[实用新型]一种激光选区熔化加工过程离轴监测装置

说明书

本实用新型公开了一种激光选区熔化加工过程离轴监测装置，本实用新型能够在激光打印加工过程中，通过相机和红外热像仪对打印表面状态持续采集，并将采集后的图像发送至图像采集控制器中，图像采集控制器将相机和红外热像仪所采集到的粉床与打印成型的质量信息发送至计算机中，本装置能与激光选区熔化设备完美兼容，实现零部件制作过程中的自动在线监测，本装置不仅能在激光选区熔化成形过程中监测铺粉平整度信息捕捉铺粉缺陷，还可在逐层打印过程中识别其他嵌入的打印缺陷，并且通过相机和红外热像仪能够识别整个工作台平面，适用范围广，工作精度高。

技术领域

本实用新型属于增材制造领域，具体涉及一种激光选区熔化加工过程离轴监测装置。

背景技术

激光选区熔化技术(SelectiveLaserMelting，SLM)是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。

在SLM加工成形过程中，零件的质量受到设备系统稳定性(气氛环境、送粉和铺粉机构稳定性等)、工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距、加工层厚等)、原材料等多重影响；这些影响因素一旦得不到有效控制，便会在成形零件中形成孔洞、球化、裂纹等缺陷，进而使SLM打印的零部件质量无法达到实际使用要求。因此，要想获得高质量的SLM打印零部件，必须对SLM工艺过程的每一层成形过程和成形质量进行监测，并及时优化工艺参数，进而减少甚至消除成形缺陷。

近几年，研究人员有单纯利用工业相机观察铺粉平整度信息或单纯利用热像仪来进行缺陷捕捉的尝试，也有利用高速摄像仪观察粉末熔化道特征以捕捉激光与粉末的相互作用。但是，仅使用工业相机只能在铺粉时监测铺粉平整度信息捕捉铺粉缺陷，而仅使用红外热像仪则只能在逐层打印完成时捕捉热场信息且精度有限；二者均不能全面地获取逐层的零件质量信息。而采用高速相机观察熔化道时，相机镜头需离工作平面很近，观察视场极小，不能有效监测整个工作台平面。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种激光选区熔化加工过程离轴监测装置，不仅能在激光选区熔化成形过程中监测铺粉平整度信息捕捉铺粉缺陷，还可在逐层打印过程中识别其他嵌入的打印缺陷。

为了达到上述目的，本实用新型包括激光器、图像采集控制器和密封腔室，图像采集控制器连接相机和红外热像仪，激光器连接扫描振镜，密封腔室内设置有成型缸，扫描振镜、相机和红外热像仪均照射成型缸的上表面，图像采集控制器连接计算机；

激光器和扫描振镜用于在成型缸上表面逐层打印零部件；

相机和红外热像仪用于捕捉成型缸上表面的粉床与逐层成型质量信息，并发送至图像采集控制器；

图像采集控制器用于接收粉床与逐层成型质量信息并识别打印异常或缺陷，并将打印异常或缺陷数据发送至计算机中；

计算机用于显示和保持图像采集控制器发送的数据。

图像采集控制器包括图像采集模块，图像采集模块连接图像识别模块，图像识别模块连接图像传输模块；

图像采集模块用于控制相机和红外热像仪采集铺粉、打印以及逐层打印完时的图像数据，并将图像数据发送至图像识别模块；

图像识别模块用于对图像数据进行纠偏、降噪和增强处理，并进行打印异常或缺陷识别，并将结果图像发送至图像传输模块；

图像传输模块用于将结果图像发送至计算机。

密封腔室的顶面上开设有可见光视窗、红外光视窗和振镜窗口，相机通过可见光视窗拍摄成型缸，红外热像仪通过红外光视窗拍摄成型缸，扫描振镜通过振镜窗口照射成型缸。

红外光视窗的材质与红外热像仪所响应波长相对应。