[發明專利]具有實時原位檢測功能的增材制造裝置

在審

• 申請號: 202110378288.6
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN113092508A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 林峰;趙德陳;張磊;郭超;馬旭龍
• 申請（專利權）人: 清華大學;天津清研智束科技有限公司
• 主分類號: G01N23/2206
• 分類號: G01N23/2206;G01N23/2251;G01N23/203;B33Y50/02;B22F3/105
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 馮靜

1.一種具有實時原位檢測功能的增材制造裝置，其特征在于，所述增材制造裝置利用二次電子檢測粉末床及成形件的表面形貌，進而監測成形過程及成形質量，其中，所述增材制造裝置包括：

成形區域，所述成形區域位于成形真空室內部；

電子束發射聚焦掃描裝置，所述電子束發射聚焦掃描裝置位于所述成形區域上方，利用電子束掃描成形區域，且掃描范圍覆蓋所述成形區域；

二次電子信號采集裝置，所述二次電子信號采集裝置用于采集電子束掃描成形區域時產生的二次電子信號；

控制器，所述控制器用于控制所述電子束發射聚焦掃描裝置對所述成形區域進行掃描處理，并控制所述二次電子信號采集裝置采集電子束掃描過程中的二次電子信號和電子束偏轉信號，并對二次電子信號和電子束偏轉信號進行數據處理生成圖像、分析成形質量和進行工藝反饋控制；

其中，所述二次電子信號采集裝置包括：

至少兩個二次電子探測器，所述二次電子探測器位于所述成形真空室內部，側置于所述成形區域的近距離處；

電流放大器，所述電流放大器的多個輸入端分別連接所述至少兩個二次電子探測器，將二次電流信號放大后輸入AD采集卡；

AD采集卡，所述AD采集卡的多個采樣通道均與所述電流放大器相連，且與所述控制器相連，所述AD采集卡的另外兩路輸入通道連接所述電子束發射聚焦掃描裝置的偏轉線圈，同步采集偏轉線圈的驅動信號。

2.根據權利要求1所述的具有實時原位檢測功能的增材制造裝置，其特征在于，所述至少兩個二次電子探測器位于成形區域四周，以不影響電子束對最大成形范圍的掃描為準，且二次電子探測器部分或全部位于距離成形區域垂直高度小于掃描范圍長度的區域。

3.根據權利要求2所述的具有實時原位檢測功能的增材制造裝置，其特征在于，所述至少兩個二次電子探測器關于所述成形區域中心軸線圓周對稱分布。

4.根據權利要求1所述的具有實時原位檢測功能的增材制造裝置，其特征在于，所述控制器具體包括：首先對二次電子信號進行信號處理，去除二次電子信號中的高頻噪聲；其次根據電子束偏轉信號與坐標點的映射關系，將電子束偏轉信號轉換成電子束掃描點坐標，從相同坐標位置處已去除高頻噪聲的二次電子信號提取特征值，將位置相關的特征值根據全局最大最小值轉化為灰度值，并將所述灰度值按照掃描點位置排列成二維電子圖像；然后對二維電子圖像進行處理和分析以統計成形精度和識別缺陷，以用于工藝反饋控制。

5.根據權利要求4所述的具有實時原位檢測功能的增材制造裝置，其特征在于，所述對二維電子圖像進行處理和分析以統計成形精度和識別缺陷，以用于工藝反饋控制，具體包括：

采用圖像處理算法或深度學習算法從每一幀的圖像組上提取熔融層輪廓，與原始CAD輪廓數據對比，計算當前層成形的精度；通過圖像處理或深度學習算法識別熔融層上孔隙和凸起缺陷，統計缺陷的數量、尺寸和位置分布；

當成形尺寸誤差超出閾值則停止打印；當缺陷數量超出停機閾值時停止打印，如果未超出停機閾值，但超出修復閾值，則對當前熔融層進行局部重熔，修復缺陷；或者調整下一層掃描成形工藝參數，修復熔融層缺陷。