CN109304871B - 一种铺粉控制方法及其增材制造设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种铺粉控制方法及其增材制造设备，通过根据涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向在数据库中查询存储的对应图像集；将当前层图像与数据库中对应图像集存储的至少一张图像进行差值计算得到至少一张中间图像，及对每张中间图像进行腐蚀处理以去除噪音和待打印工件的正常烧结边缘后得到结果图像；使得本发明一方面解决了烧结过程中灰尘落在镜头、刮刀、腔体四周、光源上，导致的光学环境变化从而造成判断不准的问题；另一方面避免了双向铺粉过程中，由于刮刀从左向右铺粉以及从右向左铺粉所位于左侧或右侧位置的不同而带来的反光位置不同进而导致误判的问题，且本发明检测更准确、检测方法更简单。
Description
技术领域
本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种铺粉控制方法及其增材制造设备。
背景技术
增材制造技术是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。选择性激光烧结（Selective LaserSintering，简称SLS）和选择性激光熔融（Selective Laser Melting，简称SLM）是近年来发展最为迅速的增材制造技术。
增材制造技术中，在打印完一个工件，一般都需要重复几千上万次的铺粉动作，打印设备在这中间偶尔会出现一些意外，导致比如铺设粉末缺失，粉末塌陷，烧结工件翘曲，支撑塌陷等等问题。也可能是产品设计本身问题，比如支撑设计有缺陷导致工件翘曲。以上这些问题在几千次几万次的烧结过程中，只要出现一次，如果没有进行处理，就会导致整个工件的烧结失败。
为了解决铺粉质量带来的上述弊端，现有技术也提出了一些粉末质量检测方法，该方法一般通过检测粉面的整体灰度值是否一致，或者其与理想的粉面比较是否存在差异，该方法虽然可以解决上述技术问题，但其基于的前提一般都是设备硬件没有任何问题，但在具体地工件打印过程中，硬件可能会存在一些变化，例如烧结过程中摄像头上的镜头会积累越来越多的粉末而影响所拍摄的图像变化，光源上积累的粉末越来越多而导致光源逐步变化，反光等等。以上的硬件问题从而会导致粉面质量检测的误判，从而影响了检测的准确性。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种检测更准确、且检测方法更简单的铺粉控制方法及其增材制造设备。
为实现上述目的，本申请提供了一种铺粉控制方法，包括以下步骤：
当接收到铺粉检测指令时，通过光学摄像头获取工作区域的当前层图像；
根据涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向在数据库中查询存储的对应图像集；
将当前层图像与对应图像集中的每一张图像进行差值计算得到至少一张中间图像，每张中间图像显示了当前层图像与存储的每张图像进行差值计算得到的所有正常像素和异常像素；
对每张中间图像进行腐蚀处理以去除噪音和待打印工件的正常烧结边缘后得到结果图像；
统计每一张结果图像中所有异常像素的数量，并选取最大的数量值作为结果值；
根据结果值判断铺粉质量，并根据铺粉质量判断是否需要重新铺粉。
作为本发明的进一步优选方案，当铺粉器从工作区域的一侧向另一侧铺粉，且铺粉至工作区域的另一侧时，发送铺粉检测指令。
作为本发明的进一步优选方案，所述中间图像中的所有正常像素和异常像素通过二值化处理后进行显示。
作为本发明的进一步优选方案，根据结果值判断铺粉质量，并根据铺粉质量判断是否需要重新铺粉具体包括：
当结果值小于或等于第一预设值时，判断铺粉正常；
当结果值大于第一预设值且小于第二预设值时，判断铺粉质量欠佳；
当结果值大于或等于第二预设值时，判断铺粉异常，重新铺粉。
作为本发明的进一步优选方案，当判断铺粉正常，且对应图像集中存储的图像张数未达到最大值时，将该当前层图像保存至数据库中对应图像集，并作为对应图像集存储的最后一张图像；或者
当判断铺粉正常，且对应图像集中存储的图像张数达到最大值时，将该当前层图像保存至数据库中对应图像集，并作为对应图像集存储的最后一张图像，同时去掉对应图像集存储的第一张图像。
作为本发明的进一步优选方案，当铺粉质量欠佳或铺粉异常时，删除该当前层图像。
