CN110103472A - 用于多区加热装置的校准方法、装置以及三维物体制造设备 - Google Patents

Abstract

一种用于多区加热装置的校准方法、装置以及三维物体制造设备，其中，校准方法包括：获取基准点和若干检测点的温度，并将若干检测点温度与基准点温度进行比较，将温度高于基准点的检测点记作高温度检测点，温度低于基准点的检测点记作低温度检测点；将高温度检测点对应的加热管的输出功率降低，再提高所有检测点对应的加热管的输出功率；或者将低温度检测点对应的加热管的输出功率提高，再降低所有检测点对应的加热管的输出功率；获取工作区域中的基准点和若干检测点的温度，当所有检测点的温度与基准点的温度的差值在允许范围内时，校准完成。本发明可自动调节加热管输出功率，以保证每一次成型过程中工作区域各点温度的一致。

Description

用于多区加热装置的校准方法、装置以及三维物体制造设备

技术领域

本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种用于多区加热装置的校准方法、装置以及三维物体制造设备。

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）是近年来发展最为迅速的增材制造技术之一。

选择性激光烧结的基本过程是：待成型区域的上方安装多区加热装置对区域内粉末进行预加热，使区域内粉末达到较为均匀稳定的温度，再由扫描系统（振镜）根据成型件三维模型的分层切片信息控制高能激光束作用于待成型区域内的尼龙粉末，大部分能量被吸收转化为粉末的热能使粉末温度迅速升高至熔点以上熔化。一层扫描完毕后，成型缸内的活塞会下降一个层厚的厚度；送粉装置将一定量的粉末送至工作台面，铺粉系统铺展一层厚的粉末沉积于已成型层之上。重复上述成型过程，直至所有三维模型的切片层全部扫描完毕。这样，三维模型通过逐层累积方式直接成型零件。

多区加热装置在整个成型过程中起着至关重要的作用，其为粉末提供足够的热量使其稳定维持在熔点以下一定温度，保证扫描系统工作时成型零件不发生热变形。一套良好的多区加热装置需要严格控制各加热管输出，将成型区域温差控制在尽量小的范围内，从而保证零件的成型效果。目前，主流的多区加热装置各部件输出功率固定，无法根据成型腔内条件变化进行灵活调节，同时，经过长期使用的加热装置输出功率必定产生一定程度衰减，而各部件衰减程度并不相同。由于上述情况的存在，加热装置稳定性随着使用时间的增加会受到一定程度的影响，最终导致成型零件质量下降。

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一种用于多区加热装置的校准方法、装置以及三维物体制造设备。

为实现上述目的，本申请提供了一种用于多区加热装置的校准方法，包括以下步骤：

步骤一、获取工作区域中的基准点和若干检测点的温度，并将若干检测点的温度与基准点的温度进行比较，将温度高于基准点的检测点记作高温度检测点，温度低于基准点的检测点记作低温度检测点；

步骤二、将高温度检测点对应的加热管的输出功率降低，待加热管稳定工作后，再提高所有检测点对应的加热管的输出功率；或者，将低温度检测点对应的加热管的输出功率提高，待加热管稳定工作后，再降低所有检测点对应的加热管的输出功率；

步骤三、获取工作区域中的基准点和若干检测点的温度，当所有检测点的温度与基准点的温度的差值在允许范围内时，校准完成，结束流程；否则，返回执行步骤一，直至校准完成结束。

作为本发明的进一步优选方案，将高温度检测点对应的加热管的输出功率降低，待加热管稳定工作后，再提高所有检测点对应的加热管的输出功率具体包括：

步骤A1、根据高温度检测点与基准点的温度差得到第一削弱因子，并用该第一削弱因子将该高温度检测点对应的加热管的输出功率进行降低；

步骤A2、待加热管稳定工作后，获取工作区域中的基准点和若干检测点的新温度，通过将基准点的新温度与步骤一中获取的基准点的温度进行比较得到第二增幅因子，并用该第二增幅因子将所有检测点对应的加热管的输出功率进行提高。

作为本发明的进一步优选方案，将低温度检测点对应的加热管的输出功率提高，待加热管稳定工作后，再降低所有检测点对应的加热管的输出功率：

步骤B1、根据低温度检测点与基准点的温度差得到第二增幅因子，并用该第二增幅因子将该低温度检测点对应的加热管的输出功率进行提高；

步骤B2、待加热管稳定工作后，获取工作区域中的基准点和若干检测点的新温度，通过将基准点的新温度与步骤一中获取的基准点的温度进行比较得到第二削弱因子，并用该第二削弱因子将所有检测点对应的加热管的输出功率进行降低。

