CN109570502B - 一种检测slm设备铺粉以及零件表面质量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置，包括滑动安装在成形室内的刮刀架，刮刀架底部通过螺钉固定连接有刮刀，刮刀架左侧或者右侧还通过螺钉固定连接有朝成形室底面拍摄的线阵相机，刮刀架上还固定连接有驱动装置，成形室底部设置有成形平台，还包括控制与采集系统，驱动装置与线阵相机分别通过线缆电连接控制与采集系统。本发明的一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置，解决了现有技术中存在的SLM打印检测装置无法满足较大幅面零件打印时对刮刀铺粉、零件表面质量检测的问题。本发明还公开了采用上述装置进行SLM设备铺粉以及零件表面质量检测的方法。

Description

一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置及方法

技术领域

本发明属于SLM设备技术领域，涉及一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置，本发明还涉及采用上述装置进行SLM设备铺粉以及零件表面质量检测的方法。

背景技术

SLM技术是控制激光束逐层对铺设好的粉末进行选择性照射，在激光束的热作用下，粉末经完全熔化、粘结、冷却凝固而成形的一种技术。与传统加工技术相比，SLM技术突破了传统减材制造或者塑性制造方法中刀具、夹具的约束，能在很短的时间内直接制造出产品的模型甚至成品，极大地改变了现代社会的生活和制造方式。

SLM打印检测装置主要由刮刀、成形平台、成形室、工业摄像机、工业相机镜头等组成。具体过程是：刮刀在零件成形部分的上表面平铺一层均匀密实粉末材料，激光束根据预设的扫描路径对该层粉末完成扫描。与此同时，安装于成形室顶部的工业摄像机实时跟踪记录每层的刮刀铺粉以及该层融化后零件表面的粘结质量，直至完成整个零件打印。工业摄像机对刮刀铺粉质量以及打印缺陷问题追溯起着关键作用。随着SLM设备所打印零件的幅面越来越大，原有工业摄像机的视场受限以及像素不足，无法适应较大幅面零件打印时对刮刀铺粉、零件表面质量的检测。如何实时拍摄大幅面、高像素刮刀铺粉和每层粉末烧结面的图像，是一个值得探讨的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置，解决了现有技术中存在的SLM打印检测装置无法满足较大幅面零件打印时对刮刀铺粉、零件表面质量检测的问题。

本发明的另一目的是提供采用上述装置进行SLM设备铺粉以及零件表面质量检测的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置，包括滑动安装在成形室内的刮刀架，刮刀架底部通过螺钉固定连接有刮刀，刮刀架左侧或者右侧还通过螺钉固定连接有朝成形室底面拍摄的线阵相机，刮刀架上还固定连接有驱动装置，成形室底部设置有成形平台，还包括控制与采集系统，驱动装置与线阵相机分别通过线缆电连接控制与采集系统。

本发明第一种技术方案的特征还在于，

成形室后壁内侧设置有与刮刀铺粉方向一致的滑槽，刮刀架后侧设置有滑轨，刮刀架与成形室通过滑轨和滑槽配合滑动连接，驱动装置驱动刮刀架在成形室后壁上滑动铺粉。

驱动装置包括有伺服电机以及与伺服电机通过线缆电连接的传动带装置，传动带装置的带传动方向刮刀架的滑动方向相同，刮刀架还连接在传动带装置的传动带上，伺服电机通过线缆电连接控制与采集系统。

控制与采集系统包括有工业控制计算机，工业控制计算机通过串口通信连接有PLC，PLC通过线缆连接有伺服驱动器，伺服驱动器通过线缆连接伺服电机，工业控制计算机上还通过插槽插接有图像采集卡，图像采集卡通过线缆连接在线阵相机上。

线阵相机还通过线缆连接有电源。

成形室后壁内侧位于刮刀架两侧的极限位置处还安装有接近限位开关，接近限位开关通过线缆电连接工业控制计算机。

本发明所采用的第二种技术方案是，采用上述一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置进行SLM设备铺粉以及零件表面质量检测的方法，当线阵相机固定在刮刀架左侧时，刮刀由左向右铺粉；当线阵相机固定在刮刀架右侧时，刮刀由右向左铺粉，具体按照以下步骤实施：

步骤1，根据计划的铺粉速度，在工业控制计算机上设定伺服电机的转速；

步骤2，工业控制计算机通过串口与PLC进行通信，PLC发出控制信号控制伺服驱动器，伺服驱动器控制驱动伺服电机，伺服电机转动带动刮刀架在滑槽内滑动在成形平台上进行铺粉，当刮刀架移动方向对应的接近限位开关检测到刮刀架时，将信号传递给工业控制计算机，工业控制计算机给PLC发出控制信号控制伺服驱动器停止伺服电机转动，刮刀架停止移动，在刮刀架移动的同时，位于刮刀架左侧的线阵相机同时随即将完成铺粉的区域进行图像采集，图像采集卡将线阵相机采集到的光信号转化为数字信号，并传输至工业控制计算机，工业控制计算机通过图像后处理软件进行图像拼接处理，从而生成大幅面、高分辨率的铺粉检测图像；

