[发明专利]一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法及装置

权利要求书

1.一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一，测量装置初始化；在控制增材制造过程的计算机中载入三维零件图并进行分层切片，随后选择成形的扫描路径；在工作台上设置成形零件所用的基板和激光测距仪；

步骤二，测量点位置的确定；在基板上垂直放置一块测量点位置标定板，测量点位置标定板与激光测距仪发射到测量点位置标定板的光束垂直，以测量点位置标定板所在平面为XZ平面，以测量光束方向为Y轴建立三维坐标系，在测量点位置标定板上选取测量点位置，将测量光束的光斑与测量点位置重合后固定激光测距仪和基板位置；

步骤三，在基板上开始成形零件，当成形到测量点位置以上且激光测距仪能够接收到自身测量光束信号时，开始测距，直至零件成形完毕且温度降低到室温后停止测量；

步骤四，根据相邻时刻的测距数据得到成形过程中零件上测量点位置处的实时位移，根据位移与时间的关系得到零件增材制造过程中测量点位置处的实时变形曲线；

步骤五，采用多台激光测距仪，对每台激光测距仪同时进行步骤一到四，对成形件上多个点同时进行变形测量，即可获得增材制造成形件中每台激光测距仪所对应位置处的实时变形曲线。

2.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，步骤二中，以测量点位置标定板的底边为X轴，一个侧边为Z轴，测量光束方向为Y轴，底边和侧边的交点为原点，建立三维坐标系；原点为增材制造的起始点。

3.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，步骤四中，根据Z轴单层抬升量ΔZ和测点Z轴坐标值间关系，得到零件堆积层数n为根据零件的成形高度得到当前的堆积层数，用于对零件成形时每层变形量的测量和监控。

4.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，步骤四中，通过如下公式根据测距数据得到零件测量点位置处的变形量x；

式中：a为激光测量光束光轴和激光测距仪中接收透镜光轴的交点到接收透镜前主面的距离；b为接收透镜后主面到成像面中心点的距离；θ1为激光测量光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角；θ2为图像传感器与接收透镜之间的夹角；x′为光点在成像面上的位移。

5.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，步骤四中，以初始时刻测得的距离值为零件测量点位置处不发生变形的初始值。

6.根据权利要求1所述的一种增材制造过程中成形件变形的实时测量方法，其特征在于，当增材制造采用以高能束熔化同步送进的材料并按设定的路径层层堆叠形成三维实体时，步骤三中，当成形到测量点位置以上且激光测距仪能够接收到自身测量光束信号且不受零件成形位置处发光干扰时，开始测距。

7.一种增材制造过程中成形件变形的实时测量装置，用于如权利要求1-6中任意一项所述的测量方法上，其特征在于，包括设置在工作台(6)上的三维移动平台(10)，设置在三维移动平台(10)上的激光测距仪(9)，连接在激光测距仪(9)输出端的上位机(18)，以及垂直放置在基板(7)上的测量点位置标定板(8)；基板(7)设置在工作台(6)上，且位于激光测距仪(9)的测量量程内。