一种用于测量激光选区熔化技术激光焦平面的方法与流程

1.本技术涉及增材制造的领域，尤其是涉及一种用于测量激光选区熔化技术激光焦平面的方法。


背景技术：

2.激光选区熔化技术（3d打印）是增材制造领域的重要组成部分，其主要是基于材料离散-逐渐累加方式制造实体零件的近净成形技术。该技术选用激光作为能量源，以金属粉末为原料，通过三维模型预分层处理设定激光扫描路径，操作激光按照三维模型中规划好的路径在金属粉末床层上进行逐层扫描，使得扫描过的金属粉末熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的金属零件。特别适用于制造具有复杂内腔结构的难加工钛合金、高温合金等零件。
3.为了使通过激光选区熔化技术成型的工件能够获得很好的加工质量，激光束的束斑焦点需要处于合理的位置上，即使得激光焦平面与金属粉末的铺粉平面重合，并且保证在设备长时间使用后激光焦平面始终与金属粉末的铺粉平面一致，两者之间不应发生偏移。而对于使用激光选区熔化设备的人员来说，他们并没有测量激光焦点是否偏移的专业工具和方法，因此无法准确的获知激光选区熔化设备的焦点是否发生偏差，导致工件的加工质量无法保证。


技术实现要素：

4.为了便于使用者对激光选取熔化设备的焦平面进行测量，以保证工件的加工质量，本技术提供一种用于测量激光选区熔化技术激光焦平面的方法。
5.本技术提供的一种用于测量激光选区熔化技术激光焦平面的方法采用如下的技术方案：一种用于测量激光选区熔化技术激光焦平面的方法，包括以下步骤：步骤一：放置测试装置；将测试装置放置在激光选区熔化设备的操作平台上，测试装置包括测试板，所述测试板与水平面呈锐角放置；步骤二：调整；调整激光选区熔化设备操作平台的高度，使预先设置的金属粉末铺粉平台的高度位于测试板的中部区域；步骤三：测试；开启激光器，使得激光器的激光射在测试板不同高度位置上运行；步骤四：确定激光焦平面；关闭激光器，取下测试板，观察激光在测试板上不同高度位置的刻痕，根据刻痕的刻蚀深度和亮度确定激光焦平面。
6.通过采用上述技术方案，通过将测试板放置在激光选区熔化设备的操作平台上且
与水平面倾斜设置，使得激光器的激光射在测试板不同位置时，位于测试板上的激光束的直径是不一样的，而使得不同位置处的激光能量密度不同，通过观察激光在测试板上的刻痕深度和亮度即可判断激光能量密度的强弱分布，从而找到刻痕最深、亮度最亮的刻痕，该刻痕所在平面即为激光焦平面。使用者直接通过测试板即可实现对焦平面的测量，便于后续根据焦平面的位置进行相应的设备参数调整，使得激光焦平面的高度和金属粉末的铺粉高度重合，保证工件的加工质量。
7.可选的，所述方法还包括：步骤五：判断激光焦平面是否偏移；若激光焦平面和预设的金属粉末的铺粉高度在同一高度，则判断激光焦平面没有偏移；若激光焦平面和预设的金属粉末的铺粉高度不在同一高度，则判断激光焦平面产生偏移。
8.通过采用上述技术方案，当测量得出激光焦平面后，直接通过将激光焦平面和金属粉末的铺粉高度对比，即可判断激光焦平面是否产生偏移，便于后续工作人员根据检测的数据进行相对应的调整。
9.可选的，所步骤二中金属粉末铺粉平面的高度位于测试板水平高度的中间位置。
10.通过采用上述技术方案，测量完毕后，当将测试板取下时，可以快速找到金属粉末铺粉平面的位置，便于工作人员将激光焦平面和金属粉末的铺粉平面进行对比以判断激光焦平面是否偏移。
11.可选的，所述步骤三中使得激光器在测试板不同高度位置上运行包括，操作激光器在测试板任一高度平面上运行测试任务；操作激光器移动，使得激光照射在测试板另一高度位置，操作激光器再次运行测试任务；依次循环。
12.通过采用上述技术方案，使得激光可以在测试板的不同高度上都可以刻蚀出刻痕，且刻蚀在不同高度处的刻痕时的激光束的直径是不同的，以便于通过刻痕对激光束的直径大小进行判断。
13.可选的，所述测试任务为刻蚀直线任务。
14.通过采用上述技术方案，使得最终激光刻蚀在测试板上的刻痕为直线状，操作方便，便于观察。
15.可选的：刻蚀在金属粉末铺粉平面的直线长度不等于刻蚀在金属粉末铺粉平面两侧的直线长度。
16.通过采用上述技术方案，可以直观的看出金属粉末铺粉平台的高度，以便于后续对激光焦平面是否偏转进行判断。
17.可选的，所述步骤四根据刻痕的刻蚀深度和亮度确定激光焦平面的方法包括：判断激光在测试板上不同高度位置上刻痕的刻蚀深度和亮度，刻蚀深度最深且最亮的刻痕所在的水平面即为激光焦平面。