步骤3，若经铺粉检测图像判断，铺粉不合格，伺服驱动器控制驱动伺服电机反转，刮刀架回程，重新执行步骤2进行铺粉；

若铺粉检测图像判断，铺粉合格，则设备打印系统工作进行当层零件的打印；

步骤4，待打印结束后，伺服驱动器控制驱动伺服电机反转，刮刀架回程，刮刀架回程过程中，线阵相机同时对当层打印完的区域进行图像采集，图像采集卡将线阵相机采集到的光信号转化为数字信号，并传输至工业控制计算机，工业控制计算机通过图像后处理软件进行图像拼接处理，从而生成大幅面、高分辨率的当层零件表面检测图像；

步骤5，若经零件表面检测图像判断，当前层打印合格，则进入下一层铺粉打印；

若当前层打印不合格，则人工进行移除重新铺粉打印或者修复后，再进行步骤4的检测，直至打印合格，进入下一层铺粉打印。

本发明的有益效果是：

本发明将线阵相机固定在刮刀架左侧，铺粉的同时，采用线阵相机对其视场内进行扫描，并对该区域进行高频单帧、连续多个数据单元的采集，获取高分辨率、大幅面图像，能有效检测SLM设备的铺粉质量和大幅面尺寸零件表面质量。

附图说明

图1是本发明一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置的结构示意图；

图2是本发明一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置中控制与采集系统的结构示意图。

图中，1.刮刀架，2.刮刀，3.线阵相机，4.成形平台，5.传动带装置，6.伺服电机，7.零件，8.成形室，9.控制与采集系统，10.工业控制计算机，11.PLC，12.伺服驱动器，13.图像采集卡，14.电源，15.接近限位开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置，结构如图1所示，包括滑动安装在成形室8内的刮刀架1，刮刀架1底部通过螺钉固定连接有刮刀2，刮刀架1左侧或者右侧还通过螺钉固定连接有朝成形室8底面拍摄的线阵相机3，刮刀架1上还固定连接有驱动装置，成形室8底部设置有成形平台4，还包括控制与采集系统9，驱动装置与线阵相机3分别通过线缆电连接控制与采集系统9。

成形室8后壁内侧设置有与刮刀铺粉方向一致的滑槽，刮刀架1后侧设置有滑轨，刮刀架1与成形室8通过滑轨和滑槽配合滑动连接，驱动装置驱动刮刀架1在成形室8后壁上滑动铺粉。

驱动装置包括有伺服电机6以及与伺服电机6通过线缆电连接的传动带装置5，传动带装置5的带传动方向刮刀架1的滑动方向相同，刮刀架1还连接在传动带装置5的传动带上，伺服电机6通过线缆电连接控制与采集系统9。

如图2所示，控制与采集系统9包括有工业控制计算机10，工业控制计算机10通过串口通信连接有PLC11，PLC11通过线缆连接有伺服驱动器12，伺服驱动器12通过线缆连接伺服电机6，工业控制计算机10上还通过插槽插接有图像采集卡13，图像采集卡13通过线缆连接在线阵相机3上。

线阵相机3还通过线缆连接有电源14。

成形室8后壁内侧位于刮刀架1两侧的极限位置处还安装有接近限位开关15，接近限位开关15通过线缆电连接工业控制计算机10。

采用上述一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置进行SLM设备铺粉以及零件表面质量检测的方法，当线阵相机3固定在刮刀架1左侧时，刮刀由左向右铺粉；当线阵相机3固定在刮刀架1右侧时，刮刀由右向左铺粉，具体按照以下步骤实施：

步骤1，根据计划的铺粉速度，在工业控制计算机10上设定伺服电机6的转速；

步骤2，工业控制计算机10通过串口与PLC11进行通信，PLC11发出控制信号控制伺服驱动器12，伺服驱动器12控制驱动伺服电机6，伺服电机6转动带动刮刀架1在滑槽内滑动在成形平台4上进行铺粉，当刮刀架1移动方向对应的接近限位开关15检测到刮刀架1时，将信号传递给工业控制计算机10，工业控制计算机10给PLC11发出控制信号控制伺服驱动器12停止伺服电机转动，刮刀架1停止移动，在刮刀架1移动的同时，位于刮刀架1左侧的线阵相机3同时随即将完成铺粉的区域进行图像采集，图像采集卡13将线阵相机3采集到的光信号转化为数字信号，并传输至工业控制计算机10，工业控制计算机10通过图像后处理软件进行图像拼接处理，从而生成大幅面、高分辨率的铺粉检测图像；

步骤3，若经铺粉检测图像判断，铺粉不合格，伺服驱动器12控制驱动伺服电机6反转，刮刀架1回程，重新执行步骤2进行铺粉；

若铺粉检测图像判断，铺粉合格，则设备打印系统工作进行当层零件7的打印；

步骤4，待打印结束后，伺服驱动器12控制驱动伺服电机6反转，刮刀架1回程，刮刀架1回程过程中，线阵相机3同时对当层打印完的区域进行图像采集，图像采集卡13将线阵相机3采集到的光信号转化为数字信号，并传输至工业控制计算机10，工业控制计算机10通过图像后处理软件进行图像拼接处理，从而生成大幅面、高分辨率的当层零件表面检测图像；

