[發明專利]具光譜質譜復合在線檢測功能的增材加工系統及方法

有效

• 申請號: 201810701101.X
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108872197B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 劉勝;張臣
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G01N27/62
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

1.具光譜質譜復合在線檢測功能的增材加工方法，其特征是：

采用如下增材加工系統，所述增材加工系統包括增材加工子系統和光譜質譜復合在線檢測子系統；

所述增材加工子系統用來進行金屬增材加工，增材加工子系統包括用來進行金屬增材加工過程控制的控制單元；

所述增材加工子系統進一步包括控制單元、高能束發生單元、高能束傳輸單元、加工頭運動控制機構、加工頭和載物臺；

高能束發生單元和加工頭運動控制機構均連接控制單元；

高能束發生單元用來產生能量束，高能束傳輸單元用來將能量束傳輸至加工頭，加工頭用來使用能量束熔化金屬原料并在載物臺上形成熔池；

加工頭運動控制機構用來帶動加工頭按預設的路徑運動；

所述光譜質譜復合在線檢測子系統包括脈沖激光器、激光光路單元、激光頭、光譜儀、光譜儀光路單元、光譜采集頭、質譜儀、質譜儀氣路單元、質譜采集頭和采集頭運動控制機構；脈沖激光器、光譜儀、質譜儀、采集頭運動控制機構均連接控制單元；激光頭、光譜采集頭和質譜采集頭均設于一固定支架上，采集頭運動控制機構用來在控制單元的控制下，帶動該固定支架在沉積層上方掃描；

脈沖激光器通過激光光路單元連接激光頭，脈沖激光器用來產生激光束，激光光路單元用來將產生的激光束傳輸至激光頭，激光頭將激光束作用于形成的沉積層上；

光譜儀通過光譜儀光路單元連接光譜采集頭，光譜采集頭用來采集沉積層上方的光譜信號，并將采集的光譜信號通過光譜儀光路單元傳輸至光譜儀，光譜儀用來根據光譜信號檢測金屬成分及含量，并將檢測結果反饋至控制單元；

質譜儀通過質譜儀氣路單元連接質譜采集頭，質譜采集頭用來采集沉積層上方的微顆粒和氣體的混合物，并將采集的混合物通過質譜儀氣路單元傳輸至質譜儀，質譜儀用來檢測輕元素成分及含量，并將檢測結果反饋至控制單元；

所述增材加工方法包括步驟：

(1)控制單元控制增材加工子系統在載物臺上形成沉積層；

(2)控制單元控制脈沖激光器發射激光，所發射的激光通過激光頭作用于沉積層的待檢測區域，形成金屬蒸汽與等離子體的混合物；

(3)與(2)同步的，控制單元控制采集頭運動控制機構，采集頭運動控制機構帶動光譜采集頭和質譜采集頭在沉積層待檢測區域上方掃描；光譜采集頭收集光譜信號，并通過光譜儀光路單元傳輸到光譜儀；質譜采集頭吸入混合物，并通過質譜儀氣路單元傳輸到質譜儀；

(4)光譜儀根據光譜信號檢測沉積層中金屬元素及含量分布，并將檢測數據發送給控制單元；

(5)質譜儀根據混合物檢測沉積層中輕元素及含量分布，并將檢測數據發送給控制單元；

(6)控制單元根據接收的檢測數據，判斷沉積層中雜質成分含量是否超標，一旦有雜質分成超標，控制單元發出警報，并停機；待工作人員排除超標原因后，再繼續進行增材加工；

(7)重復步驟(1)～(6)，直至完成增材加工。

2.如權利要求1所述的具光譜質譜復合在線檢測功能的增材加工方法，其特征是：所述采集頭運動控制機構和所述加工頭運動控制機構為機械臂或多自由度運動平臺。

3.如權利要求1所述的具光譜質譜復合在線檢測功能的增材加工方法，其特征是：

所述光譜采集頭和所述質譜采集頭在固定支架上的位置和姿態可獨立調節。