本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種成形質(zhì)量監(jiān)控方法，還涉及一種監(jiān)控成形質(zhì)量的增材制造設(shè)備。

背景技術(shù)：

增材制造技術(shù)是基于三維CAD模型數(shù)據(jù)，通過增加材料逐層制造的方式，以計算機(jī)三維設(shè)計模型為藍(lán)本，通過軟件分層和數(shù)控成形系統(tǒng)，利用高能束將材料進(jìn)行逐層堆積，最終疊加成形，制造出有特定幾何形狀零件的一種技術(shù)手段。增材制造設(shè)備在成形過程中，影響其質(zhì)量的因素有很多，譬如，循環(huán)風(fēng)路不穩(wěn)定、成形參數(shù)不完美、Z軸精度差等，均會影響成形的質(zhì)量，情況嚴(yán)重時，甚至?xí)斐烧麄€零件的掃描成形的失敗。所以能夠?qū)崟r監(jiān)測成形過程中的零件的成形情況就顯得尤為重要。

在現(xiàn)有的掃描成形技術(shù)中，增材制造設(shè)備無法實時監(jiān)測成形的過程及成形質(zhì)量，造成設(shè)備在掃描成形的過程中，因零件的刮蹭變形，循環(huán)風(fēng)路不穩(wěn)定、缺粉等造成的掃描成形過程中部分區(qū)域粉少而出現(xiàn)重復(fù)掃描的情況。當(dāng)上述情況無法得到及時的發(fā)現(xiàn)及處理時，就有可能出現(xiàn)影響成形零件的掃描成形質(zhì)量的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種成形質(zhì)量監(jiān)控方法，在每層成形結(jié)束后對成形質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，解決了現(xiàn)有掃描成形技術(shù)無法實時監(jiān)測成形的過程及成形質(zhì)量的問題。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于監(jiān)控成形質(zhì)量的增材制造設(shè)備。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種成形質(zhì)量監(jiān)控方法，成形掃描工作開始之后，在掃描成形完一層以后、開始鋪設(shè)下一層成形粉末之前，通過通過設(shè)置在成形平臺上方的攝像機(jī)拍攝成形平臺區(qū)域的照片，將該照片內(nèi)成形零件當(dāng)前層信息與成形零件的數(shù)控模型中的相應(yīng)的切片層做對比，計算匹配度，若匹配度在誤差允許的范圍內(nèi)，繼續(xù)執(zhí)行掃描成形工作，若否，增材制造設(shè)備停止工作。

進(jìn)一步，該方法具體包括以下步驟：

步驟1，獲取當(dāng)前層圖像信息

成形掃描工作開始之后，在掃描成形完一層以后、開始鋪設(shè)下一層成形粉末之前，通過攝像機(jī)拍攝成形平臺區(qū)域的照片，然后通過預(yù)先安裝在工控機(jī)上的相應(yīng)的圖像信息處理軟件將拍攝的照片矢量化，并取相對坐標(biāo)系；

步驟2、獲取當(dāng)前層對應(yīng)的切片層信息

將由攝像機(jī)所拍攝的照片中成形零件的相對坐標(biāo)信息與通過剖分軟件得到的成形零件的數(shù)控模型相應(yīng)的切片層的相對坐標(biāo)信息調(diào)整為1:1的比例關(guān)系，并在當(dāng)前層拍攝照片中的成形零件上和成形零件相應(yīng)切片層上分別取點(A，B)和點(X，Y)，并使點(A，B)和點(X，Y)為一一對應(yīng)關(guān)系；

步驟3、圖像信息與切片層信息比較

將點(A，B)、(X，Y)的同等比例半徑R相應(yīng)的成形區(qū)域內(nèi)的圖像的矢量信息進(jìn)行比對，然后通過矢量偏差計算得到點(A，B)、(X，Y)所對應(yīng)的同等比例半徑R范圍內(nèi)的矢量信息匹配度∑，計算機(jī)比較矢量信息匹配度∑與誤差允許的范圍值Δ，如果矢量信息匹配度∑在誤差允許的Δ范圍內(nèi)，增材制造設(shè)備則可繼續(xù)執(zhí)行下一層成形掃描的工作，否則增材制造設(shè)備停止成形掃描工作，待人為處理完故障，再次開始成形掃描的工作。

本發(fā)明所采用的另一個技術(shù)方案是，一種用于監(jiān)控成形質(zhì)量的增材制造設(shè)備，包括位于成形平臺區(qū)域上方的拍攝裝置，拍攝裝置與計算機(jī)相連。

進(jìn)一步，拍攝裝置為攝像機(jī)。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的監(jiān)控方法能對成形質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)控，以便操作人員隨時了解成形質(zhì)量狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題，消弱甚至消除了因無法實時監(jiān)測成形的過程及成形的質(zhì)量，造成的成形質(zhì)量差、零件的成形失敗等問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明監(jiān)控成形質(zhì)量的增材制造設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明成形質(zhì)量監(jiān)控方法的原理流程圖。

