CN107530961B - 对象生成温度测量 - Google Patents

Abstract

在一些实例中，方法包括感知对象生成装置中的构造材料层的一部分的多个子区域的温度。子区域温度的频率分布可以由此获得并且其可以确定该频率分布是否为双峰。如果该频率分布不为双峰，则鉴定构造材料温度区。然而如果该频率分布为双峰，则鉴定为熔融构造材料温度区和非熔融构造材料温度区。该方法可以进一步包括确定至少一个鉴定后的温度区的标称温度。

Description

对象生成温度测量

背景技术

由增材制造工艺生成的三维对象可以逐层方式形成。在增材制造的一个实例中，对象由固化构造材料的层的部分形成。在实例中，该构造材料可以是粉末、流体或片状材料的形式。

在一些这样的工艺中，可将能量施加于构造材料。例如，可以施加能量来将构造材料预热至接近于其熔点的温度。也可以施加能量以导致熔化，从而该构造材料的区域可以熔融以形成对象的部分。

附图说明

现在将以非限制性实例的方式，结合附图来描述实施例，其中：

图1是在对象生成装置中确定构造材料的标称温度的方法的一个实例的流程图；

图2是确定构造材料是否包含熔融和/或非熔融构造材料温度区的方法的一个实例的流程图；

图3是确定构造材料的一部分是否包含熔融或非熔融构造材料温度区的方法的一个实例的流程图；

图4是示出了表示不同温度的像素的热像图的一个实例；

图5是频率分布的一个实例；

图6是用于对象生成的装置的一个实例的简化示意图；

图7是与温度控制装置有关的打印平台(print bed)的一个实例的简化示意图；和

图8是存储器和处理器的实例的简化示意图。

具体实施方式

增材制造系统可以使用对象生成装置来生成对象。这可以包含根据模型，例如计算机辅助设计(CAD)模型，来选择性固化对象生成装置内的构造材料的区域。这样的选择性固化可以由以定向方式施加能量(例如，利用激光使得构造材料发生熔融)而引起。在其他实例中，可将试剂选择性施加至构造材料，当施加能量时，该试剂使得已经向其施加试剂的构造材料比周围未处理材料更容易发生熔融。增材制造可以用所提供的且经处理的构造材料层以逐层方式进行，以使得其发生选择性熔融，之后将另一构造材料层布置于该经处理的层上，并对其自身进行处理，以此类推。

图1是方法的一个实例，其中，在方框102中，感知对象生成装置内的构造材料层的至少一部分的多个子区域的温度。在一些实例中，这可以包括感知一定量的构造材料的表面温度(其可以包含来自该表面之下的构造材料的热贡献)。该构造材料可以是易熔的构造材料，例如易热熔的构造材料。感知可以在过程中进行，以使得其发生选择性熔融以生成三维对象。可通过例如红外传感器、热成像摄影机、热电堆阵列等中的至少一个来测量温度。可将构造材料的层安排在例如对象生成装置中的打印平台上。该子区域在构造材料的层的表面上可以是空间上离散的和连续的，例如具有预定尺寸，该预定尺寸可以是所有子区域都相同或者可以子区域之间不同。构造材料的层的部分可以，例如，仅在构造材料层的部分上延伸。在一些实例中，将一个层分成多个部分，其可以是离散的和连续的，并且一并考虑，至少基本上覆盖整个层。每一个部分可以包含多个子区域。

在方框104中，确定子区域温度的频率分布。如在下文中更详细描述的，这可以包括将每个子区域(或代表子区域温度的热像图等的像素)赋值给包含预定范围温度的二进制数，以及确定每个二进制数中子区域/像素的数目。

方框106包括鉴定频率分布是否为双峰，即，其是否包含两个不同的峰。如果分布不为双峰(例如，分布为单峰)，则鉴定为(单个)构造材料温度区(方框108)。然而，如果分布为双峰，则在该层中鉴定为熔融构造材料温度区和非熔融构造材料温度区(方框110)。鉴定温度区提供了是否存在构造材料的一种或两种状态的指示，例如，是否该部分中的所有构造材料均未熔融或非熔融中的一种，或者是否该部分包含熔融和非熔融构造材料二者。温度区的鉴定可以在一定温度下进行，而不是在一定空间、域内进行。换言之，鉴定温度区不需要包括鉴定构造材料内的一个或多个空间区域，而且子区域无需各自与温度区相关联。

