[发明专利]一种3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置与方法

摘要

本发明公开了一种3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置与方法；该装置包括扫描振镜，半透半反镜，滤光片，激光头，高速摄像机，控制器等。扫描振镜用于控制激光束选择性熔化金属粉末，半透半反镜将熔池辐射反射入所述高速摄像机并转化为图像信息传至控制器。本装置针对SLM加工过程的粉末熔化进行监控，并反馈至计算机软件界面，实时反映不同位置的熔池特征，并精确测量每一熔化层的轮廓，通过反求方式获得零件模型，将该模型与原始三维模型进行比较分析，获得金属3D打印零件与原始模型数据在精度尺寸方面的误差。可精确获取3D打印过程中内部缺陷的位置、立体形状，避免了打印零件后期针对零件的破坏性试验。

主权项

1.一种3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷方法，包括3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置，该反求零件模型及定位缺陷装置包括：激光头（3）、扫描振镜（9）和计算机（1）；其特征在于还包括：半透半反镜（16）、高速摄像机（20）、控制器（2）；所述高速摄像机（20）通过控制器（2）与计算机（1）电讯连接；/n所述激光头（3）的激光光路（17），经半透半反镜（16）反射入扫描振镜（9），由扫描振镜（9）控制激光束选择性熔化平铺在工作平台（15）上的金属粉末；同时，扫描振镜（9）采集熔池辐射，并将其透过半透半反镜（16）传至高速摄像机（20），高速摄像机（20）对该熔池辐射数据进行处理，并转化为图像信息传至控制器（2），控制器（2）用于处理图像数据，以确定熔池位置和生成每一熔化层的轮廓；/n所述控制器（2）包括：/n图像采集模块，用于控制高速摄像机（20）采集工件每一层成型过程中的熔池实时图像数据，并保存在其内存中；/n图像轮廓提取模块，将反馈至高速摄像机（20）的彩色图像显示成灰度图像，并建立其坐标系；利用中值滤波器模板对灰度图像进行滤波以平滑图像、去除噪音；利用灰度直方图，选取直方图的阈值作为最小值，根据阈值对图像进行二值化处理，分割为熔池像素点和非熔池像素点，提取熔池轮廓；/n图像三角形化模块，将图像处理得到的断层轮廓用多边形逼近，然后在相邻的断层多边形顶点之间连接成三角形，再将物体的上下端面三角化，输出STL文件；/n工作周期开始时，由图像采集模块采集图像信息，传输至图像轮廓提取模块提取熔池轮廓信息，并根据该信息建立过程文件，在计算机界面上反馈加工状态，待到该层加工完毕，根据过程文件提取该层轮廓；图像三角形化模块根据工件的多层轮廓，得到工件的完整的三维模型，输出STL文件；/n所述高速摄像机（20）与半透半反镜（16）之间的光路上增设有滤光片（19），用于滤出熔池采集波段；/n所述3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷方法，通过如下步骤实现：/n步骤一：扫描振镜（9）、半透半反镜（16）、滤光片（19）组成同轴光路，熔池辐射光通过该同轴光路反射、过滤至高速摄像机（20）上；/n步骤二：以工件的成型平面中心为原点建立坐标系，高速摄像机（20）根据平面成型轨迹，捕捉成型平面上的熔池位置，同时记录此位置的熔池形态；/n步骤三：经过控制器（2）的图像处理得到熔池尺寸，当熔池尺寸偏离标准值的偏差范围时记录为异常位置，否则为正常位置；控制器（2）将该位置信息实时反馈至计算机（1）的实时监控界面上，在监控界面相应位置反映熔池信息，若为正常位置则显示绿色，若为异常位置则显示红色；/n步骤四：在该层数据加工完成后，高速摄像机（20）收集该层成型平面数据，控制器（2）提取工件的该层轮廓数据并保存；在零件整体加工完成后，根据工件的每层轮廓数据生成三维模型，将当前生成的该三维模型与预先内置在计算机（1）中的原始三维模型进行比较分析，获得金属3D打印零件与原始模型数据在精度尺寸上的误差；同时，在模型内的异常位置红色高亮，并显示所在层数可供查看。/n