作为本发明的进一步优选方案，当判断铺粉异常，且铺粉异常连续达到设定次数时，停止工件烧结，并启动报警。
作为本发明的进一步优选方案，当所述数据库中对应图像集存储的图像为若干张时，将当前层图像与对应图像集存储的每一张图像进行差值计算得到若干张中间图像具体包括：
将当前层图像分别与对应图像集存储的每一张图像中相同位置的每一个像素点做减法运算；
并将减法得到的值的绝对值作为最终值；
当最终值大于差异参数则标注为异常像素，最终值小于或者等于差异参数则标注为正常像素。
作为本发明的进一步优选方案，根据涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向在数据库中查询存储的对应图像集具体为：
当涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向为从第一极限位置至第二极限位置，查询数据库中存储的由铺粉器从第一极限位置至第二极限位置进行铺粉得到的所有图像形成对应图像集；
当涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向为从第二极限位置至第一极限位置，查询数据库中存储的由铺粉器从第二极限位置至第一极限位置进行铺粉得到的所有图像形成对应图像集。
本发明还提供了一种增材制造设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述方法的步骤。
本发明的铺粉控制方法及其增材制造设备，通过采用上述技术方案具有以下有益效果：
1、通过将当前层图像与数据库中对应图像集存储的至少一张图像进行差值计算得到至少一张中间图像，以及对每张中间图像进行腐蚀处理以去除噪音和待打印工件的正常烧结边缘后得到结果图像，一方面解决了烧结过程中灰尘落在镜头、刮刀、腔体四周、光源上，导致的光学环境变化从而造成判断不准的问题；另一方面有效解决了不同材料光学反光度不一致而导致的判定不准的问题。因此，本发明不仅适用于单一材料的烧结，也适用于多种材料混合烧结，而且本发明检测更准确、检测方法更简单；
2、根据铺粉器运动的不同位置分开存储图片，并分开进行比较分析，可进一步避免了双向铺粉过程中，由于刮刀从左向右铺粉以及从右向左铺粉所位于左侧或右侧位置的不同而带来的反光位置不同而导致误判的技术问题，因此，本发明检测更准确。
附图说明
图1为本发明一实施例中铺粉控制方法的方法流程图；
图2为一实施例中铺粉正常的粉面状态图
图3为一实施例中铺粉异常的粉面状态图；
图4为一实施例中的中间图像；
图5为一实施例中的结果图像。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，本申请提供的一种铺粉控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、当接收到铺粉检测指令时，通过光学摄像头获取工作区域的当前层图像；
该步骤S1中，现有技术中，一般是等当前层铺粉完成时发送铺粉检测指令，本发明也可以采用现有技术的该方式，但作为本发明的一优选方案，可在铺粉未完全完成，即当铺粉器从工作区域的一侧向另一侧铺粉，且铺粉至工作区域的另一侧时，发送铺粉检测指令，具体地可由PLC向上位机发送铺粉检测指令，这样可节省铺粉器从工作区域的另一侧继续前行到达送粉缸而又返回至工作区域的另一侧这段时间，进而进一步提高了工作效率。
另外，本实施例可以根据需要从某层开始执行，例如，优选地，由于开始几层铺粉不太稳定，一般可从第十层开始执行，即由PLC向上位机发送铺粉检测指令，当然也可以根据需要停止执行。
具体地，所述光学摄像头的具体设置位置在本发明不做限制，根据实际需要其也可以采用一个或多个，例如当工作区域面积较大，一个光学摄像头无法拍摄所有工作区域图像时，则可以选择多个光学摄像头。
优选地，该步骤S1中获取的当前层图像可进行灰度化处理，以便于后续的分析。
步骤S2、根据涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向在数据库中查询存储的对应图像集；
该步骤S2的具体含义为：当涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向为从第一极限位置至第二极限位置，查询数据库中存储的由铺粉器从第一极限位置至第二极限位置进行铺粉得到的所有图像形成对应图像集；
当涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向为从第二极限位置至第一极限位置，查询数据库中存储的由铺粉器从第二极限位置至第一极限位置进行铺粉得到的所有图像形成对应图像集。也就是说，数据库中存储有两个图像集，其中一个图像集的所有图像均由铺粉器从第一极限位置至第二极限位置进行铺粉得到，另一个图像集的所有图像均由铺粉器从第二极限位置至第一极限位置进行铺粉得到。
在此需说明的是，所述数据库中两个图像集存储的第一张图像均是由设计人员根据实验而存储的铺粉质量正常的图像，其后存储的图像均是由本实施例执行并分别存储的满足条件的图像，例如，当判断铺粉正常，且对应图像集中存储的图像张数未达到最大值（可设为10）时，将该当前层图像保存至数据库中对应图像集，并作为对应图像集存储的最后一张图像；或者
当判断铺粉正常，且对应图像集中存储的图像张数达到最大值时，将该当前层图像保存至数据库中对应图像集，并作为对应图像集存储的最后一张图像，同时去掉对应图像集存储的第一张图像。
步骤S3、将当前层图像与对应图像集中的每一张图像进行差值计算得到至少一张中间图像，每张中间图像显示了当前层图像与存储的每张图像进行差值计算得到的所有正常像素和异常像素；
优选地，所述中间图像中的所有正常像素和异常像素通过二值化处理后进行显示，即将异常元素设置为灰度255，正常元素设置为灰度0。
具体地，该步骤S3中，当所述数据库中对应图像集存储的图像为若干张时，将当前层图像与数据库中对应图像集存储的每一张图像进行差值计算得到若干张中间图像具体包括：
将当前层图像分别与数据库中对应图像集存储的每一张图像中相同位置的每一个像素点做减法运算；
并将减法得到的值的绝对值作为最终值；
当最终值大于差异参数则标注为异常像素，最终值小于或者等于差异参数则标注为正常像素。所述差异参数可由设计人员根据多次实验确定具体数值。
步骤S4、对每张中间图像进行腐蚀处理以去除噪音和待打印工件的正常烧结边缘后得到结果图像；
具体地，该步骤S4中腐蚀处理所采用的参数可根据烧结材料、设备硬件、以及工件形状进行设置，例如可采用3*3 、5*5 或7*7 等奇数矩形进行腐蚀。由于腐蚀处理的具体方式属于本领域的现有技术，因此，在本发明中不做详细阐述。
图4中显示了一实施例的中间图像，以该图像为例，通过对其进行腐蚀处理以去除噪音和待打印工件的正常烧结边缘后得到结果图像，如图5所示。该步骤S4中的噪音主要是指硬件变化引起的图像变化，如烧结过程中灰尘落在镜头、刮刀、腔体四周、光源上，导致的光学环境变化；不同材料光学反光度不一致等，通过排除这些正常的以及硬件引起的不同，最后得到的结果图像便可以判断铺粉是否异常。
步骤S5、统计每一张结果图像中所有异常像素的数量，并选取最大的数量值作为结果值；
该步骤S5中，统计所有结果图像中每张图像包含的异常像素的数量，并选取异常像素数量最大的数量值作为结果值，以十张结果图像为例，分别统计十张结果图像中灰度值为255的像素点（即异常像素），得到十个结果值，取其中最大的结果值。
步骤S6、根据结果值判断铺粉质量，并根据铺粉质量判断是否需要重新铺粉。
该步骤S6中，可根据铺粉质量判定铺粉异常或正常两种情况，优选地，为了更精确地判定铺粉质量以及详细记录铺粉质量状态，该步骤可具体包括：
当结果值小于或等于第一预设值时，判断铺粉正常（如图2所示）；当判断铺粉正常，且对应图像集中存储的图像张数未达到最大值时，将该当前层图像保存至数据库中对应图像集，并作为对应图像集存储的最后一张图像；或者当判断铺粉正常，且对应图像集中存储的图像张数达到最大值时，将该当前层图像保存至数据库中对应图像集，并作为对应图像集存储的最后一张图像，同时去掉对应图像集存储的第一张图像；
当结果值大于第一预设值且小于第二预设值时，判断铺粉质量欠佳；当铺粉质量欠佳时，删除该当前层图像，即不保存此层图像为对比图像，还是使用原来的十层图像进行对比，然后继续烧结；
当结果值大于或等于第二预设值时，判断铺粉异常（如图3所示），重新铺粉。且当铺粉异常时，删除该当前层图像，同理，不保存此层图像为对比图像，还是使用原来的十层图像进行对比。
可以理解的是，所述第一预设值和第二预设值由设计人员根据具体情况设定，且需满足第一预设值小于第二预设值。
优选地，为了节约时间，提高工作效率，当判断铺粉异常，且铺粉异常连续达到设定次数时，停止工件烧结，并启动报警，以提醒该设备故障，需要人工维护。
本发明还提供了一种增材制造设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一实施例所述方法的步骤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种铺粉控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