作为本发明的进一步优选方案，所述基准点位于工作区域中的受加热管影响数量最多的点，所述每个检测点的温度为位于工作区域中的每个加热管所对应区域的某一点的温度，或者为每个加热管所对应区域的平均温度。

作为本发明的进一步优选方案，当所述检测点的温度与基准点的温度的差值与基准点的温度的比值的范围为±2%之内，表明该检测点的温度与基准点的温度的差值在允许范围内。

本发明还提供了一种用于多区加热装置的校准装置，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用于多区加热装置的校准方法的步骤。

本发明还提供了一种三维物体制造设备，包括上述任一项所述的用于多区加热装置的校准装置。

作为本发明的进一步优选方案，还包括激光器、光路系统和红外测温仪，所述激光器发出的激光在光路系统的控制下射入工作区域的粉末，以实现粉末的扫描烧结，所述红外测温仪通过光路系统获取工作区域中基准点和若干检测点的温度，以用于上述任一项所述的用于多区加热装置的校准装置进行校准。

作为本发明的进一步优选方案，所述光路系统包括依次设置的动态聚焦模块、偏转镜、振镜和平光镜，所述红外测温仪位于振镜和动态聚焦模块之间但不位于激光传输线路中，用于获取工作区域中基准点和若干检测点的温度。

作为本发明的进一步优选方案，所述设备还包括温度校准器，用于对红外测温仪获取的工作区域中基准点和若干检测点的温度进行校准。

本发明的用于多区加热装置的校准方法、装置以及三维物体制造设备，通过包括：获取工作区域中的基准点和若干检测点的温度，并将若干检测点的温度与基准点的温度进行比较，将温度高于基准点的检测点记作高温度检测点，温度低于基准点的检测点记作低温度检测点；将高温度检测点对应的加热管的输出功率降低，待加热管稳定工作后，再提高所有检测点对应的加热管的输出功率；或者，将低温度检测点对应的加热管的输出功率提高，待加热管稳定工作后，再降低所有检测点对应的加热管的输出功率；获取工作区域中的基准点和若干检测点的温度，当所有检测点的温度与基准点的温度的差值在允许范围内时，校准完成，结束流程；否则，返回执行步骤一，直至校准完成结束，使得本发明可自动调节加热管输出功率，以保证每一次成型过程中工作区域各点温度的稳定性及一致性，且该方法实现较为简单，能够有效抑制加热管功率衰减及成型环境发生变化带来的影响，从而提高了待打印三维物体的质量。

附图说明

图1为本发明提供的一实施例中用于多区加热装置的校准方法的方法流程图；

图2为本发明提供的一实施例中三维物体制造设备的结构示意图；

图3为本发明工作区域的基准点、检测点的分布示意图；

图中标记说明：1、激光器，2、动态聚焦模块，3、偏转镜，4、振镜，5、平光镜，6、红外测温仪，7、加热管，8、用于多区加热装置的校准装置，9、温度校准器，10、检测点，11、工作区域。

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，一种用于多区加热装置的校准方法，包括以下步骤：

步骤11、获取工作区域11中的基准点和若干检测点10的温度，并将若干检测点10的温度与基准点的温度进行比较，将温度高于基准点的检测点10记作高温度检测点10，温度低于基准点的检测点10记作低温度检测点10；

所述基准点位于工作区域11中的受加热管7影响数量最多的点，例如，一般选取工作区域11的中心点作为基准点，所述每个检测点10的温度为位于工作区域11中的每个加热管7所对应区域的某一点的温度（如图3所示），或者为每个加热管7所对应区域的平均温度（图中未示出）。可以理解的是，如图3所示，所述检测点10的数量可与加热管7的数量相等，即一个加热管7的附近设置一个检测点10，当然，也可以设置少于加热管7数量的检测点10，即一个检测点10对应两个或多个加热管7。

在此需说明的是，该步骤11中得到的高温度检测点10和低温度检测点10的数量可不止一个，其具体数量通过比较确定。

步骤12、将高温度检测点10对应的加热管7的输出功率降低，待加热管7稳定工作后，再提高所有检测点10对应的加热管7的输出功率；或者，将低温度检测点10对应的加热管7的输出功率提高，待加热管7稳定工作后，再降低所有检测点10对应的加热管7的输出功率；

该步骤12中的将高温度检测点10对应的加热管7的输出功率降低，待加热管7稳定工作后，再提高所有检测点10对应的加热管7的输出功率具体包括：

步骤A1、根据高温度检测点10与基准点的温度差得到第一削弱因子，并用该第一削弱因子将该高温度检测点10对应的加热管7的输出功率进行降低；

步骤A2、待加热管7稳定工作后，获取工作区域11中的基准点和若干检测点10的新温度，通过将基准点的新温度与步骤11中获取的基准点的温度进行比较得到第二增幅因子，并用该第二增幅因子将所有检测点10对应的加热管7的输出功率进行提高。

