一种针对选区激光熔化温度在线检测调控系统

文档序号:25535417发布日期:2021-06-18 20:28阅读:214来源:国知局
一种针对选区激光熔化温度在线检测调控系统

本发明涉及一种温度在线检测调控系统,尤其是涉及一种针对选区激光熔化加工过程中熔池温度在线检测调控系统。



背景技术:

增材制造又被称为3d打印技术,它是一种通过逐点、逐线、逐层在三维空间堆加材料,以“自下而上”方式直接形成构件的数字化智能制造加工技术。增材是相对传统的减材(切削)加工而言的,与传统加工技术相比,增材制造不需要刀具、夹具及多道加工工序,具有生产周期短、材料利用率高等优势,并且可以根据cad数据实现任何零部件加工。

选区激光熔化作为增材制造的重要分支,它可以基于计算机辅助设计信息直接将粉末材料加工成几何复杂的金属结构。和传统的制造技术相比,选区激光熔化具有设计制造周期短,加工精度高,材料利用率高,无需刀具或磨具等优势,被广泛应用于航空航天和汽车等领域。但是选区激光熔化加工是一个复杂的过程,涉及到多尺度,多物理场,多学科。根据一些学者研究,影响slm成型工艺的影响因素有150多种。由于slm的加工特点,会存在很高的热梯度和冷却速度,容易导致孔隙率,残余应力和微裂纹等缺陷,这些缺陷不利于零件的机械性能。因此对于熔池温度的研究具有重要意义。

由于选区激光熔化技术扫描速度快,输入能量高,光斑直径小,加工环境封闭等条件,限制了选区激光熔化加工过程的观察与检测。一些学者强烈强调开发建模和仿真工具,以增进我们对slm加工过程的理解,并最终用作优化过程和减轻缺陷的预测工具。但是目前仿真领域还存在基础理论不足,仿真精度不高等问题。有一些学者采用高温计或红外线摄像仪对熔池温度进行了检测,但是高温计只能对熔池固定位置进行检测,不能反映出熔池温度分布。红外线摄像仪虽然可以测量出温度分布,但是存在分辨率不高,温度精度低等问题。以上研究也仅仅是对熔池温度检测的研究,对于温度调控的研究更是鲜有报道。综上所述,目前尚且没有一种简单有效合理完备的选区激光熔化温度在线检测调控系统。



技术实现要素:

本发明的目的针对选区激光熔化过程中熔池温度动态变化,提供一种对选区激光熔化在线实时检测及调控系统,实现选区激光熔化过程中熔池温度的精确检测及输入温度的调控,从而达到提高选区激光熔化成型质量的目的。该装置不仅仅可以用于检测熔池温度。该装置不仅仅可以用来检测温度,还可以用来检测打印过程中存在的飞溅,球化等现象。

本发明设有1个打印调控系统、1个ccd测温系统、1个ccd测温系统运动装置和1个pc机;所述的ccd测温系统被固定在ccd测温系统运动装置上,ccd测温系统运动装置固定在打印系统的打印舱侧壁上,ccd测温系统运动装置、ccd测温系统、打印调控系统分别与pc机相连。pc机接收ccd测温系统的图片信息并且对图片信息进行处理检测,基于检测结果对打印调控系统进行调节,达到最终温度调控的目的。

本发明所述ccd测温系统具有结构简单、稳定性好、分辨率高、可以防止飞溅或者激光对镜片影响的优点,具有实时拍摄熔池区域动态变化的功能。

本发明所述的ccd测温系统运动装置,该装置主要是为了携带ccd测温系统运动,它可以实现x,y,z方向的移动,并且可以实现镜头的转动,从而达到ccd相机可以准确聚焦到熔池上。

所述pc机具有图像接收处理功能、打印机加工控制功能、运动装置运动控制功能和控制计算功能。

本发明具有以下突出优点:

1)实时精确检测。1.pc及通过控制运动装置运动使ccd相机近距离精准对焦提高拍摄效果。2.pc机收到ccd相机的图片信息后对图片进行灰度处理等,可以得到准确的温度。

