[发明专利]增材制造同轴送粉喷嘴测试装置及方法

摘要

本发明一种增材制造同轴送粉喷嘴测试装置及方法，所述装置包括水平移动系统，角度调节系统，视觉成像系统和主体框架，以及用于控制水平移动系统和角度调节系统运动的控制系统；所述方法通过电动控制方式自动调节各送粉喷嘴距离汇聚点的位置与倾斜角度，并利用CCD相机实时获取粉束与粉斑汇聚信息，通过图像识别和对比，能够自动捕捉和记录喷嘴汇聚距离、粉斑大小、汇聚点高度等信息，在测试结束后能够自动搜索对比并给出最优值。因此自动化水平高、使用方便、结果准确可靠。能够对各种形状、大小、角度的同轴送粉喷嘴的汇聚特性进行快速测试，获得最佳的喷嘴送粉角度和汇聚距离；快速准确的对各种形状的同轴送粉喷嘴汇聚特性进行评估。

主权项

1.增材制造同轴送粉喷嘴测试方法，其特征在于，基于如下所述的增材制造同轴送粉喷嘴测试装置，其包括水平移动系统，角度调节系统，视觉成像系统和主体框架，以及用于控制水平移动系统和角度调节系统运动的控制系统；所述的主体框架包括顶板(3)和底板(21)，顶板(3)和底板(21)通过两侧的侧边连接固定形成框架；水平移动系统、角度调节系统和视觉成像系统均安装在主体框架内；所述的水平移动系统用于提供喷嘴(13)在X轴方向和Y轴方向上的四个安装位置；X轴和Y轴形成的水平坐标系与顶板(3)平行；所述的角度调节系统用于设置喷嘴(13)在四个安装位置上的倾斜角度；安装后喷嘴(13)的轴线与对应安装位置上的坐标轴在同一竖直平面内；所述的视觉成像系统包括计算机、顶部垂直向下视觉成像系统和水平视觉成像系统；顶部垂直向下视觉成像系统包括微型CCD相机(16)；微型CCD相机(16)固定安装在经过水平坐标系原点的垂线上微型CCD相机(16)用于实时采集粉末汇聚斑点大小；水平视觉成像系统包括固定安装在侧边上的侧位CCD相机(22)；侧位CCD相机(22)用于实时采集稳定汇聚点时喷嘴距离顶板(3)的高度以及汇聚点到底板的高度；计算机的输入端分别连接微型CCD相机(16)和侧位CCD相机(22)的输出端；所述的方法包括如下步骤，步骤1，预先在控制系统中输入所要测试的喷嘴距中心点距离最大值d1与最小值d2，其差值为Δd；喷嘴倾斜角度最大值α1与最小值α2，其差值为Δα；并设定视觉成像系统拍照频率为n，送粉速率为g，角度调节进给度数β；步骤2，通过控制系统启动水平步进电机驱动滚珠丝杠，使喷嘴自动运行到中心距离最大值与角度最小值处；同时启动视觉成像系统与喷嘴送粉系统；步骤3，水平步进电机控制喷嘴由距中心点最大值处匀速运动到最小值处，向中心聚拢，视觉成像系统按照设定频率进行图像捕捉，其中顶部垂直向下视觉成像系统将获得粉斑水平图像，水平视觉成像系统将获得粉束竖直图像；步骤4，利用图像识别处理软件对捕捉到的粉束竖直图像进行轮廓识别与距离测量，通过距离大小对比，搜索出最小粉束汇聚宽度，并输出此时对应的喷嘴距中心点距离d，喷嘴倾斜角度α，汇聚点到喷嘴高度h与粉斑水平图像；步骤5，通过控制系统控制水平步进电机使得喷嘴自动回程到距离最大值处，喷嘴角度较前一次增大β；重复步骤3和步骤4，直到喷嘴角度达到最大值，获得Δα/β+1组实验数据与粉斑水平图像；步骤6，对比以上Δα/β+1组粉斑水平图像，利用图像识别处理软件进行粉斑轮廓识别与面积计算，搜索得到面积最小粉斑汇聚水平图像，同时输出此时对应的喷嘴距中心点距离D，喷嘴倾斜角度A，汇聚点到喷嘴高度H，作为最优解。