步骤5，若经零件表面检测图像判断，当前层打印合格，则进入下一层铺粉打印；

若当前层打印不合格，则人工进行移除重新铺粉打印或者修复后，再进行步骤4的检测，直至打印合格，进入下一层铺粉打印。

Claims (1)

1.一种SLM设备铺粉以及零件表面质量检测的方法，其特征在于，采用一种检测SLM设备铺粉以及零件表面质量的装置，包括滑动安装在成形室（8）内的刮刀架（1），所述刮刀架（1）底部通过螺钉固定连接有刮刀（2），所述刮刀架（1）左侧或者右侧还通过螺钉固定连接有朝成形室（8）底面拍摄的线阵相机（3），所述刮刀架（1）上还固定连接有驱动装置，所述成形室（8）底部设置有成形平台（4），还包括控制与采集系统（9），所述驱动装置与所述线阵相机（3）分别通过线缆电连接所述控制与采集系统（9）；

所述成形室（8）后壁内侧设置有与刮刀铺粉方向一致的滑槽，所述刮刀架（1）后侧设置有滑轨，所述刮刀架（1）与成形室（8）通过滑轨和滑槽配合滑动连接，所述驱动装置驱动所述刮刀架（1）在成形室（8）后壁上滑动铺粉；

所述驱动装置包括有伺服电机（6）以及与所述伺服电机（6）通过线缆电连接的传动带装置（5），所述传动带装置（5）的带传动方向与刮刀架（1）的滑动方向相同，所述刮刀架（1）还连接在所述传动带装置（5）的传动带上，所述伺服电机（6）通过线缆电连接所述控制与采集系统（9）；

所述控制与采集系统（9）包括有工业控制计算机（10），所述工业控制计算机（10）通过串口通信连接有PLC（11），所述PLC（11）通过线缆连接有伺服驱动器（12），所述伺服驱动器（12）通过线缆连接所述伺服电机（6），所述工业控制计算机（10）上还通过插槽插接有图像采集卡（13），所述图像采集卡（13）通过线缆连接在所述线阵相机（3）上；

线阵相机（3）还通过线缆连接有电源（14）；

成形室（8）后壁内侧位于刮刀架（1）两侧的极限位置处还安装有接近限位开关（15），所述接近限位开关（15）通过线缆电连接所述工业控制计算机（10）；

当线阵相机（3）固定在刮刀架（1）左侧时，刮刀由左向右铺粉；当线阵相机（3）固定在刮刀架（1）右侧时，刮刀由右向左铺粉，具体按照以下步骤实施：

步骤1，根据计划的铺粉速度，在工业控制计算机（10）上设定伺服电机（6）的转速；

步骤2，工业控制计算机（10）通过串口与PLC（11）进行通信，PLC（11）发出控制信号控制伺服驱动器（12），伺服驱动器（12）控制驱动伺服电机（6），伺服电机（6）转动带动刮刀架（1）在滑槽内滑动在成形平台（4）上进行铺粉，当刮刀架（1）移动方向对应的接近限位开关（15）检测到刮刀架（1）时，将信号传递给工业控制计算机（10），工业控制计算机（10）给PLC（11）发出控制信号控制伺服驱动器（12）停止伺服电机转动，刮刀架（1）停止移动，在刮刀架（1）移动的同时，位于刮刀架（1）一侧的线阵相机（3）同时随即将完成铺粉的区域进行图像采集，图像采集卡（13）将线阵相机（3）采集到的光信号转化为数字信号，并传输至工业控制计算机（10），工业控制计算机（10）通过图像后处理软件进行图像拼接处理，从而生成大幅面、高分辨率的铺粉检测图像；

步骤3，若经铺粉检测图像判断，铺粉不合格，伺服驱动器（12）控制驱动伺服电机（6）反转，刮刀架（1）回程，重新执行步骤2进行铺粉；

若铺粉检测图像判断，铺粉合格，则设备打印系统工作进行当层零件（7）的打印；

步骤4，待打印结束后，伺服驱动器（12）控制驱动伺服电机（6）反转，刮刀架（1）回程，刮刀架（1）回程过程中，线阵相机（3）同时对当层打印完的区域进行图像采集，图像采集卡（13）将线阵相机（3）采集到的光信号转化为数字信号，并传输至工业控制计算机（10），工业控制计算机（10）通过图像后处理软件进行图像拼接处理，从而生成大幅面、高分辨率的当层零件表面检测图像；

步骤5，若经零件表面检测图像判断，当前层打印合格，则进入下一层铺粉打印；

若当前层打印不合格，则人工进行移除重新铺粉打印或者修复后，再进行步骤4的检测，直至打印合格，进入下一层铺粉打印。