[發明專利]電子束熔絲增材制造形貌測量裝置及其補償控制方法

有效

• 申請號: 201710873924.6
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107806843B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 郭光耀;閔家林;王文博;李寧
• 申請（專利權）人: 西安智熔金屬打印系統有限公司
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00;G05D5/00
• 代理公司: 44316 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 趙勍毅

一種電子束熔絲增材制造形貌測量裝置，包括電子槍、送絲槍、真空室、工作臺、形貌檢測組件和控制系統；電子槍和真空室連通，電子槍用于產生和發射電子束；送絲槍設于真空室內，送絲槍用于提供焊絲；工作臺設于真空室內，工作臺面對電子槍設置，工作臺用于放置零件；形貌檢測組件包括位移傳感器和位移傳感器控制器，位移傳感器安裝于真空室的外壁以電子槍為圓心的半徑不超過50mm的圓形區域內，位移傳感器向真空室內發射激光束，位移傳感器用于檢測零件的位移和形狀；控制系統和位移傳感器控制器電連接。上述電子束熔絲增材制造形貌測量裝置可以實時快速的得到零件的形貌特征，準確性和實時性更優，可以適應復雜的工業環境。

技術領域

本發明涉及金屬零部件的增材制造技術領域，特別涉及一種電子束熔絲增材制造形貌測量裝置及其補償控制方法。

背景技術

增材制造技術又名3D打印或者快速成型。它是一種以三維數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料或者熔絲，通過材料逐層堆疊累積的方式來構造實體零件的技術。相對于傳統的材料去除——切削加工技術，是一種“自下而上”的制造方法。二十年來，增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術取得了快速的發展。AM技術不需要傳統的刀具和夾具以及多道加工工序，在一臺設備上可快速精密地制造出任意復雜形狀的零件，從而實現了零件“自由制造”，解決了許多復雜結構零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。而且產品結構越復雜，其制造速度的作用就越顯著。目前隨著該技術日益成熟，該技術已經越來越多用于零部件的直接制造。具有精度高、制造周期短、材料利用率高、多材料復合制造、產品多樣化的優點。

然而，現有技術增材制造工件精度較低、表面質量較差、易出現駝峰、凹坑、塌陷等缺陷。如電子束熔絲增材制造技術，電子束增材制造過程，分層軌跡數據文件中已經將層高固定。然而實際成型過程，由于非平衡的熔凝過程影響因素較多，每一層的層高和形貌尺寸不可避免的會出現與理論設計尺寸發生偏差，每一層的成型尺寸偏離不斷積累會造成最終成型零件的尺寸較大偏差，甚至造成零件成形過程失敗。在這種情況下就需要一種增材制造過程中進行形貌測量和數據補償閉環控制的裝置，實時或事后的測量成型高度變化情況，并指導成型制造設備調整工藝參數彌補尺寸的、形貌的偏差。

目前國內外普遍采用的是多臺視覺傳感檢測裝置或工業相機通過數字模型和計算機算法對形貌進行檢測、分析。然而，視覺傳感檢測裝置功能單一，為了測量高度差或翹曲等，需要安裝多臺傳感器或移動傳感器，難于確保空間，相當費時，形成整體形貌特征困難。工業相機檢測機不易安裝照明。而且，即使通過面型相機或線型相機檢測寬度及位置等，也無法檢測高度及高度差。并且，電子束增材制造過程是在真空環境下完成，熔絲過程會產生大量的金屬蒸汽，一般接觸式傳感器和結構光檢測裝置都不適用。

發明內容

鑒于此，有必要提供一種能夠適應復雜的工業環境，測量精度高的電子束熔絲增材制造形貌測量裝置及其補償控制方法。

一種電子束熔絲增材制造形貌測量裝置，包括電子槍、送絲槍、真空室、工作臺、形貌檢測組件和控制系統；

所述電子槍和所述真空室連通，所述電子槍用于產生和發射電子束；

所述送絲槍設于所述真空室內，所述送絲槍用于提供焊絲；

所述工作臺設于所述真空室內，所述工作臺面對所述電子槍設置，所述工作臺用于放置零件；

所述形貌檢測組件包括位移傳感器和位移傳感器控制器，所述位移傳感器安裝于所述真空室的外壁以所述電子槍為圓心的半徑不超過50mm的圓形區域內，所述位移傳感器向所述真空室內發射激光束，所述位移傳感器用于檢測所述零件的位移和形狀，所述位移傳感器控制器和所述位移傳感器電連接；

所述控制系統和所述位移傳感器控制器電連接。

在其中一個實施例中，還包括真空泵組，所述真空泵組分別與所述真空室和所述電子槍連接，所述真空泵組用于給所述真空室和所述電子槍抽真空。