CN106925784A - 一种基于相机实时拍摄的3d打印过程监控方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相机实时拍摄的3D打印过程监控方法及装置；在密封成型室的上部安装有一相机，相机对3D打印熔化层过程的形貌进行拍摄；在密封成型室的顶部内侧安装有一光源；相机曝光的同时光源脉冲点亮，相机曝光结束后光源熄灭，相机把该层形貌数据实时传输至电脑中并储存。通过人工误差分析或者智能误差分析，能够针对打印过程中存在的缺陷零件，进行准确定位缺陷产生的位置、时间和原因，为优化调整相关参数提供了有效依据。本装置结构简单，操作方便，保证了每层数据的完整性，优化工艺参数，并在加工过程中及时修正，大大提高了零件的精度；或者在加工之后通过进行形貌分析，发现加工过程中存在的问题。

Description

一种基于相机实时拍摄的3D打印过程监控方法及装置
技术领域
本发明涉及激光选区熔化加工工艺，尤其涉及一种基于相机实时拍摄的3D打印过程监控方法及装置。
背景技术
金属3D打印技术在制造业有着很大的发展空间，但仍有许多问题阻碍了它的广泛使用。除了金属3D打印机的成本较高之外，还有一个很大的问题是打印的可重复性和质量控制。目前，国内外对于金属3D打印质量的监测方法的研究处于初始阶段，不同的设备类型对成型条件有不一样的要求。例如，Arcam公司EMB设备因成型室内的真空度及对温度控制要求严格，所以需要对氧含量、预热温度进行严格的监测。在SLM技术上，有些国外团队针对成型过程熔池的物理信号进行实时监测，可反馈给控制系统并快速调整激光功率、扫描速度等加工参数，但该方法技术门槛很高，且对金属3D打印系统的实时处理效果提出很高要求，金属3D打印如激光选区熔化技术熔池的尺寸一般只有一百微米左右，大大提高了针对熔池进行实时监测的难度。
而为了能及时发现成型零件的缺陷，需要对零件的每一层的成型过程有所了解，才能避免传统激光选区熔化加工过程中的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单，简便易行的基于相机实时拍摄的3D打印过程监控方法及装置。以克服零件加工成型过程中存在的误差缺陷进行修正，从而提高成型件性能及作业效率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于相机实时拍摄的3D打印过程监控装置，包括密封成型室，密封成型室的上部安装有一相机1，相机1通过密封成型室上部一开口，对3D打印熔化层过程的形貌进行拍摄；在密封成型室的顶部内侧安装有一光源7；相机1曝光的同时光源7脉冲点亮，相机1曝光结束后光源7熄灭，相机1把该层形貌数据实时传输至电脑6中并储存。
所述相机1像素分辨率1024×1024、300帧/秒；整体快门最短曝光时间为1us；动态范围120dB；光谱范围400-950nm，8位采样分辨率。
所述光源7为LED光源。
一种基于相机实时拍摄的3D打印过程监控方法，其包括如下步骤：
步骤一：在预先准备阶段，将需要加工的金属粉末放进粉缸9中，3D打印机工作周期开始时，粉缸9将粉末抬升一个加工层厚的高度，刮板8将被抬升的金属粉末送至成型缸5的成型平面4上，并均匀铺平；
步骤二：激光3通过振镜2聚焦在成型平面4上，将金属粉末熔化，成型缸5将成型平面4往下移动一个加工层厚的高度，熔化的金属粉末已经冷凝，相机1对成型平面4进行拍照，相机1曝光的同时光源7脉冲点亮，相机1曝光结束后光源7熄灭，相机1记录下该层的成型形貌，并实时传输至电脑6中；
步骤三：人工误差分析或者智能误差分析；
智能误差分析步骤：电脑6内置有检测分析模块，检测分析模块将提取的实时拍摄的成型形貌轮廓与储存在电脑6中的原成型形貌轮廓进行对比分析；
对比分析后，若实时拍摄的成型形貌轮廓与原成型形貌轮廓存在误差，则电脑6发出报警调整提示信息或者控制3D打印机自动停止加工；
对比分析后，若实时拍摄的成型形貌轮廓与原成型形貌轮廓匹配，则3D打印机继续加工；
人工误差分析步骤：操作人员可查看实时保存在电脑6上各层的原成型形貌轮廓图片，通过与实时拍摄的成型形貌轮廓图片作对比；
对比后，若实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片存在误差，则手动对3D打印进进行调整或者停止加工；