当接收到铺粉检测指令时，通过光学摄像头获取工作区域的当前层图像；
根据涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向在数据库中查询存储的对应图像集；
将当前层图像与对应图像集中的每一张图像进行差值计算得到至少一张中间图像，每张中间图像显示了当前层图像与存储的每张图像进行差值计算得到的所有正常像素和异常像素；
对每张中间图像进行腐蚀处理以去除噪音和待打印工件的正常烧结边缘后得到结果图像；
统计每一张结果图像中所有异常像素的数量，并选取最大的数量值作为结果值；
根据结果值判断铺粉质量，并根据铺粉质量判断是否需要重新铺粉；其中，
当判断铺粉正常，且对应图像集中存储的图像张数未达到最大值时，将该当前层图像保存至数据库中对应图像集，并作为对应图像集存储的最后一张图像；或者
当判断铺粉正常，且对应图像集中存储的图像张数达到最大值时，将该当前层图像保存至数据库中对应图像集，并作为对应图像集存储的最后一张图像，同时去掉对应图像集存储的第一张图像；
所述对应图像集存储的第一张图像是由设计人员根据实验而存储的铺粉质量正常的图像。
2.根据权利要求1所述的铺粉控制方法，其特征在于，当铺粉器从工作区域的一侧向另一侧铺粉，且铺粉至工作区域的另一侧时，发送铺粉检测指令。
3.根据权利要求2所述的铺粉控制方法，其特征在于，所述中间图像中的所有正常像素和异常像素通过二值化处理后进行显示。
4.根据权利要求1至3任一项所述的铺粉控制方法，其特征在于，根据结果值判断铺粉质量，并根据铺粉质量判断是否需要重新铺粉具体包括：
当结果值小于或等于第一预设值时，判断铺粉正常；
当结果值大于第一预设值且小于第二预设值时，判断铺粉质量欠佳；
当结果值大于或等于第二预设值时，判断铺粉异常，重新铺粉。
5.根据权利要求4所述的铺粉控制方法，其特征在于，当铺粉质量欠佳或铺粉异常时，删除该当前层图像。
6.根据权利要求5所述的铺粉控制方法，其特征在于，当判断铺粉异常，且铺粉异常连续达到设定次数时，停止工件烧结，并启动报警。
7.根据权利要求6所述的铺粉控制方法，其特征在于，当所述数据库中对应图像集存储的图像为若干张时，将当前层图像与对应图像集存储的每一张图像进行差值计算得到若干张中间图像具体包括：
将当前层图像分别与对应图像集存储的每一张图像中相同位置的每一个像素点做减法运算；
并将减法得到的值的绝对值作为最终值；
当最终值大于差异参数则标注为异常像素，最终值小于或者等于差异参数则标注为正常像素。
8.根据权利要求7所述的铺粉控制方法，其特征在于，根据涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向在数据库中查询存储的对应图像集具体为：
当涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向为从第一极限位置至第二极限位置，查询数据库中存储的由铺粉器从第一极限位置至第二极限位置进行铺粉得到的所有图像形成对应图像集；
当涂覆当前层图像的铺粉器的铺粉方向为从第二极限位置至第一极限位置，查询数据库中存储的由铺粉器从第二极限位置至第一极限位置进行铺粉得到的所有图像形成对应图像集。
9.一种增材制造设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述方法的步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Address after: No. 181, Linyu Road, national high tech Industrial Development Zone, Changsha City, Hunan Province, 410205 Patentee after: Hunan Huashu High Tech Co.,Ltd. Address before: No. 181, Linyu Road, national high tech Industrial Development Zone, Changsha City, Hunan Province, 410205 Patentee before: HUNAN FARSOON HIGH-TECH Co.,Ltd. |