[发明专利]一种移动式大幅面粉末床铺粉检测装置及方法

说明书

本发明涉及属于粉末床增材制造技术领域，特别涉及一种移动式大幅面粉末床铺粉检测装置及方法。所述检测装置包括中控系统、运动控制单元、图像处理单元、移动组件和光学相机组件；所述中控系统分别和运动控制单元、图像处理单元信号连接，用于控制运动控制单元和图像处理单元运行，接收图像处理单元反馈的采集信息。在针对大幅面的粉末床检测中，本发明提出的检测装置与以往固定相机的采集方法相比，大幅度减少了光学相机的使用数量，大比例压缩了设备造价。

技术领域

本发明属于粉末床增材制造技术领域，特别涉及一种移动式大幅面粉末床铺粉检测装置及方法。

背景技术

增材制造是一种由数据驱动、逐层累加材料成形实体零件的先进制造技术。与传统的减材制造相比，该技术可成形轻量化、复杂结构和多材料梯度结构产品。具有工艺流程短、材料浪费少，且无需模具，支持个性化和定制化加工等优点。已广泛应用于航空航天、生物医疗、汽车等领域。根据送料方式的不同，金属增材制造分为熔覆沉积和粉末床熔融(选区熔化)技术两类。后者采用预先在成形区域铺设粉末床，在利用激光或电子束扫描粉末床，使之熔化沉积的多种物理场相互耦合、高度动态的复杂过程。

铺粉后形成的粉末床是电子束或激光束扫描熔化粉末的基础，如果粉末床不平整，将造成扫描过程熔池的不稳定，产生异常凸起或孔隙等缺陷，影响后续成形。造成粉末床不平整的原因有很多，如：①粉刷的磨损和损坏，造成粉末床产生沿着铺粉方向分布的沟壑或隆起；②熔融层凸起，刮刀在凸起处受力跳动，产生垂直于铺粉方向的沟壑或隆起；③粉末量不足，粉床末端没有填充粉末。因此，粉末床的形貌不仅可以反映铺粉装置的工作状态，还可以反映上一层熔融沉积的质量。

对于粉末床形貌检测目前比较成熟的技术方案是采用光学相机拍摄铺粉层形貌，对图像进行灰度纹理分析从而判断铺粉质量。

实际应用中，由于受限于单个光学相机的检测视野和精度，以及封闭式粉末床舱室的空间限制，针对于大幅面粉末床铺粉质量检测仍难以解决。目前市场上比较成熟的光学相机，在保证图像识别精度在0.01mm时，其拍摄视野可以达到200mm*150mm左右。对于面积在1200mm*1200mm以上的大幅面粉末床来说，如需要对粉末床进行全覆盖检测，至少需要48台相机。而市场上单台光学相机价格在10万左右，按上述方式对粉末床进行检测，光学相机系统造价将在480万左右。即便不考虑价格因素，在实际应用中，相机的实际尺寸要比视野范围大，因此要将几十台相机排列安装在空间有限的加工舱室里也具有相当的安装难度。这种方式对相机数量需求较大，而且随着粉末床加工幅面的增加，光学相机的数量将成倍增长，对实际应用更带来了巨大挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种移动式大幅面粉末床铺粉检测装置，所述检测装置包括中控系统、运动控制单元、图像处理单元、移动组件和光学相机组件；

所述中控系统分别和运动控制单元、图像处理单元信号连接，用于控制运动控制单元和图像处理单元运行，接收图像处理单元反馈的采集信息；

所述运动控制单元和移动组件信号连接，用于根据中控系统下达的指令，控制移动组件运行；

所述图像处理单元与光学相机组件信号连接，用于控制光学相机组件运行，并接收光学相机组件拍摄的铺粉层照片，对铺粉层照片进行处理，得到采集信息，将所述采集信息反馈至中控系统；

所述光学相机组件用于定时拍摄获取粉末床的铺粉层照片，并将所述铺粉层照片发送至图像处理单元。

进一步的，所述运动控制单元包括铺粉挡板运动单元和相机运动单元；所述移动组件包括挡板移动组件和相机移动组件；

所述挡板移动组件与粉末床上的铺粉挡板传动连接，所述铺粉挡板运动单元和挡板移动组件电性连接，用于控制铺粉挡板移动；

所述光学相机组件滑动安装在铺粉挡板上的导轨内，且所述光学相机组件与相机移动组件传动连接，所述相机运动单元与相机移动组件电性连接，用于控制光学相机组件沿导轨移动。