CN111122617A - 一种基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法和装置 - Google Patents

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徐进
陈胜贵
陈海彬
孙振忠
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Abstract

本发明提供了一种基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法和装置，通过获取增材制造后得到的样品成品，并将所述样品成品放置在中子发射器的中子发射路线上；在所述中子发射路线上的所述样品成品与所述中子发射器之间设置棱镜，并在所述棱镜分离不同波长的第一中子发射路线上设置第一光栅，所述样品成品设置在所述第一中子发射路线上的所述第一光栅之前；控制所述中子发射器射出中子，判断所述第一光栅上是否出现干涉条纹，若是，则所述样品成品中具有气孔/裂纹，以实现利用中子成像技术以确定样品成品是否具有气孔/裂纹的技术效果。

Description

一种基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法和装置
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及为一种基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法和装置。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料和/或医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术；
在增材制造的一步骤过程中，局部温度受热不一会产生内应力，导致增材制造的样品出现微孔或裂纹，降低了样品的坚固程度，而该微孔与裂纹也不易被发现，使得区别劣品的工作变得尤为困难。
中子成像技术是一种简单的三维成像技术，利用中子流通过高密度的材料，进而达到成像的目的。由于中子具有波粒二象性，故将中子通过一个小孔以产生高度准直的束流，然后用合适的晶体来折射，就像光通过棱镜时不同波长的光波被分开一得到单一能量(即单一的波长)的中子束，将这些中子波束打到第二光栅上，这个光栅上的缝隙更为细密一些，通过这个光栅的中子束会产生干涉条纹。在两个光栅之间放置要测量的物体就会改变中子束所走过的路径。物体的折射效应会改变通过第二个光栅之后形成的干涉条纹。
本申请提出一种利用中子成像的方式确定样品是否出现气孔/裂纹。
发明内容
本发明旨在实现利用中子成像技术以确定样品成品是否具有气孔/裂纹的技术效果，而提供一种基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法和装置。
本发明为解决技术问题采用如下技术手段：
本发明提供一种基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法，包括：
获取增材制造后得到的样品成品，并将所述样品成品放置在中子发射器的中子发射路线上；
在所述中子发射路线上的所述样品成品与所述中子发射器之间设置棱镜，并在所述棱镜分离不同波长的第一中子发射路线上设置第一光栅，所述样品成品设置在所述第一中子发射路线上的所述第一光栅之前；
控制所述中子发射器射出中子，判断所述第一光栅上是否出现干涉条纹，若是，则所述样品成品中具有气孔/裂纹。
进一步地，在所述中子发射路线上的所述样品成品与所述中子发射器之间设置棱镜的步骤之后，包括：
在所述中子发射路线上的所述中子发射器与所述棱镜之间设置小孔板；
对应调整所述小孔板中小孔的对齐位置，使所述小孔对齐所述棱镜的指定位置。
进一步地，所述控制所述中子发射器射出中子的步骤之后，还包括：
控制所述样品成品进行移动。
进一步地，所述判断所述第一光栅上是否出现干涉条纹，若是，则所述样品成品中具有气孔/裂纹的步骤之后，还包括：
将所述样品成品移至第二光栅之前，所述第二光栅设置在所述棱镜分离不同波长的第二中子发射路线上；
控制所述中子发射器射出中子，并判断所述第二光栅上是否出现干涉条纹。
本发明还提出一种基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测装置，其特征在于，包括工作台、中子发射器、棱镜、第一光栅和第二光栅；
所述工作台内部具有空间，所述中子发射器固定的设置在所述工作台内部；
所述棱镜设置在所述中子发射器的发射朝向前方，所述第一光栅和第二光栅分别设置在所述棱镜分离不同波长中子束的两条发射路线上。
进一步地，基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测装置还包括黑幕布；
所述黑幕布紧贴的设置在所述工作台的内壁上，以防止外部光线进入所述工作台和所述工作台内部的光束反射。
本发明提供了基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法和装置，具有以下有益效果：
通过获取增材制造后得到的样品成品，并将所述样品成品放置在中子发射器的中子发射路线上；在所述中子发射路线上的所述样品成品与所述中子发射器之间设置棱镜，并在所述棱镜分离不同波长的第一中子发射路线上设置第一光栅，所述样品成品设置在所述第一中子发射路线上的所述第一光栅之前；控制所述中子发射器射出中子，判断所述第一光栅上是否出现干涉条纹，若是，则所述样品成品中具有气孔/裂纹，以实现利用中子成像技术以确定样品成品是否具有气孔/裂纹的技术效果。
附图说明
图1为本发明基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测装置一实施例的结构剖视图；
具体实施方式
本发明为目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考附图1，为本发明一实施例中的基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法的流程示意图，基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法包括：
步骤S1，获取增材制造后得到的样品成品7，并将样品成品7放置在中子发射器2的中子发射路线上；
步骤S2，在中子发射路线上的样品成品7与中子发射器2之间设置棱镜4，并在棱镜4分离不同波长的第一中子发射路线上设置第一光栅6，样品成品7设置在第一中子发射路线上的第一光栅6之前；
