一种多激光自动校正装置、方法及增材制造设备与流程

本申请涉及增材制造，特别是涉及一种多激光自动校正装置、方法及增材制造设备。

背景技术：

1、增材制造技术是一种通过控制激光器逐层扫描，层层叠加形成三维物体的快速制造技术。其工艺流程如下：首先对工件的三维模型进行切片处理，得到工件每一层的轮廓信息；将粉末状材料均匀地铺洒在工作平台表面上，激光器根据系统指令选择性地熔化粉末；一个截面完成后，再铺上一层新材料，继续有选择性地根据三维物体对应的截面信息进行扫描；按照此方法再对下一个截面进行铺粉扫描，最终得到三维物体。

2、随着待打印工件的尺寸越来越大，采用多激光器烧结工作区域可以提高单位面积内的烧结效率、缩短单位面积内的烧结时间。现有技术的多激光增材制造设备，一般包括多组扫描系统，每组扫描系统通常包括一个激光器、一个xy扫描振镜系统、一个聚焦系统。其中聚焦系统可以采用动态聚焦系统或定焦系统。对于同一个增材制造设备中采用的多组扫描系统，即使这些扫描系统采用相同的设计和设置，也会由于光学元器件之间的差异，扫描系统的装配差异等原因导致不同的扫描系统在工作台面上进行扫描烧结的时候，在不同扫描系统的重叠区域内存在错位，通常称这种在多扫描系统的重叠区域内出现的错位为搭接错位。

3、目前，在采用多组扫描系统进行选择性激光烧结开始之前，会对多组扫描系统的重叠区域进行搭接调试，以确保多组扫描系统之间的搭接错位量满足设备规格，例如50微米，100微米等搭接错位规格。但是在多扫描系统的选择性激光烧结过程中，由于高功率激光在烧结融化粉末时候产生的局部温度瞬时升高，导致设备内部的温度场波动，进而导致设备机械结构和多扫描系统机械装配结构的热形变；长期积累的热形变会使调试合格的多扫描系统的搭接错位量发生改变，超出设备规格，从而导致烧结质量下降。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种多激光自动校正装置、方法及增材制造设备，该多激光自动校正装置可在烧结过程在线监测多激光的搭接错位量变化，并进行及时校正，从而提高了多激光搭接区域的烧结质量。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种多激光自动校正装置，包括至少两个扫描系统和控制系统，每两个相邻扫描系统中一个为具有激光扫描功能的常规扫描系统，另一个为具有激光扫描功能以及采集并检测烧结区域中熔池产生的光信号功能的非常规扫描系统；其中，

3、控制系统控制常规扫描系统在常规扫描系统和非常规扫描系统的重叠区域进行扫描，并控制非常规扫描系统不出光并固定指定于重叠区域的至少一个预设位置，该预设位置位于常规扫描系统的扫描范围内，以使非常规的扫描系统采集并检测预设位置熔池产生的光信号；

4、控制系统通过光信号和预设位置之间的比较判定常规扫描系统和非常规扫描系统是否存在搭接错位，并在搭接错位后对常规扫描系统进行校正。

5、作为本发明的进一步优选方案，所述非常规扫描系统包括扫描主体部件、光学分束器、监测部件和滤光片，所述滤光片设置于监测部件的一端，用于滤除常规扫描系统发射的激光；所述光学分束器位于扫描主体部件和监测部件之间，以使光信号依次通过扫描主体部件、光学分束器和滤光片后，被监测部件采集并检测。