对比后，若实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片匹配，则3D打印机继续加工。
步骤四：循环步骤二至步骤四，直至完成整个零件的加工作业。
步骤三所述智能误差分析步骤的报警调整提示，以及人工误差分析步骤的调整：均包括激光功率调整、扫描速度调整。
在电脑6还可内置自动实时调整模块；步骤三所述智能误差分析步骤中，当检测分析模块进行分析后，得出实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片存在误差时，将误差信息发送给自动实时调整模块，自动实时调整模块指令3D打印机进行参数在线调整，包括激光功率自动调整、扫描速度自动调整。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明密封成型室的上部安装有一相机，相机通过密封成型室上部一开口，对3D打印熔化层过程的形貌进行拍摄；在密封成型室的顶部内侧安装有一光源；相机曝光的同时光源脉冲点亮，相机曝光结束后光源熄灭，相机把该层形貌数据实时传输至电脑中并储存。
本发明智能误差分析步骤：电脑6内置有检测分析模块，检测分析模块将提取的实时拍摄的成型形貌轮廓与储存在电脑6中的原成型形貌轮廓进行对比分析；对比分析后，若实时拍摄的成型形貌轮廓与原成型形貌轮廓存在误差，则电脑6发出报警调整提示信息或者控制3D打印机自动停止加工；对比分析后，若实时拍摄的成型形貌轮廓与原成型形貌轮廓匹配，则3D打印机继续加工。
本发明人工误差分析步骤：操作人员可查看实时保存在电脑6上各层的原成型形貌轮廓图片，通过与实时拍摄的成型形貌轮廓图片作对比；对比后，若实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片存在误差，则手动对3D打印进进行调整或者停止加工；对比后，若实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片匹配，则3D打印机继续加工。
综上所述，本发明结构简单，操作方便，保证了每层数据的完整性，优化工艺参数，并在加工过程中及时修正，大大提高了零件的精度；或者在加工之后通过进行形貌分析，发现加工过程中存在的问题。
本发明能够针对打印过程中存在的缺陷零件，进行准确定位缺陷产生的位置、时间和原因，为优化调整相关参数提供了有效依据。
附图说明
图1为本发明基于相机实时拍摄的3D打印过程监控装置结构示意图。
图2本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1、图2所示。本发明公开了一种基于相机实时拍摄的3D打印过程监控装置，包括密封成型室，密封成型室的上部安装有一相机1，相机1通过密封成型室上部一开口，对3D打印熔化层过程的形貌进行拍摄；在密封成型室的顶部内侧安装有一光源7；相机1曝光的同时光源7脉冲点亮，相机1曝光结束后光源7熄灭，相机1把该层形貌数据实时传输至电脑6中并储存。
所述相机1像素分辨率1024×1024、300帧/秒；整体快门最短曝光时间为1us；动态范围120dB；光谱范围400-950nm，8位采样分辨率。
所述光源7可采用LED光源。
本发明基于相机实时拍摄的3D打印过程监控方法，可通过如下步骤实现：
步骤一：在预先准备阶段，将需要加工的金属粉末放进粉缸9中，3D打印机工作周期开始时，粉缸9将粉末抬升一个加工层厚的高度，刮板8将被抬升的金属粉末送至成型缸5的成型平面4上，并均匀铺平；
步骤二：激光3通过振镜2聚焦在成型平面4上，将金属粉末熔化，成型缸5将成型平面4往下移动一个加工层厚的高度，熔化的金属粉末已经冷凝，相机1对成型平面4进行拍照，相机1曝光的同时光源7脉冲点亮，相机1曝光结束后光源7熄灭，相机1记录下该层的成型形貌，并实时传输至电脑6中；
步骤三：人工误差分析或者智能误差分析；
智能误差分析步骤：电脑6内置有检测分析模块，检测分析模块将提取的实时拍摄的成型形貌轮廓与储存在电脑6中的原成型形貌轮廓进行对比分析；
对比分析后，若实时拍摄的成型形貌轮廓与原成型形貌轮廓存在误差，则电脑6发出报警调整提示信息或者控制3D打印机自动停止加工；
对比分析后，若实时拍摄的成型形貌轮廓与原成型形貌轮廓匹配，则3D打印机继续加工；
人工误差分析步骤：操作人员可查看实时保存在电脑6上各层的原成型形貌轮廓图片，通过与实时拍摄的成型形貌轮廓图片作对比；