2)熔池动态变化。ccd相机可以在线将熔池区域的面积全部拍摄,因此可以系统了解整个选区激光熔化加工过程熔池动态变化。

3)实时调控。pc收到图片信息并进行处理后,pc机控制计算系统进行判断计算,基于计算结果对打印机系统进行调控。

4)可以检测熔池现象。该系统不仅可以实现对温度的检测,还可以对打印过程中出现的飞溅,球化等现象进行检测。

附图说明

图1为本发明实施例中选区激光熔化系统整体结构示意图。

图2为本发明实施例中ccd测温系统运动装置。

图3为ccd测温系统运动装置中1部分侧视示意图。

图4为ccd测温系统运动装置中2部分俯视示意图。

图5为ccd测温系统示意图。

在图1-5中,各标记为:

1pc机、2振镜系统、3激光器、4激光镜、5基板、6工作台、7ccd测温系统、8ccd测温系统运动装置、9打印舱、10z向导轨电机、11z向丝杠、12z向滑块、13电动伸缩缸电机、14电动伸缩缸、15相机安装架、16y向运动导轨、17z向导轨架、18y向导轨电机、19y向导轨丝杠、20y向导轨架、21y向滑块、22连接装置、23旋转底座、24旋转轴、25旋转控制电机、26连接装置固定螺钉、27相机固定底座、28ccd相机、29镜头、30保护筒、31遮光片、32相机固定螺钉

具体实施方式

结合附图对本发明的技术方案做作一步阐述。

图1,一种选区激光熔化温度调控系统具体包括:打印调控系统、ccd测温系统7、ccd测温系统运动装置8、pc机1,pc机1分别与ccd测温系统7和ccd测温系统运动装置8相连来控制ccd相机的运动和对采集到的照片进行处理。

其中打印调控系统主要包括:pc机1、振镜系统2、激光器3、聚光镜4、基板5、工作台6,其中pc机1与振镜系统2和激光器3相连来调节加工参数达到调控温度的目的,工作台6承载着基板5进行上下运动。

ccd测温系统运动装置可以实现x、y、z方向的运动和一个垂直于y方向的转动,转动角度为180度。

参见图2-4,ccd测温系统运动装置8主要包括:y向运动导轨、z向运动导轨、x向伸缩电动缸和垂直于y向的转动装置。

中y向导轨架20被固定在打印舱9的内壁上,y向导轨电机18被固定在导轨架上,y向导轨电机18与y向导轨丝杠19相连,y向导轨丝杠19与y向滑块21相连。

其中z向导轨架17被固定在21y向滑块上,z向导轨架17与z向导轨电机10相连,z向丝杠11与z向导轨电机10相连,z向丝杠11与z向滑块12相连。

其中z向滑块12与电动伸缩缸电机13相连、电动伸缩缸电机13与电动伸缩缸14相连。

其中连接装置22与电动伸缩缸14通过固定螺钉27固定在一起,连接装置22与旋转轴24连接,旋转轴24与旋转控制电机25连接,旋转底座23与旋转轴连接。

为了防止ccd相机被激光强光和加工过程中液滴飞溅对镜头的破坏,所以添加了保护筒30和遮光片31

参见图5,ccd测温系统7主要包括:相机固定底座27、ccd相机28、镜头29、保护筒30、遮光片31、相机固定螺钉32,其中ccd相机27被固定相机固定螺钉32固定在旋转底座23上。

本发明系统具体实施的先后顺序为:首先ccd测温系统运动装置8承载着ccd测温系统随着激光束的运动而不断运动,通过调节x、y、z向位移和转动将相机精准对准熔池区域;

然后将ccd测温系统得到的信息传送到pc机中并进行图像处理,对图片进行检测判断。基于检测的结果通过打印调控系统对激光器和振镜进行调节。激光器可以调节激光功率大小,振镜可以调节扫描速度。

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