[發明專利]一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 202011185854.3
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112378820B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 南文光;顧益青
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/84
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

1.一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測裝置，其特征在于：包括伺服電機(1)、特制刮刀(5)、扭矩傳感器(3 )、升降臺(10)、環形鋪粉板(7)、底板(8)、工業相機(12 )；所述伺服電機(1)與扭矩傳感器(3)之間通過聯軸器(2)連接，所述特制刮刀(5)由聯軸器(4)固定于扭矩傳感器(3)下方，砂紙(6)由膠水粘貼于環形鋪粉板(7)上，環形鋪粉板(7)裝配到底板(8)槽內，底板(8)位于升降臺(10)上方，升降臺(10)下方固定有壓力傳感器(9)，所述特制刮刀(5)與砂紙(6)存在間隙，所述砂紙(6)正上方通過支架(11)固定有工業相機(12)；以上所有裝置均密封于透明箱體(13)內。

2.根據權利要求1所述的一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測裝置，其特征在于：所述特制刮刀(5)整體為L型，由兩軸焊接而成，圓軸與扭矩傳感器通過聯軸器連接，方軸前端設有2個弧形擋板，構成槽形通道。

3.根據權利要求1所述的一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測裝置，其特征在于：所述底板(8)為圓形，底板(8)直徑略大于環形鋪粉板(7)，底板(8)上開環形槽，槽的大小和深度與環形鋪粉板(7)一致，環形鋪粉板(7)裝配入底板(8)中。

4.根據權利要求1所述的一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測裝置，其特征在于：其特征在于：所述砂紙(6)為與環形鋪粉板(7)同樣大小的高目砂紙，粘貼于環形鋪粉板(7)上。

5.一種采用權利要求1、2、3或4所述的新型增材制造粉末鋪展性能檢測裝置的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：將環形鋪粉板(7)上粘貼砂紙(6)，并裝配于底板(8)槽內；

步驟2：使用塞尺調節環形鋪粉板(7)與特制刮刀(5)之間的間隙；

步驟3：將待檢測粉末通過堆疊漏斗送至環形鋪粉板(7)砂紙(6)上；

步驟4：調節透明箱體(13)內的溫濕度工況；

步驟5：開啟伺服電機(1)，帶動特制刮刀(5)運動，扭矩傳感器(3)與壓力傳感器(9)監測鋪粉過程；

步驟6：使用工業相機(12)拍攝鋪粉之后的粉末層圖像；

步驟7：對粉末層進行圖像處理和數據分析，通過空斑分布特征和鋪粉過程中的無量綱扭矩和無量綱壓力變化情況來綜合測量和表征粉末的鋪展性能，其中無量綱壓力為壓力與粉末重力的比值。

6.根據權利要求5所述的一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測方法，其特征在于：所述堆疊漏斗包括漏斗和支撐桿，支撐桿上一側從上至下依次設有第一漏斗、第二漏斗和第三漏斗，三個漏斗口位于同一軸線，且為不同規格，分別為7mm、5mm、3mm。

7.根據權利要求5所述的一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測方法，其特征在于：所述透明箱體(13)抽成真空或通入惰性氣體以模擬多種不同溫濕度下的工況。

8.根據權利要求5所述的一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測方法，其特征在于：所述步驟7中粉末層圖像處理方法，包括：首先利用ImageJ軟件對拍攝圖像進行分析；用去噪插件增加圖像清晰度，將默認的自動閾值方法應用于兩個閾值圖像，一個用于空隙，另一個用于粒子，以便在接下來的步驟中簡化分析；啟動尺寸分析，將兩幅圖像傳遞到MATLABR2018a進行分析；由于關鍵在于空斑的大小和數量密度，故先將粒子圖像放大5個像素，以消除價值不大的小空斑/區域，并定義空斑的特定邊界；從原始的二值/閾值空洞圖像中減去新生成的膨脹粒子圖像，得到空洞的侵蝕圖像；新侵蝕的圖像中的空隙被擴大，以恢復到原來的大小，同時也有明確的空白斑塊的邊界；由于空隙需要一定的大小和數量密度，故去除新形成的圖像中的小物體；經過上述圖像處理操作，最終得到較為清晰的粉末層圖像，經過網格劃分，將圖像劃分為多個Δx×Δy的網格，網格內粉末的面積A_P滿足如下公式時

該網格判定為空斑；進而得出圖像中的空斑特征。