该步骤12中的将低温度检测点10对应的加热管7的输出功率提高，待加热管7稳定工作后，再降低所有检测点10对应的加热管7的输出功率：

步骤B1、根据低温度检测点10与基准点的温度差得到第二增幅因子，并用该第二增幅因子将该低温度检测点10对应的加热管7的输出功率进行提高；

步骤B2、待加热管7稳定工作后，获取工作区域11中的基准点和若干检测点10的新温度，通过将基准点的新温度与步骤11中获取的基准点的温度进行比较得到第二削弱因子，并用该第二削弱因子将所有检测点10对应的加热管7的输出功率进行降低。

在此需说明的是，上述两种并列方案，第一种方案是先给定削弱因子作用于输出功率过高的加热管7，再给定增幅因子作用于所有加热管7，最终达到维持基准点温度的目的；第二种方案是先给定增幅因子作用于输出功率过低的加热管7，再给定削弱因子作用于所有加热管7达到同样效果。但为了防止局部温度过高，第一种方案为本发明的优选方案。

步骤13、获取工作区域11中的基准点和若干检测点10的温度，判断所有检测点10的温度与基准点的温度的差值是否在允许范围内；

步骤14，当所有检测点10的温度与基准点的温度的差值在允许范围内时，校准完成，结束流程；否则，返回执行步骤11，直至校准完成结束。

具体地，该步骤13中，当所述检测点10的温度与基准点的温度的差值与基准点的温度的比值的范围为±2%之内，表明该检测点10的温度与基准点的温度的差值在允许范围内，当然，允许范围的具体参数还可根据设计需要具体设定，例如，也可当所述检测点10的温度与基准点的温度的差值与基准点的温度的比值的范围为±3%之内，表明该检测点10的温度与基准点的温度的差值在允许范围内。

另外，上述步骤13和14实际上可以为一个步骤，只是为了配合图1的流程图，将其分开为两个步骤，其实际上的技术方案与权利要求的技术方案完全相同。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面结合图3并以实施例的形式对本发明的校准方法进行具体阐述。

a)测定检测点②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨温度和基准点①的温度，将检测点②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨温度值与基准点①比较，判定温度高低；

b)对温度高于基准点①的测温点，给定削弱因子△λ，降低加热管7输出功率至（λ-△λ）P，P为加热管7额定功率，λP为调整前加热管7功率，△λ根据各点与基准点的温度差不同，数值也不同，其可以通过查表获得，即可通过给定温度差查到对应的△λ，而该表则可通过多次实验得到，即调整一次加热管7的输出功率的参数，得到加热管7的温差变化值，并将这些值一一存入表格，用于△λ的查找。由于此种通过查表获取参数的方案属于本领域的现有技术，因此在本发明中不做详细阐述。

c)待加热管7稳定工作后；再次测定①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨温度，由于降低部分加热管7输出，基准点温度①低于原有温度。给定增幅因子△λ1，该因子作用于②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨对应加热管7，步骤b中未调整的加热管7功率为（λ+△λ1）P，步骤b调整的加热管7功率为（λ-△λ+△λ1）P，所述给定增幅因子△λ1是根据基准点①温度与原有温度的温度差得到，即通过基准点与原有温度的温度差查表得到对应的△λ1，而该表则可通过多次实验得到；

d)重复步骤a、b、c，使各检测点②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨的温度与基准点①的温度最终趋于一致，达到校准目的，此时流程结束。

本发明还提供了一种用于多区加热装置的校准装置，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用于多区加热装置的校准方法的步骤。

如图2所示，本发明还提供了一种三维物体制造设备，包括上述任一实施例的所述的用于多区加热装置的校准装置8，以及激光器1、光路系统和红外测温仪6，所述激光器1发出的激光在光路系统的控制下射入工作区域11的粉末，以实现粉末的扫描烧结，所述红外测温仪6通过光路系统获取工作区域11中基准点和若干检测点10的温度，以用于上述任一实施例所述的用于多区加热装置的校准装置8进行校准。

所述光路系统包括依次设置的动态聚焦模块2、偏转镜3、振镜4和平光镜5，所述红外测温仪6位于振镜4和动态聚焦模块2之间但不位于激光传输线路中，用于获取工作区域11中基准点和若干检测点10的温度。校准开始前，激光器1不工作，偏转镜3偏转一定角度，红外测温仪6通过偏转镜3及光路系统测取粉面某点温度值，并调整振镜4的X、Y镜偏转角度，即可实时获取工作区域11内基准点及若干检测点10的温度值。

