[發(fā)明專利]金屬增材制造多種監(jiān)測(cè)設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010514448.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111795977A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉勝;李輝;米紀(jì)千;胡平;張國慶;張臣;申勝男
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/95
• 分類號(hào): G01N21/95;G01N23/046;G01N25/72;G01N29/04;G01N33/2045;B33Y30/00
• 代理公司: 北京匯澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 秦曼妮

本發(fā)明提供了一種金屬增材制造多種監(jiān)測(cè)設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，包括：高速相機(jī)檢測(cè)模塊，對(duì)增材制造件的三維輪廓精度和熔池輪廓進(jìn)行檢測(cè)；可見分光計(jì)檢測(cè)模塊，對(duì)激光的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行檢測(cè)；紅外熱像儀檢測(cè)模塊，對(duì)熔池溫度進(jìn)行檢測(cè)；抵近可見高光譜相機(jī)檢測(cè)模塊，對(duì)熔池以及濺射的空間信息和光譜信息進(jìn)行檢測(cè)；干涉成像光譜儀檢測(cè)模塊，獲取增材制造件的二維空間圖像和一維光譜信息；應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)模塊，監(jiān)測(cè)增材制造件應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；激光超聲檢測(cè)模塊，配合旋轉(zhuǎn)式加工臺(tái)對(duì)增材制造件的表面及近表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)；電子計(jì)算機(jī)斷層掃描模塊，配合旋轉(zhuǎn)式加工臺(tái)檢測(cè)增材制造件的內(nèi)部缺陷和內(nèi)部幾何輪廓；激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)模塊，確定增材制造件物質(zhì)成分及含量；中央處理器發(fā)現(xiàn)加工誤差和冶金缺陷后反饋給金屬增材制造加工端。本發(fā)明可以從本質(zhì)上提高成品件的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬增材制造領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬增材制造多種監(jiān)測(cè)設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)

增材制造被視為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新增長點(diǎn)，在各國政府和市場(chǎng)相互推動(dòng)下，增材制造技術(shù)得到了質(zhì)的飛躍式發(fā)展，但還未形成大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。在制造過程中成型件的性能和制造精度都會(huì)有一定量的不達(dá)標(biāo)，當(dāng)前SLM產(chǎn)品的成品率大概為70％，較低的成品率嚴(yán)重影響了增材制造大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。其主要原因是加工過程中的工藝可重復(fù)性和質(zhì)量的可靠性問題還沒有一種實(shí)質(zhì)可靠的解決方案。目前在航空航天領(lǐng)域，由于器件多是大尺寸構(gòu)件，耗時(shí)大致幾天到幾個(gè)月不等。因此，質(zhì)量的可靠性尤為重要，亟需實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置或設(shè)備對(duì)增材制造過程的監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行反饋處理，從而對(duì)加工過程進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)控來實(shí)時(shí)優(yōu)化整個(gè)加工過程，提高構(gòu)件最終成品率及打印質(zhì)量。因此，國內(nèi)外近幾年很多研究機(jī)構(gòu)都對(duì)此進(jìn)行了研究。目前，美國國家航空航天局、美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室、美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室等對(duì)大型航空零部件，復(fù)雜工業(yè)零部件增材制造過程中的加工工件形貌輪廓在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行了研究。德國EOS、德國SLMSolutions、美國3Dsystems公司等對(duì)增材制造試樣加工材料進(jìn)行了研究；比利時(shí)魯汶大學(xué)、德國亞琛工業(yè)大學(xué)、芬蘭拉彭蘭塔理工大學(xué)等對(duì)增材制造過程熔池尺寸和溫度場(chǎng)在線監(jiān)控、工藝參數(shù)反饋控制進(jìn)行了研究；德國夫瑯禾費(fèi)研究所、西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院等進(jìn)行了在線和離線超聲檢測(cè)增材類試樣內(nèi)部缺陷研究；清華大學(xué)、美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、英國曼徹斯特大學(xué)、澳大利亞蒙納士大學(xué)進(jìn)行了增材試樣缺陷離線X射線檢測(cè)研究。但是目前，兼顧全方位在線監(jiān)測(cè)并反饋的控制設(shè)備還是非常匱乏的，增材制造過程中，工藝參數(shù)和外部環(huán)境的波動(dòng)均可能在零件內(nèi)部局部區(qū)域產(chǎn)生各種冶金缺陷，如層間及道間局部未熔合、卷入性和析出性氣孔、夾雜物、裂紋、應(yīng)力集中、翹曲變形等，并最終影響成形零件的內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能和構(gòu)件的服役使用安全。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種金屬增材制造多種監(jiān)測(cè)設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，旨在用于解決現(xiàn)有的金屬增材制造監(jiān)控設(shè)備因獲取信息不全面而無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工缺陷產(chǎn)生原因的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種金屬增材制造多種監(jiān)測(cè)設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，包括高速相機(jī)檢測(cè)模塊、可見分光計(jì)檢測(cè)模塊、紅外熱像儀檢測(cè)模塊、抵近可見高光譜相機(jī)檢測(cè)模塊、干涉成像光譜儀檢測(cè)模塊、應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)模塊、激光超聲檢測(cè)模塊、電子計(jì)算機(jī)斷層掃描模塊、激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)模塊以及中央處理器，上述各檢測(cè)模塊均與所述中央處理器電連接；