[發明專利]一種掃描精度在線監控系統及方法

在審

• 申請號: 201810902479.6
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN109099836A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 馮云龍;馮濤;吳朋越;李豫;張國慶;郭東海
• 申請（專利權）人: 北京易加三維科技有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G05B19/04
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 劉翠芹

本發明提供一種掃描精度在線監控方法，其包括以下步驟：S1、采集燒結所產生的可見光信號形成光斑原始圖像，并對光斑圖像進行處理獲得激光光斑可計算圖像信息；S2、計算出光斑所在位置的極坐標值A(ρ,θ)；S3、將光斑的極坐標值A(ρ,θ)轉化為2維笛卡爾坐標系坐標A(x,y)；S4、將計算得到坐標值A(x,y)與當前掃描設定位置A’(x’,y’)做比較，實時得到當前光路系統幾何偏差△A(△x,△y)，并通過控制單元實時矯正光路部件，以保證加工零件的幾何精度；S5、再次利用系統進行檢測，證實幾何精度偏差得到糾正，形成閉環控制。本發明可以實時在線準確的矯正光路系統的幾何精度。

技術領域

本發明專利涉及金屬3D打印、SLM工藝及設備，具體涉及一種掃描精度在線監控系統及方法。

背景技術

SLM(激光選區熔化)是一種利用光學透鏡和光學反射鏡把激光光束調整、匯聚到粉末床預定位置，將金屬粉末熔化成實體，逐層堆積，并最終形成零件的加工辦法。在加工過程中，光學透鏡和光學反射鏡將不可避免的受到激光光束的加熱，并產生變形。

變形后，激光光束的折射及反射路徑也會發生變化，最終匯聚到粉平面時，位置與設想就會產生偏差，加工成型的零件的尺寸就會發生相應的改變。這對于以加工精度高、零件形狀復雜為最大優勢的SLM工藝，是巨大的影響。

光學鏡片的受熱變形，受到加工時間、零件尺寸、激光功率、設備其他部件狀態、環境溫度等諸多不可控因素共同制約，無法做到提前預測及矯正。

目前SLM工藝中使用到的幾何精度矯正方法，包括以下幾種：

離線幾何精度矯正：在設備非加工時間，使用掃描標準圖形的方法，測量誤差，并矯正光學部件的幾何精度。

旁軸在線幾何精度在線矯正：在設備的其他部位加裝高速相機，逐層拍攝零件截面，并進行幾何矯正。

現有的SLM工藝幾何精度矯正方法中，離線幾何精度矯正只能確保設備在非工作狀態下，即光路系統在室溫條件下時的幾何精度，對于因設備運行，光學部件受熱變形引起的幾何誤差沒有矯正手段。旁軸在線幾何精度在線矯正，需要在設備內加裝多個相機，且每加工一層后對零件截面進行拍照，圖像信息精度受到材料種類、零件形狀復雜程度的影響，矯正效果有限。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明提供一種掃描精度在線監控系統及方法，針對現存矯正手段的缺陷，設計了同軸光路幾何在線矯正的方法，可以實時在線準確的矯正光路系統的幾何精度。

具體地，本發明提供一種掃描精度在線監控方法，其包括以下步驟：

S1、采集燒結所產生的可見光信號形成光斑原始圖像，并對光斑圖像進行處理獲得激光光斑可計算圖像信息；

S2、計算出光斑所在位置的極坐標值A(ρ,θ)；

S3、將光斑的極坐標值A(ρ,θ)轉化為2維笛卡爾坐標系坐標A(x,y)；

x＝ρ·cosθ；

y＝ρ·sinθ；

S4、將計算得到坐標值A(x,y)與當前掃描設定位置A’(x’,y’)做比較，實時得到當前光路系統幾何偏差△A(△x,△y)，并通過控制單元實時矯正光路部件，以保證加工零件的幾何精度；

其中△x＝x’-x；

△y＝y’-y；

S5、再次利用系統進行檢測，重復步驟S1-S4，證實幾何精度偏差得到糾正，形成閉環控制。

優選地，步驟S1的圖像處理包括降噪、調整亮度、清除激光輸出功率的影響、清除掃描方向的影響以及清除保護氣流的影響。

優選地，圖像處理具體包括以下步驟：