CN106273477B - 用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统及方法，实时监测和回溯系统包括：用于获取激光扫描图像的图像获取装置；参数采集系统，包括实时采集光固化成型过程中所需参数的多个采集装置，每个采集装置对应采集一种所需参数；图像与参数分析系统，分别与所述图像获取装置、所有采集装置相连，图像与参数分析系统对图像获取装置获取的激光扫描图像、参数采集系统获取的实时参数值进行存储和分析。本发明可以在做件的过程中及时发现问题，暂停做件，还可以实现零件形成后，进行做件过程的信息回溯，进行后期分析处理。
Description
技术领域
本发明涉及光固化成型技术领域，特别是涉及一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统及方法。
背景技术
3D打印(也称增材)制造技术，是由CAD数字模型驱动且通过特定材料采用逐层累积方式制作三维物理模型的先进制造技术。3D打印技术有多种工艺，其中顶投影SLA(光固化快速成型)是其中的典型，其制造的基本过程是：首先，通过CAD设计出三维实体模型，利用离散程序将模型进行切片处理，设计扫描路径，产生的数据将精确控制激光扫描器和升降台的运动；其次，激光光束通过数控装置控制的激光扫描器，按设计的扫描路径照射到液态光敏树脂表面，使表面特定区域内的一层树脂固化，当一层加工完毕后，就生成零件的一个截面；然后，升降台下降一层距离，刮刀涂覆系统在固化层上覆盖另一层液态树脂，再进行第二层扫描，第二固化层牢固地粘结在前一固化层上，多次累积逐层叠加，直至制作出整个实体造型。
然而，通常在打印过程中，可能会出现一些意外的问题，因未被及时发现而造成做件失败，或者在做件完成之后，零件质量出现问题，而无法追溯出现问题的地方在哪里，这就对后续的生产造成隐患，造成成本浪费。目前，一般采用CCD相机实时监测相应层的光路扫描，将获得的图像进行处理之后与期望的零件轮廓进行比较，验证尺寸、扫描路径等是否正常。但是采用现有技术获得的图像畸变较大，处理后还原出来的图像与预期有差距，因此发生漏判和误判，且在硬件部分没有参数记录功能，当零件质量欠佳的时候，无法追溯各参数记录，如液位、激光功率、Z基板位置、环境温湿度、树脂温度等，不能定位状态变化的具体位置。
因此，需要一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统及方法，可以实时监测做件过程并且可回溯做件过程中各参数值。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统及方法，用于解决现有技术中光固化成型过程不可实时监测也不可回溯的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统，所述实时监测和回溯系统包括：
用于获取激光扫描图像的图像获取装置；
参数采集系统，包括实时采集光固化成型过程中所需参数的多个采集装置，每个采集装置对应采集一种所需参数；
图像与参数分析系统，分别与所述图像获取装置和参数采集系统中的所有采集装置相连，所述图像与参数分析系统用于对所述图像获取装置获取的激光扫描图像、以及所述参数采集系统采集的实时参数值进行存储和分析。
优选的，所述图像获取装置的图像采集光路与激光扫描过程中的激光传输路径同轴设置。
优选的，所述图像获取装置的图像采集光路经为：扫描打印面上的激光扫描图像经振镜反射后，再经半透半反镜反射后到达图像获取装置。
优选的，所述所需参数包括：树脂的液位高度值、激光器的激光功率值、用于扫描做件的成型工作平台的高度位置、树脂温度值。
本发明提供一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯方法，所述实时监测和回溯方法采用上述的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统，包括以下步骤：
1)设定3D打印过程中各所需参数的预设阈值范围，以及设定所要打印零件的预设图像；
2)在每层打印过程中，通过图像获取装置获取激光扫描图像通过参数采集系统实时采集各所需参数；并且通过图像与参数分析系统存储实时采集到的各所需参数值和所述激光扫描图像；当前层打印结束后，通过图像与参数分析系统将各实时参数值与对应所需参数的预设阈值范围进行判断，当实时参数值在对应所需参数的预设阈值范围内时，进行下一层的打印，否则暂停打印；同时，通过图像与参数分析系统将激光扫描图像与预设图像进行判断，当激光扫描图像与预设图像一致时，进行下一层的打印，否则暂停打印。
优选的，所述激光扫描图像包括激光扫描路径形成的路径图和激光扫描后形成的层面图。
优选的，所述图像获取装置的图像采集光路与激光扫描过程中的激光传输路径同轴设置。