18.通过采用上述技术方案，由于激光束的直径从激光器向下依次减少，直至到达激光焦平面处到达最小，然后逐渐向下激光束的直径逐渐增大，而激光束的直径与能量密度
呈反比，即激光焦平面处的能量密度最大，刻蚀出的刻痕深度最深且亮度最亮。所以，刻蚀深度最深且最亮的刻痕所在平面即为激光焦平面。
19.可选的，所述测试板为氧化铝薄片。
20.通过采用上述技术方案，当激光射击在氧化铝薄片上时，氧化铝薄片表面可以随激光的走向而熔化，最终出现与激光走向一致的刻痕。
21.可选的，所述测试板与水平面呈45度放置。
22.通过采用上述技术方案，当激光器水平移动设定距离时，刻蚀在测试板上的刻痕在竖直位置上也相隔设定距离，使得相邻两条刻痕之间的距离可控，测量更加方便。
23.可选的，所述测试装置还包括用于对测试板进行支撑的支撑框，所述支撑框包括水平放置的底板以及垂直固接在所述底板上的支撑板，所述底板和所述支撑板之间形成供测试板放入的放置空间。
24.通过采用上述技术方案，支撑框可以对测试板进行支撑，以固定住测试板的放置位置。
25.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：本技术通过设置测试板，并将测试板与激光选区熔化设备的操作平台倾斜设置，使得当激光器移动时，激光可以在测试板不同高度位置刻蚀出刻痕，最后利用激光束不同位置能量密度不同的特性，即可找到激光焦平面，实现非常简单快速的就可以找到激光焦平面，便于工作人员根据激光焦平面的位置进行相应的操作，保证工件的加工质量；通过将激光焦平面和金属粉末的铺粉平面进行比较，就可以得出激光焦平面是否出现偏移，便于工作人员根据检测的结果进行后续的工作，以保证工件的加工质量；支撑框的设置可以实现对测试板的放置固定，且便于实现对测试板的放置拆除，安装拆卸都非常方便。
附图说明
26.图1是为了体现激光束结构所做的示意图。
27.图2是为了体现本技术方法步骤所做的示意图。
28.图3是为了体现测试装置结构所做的示意图。
29.图4是为了体现激光刻蚀在测试板上时的状态示意图。
30.图5是为了体现测试板显示结构所做的示意图。
31.附图标记说明：1、测试装置；11、测试板；12、支撑框；121、底板；122、支撑板；123、挡板；2、刻痕。
具体实施方式
32.以下结合附图1-5对本技术作进一步详细说明。
33.参照图1，为激光照射出的激光束的示意图，当激光从高处向下照射时，激光束的直径将逐渐减小，当减小到一定程度后，激光束的直径将逐渐增大。而激光束直径最小处所在的平面称为激光焦平面处，此处激光束的能量密度也最大，当偏离激光焦平面时，随着激光束的直径逐渐增加，激光束的能量密度也逐渐减少。因此在通过激光选区熔化设备进行制造零件时，为了保证通过激光选区熔化技术成型的工件的加工质量更高，需要保证激光
焦平面与金属粉末的铺粉平面一致。但是在使用过程中，激光焦平面可能会产生偏差，致使激光焦平面和金属粉末的铺粉平面不在同一平面上。因此，如何对激光焦平面进行测量，以得出激光焦平面和金属粉末铺粉平面之间的相对位置，从而调整激光焦平面和金属粉末的铺粉平面重合是非常重要的。
34.本技术实施例公开一种用于测量激光选区熔化技术激光焦平面的方法。参照图2，用于测量激光选区熔化技术激光焦平面的方法包括以下步骤：步骤一：放置测试装置1。
35.将测试装置1放置在激光选区熔化设备的操作平台上，参照图3，测试装置1包括测试板11，测试板11与水平面呈锐角设置，使得激光束可以直接在测试板11上进行扫描工作，且与测试板11不同高度位置接触的激光束，其直径也不同。
36.其中，测试板11可选用氧化铝薄片，使得激光可以直接在氧化铝薄片表面刻蚀出刻痕2，便于工作人员通过激光刻蚀在测试板11上刻痕2的深度和亮度对激光的能量密度进行判断。
37.测试装置1还包括用于对测试板11进行支撑的支撑框12，支撑框12包括水平放置的底板121以及垂直固接在底板121上的支撑板122，底板121和支撑板122之间形成直角的安装空间，测试板11可拆卸连接在安装空间内，且安装后的测试板11与底板121之间呈锐角设置。具体的，测试板11与底板121之间的夹角可选用45度。使得在对激光焦平面进行测试时，可以直接将支撑框12的底板121放置在激光选区熔化设备的操作平台，此时测试板11与水平面的夹角也为45度。
38.其中，在底板121朝向安装空间的一侧固接有挡板123，当测试板11放置在安装空间内时，测试板11一端抵接在挡板123上以通过挡板123固定住测试板11的一端，测试板11的另一端在重力作用下直接抵接在支撑板122上，以实现测试板11与支撑框12之间的可拆卸连接，安装拆卸都非常方便，便于对测试板11进行更换拿取。当然，测试板11与支撑框12之间也可以采用其他方式的连接，只要能够实现测试板11与支撑框12的可拆卸连接即可。
