[發明專利]基于激光位移傳感器同軸送粉設備檢測熔覆質量的方法

有效

• 申請號: 201911412110.8
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111060026B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 尚瑋;關凱;周峰
• 申請（專利權）人: 天津鐳明激光科技有限公司
• 主分類號: G01B11/245
• 分類號: G01B11/245;G01B11/00;C23C24/10;B33Y40/00
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 張倩

本發明涉及一種基于激光位移傳感器同軸送粉設備檢測熔覆質量的方法，包括如下步驟：首先，伺服電機根據加工程序規定的運動軌跡運動；其次，控制器將伺服電機編碼器反饋的熔覆頭相對于熔覆工件的機床實際坐標位置先與激光位移傳感器監測工件信號位置作比較，判斷兩者位置偏差是否超過提前設定的激光位移傳感器采集信號的偏差范圍，在自動進行信號處理；同時，控制器將伺服電機編碼器反饋的熔覆頭相對于熔覆工件的機床實際坐標位置再與伺服電機預規劃指令位置作比較，判斷兩者位置偏差是否超過提前設定的伺服電機自動調整偏差范圍，在對伺服電機進行自動調整。本發明的檢測方法對于所有檢測困難的工件都可實現超穩定的高精度測量。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，特別是涉及一種基于激光位移傳感器同軸送粉設備檢測熔覆質量的方法。

背景技術

同軸送粉激光熔覆技術是激光快速成型技術的一個重要發展方向，激光快速成型設備，按照送粉方式不同，可分為鋪粉式和同軸送粉式熔覆技術兩個主要技術方向。鋪粉式3D打印設備的鋪粉裝置包括儲粉室、鋪粉軸和刮板，在工件打印區域，經激光掃描過的路徑凝固成固態結構，隨后打印區域基板整體下降一定高度，刮板將儲粉室內的3D打印金屬粉末刮至打印區域，使3D打印金屬粉末覆蓋已成型的打印工件表面，開始新一層的打印成型過程。同軸送粉式3D打印設備的送粉過程是由送粉器連續輸入3D打印金屬粉末材料，在惰性氣體保護氣氛下，金屬粉末被加熱熔化，又迅速凝固，并與基體材料形成冶金結合，并最終形成具有一定幾何形狀的打印件。

鋪粉式3D打印設備與同軸送粉式3D打印設備的工作原理不盡相同，但都是利用高能量的激光束對金屬粉末材料進行快速熔化、快速凝固成型技術。同軸送粉技術與其他快速成型技術相比，具有短周期、低成本、高柔性、高性能等特點。但是也存在由于隨運動方向變化，送粉量的影響，熔覆層表面平整度與鋪粉式設備相比較差的問題。當前同軸送粉設備面對于打印大幅面大尺寸工件時，工藝人員常常需要在打印一定層數后，就停止激光熔覆，檢測工件表面熔覆質量以及熔覆過程之中是否有由于熱應力分布不均或熔覆件殘余應力造成熔覆件表面開裂，變形等問題。

目前，國內還沒有采用針對于同軸送粉激光熔覆成型的實時檢測熔覆質量技術，國外對于同軸送粉激光熔覆成型的實時檢測熔覆質量技術主要采用攝像或視覺傳感器法。但是該技術存在幾個問題：1)攝像或視覺用CCD工業相機受激光強光和熔覆過程中產生煙塵影響，經過算法修正后，其識別誤差依然很大；2)檢測熔覆質量需要進行圖像處理，圖像處理速度嚴重制約著熔覆速度，導致熔覆速度不能很快，熔覆效率不高。

現有大尺寸同軸送粉打印設備和技術都存在著不能夠完全自動化打印的問題。因此，如何引入自動化實時檢測熔覆質量技術，實現整個打印過程無需停機檢測，成為同軸送粉激光熔覆設備提高熔覆質量，提升熔覆加工效率，減輕操作工藝人員工作量的關鍵。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于激光位移傳感器同軸送粉設備檢測熔覆質量的方法，該檢測方法對于所有檢測困難的工件都可實現超穩定的高精度測量。

本發明是這樣實現的，一種基于激光位移傳感器同軸送粉設備檢測熔覆質量的方法，所述的基于激光位移傳感器同軸送粉設備包括控制器、定時器、緩沖器、兩個激光位移傳感器和伺服電機，所述控制器分別與定時器、緩沖器、兩個激光位移傳感器、伺服電機連接，兩個激光位移傳感器分別與緩沖器連接，每個所述激光位移傳感器發射波長為405nm藍色激光，兩個激光位移傳感器成一定角度設置，安裝于待測工件上方；

檢測熔覆質量的方法包括如下步驟：

1)調整兩個激光位移傳感器的物鏡使兩個激光位移傳感器發射的激光進行聚焦，同時，兩個激光位移傳感器的光接收組件只接收405nm波段的反射激光；

提前設定加工程序規定的運動軌跡，激光位移傳感器采集信號的偏差范圍，伺服電機的自動調整偏差范圍；