优选的，所述实时监测和回溯方法还包括：在3D打印结束后，分析形成的打印零件的质量，并且回溯图像与参数分析系统所存储的所有实时参数值和所有激光扫描图像，进行最终分析。
如上所述，本发明的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯方法，具有以下有益效果：其实时获取激光扫描图像和实时采集光固化成型过程中所需参数，并且图像与参数分析系统实时将获取信息与预设的信息进行比较分析，这样可以在做件的过程中即时发现问题，暂停做件，还可以实现零件形成后，进行做件过程的信息回溯，进行后期分析处理。
附图说明
图1显示为本发明的用于光固化成型设备中的实时监测和回溯系统的示意图。
图2显示为本发明的用于光固化成型设备中的实时监测和回溯方法的流程图。
元件标号说明
1 激光器
2 振镜
3 半透半反射镜
4 图像获取装置
5 图像与参数分析系统
6 参数采集系统
7 扫描打印面
S1～S7 步骤
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，光固化成型设备一般包括：光学扫描机构、打印平台以及打印平台控制机构、涂敷刮刀机构，光学扫描机构包括激光器1、振镜2，激光器1产生的激光经由振镜2投射在扫描打印面7上。
本发明提供一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统，实时监测和回溯系统包括：用于获取激光扫描图像的图像获取装置4；本实施例中的图像获取装置4可为CCD相机；
参数采集系统6，包括实时采集光固化成型过程中所需参数的多个采集装置，每个采集装置对应采集一种所需参数；
图像与参数分析系统5；所述图像获取装置4和参数采集系统6分别与图像与参数分析系统5相连；使用过程中，图像获取装置4将获取到的激光扫描图像传送给图像与参数分析系统5，参数采集系统6中的各个采集装置将采集到得实时参数值传输给图像与参数分析系统5，图像与参数分析系统5对获取到的激光扫描图像、实时参数值进行存储和分析。
本发明可实时获取激光扫描图像以及打印过程中所需参数的实时参数值，通过图像与参数分析系统5可在打印过程中实时分析，当打印过程中出现问题时可即时知晓，暂停打印，避免造成更大的损失，降低生产成本。
为提高图像获取装置4所获取到的激光扫描图像的精确性，图像获取装置4的图像采集光路与激光扫描过程中的激光传输路径同轴设置。见图1所示，本实施例中图像获取装置4的图像采集光路为：扫描打印面7上的激光扫描图像经振镜2反射后，再经半透半反镜3反射后到达图像获取装置4，图像获取装置4的图像采集光路与激光器发出的激光光路保证同轴，以使获得的图像不会发生畸变，有利于得到更加精确的分析结果。
打印过程中，上述所需参数主要包括：树脂的液位高度值、激光器的激光功率值、用于扫描做件的成型工作平台的高度位置、树脂温度值。参数的采集装置可以为：液位传感器、温度传感器、湿度传感器以及高度传感器等。
本发明还提供一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯方法，其可以采用如上所述的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统来实现，包括以下步骤：见图2所示的步骤s1-s7，
1)设定3D打印过程中各所需参数的预设阈值范围，以及设定所要打印零件的预设图像，即步骤s1；
2)在每层打印过程中，通过图像获取装置4获取激光扫描图像，通过参数采集系统6实时采集各所需参数，并且通过图像与参数分析系统5存储实时采集到的各所需参数值和激光扫描图像，当前层打印结束后，通过图像与参数分析系统5将各实时参数值与对应所需参数的预设阈值范围进行判断，当实时参数值在对应所需参数的预设阈值范围内时，正常进行下一层的打印，否则暂停打印，发出警报；同时，通过图像与参数分析系统5将激光扫描图像与预设图像进行判断，当激光扫描图像与预设图像一致时，进行下一层的打印，否则暂停打印，发出警报；即步骤s2-s7。
本发明通过实时获取激光扫描图像以及打印过程中所需参数的实时参数值，并且通过图像与参数分析系统在打印过程中进行实时分析，当打印过程中出现问题时可即时知晓，并且暂停打印，避免造成更大的损失，降低生产成本。
为更好的进行分析判断，上述激光扫描图像包括激光扫描路径形成的路径图和激光扫描后形成的层面图。图像与参数分析系统5通过路径图和层面图与预设图像进行比较分析，经过分析比较可判断刮刀是否刮坏零件，所打印的零件的轮廓是否与预设的一致，若零件被刮坏，轮廓不一致，则图像与参数分析系统5即时报警，并且使光固化成型设备暂停打印。
为保证获取的图像不产生畸变，提高图像与参数分析系统5的分析精度，上述图像获取装置4的图像采集光路与激光扫描过程中的激光传输路径同轴设置。