在方框112中，确定至少一个鉴定后的温度区的标称温度。在一些实例中该标称温度可以是其中具有最高或第二高数目子区域的温度“二进制数”中的中间温度，或者可以是平均温度。由于热分布的性质，在实践中，熔融构造材料和非熔融构造材料二者均将处于一定范围的温度。然而，标称温度可以代表熔融或非熔融材料的温度。在一些实例中，对于双峰分布，确定较高温度二进制数的中间温度以提供熔融构造材料温度区的标称温度，并且确定较低温度二进制数的中间温度以提供非熔融材料温度区的标称温度。在鉴定为单个温度区的情况下，该标称温度可以是频率分布的温度或如所测温度的平均值，或模态温度，或者可以是基于所测温度的一些其他值。因此，标称温度可指示区域的平均温度或模态温度，并且其能够用于得出关于装置性能的结论，例如，构造材料是否在指示熔融有可能生效或完成的温度范围内，或者是否在指示对象会呈现或缺少预期性能的温度范围内，例如强度等。在一些实例中，如下文中更加详细指出的，该方法可以被用作控制环路的一部分，例如用于控制对象生成装置内的温度。

值得注意的是，该温度区或每个温度区的标称温度已经确定，而无需参照任何外部值。因此，确定的标称温度不会受到任何基于外部数据值的限制的影响，而且也不是基于有关区域可以期望具有什么样的温度的任何假设。而且，不需要诸如特定构造材料的熔化温度之类的先验知识以基于其温度来将构造材料归类为熔融和非熔融。

图2是进行图1的方框106-110的方法的一个实例。

在此实例中，鉴定分布是否为双峰包括从频率分布中鉴定第一温度和第二温度，其中该第一温度和第二温度具有频率分布内的两个最高频率(方框202)。在方框204中，如果确定了该第一温度和第二温度由至少一个分隔系数分隔，则确定该分布为双峰分布并且存在两个不同的温度区(方框206)。该分隔系数可以，例如，基于标准偏差，或者基于随频率分布形式(例如，展布或可变性)而变化的一些其他测量值。在一个实例中,该分隔系数为频率分布的两个标准偏差。

在方框208中，如果确定了存在两个不同的温度区，则构造材料的该部分包含非熔融构造材料和熔融构造材料。然而，如果该分隔小于分隔系数，则将构造材料的该部分确定为仅具有一个不同的温度区(方框210)，以及确定该温度区的温度是指示熔融构造材料还是指示非熔融构造材料(方框212)。

图3是实施图2的方框212的方法的一个实例。在方框302中，确定了在构造材料层的上方(例如，在安排在打印平台上的构造材料的整个层上方)，构造材料是否具有两个不同的温度区。在一些实例中，该层包含多个部分(其可以是连续的)，并且可以在所有这样的部分上感知温度。事实上，结合图1和图2所描述的过程可以针对许多层、或者针对每一个层、层的部分来进行。在一个实例中，如果构造材料层的子区域整体上的温度频率分布内的两个最高峰之间的至少一个分隔系数存在分隔(即，该构造材料层的子区域的频率分布整体上为双峰)，则认为温度区是不同的。例如，分隔系数可以是基于标准偏差，或者基于随频率分布的形式(例如，展布或可变性)而变化的一些其他测量。分隔系数可以与方框202中使用的相同或不同。

在方框304中，如果存在两个不同的温度区，则确定该构造材料包含非熔融构造材料温度区和熔融构造材料温度区。确定温度区的标称温度(方框306)，例如结合上文方框108所述。在方框308中，确定了讨论中的构造材料的部分的温度区的温度是与熔融构造材料温度区相匹配还是与非熔融构造材料温度区的温度相匹配。例如，讨论中的部分的单个温度区的标称温度和针对整个层的每个温度区的标称温度之间的差值，并且是最小差值用于鉴定该部分为包含熔融或非熔融构造材料。

