[发明专利]一种集成多传感器的多轴增材制造智能监控及检测系统

说明书

一种集成多传感器的多轴增材制造智能监控及检测系统，包括多传感器监控系统、智能多轴增材制造平台、终端、控制系统，终端包括多数据信息处理中心和人机界面，控制系统包括控制器、通信模块，多传感器监控系统设在智能多轴增材制造平台上，多传感器监控系统分别与智能多轴增材制造平台、终端、控制器相连，终端的人机界面与控制系统的通信模块相连；本发明能够更好地实现多传感器实时监控加工过程和获取制造部件性能指标。集成多传感器的增材制造系统能实时全面地监控增材制造过程中的材料成型过程及该过程的温度梯度变化，并通过无损检测传感器获取成型部件局部或整体的性能特征，实现构件成型缺陷监测以及精准控制材料空间排布。

技术领域

本发明属于多轴机械臂增材制造技术领域，具体涉及一种集成多传感器的多轴增材制造智能监控及检测系统。

背景技术

虽然在国内外近几年的研究中，增材制造技术有了质的飞跃，尤其汽车、航空航天等领域。但目前大多数增材制造技术并没有利用传感器数据来实时纠正增材过程，基本上是在一个开环上运行，据此预定义的打印参数决定了零件的质量和成功。工艺过程的在线监控对于推动增材制造在工业大规模应用有着极其重要的意义。一方面，通过监测可能出现的缺陷信号以及时修正和控制相关工艺有助于提供工艺可靠性；另一方面，记录的制造工艺参数信息也使得成型件质量可追溯，有助于推动增材制造在航空航天等高端应用的落地。

目前，比利时鲁汶大学、芬兰拉彭兰塔理工大学等对增材制造过程熔池尺寸和温度场在线监控、工艺参数反馈控制进行了研究；西班牙加泰罗尼亚理工大学、美国国家标准与技术研究院等进行了在线和离线超声检测增材类试样内部缺陷研究；清华大学、英国曼彻斯特大学、澳大利亚蒙纳士大学等进行了增材试样缺陷离线X射线检测研究。橡树岭国家实验室的研究人员开发了一个基于人工智能的软件，能够实时监控PBF 3D打印过程。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的工程师正在利用机器学习算法来监测预防金属3D打印部件的缺陷；卡内基梅隆大学工程学院的研究人员也在将计算机视觉算法用于激光粉末床增材制造过程，并实现了工艺的实时控制。南京理工大学牵头的“智能化增材制造系统平台”项目，主要针对航空、航天、兵器等领域关键构件快速、可靠、高质量定制化研制生产的迫切需求，研发过程监测与控制等关键智能模组，形成在线监测反馈系统及装备自诊断系统。

现有的增材制造监测系统，多为单一传感器监测系统。这种监测系统利用单一传感器监测部件性能，缺乏对增材制造过程中部件的工艺参数以及性能参数的全面监测，很难达到提高制造效率以及保证部件质量的目的。

同时目前工艺监测系统与性能检测系统多为分离模块，极少有工艺开发装备兼具实时工艺监测系统与性能的无损检测系统；如何实现这两类系统的协同工作并耦合工艺机理表征仍然未在现有增材制造装备中得到应用。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种集成多传感器的多轴增材制造智能监控及检测系统，能够更好地实现多传感器实时监控加工过程和获取制造部件性能指标。集成多传感器的增材制造系统能实时全面地监控增材制造过程中的材料成型过程及该过程的温度梯度变化，并通过无损检测传感器获取成型部件局部/整体的性能特征，实现构件成型缺陷监测以及精准控制材料空间排布，从而提高制造效率，构件质量和工艺稳定性，并降低制造成本。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种集成多传感器的多轴增材制造智能监控及检测系统，包括多传感器监控系统、智能多轴增材制造平台、终端、控制系统，所述终端包括多数据信息处理中心和人机界面，控制系统包括控制器、通信模块，多传感器监控系统设在智能多轴增材制造平台上，所述多传感器监控系统分别与智能多轴增材制造平台、终端、控制器相连，所述终端的人机界面与控制系统的通信模块相连；

所述多传感器监控系统用于实时监控和检测增材制造部件的工艺过程和性能特征，所述终端用于从多传感器接收多个数据并反馈多个数据，所述控制器从终端接收多个反馈数据并驱动增材制造平台按反馈工艺参数打印部件。