本发明的方法还具有回溯功能，还包括：在3D打印结束后，可通过观察来分析形成的打印零件的质量，并且回溯图像与参数分析系统所存储的所有实时参数值和所有激光扫描图像，进行最终分析。
上述步骤2)中，参数采集系统6实时采集各所需参数并且将采集到的各实时参数值传输给图像与参数分析系统5，具体采集过程可为：参数采集系统在既定的参数记录时间节点上，记录下各实时参数值，包括扫描环境的温湿度，树脂液面的液面高度值，激光器的激光功率值等。上述既定的参数记录时间节点可根据打印要求任意设定，其可设定为每层打印结束时，或者每层开始打印时，或者为每层打印中的某个时刻。
上述步骤2)中，图像获取装置4获取激光扫描图像并且将获取到的实时激光扫描图像传输给图像与参数分析系统5，图像具体获取过程为：图像获取装置实时获取当前层扫描期间的各帧图像，具体包括激光扫描路径形成的路径图以及激光扫描后形成的层面图，对获取的图像进行轮廓扫描分析处理，最终将处理后的路径图和层面图传输给图像与参数分析系统5。
本发明的实时监测和回溯方法，在打印过程中将获得的激光扫描图像进行处理分析，判断扫面轮廓是否正常，判断刮刀是否刮坏件，并且全程记录打印过程中的各种所需参数，一旦打印过程中发现异常，立即执行既定的操作，即暂停做件；打印结束后，可根据零件质量，回溯所记录的各实时参数值。
综上所述，本发明的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统及方法，通过实时获取激光扫描图像以及打印过程中所需参数的实时参数值，并且通过图像与参数分析系统在打印过程中进行实时分析，当打印过程中出现问题时可即时知晓，并且暂停打印，避免造成更大的损失，降低生产成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统，其特征在于，所述实时监测和回溯系统包括：用于获取激光扫描图像的图像获取装置(4)；
参数采集系统(6)，包括实时采集光固化成型过程中所需参数的多个采集装置，每个采集装置对应采集一种所需参数；所需参数主要包括：树脂的液位高度值、激光器的激光功率值、用于扫描做件的成型工作平台的高度位置、树脂温度值；
图像与参数分析系统(5)，分别与所述图像获取装置(4)以及参数采集系统(6)中的所有采集装置相连，所述图像与参数分析系统(5)用于对所述图像获取装置(4)获取的激光扫描图像以及所述参数采集系统(6)采集的实时参数值进行存储和分析。
2.根据权利要求1所述的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统，其特征在于：所述图像获取装置(4)的图像采集光路与激光扫描过程中的激光传输路径同轴设置。
3.根据权利要求2所述的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统，其特征在于：所述图像获取装置(4)的图像采集光路径为：扫描打印面(7)上的激光扫描图像经振镜(2)反射后，再经半透半反镜(3)反射后到达图像获取装置(4)。
4.一种用于光固化成型过程中的实时监测和回溯方法，其特征在于：所述实时监测和回溯方法采用权利要求1所述的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯系统，包括以下步骤：
1)设定3D打印过程中各所需参数的预设阈值范围，以及设定所要打印零件的预设图像；
2)在每层打印过程中，通过图像获取装置(4)获取激光扫描图像，通过参数采集系统(6)实时采集各所需参数；并且通过图像与参数分析系统(5)存储实时采集到的各所需参数值和所述激光扫描图像；当前层打印结束后，通过图像与参数分析系统(5)将各实时参数值与对应所需参数的预设阈值范围进行判断，当实时参数值在对应所需参数的预设阈值范围内时进行下一层的打印，否则暂停打印；同时，通过图像与参数分析系统(5)将激光扫描图像与预设图像进行判断，当激光扫描图像与预设图像一致时，进行下一层的打印，否则暂停打印。
5.根据权利要求4所述的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯方法，其特征在于：所述激光扫描图像包括激光扫描路径形成的路径图和激光扫描后形成的层面图。
6.根据权利要求4所述的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯方法，其特征在于：所述图像获取装置(4)的图像采集光路与激光扫描过程中的激光传输路径同轴设置。
7.根据权利要求4所述的用于光固化成型过程中的实时监测和回溯方法，其特征在于：所述实时监测和回溯方法还包括：在3D打印结束后，分析形成的打印零件的质量，并且回溯图像与参数分析系统(5)所存储的所有实时参数值和所有激光扫描图像，进行最终分析。
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