然而，在方框302中如果确定了该层整体上仅具有一个不同的温度区，则在方框310中确定了构造材料的该部分包含非熔融构造材料。这种确定可以是基于其在实际对象生成装置中是不可能的而做出的，打印平台上的整个构造材料层能够或将会同时发生熔融。因此，如果存在横跨整个打印平台或构造材料层的一个温度区，则可以认为该温度区为非熔融构造材料温度区。

图4示出了正在经历处理以形成具有基本上新月形的两个对象的构造材料层的热像图。该图像被划分为像素，在此实例中基本上为方形像素，每个像素具有的温度与其相关，而且反过来又代表构造材料表面的子区域的温度。在此实例中，像素越暗，温度就越高(如图右侧比例尺所示)。值得注意的是，在图4的实例中，存在一些较冷的像素以及在角落出存在不规则现象。该较冷的像素可被看作，例如，由于构造材料未延伸到这些区域中，并且因此散热和对流较高。在其他实例中，热传感器可以包含至少一个透镜，其可以轮流包含当从特定角度接收红外辐照时轻微影响温度读数的像差。像差补偿算法可以用于校正该像差，但这会导致在一些像素中的不规则现象。然而，当基于频率分布中最多的二进制数来确定标称温度时，这样的会影响少量像素的不规则现象将不会不利地影响这种温度的确定(例如可以是确定了像素温度值的简单平均的情况)。在一些实例中，可以在确定频率分布之前废弃不能代表构造材料和/或像差的热像图的区域，例如落在预期的温度范围之外的不期望的热或冷像素。

图5示出了构造材料的一部分中子区域温度的频率分布。在图5的实例中，存在由热像图的107个像素表示的107个构造材料的子区域。以此为例，每个二进制数的像素的平均数为10.7。该平均值平均温度(取二进制数的中值点来表示其中像素的温度)为：155.4299℃。该分布的平方和SS为2916.22。其能够用于根据如下关系式来确定方差s²：

s²＝SS/(N-1)＝2916.22/(107-1)＝27.51

标准偏差为方差的平方根：

s＝√s²＝√27.51＝5.25

也可以鉴定两个最多的温度二进制数。它们可以被确定为包括来自每个二进制数的子区域的平均数的最大差值。这两个二进制数的中值点被鉴定为第一温度和第二温度。在此实例中，第一温度T₁为149.7℃且第二温度T₂为160.5℃。在此实例中，第一温度和第二温度由分隔系数分隔，该分隔系数在此实例中被设定为2s(即，两个标准偏差)，确定了该分布为双峰且存在具有标称温度为149.7℃和160.5℃的两个不同的温度区。在此实例中这些温度中较高的为标称熔融构造材料温度区。

尽管在上述实例中使用2s，但可以使用其他的值作为分隔系数来鉴定峰是不同的(即，温度分布为双峰)。

图6是对象生成装置600的一个实例。对象生成装置600包含打印平台602、温度控制装置604、能量源606、温度传感器608、处理器610和控制器612。

图7中示出了打印平台602和相关的温度控制装置604的一个实例。该打印平台602用于支持易熔的构造材料，并且温度控制装置604用于保温其上的构造材料。应用由能量源606供应的相对少量的能量能够引起保温的构造材料选择性熔融。在一些实例中，例如，如果热将被待熔融的构造材料优先吸收或产生(如可以是用试剂处理构造材料的情况)，该能量源606也可以加热不发生熔融的构造材料，并且因此该能量源606和温度控制装置604可以由单个加热灯等来提供，或者能量源和温度控制装置中的一个或者两个可以具有重叠功能，有助于预热和熔化。在一些实例中，一些预热可以通过构造材料展布装置来进行。

