[實(shí)用新型]一種激光選區(qū)熔化加工過程同軸監(jiān)測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720392724.4
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN207026479U
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王迪;王藝錳;楊永強(qiáng);付凡;宋長輝;李陽
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;G01B11/24;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 蔡克永

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及激光選區(qū)熔化實(shí)時監(jiān)控，尤其涉及一種激光選區(qū)熔化加工過程同軸監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)

激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting，SLM)技術(shù)是一種能直接成型高致密、高精屬零件的3D打印技術(shù)，其工作原理為激光束選擇性地熔化各層的金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬零件。激光束開始掃描前，鋪粉裝置先把金屬粉末平推到加工室的基板上，然后激光束將按當(dāng)前層的輪廓信息選擇性地熔化基板上的粉末，加工出當(dāng)前層的輪廓,如此層層加工,直到整個零件成型完畢。

在整個激光選區(qū)熔化成型過程中，零件的成型質(zhì)量受到掃描速度、掃描間距、加工層厚、掃描路徑、光斑補(bǔ)償、激光功率與密度等多重因素的影響。因此，在如此復(fù)雜的工藝下，要想獲得高質(zhì)量的成型件，必須對激光選區(qū)熔化成型過程中的一系列關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。質(zhì)量保證和過程監(jiān)控便成為3D打印技術(shù)從模型加工水平提升到一流車間制造水平的必要手段。激光選區(qū)熔化的熔池包含有豐富的質(zhì)量信息,直接決定了零件的成型質(zhì)量，因此對熔池進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，著重于熔池形態(tài)、熔池亮度等特征。質(zhì)量監(jiān)控解決的主要問題是3D打印設(shè)備或激光與材料的相互作用所具有的多變性，因?yàn)楹笳邥催^來擾亂金屬的微觀結(jié)構(gòu)或宏觀力學(xué)性能。

20世紀(jì)80年代末以來，研究人員針對側(cè)向送粉激光熔覆的熔池進(jìn)行了 檢測，采用側(cè)向安裝的單個光電二極管將整個熔池的輻射光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為電壓信號來檢測熔池；也有的國內(nèi)學(xué)者采用側(cè)裝的雙色波長紅外測溫計(jì)，對側(cè)向送粉整個熔池的溫度進(jìn)行了檢測。這類傳統(tǒng)的軸外檢驗(yàn)有一個較低的分辨率和檢出率，且無法將熔池描述的更精細(xì)。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提出一種在激光選區(qū)熔化過程中結(jié)合高速攝像機(jī)和光電二極管的同軸監(jiān)測方法，逐層監(jiān)控3D金屬的熔融過程。同軸實(shí)時監(jiān)控裝置基于在同一平面上分布的高速攝像機(jī)和光電二極管兩個探測器，二者與激光器共用同一套光學(xué)系統(tǒng)，通過激光光學(xué)與精確定位實(shí)現(xiàn)同軸監(jiān)測，這種方式有利于獲得高的局部分辨率和快速掃描率。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型提出一種激光選區(qū)熔化加工過程同軸監(jiān)測裝置，即在激光選區(qū)熔化過程中結(jié)合高速攝像機(jī)和光電二極管的同軸監(jiān)測，逐層監(jiān)控3D金屬的熔融過程。本實(shí)用新型同軸監(jiān)測是基于在同一平面上分布的高速攝像機(jī)和光電二極管兩個探測器，二者與激光器共用同一套光學(xué)系統(tǒng)，通過激光光學(xué)與精確定位實(shí)現(xiàn)同軸監(jiān)測，這種方式有利于獲得高的局部分辨率和快速掃描率。

本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種激光選區(qū)熔化加工過程同軸監(jiān)測裝置，包括光路模塊1、光電二極管模塊5、二極管控制器6、激光頭2、COMS高速攝像機(jī)3、攝像機(jī)控制器4、計(jì)算機(jī)7；

所述光電二極管模塊5包括聚焦透鏡9和光電二極管8；光電二極管8通過二極管控制器6電訊連接計(jì)算機(jī)7；COMS高速攝像機(jī)3通過攝像機(jī)控制器4電訊連接計(jì)算機(jī)7；

所述光路模塊1包括掃描振鏡11、半透半反鏡12、第一濾光片13、第二濾光片14、分束鏡15；所述掃描振鏡11、半透半反鏡12、分束鏡15、第二濾光片14、聚焦透鏡9、光電二極管8依次光路連接；COMS高速攝像機(jī)3通過第一濾光片13與分束鏡15光路連接；激光頭2與半透半反鏡12光路連接。

所述攝像機(jī)控制器4包括圖像采集模塊41、圖像轉(zhuǎn)換模塊42、圖像濾波模塊43、閾值分割模塊44、數(shù)據(jù)傳輸模塊45；

圖像采集模塊41，用于控制所述COMS高速攝像機(jī)3采集熔池的實(shí)時圖像數(shù)據(jù)，并保存于內(nèi)存中；

圖像轉(zhuǎn)換模塊42，將反饋至COMS高速攝像機(jī)3的彩色圖像顯示成灰度圖像，并建立其坐標(biāo)系；

圖像濾波模塊43，利用中值濾波器模板對灰度圖像進(jìn)行濾波以平滑圖像、去除噪音；

閾值分割模塊44，利用灰度直方圖，選取直方圖的閾值作為最小值，根據(jù)閾值對圖像進(jìn)行二值化處理，分割為熔池像素點(diǎn)和非熔池像素點(diǎn)；

數(shù)據(jù)傳輸模塊45，將處理得到的圖像輸出至計(jì)算機(jī)7并保存。

所述二極管控制器6光采集模塊61、程控放大器62、低通濾波器63、AD采集卡64、數(shù)據(jù)傳輸模塊65；

光采集模塊61，用于控制光電二極管8采集熔池的可見光信號；

程控放大器62，程控放大器62根據(jù)輸入信號的大小，自動改變其增益，使其輸出電壓始終保持在滿量程值的范圍之內(nèi)；

低通濾波器63，由于輸出信號中含有高頻噪聲，利用低通濾波器63抑制高頻噪聲；