具体实施中，所述动态聚焦模块2包括聚焦镜和发散镜。另外，所述红外测温仪6还可以位于振镜4之前、激光器1之后的任一位置，其具体设置在此不做一一例举。

由于经过光路系统中各元件的衰减，获取的各点温度值仅为相对值，并不准确。优选地，所述设备还包括温度校准器9，用于对红外测温仪6获取的工作区域11中基准点和若干检测点10的温度进行校准，这样便可调整振镜4获取温度校准器9的温度，温度校准器9自身含有温度检测单元，将相应温度值反馈至控制器与红外测温仪6获取温度比对得到误差补偿值，利用该补偿值对各点温度进行校正。

本实施例的获取工作区域11中基准点和若干检测点10的温度的方案，其是直接借助光路系统的振镜4的移动实时获取，经济性高，结构简单，定位精准，其为优选方案，当然，在具体实施中，也可借助一定机械结构，通过调整机械结构偏转测温仪角度实现工作区域11内多个测温点温度的获取；或者工作区域11内多点温度亦可通过红外成像装置一次性读取。

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 (10)

1.一种用于多区加热装置的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、获取工作区域中的基准点和若干检测点的温度，并将若干检测点的温度与基准点的温度进行比较，将温度高于基准点的检测点记作高温度检测点，温度低于基准点的检测点记作低温度检测点；

步骤二、将高温度检测点对应的加热管的输出功率降低，待加热管稳定工作后，再提高所有检测点对应的加热管的输出功率；或者，将低温度检测点对应的加热管的输出功率提高，待加热管稳定工作后，再降低所有检测点对应的加热管的输出功率；

步骤三、获取工作区域中的基准点和若干检测点的温度，当所有检测点的温度与基准点的温度的差值在允许范围内时，校准完成，结束流程；否则，返回执行步骤一，直至校准完成结束。

2.根据权利要求1所述的用于多区加热装置的校准方法，其特征在于，将高温度检测点对应的加热管的输出功率降低，待加热管稳定工作后，再提高所有检测点对应的加热管的输出功率具体包括：

步骤A1、根据高温度检测点与基准点的温度差得到第一削弱因子，并用该第一削弱因子将该高温度检测点对应的加热管的输出功率进行降低；

步骤A2、待加热管稳定工作后，获取工作区域中的基准点和若干检测点的新温度，通过将基准点的新温度与步骤一中获取的基准点的温度进行比较得到第二增幅因子，并用该第二增幅因子将所有检测点对应的加热管的输出功率进行提高。

3.根据权利要求1所述的用于多区加热装置的校准方法，其特征在于，将低温度检测点对应的加热管的输出功率提高，待加热管稳定工作后，再降低所有检测点对应的加热管的输出功率：

步骤B1、根据低温度检测点与基准点的温度差得到第二增幅因子，并用该第二增幅因子将该低温度检测点对应的加热管的输出功率进行提高；

步骤B2、待加热管稳定工作后，获取工作区域中的基准点和若干检测点的新温度，通过将基准点的新温度与步骤一中获取的基准点的温度进行比较得到第二削弱因子，并用该第二削弱因子将所有检测点对应的加热管的输出功率进行降低。

4.根据权利要求1至3任一项所述的用于多区加热装置的校准方法，其特征在于，所述基准点位于工作区域中的受加热管影响数量最多的点，所述每个检测点的温度为位于工作区域中的每个加热管所对应区域的某一点的温度，或者为每个加热管所对应区域的平均温度。

5.根据权利要求4所述的用于多区加热装置的校准方法，其特征在于，当所述检测点的温度与基准点的温度的差值与基准点的温度的比值的范围为±2%之内，表明该检测点的温度与基准点的温度的差值在允许范围内。

6.一种用于多区加热装置的校准装置，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1-5任一项所述用于多区加热装置的校准方法的步骤。

7.一种三维物体制造设备，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的用于多区加热装置的校准装置。

8.根据权利要求7所述的三维物体制造设备，其特征在于，还包括激光器、光路系统和红外测温仪，所述激光器发出的激光在光路系统的控制下射入工作区域的粉末，以实现粉末的扫描烧结，所述红外测温仪通过光路系统获取工作区域中基准点和若干检测点的温度，以用于权利要求1-6任一项所述的用于多区加热装置的校准装置进行校准。

9.根据权利要求8所述的三维物体制造设备，其特征在于，所述光路系统包括依次设置的动态聚焦模块、偏转镜、振镜和平光镜，所述红外测温仪位于振镜和动态聚焦镜之间但不位于激光传输线路中，用于获取工作区域中基准点和若干检测点的温度。

10.根据权利要求7至9任一项所述的三维物体制造设备，其特征在于，所述设备还包括温度校准器，用于对红外测温仪获取的工作区域中基准点和若干检测点的温度进行校准。