在此实例中，温度控制装置604包含多个各个加热元件702a-i，其中每一个与打印平台604的部分704a-i相关并且意在预热在该部分704a-i上的构造材料。该能量源606用于使得构造材料发生选择性熔融。温度传感器608在此实例中为热成像照相机，其用于感知安排在打印平台602上的构造材料层的至少一个部分的多个子区域的温度，并且在此实例中用于感知整个打印平台602上方的温度，并且将温度赋值给像素，其又与打印平台602的部分704a-i的子区域相关，该打印平台602的部分704a-i与各个加热元件702a-i相关。这为每个部分704a-i有效提供了专用的温度传感器，但在其他实例中，分隔装置可以是专用于每个感知部分704a-i的温度。控制器612用于控制温度控制装置604的温度，并且在一个实例中可以经由相关的元件702a-i的控制来控制各个部分704a-i的温度。

处理器610用于获得与部分704a-i或每个部分704a-i相关的像素的像素温度的频率分布，并且用于确定该频率分布是否为双峰。如果该频率分布不为双峰，则处理器610用于鉴定构造材料温度区。然而，如果该频率分布为双峰，则处理器610用于鉴定熔融构造材料温度区和非熔融构造材料温度区。处理器610进一步用于确定至少一个鉴定后的温度区的标称温度。处理器610可以例如根据上文中结合图1-图3中任一幅所述的方法来操作。如果确定的标称温度不同于预期的温度，则控制器612可以用于利用温度控制装置604来控制打印平台602/其部分704a-i的温度，从而使该温度趋向于预期的温度。

图8示出了与存储器802相关的处理器800的一个实例。在一些实例中，该处理器800可具有对象生成装置600的处理器610的功能。存储器802包含包括机器可读指令的非暂时性机器可读介质，当由处理器800执行该机器可读指令时，使得处理器800根据对象生成装置中的易熔构造材料的多个子区域的温度的指示来确定子区域温度的频率分布；以鉴定该频率分布是指示构造材料内的两个温度区还是指示一个温度区，该温度区指示熔融构造材料或非熔融构造材料中的一种；以确定该至少一个鉴定后的温度区的标称温度值；以及以生成输出来控制温度控制器件从而使至少一个标称温度值趋向于预定值。

存储器802可以进一步包含使得处理器针对构造材料层的多个部分中的每一个(例如，针对覆盖在打印平台602的特定部分704a-i上的构造材料)确定至少一个温度区的标称温度值的指令，以及可产生输出以控制与每个部分相关的温度控制器件(例如加热元件702a-i)，以使得针对该部分确定的至少一个标称温度值趋向于预定值。

期望的温度可以取决于印刷相(printing phase)。例如，其可以是未经处理的构造材料从而熔融在整个对象生成中保持大致稳定温度。在试剂分布之后，该试剂(现在施加于构造材料)的温度可以是达到其熔化温度所期望的。然而，应避免过度加热(以及所导致的熔化)任何周围的、未处理的构造材料。因此，可以通过温度控制装置(例如，温度控制器件604和/或能量源606)维持热平衡以确保经处理的材料发生熔化，而不会过度加热周围的构造材料。

存储在存储器802中的指令可以包含用于确定构造材料的部分是否具有两个温度区的指令，因此该构造材料的部分包含非熔融构造材料温度区和熔融构造材料温度区。存储器802也可以存储用于确定如果确定构造材料具有一个温度区，则该温度区的温度是指示熔融构造材料还是指示非熔融构造材料的指令。

确定构造材料是否具有两个温度区存储在存储器802中的指令可以包含用于确定第一温度和第二温度的指令，其中该第一温度和第二温度具有频率分布内的两个最高频率并且，如果该第一温度和第二温度由频率分布的至少两倍标准偏差分隔，则确定存在两个温度区。

针对具有一个温度区的构造材料层的部分，来确定该温度区的温度是指示熔融构造材料还是指示非熔融构造材料的指令可以包含(i)确定构造材料的层整体上是否具有两个温度区的，并且，如果是，则确定该构造材料包含非熔融构造材料温度区和熔融构造材料温度区，以及因此确定温度区的标称温度，以及确定构造材料的所述部分的温度区的温度是与所述熔融构造材料温度区相匹配还是与所述非熔融构造材料温度区的温度相匹配的指令；以及(ii)用于确定构造材料的所有部分是否具有一个温度区，并且从而确定构造材料的该部分包含非熔融构造材料的指令。

