[發(fā)明專利]一種用于增材制造的表面缺陷實時檢測裝置

在審

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• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107741425A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜娟;黃濤;胡躍明
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于增材制造的表面缺陷實時檢測裝置。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)的出現(xiàn)被認為是21世紀機械制造工業(yè)領(lǐng)域的一次劃時代的工藝技術(shù)革新，給現(xiàn)代社會帶來了強大的沖擊和震撼。增材制造技術(shù)集合了數(shù)字建模技術(shù)、機電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等多項高新技術(shù)的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)機械制造技術(shù)相比有很多優(yōu)勢。

增材制造技術(shù)（Additive Manufacturing，AM）是一種快速自由成形、制造三維實體零件的新技術(shù)，也稱為快速原型制造（Rapid Prototyping）、3D打印（3D Printing）、實體自由制造（Solid Free-form Fabrication）等。其中3D打印是最常用的技術(shù)名稱之一。與傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)（即減材制造和等材制造）相比，增材制造技術(shù)有很多它們所無法比擬的優(yōu)勢，例如快速、環(huán)保、無需事先制造模具，甚至可以一次快速成型等。增材制品在生產(chǎn)和使用過程中會無可避免地產(chǎn)生某些缺陷，因此需要第一時間對其進行檢測。

目前，對于增材制品的檢測主要集中在增材制造原料的原材料檢測、增材制品的超聲檢測、射線檢測等。但這些檢測的重點是增材制品的內(nèi)部缺陷，例如其內(nèi)部殘余應(yīng)力分布、材料孔隙率等，而對于某些對表面要求比較高的增材制品仍沒有相適應(yīng)的缺陷檢測方法。

為了能滿足對表面缺陷較為重視的增材制品的表面實時檢測要求，提高整個增材制造過程的工作效率，可利用普通鏡頭與步進電機相結(jié)合的檢測方法，采用多攝像頭同時采集表面圖像信息，并且可以對增材制品的生產(chǎn)進行跟隨，同時滿足了檢測系統(tǒng)精度和速度上的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種用于增材制造過程中增材制品的表面缺陷的實時檢測裝置，具體技術(shù)方案如下。

一種用于增材制造的表面缺陷實時檢測裝置，其包括計算機處理單元和分別與計算機處理單元連接的照明模塊、鏡頭組及傳感器模塊、傳動模塊和計算機處理單元；所述照明模塊為LED光源及開關(guān)控制電路，工作于鏡頭組拍攝過程；所述鏡頭組包括一個或多個光學(xué)鏡頭；所述傳動模塊包括步進電機、絲桿以及相應(yīng)的控制電路，用于改變鏡頭組的高度，使得鏡頭組能夠始終跟隨增材制品的制造過程；所述計算機處理單元用于接收鏡頭組采集的圖像，將采集的圖像融合之后，再通過相應(yīng)的圖像處理算法來判斷增材制品的表面缺陷類型及位置并記錄。

進一步地，所述LED光源中的LED按照隊列點陣形式有序排列在一起，集成在同一平面內(nèi)發(fā)光體，或集成為帶弧度的有利于聚光的發(fā)光體。

進一步地，LED光源的位置與鏡頭同軸或在多個鏡頭之間。

進一步地，所述步進電機作為改變鏡頭組高度的驅(qū)動，由一個控制電路來進行控制；當鏡頭組拍攝完一輪圖像后，計算機處理單元根據(jù)增材制品的打印進度來決定是否提升鏡頭組高度，從而控制步進電機運動；步進電機的轉(zhuǎn)動通過與鏡頭組相連的絲桿，將鏡頭組提升至需要的高度，使鏡頭組能夠采集到產(chǎn)品新打印出的部分的表面，進行下一輪圖像采集，這樣就能保證鏡頭組始終能夠采集到增材制品最新的表面圖像，實現(xiàn)表面缺陷的實時檢測。

進一步地，所述步進電機為一個或多個的組合。

進一步地，步進電機的控制信號與增材制造設(shè)備的z軸信息相關(guān)聯(lián)。

鏡頭組通過多個鏡頭可得到目標元器件側(cè)面360度的圖像；鏡頭的排列方式按照等間隔的方式放置。

進一步地，LED光源由一個開關(guān)控制電路進行控制，開關(guān)控制電路按照計算機處理單元控制響應(yīng)命令與鏡頭快門協(xié)同工作；鏡頭配合LED光源同步工作，一次閃光獲取一個圖像；鏡頭組拍攝得到的圖像由傳感器將獲取的圖像上傳至計算機處理單元進行數(shù)據(jù)處理。

進一步地，所述計算機處理單元用于獲取圖像的分析處理，通過輸出響應(yīng)命令控制步進電機、鏡頭組和LED光源的工作狀態(tài)；計算機處理單元是根據(jù)外部設(shè)備輸入的控制信號調(diào)節(jié)步進電機和/或鏡頭的工作狀態(tài)，具體步驟如下：

1）按照3D打印的上升速率來設(shè)定鏡頭的快門頻率以及對LED光源陣列開關(guān)要求；

2）當進入圖像采集環(huán)節(jié)時，鏡頭組進行拍攝，獲取元器件側(cè)面360度圖像，由傳感器送入到計算機處理單元中；

3）通過計算機處理單元將采集到的圖像進行圖像融合，由計算機圖像處理算法（例如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷檢測方法、基于支持向量機的缺陷檢測方法以及基于模糊理論的缺陷檢測方法等）判斷是否存在表面缺陷，若有缺陷，記錄下該缺陷的種類以及位置并進入第4）步，否則直接進入第4）步；