对比后，若实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片存在误差，则手动对3D打印进进行调整或者停止加工；
对比后，若实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片匹配，则3D打印机继续加工。
步骤四：循环步骤二至步骤四，直至完成整个零件的加工作业。
步骤三所述智能误差分析步骤的报警调整提示，以及人工误差分析步骤的调整：均包括激光功率调整、扫描速度调整。
为了更好地实现本发明，可在电脑6内置自动实时调整模块；步骤三所述智能误差分析步骤中，当检测分析模块进行分析后，得出实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片存在误差时，将误差信息发送给自动实时调整模块，自动实时调整模块指令3D打印机进行参数在线调整，包括激光功率自动调整、扫描速度自动调整。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于相机实时拍摄的3D打印过程监控装置，包括密封成型室，其特征在于：密封成型室的上部安装有一相机(1)，相机(1)通过密封成型室上部一开口，对3D打印熔化层过程的形貌进行拍摄；在密封成型室的顶部内侧安装有一光源(7)；相机(1)曝光的同时光源(7)脉冲点亮，相机(1)曝光结束后光源(7)熄灭，相机(1)把该层形貌数据实时传输至电脑(6)中并储存。
2.根据权利要求1所述基于相机实时拍摄的3D打印过程监控装置，其特征在于：所述相机(1)像素分辨率1024×1024、300帧/秒；整体快门最短曝光时间为1us；动态范围120dB；光谱范围400-950nm，8位采样分辨率。
3.根据权利要求1所述基于相机实时拍摄的3D打印过程监控装置，其特征在于：所述光源(7)为LED光源。
4.一种基于相机实时拍摄的3D打印过程监控方法，其特征在于采用权利要求1至3中任一项所述基于相机实时拍摄的3D打印过程监控装置实现，其包括如下步骤：
步骤一：在预先准备阶段，将需要加工的金属粉末放进粉缸(9)中，3D打印机工作周期开始时，粉缸(9)将粉末抬升一个加工层厚的高度，刮板(8)将被抬升的金属粉末送至成型缸(5)的成型平面(4)上，并均匀铺平；
步骤二：激光3通过振镜2聚焦在成型平面(4)上，将金属粉末熔化，成型缸(5)将成型平面(4)往下移动一个加工层厚的高度，熔化的金属粉末已经冷凝，相机(1)对成型平面(4)进行拍照，相机(1)曝光的同时光源(7)脉冲点亮，相机(1)曝光结束后光源(7)熄灭，相机(1)记录下该层的成型形貌，并实时传输至电脑(6)中；
步骤三：人工误差分析或者智能误差分析；
智能误差分析步骤：电脑(6)内置有检测分析模块，检测分析模块将提取的实时拍摄的成型形貌轮廓与储存在电脑(6)中的原成型形貌轮廓进行对比分析；
对比分析后，若实时拍摄的成型形貌轮廓与原成型形貌轮廓存在误差，则电脑(6)发出报警调整提示信息或者控制3D打印机自动停止加工；
对比分析后，若实时拍摄的成型形貌轮廓与原成型形貌轮廓匹配，则3D打印机继续加工；
人工误差分析步骤：操作人员可查看实时保存在电脑(6)上各层的原成型形貌轮廓图片，通过与实时拍摄的成型形貌轮廓图片作对比；
对比后，若实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片存在误差，则手动对3D打印进进行调整或者停止加工；
对比后，若实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片匹配，则3D打印机继续加工。
步骤四：循环步骤二至步骤四，直至完成整个零件的加工作业。
5.根据权利要求4所述基于相机实时拍摄的3D打印过程监控方法，其特征在于，步骤三所述智能误差分析步骤的报警调整提示，以及人工误差分析步骤的调整：均包括激光功率调整、扫描速度调整。
6.根据权利要求4所述基于相机实时拍摄的3D打印过程监控方法，其特征在于，电脑(6)还内置有自动实时调整模块；
步骤三所述智能误差分析步骤中，当检测分析模块进行分析后，得出实时拍摄的成型形貌轮廓图片与原成型形貌轮廓图片存在误差时，将误差信息发送给自动实时调整模块，自动实时调整模块指令3D打印机进行参数在线调整，包括激光功率自动调整、扫描速度自动调整。
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