形貌輪廓圖片存在誤差時(shí)，將誤差信息發(fā)送給自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整模塊，自動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)整模塊指令3d打印機(jī)進(jìn)行參數(shù)在線調(diào)整，包括激光功率自動(dòng)調(diào)整、掃描速度自動(dòng)調(diào)整。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。