步骤S3，控制中子发射器2射出中子，判断第一光栅6上是否出现干涉条纹，若是，则样品成品7中具有气孔/裂纹。
具体的，上述中子发射器2采用原子排除多余中子的放射性衰变的形式，将中子从核中抛出，可以理解中子发射器2内具备无数个可填充的原子，通过无限的将中子排出，从而实现中子发射器2射出中子束A；中子束A的发射路径称为中子发射路线，考虑到波粒二象性的影响，需要通过对中子束A的波长进行限定，因此在中子发射路线上的样品成品7与中子发射器2之间设置棱镜4，以得到两条不同波长的中子束A，且该两条中子束A分别射向不同的两个方向，该两个方向称为第一中子发射路线和第二中子发射路线；在第一中子发射路线上设置第一光栅6，在第二中子发射路线上设置第二光栅5，上述的第一光栅6和第二光栅5为由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件，第一光栅6和第二光栅5具体为在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕，即为透射光栅。
在具体实施时，参考附图2，为基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测装置的结构剖视图，上述基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测装置用于执行上述基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法：工人/机器控制中子发射器2射出中子，通过棱镜4将中子束A分为不同波长的第一中子束C和第二中子束B，第一中子束C对应发射至第一光栅6上，第二中子束B对应发射至第二光栅5上；此时样品成品7位于第一中子束C射向第一光栅6的路线上，样品成品7会阻挡第一中子束C射向第一光栅6，此时控制样品成品7进行移动(可以是震动、也可以是有规律的扫描式移动)，若此时，第一光栅6上出现有第一中子束C映射的干涉条纹，说明样品成品7上出现了气孔/裂纹，则视为劣品；反之若第一光栅6上未出现干涉条纹(在不监视的中子束A运动情况下)，则视为优品。
在一个实施例中，在中子发射路线上的样品成品7与中子发射器2之间设置棱镜4的步骤之后，包括：
S21，在中子发射路线上的中子发射器2与棱镜4之间设置小孔板3；
S22，对应调整小孔板3中小孔31的对齐位置，使小孔31对齐棱镜4的指定位置。
具体的，为了使中子的发射成为中子束A，在中子发射路线上的中子发射器2与棱镜4之间设置小孔板3，可以理解，通过中子发射器2发射的中子是扩散性的，因此通过设置小孔板3，通过小孔板3上将扩散性的中子进行阻挡，仅留下小孔31供中子透过，从而形成中子束A，通过调整小孔31的对其位置，使得中子束A能够射入棱镜4，以实现棱镜4分离不同波长的中子束A。
在一个实施例中，判断第一光栅6上是否出现干涉条纹，若是，则样品成品7中具有气孔/裂纹的步骤之后，还包括：
S31，将样品成品7移至第二光栅5之前，第二光栅5设置在棱镜4分离不同波长的第二中子发射路线上；
步骤S32，控制中子发射器2射出中子，并判断第二光栅5上是否出现干涉条纹。
具体的，步骤S31和步骤S32用于再次确认样品成品7的优劣。
在一个实施例中，基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测装置还包括黑幕布；
黑幕布紧贴的设置在工作台1的内壁上，以防止外部光线进入工作台1和工作台1内部的光束反射。
综上所述，通过获取增材制造后得到的样品成品7，并将所述样品成品7放置在中子发射器2的中子发射路线上；在所述中子发射路线上的所述样品成品7与所述中子发射器2之间设置棱镜4，并在所述棱镜4分离不同波长的第一中子发射路线上设置第一光栅6，所述样品成品7设置在所述第一中子发射路线上的所述第一光栅6之前；控制所述中子发射器2射出中子，判断所述第一光栅6上是否出现干涉条纹，若是，则所述样品成品7中具有气孔/裂纹，以实现利用中子成像技术以确定样品成品7是否具有气孔/裂纹的技术效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法，其特征在于，包括：获取增材制造后得到的样品成品，并将所述样品成品放置在中子发射器的中子发射路线上；在所述中子发射路线上的所述样品成品与所述中子发射器之间设置棱镜，并在所述棱镜分离不同波长的第一中子发射路线上设置第一光栅，所述样品成品设置在所述第一中子发射路线上的所述第一光栅之前；控制所述中子发射器射出中子，判断所述第一光栅上是否出现干涉条纹，若是，则所述样品成品中具有气孔/裂纹。
2.根据权利要求1所述的基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法，其特征在于，在所述中子发射路线上的所述样品成品与所述中子发射器之间设置棱镜的步骤之后，包括：在所述中子发射路线上的所述中子发射器与所述棱镜之间设置小孔板；对应调整所述小孔板中小孔的对齐位置，使所述小孔对齐所述棱镜的指定位置。
3.根据权利要求1所述的基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法，其特征在于，所述控制所述中子发射器射出中子的步骤之后，还包括：控制所述样品成品进行移动。
4.根据权利要求1所述的基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测方法，其特征在于，所述判断所述第一光栅上是否出现干涉条纹，若是，则所述样品成品中具有气孔/裂纹的步骤之后，还包括：将所述样品成品移至第二光栅之前，所述第二光栅设置在所述棱镜分离不同波长的第二中子发射路线上；控制所述中子发射器射出中子，并判断所述第二光栅上是否出现干涉条纹。
5.一种基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测装置，其特征在于，包括工作台、中子发射器、棱镜、第一光栅和第二光栅；所述工作台内部具有空间，所述中子发射器固定的设置在所述工作台内部；所述棱镜设置在所述中子发射器的发射朝向前方，所述第一光栅和第二光栅分别设置在所述棱镜分离不同波长中子束的两条发射路线上。
6.根据权利要求5所述的基于中子成像的增材制造气孔裂纹检测装置，其特征在于，还包括黑幕布；所述黑幕布紧贴的设置在所述工作台的内壁上，以防止外部光线进入所述工作台和所述工作台内部的光束反射。
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Inventor before: Chen Haibin

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