39.步骤二：调整。
40.调整激光选区熔化设备上操作平台的高度，使的预先设置的金属粉末铺粉平面的高度位于测试板11竖直方向的中部，具体的可以设置金属粉末的铺粉平面位于测试板11竖直方向的中间位置，使得可以对金属粉末铺粉平面的上下两侧进行同等的检测，以判断激光焦平面是否相对于金属粉末铺粉平面产生上下偏移。
41.例如，参照图3，底板121的长度与支撑板122的高度一致，金属粉末的铺粉平面位于支撑板122高度方向的中心处。
42.步骤三：测试。
43.开启激光器，使得激光器在测试板11的不同高度位置上运行。
44.具体的，参照图3和图4，操作激光器在测试板11任一高度位置上运行直线任务，从而在测试板11上刻蚀出一条水平的直线；然后操作激光器沿底板121长度方向移动，使得激光器照射在测试板11的另一高度位置，操作激光器再次运行直线任务，从而在测试板11另一高度位置刻蚀出一条水平的直线；依次循环，直至在金属粉末的铺粉平面处、金属粉末铺粉平面的上下两侧均刻蚀
出若干条直线状的刻痕2。
45.步骤四：确定激光焦平面。
46.关闭激光器，取下测试板11，观察激光刻蚀在测试板11上不同高度位置的刻痕2，根据刻痕2的深度和亮度确定激光焦平面。
47.参照图5，为激光刻蚀在测试板11上的刻痕2，因为当激光束的能量密度不同时，测试板11上刻痕2的刻蚀深度和亮度也会有所不同，其中，位于激光束焦平面处的刻痕2，由于激光束的能量密度最大，所以刻痕2的刻蚀深度也最深、亮度也最大，所以在测试板11上的若干刻痕2中，找到刻蚀深度最深且亮度最大的刻痕2，该刻痕2所在的水平面即为激光焦平面。
48.步骤五：判断激光焦平面是否偏移；具体的，需要判断激光焦平面和预设的金属粉末铺粉平面是否在同一高度。
49.由于在步骤二调整时，设置金属粉末的铺粉平面在测试板11的中间位置，所以判断找到的刻蚀深度最深且亮度最亮的刻痕2是否处于测试板11的中间位置。
50.若是，则判断激光焦平面和预设的金属粉末的铺粉平面在同一高度，说明激光焦平面没有偏移；若否，则判断激光焦平面和预设的金属粉末的铺粉平面不在同一高度，说明激光焦平面产生偏移。
51.其中，为了便于工作人员在确定完激光焦平面后，可以快速的判断出激光焦平面和预设的金属粉末的铺粉平面是否在同一高度，在步骤三测试时，操作激光器在测试板11上运行的直线任务，在金属粉末铺粉平面处刻蚀出的直线可以比在金属粉末铺粉平面上下两侧刻蚀出的直线长或短，使得最终刻蚀出的刻痕2，刻蚀在金属粉末铺粉平面的刻痕2与刻蚀在金属粉末铺粉平面两侧的刻痕2有个直观的区分。本技术以刻蚀在金属粉末铺粉平面处的刻痕2长于刻蚀在金属粉末铺粉平面两侧的刻痕2为例进行说明，例如，参照图4和图5，刻蚀在金属粉末铺粉平面处的刻痕2长度为22mm，刻蚀在金属粉末铺粉平面两侧的刻痕2长度为20mm。
52.在判断激光焦平面是否产生偏移时，直接判断最长的刻痕2是否是深度最深、亮度最大的刻痕2即可。
53.若是，则表明激光焦平面与金属粉末的铺粉平面在同一水平高度，激光焦平面没有偏移；若否，则表明激光焦平面与金属粉末的铺粉平面不在同一水平高度，激光焦平面产生偏移。然后根据刻蚀最深、最亮的刻痕2距离最长刻痕2之间的相对位置和距离，即可得出激光焦平面的偏转方向和偏转距离，工作人员直接对激光选取熔化设备进行调整，使得激光焦平面和金属粉末的铺粉平面在同一水平高度即可。
54.本技术实施例一种用于测量激光选区熔化技术激光焦平面的方法的实施原理为：当需要对激光焦平面是否发生偏转进行检测时，可以直接将测试装置1放置在激光选区熔化设备放置的操作平台上，然后操作激光器的激光射在测试板11上并运行，从而在测试板11上刻蚀出一条与底板121宽度方向一致的直线刻痕2；然后操作激光器沿底板121的长度方向运动，并继续刻蚀另一条刻痕2，直至激光器的激光在测试板11的不同高度位置上均刻蚀出一条水平的刻痕2。然后再将测试板11取下，观察刻痕2的刻蚀深度和亮度，从而得出激
光焦平面的位置。再将激光焦平面和金属粉末的铺粉平面进行对比，以判断激光焦平面是否产生偏移。若偏移，最后再根据激光焦平面和金属粉末铺粉平面的相对位置，调整激光选区熔化设备的参数，以使得激光焦平面和金属粉末的铺粉平面重合，保证工件的加工质量。
55.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。