本文披露内容中的实例能够作为方法、系统或机器可读指令来提供，例如软件、硬件、固件等的任意组合。这样的机器可读指令可以包括在其上或其中具有计算机可读程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于光盘存储、CD-ROM、光存储等)上。

根据本文披露内容的实例，参照方法、装置和系统的流程图和/或方框图来描述本文披露内容。尽管上述流程图示出了执行的具体顺序，但执行的该顺序可以不同于所描述的顺序。与一幅流程图有关的方框可以与其他流程图的方框组合。应该理解，该流程图和/或方框图中的每个流程和/或方框，以及该流程图和/或方框图中的流程和/或方框的组合能够由机器可读指令来实现。

机器可读指令可以由，例如，通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其他可编程数据处理装置的处理器来执行，以实施描述和图表中所述的功能。尤其是，处理器或处理装置(例如处理器610、800)可以执行机器可读指令。因此，该器件和装置的功能模块可由执行存储于存储器中的机器可读指令的处理器来实现，或者由根据嵌入于逻辑电路中的指令操作的处理器来实现。术语“处理器”被广义地解释为包括CPU、处理单元、ASIC、逻辑单元、或可编程门阵列等。该方法和功能模块均可由各个处理器或拆分的若干处理器来实施。

也可以将这样的机器可读指令存储在计算机可读存储(例如，存储器802)上，其能够引导该计算机或其他可编程数据处理装置(例如，处理器610、800)以特定的方式操作。

也可以将这样的机器可读指令装入计算机或其他可编程数据处理装置，以使得该计算机或其他可编程数据处理装置实施一系列操作来产生计算机执行的处理，由此在该计算机或其他可编程装置上执行的指令可实现由流程图中的(一个或多个)流程和/或方框图中的(一个或多个)方框指定的功能。

而且，本文中的教导可以计算机软件产品的形式来实现，该计算机软件产品存储在存储介质中并且包含使得计算机装置实施本文披露内容实施例中所述的方法的多个指令。

尽管已经参照某些实施例描述了方法、装置和相关方面，但是能够采用各种变化、改变，省略和替代形式，而不偏离本文披露的精神。因此，意在将所述的方法、装置和相关方面仅由所附权利要求书的范围及其等同替代方式限定。应该注意但是，上述实施例证明了本文中所述的内容而非对其进行限制，并且本领域技术人员在不偏离所附权利要求范围的情况下，将能够设计出任意替代性实施方式。

词语“包含”不排除存在权利要求中所列之外的元件，“一个”或“一种”不排除多个，并且单个处理器或其他单元可以满足权利要求书中所述的若干单元的功能。

任意从属权利要求的特征可与任意独立权利要求或其他从属权利要求的特征相组合。

Claims (15)

1.一种增材制造的方法，包括：

感知对象生成装置中的构造材料层的一部分的多个子区域的温度；

获得子区域温度的频率分布；

确定所述频率分布是否为双峰；

鉴定：

如果所述频率分布不为双峰，则为构造材料温度区，或者

如果所述频率分布为双峰，则为熔融构造材料温度区和非熔融构造材料温度区；所述方法进一步包括确定至少一个鉴定后的温度区的标称温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述频率分布是否为双峰包括：鉴定在所述频率分布中具有两个最高频率的温度为第一温度和第二温度，以及如果所述第一温度和第二温度由至少一个分隔系数分隔，则确定所述频率分布为双峰。

3.根据权利要求1所述的方法，包括：

如果所述频率分布不为双峰，则确定所述构造材料温度区的所述标称温度是指示熔融构造材料还是指示非熔融构造材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述温度区的所述标称温度是指示熔融构造材料还是指示非熔融构造材料包括感知所述构造材料层的上方的温度并且：

如果所述构造材料层具有两个不同的温度区，则确定所述构造材料层包含非熔融构造材料温度区和熔融构造材料温度区，确定所述温度区的标称温度，并且确定构造材料的所述部分的温度区的所述标称温度与所述熔融构造材料温度区的所述标称温度相匹配还是与所述非熔融构造材料温度区的所述标称温度相匹配；或者