圖中，1.成形室平面，2.攝像機(jī)，3.工控機(jī)，4.成形平臺，5.攝像機(jī)采集成形圖像區(qū)域，6.相對坐標(biāo)系零點，7.成形零件。

具體實施方式

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

本發(fā)明所使用的裝置如圖1所示，在成形室平面1上方正中央位置設(shè)置有一個攝像機(jī)2，攝像機(jī)2通過與控制成形的工控機(jī)3連接。攝像機(jī)2能夠采集到的成形圖像區(qū)域5包含整個成形平臺4。

在成形掃描完一層以后、開始鋪設(shè)下一層成形粉末之前，通過攝像機(jī)拍攝成形區(qū)域的照片；將該照片與成形零件7的數(shù)控模型中的相應(yīng)的切片做對比，計算匹配度，若匹配度在誤差允許的范圍內(nèi)，繼續(xù)執(zhí)行掃描成形工作，若否，則增材制造設(shè)備報警，停止工作。

該方法如圖2所示，具體按照以下步驟實施：

步驟1，獲取當(dāng)前層圖像信息

成形掃描工作開始之后，在掃描成形完一層以后、開始鋪設(shè)下一層成形粉末之前，通過攝像機(jī)拍攝成形平臺區(qū)域的照片，然后通過預(yù)先安裝在工控機(jī)上的相應(yīng)的圖像信息處理軟件將拍攝的照片矢量化，并取相對坐標(biāo)系。

其中取包含在攝像機(jī)采集到的成形平臺的右下角為相對坐標(biāo)系的零點6，即，成形零件的相對坐標(biāo)信息，均在相對坐標(biāo)系的第二象限坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)，如圖1所示。

步驟2、獲取當(dāng)前層對應(yīng)的切片層信息

因為成形零件的每一層在相對坐標(biāo)系中的相對坐標(biāo)信息都是固定的，故假設(shè)攝像機(jī)所拍攝的照片上成形零件上的某一點的相對坐標(biāo)值為(A，B)。取通過剖分軟件得到的成形零件的數(shù)控模型相應(yīng)的切片層的某一點的相對坐標(biāo)值為(X，Y)。

通過圖像比對計算，將由攝像機(jī)所拍攝的照片中成形零件的相對坐標(biāo)信息與通過剖分軟件得到的成形零件的數(shù)控模型相應(yīng)的切片層的相對坐標(biāo)信息調(diào)整為1:1的比例關(guān)系，并使得在攝像機(jī)所拍攝的照片上成形零件上取的相對坐標(biāo)值為(A，B)的點與通過剖分軟件得到的成形零件相應(yīng)切片層上的相對坐標(biāo)值為(X，Y)的點為一一對應(yīng)關(guān)系。

步驟3、圖像信息與切片層信息比較

將在步驟2中所取的兩個所對應(yīng)的點(A，B)、(X，Y)的同等比例半徑R相應(yīng)的成形區(qū)域內(nèi)的圖像進(jìn)比對，比較其同等比例半徑R范圍內(nèi)的矢量信息，然后通過矢量偏差計算得到點(A，B)、(X，Y)所對應(yīng)的同等比例半徑R范圍內(nèi)的矢量信息匹配度∑，然后將矢量信息匹配度∑傳送至PLC中。

上述矢量偏差計算的方法為通過大津法(OTSU法)獲得兩個所對應(yīng)的點的同等比例半徑R相應(yīng)的成形區(qū)域內(nèi)的圖像的灰度閾值信息，假設(shè)兩個灰度閾值信息分別為t(A,B)和t(X,Y)。

1)建立圖像灰度直方圖(共有L個灰度級，每個出現(xiàn)概率為P)

P_i＝n_i/N

2)計算背景和目標(biāo)的出現(xiàn)概率，計算方法如下：

上式中假設(shè)t為所選定的閾值，C代表背景(灰度級為0～N),根據(jù)直方圖中的元素可知，Pc為背景出現(xiàn)的概率，同理D為目標(biāo)，Pd為目標(biāo)出現(xiàn)的概率。

由上可知：上述的適量信息匹配度∑＝|Pd(A,B)－Pd(X,Y)|。

在PLC中比較矢量信息匹配度∑與誤差允許的范圍值Δ，如果矢量信息匹配度∑在誤差允許的Δ范圍內(nèi)，增材制造設(shè)備則可繼續(xù)執(zhí)行成形掃描的工作，否則PLC就會發(fā)出相應(yīng)的警報，使增材制造設(shè)備停止相應(yīng)的成形掃描工作，這時需要人為干預(yù)，待處理完故障，消除警報之后，才可以再次開始成形掃描的工作。

采用上述監(jiān)控方法能對成形質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)控，以便操作人員隨時了解成形質(zhì)量狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題，消弱甚至消除了因無法實時監(jiān)測成形的過程及成形的質(zhì)量，造成的成形質(zhì)量差、零件的成形失敗等問題。