[发明专利]电子束熔丝增材制造形貌测量装置及其补偿控制方法

说明书

一种电子束熔丝增材制造形貌测量装置，包括电子枪、送丝枪、真空室、工作台、形貌检测组件和控制系统；电子枪和真空室连通，电子枪用于产生和发射电子束；送丝枪设于真空室内，送丝枪用于提供焊丝；工作台设于真空室内，工作台面对电子枪设置，工作台用于放置零件；形貌检测组件包括位移传感器和位移传感器控制器，位移传感器安装于真空室的外壁以电子枪为圆心的半径不超过50mm的圆形区域内，位移传感器向真空室内发射激光束，位移传感器用于检测零件的位移和形状；控制系统和位移传感器控制器电连接。上述电子束熔丝增材制造形貌测量装置可以实时快速的得到零件的形貌特征，准确性和实时性更优，可以适应复杂的工业环境。

技术领域

本发明涉及金属零部件的增材制造技术领域，特别涉及一种电子束熔丝增材制造形貌测量装置及其补偿控制方法。

背景技术

增材制造技术又名3D打印或者快速成型。它是一种以三维数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料或者熔丝，通过材料逐层堆叠累积的方式来构造实体零件的技术。相对于传统的材料去除——切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。二十年来，增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术取得了快速的发展。AM技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。目前随着该技术日益成熟，该技术已经越来越多用于零部件的直接制造。具有精度高、制造周期短、材料利用率高、多材料复合制造、产品多样化的优点。

然而，现有技术增材制造工件精度较低、表面质量较差、易出现驼峰、凹坑、塌陷等缺陷。如电子束熔丝增材制造技术，电子束增材制造过程，分层轨迹数据文件中已经将层高固定。然而实际成型过程，由于非平衡的熔凝过程影响因素较多，每一层的层高和形貌尺寸不可避免的会出现与理论设计尺寸发生偏差，每一层的成型尺寸偏离不断积累会造成最终成型零件的尺寸较大偏差，甚至造成零件成形过程失败。在这种情况下就需要一种增材制造过程中进行形貌测量和数据补偿闭环控制的装置，实时或事后的测量成型高度变化情况，并指导成型制造设备调整工艺参数弥补尺寸的、形貌的偏差。

目前国内外普遍采用的是多台视觉传感检测装置或工业相机通过数字模型和计算机算法对形貌进行检测、分析。然而，视觉传感检测装置功能单一，为了测量高度差或翘曲等，需要安装多台传感器或移动传感器，难于确保空间，相当费时，形成整体形貌特征困难。工业相机检测机不易安装照明。而且，即使通过面型相机或线型相机检测宽度及位置等，也无法检测高度及高度差。并且，电子束增材制造过程是在真空环境下完成，熔丝过程会产生大量的金属蒸汽，一般接触式传感器和结构光检测装置都不适用。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种能够适应复杂的工业环境，测量精度高的电子束熔丝增材制造形貌测量装置及其补偿控制方法。

一种电子束熔丝增材制造形貌测量装置，包括电子枪、送丝枪、真空室、工作台、形貌检测组件和控制系统；

所述电子枪和所述真空室连通，所述电子枪用于产生和发射电子束；

所述送丝枪设于所述真空室内，所述送丝枪用于提供焊丝；

所述工作台设于所述真空室内，所述工作台面对所述电子枪设置，所述工作台用于放置零件；

所述形貌检测组件包括位移传感器和位移传感器控制器，所述位移传感器安装于所述真空室的外壁以所述电子枪为圆心的半径不超过50mm的圆形区域内，所述位移传感器向所述真空室内发射激光束，所述位移传感器用于检测所述零件的位移和形状，所述位移传感器控制器和所述位移传感器电连接；

所述控制系统和所述位移传感器控制器电连接。

在其中一个实施例中，还包括真空泵组，所述真空泵组分别与所述真空室和所述电子枪连接，所述真空泵组用于给所述真空室和所述电子枪抽真空。