如果所述构造材料层具有一个不同的温度区，从而确定所述构造材料层的所述部分包含非熔融构造材料。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，获得所述频率分布包括将子区域赋值给指示一定温度范围的二进制数。

6.一种对象生成装置，包含：

打印平台，用于支持构造材料；

温度控制装置，用于控制设置在所述打印平台上的构造材料的至少一部分的温度；

能量源，用于引起所述构造材料的选择性熔融；

温度传感器，用于确定代表设置在所述打印平台上的构造材料层的至少一部分的子区域的像素的温度；以及

处理器，其用于：

获得像素温度的频率分布；

确定所述频率分布是否为双峰；

如果所述频率分布不为双峰，则鉴定为构造材料温度区；

如果所述频率分布为双峰，则鉴定为熔融构造材料温度区和非熔融构造材料温度区；以及确定至少一个鉴定后的温度区的标称温度。

7.根据权利要求6所述的对象生成装置，如果所确定的标称温度不同于预期的温度，则所述对象生成装置进一步包含控制器以控制所述温度控制装置。

8.根据权利要求7所述的对象生成装置，其中，所述温度控制装置包含多个加热元件，每个加热元件加热设置在所述打印平台上的多个所述构造材料层部分中的一个，其中：

所述处理器用于确定多个所述部分中的至少一个温度区的标称温度，以及

如果与所述加热元件有关的所述一部分的所确定的标称温度不同于预期的温度，则所述控制器用于控制加热元件的温度。

9.根据权利要求8所述的对象生成装置，其中，为每个部分提供专用的温度传感器。

10.根据权利要求6所述的对象生成装置，其中，所述温度传感器包含如下中的至少一种：红外传感器；热成像摄像机；热电堆阵列。

11.一种非暂时性机器可读存储介质，所述非暂时性机器可读介质用可由处理器执行的指令编码，并且包含如下指令：

根据对象生成装置中的构造材料的多个子区域的温度指示来确定子区域温度的频率分布；

鉴定所述频率分布是指示所述构造材料内的两个温度区还是指示一个温度区，所述温度区指示熔融构造材料或非熔融构造材料中的一种；

确定至少一个鉴定后的温度区的标称温度；

产生输出以控制温度控制器件，以使得至少一个标称温度值趋于预定值。

12.根据权利要求11所述的非暂时性机器可读存储介质，其中，确定至少一个温度区的标称温度值的所述指令是用于确定构造材料的多个部分中的每一个部分的至少一个标称温度值，而产生输出的指令是产生用于控制与每一个部分有关的温度控制器件以使得针对所述部分确定的至少一个标称温度值趋于预定值的输出。

13.根据权利要求11所述的非暂时性机器可读存储介质，进一步包含：

指令，用于确定如果构造材料的一部分被确定为具有一个温度区，所述温度区的所述温度是指示熔融构造材料还是指示非熔融构造材料。

14.根据权利要求11所述的非暂时性机器可读存储介质，其中，用于确定所述频率分布是否指示所述构造材料中的两个温度区的指令包含确定第一温度和第二温度的指令，其中所述第一温度和第二温度具有所述频率分布内的两个最高频率；以及用于确定所述第一温度和第二温度是否由所述频率分布的至少两倍标准偏差分隔的指令。

15.根据权利要求13所述的非暂时性机器可读存储介质，其中，对于具有一个温度区的构造材料，所述用于确定所述温度区的所述温度是指示熔融构造材料还是指示非熔融构造材料的指令包含：

用于确定构造材料的任意部分是否具有两个温度区，并且，如果是，则确定所述构造材料包含非熔融构造材料温度区和熔融构造材料温度区的指令；用于确定所述温度区的标称温度的指令；以及用于确定构造材料的所述部分的温度区的温度是与所述熔融构造材料温度区相匹配还是与所述非熔融构造材料温度区的所述温度相匹配的指令；

用于确定所述构造材料的所有部分是否具有一个温度区，并且从而确定构造材料的所述部分包含非熔融构造材料的指令。

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