6、作为本发明的进一步优选方案，所述常规扫描系统在重叠区域中的空白区域的至少一个子区域进行扫描，所述空白区域是指没有待打印工件的区域。

7、作为本发明的进一步优选方案，所述监测部件为光电二极管或相机。

8、本发明还提供了一种多激光自动校正装置的校正方法，包括以下步骤：

9、控制系统获取非常规扫描系统检测的光信号，并将其转换为重叠区域中对应的实际位置；

10、当实际位置和预设位置存在的差异大于允许错位量时，对常规扫描系统进行校正。

11、作为本发明的进一步优选方案，对常规扫描系统进行校正具体包括：

12、获取实际位置和预设位置在x方向上的搭接错位量，以及实际位置和预设位置在y方向上的搭接错位量；

13、以常规扫描系统的理论校准表为基准，根据x方向上的搭接错位量和y方向上的搭接错位量进行错位量修正，以得到常规扫描系统的修正后的校准表；

14、根据修正表对常规扫描系统进行校正。

15、作为本发明的进一步优选方案，所述校正方法在待打印工件的每一层烧结工作之前启动并执行。

16、本发明又提供了一种增材制造设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的校正方法的步骤。

17、本发明又提供了一种增材制造设备，包括上述任一项所述的多激光自动校正装置。

18、作为本发明的进一步优选方案，该增材制造设备包括呈四行*两列分布的八个扫描系统，其中四个为常规扫描系统，四个为非常规扫描系统，且常规扫描系统和非常规扫描系统交错设置于每一行或每一列。

19、本发明的多激光自动校正装置、方法及增材制造设备，通过采用上述技术方案，可以实现以下有益效果：

20、1、本发明在现有多激光扫描系统中，仅需在相邻的扫描系统中的其中一个增加采集并检测烧结区域中熔池产生的光信号功能，便可通过控制系统在烧结过程实现监测和校正，从而提高了搭接区的烧结质量；而当校正完后，便可以不启动该扫描系统的检测光信号功能，按照该扫描系统的原有扫描功能进行继续扫描工作，因此，本发明在现有结构(扫描系统)的基础上仅需增加很少部件(具备检测光信号功能)便可实现，节约了设备成本。

21、2、本发明的多激光自动校正装置整体结构简单，成本低，且占据空间小。

技术特征：

1.一种多激光自动校正装置，其特征在于，包括至少两个扫描系统和控制系统，每两个相邻扫描系统中一个为具有激光扫描功能的常规扫描系统，另一个为具有激光扫描功能以及采集并检测烧结区域中熔池产生的光信号功能的非常规扫描系统；其中，

2.根据权利要求1所述的多激光自动校正装置，其特征在于，所述非常规扫描系统包括扫描主体部件、光学分束器、监测部件和滤光片，所述滤光片设置于监测部件的一端，用于滤除常规扫描系统发射的激光；所述光学分束器位于扫描主体部件和监测部件之间，以使光信号依次通过扫描主体部件、光学分束器和滤光片后，被监测部件采集并检测。

3.根据权利要求2所述的多激光自动校正装置，其特征在于，所述常规扫描系统在重叠区域中的空白区域的至少一个子区域进行扫描，所述空白区域是指没有待打印工件的区域。

4.根据权利要求2或3所述的多激光自动校正装置，其特征在于，所述监测部件为光电二极管或相机。

5.一种权利要求1至4任一项所述的多激光自动校正装置的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的校正方法，其特征在于，对常规扫描系统进行校正具体包括：

7.根据权利要求5所述的校正方法，其特征在于，所述校正方法在待打印工件的每一层烧结工作之前启动并执行。

8.一种增材制造设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求5至7任一项所述的校正方法的步骤。

9.一种增材制造设备，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的多激光自动校正装置。

10.根据权利要求9所述的增材制造设备，其特征在于，该增材制造设备包括呈四行*两列分布的八个扫描系统，其中四个为常规扫描系统，四个为非常规扫描系统，且常规扫描系统和非常规扫描系统交错设置于每一行或每一列。

技术总结
一种多激光自动校正装置，包括至少两个扫描系统和控制系统，每两个相邻扫描系统中一个为具有激光扫描功能的常规扫描系统，另一个为具有激光扫描功能以及采集并检测烧结区域中熔池产生的光信号功能的非常规扫描系统；控制系统控制常规扫描系统在常规扫描系统和非常规扫描系统的重叠区域进行扫描，并控制非常规扫描系统不出光并固定指定于重叠区域的至少一个预设位置，以使非常规的扫描系统采集并检测预设位置熔池产生的光信号；控制系统通过光信号和预设位置之间的比较判定常规扫描系统和非常规扫描系统是否存在搭接错位，并在搭接错位后对常规扫描系统进行校正。本发明可在烧结过程实现监测和校正，从而提高了搭接区的烧结质量。

技术研发人员：李黎
受保护的技术使用者：湖南华曙高科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13